Verfahren zur zentrifugalen Klärung eines ölhaltigen Sandes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zentrifugalen Klärung eines ölhaltigen Sandes in einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

ölsande stellen eine geologische Formation dar (englisch: „oil sands" oder „tar sands" oder „bitumen sands" genannt), die in der Regel aus einem Gemisch aus Sanden, Bitumen und Wasser gebildet werden. ölsandvorräte gibt es insbesondere in Alberta in Kanada, den USA, in Venezuela und Australien.

Ein typischer ölsand in dieser Region besteht zum überwiegenden Prozentanteil aus Sand, zu einigen Prozent aus Bitumen und zu wenigen Prozent aus Wasser.

Das Bitumen ist eine Art Schweröl von zähflüssiger Beschaffenheit. Das natürlich vorkommende Bitumen wird zu Bitumen und synthetischem Rohöl aufgearbeitet.

Der Sand des ölsandes ist in der Regel wiederum eine Mischung aus Sanden und Ton.

Zur Gewinnung des Bitumen wird dem Sand in der Regel zunächst heißes Wasser zugemischt und derart entstandene Schlamm in eine Extraktionsanlage gegeben, wo das flüssige Bitumen abgeschöpft wird. Es ist auch bekannt, dem ölsand-/Wasser-Gemisch dabei ein Extraktionsmittel zuzusetzen.

Die Mischung aus Bitumen, heißem Wasser und Mineralien wird im Englischen als „froth" bezeichnet.

Diese Mischung muß durch das Abtrennen des Wassers und der Mineralien gereinigt werden. Hierzu wird der Mischung typischerweise ein organisches Lösungsmittel wie Naphten oder Hexan zugesetzt oder verschiedene Chemikalien, die als Emulsionsbrecher wirken.

Typischerweise wird dabei eine Schwerkraft unterstützte Trenntechnik eingesetzt (Absetzbehälter). Ergänzend kommen auch Hydrozyklone und Zentrifugen verschiedener Art zum Einsatz.

In Hinsicht auf die Zentrifugen werden insbesondere zwei Arten von Zentrifugen verwendet. Dabei handelt es sich einerseits um die Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit vorzugsweise horizontaler Achse und zum anderen um Tellerzentrifugen (Separatoren) mit vertikaler Drehachse.

Typischerweise werden die ölsande mehrstufig gereinigt. In einer ersten Stufe kann die Abtrennung des Bitumens von den übrigen Bestandteilen unter Zugabe von Wasser beispielsweise in einem Absetzbehälter erfolgen. In den weiteren Reinigungsstufen kommen dann typischerweise auch Hydrozyklone und/oder Dekanterzentrifugen zum Einsatz.

Dabei ist es die Aufgabe der Dekanter- bzw. Vollmantel-Schneckenzentrifugen, Feststoffe und weiteres Wasser von den verwertbaren Kohlenwasserstoff- Verbindungen zu trennen.

Typischerweise werden Vollmantel-Schneckenzentrifugen dabei im Prozeß an Stellen eingesetzt, an denen das aufzubereitende ölsand- Wasser-Gemisch eine Mischung aus ca. 30 bis 60 Prozent Kohlenwasserstoffe bzw. Kohlenwasserstoff- Verbindungen (z.B. Bitumen plus organische Lösungsmittel), 30 bis 60 Prozent Wasser und 8 bis 12 Prozent Mineralien darstellt.

Dabei ist es die Aufgabe der Erfindung, die Verarbeitung des Gemisches in der Vollmantel-Schneckenzentrifuge so zu verbessern, dass der Anteil an Kohlenwasserstoffen und ggf. Kohlenwasserstoff- Verbindungen in der Feststoffphase, welche die Vollmantel-Schneckenzentrifuge austrägt, verringert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird in die Vollmantel-Schneckenzentrifuge neben dem zu verarbeitenden Gemisch ein weiteres Medium eingeleitet.

Nach einer ersten Variante erfolgt die Einleitung des Mediums in der Vollmantel- Schneckenzentrifuge mit einem zylindrischen Teil und einem sich verjüngenden Teil im zylindrischen Abschnitt.

Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge weist hierzu einen weiteren Zulauf auf, der in den zylindrischen Abschnitt der Trommel mündet, wobei der Austrag des weiteren Mediums entweder nah am Schneckenkörper oder weiter radial außen in der Trommel erfolgen kann. Durch das weitere Medium wird die Kläreffizienz auf der Flüssigkeitsseite der Dekantertrommel erhöht, so dass sich mehr Mineralpartikel im Inneren der Trommelwand ansammeln, von wo sie durch die Schnecken dem Feststoffaustrag zur Ableitung zugeführt werden.

Nach einer zweiten Variante der Erfindung erfolgt die Zuleitung des Mediums dagegen durch eine gesonderte Zuleitung im konischen Teil der Trommel.

Auch hier bewirkt das Zusetzen des weiteren Mediums ein weiteres Erhöhen der Klärwirkung durch ein erhöhtes Ansammeln von Mineralien an der Trommelinnenwand und ein erhöhtes Ableiten von Kohlenwasserstoffanteilen zum zylindrischen Ende der Trommel, wo sich der Flüssigkeitsaustrag befindet.

Mit den beiden Varianten der Erfindung - Zuleitung im konischen Teil der Trommel und Zuleitung im zylindrischen Teil der Trommel - lassen sich je für sich verbesserte Klärwirkungen erzielen, die im Betrieb der Anlage zu einer Reduzierung der verbleibenden Kohlenwasserstoff-Anteile im Feststoffaustrag führen, was die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der Vollmantel-Schneckenzentrifugen und die Klärung der zu verarbeitenden Gemische deutlich erhöht.

Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten, das zusätzliche Medium - bei dem es sich beispielsweise um Wasser handeln kann - dem Produkt in der Trommel zuzusetzen.

So ist es sowohl im konischen als auch im zylindrischen Teil denkbar, das Medium im Dekanter auf das Produkt zu sprühen.

Hierzu ist eine entsprechende Sprühvorrichtung im Inneren der Dekantertrommel anzubringen.

Alternativ kann das Medium auch in das Produkt injiziert werden.

Denkbar ist es ferner, es sehr nahe zur Trommelwand dem Produkt zuzusetzen.

Wichtig ist es, die axiale Position des Zusatzes zu definieren.

Erfolgt der Zusatz auf der zylindrischen Seite, ist es sinnvoll, ein Zusetzen nahe zum Flüssigkeitsauslaß zu realisieren, wohingegen es an der konischen Seite sinnvoll ist, die Flüssigkeit in oder an der Trockenzone dem Feststoff zuzusetzen.

Denkbar ist es schließlich auch, die Flüssigkeit an mehr als einer axialen und/oder radialen Position zuzusetzen, um derart die Klärwirkung weiter zu erhöhen.

Auch hier gilt wieder, dass auch das mehrfache Zusetzen an verschiedenen axialen und/oder radialen Positionen auf der zylindrischen Seite nahe zum Flüssigkeitsauslaß und auf der konischen Seite nahe zum Feststoffaustrag erfolgen sollte.

Bei dem zugesetzten Medium kann es sich einerseits um Frischwasser handeln oder um anderes Prozeßwasser, das bei der Verarbeitung der ölsande in dieser oder weiteren Verfahrensstufen anfällt.

Denkbar ist es schließlich auch, dass es sich bei dem Medium nicht um Wasser sondern um ein gelöstes flüssiges organisches Lösungsmittel wie Naphten, Hexan oder ein ähnliches oder gleichwertiges Lösungsmittel handelt.

Denkbar ist ferner auch der Zusatz irgendwelcher gelöster oder nicht gelöster Chemikalien, Additive oder Emulsionsbrecher.

Das Medium kann schließlich selbst auch eine Mischung oder eine Kombination der vorstehend genannten Mittel bzw. Medien sein.

Nach einer ganz besonders bevorzugten Variante erfolgt durch Mischeinrichtungen - beispielsweise Stifte oder Paddeln in einem oder mehreren Schneckengängen - ein Durchmischen des Schleudergutes und des zugesetzten Mediums in der Trommel. Derart werden besonders gute Klärergebnisse erzielt.

Durchmischt wird vorzugsweise insbesondere die Phase, in welche das Medium zugegeben wird. Das Mischen erfolgt zudem vorzugsweise zumindest in dem axialen Bereich der Trommel (konisch und/oder zylindrisch), in welchem auch das Medium zugegeben wird.

Denkbar ist es auch, am Schneckenkörper in die Trommel ragende Mischeinrichtungen - z.B. pflugartig oder paddelartig ausgestaltet - anzusetzen und die auch mit einem Zulauf für die Flüssigkeit in das Schleudergut bzw. die Phase, welcher das Medium zugegeben wird, zu versehen. Die Erfindung schafft hiermit auch eine erfinderische Zentrifuge mit diesem Merkmal.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht nach einer Prinzipskizze einer Vollmantel- Schneckenzentrifuge nach einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 2 eine schematische Ansicht nach einer Prinzipskizze einer Vollmantel- Schneckenzentrifuge nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 mit einer drehbaren Trommel und einer innerhalb der Trommel angeordneten, mit einer Differenzdrehzahl zur Trommel drehbaren Schnecke 3.

Die Schnecke 3 weist ein Schneckenblatt 4 auf, das am Außenumfang eines Schneckenkörpers 5 angeordnet ist.

Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge weist einen zylindrischen Bereich 6 und einen sich verjüngenden - konischen - Bereich 7 auf.

Am Ende des sich konisch verjüngenden Bereiches 7 ist ein Feststoffaustrag 8 zum Austrag von Feststoffen S ausgebildet und am zylindrischen Ende 6 ein Flüssigkeitsauslaß 9 zum Austrag einer Flüssigkeitsphase L.

Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge ist ferner mit einem ersten Zulauf 10 für das Produkt P versehen sowie mit einem zweiten Zulauf 11 für ein Medium M.

Nach Figur 1 dient ein zentrisches Zulaufrohr als erster Zulauf 10, das von einem zweiten Zulaufrohr größeren Durchmessers konzentrisch umgeben ist, das als zweiter Zulauf 11 dient.

Der erste Zulauf 10 mündet in einen Verteiler 12 zur Zuführung des zu verarbeitenden Produktes P in das Trommelinnere.

Der zweite Zulauf 11 mündet dagegen näher zum zylindrischen Ende der Trommel - d.h. zum Flüssigkeitsauslaß 9 hin - in das Trommelinnere.

Nach Figur 2 dient dagegen das innere Zulaufrohr 10 als zweiter Zulauf und das äußere Zulaufrohr 11 als Zufuhr für das zu verarbeitende Produkt.

Der zweite Zulauf 11 für das Medium M mündet hier in dem konischen Bereich der Trommel.

Bei beiden Ausfuhrungsbeispielen ist das zu verarbeitende Produkt ein ölsandgemisch, das in der Trommel unter Zugabe eines Mediums M geklärt wird, wobei durch Zugabe des Mediums am Flüssigkeitsauslaß 9 ein erhöhter Anteil von Kohlenwasserstoffen als Flüssigkeitsphase L abgeleitet wird, wohingegen am Feststoffaustrag 8 im wesentlichen ein Sand- Wasser-Gemisch aus der Trommel 1 geleitet wird.

Bei beiden Varianten wird durch die Zugabe des Mediums M der verbleibende Anteil an Kohlenwasserstoff bzw. Kohlenwasserstoff-Verbindungen im ausgetragenen Feststoff F auf einfache Weise verringert.

Bezuεszeichen

Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1

Trommel 2

Schnecke 3

Schneckenblatt 4

Schneckenkörper 5 zylindrischer Bereich 6 konischer Bereich 7

Feststoffaustrag 8

Flüssigkeitsauslaß 9

Zulauf 10

Zulauf 11

Verteiler 12

Feststoff F

Flüssigkeitsphase L

Medium M

Produkt P