Projekt 14801/01

Entwicklung, Bau und modellhafte Erprobung einer landseitigen Versuchsanlage zur Entwässerung von Öl-/ Wassergemischen (Bilgen- und Altöle) aus der Schifffahrt

Projektdurchführung

Inhaber der E. R. Consulting
Nordalbingerweg 80
22455 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlagen zur Entwässerung von Altölen aus der Schifffahrt, die dem Stand der Technik entsprechen, beruhen zumeist auf thermischen Entwässerungstechnologien, die Restwassergehalte von etwa 6 % erreichen. Ziel des Projektes war daher die Entwicklung eines neuartigen leistungsfähigen, umweltfreundlicheren und ökonomischen Verfahrens für die Abtrennung von Wasser aus den wasserhaltigen Altölen aus der Schifffahrt. Dazu wurde der Prototyp eines Mehrphasentrenners (MPT 1200) kombiniert mit MEB-Elementen (Mechanischer-Emulsions-Brecher) projektiert, gefertigt und im praktischen Betrieb getestet. Das gewonnene Altöl sollte als Mariner-Brennstoff für Schiffdiesel wieder eingesetzt werden können. Daraus sollte eine erhebliche Betriebskostensenkung erzielt werden, um Energie- und Chemiekosten einzusparen. Durch den Verzicht auf chemische Zusätze sollte die Umwelt entlastet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Projektes waren:
- geeignete Phasentrenn-Profile für die aufzubereitenden Medien zu ermitteln,
- die Wasser-Vorabscheidung von 50 % Wasseranteil auf etwa 5 - 10 % Restwasser vor dem Eintritt in den Mechanischen Emulsionsbrecher anzupassen und zu optimieren,
- intelligente Verknüpfungen der Anlagenkomponenten zu finden und
- Messgrößen, die eine bestimmte Steuerung bei unterschiedlichen Bedingungen ermöglichen, zu bestimmen.
Das Projekt beinhaltete folgende Phasen:
- Phase 1: Konzepterstellung: Auslegung und Konstruktion der Anlage
- Phase 2: Fertigung der Containeranlage
- Phase 3: Versuchsdurchführung und Optimierung der Anlage bis zur Einsatzfähigkeit.


Ergebnisse und Diskussion

Die Altöle aus der Seeschifffahrt bestehen aus verschiedenen Mineralölfraktionen und Verunreinigungen. Neben Wasser (bis zu 40 Gew.-%) können sich auch Mineralöladditive, Tenside, abrasive Teilchen aus Dieselmotoren und Schmutzpartikel in den Emulsionen befinden. Im MPT 1200 wird die Wasser-in-Öl-Emulsion zwischen parallel zueinander angeordneten und in Strömungsrichtung gewinkelten Profilen aus Edelstahl geführt. Der MPT 1200 hat eine Durchsatzleistung von max. 5 m3/h, einen Betriebsdruck von max. 2,0 bar sowie eine Betriebstemperatur von min. 40°C bis max. 60°C.
Strömungs-, Gravitations- und Koaleszenzeffekte bewirken, dass die Tropfen der schweren diskontinuierlichen Phase (Wasser und Feststoffe) an der Oberseite der Phasentrennprofile anhaften, zum Rand der Profilschenkel abfließen und dann als große Tropfen durch die offenen Spalten der Profilreihen absinken. Dabei wird die Grenzfläche zwischen den Phasen Wasser/ Schmutz und Öl permanent erneuert, so dass sich die grenzflächenaktive Substanzen nicht aufkonzentrieren können. Die Feststoffe sinken ebenfalls aufgrund des Dichteunterschiedes zwischen den Profilreihen auf den Boden des MPT, wo sich Schlamm-Sammeltrichter mit Ablassstutzen befinden.
Die Auswertung der Analysenergebnisse hat nach DIN ISO 3733 deutlich gezeigt, dass in einem MPT Wasser im Altöl bis auf Restwerte von unter einem Prozent (< 1%) reduziert werden kann. Die Ergebnisse unterschreiten die maximal zulässigen Grenzwerte von einigen Rückstandsbrennstoffen. Auch mit einer thermischen Nachbereitung konnte keine bessere Entwässerung erreicht werden.
Die Abscheidung des Wassers hängt unter anderem vom Phasenverhältnis und der Trennspiegellage ab. Liegt eine Öl-in-Wasser-Emulsion vor, entspricht dies nicht der Auslegung des Mehrphasentrenners. Die Trennspiegellage entspricht nicht mehr dem Phasenverhältnis. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass nur noch Tropfen von wenigen µm Durchmesser unter dem Mikroskop gefunden wurden. Das bedeutet, dass der Restwassergehalt sich aus nicht abscheidbaren Tropfen zusammensetzt.
Die Feststoffbelastung des Altöls führte bei der Aufbereitung zu keinen Beeinträchtigungen. Durch ein hydrophiles Verhältnis der Feststoffe werden selbst faserige Kleinpartikel mit der Wasserphase ausgeschieden. Die Fasergrößen waren kleiner als 2 µm und nur als Zusammenlagerung erkennbar.
Die gemäß Forschungsantrag gebaute Containeranlage mit einer Entwässerungsanlage für Altöle aus der Schifffahrt wurde während der Versuchsphase noch um die Aufgabenstellung der Entwässerung von Rohölen erweitert. Der Wassergehalt, der Sedimentgehalt, die Dichte und die Viskosität erfüllen die Bedingungen des British Standard Institute für aufbereitetes Öl.
Der Einsatz des MPT zur Altölaufbereitung kann auch aus Kostengründen empfohlen werden. Selbst ein nachgeschalteter Mechanischer-Emulsions-Brecher zur weiter verbesserten Wasserabscheidung führt zu keiner wesentlichen Kostensteigerung. Gegenüber der thermischen Aufbereitung fallen die Betriebs-kosten deutlich geringer aus.
Als Mischkomponente für Marine-Brennstoffe, Brennstoffe in der Schifffahrt oder als Viskositätsverbesserer für Schweröle kann es nach diesen Ergebnissen eingesetzt werden.Zur weiteren Verwendung des Öls als Brennstoffsubstitut bedarf es immer einer Vollanalyse, bei der noch weitere Kennwerte, wie der Schwefel- und PCB-Gehalt, untersucht werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Projektbericht wurde zunächst zwei Mineralölkonzernen (Shell & DEA Oil GmbH, Hamburg) und der Firma Schiffsentölung Kiel-Canal Harry Stallzus GmbH, Kiel, sowie dem Forschungszentrum Jülich GmbH, Berlin, zur Verfügung gestellt. Der Bericht soll im Laufe des Jahres 2004 nach Abschluss ergänzender Versuche in Fachjournalen veröffentlicht werden.


Fazit

Neben der konstruktiven Anpassung von Mehr-Phasen-Trennprofilen und einer Neukonstruktion eines Mechanischen-Emulsionsbrechers wurde im Projekt ein neues Verfahren entwickelt, welches vorberechnete Wassertropfen (Nebenphase) in der Ölphase (Hauptphase) erzeugt und damit ein höheres Benetzungsverhalten an den MPT-Profilen hervorruft. Altöle aus der Schifffahrt und Rohöle können mit der neu entwickelten Anlage wirtschaftlicher und umweltgerechter entwässert werden. Die eingesparten Energiekosten und der Verzicht auf Chemikalien sind ein großer Beitrag zum Umweltschutz.