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Untersuchungen der Phasentrennung einer ölhaltigen Emulsion bei Abwässern aus der Kohletrocknung
Art der Abschlussarbeit
Bachelor
Autoren
- Weiland, Nina
Betreuer
- Prof. Dr. André Lerch
- Dipl.-Ing. Gerold Bönisch
Weitere Betreuer
Dr. Ralf Paeslack (VPC GmbH)
Abstract
Zur Steigerung der Effizienz braunkohlebefeuerter Kraftwerke werden Versuche zur Herstellung von vorgetrockneter Kohle in einer mehrstufigen Pilotanlage, nach dem Verfahren der Druckaufgeladenen-Dampf-Wirbelschicht-Trocknung (DDWT) durchgeführt.
Bei dieser Vortrocknung der Braunkohle entstehen durch die energetische Weiternutzung
des entstehenden Wasserdampfes zwei Kondensate. Zum einem das so genannte Brüdenkondensat (BK) mit einem 90 %-igen Anteil am aufbereiteten Brüden und geringerem TOC-Gehalt und zum anderen das Brüdenrestgaskondensat (BRGK) mit einem
Anteil von zehn Prozent und höherem TOC-Gehalt, das in der zweiten Kondensationsstufe anfällt (VPC GmbH, 2014). Dieses BRGK liegt als Zweiphasengemisch vor und bildet eine semistabile Suspension. Gegenstand der Bachelorarbeit ist die Untersuchung des BRGKs. Um beide anfallenden Kondensate, mit einem TOC von 100 bis 1.000 mg/L, im weiteren Kreislauf stofflich zu nutzen, ist es notwendig, die Organik aus dem BRGK weitgehend zu entfernen. Um eine sichere Analyse der wässrigen Phase durchführen zu können, ist eine Trennung von Öl- und Wasserphase des BRGKs vonnöten. Aufgabenstellung der Arbeit ist zu untersuchen, ob eine Beschleunigung der Phasentrennung durch chemische Zusätze
erreicht werden kann. Untersuchungen zur Stabilität der Suspension und zur
unbeeinflussten Phasentrennung sollen verglichen werden mit dem Ablauf der Phasentrennung bei Zusatz verschiedener Stoffe, wie zum Beispiel die Dosierung von
Säuren. Salzen, Laugen, und auch organischen Additiven. Deshalb wurde innerhalb der Arbeit mit acht verschiedenen chemischen Zusätzen das Trennverhalten der Öl-in-Wasser-Emulsion (Ö/W) untersucht, zum einen nach praktisch relevanten 4 h und zum anderen am Versuchsende nach 24 h. Durch das Erstellen normierter Trübungs-Zeit-Kurven kann die vorangegangene Phasenabscheidung von Öl- und Wasserphase beschrieben werden. Zur Prüfung einer erfolgreichen Phasentrennung wurde eine Trübungsmessung vorgenommen. Abschließend wurde der Mittelwert (MW) der Originalproben des BRGKs mit Kurven unter Einfluss der chemischen Zusätze verglichen und anschließend prozentual auf die höchste Abnahmerate der Trübung geschlossen. Eine deutliche Phasentrennung nach 4 h wurde mit einfachen chemischen Zusätzen in den verwendeten Mengen nicht erreicht, trotzdem führten chemische Stoffe, wie Säuren oder Salze, zu einer deutlich höheren Abnahmerate der Trübung im Vergleich zum reinen BRGK. Nach einem Zeitraum
von 24 h ergaben sich Messwerte mit höherer Wirksamkeit der chemischen Zusätze, besonders bei Verwendung von Demulgator, Salzen und Säuren. Um nach bereits kurzer Zeit eine geringere Trübung zu erreichen, wurden die zugegebenen Mengen und Konzentrationen von beispielsweise Salzen erhöht, um den pH-Wert zu verringern. In der Auswertung sollte jedoch eine Methode in wirtschaftlicher Abwägung von Nutzen und Kosten gewählt werden, da bei der Dosierung chemischer Zusätze auch Kosten für
Anlieferung, Dosierung und gegeben falls wieder Entfernung aus dem aufbereiteten
Kondensat anfallen und um einer Beschädigung von Materialien der Anlagenteile
(Korrosion) vorzubeugen.
Bei dieser Vortrocknung der Braunkohle entstehen durch die energetische Weiternutzung
des entstehenden Wasserdampfes zwei Kondensate. Zum einem das so genannte Brüdenkondensat (BK) mit einem 90 %-igen Anteil am aufbereiteten Brüden und geringerem TOC-Gehalt und zum anderen das Brüdenrestgaskondensat (BRGK) mit einem
Anteil von zehn Prozent und höherem TOC-Gehalt, das in der zweiten Kondensationsstufe anfällt (VPC GmbH, 2014). Dieses BRGK liegt als Zweiphasengemisch vor und bildet eine semistabile Suspension. Gegenstand der Bachelorarbeit ist die Untersuchung des BRGKs. Um beide anfallenden Kondensate, mit einem TOC von 100 bis 1.000 mg/L, im weiteren Kreislauf stofflich zu nutzen, ist es notwendig, die Organik aus dem BRGK weitgehend zu entfernen. Um eine sichere Analyse der wässrigen Phase durchführen zu können, ist eine Trennung von Öl- und Wasserphase des BRGKs vonnöten. Aufgabenstellung der Arbeit ist zu untersuchen, ob eine Beschleunigung der Phasentrennung durch chemische Zusätze
erreicht werden kann. Untersuchungen zur Stabilität der Suspension und zur
unbeeinflussten Phasentrennung sollen verglichen werden mit dem Ablauf der Phasentrennung bei Zusatz verschiedener Stoffe, wie zum Beispiel die Dosierung von
Säuren. Salzen, Laugen, und auch organischen Additiven. Deshalb wurde innerhalb der Arbeit mit acht verschiedenen chemischen Zusätzen das Trennverhalten der Öl-in-Wasser-Emulsion (Ö/W) untersucht, zum einen nach praktisch relevanten 4 h und zum anderen am Versuchsende nach 24 h. Durch das Erstellen normierter Trübungs-Zeit-Kurven kann die vorangegangene Phasenabscheidung von Öl- und Wasserphase beschrieben werden. Zur Prüfung einer erfolgreichen Phasentrennung wurde eine Trübungsmessung vorgenommen. Abschließend wurde der Mittelwert (MW) der Originalproben des BRGKs mit Kurven unter Einfluss der chemischen Zusätze verglichen und anschließend prozentual auf die höchste Abnahmerate der Trübung geschlossen. Eine deutliche Phasentrennung nach 4 h wurde mit einfachen chemischen Zusätzen in den verwendeten Mengen nicht erreicht, trotzdem führten chemische Stoffe, wie Säuren oder Salze, zu einer deutlich höheren Abnahmerate der Trübung im Vergleich zum reinen BRGK. Nach einem Zeitraum
von 24 h ergaben sich Messwerte mit höherer Wirksamkeit der chemischen Zusätze, besonders bei Verwendung von Demulgator, Salzen und Säuren. Um nach bereits kurzer Zeit eine geringere Trübung zu erreichen, wurden die zugegebenen Mengen und Konzentrationen von beispielsweise Salzen erhöht, um den pH-Wert zu verringern. In der Auswertung sollte jedoch eine Methode in wirtschaftlicher Abwägung von Nutzen und Kosten gewählt werden, da bei der Dosierung chemischer Zusätze auch Kosten für
Anlieferung, Dosierung und gegeben falls wieder Entfernung aus dem aufbereiteten
Kondensat anfallen und um einer Beschädigung von Materialien der Anlagenteile
(Korrosion) vorzubeugen.
Schlagwörter
Öl-in-Wasser-Emulsion, Kohletrocknung, Phasentrennung, Trübung, chemische Trennverfahren, Demulgator
Berichtsjahr
2015