Separace oleje z kovových třísek superkritickým CO2

V superkritickém stavu se látky nacházejí nad svou kritickou teplotou T_c a kritickým tlakem pc a jsou označovány jako superkritické fluidy (SCF). Tento stav je spojen s významnou změnou chování. Oxid uhličitý v superkritickém stavu mimo jiné nabývá schopností rozpouštět různé organické látky, a to polární i nepolární. Je proto schopen rozpouštět také oleje a různá rozpouštědla.

Superkritický oxid uhličitý, jehož kritická teplota T_c je pouhých 31 °C a kritický tlak p_c 73 bar, je pro účely takových technologií zvláště vhodný. Umožňuje totiž práci za téměř normálních teplot, kdy nedochází k rozkladu extrahovaných látek a snižuje se jejich viskozita. Rozpustnost v CO₂ roste s tlakem; zatímco při pc 73 bar je to jen několik g oleje na kg CO₂, při tlaku 400 bar 1 kg CO₂ rozpouští již přes 100 g oleje. CO₂ je inertní, stabilní, nehořlavý a netoxický. Výhodou procesu je i to, že CO₂ se v průběhu procesu vrací do oběhu, nespotřebovává ani neuvolňuje do atmosféry. Extrakce CO₂byla poprvé využita ve farmacii pro extrakci přírodních farmak a separaci rozpouštědel a v potravinářství (např. ve výrobě instantní kávy).

Technologie HDE

Společnost Messer Griesheim se ve zkušebním středisku v Krefeldu dlouhodobě zabývá separací olejů z třísek a brusných kalů vlastní technologií HDE (Hochdruckextraktion, využívající techniky extrakce superkritickým CO₂.

Při této technologii se CO₂ pod tlakem 200 až 500 bar plní do tlakové nádoby se suspenzí brusných kalů s olejem a směs se ohřeje na teplotu až 80°C podle složení a konzistence směsi.

Přitom se směs homogenizuje a dochází ke vzniku filtračního odporu pro průtok fáze olej/CO₂, která se protlačuje pevnou fází a posléze mechanicky vytlačí přívodem plynného CO₂ vrchním hrdlem nádoby. Rozdělení fáze olej/CO₂ probíhá v separátoru fází snížením tlaku a odpuštěním plynného oxidu uhličitého.

Celý proces trvá 5-15 minut a má téměř 100% účinnost. Proces se ještě více zefektivní, pokud se kaly před extrakcí vylisují, čímž se uvolní 70-90 % oleje. Tím se extrakce asi 3-5 zrychlí a zlepší ekonomika procesu.

Technologie ITC

Další navrženou technologií je postup ústavu ITC, při kterém se kapalný CO₂ o teplotě kolem 0 °C vpouští do extraktoru. V něm jsou brusné kaly nebo kovové třísky ve formě briket uloženy v nádobě opatřené filtračním dnem a víkem z desek ze slinutého kovu. Po napuštění CO₂ se tlak zvyšuje až na 500 bar a teplota na 100 °C podle podmínek extrakce.

Kapalná fáze se po extrakci podrobí separaci v separátoru fází snížením tlaku na přibližně 60 bar, čímž se oddělí olej od plynného CO₂.

Pokud se kaly předem vylisují, zvyšuje se podíl získaného oleje a proces se významně zrychluje. Lisováním kovové substance bez extrakce oleje i po extrakci se snižuje objem třísek a kalů. V této podobě jsou pak vhodnější pro metalurgické zpracování a používají se jako vhodná forma vsázky do pecí.

Ve světě je mnoho výrobců lisů na kovový odpad, ale pouze několik výrobců lisů vhodných pro spojení s popsanými technologiemi. Mezi ně patří např. americká firma M.C.T. Manufacturing z Minneapolisu, která vyrábí řadu šesti modelů zařízení PuckMaster, zpracovávajících od 182 kg/h oceli (82 kg/h hliníku) do 1362 kg/h oceli (681 kg/h hliníku) na brikety kruhového tvaru ve spojení s lisováním oleje a řezných kapalin při účinnosti až 90 %.

Výkony, ekonomika a výhody

Stupeň účinnosti obou technologií závisí na pracovním tlaku. S vyšším tlakem roste hustota fluidu, rozpustnost oleje v CO₂ vzrůstá a zbytkový obsah oleje v kalech a třískách klesá až na hodnoty pod desetinu procenta. V pilotních zařízeních sice bylo dosaženo reziduálních obsahů v řádu 10-4 %, v technickém měřítku jsou však nereálné. Při hustotách fluidu kolem 0,9 g.cm^-3 lze mimo oleje separovat i nepolární a chlorovaná rozpouštědla (benzen, toluen, xylen, tetrachlormethan, chloroform apod.).

Vyšší hustoty fluidu, potřebné pro separaci acetonu a alkoholů, jsou technicky reálné, ale neekonomické.

Separované oleje z extrakce jsou plně recyklovatelné a použitelné do řezných a brusných kapalin. Kovové třísky lze po extrakci bezproblémově skladovat a po kompaktování (briketování) metalurgicky zpracovat. Brusné kaly po extrakci lze deponovat nebo zpracovat podle podílu kovové substance a brusiva.

Extrakční technologie superkritickým CO₂ jsou zatím méně ekonomické ve srovnání s procesy likvidace tepelným zpracováním (např. v cementářských pecích), extrakcí hořlavými rozpouštědly a deponováním. Ekologický přínos extrakce CO₂ je však nesporný. Cena za zpracování fluidní extrakcí se pohybuje v řádu 100 eur/t. Odhadovaná cena za odstranění a zneškodnění skládek brusných kalů se však odhaduje řádově až na 1000 eur/t.

Technologie využívající SCF mají velkou budoucnost při zpracování a recyklaci odpadů řady odvětví. Z nich je nejvíce propracována technologie likvidace toxických odpadů superkritickou vodou SCWO (Supercritical Water Oxidation), využívající oxidační schopnosti superkritického fluidu vody nad kritickou teplotou T_c 374°C a kritickým tlakem pc 221 bar.

-ab -