NO821068L

NO821068L - Filtermedia for rensing av olje-i-vann-emulsjoner.

Info

Publication number: NO821068L
Application number: NO821068A
Authority: NO
Inventors: Gerard P Canevari
Original assignee: Exxon Research Engineering Co
Priority date: 1981-04-07
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1982-10-08
Also published as: EP0062527B1; IE820807L; ES511200A0; GR76096B; EP0062527A2; DE3266627D1; GB2096921B; JPS58205A; GB2096921A; ES8305587A1; CA1182759A; IE52393B1; EP0062527A3

Description

Foreliggende oppfinnelse angår granulære media for

bruk i filtere for rensing av oljeholdig vann, mer spesielt granulære media for å rense olje-i-vann-emulsjoner for deres dispergerte olje, selv etter flere tilbakevaskinger.

Filtersjikt for å fjerne dispergerte oljer fra olje-i-vann-emulsjoner har hittil brukt et sandmedium eller et antrasittgranulært medium for å fange inn oljen i mellom-

rommet mellom kornene.

Senere undersøkelser har imidlertid vist at en mer effektiv filtreringsmekanisme burde la olje fukte og feste seg til mediet på en adsorberende måte. Vanlige sand- eller antrasittmatérialer har vanligvis ikke adsorberende egenskap-

er, og deres evne til å fjerne og holde på olje er derfor begrenset.

Etter langvarige undersøkelser av forskjellige sand-

og glassmaterialer for bruk i filtersjikt, ble det utviklet en kjemisk behandling for å bedre sandens affinitet for oljer som var dispergert i vann. Den kjemiske behandling besto av at man behandlet fra 16 - 20 mesh sand med et primært alifa-

tisk amin slik det er beskrevet i U.S. patent nr. 3.901.818 utstedt 26. august 1975.

Det viste seg at et filtersjikt av denne behandlede sand hadde en overlegen oljefjernende egenskap, men viste seg ikke å beholde sine egenskaper etter langvarig filtrering.

Etter tilbakevasking fikk dette sjiktet av slifatisk amin-behandlet sand ikke tilbake sin tidligere evne til å fjerne medførte oljer.

Foreliggende oppfinnelse angår et nytt og forbedret kjemisk behandlet filtermedium for fjerning av olje fra olje-i-vann-emulsjoner, og hvor nevnte medium vil beholde sin evne til å fjerne oljene selv etter mange gangers tilbakevasking.

Foreliggende oppfinnelse bruker en kjemisk behand-

ling hvor man skaper en siloksanbinding mellom et lipofilisk hydrokarbon og et granulært sand- eller glassubstrat. Denne kjemiske behandling binder det lipofiliske hydrokarbon til overflaten av mediet hvor det eksponeres overfor strømmen av

olje og vann.

En lignende kjemisk behandling er vist og beskrevet i U.S. patent nr. 4.017.528 utstedt 12. april 1977. Det ovennevnte patent beskriver dannelsen av en siloksan-lignende binding i porøse silisiumdioksydsubstrater for å bedre deres absorberende egenskaper for kromatografiske formål.

Foreliggende oppfinnelse ønsker å bedre de adsorberende egenskaper i et silisiumdioksydgranuært substrat, men krever at substratet skal være ett som er ikke-porøst mer enn porøst.

Videre har det vist seg at ovennevnte behandling når den behandles på granulære substrater for det foreliggende formål, ikke vil gi et virksomt filtermedium. Årsaken til dette er at den resulterende adsorbsjonsevnen på filtersjiktet vil gjøre at de granulære partiklene agglomererer. Dette resulterer i en tiltetning av sjiktet slik at man ikke får skikkelig filtrering. For å korrigere dette har man opp-daget at de behandlede granulære glasspartiklene kan blandes med i alt vesentlig like deler av ikke-behandlede glassmaterialer for derved å få ensartede strømveier gjennom sjiktets tverrsnitt.

Videre kan glassgranulatene bare delvis være behandlet med alkoksysilaner for å derved få et mer frittflyt-ende filtersjikt under tilbakevaskingen.

En annen fremgangsmåte som gir et effektivt filtersjikt er å behandle "filtersanden" med et alkoksysilan. Filtersanden har mindre adsorberende evne enn glassgranulatene som lettere utsettes for en full kjemisk behandling uten å gi et totalt oljefuktbart filtersjikt.

De tre forannevnte fremgangsmåter vil gi filter-media som ikke bare har overlegne oljefuktende egenskaper, men som også effektivt beholder sin oljefuktbarhet selv etter mange tilbakevaskinger.

Foreliggende oppfinnelse angår tilbakevaskbare media for rensing av olje-i-vann-emulsjoner for sin dispergerte olje.

Et første medium'innbefatter en blanding av omtrent 50 volum-% av et glatt, ikke-porøst granulært glass behandlet med ca. 3 - 3,5 g/l av minst ett trialkoksysilan hvor nevnte alkoksygruppe har fra 1-2 karbonatomer, og ca. 50 volum-% av ikke-behandlet, glatt, ikke-porøst granulært glass.

En annen utførelse av foreliggende oppfinnele innbefatter sandpartikler som er glatte, ikke-porøse og granulære og som er blitt behandlet med ca. 3 - 3,5 g/l av minst ett trialkoksysilan hvor alkoksygruppen har fra 1-2 karbonatomer.

En tredje utførelse av oppfinnelsen innbefatter granulært glass som er glatt og ikke-porøst og behandlet med ca. 1,5 - 1,8 g/l av minst ett trialkoksysilan, hvor nevnte alkoksygruppe har fra 1-2 karbonatomer.

De ovennevnte granulære substrater kan ha en meshstørrelse på fra 10 - 20 eller fra 20 - 30.

Trialkoksysilanet bør fortrinnsvis innbefatte et gammaamiopropyltrietoksysilan.

Trialkoksysilanet kan også velges fra gruppen bestående av: metyl-, vinyl-, gamma-aminopropyltrietoksysilan, metyl- og N-beta-aminoetyl-gammaaminopropyltrimetoksysilan.

Det er følgelig en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret filtermedium for rensing av olje-i-vann-emulsjon.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe et filtermedium som beholder sin lipofiliske kar-akter selv etter mange tilbakevaskinger.

Disse og andre hensikter ved oppfinnelsen vil frem-gå fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse som må ses i sammenheng med de vedlagte tegninger. Fig. 1 er en skjematisk tegning av et sammenløpt filtersjikt bestående av fullbehandlede glassgranulater. Fig. 2 er en skjematisk tegning av et delvis behandlet filtersjikt av glassgranulater. Fig. 3 er et skjematisk diagram av" et filtersjikt bestående av en blanding av fullbehandlede og ubehandlede glassgranulater. Fig. 4 er et diagram som viser effektiviteten med hensyn til oljefjerning med hensyn til tiden (i minutter) for et filtersjikt inneholdende fullbehandlet filtersand. Fig. 5 er et diagram som viser effekten av oljefjerningen med hensyn til tiden (i minutter) for et filtersjikt av fullbehandlede glassgranulater.

Foreliggende oppfinnelse angår generelt et filtermedium for rensing av olje-i-vann-emulsjoner for sin dispergerte olje. Filtermediet ifølge foreliggende oppfinnelse er kjemisk behandlet granulært glass eller "filtersand". Det granulære materialet gis først en vasking med en kaustisk oppløsning som i alt vesentlig består av en 10% oppløsning av NaOH for å gi aktive hydroksylgrupper. Disse hydroksyl-gruppene gjør at materialet lett danner en siloksanbinding med et trialkoksysilan. Trialkoksysilanet bindes kjemisk med glasset eller sanden og etterlater en hydrokarbongruppe som er eksponert på overflaten av granulatene, hvorved disse får en adsorbsjonsevne og og en oljefuktende evne.

Nevnte forbehandling med kaustisk oppløsning blir fortrinnsvis utført ved høyere temperatur enn romtemperatur i flere timer. Man har ofte funnet det nødvendig med mer enn én vasking for å oppnå en passende aktivert overflate for siloksanbinding.

Etter behandling av det granulære materialet med

den kaustiske oppløsningen blir materialet vasket og tørket.

Ca. 3 - 3,5 g/l av trialkoksysilan blir så tilsatt de kaustisk behandlede granulater, og disse blir så plassert i en ovn ved 75 - 90°C inntil de er tørre. Temperaturen i ovnen heves så til 150°C i 3 timer. Granulatene blir så av-kjølt til romtemperatur.

Med glassgranulater som er behandlet med trialkoksysilan som beskrevet ovenfor, så får man et resulterende filtermedium som har dårlige tilbakevaskingsegenskaper.

Dette tilbakevaskingsproblem og dets løsning vil

bli forklart i det etterfølgende med henvisning til fig. 1-3.

Glassgranulatene kan være resirkulert glass av stør-relsesorden fra 10 - 20 mesh. Vanligvis er det foretrukket å ha glassgranulater med en glatt overflate, dvs. at granulatene ikke skal være kantede eller ha sprekker. Glatte glassgranulater er foretrukket for å hindre en tiltetting av granulatene i filtersjiktet.

Fordi oljefjerningen vanligvis oppnås ved at oljen adsorberes på overflaten av granulatene, så bør glasset være av en ikke-porøs type.

Det har vist seg at sand med fra 10 - 20 eller 20 -

30 størrelse når dette behandles med trialkoksysilan, også

gir et meget godt filtreringsmedium. Man har imidlertid opp-daget at ikke alle sandtyper gir gode filtreringsmedia. To typer sand ble undersøkt: "filtreringssand" og "kvartssand".

"Kvartssand" er imidlertid et relativt "løst" be-

grep. Slik sand brukes bl.a. for støping, og har ofte et relativt høyt innhold av A^O-^. Den "kvartssand" som imidlertid kan kjøpes fra Rudd, Paterson, N.J. (selges som nr. 18 Quartz) var i virkeligheten hvitere enn "filtreringssanden"

som indikerte at den hadde høyere innhold av SiC^. Fabri-kanten anga at produktet inneholdt 99,9% Si02, og dette var i overensstemmelse med de resultater man oppnådde.

Det var imidlertid en hovedforskjell, og denne

skyldes at sanden var mekanisk knust for å oppnå den for-

ønskede meshstørrelse. Dette øker overflatearealet, skaper sprekker og sanden er derfor fysisk forskjellig fra uknust "filtersand". "Kvartssand" har dårlige tilbakevaskingsegenskaper. Denne dårlige tilbakevaskingen for kvartssanden skyldes en øk-ende tiltetningsevne mellom sandpartiklene etter at de er oljefuktet, noe som antageligvis skyldes at de lettere fes-

ter seg til hverandre på grunn av de mange sprekker og kan-

ter på partikkeloverflåtene.

Filtersand med fra 10 - 20 mesh eller fra 20 - 30

mesh ble kjøpt fra Jessie Morie Co., Mauricetown, N.J. En analyse av denne sanden ga i vekt-% følgende resultater:

(oppvarming til 1000°C i 2 timer for måling av organisk innhold) . Denne sanden var ikke knust eller mekanisk opparbei-det.

"Filtersanden" og glassgranulatene ble fortrinnsvis behandlet med et gamma-aminopropyltrietoksysilan som kan kjøpes fra Union Carbide og som selges under varemerket "A1100".

Andre trialkoksysilaner kan også brukes for behandling av det granulære materialet, og man har funnet at de gir "filtersanden" spesielt god oljetilbakeholdelsesevne selv etter flere tilbakevaskinger, noe som er vist i den etter-følgende tabell I.

Filtersand med en størrelse fra 10 - 20 mesh behandlet med ca. 3 - 3,5 g/l av gamma-aminopropyltrietoksy silan ga meget god oljefjerning. Dette var tilfelle selv etter gjentatte tilbakevaskinger av filtersjiktet som vist på fig. 4. Man fikk meget god langtidsvirkning selv etter 4 gangers tilbakevasking.

Når resirkulerte glassgranulater ble behandlet på samme måte, så hadde filtermediet en tendens til å løpe sammen, dvs. at granulatene klumpet seg sammen slik det er vist på fig. 1. Dette at granulatene løper sammen antar man skyldes at glasset når det behandles med forannevnte silan, blir for effektivt. Dette betyr at glassgranulatene blir så oljefuktbare at de har en tendens til å klistre seg sammen. Slike sammenløpende eller sammenklistrende granulater gir et dårlig filtersjikt, fordi det danner seg kanaler 11 i sjiktet slik at det nedsetter sjiktets evne til å bli renset. Effekten av å rense et slikt sjikt via tilbakevasking er

vist på fig. 5.

For å løse dette problem ble glassgranulatene enten behandlet med bare 50 vekt-% av silanet (1,5 - 1,8 g/l) eller 100% behandlede glassgranulater ble blandet med 50 volum-% ubehandlede glassgranulater slik det er vist på filtersjikt-ene på fig. 2 og 3 hhv. Disse forannevnte behandlede glassgranulater gjør at tilbakevaskingsoppløsningen kan strømme gjennom mellomrommene i sjiktet slik det er vist ved pilene 12. På denne måten kan sjiktene effektivt renses for sin til-festede olje, og kan således brukes om igjen.

Det blandede sjiktet på fig. 3 består av en del behandlede granulater og en del ubehandlede, og dette hindrer at sjiktet løper sammen ettersom de oljefuktbare partiklene vil være skilt fra hverandre ved hjelp av ubehandlede partik-ler .

Det mindre lipofilisk behandlede sjiktet på fig. 2 har visse posisjoner på partiklene som ikke er oljefuktbare, hvorved man reduserer den sammenløpende effekten. En opp-summering av hvorledes filtersanden og glassfiltersjiktene ifølge foreliggende oppfinnelse opptrer under drift er angitt i tabell 2.

Claims

1. Tilbakevaskbart filtreringsmedium for rensing av olje-i-vann-emulsjoner for dispergert olje, karakterisert ved å bestå av en blanding av ca. 50 volum-% av glatt, ikke-porøst, granulært glass behandlet med kaustisk oppløsning og deretter med ca. 3 - 3,5 g/l av minst ett trialkoksysilan, og hvor nevnte alkoksygruppe har fra 1-2 karbonatomer, og av ca. 50 volum-% av ikke-behandlet, glatt, ikke-porøst granulært glass.

2. Tilbakevaskbart medium ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte granulære glass har en meshstørrelse på fra ca. 10 - 30.

3. Tilbakevaskbart medium ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte trialkoksysilan er valgt fra gruppen bestående av følgende forbindelser: metyl-, vinyl-, gamma-aminopropyl-, trietoksysilan, metyl- og N-beta-aminoetyl-gamma-aminopropyl- og trimetoksysilan og blandinger av disse. i

4. Tilbakevaskbart filtreringsmedium for rensing av olje-i-vann-emulsjoner for dispergert olje, karakterisert ved å bestå av glatte, ikke-porøse, granulære filtersandpartikler behandlet med kaustisk opplø sning og deretter med ca. 3 - 3,5 g/l av minst ett trialkoksysilan hvor , nevnte alkoksygruppe har fra 1-2 karbonatomer, hvorved sandpartiklene blir oljefuktbare.

5. Tilbakevaskbart medium ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte granulære filtersand har en meshstørrelse fra ca. 10 - 30.

6. Tilbakevaskbart medium ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte trialkoksysilan er valgt fra en gruppe bestående av metyl-, vinyl-, gamma-aminopropyl-, trietoksysilan, metyl- og N-beta-aminoetyl-gamma-aminopropyl-, trimetoksysilan og blandinger av slike forbindelser.

7. Tilbakevaskbart filtreringsmedium for rensing av olje-i-vann-emulsjoner for dispergert olje, karakterisert ved å bestå av glatte, ikke-porøse, granulære glasspartikler behandlet med kaustisk oppløsning og så med ca. 1,5 - 1,8 g/l av minst ett trialkoksysilan hvor nevnte alkoksygruppe har fra 1-2 karbonatomer, hvorved nevnte glasspartikler blir oljefuktbare.

8. Tilbakevaskbart medium ifølge krav 7, karakterisert ved at nevnte granulære glasspartikler har en meshstø rrelse fra ca. 10 - 30.

9. Tilbakevaskbart medium ifølge krav 7, karakterisert ved at nevnte trialkoksysilan er valgt fra gruppen bestående av metyl-, vinyl-, gamma-aminopropyl-, trietoksysilan, metyl- og N-beta-aminoetyl-gamma-aminopropyl-, trimetoksysilan og blandinger av slike forbindelser.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av et tilbakevaskbart filtreringsmedium for rensing av olje-i-vann-emulsjoner, karakterisert ved at man: vasker et glatt, ikke-porøst, granulært substrat valgt fra gruppen bestående av granulært glass og filtersand med en kaustisk oppløsning, behandler nevnte kaustisk vaskede substrat med et alkoksysilan med fra 1-2 karbonatomer i alkoksygruppen, oppvarmer nevnte alkoksysilanbehandlede substrat til ca. 150°C, og og når nevnte substrat er glass, behandler nevnte glass med et alkoksysilan i en mengde på fra (a) fra 1,5 - 1,8 g/l og (b) fra 3,0 - 3,5 g/l og når mengden velges fra (b), blander like deler granulært ubehandlet glass med nevnte behandlede glass, og når nevnte substrat er filtersand, blander nevnte alkoksysilan i en mengde varierende fra 3,0 - 3,5 g/i.

11. Cyklisk fremgangsmåte for rensing av olje-i-vann-emulsjoner for dispergert olje hvor nevnte emulsjon føres gjennom et filtreringssjikt for adsorbsjon av oljen slik at man tilveiebringer en renset fraksjon, og hvor man tilbake-vasker nevnte sjikt når mengden av olje i nevnte rensede fraksjon overstiger et forutbestemt minimumsnivå, karakterisert ved at nevnte sjikt består av et medium valgt fra gruppen bestående av granulært glass som er blitt behandlet med kaustisk oppløsning og med fra 1,5 - 1,8 g/l av minst ett trialkoksysilan, en blanding av ca. 50 volum-% granulært glass og 50 volum-% granulært glass som er behandlet med kaustisk oppløsning og med fra 3 - 3,5 g/l av minst ett trialkoksysilan, filtreringssand som er blitt behandlet med kaustisk oppløsning og med fra 3,0 - 3,5 g/l av minst ett trialkoksysilan og en blanding av ca. 50 volum-% filtersand og 50 volum-% av nevnte behandlede filtersand, og hvor nevnte trialkoksysilan i alle tilfeller har fra 1 - 2 karbonatomer i alkoksygruppen.