NO762529L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fjernelse av olje fra en olje/vannemulsjon

Denne oppfinnelse vedrører fjernelse av olje fra en olje-i-vann-emulsjon.

Ifølge oppfinnelsen er det tilve-iebragt en fremgangsmåte for å fjerne olje fra en olje-i-vann-emulsjon som omfatter sammen-føring av emulsjonen^nied to forskjellige fiberstrukturer, i hvilken som helst rekkefølge, hvor en struktur omfatter fibre med overflater med oleofile og hydrofobe egenskaper og den andre fiberstruk-'tur omfatter fibre av et eller flere polykrytallinske, ildfaste metalloksyder, og hvor de således dannede sammenførte oljedråper fjernes.

Når emulsjonen inneholder oljedråper innenfor et stort størrelsesområde, dvs. inneholder både en primær og en sekundær emulsjon, går fremgangsmåten lit på at emulsjonen først bringes i kontakt med den fibrøse konstruksjon som inneholder oleofile og hydrofobe fibre, fortrinnsvis med diameter i området 10 til 100y (mikron) hvor eventuelt sammnført olje fjernes etter valg når den flyter opp til overflaten av emulsjonen, hvoretter emulsjonen fø-res sammen med den fibrøse konstruksjon som omfatter fibre a-v et eller flere polykrystallinske metalloksyder, fortrinnsvis med en diameter som er mindre enn-10 u, hvoretter de således dannede sam-menførte oljedråper fjernes. Fortrinnsvis bringes emulsjonen etter at den er blitt ført til berøring med den polykrystallinske metalloksydfiberkonstruksjon ytterligere i forbindelse med en annen fiberkonstruksjon som inneholder oleofile og hydrofobe fibre.

Når emulsjonen i det vesentlige omfatter en sekundær emulsjon, kan det være ønskelig å benytte en fremgangsmåte som går ut på at emulsjonen i rekkefølge bringes i kontakt med den ■ fiberkonstruksjon som inneholder fibre av et eller flere polykrystallinske metalloksyder og' fiberkonstruksjonen som inneholder oleofile og hydrofobe fibre.

Selv om emulsjonen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bare kan berøre overflatene av de fibrøse konstruksjoner, som tilfelle ville ha vært hvis emulsjonene ble ført over overflatene av fiberkonstruksjonene, f.eks. når fiberkonstruksjonene danner en eller flere flater i en separator med parallelle plater, foretrekkes det for å oppnå en effektiv sammenføring av oljen at emulsjonen føres gjennom fiberkonstruksjonene.

Etter at oljen er kommet i berøring med fiberkonstruksjonene , kan større oljedråper som dannes skilles fra olje/vann-emulsjonen ved at de får anledning til å flyte opp til overflaten hhv. synke til bunnen av en samletank for dannelse av et oljelag som kan fjernes.

Det er å forstå at uttrykket "olje" i forbindelse med denne oppfinnelse omfatter enhver væske som ikke er fullstendig sam-menblandbar med vannfeller den .vandige fase som danner emulsjonen.

En foretrukken olefil og .hydrofob fiberkonstruksjon omfatter fibre med fint fordelte partikler som har oleofile og hydrofobe egenskaper og som gjennomtrenger deres ytre flater.

I en sådan fiberkonstruksjon-kan fibrene f.eks. stapelfi-brenes kontinuerlige filamenter, være homofibre som partiklene er blitt tvunget til å klebe seg til og gjennomtrenge deres overflater som følge av at fibrene er blitt utsatt for overflatevanne og/ eller behandling med plastiseringsmiddel. Alternativt kan fibrene være homofibre.med overtrekk av ikkefiberdannende harpiks eller po-lymerisk materiale som etter å ha vært utsatt for varme og/eller mykningsmiddel og med partikler påført gjør det mulig at partiklene kan trenge gjennom og sette seg fast i overflaten av fibrene.

Mer ønskelig er det imidlertid at fibrene er' konjugerte fibre, dvs. spunne fibre og mer spesielt smeltespunne fibre, såsom kontinuerlige filamenter eller stapelfibre, som er sammensatt av i det minste to fiberdannende polymere komponenter anordnet i be-stemte soner av fibertverrsnittet og i det vesentlige kontinuerlige langs filamentenes lengde, og hvor den ene komponent har en smeltetemperatur som er betydelig lavere enn temperaturen for den. eller de andre komponenter og som er plassert slik at de danner i det minste en del av fibrenes periferiske overflate.

I samsvar med en foretrukket utførelse av oppfinnelsen benyttes derfor ved den oppfinnelsesmessige fremgangsmåte en fiberkonstruksjon som omfatter orienterte, sammensatte (konjugerte) fibre som forklart ovenfor og komponenten med lavere smeltetempera tur inneholder fint fordelte partikler med oleofile og hydrofobe egenskaper og som trenger gjennom komponentens ytterflate.

Sammensatte fibre som har to komponenter foretrekkes.

Den mest foretrukne type av tokomponentfibre er en hvor en komponent med lav smeltetemperatur danner en omhylling rundt den andre komponent som tjener som kjerne. En tokomponentfiber, hvori en komponent med lav smeltetemperatur utgjør en av de to komponenter, som er anordnet ved siden av hverandre i filamentet eller fiberen, kan imidlertid også benyttes.

Polymermaterialet i komponenter med lavt smeltepunkt har smeltepunkt på minst 10°C, fortrinnsvis minst 20°C, og altså under smeltepunktet for den andre fiberkomponent.

Fiberkonstruksjonen kan være i form av en strikket vare, en vevet vare eller en ikke-vevet vare, hvor den sistnevnte foretrekkes. Foretrukne "^f iberkonstruks joner er "melde.d fabrics", sam-menførte tekstiler fremstilt av orienterte, f.eks. strukne, omhyl-.lings/kjerne-heterofilamenter. Slike sammenførte tekstiler kan enten være punktbundne eller arealbundne. Enhver fiberkonstruksjon kan omfatte et eller flere tekstillag.-

Foretrukne partikler er silanbelagte kiseloksydpartikler

selv om andre partikler,som har de kombinerte oleofile og hydrofobe egenskaper, kan benyttes. Gjennomsnittsstørrelsen på partiklene er fortrinnsvis mindre enn 0,1 mikron. Med "gjennomsnittsstør-relse" menes den største tverrsnittsdimensjon av en partikkel, f. eks. diameteren for en kuleformet partikkel. Mer ønskelig er at partiklene har en gjennomsnittsstørrelse på en mikron eller mindre.

Hydrofobigraden i fibrene burde være slik at fiberkonstruksjonen har en vannkontaktvinkel på minst 110° og fortrinnsvis stør-re enn 14 0°. Størrelsen for kontaktvinkelen er i høy grad avhengig, av den type av hydrofobe partikler som benyttes og deres konsentrasjon pr. flateenhet på hver fiber. Den oleofile natur av partiklene som avdekkes på fibrene er slik at når oljen kommer i berøring med og forbigående fester seg til fibrene, vil partiklene og oljedråpene føres sammen og passere gjennom fiberkonstruksjonen. Prosessen begunstiges antagelig av overflateruheten av fibrene som følge av at partiklene er til stede.

Porøsiteten i fiberkonstruksjonen er valgt slik at sann-synligheten for at oljepartiklene berører fibrene er så stor som mulig uten at det dannes for store trykkfall over fiberkonstruksjonen . I de foretrukne fiberkonstruksjoner har punktbundne, sammen- førte tekstiler som er pakket mer tett, meget større trykkfall enn arealbundne, sammnførte tekstiler. Ved punktbundne og arealbundne •sammenførte tekstiler er trykkfallet vanligvis under 50 cm vannsøy-le.ved hydraulisk strømning opp til 16m 3 pr. time pr. m 2vare. Trykkfallet vil imidlertid øke over denne verdi når den hydraulis-ke strøm og/eller oljeomsetningen økes.

Med punktbundet, sammenført tekstil menes en tekstil hvor fibrene har små adskilte områder over hvilke fibrene er sterkt forbundet med hverandre, hvilke områder er adskilt ved områder hvor fibrene er svakere bundet til hverandre eller ikke bundet til hverandre i det hele tatt.

Med flatebundne sammenførte tekstiler menes en tekstil med fibre som er klebet til hverandre i det vesentlige på alle krysse-steder eller punkter over hele sin tykkelse og over hele området

■v

av materiale.

Særlig effektive fiberkonstruksjoner er sådanne som omfatter to eller flere over hverandre anbragte, sammenførte, arealbundne tekstiler som etterfølges av en eller flere punktbundne, sammenførte tekstiler. Med en fiberkonstruksjon som omfatter tre på hverandre lagte, arealbundne, sammenførte tekstiler fulgt av en pålagt, punktbundet, sammenført tekstil er det mulig å oppnå over 97% og i noen tilfelle over 99% i reduksjon av oljekonsentrasjonen, etter tilstrekkelig tidsperiode, f.eks. 4 til 8 minutter for sepa-rering ved tyngdekraften av de sammenførte oljedråper, under en en-kel passering gjennom fiberkonstruksjonen ved hydraulisk gjennom-strømning på opp til 30 m 3 pr. time pr. m 2 vare.

Ved andre fiberkonstruksjoner, såsom to på hverandre lagte arealbundne, sammnførte tekstiler fulgt av et pålagt,punktbundet, sammenført tekstil eller to på hverandre lagte, arealbundne tekstiler, er virkningsgraden ikke så stor. Allikevel kan de være å foretrekke for store belastninger ettersom trykkfallet gjennom slike fiberkonstruksjoner vil være mindre.

Selv om de nevnte fiberkonstruksjoner foretrekkes, kan og-så andre oleofile og hydrofobe fiberkonstruksjoner benyttes, f.eks. konstruksjoner av fibre fremstilt av polyetylen, polypropylen, nylon, glass eller metall, som om ønskelig er blitt behandlet for å bibringe deres overflater oleofile og hydrofobe egenskaper.

Fiberkonstruksjonen av polykrystallinsk, ildfast metall-oksyd fremstilles av fibre hvis overflateegenskaper er tilpasset formålet med denne oppfinnelse. Det foretrekkes å benytte fibre av polykrystallinsk aluminiumoksyd, aluminium/siliciumoksyd eller zirkonoksyd. Fremgangsmåter for fremstilling av slike fibre er beskrevet i britisk patent 1 360 197 og i britisk patentsøknad 12088/72. Det er dog å forstå at anvendeligheten av fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen ikke er utelukkende avhengig av fremgangsmåten til fremstilling av fibrene som benyttes.

Fiberkonstruksjonen kan også omfatte andre fibre, såsom uorganiske fibre, f.eks. fibre av glass,kalsium eller aluminium-silikat og glassaktige aluminiumsilikatfibre. Konstruksjonen kan også omfatte naturfibre, såsom bomull, men også syntetiske fibre, såsom rayon, fibre av polyolefin eller polyester.

Uansett hva slags fibre som benyttes, vil gjennomsnitts-diameteren og fibrenes diameterfordeling vanligvis være av betyd-ning for tilveiebringelse avønskelige volumegenskaper i fibermassen. Fine fibre med liten diameter samt forholdsvis snevre diame-terfordelingsområdervforetrekkes. Gjennomsnittsdiameter fra 0,5 til .5 mikron er særlig å foretrekke og spesielt å foretrekke er en diameterfordeling som sikrer at fibermassen ikke inneholder mer enn 30% av fiberantallet med diameter større enn 5 mikron, og det er f.eks. spesielt å foretrekke at massen ikke inneholder mer enn 20% av fiberantallet med større diameter enn 5'mikron. Relativ frihet fra skudd, dvs. f.eks. mindre enn 1 vekt% av materiale av ikke-fibrøs natur,er en ønskelig egenskap for fibre til bruk i samsvar med oppfinnelsen, ettersomrærværet av innskudd reduserer jevn-heten av fluidumstrømmen gjennom fibermassen. Fibre av aluminiumoksyd eller zirkonoksyd fremstilt som beskrevet i. britisk patent 1 360 197 og i britisk patentsøknad 12088/72 er særlig nyttige for-di fibre med de nevnte egenskaper lett kan fremstilles ved hjelp av fremgangdmåten som er beskrevet i nevnte publikasjoner.

Oppfinnerne i denne oppfinnelse foretrekker å benytte fibre av aluminiumoksyd og zirkonoksyd som forhandles av Imperial Chemical Industries Limited under varemerket "Saffil". "Saffil"-fibrene er mikroporøse og hæisærlig stort flateareal som egner seg godt til koalesering av oljedråper i emulsjonen. Disse fibre kan fremstilles med overflateareal som målt ved BET/nitrogen-adsorpsjon ligger i området 100-150 m 2 /g for aluminiumoksyd og 5-15m 2/g for zirkonoksyd. Til sammenligning kan nevnes at overflatearealet ut-regnet for glatte fibre, f.eks. glassfibre med diameter på 3p er

2

bare 0,48 m /g.

Det er å foretrekke at diameteren for de enkelte fibre i fiberkonstruksjonen er liten og "Saffil"-fibre som har en gjennom snittsdiameter på 3 mikron, tilfredsstiller dette krav.'

Fiberkonstruksjonen som benyttes, har hensiktsmessig form av en fiberbane, papirark eller fiberplate, men den kan også fore-komme i form av løs fiberull eller vevet tekstil som kan.være hensiktsmessig i visse tilfelle. Fiberbanen,- fiberteppet e.l. kan være direkte produkt av en fremstillingsprosess for uorganiske fibre eller baner, mens papirark eller plater kan være fremstilt i en etterfølgende operasjon, f.eks. ved avsetning av en vandig oppslemming eller dispersjon av fibre i våtformingsprosess. Til-setning av passende bindemidler kan være ønskelig for oppnåelse av nødvendig stivhet i fiberkonstruksjonen.

De motsatte sider av hver fiberkonstruksjon er vanligvis i det vesentlige flate og i dette tilfelle kan hver fiberkonstruksjon omfatte en vegg av et kammer som inneholder den emulsjon som skal behandles. - Hvis trykkdifferansen opprettholdes gjennom fi-berkonstruks jonen, vil emulsjonen flyte kontinuerlig gjennom konstruksjonen. Alternativt kan fiberkonstruksjonen formes til en eller annen form, f.eks. som et rør. En særlig ønskelig utform-ning er et rør som er lukket i den ene ende, f.eks. som ligner et stort prøverør og hvor emulsjonen kan føres inn i det lukkede rør og hvor passende trykkdifferanse opprettholdes gjennom fiberkon-struks jonen, slik at emulsjonen kontinuerlig vil passere rørets . vegger og såmmenføringen av oljedråpepartiklene vil da finne sted.

Selv om fiberkonstruksjonene kan være adskilt innbyrdes, slik at emulsjonen først passerer en fiberkonstruksjon og deretter en annen fiberkonstruksjon, foretrekkes det å benytte en laminat-lignende konstruksjon hvor to eller flere fiberkonstruksjoner av forskjellige typer legges opp på hverandre.

Oppfinnelsen skal forklares mer spesielt under henvisning til følgende eksempler:

Eksempel 1

En olje-i-vann-emulsjon som inneholdt 10 565 ppm olje, ble ført gjennom en oljefanger av fiberkonstruksjon som inneholdt en blanding av fibre av polypropylen og nylon med gjennomsnittlig fiberdiameter på o 25u og med omsetningshastighet på 2,5m 3 /t/m 2av oljefangerens tverrsnittsareal. Etter at emulsjonen fikk anledning til å roe seg i 5 minutter, steg koalesert olje opp til overflaten og ble fjernet. Resten av oljen i emulsjonen var av den sekundære type og inneholdet da 784 ppm olje. Denne emulsjon ble ført gjennom den samme olje-fiberfanger av fibre.av polypropylen

og nylon og med den samme omsetningshastighet som før, dvs.

2,5 m 3 /t/m 2. Etter 5 minutters hviletid for utfelling steg koa-- lesert olje til overflaten og ble fjernet. En betydelig mengde olje var fremdeles i emulsjonen og analysen viste at restoljekon-sentrasjonen var 592 ppm.

Restemulsjonen ble så ført gjennom en fiberkonstruksjon med et lag bestående av oppkuttede fibre av polykrytallinsk aluminiumoksyd med gjennomsnittsdiameter 3 (markedsført av Imperial Chemical Industries Limited under varemerket "Saffil") plassert mellom to lag bestående av en blanding av polypropylen-og nylonfibre. Omsetningshastigheten var 10 m 3 /t/m 2. Etter pas-seringen av oljefangeren fikk emulsjonen anledning til å hvile for utfelling i 5 minutter, og den olje som da steg opp til overflaten ble fjernet. Den vandige fase hadde da et restoljeinnhold som var mindre enn 1 ppm.

Eksempel 2

En tekstilvare av uvevet type med arealbundne stapelfibre av orienterte, dvs. trukne, sammensatte filamenter med kjerne og omhylling, ble fremstilt med en vekt på 137 g pr. m 2. I filamen-tene utgjorde kjernen 50 vekt% av filamentets vekt.. Materialet for kjernen var polyetylentereftalat med smeltepunkt 257°C, mens

overtrekket var en kopolymer 'av polyetylentereftalat og polyety-lenadipat (molforhold 85:15) med smeltepunkt 220°C.. Denne tekstilvare ble ført gjennom en 2% dispersjon av silanbelagte kiseloksydpartikler (Silanox 101 fremstilt av Cabot Corporation, partikkel-størrelsen hovedsakelig 7 milliy og BET overflateareal 225 m 2/g) hvor dispergeringsmediet var trikloretylen. Den tørkede vare ble fastholdt med konstant areal på en pinneramme mens den ble opphe-tet i ti minutter ved 217°.C og deretter skylt med. vann for fjernelse av løstsittende partikler. Vanndråper som ble anbragt på den tørkede vare, hadde en gjennomsnittlig kontaktvinkel på 155°C.

Innholdet av en typisk mineralolje i vannemulsjon med konsentrasjon 684 ppm kunne redusers til 43 ppm ved en eneste passering gjennom en oljefanger fremstilt av to på hverandre.lagte komponenter bestående av to stykker av den omtalte tekstilvare. Ytterligere passering gjennom en lignende anordning bevirket' bare en mindre reduksjon av oljekonsentrasjonen i den vandige fase hvilket indikerte at emulsjonen var en emulsjon av annen grad eller sekundær emulsjon.

Når denne sekundæremulsjon så ble<:>ført gjennom en fiberkonstruksjon bestående av oppkuttede fibre av zirkonoksyd ("Saffil")

.med gjennomsnittlig diameter 3p og lagt mellom ark med åpen maske-struktur (av varemerket "Netlon") fant ytterligere koalesens sted og etter 5 minutters hviletid for utfelling fløt de sammenførte oljedråper opp til overflaten og dannet et oljelag som lett kunne fjernes, slik at oljekonsentrasjonen i væskefasen ble redusert

3 2

til 21 ppm når omsetningshastigheten var 8m pr. time pr. m vare.

Eksempel 3

En lignende konstruksjon som omtalt i eksempel 1, men med tekstilen av fibre som var punktvis forbundet med hverandre, ble behandlet på lignende måte som i eksempel 2.

Selv om det i eksempel 2 ble benyttet en fiberkonstruksjon omfattende oppkuttede zirkonoksydfibre for reduksjon av olje-■konsentrasjonen-i sekundæremulsjonen og en betydelig reduksjon

ble oppnådd, var det dog klart at det fantes et stort antall små-dråper av sammenført olje som ikke var store nok til å flyte opp til overflaten av emulsjonsstrømmen.

I dette eksempel ble eksempel 2 gjentatt i sin helhet bortsett fra at sekundæremulsjonen hadde en konsentrasjon på 5 ppm 3 2 og gjennornstrømningsmengden var større enn 10 m pr. time pr. m tekstilvare og dessuten ble konstruksjonen med zirkonoksydfibre skiftet ut med en fiberkonstruksjon bestående av et laminat av tre på hverandre lagte ark av kuttede fibre av aluminiumoksyd ("Saffil"-fibre med gjennomsnittsdiameter på 3 p lagt mellom to ark av "Netlon" med åpenmasket struktur) og på dette ble det lagt en tredje tekstil med arealbundne fibre (som i eksempel 2) og på dette enda et lag av behandlet,sammensatt tekstil med punktbundne fibre (som beskrevet ovenfor).

Det ble oppnådd en betydelig koalesensvirkning på oljedråpene og dråpenes størrelse ble slik at de kunne flyte opp til overflaten og danne et lag som kunne fjernes med en flytende skimmer-arm. 01jekonsentrasjonen i restemulsjonen ble da til bare 0,2ppm målt etter seks minutters hviletid for utfelling.

Eksempel 4

Eksempel 3 ble gjentatt i sin helhet bortsett fra at se-kundæremuls jonen hadde en konsentrasjon på 9 ppm og gjennomstrøm-3 2

ningsmengden var 9,2m /t/m tekstilvare. Konsentrasjonen i restemulsjonen etter utfelling-hviletid i 6 minutter var 3 ppm.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til å fjerne olje fra en olje-i-vann-emulsjon ved føring av emulsjonen gjennom en fibrøs konstruksjon og bortføring av utkoaliserte oljedråper, karakterisert ved at emulsjonen føres i vilkårlig rekkefølge gjennom to ulike fiberkonstruksjoner, hvor en fiberkonstruksjon omfatter fibre med overflater med oleofile og hydrofobe egenskaper og den andre fi-brøse konstruksjon omfatter fibre av et eller flere polykrystallinske, ildfaste metalloksyder.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de oleofile og hydrofobe fibre har en diameter i området 10 til 100 mikron og de polykrystallinske metalloksydfibre har en diameter som er mindre enn 10 mikron. -

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den oleofile og hydrofobe fibrø se konstruksjon omfatter fibre med fint fordelte partikler med oleofile og hydrofobe egenskaper og som gjennomtrenger deres ytterflater.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, karakter i- •; sert ved at konstruksjonen av polykrystallinske, ildfaste metalloksyder omfatter fibre av aluminiumoksyd, aluminiumoksyd/ siliciumoksyd eller zirkonoksyd.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at de ildfaste metalloksydfibre har gjennomsnittsdiameter i området 0,5 til 5 mikron.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den ildfaste, fibrøse konstruksjon av metalloksydfibre inneholder maksimalt 30% med fibre med diameter større enn 5 mikron regnet etter fiberantallet.