DE69733184T2

DE69733184T2 - Papier zur Filtration von Flüssigkeiten geeignet zur Filtration von mit Fetten oder Paraffinen schwerbeladenen Suspensionen oder Emulsionen

Info

Publication number: DE69733184T2
Application number: DE69733184T
Authority: DE
Inventors: François-Pierre Navarre; Bernard Bossand; Pierre Girard; Joseph Dussaud
Original assignee: Ahlstrom Industries SA; TotalFinaElf France SA
Current assignee: Total Marketing Services SA; Ahlstrom Industries SA
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: EP0847784A1; KR19980064021A; ATE294628T1; DE69733184D1; ES2243971T3; CA2222404A1; FR2757079A1; EP0847784B1; JPH10237798A; FR2757079B1; US6224768B1

Description

TECHNISCHER ANWENDUNGSBEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Papier zur Filtration von beladenen Flüssigkeiten, mit hoher Adsorptions- und Absorptionsfähigkeit sowie Porosität, auf der Basis von natürlichen und/oder synthetischen Zellulosefasern, das ferner pulverförmige organische Stoffe enthält. Es kann außerdem pulverförmige anorganische Stoffe und bakterizide und/oder virozide Substanzen enthalten.
Das Papier findet seine Anwendung in der Rohölbehandlungsindustrie, Industrien, die Schmieröle und Bearbeitungsflüssigkeiten verwenden, sowie in der Papier- und Nahrungsmittelindustrie und allgemein in sämtlichen Industriezweigen, die paraffin- bzw. fettreiche Suspension oder Emulsionen herstellen. Es wird ferner bei der Filtration von Haus- und Gemeindeabwässern eingesetzt.
STAND DER VORHERGEHENDEN TECHNIK
Papiersorten auf der Basis von Synthetik- oder Naturfasern, die in zahlreichen Anwendungen für die Filterung von Flüssigkeiten eingesetzt werden, sind wohl bekannt. Diese Papiersorten weisen aber gewisse Nachteile innerhalb von industriellen Anwendungen auf, insbesondere aufgrund ihrer geringen Porosität, die zu mittelmäßigen Filtrationsgeschwindigkeiten führt, die in den Flüssigkeitsmengen ausgedrückt werden, die pro Zeit- und Flächeneinheit behandelt wurden.
Diese Papiersorten haben unbedeutende Adsorptions- und Reaktivitätseigenschaften und erlauben nicht die Rückhaltung von Substanzen wie Phenolen, auch wenn sich diese nur in sehr geringer Menge in den behandelten Flüssigkeiten befinden.
Die bekannten Papiersorten sind ineffizient bei der Filtration von sehr stabilen Suspensionen, deren Stabilität aus dem Vorhandensein von grenzflächenaktiven Substanzen resultiert, und sie haben keinerlei geruchsneutralisierende Wirkung.
Sie sind ferner nicht für die Behandlung von Flüssigkeiten mit einer Temperatur über 90°C geeignet.
Es ist ferner eine bekannte Methode, mit Talg oder Bentonit durchsetzte Papiersorten zu verwenden, deren Wasserdurchlässigkeit geringer ist als die von nicht durchsetztem Papier.
In Dokument WO-95/18265A ist ein Papier für die Filtration auf der Basis von Zellulosefasern beschrieben, das mit Aktivkohle angereichert werden kann. Das in diesem Dokument beschriebene Papier wird bei der Filtration von Trinkwasser und Getränken sowie im pharmazeutischen Bereich und für die Luftbehandlung benutzt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen. Zu diesem Zweck wird ein Papier zur Filtration von Flüssigkeiten vorgestellt, das geeignet ist für die Filtration von fett- oder paraffinreichen Suspensionen und Emulsionen, wobei dieses Papier über eine hohe Adsorptions- und Absorptionsfähigkeit sowie Porosität verfügt, aus Zellulosefasern besteht und ferner mindestens einen pulverförmigen organischen Stoff enthält, von dem mindestens 95% der Partikel eine Korngröße zwischen 1 und 150 Mikron haben, in einem Verhältnis zwischen 5 und 75% des Papiergewichts, einschließlich des genannten organischen Stoffs. Dieser organische Stoff enthält eine Aktivkohle, wobei das Filtrationspapier dadurch charakterisiert ist, dass diese Aktivkohle mindestens aus einem mikronisierten Koks besteht, der unter Steinkohlen-, Petrol- oder Braunkohlenkoks ausgewählt wird.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung hat der mikronisierte Koks, aus dem die Aktivkohle besteht, eine Korngröße zwischen 5 und 10 Mikron, in einem Verhältnis von vorzugsweise zwischen 5 und 70% des Papiergewichts, einschließlich des genannten organischen Stoffs.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält der organische Stoff ein mikronisiertes geröstetes Holz mit einer Korngröße zwischen 50 und 150 Mikron.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält der organische Stoff ein harzhaltiges Pulver.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält das erfindungsgemäße Papier ferner mindestens einen anorganischen Stoff in einem Verhältnis von 0,2 bis 70% des Papiergewichts, einschließlich des genannten organischen Stoffs und des anorganischen Stoffs.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung handelt es sich bei dem anorganischen Stoff um ein pulverförmiges Silizium-Derivat.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung handelt es sich bei dem anorganischen Stoff um ein pulverförmiges Aluminiumoxid-Derivat.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung handelt es sich bei dem anorganischen Stoff um einen pulverförmigen Katalysator mit einer Korngröße zwischen 2 und 100 Mikron.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält das erfindungsgemäße Papier ferner einen pH-Wertmodifikator.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält das erfindungsgemäße Papier ferner eine bakterizide Substanz.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält das erfindungsgemäße Papier ferner eine virozide Substanz.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung wurde das erfindungsgemäße Papier behandelt, um es ölaufsaugend zu machen.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung wurde das erfindungsgemäße Papier behandelt, um es hydrophob zu machen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der detaillierten Darstellung und den folgenden Beispielen.
DETALLIERTE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist ein Filtrationspapier, das aus natürlichen und/oder künstlichen Zellulosefasern hergestellt wird, denen organische Stoffe in Pulverform beigefügt werden, um die Wasserdurchlässigkeit des Papiers zu erhöhen, ohne die übrigen Eigenschaften wesentlich zu beeinflussen.
Dieses Ergebnis wird anhand der folgenden Tabelle illustriert:
Worin:

V1, V2, V3: sind drei Varianten der Zusammensetzung des Papiers.
VP: bedeutet, dass die Zellulosefasern aus Recyclingpapier bestehen.
CO: bedeutet organische Belastung, im vorliegenden Beispiel mit Fichtenpulver mit einer Korngröße unter 150 Mikron.
Wasserdurchlässigkeit: meint den Wasserdurchsatz in Kubikmetern pro Stunde und Quadratmeter Papierfläche, gemessen bei 25°C.

Zur Beobachtung der Auswirkungen der verschiedenen Belastungen in Form von Pulver wurden fünf Versuche durchgeführt, die zu folgenden Ergebnissen führten:
Worin:

E1, E2, E3, E4 und E5: sind die Referenzen der fünf Versuche.
VP: bedeutet, dass die Zellulosefasern aus Recyclingpapier bestehen.
CO: bedeutet organische Belastung, im vorliegenden Beispiel mit Fichtenpulver mit einer Korngröße unter 150 Mikron.
Wasserdurchlässigkeit: meint den Wasserdurchsatz in Kubikmetern pro Stunde und Quadratmeter Papierfläche, gemessen bei 25°C.

Beim Vergleich der Ergebnisse der Versuche E1 und E2 stellt man fest, dass die Tatsache, dass das Papier mit einem organischen Pulver angereichert ist, den Effekt hat, dass die Wasserdurchlässigkeit des Papiers erhöht wird.
Die Hinzufügung von Talg oder Bentonit, die in den Versuchen E3 und E4 dargestellt wird, erzeugt den gegenteiligen Effekt, d.h., dass die Wasserdurchlässigkeit abnimmt.
Wenn man das Versuchspapier E2 mit Kohlekoks belädt, der eine Korngröße unter 150 Mikron hat, steigt die Wasserdurchlässigkeit von 4,5 auf 7,5 m3/m2/Stunde an. Diese Ergebnisse zeigen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Papier um ein Filtermaterial handelt, dessen Eigenschaften sich an die zu filternde Flüssigkeit anpassen lassen, indem seine Zusammensetzung in Qualität und Menge verändert wird.
Das erfindungsgemäße Papier lässt sich als Filtermedium mit den bekannten Einrichtungen einsetzen, bei denen die bekannten Verfahren zur Anwendung kommen. Als Beispiel lassen sich Papierabrollbandfilter nennen, bei denen die Feststoffe, die in der zu filternden Flüssigkeit gelöst sind, auf dem Papier zurückbleiben und einen Filterkuchen bilden, bestimmte Produkte werden von dem auf dem Filter befindlichen Pulver adsorbiert und das aus den flüssigen, fest zusammenhängenden Elementen bestehende Filtrat wird gesammelt.
Das erfindungsgemäße Papier kann ferner mit bekannten Filtermitteln vom rotativen Typ unter Vakuum verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung enthält die Ladung des Filtrationspapiers aus organischem Material mindestens eine Aktivkohle mit einer Korngröße zwischen 5 und 50 Mikron.
Als Beispiel sind die Aktivkohlen zu nennen, die in Öfen aus Pflanzenmaterial gewonnen werden, wie Kokosnüssen, Olivenkernen und Kork. Diese Aktivkohlen sind mikronisiert und stellen vorzugsweise 5 bis 70% des Gewichts der Zellulosefasern dar.
Der geringe Durchmesser der Poren dieser Materialien in der Größenordnung von 25 Aⁿ steigert die Adsorptionsfähigkeit des Papiers.
Das mit Aktivkohlepulver beladene Papier ist besonders an die Filtration von leichtbeladenen Suspensionen und Wasser angepasst. Es hat den Vorteil, dass es aromatische Kohlenwasserstoffe zurückhält, darunter insbesondere Benzen, sowie die organischen Substanzen von verbrauchten Sodalösungen, Pestizide und organisch chlorierte Lösungsmittel.
Wenn eine sehr hohe Wasserdurchlässigkeit gesucht wird, wird als organischer Stoff für die Beladung der Papierfasern mikronisierter Steinkohle- oder Petrolkoks in Anteilen von 15 und 40% des Papiergewichts verwendet. Diese Kokssorten sind durch hohe spezifische Oberflächen von 100 bis 300 m²/g gekennzeichnet, die dem Papier gute Adsorptionseigenschaften verleihen.
Ferner hat das mit Aktivkohlen beladene Papier einen Kompressionskoeffizienten in der Größenordnung von 0,3, wodurch es hohe Druckschwankungen aushalten kann.
Weitere Kokssorten, die vorteilhafterweise aufgrund ihrer geringen Kosten verwendet werden können, sind zum Beispiel Korkpulver, die durch Waldbrände verkokt wurden.
Filterpapier mit ähnlichen Eigenschaften erhält man, wenn man sie mit gerösteten und mikronisierten Holzpulvern belädt.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung wird das Filtrationspapier mit Substanzen beladen, die seinen pH-Wert verändern, z.B. Aluminiumsulfat, Schwefelsäure, Ionentauscherharze.
Um Suspensionen zu behandeln, die Ionenaustauschkapazitäten oder hohe Adsorptions- und Absorptionseigenschaften benötigen, werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung den Zellulosefasern mineralische pulverförmige Stoffe in Form von Silizium-Derivaten wie Silikate, natürliche Kieselsäure oder kristallisierte Silicoaluminate, zugeführt.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung wird das Papier mit einem Katalysator beladen, der als katalytisches Krackmittel verwendet wurde und eine spezifische Oberfläche von 10 m²/g sowie eine Porosität von 0,5 cm³/g hat, mit folgenden Korngrößen:
Eine interessante Besonderheit dieser Art von Katalysator ist, dass er Poren mit einem durchschnittlichen Radius in der Größenordnung von 20 Manometern hat, die echte Molekülfallen darstellen.
Das mit einem Katalysator aus einem katalytischen Krackmittel beladene Filtrationspapier hat ferner den Vorteil, dass es die eingesetzten Temperaturen in der Größenordnung von 100°C gut verträgt, über ölaufsaugende Eigenschaften verfügt, die es zu einem guten Coalescer machen und dass es einen guten mechanischen Widerstand besitzt.
Eine weitere Eigenschaft der Erfindung ist, dass das beladene Papier in bekannter Weise behandelt werden kann, um es ölaufsaugend, oleophob und flammenhemmend zu machen und es damit an die zu filternde Suspension anzupassen.
In Abhängigkeit vom Bedarf kann das mit Pulvern beladene Papier auch bakterizide und/oder virozide Substanzen enthalten. Diese Substanzen können bei der Herstellung des Papiers oder im Zeitpunkt seiner Verwendung durch Adsorption von bakteriziden Produkten wie Formol oder Isotiasolidine oder durch chemische Zweigpolymerisation dem Papier zugeführt werden.
BEISPIEL 1
Bei der behandelten Suspension handelt es sich um eine ölhaltige Suspension, die aus Erdöl hergestellt wurde und die Funktion eines Schmiermittels erfüllte. Sie hat die folgenden Eigenschaften:

– Ölgehalt: 96%

– Wassergehalt: 0,2%

– Feststoffgehalt: 3,8% (3 bis 100 μm)

– Farbe: schwarz

– Viskosität: 78 × 10^–6 m²/s bei 40%

– Dichte: 0,893
Das als Filtermedium in einem Vakuumfilter verwendete Filtrationspapier hat folgende Zusammensetzung:

– Recyclingpapierfaser: 50%

– Harzholzpulver: 30%

– Kohlekoks: 10%

– Korkpulver: 3%

– Katalysator aus katalytischem Krackmittel: 7%
Die zu behandelnde Suspension ist mit LCO (Light Cycle Oil) vermischt, das aus einem katalytischen Krackmittel einer Rohölraffinerie stammt, um die schweren Kohlenwasserstoffe zu zersetzen, die in der Suspension enthalten sind und diese dünnflüssiger zu machen.
Unter dem Vakuumeffekt durchquert das Öl der Suspension die Pulver im Filtrationspapier. Die in Lösung befindlichen Feststoffe, bei denen es sich um Kohlenpartikel oder Metallpartikel bzw. Ölabbauprodukte und Ölzusätze handelt, bleiben im Papier zurück und die Pulver reichern sich mit Kohlenwasserstoffen an.
Das gesammelte Filtrat hat die folgenden Eigenschaften:

– Wassergehalt: nicht bestimmbar

– Feststoffgehalt: nicht bestimmbar

– Dichte: 0,9

– Viskosität: 23,6 × 10^–6 m²/s bei 40°C
Dieses Filtrat ist stabil und stellt einen guten Kraftstoff für Dieselmotore dar.
BEISPIEL 2
Bei der behandelten Suspension handelt es sich um eine Emulsion aus Paraffinen in Wasser, die bei der Bearbeitung von Metallteilen verwendet wurde.
Das Filtrationspapier enthält die folgenden Elemente:

– Recyclingfasern: 50%

– Fichtenpulver: 30%

– Korkpulver: 5%

– Kokspulver: 15%
Die Korngröße der Fichtenpulver liegt zwischen 10 und 150 Mikron. Diejenige der Korkpulver liegt zwischen 5 und 20 Mikron. Diejenige von Koks liegt zwischen 100 und 150 Mikron.
Dieses Filtrationspapier wird als Vakuumfiltermedium verwendet. Auf dem Papier bleiben die Metallpartikel sowie eine Fraktion der grenzflächenaktiven Stoffe und die Hälfte der Paraffine der Emulsion zurück. Des gereinigte Filtrat kann wiederverwertet werden oder an einen Abscheider geschickt werden, wo das Wasser vom Paraffin getrennt wird.
Die Ölphase enthält keine Partikelspuren mehr, sie kann daher der Wiederverwertung zugeführt werden.

Claims

Filterpapier für Flüssigkeiten, das geeignet ist für die Filterung von fett- oder paraffinreichen Suspensionen und Emulsionen, wobei dieses Papier über eine hohe Adsorptions- und Absorptionsfähigkeit sowie Porosität verfügt, aus Zellulosefasern besteht und ferner mindestens einen pulverförmigen organischen Stoff enthält, von dem 95% der Partikel eine Korngröße zwischen 1 und 150 Mikron haben, in einem Verhältnis zwischen 5 und 75% des Papiergewichts, einschließlich des genannten organischen Stoffs. Dieser organische Stoff enthält eine Aktivkohle, die mindestens aus einem mikronisierten Koks besteht, der unter Steinkohlen-, Petrol- oder Braunkohlenkoks ausgewählt wird.
Papier gemäß Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der mikronisierte Koks, aus dem die Aktivkohle besteht, eine Korngröße zwischen 5 und 10 Mikron besitzt, in einem Verhältnis von vorzugsweise zwischen 5 und 70% des Papiergewichts, einschließlich des genannten organischen Stoffs.
Papier gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der organische Stoff ein mikronisiertes geröstetes Holz mit einer Korngröße zwischen 50 und 150 Mikron enthält.
Papier gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der organische Stoff ein harzhaltiges Pulver enthält.
Papier gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens einen anorganischen Stoff in einem Verhältnis von 0,2 bis 70% des Papiergewichts, einschließlich des genannten organischen Stoffs und des anorganischen Stoffs, enthält.
Papier gemäß Anspruch 5, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es sich bei dem anorganischen Stoff um ein pulverförmiges Silizium-Derivat handelt.