JP6068481B2 - 界面エマルジョン、水及び固体を処理する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体から非混合物質を除去する方法、詳しくは、油性の水からオイル、オイル被膜固体、又はオイルとオイル被膜固体を分離する方法に関する。本発明はまた、油性の水から溶解したＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチル・ベンゼン、及びキシレン）を減らす方法に関する。本発明を開示するために、“油性の水”は、分散した油滴、オイル被膜固体、又はその他の疎水性汚染物質が分散した水を指す。

石油、製紙及びパルプ、繊維及び食品加工などの多くの産業で、いろいろな工程における副産物として汚染水が生成される。これは特に原油の生産と精製にあてはまる。ほとんど全ての原油は水を含む地中の地層から生産されるからである。こうして生成される水は石油及びガスの生産に伴う生成物又は廃物の流れとして群を抜いて最大の量になり、経営者にとってはコストがかかる大きな課題となる。この水は簡単に環境に投棄して処分することができないので、水の汚染物質含有量を環境に排出しても有害な影響が生じないレベルにまで減らすために多くの方法と装置が考案されてきた。

オイルと水の混合物を分離する基本的な方法は重力の利用によるものである。このために、分離装置はしばしば原油が最初に地表面に到達する地点で用いられる。これらの分離装置は、単にオイルと水の混合物が乱流の少ない状態で静止していられる囲まれた容器を設置して、容器の上方部分にオイルが浮かび、容器の下方部分に水が沈むことができるようにするかなり原始的な保持容器から、脱塩及び脱水方法を用いるより精巧な容器の範囲にまでわたる。用いる容器のタイプに関わりなく、オイル被膜固体（“泥”）が容器の底にたまり、オイルと水の混合物（“エマルジョン”又は“ラグ（rag）”）がオイルと水の界面に形成されるのが普通である。

固体とエマルジョンの、容器からの取り出しには問題がある。通常のやり方は、固体とエマルジョンは、その存在が容器の全体的な性能を妨げ始めるまでは溜まるに任せるというものである。その時点で、容器は、清浄化と処理のために別の場所に運ばれることができるように閉鎖される。このバッチ取り出し法はオイルと水の分離工程も生産工程も中断させるので、固体とエマルジョンを連続的原理で取り出す一方で、それらの汚染物質を源で処理もする方法が必要とされている。この処理は、比較的小さな接地面積を備える設備で行われなければならない。

これらの汚染物質の処理にも問題がある。例えば、排水はしばしば高い分配係数を有する有機化学種とベンゼンとを含んでいる。これらの有機化学種の効率的な除去が、精製装置の排水処理作業に問題を生じ、排出許可の条件を満たすことを困難にする。現在のベンゼン抽出装置の設計は、大量の高圧蒸気を必要とし、排水中に巻き込まれた重い炭化水素で汚染されやすい。更に、排水は、重炭化水素の界面エマルジョンを含み、それが精製所の処理下水管に沈着して詰まりと流れの制限という問題を生ずることがある。これらの制限物を除去するクリーニングの工程は、漏れを発生させて、封じ込めの完全性を失わせる可能性がある。処理下水管に入り込む炭化水素と固体はすぐに有害廃棄物という名称を有する。したがって、処理下水管に排出される処理水が環境基準を満足するように、排水から有機化学種、ベンゼン、及び重炭化水素のエマルジョンを除去する信頼性の高い効率的な方法に対する必要性が存在する。

米国特許第７１５７００７号明細書

本発明は、分離装置容器内に含まれる界面エマルジョン、水及び固体を連続処理する方法を提供する。この方法は、界面エマルジョン、水及び固体の除去速度を設定するステップ；それらの速度にしたがって容器から界面エマルジョン、水及び固体を取り出すステップ、及びその後、界面エマルジョン、水及び固体をガス浮選セルに通すステップを含む。このセルは、好ましくは縦型誘導ガス浮選セルであり、界面エマルジョンに含まれるオイルと水を分離し、回収されたオイルをセル上方部分にあるオイル出口から排出し、処理された水をセル底部にある水出口から排出する。この方法の全てのステップは大気への放出物のない閉じた装置を含む。例えば、容器の上部にあるガスは処理されてセルに再循環されるか、又は他の場所に送られて更に処理されて利用されてよい。

容器の性能をより良く管理するために、界面エマルジョン層の厚さが容器内で監視されて、この層の厚さを予め定められた値に維持するように除去速度が設定されてよい。更に、界面エマルジョン層のレベルが監視されて、このレベルを予め定められた値に維持するように除去速度が設定されてよい。かなり大きな容器が必要とされる場合、容器内に複数の取り出しポイントが設けられてよい。界面エマルジョン、水及び固体の一つ以上の除去をシーケンス制御するために、隔離弁と制御弁が用いられてよい。

容器からの界面エマルジョン、水及び固体はセルに二つ以上の流れで、又は単一の流れに合体されてセルに入ることができる。分離を容易にするために、逆相エマルジョン破壊剤（reverse emulsion breaker）が前記単一の流れに注入されてよい。セルで処理された後、オイルと軽い固体（微粒分）はセルの上方部分から出てゆき、水と重い固体はセルの底部から出てゆく。セルを出てゆく水の一部は、セルに再循環され、固体が容器内で沈着しないように容器に再循環されてよい。容器に入る水が実質的に清浄な水であるように、容器に再循環される水は更に濾過されてよい。

セルを出てゆくオイルも再循環されて容器に戻るか、又は他の場所に送られて更に処理されて利用されてよい。更に、脱塩化学剤をオイルに高濃度で注入してインラインで混合することもできる。同様に、セルの上方部分にあるガスが回収され、ガスから高沸点成分を分離するために冷却されてスプリッタに通されてよい。回収されたガスはセルに再循環されるか、又は他の場所に送られて処理されるか又は利用されてよい。

本発明は以下の詳しい説明とクレームを添付された図面と合わせて読むことによって更に良く理解されるであろう。

図１は、界面エマルジョン、水及び固体の取り出しポイントを含み、界面エマルジョン、水及び固体を再循環、排出、又はさらなる処理のために清浄化するように設計されたガス浮選セルに結合された分離容器の間の関係を示す図である。 図２は、ガス浮選セルの入力流れと出力流れを示す概略図である。

本発明は、オイル脱水容器やオイル脱塩容器などの分離容器から、界面エマルジョン、水及び固体を連続的に処理する方法を開示する。まず図１を参照すると、分離容器１２を含む装置１０が在来型の配管によってガス浮選セル６０に接続されている。分離容器１２は当業者に周知のタイプであり、原油の生産と精製で、原油の脱水と脱塩のために普通に用いられているタイプのものである。ガス浮選セル６０も当業者に周知のタイプであり、分離容器１２内で保持又は処理される水を清浄にするために普通に用いられている。本明細書に記載される方法で用いるのに適したガス浮選セルはフランキービック（Frankiewicz）等への米国特許第７１５７００７号明細書に記載されているものである。この方法の好ましい実施形態では、容器１２として、ナショナル・タンク・カンパニー双極静電処理器（National Tank Company Dual Polarity Electrostatic Treater）が用いられ、セル６０として、ナショナル・タンク・カンパニー・トリダイア・バーサフロ（National Tank Company Tridair Versaflo）縦型誘導浮選セルが用いられた。

混入したガス、水、及び固体汚染物質を含む原油流れ２２が入口１４を通って容器１２に入る。容器１２はこれらの成分を典型的に保持して、オイルが汚染物質から分離するように、それらを何らかの仕方で処理する。次に、分離されたオイルは出口２０を通って容器１２から取り出される。分離工程の間、泥と呼ばれるオイル被膜固体が容器１２の底部にたまり、界面エマルジョン又はラグ（rag）と呼ばれるオイルと水の混合物から成る層が容器１２の中間部分に形成されるのが普通である。固体の層と界面エマルジョンの層との間に水がたまる。オイルは界面エマルジョンの上にたまり、更に典型的にはガスがオイルの上の容器１２の上方部分にたまる。好ましい実施形態では、容器１２の上方部分に含まれるガスは出口１８に入り、さらなる処理のために径路２４に沿って進み、容器１２に含まれるガスの排出の必要がなくなる。同様に、界面エマルジョン、水及び固体を取り出し、処理し、排出する（以下で説明する）方法は閉じた装置で行われ、大気への放出物はない。

界面エマルジョン、水及び固体を処理する習慣的なやり方は、固体と界面エマルジョンの存在が容器１２の性能を妨げ始めるまで、固体と界面エマルジョンがたまるのに任せることである。そのとき、これらの汚染物質を除去するために、バッチ取り出し方法が採用される。しかし、固体と界面エマルジョンをこのように除去することは、分離、脱水、及び脱塩工程を中断させて、原油生産及び精製工程を中断させる。

界面エマルジョン、水及び固体のバッチ除去ではなく、連続除去を可能にするために、容器１２に内部取り出しポイント３０，４０，及び４４が設けられる。界面エマルジョンは取り出しポイント３０に入って径路３２に沿って容器１２を出てゆく。界面エマルジョンの除去は予め定められた値によって決定され、エマルジョン除去速度は時間的に変化し得る。水及び固体は、それぞれ、取り出しポイント４０及び４４に入り、それぞれ、径路４２及び４６に沿って容器１２を出てゆく。界面エマルジョン除去速度と同様に、水及び固体除去速度は予め定められた値によって決定される。水及び固体除去速度も時間的に変化し、水除去速度は固体除去速度と異なるかもしれない。

容器１２がかなり大きい場合、界面エマルジョンの除去のために二つ以上の取り出しポイント３０を設けることができる。その場合、界面エマルジョンの除去は一つ以上の隔離弁（図示せず）と一つ以上の流量制御弁（図示せず）を用いて行われる。同様に、適当な隔離弁と採用された流量制御弁を用いて水及び固体を除去するために二つ以上の取り出しポイント４０、４４を設けることができる。

界面エマルジョン除去速度と水及び固体の除去速度は容器１２に配置された計器装置（図示せず）によって制御される。ある好ましい実施形態では、界面プローブ（図示せず）がエマルジョン層の厚さを決定し、界面調整部３４がエマルジョン層の厚さを予め定められた値に維持するために界面エマルジョン除去速度を設定する（図２を見よ）。同様に、別の好ましい実施形態では、レベル・プローブ（図示せず）が界面エマルジョン層の位置を監視し、レベル調整部５２が、界面エマルジョンの位置を予め定められた値に維持するために水及び固体除去速度を設定する。

界面エマルジョンの流れ３２，水の流れ４２、及び固体の流れ４６は、セル６０に二つ以上の別々の流れとして入ることも、単一の流れに合体されることもある。ある好ましい実施形態では、水及び固体は、容器１２を出た後、合流して水及び固体の流れ４８になる。水及び固体の流れ４８は、次に界面エマルジョン流れ３２と合流して単一の汚染物質流れ５０を形成する。流れ４８に含まれる界面エマルジョン、水及び固体は、セル６０に入る前に流れ４８に含まれるオイルと水を分離するのを助けるために、逆相エマルジョン破壊剤を注入されてよい（図２を見よ）。

汚染物質流れ４８は、セル６０の上方部分にある入口６２に入る。セル６０と同様のガス浮選セルの動作についての詳しい説明は、米国特許第７１５７００７号明細書に見られる。一般に、浮選は細かい泡の形態のガスを汚染物質流れ４８に分散させることを含む。ガスの泡が上方に昇るとき、それは油滴やその他の疎水姓汚染物質と結合し、汚染物質を水面まで上昇させる。いくつかのセル形態では、ガス（空気又は混合物自身から出るガス）が容器内で分散するように直接に容器の下方部分に注入されて、汚染物質の浮選を助ける。しかしながら、より好ましい装置は、浮選容器内に導入された水中の細かい気泡の分散を用いるものである。

ガス浮選工程の効率に影響を及ぼす主な因子は：（１）油滴／汚染物質の直径；（２）気泡の直径；及び（３）セルにおける真の液体滞留時間；である。一般に、気泡の直径が減少する、すなわち、小さくなるにつれて、浮選工程の効率は上昇する。しかし、実際的様態で実行される浮選に関して、気泡は、浮選セルにおける下向きの流体速度に打ち勝つだけ十分に大きくなければならないという点に常にトレードオフがある。すなわち、例えば、正味の平均の下向き水速が０．６１ｍ（２ｆｔ）／分の縦型浮選セルの場合、ストークスの法則に基づいてセル６０で正味の上向きの運動を保つためには気泡の直径は約１００ミクロンより大きい必要がある。

ある好ましい実施形態では、流れ５０に含まれた界面エマルジョン、水及び固体は図２に示されるように中央にある円筒状の入口デバイス８０に入る。流れ５０は円筒８０の内側に接線方向から入るので、サイクロン状の運動が生じ、重い成分が円筒８０の内側へ移動して下方へ動く。同時に、精油所の燃料ガス流れ５６がコンプレッサー８６を通ってセル６０の底部にある入口６８を通ってセル６０に入る。燃料ガス流れ５６は更に内部パイプ７８を通って進んで排出装置８４に入る。処理された水の流れ９４Ｂがポンプ８８を通されてセル６０に再循環される。再循環される処理された水の流れ９４Ｂは入口８０を通ってセル６０に入り、内部パイプ８２を通って排出装置８４に進む。すると気泡が排出装置８４によって生成される。

セル６０で気泡が上昇するとき、気泡は界面エマルジョン、水及び固体の流れ５０に同伴する油滴に衝突して付着する。油滴と細かい固体は気泡と共に浮き上がり、セル６０から回収されたオイル流れ９２として出口６６を通って除去される。回収されたオイル流れ９２は更にオンライン混合によって高濃度の脱塩化学剤５８で処理されることができ、容器１２の運転を止めることなく容器１２への原油原料の投入に再循環させることができる。セル６０の上方部分に集まった燃料ガスは、燃料ガス流れ９０として出口６４を通って除去される。装置はベンゼンをはぎ取るので、燃料ガス流れ９０は、ベンゼン、トルエン、エチル・ベンゼン、及びキシレンのような抽出された炭化水素を含む。燃料ガス流れ９０はその後冷却され、スプリッタ９６に通されてガス９８と液体成分１００に分離される。回収された燃料ガス９８は次にセル６０に再循環されるか、又は他の場所に送られる。重い固体を含む水は処理された水の流れ９４として出口７０を通ってセル６０の底部から出てゆく。処理された水の流れ９４はベンゼン含有量が低い。出口７０はＴ字管７２に結合され、処理された水の流れ９４の一部はパイプ７４に入り（流れ９４Ａ）、一部はパイプ７６に入る（流れ９４Ｂ）。処理された水の流れ９４Ａは冷却されて処理下水管に送られる。処理下水管に排出される処理された水の流れ９４Ａは大気圧状態にあるか、又はほぼそれに近い状態にある。処理された水の流れ９４Ｂは容器１２に再循環される。処理された水の流れ９４Ｂを容器１２に再循環させるとき、流れ９４Ｂの一部は、固体が容器１２内で沈着しないようにするために、容器１２の底部に設けられた入口１６内に導かれる（図１を見よ）。容器１２に入る処理された水の流れ９４Ｂが実質的に清浄な水であるように追加の濾過が必要とされるかもしれない。処理された水の流れ９４Ｂはポンプ８８によってセル６０に再循環される。

本発明をある程度具体的に説明してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく構成の細部と構成要素の配置にいろいろな変更が可能であることは明らかである。本発明は、例示のためにここで説明した実施形態に制限されるものではなく、添付された特許請求の範囲によってのみ、その各要素の認められる等価物の全範囲も含めた特許請求の範囲によってのみ限定されるものであることは言うまでもない。

Claims (10)

1. 分離装置容器内に含まれる界面エマルジョン、水及び固体を処理する装置であって：
   前記界面エマルジョンのための、水のための及び固体のための別個の取り出しポイントであって、該取り出しポイントの各々が前記容器内に設けられた取り出しポイントと；
   前記界面エマルジョンに関する第１の除去速度と前記水及び固体に関する第２の除去速度を設定する手段と；
   入口を有する誘導ガス浮選セルであって、前記界面エマルジョン、水及び固体がそれぞれの取り出しポイントから処理のために前記入口を通して前記セル内に送られる、誘導ガス浮選セルと；を具備し、
   オイルが前記セルの上方部分にあるオイル出口から排出され、処理された水は前記セルの底部にある水出口から排出される、分離装置容器内に含まれる界面エマルジョン、水及び固体を処理する装置。
2. 前記セルは縦型誘導ガス浮選セルである請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の除去速度は前記第２の除去速度から独立している請求項１に記載の装置。
4. 前記界面エマルジョン、水及び固体をそれぞれ除去するための前記取り出しポイントの少なくともいずれかが２個所以上の分離した場所に配置されている請求項１に記載の装置。
5. 前記容器から取り出される前記水及び固体が単一流れに合体される請求項１に記載の装置。
6. 前記セルから排出された処理された水の一部は、前記固体が前記容器内で沈着しないようにするために前記容器の底部内へ再循環される請求項１に記載の装置。
7. 前記セルから流れ出す前記オイルの一部が前記容器へ戻るように導かれる請求項１に記載の装置。
8. 前記セル内に気泡を発生させるために、ベンゼンを含まない燃料ガスが用いられる請求項１に記載の装置。
9. 前記セルの上方部分に滞留するガスが回収される請求項１に記載の装置。
10. 請求項１に記載の装置に基づいた分離装置容器内に含まれる界面エマルジョン、水及び固体を処理する方法。

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