JP2000509325A - 油/水/生体触媒三相分離方法 - Google Patents

油/水/生体触媒三相分離方法

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Abstract

(57)【要約】 固体か約50μmまたはそれ以下の長さを有する粒子を含む、水/有機/固体のエマルジョンを分離する方法および装置が開示されている。該方法は、(1)エマルジョン源から水/有機/固体のエマルジョンを第1ハイドロサイクロンに導入し、(2)該第1ハイドロサイクロンからのオーバーフローエマルジョンの相を反転させ、(3)該オーバーフローエマルジョンを1またはそれ以上の直列に配置された後続のハイドロサイクロンに導入し、そして(4)水相および有機相を回収する工程を含む。該固体は、無傷細菌、菌類、酵母細胞などの生体触媒でありうる。有機相は、石油などの水と実質的に非混和性である炭素を実質的に含む液状材料である。本発明の装置は、第1ハイドロサイクロンの吸入管がエマルジョン源にラインで接続され、2またはそれ以上の直列に接続されたハイドロサイクロンを含むハイドロサイクロン系列と、ハイドロサイクロン系列内に配置されたエマルジョンの相を反転させる手段とを含む。該ハイドロサイクロン系列は、1またはそれ以上の脱油用ハイドロサイクロン、1またはそれ以上の脱水用ハイドロサイクロンまたはそれらの組合せを含みうる。エマルジョンを反転させる手段は、該エマルジョンを十分に攪拌するための任意の手段でありうる。

Description

【発明の詳細な説明】 油/水/生体触媒三相分離方法 発明の背景 硫黄含有化石燃料の燃焼は、配管、ポンプ装置および精製装置の腐食や触媒毒 を含む多数の問題を生ずる。さらに、二酸化硫黄などの硫黄燃焼生成物は、酸性 雨に著しく寄与する。したがって、原油から硫黄を除去することは、精油におい て極めて重要な処置であり、低硫黄油の埋蔵量が枯渇し、環境規制がより厳しく なるにつれて、より一層重要となっている。原油中の硫黄は、2つの明確な形態 、すなわち主として硫化物または硫酸塩の無機硫黄分と、硫黄原子が有機化合物 中に存在する有機硫黄分で存在しうる。この化合物のグループには、チオエーテ ル類、メルカプタン類、スルホキシド類および硫黄含有複素芳香族化合物が含ま れる。 標準的な原油脱硫法は、二硫化モリブデンなどの不均一系触媒の存在下で高温 高圧で水素と反応させることによって炭素−硫黄結合を還元的に開裂する水素化 脱硫法(HDS)である(ガーリィ(Gary)ら、ペトロレアム・リファイニング(Petr oleum Refining:テクノロジー アンド エコノミックス(Technology and Econ omics)、マーセル デッカー(Marcel Dekker Inc.)社、ニューヨーク、114-120( 1975);スパイト(Speight)、ザ デサルファライゼーション オブ ヘビー オ イルズ アンド レジデュ(The Desulfurization of HeavyOils and Residue)、 マーセル デッカー(Marcel Dekker Inc.)社、ニューヨーク、119-127(1981)) 。該HDS法には、本質的にいくつかの不利がある。例えば、この方法は、高温と 高圧を必要とし、また水素の製造も必要であるので、エネルギー集約的な方法で ある。また、この方法の主要な硫黄含有生成物は、触媒毒となりうる毒性の高い 気体である硫化水素であるので、これを反応器から連続して除去しなけれ ばならない。さらに、石油中に広く認められるある種の有機硫黄化合物は、典型 的なHDS条件下で反応したとしてもゆっくりとしか反応しない。したがっで、HDS 処理した燃料でさえ、しばしば硫黄含有燃焼生成物の後燃焼除去が必要となりう る。 HDSに伴う問題は、有機分子から硫黄を除去するのに適当な細菌の代謝過程を 利用する方法として広く述べられている、生物脱硫(BDS)の開発を促した(モンテ ィセロ(Monticello)ら、アン レビュー マイクロバイオール(Ann.Rev.Micro biol.)39:371-389(1985))。したがって、BDSは、それ自身を補充することがで きる触媒を用い、温和な条件下で行われる。HDSに最も耐性のある化合物をも脱 硫しうるBDS法が開発されている。 BDSは、典型的には無傷の細菌細胞を含む、油、水および生体触媒からなる不 均一系を利用する。この方法の生産品は、一般に、実質的に純粋な油相、生体触 媒を含有する水相、およびBDS反応器内で用いられる強い剪断力によって生じる 、三相の油/水/生体触媒のエマルジョンからなる。BDS法が経済的に実施可能 であるためには、まだ完全には成功した方法ではない重要な技術的挑戦である、 エマルジョンに存在している油の実質的に純粋な形での費用効果のある回収を必 要とする。 したがって、BDS法から生じる三相の油/水/生体触媒エマルジョンから実質 的に純粋な油を回収するための方法および装置が必要とされている。 発明の要約 本発明は、ハイドロサイクロン中でBDS法で生成するようなエマルジョンと微 小固体とを含む混合物を分離する際に、その固体がエマルジョンの不連続相とと もに分離されるという予想外の発見に基づいている。この発見により、エマルジ ョンの連続相と不連続相を測定または操作することにより、固体が移行する相を 操作することが可能となる。 本発明は、固体が少なくとも1つの寸法が約50μm未満である粒子などの微粒 子を含む、水混和成分/水不混和成分/固体のエマルジョンを、水混和相と水不 混和相に分離する方法と装置に関する。固体の分離を伴う相は、エマルジョンの 不連続相を測定することによって操作することができる。 一態様として、該方法は、(1)水混和成分/水不混和成分/固体のエマルジョ ンを第1ハイドロサイクロンに導き;(2)その第1ハイドロサイクロンからのエ マルジョンを反転させ(すなわち連続/不連続相を入れ替え);(3)そのオーバ ーフローエマルジョンを、直列に配置された1またはそれ以上のあとのハイドロ サイクロンに導入し;そして(4)水混和相または水相と、水不混和相または有 機相とを回収する工程を含む。固体は、そのエマルジョンの不連続相とともに回 収されるであろう。 この固体は、微細な有機または無機粒子、例えば、少なくとも1つの寸法が約 50μm未満、好ましくは約30m未満、より好ましくは約10μm未満である粒子で あってもよい。特に好ましい態様として、その固体は、無傷の細菌、菌類、酵母 細胞などの生体触媒またはバイオマスである。水不混和性相、油相または有機相 は、例えば、石油や石油留分などの液体化石燃料、シリコーン油などの合成油、 炭化水素または混合炭化水素、あるいは植物油や動物性脂肪などの脂肪または脂 肪の混合物などの無極性液体であってもよい。 工程(2)におけるエマルジョンの相は、その相を反転させるのに十分な剪断 力でそのエマルジョンを撹拌することによって反転させることができる。これは 、例えば、そのエマルジョンをスタティックインラインミキサーなどの撹拌機に 導入するか、あるいはそのエマルジョンを十分に大きな圧力低下させることによ って行なうことができる。 本発明の装置は、第1ハイドロサイクロンの吸入管がエマルジョン源にライン で接続され、直列に接続された2またはそれ以上のハイドロサイクロンを含むハ イドロサイクロン系列と、ハイドロサイクロン系列内に配置されたエマルジョン を反転させる手段とを含む。ハイドロサイクロン系列は、1もしくはそれ以上の 「脱油用」ハイドロサイクロンおよび/または1もしくはそれ以上の「脱水用」 ハイドロサイクロンを含んでいてもよい。エマルジョンは、スタティックインラ インミキサーなどのエマルジョンを十分に撹拌する手段により、水連続系から油 連続系に反転させることができる。 本システムの他の態様は、さらに付加的要素を含む。例えば、該システムには 、システム内の特定の箇所でエマルジョンを加圧するために、ハイドロサイクロ ン系列内に配置された1またはそれ以上のポンプを含めることができる。もう1 つの態様では、その系列内で最終脱水用ハイドロサイクロンの後に設置された、 電気集塵ユニットなどの脱水手段または脱水ユニットをさらに含む。本装置は、 最終脱水用ハイドロサイクロンのアンダーフロー端にラインで接続された、生体 触媒を水から分離するための遠心分離機のみならず、ハイドロサイクロンのアン ダーフロー端からBDS反応器にいたるラインも含んでいてもよい。 本発明は、多数の利点を与える。本発明は、BDS法から生じうるような水連続 系の油/水/生体触媒のエマルジョンから、高純度の油を高収率で回収すること を可能にする。本発明は、水と生体触媒をエマルジョンからBDS反応槽に再循環 させ、そのシステムの効率を向上させるものでもある。最後に、本発明は、可動 部がほとんどなく、それゆえ比較的安価に製造でき、保守が容易な比較的単純な 装置からなる。 図面の簡単な説明 図は、本発明による、三相の油/水/生体触媒のエマルジョンの成分を分離す るための装置の概略図である。 発明の詳細な説明 本発明は、固体が微粒子を含む、水/有機/固体のエマルジョンを分離するた めの方法および装置に関する。一態様として、本発明は、水連続系の三相の油/ 水/生体触媒のエマルジョンから実質的に純粋な油を分離する方法を提供する。 この方法により、例えば、BDS反応器中で生成したそのようなエマルジョンから 、約0.1容量%未満の水および細胞を含む油を回収することが可能となる。 本明細書に使用される「オーバーフロー」という用語は、ハイドロサイクロン の上端または広口端にある排出管から出てくる相をいう。ハイドロサイクロン分 離の基礎をなす原理は、この相がそのハイドロサイクロンによって分離された相 のうち低密度のものであることを必要とする。本明細書に使用される「アンダー フロー」という用語は、そのハイドロサイクロンの下端または細口端にある排出 管から出てくる相をいい、これはそのハイドロサイクロンによって分離された相 のうち高密度のものである。 本明細書に使用される「系列」という用語は、ある要素からその次の要素に順 にエマルジョンを導くのに適したラインによってたがいに連続的に接続された、 ハイドロサイクロン、ポンプ、弁などの要素の集合をいう。ハイドロサイクロン の系列では、第1ハイドロサイクロンのオーバーフロー端が、その系列中のその 次のハイドロサイクロンの吸入管にラインによって接続される。2つのハイドロ サイクロンを連結するラインには、付加的な要素が配置されていてもよい。その ような一態様として、第1脱油用ハイドロサイクロンのアンダーフローを第2脱 油用ハイドロサイクロンに導く。次に、第2脱油用ハイドロサイクロンからのオ ーバーフローは、後述するように、1またはそれ以上の脱水用ハイドロサイクロ ンに導くことができる。次いで、第2脱油用ハイドロサイクロンからのオーバー フローを回収することができる。加えて、1またはそれ以上のハイドロサイクロ ンもしくは他の要素を並列に接続してもよい。例えば、上述のハイドロサイクロ ンの1またはそれ以上に対して並列に1またはそれ以上のハイドロサイクロンを 使用し、装置の容量を増大させることが望ましい。 本明細書に使用される「生体触媒」という用語は、生物起源の固形または不溶 性の触媒物質をいう。すなわち、その生体触媒は、エマルジョン中に固体として 存在する。生体触媒は、均一であっても不均一であってもよく、細胞性生体触媒 、例えば、細菌細胞、菌類細胞、酵母細胞などの無傷細胞であってもよく、また 細胞断片であってもよい。BDS法では、この生体触媒が炭素−硫黄結合の開裂に 触媒作用を及ぼす。そのような生体触媒の一例は、炭素−硫黄結合を開裂する酵 素の集合体を内包する細菌ロドコッカス(Rhodococcus)IGTS8株(ATCC番号53968) 、またはその特許の内容が参考までに本明細書に含まれている、ランボウセク(R ambosek)らに対して発行された米国特許第5,356,801号明細書に記述されている ようなその組換え微生物である。 一態様として、固体が微粒子を含む、水混和成分/水不混和成分/固体のエマ ルジョンの本発明の分離法は、(1)水混和成分/水不混和成分/固体のエマルジ ョンを第1ハイドロサイクロンに導き;(2)その第1ハイドロサイクロンからの オーバーフローエマルジョンの相を反転させ;(3)そのオーバーフローエマルジ ョンを直列に配置された1またはそれ以上の後続のハイドロサイクロンに通し; そして(4)その水相と水不混和相とを回収する工程を含む。 水混和相は、水または1もしくはそれ以上の塩類、酸、塩基、極性有機化合物 、タンパク質などの生体分子などの溶質を有する水溶液を含んでいてもよい。も う1つの態様では、その水混和相は、C2〜C4アルコールなどの液体極性有機化合 物である。 エマルジョンの水不混和性成分は、液体を形成し、実質的に水と混ざり合わな い物質を含んでいてもよい。そのような物質としては、石油や石油留分などの液 体化石燃料、脂肪族および芳香族炭化水素ならびにそれらの誘導体およびそれら の混合物、鉱油、シリコーン油などの合成油、植物油や変性、例えば、部分的に 水素添加された、植物油、動物性脂肪および変性動物性脂肪を含む。 エマルジョン源は、例えば、バッチ撹拌式反応器などのBDS反応器であっても よい。また、エマルジョン源は、不均一系の水/有機反応媒質と、細菌、菌類、 酵母細胞などの固形または粒状の生体触媒とを利用する他のバイオリアクターで あってもよい。もう1つの好適なエマルジョン源は、水/有機反応媒質と、細か く破砕された金属、無機粉末などの細かく破砕された不均一系触媒とを使用する 反応器、または水相にも有機相にも不溶性である細かく破砕された粉末状の生成 物を生じる反応器である。もう1つの態様として、エマルジョンは、化石燃料埋 蔵物などの天然の供給源や化石燃料処理施設から直接得られてもよく、あるいは つくられてもよい。この態様では、固体は、例えば微細沈泥であっもよい。 工程(2)のオーバーフローエマルジョンの相は、エマルジョンを撹拌するこ とにより、例えば、エマルジョンをスタティックインラインミキサーなどのイン ラインミキサーに導入することにより、反転させることができる。もう1つの態 様では、ハイドロサイクロン、好ましくは第1ハイドロサイクロンにおける圧力 低下は、エマルジョンを反転させるのに十分な剪断力を生じる。 もう1つの態様として、該方法はさらに、エマルジョンを工程(c)のハイドロ サイクロン系列に導く前に、例えば、該エマルジョンを容量式ポンプなどのポン プに通すことにより、工程(2)のオーバーフローエマルジョンを加圧する工程を 含む。また、ハイドロサイクロン分離に適したエマルジョンの加圧が維持される ように、その工程の他の箇所でエマルジョンを加圧することもできる。 さらなる態様では、工程(c)のハイドロサイクロン系列が2またはそれ以上の ハイドロサイクロンを含む。これらのハイドロサイクロンは、脱油用ハイドロサ イクロン、脱水用ハイドロサイクロンまたはそれらの組合せであってもよい。 好ましい態様として、本発明の方法は、(1)エマルジョン源から水連続系の油 /水/生体触媒のエマルジョンを脱油用ハイドロサイクロンに導き;(2)そのハ イドロサイクロンからの油が濃縮されたオーバーフローエマルジョンを反転させ 、それにより、油連続系の油が濃縮されたエマルジョンを形成させ;(3)その油 連続系の油が濃縮されたオーバーフローエマルジョンを、直列に接続された1ま たはそれ以上の脱水用ハイドロサイクロンに通し;そして(4)実質的に純粋な 油を回収する工程を含む。 この方法の一態様として、分離すべき油/水/生体触媒のエマルジョンは、BD S反応器に由来し、水と生体触媒とを合わせて約50容量%〜約90容量%および油 約10容量%〜約50容量%を含む。その組成は、典型的には、水と生体触媒とを合 わせて約75容量%および油約25容量%であろう。水−生体触媒/油の比は、一般 的には、約1:1よりも大きく、好ましくは約2:1よりも大きく、より好まし くは約3:1よりも大きいであろう。エマルジョンは、BDS反応器中に約30℃の 温度および約40psiの圧力で存在していてもよい。 BDS反応器からの水/油/生体触媒のエマルジョンは、それが脱油用ハイドロ サイクロンに入る前に、そのエマルジョンを容量式ポンプなどのポンプに通すこ とにより、例えば、少なくとも約120psiに加圧される。その脱油用ハイドロサイ クロンからの油が濃縮されたオーバーフローは、それが最初のまたはそれ以降の 脱水用ハイドロサイクロンに入る前に、直列に接続されたポンプに通すこともで きる。さらなる態様として、エマルジョンに対して約2容量%〜約10容量%、好 ましくは約5容量%の微小水滴と、脱水用ハイドロサイクロンからの油連続系の 状態にある油が濃縮されたオーバーフローエマルジョンとを、次の脱水用ハイド ロサイクロンに入る前に混合する。好ましくは、その水の小滴は、最後から2番 目の脱水用ハイドロサイクロンからの油が濃縮されたオーバーフローに、それが 最終脱水用ハイドロサイクロンに入る前に、添加される。添加された水の小滴は 、残存する生体触媒細胞を引きつけ、それらの油からの分離をさらに容易にする 。最終脱水用ハイドロサイクロンからの水/生体触媒含有アンダーフローを遠心 分離機に導入し、それにより、その生体触媒と水を分離することができる。 最終脱水用ハイドロサイクロンからの油が濃縮されたオーバーフローエマルジ ョンを回収してもよく、あるいはその油に要求される純度により、回収に先立っ て沈降タンク、遠心分離機、凝集膜フィルター、向流フィルター、または好まし くは電気集塵ユニットなどの脱水手段に通すことにより、さらに精製することも できる。 さらなる態様として、本発明は、エマルジョンを1またはそれ以上の脱水用ハ イドロサイクロンに通し、実質的に純粋な油含有相を回収することを含む、油連 続系の水/油/生体触媒のエマルジョンを水性の生体触媒含有相と、実質的に純 粋な油含有相とに分離する方法を提供する。 さらなる態様として、本発明は、固体粒子、第1液相および第2液相を含むエ マルジョンから、あらかじめ選択された相とともに固体粒子を分離する方法を含 む。該方法は、あらかじめ選択した相がエマルジョンの不連続相であるエマルジ ョンを1またはそれ以上のハイドロサイクロンに通し、該あらかじめ選択した相 中の固体粒子を回収することを含む。 固体が微粒子を含む水混和成分/水不混和成分/固体のエマルジョンを水混和 相と水不混和相に分離するための本発明の装置は、第1サイクロンの吸入管がラ インによってエマルジョン源に接続された、2またはそれ以上の直列に連結され たハイドロサイクロンと、そのハイドロサイクロン系列中に設置されたエマルジ ョン相の転相手段とを含む。 好ましい態様として、本発明の装置は、(1)第1ハイドロサイクロンの吸入管 がエマルジョン源にラインによって接続されている、1またはそれ以上の脱油用 ハイドロサイクロンと1またはそれ以上の脱水用ハイドロサイクロンを含むハイ ドロサイクロン系列と、(2)脱水用ハイドロサイクロンの前にハイドロサイクロ ン系列内に設置された、エマルジョンを水連続系から油連続系に反転させる手段 とを含む。この目的に適した脱油用ハイドロサイクロンは、ボートイル(Vortoil )脱油用ハイドロサイクロンVAO51l0型(ボートイル セパレーション システム ズ(Vortoil Separation Systems)社、米国テキサス州、ヒューストン)である。 脱水用ハイドロサイクロンは、それぞれ、例えばボートイル(Vortoil)KS型脱水 用ハイドロサイクロンとすることができる。 エマルジョンを水連続系から油連続系に反転させる手段は、好ましくは第1脱 水用ハイドロサイクロンの前にハイドロサイクロン系列内に設置され、そのエマ ルジョンを反転させるのに十分な剪断力でエマルジョンを撹拌する手段であって もよい。これは、インラインミキサー、例えば、1またはそれ以上のスタティッ クミキシング要素を含むスタティックミキサーで行なうことができる。該ミキサ ーは、高乱流および強剪断の混合を生じ、エマルジョンの転相を誘発する。この 目的に適したスタティックミキシング要素の一例は、コック(Koch)スタティッ クミキサー型番1”SMV-CX(コック エンジニアリング(Koch Engineering Co.) 社、テキサス州、ヒューストン)である。転相は、脱油用ハイドロサイクロンの オーバーフロー端における十分な圧力低下によっても誘発することができる。こ の場合、脱油用ハイドロサイクロンのオーバーフロー端から出てくる油が濃縮さ れたエマルジョンは、油連続系である。 好ましい態様として、該装置は、3つの脱水用ハイドロサイクロンを含む。も う1つの態様として、さらにそのシステムは、ハイドロサイクロン分離に適した 圧力でエマルジョンを維持するために、ハイドロサイクロン系列内に設置された 、容量式ポンプなどの1またはそれ以上のポンプを含む。例えば、1つのポンプ を脱油用ハイドロサイクロンの吸入管にラインで接続し、それにより、脱油用ハ イドロサイクロンに入る前に、油/水/生体触媒のエマルジョンを加圧すること ができる。好適なポンプは、モイノ(Moyno)2000容量式ポンプ(モイノ インダ ストリアル プロダクツ(Moyno Industrial Products)社、オハイオ州、スプリ ングフィールド)である。該システムは、そのハイドロサイクロン系列内に設置 され、装置を通過するエマルジョンの動きを制御することができる、玉形弁、調 節弁などの1またはそれ以上の弁を含んでいてもよい。 さらなる態様として、該装置は、ハイドロサイクロン系列内で脱油用ハイドロ サイクロンと第1脱水用ハイドロサイクロンとの間に設置されたサージタンクを さらに含む。該サージタンクは、装置の操作圧力に耐えることができ、エマルジ ョン材料と化学的に適合する容器、好ましくはステンレス鋼製の容器であっても よい。該システムは、最終脱水用ハイドロサイクロンの前に、ハイドロサイクロ ン系列内に設置した水の供給源に接続された混合弁をさらに含んでいてもよい。 該混合弁は、好ましくはハイドロサイクロン系列内で、最後から2番目の脱水用 ハイドロサイクロンと最終脱水用ハイドロサイクロンとの間に設置される。該混 合弁は、油が濃縮されたエマルジョンに微小滴の形で水を添加することができる 。これらの小滴は、さらに生体触媒細胞を引きつけ、油からそれらを分離するの を容易にする。 もう1つの態様として、該装置は、最終脱水用ハイドロサイクロンのオーバー フロー端にラインで接続された脱水手段をさらに含む。該脱水手段は、例えば、 沈降タンク、遠心分離機、凝集膜フィルター、向流フィルター、また好ましくは 電気集塵ユニットなどであってもよい。好適な電気集塵ユニットの一例は、例え ば、ペトリコ(Petrico)メーターセル電気集塵機(ペトリコ(Petrico)社,ミズー リ州、セントルイス)である。さらなる態様では、そのシステムは、最終脱水用 ハイドロサイクロンのアンダーフロー端にラインで接続された、ウェストファリ ア(Westphalia)CA22-000型清浄器/デカンター遠心分離機(ウェストファリア セパレーター(Westphalia Separator)社、ドイツ・エルデ(Oelde))などの遠心 分離機をさらに含む。 本発明の好ましい態様は、図に概略的に示された装置、およびこの装置の使用 の方法を含む。水連続系の油/水/生体触媒のエマルジョンは、エマルジョン源 、例えば、バッチ撹拌式BDS反応器からライン10を通って約30℃の温度で装置に 入る。このエマルジョンは、ロドコッカス(Rhodococcus)IGTS8株の無傷細胞など の生体触媒約1〜約100g/L、水と生体触媒とを合わせて約50容量%〜約90容量% および油約10容量%〜約50容量%を含む。該エマルジョンは、ポンプ1(例えば 、モイノ(Moyno)2000型容量式ポンプ)を通すことにより、例えば、少なくとも 約120psigの圧力に加圧される。 次に、エマルジョンは、1分間あたり約250〜約350ガロン(gpm)の範囲内 の流速でライン11を介して脱油用ハイドロサイクロン2に導かれる。脱油用ハイ ドロサイクロン2(例えば、ボルトイル(Vortoil)VAO5110型)からの水性アンダ ーフローは、約175〜約245gpmの流速、約60〜約80psigの範囲内の圧力で現れ、 生体触媒約0.1〜約10g/L、水と細胞約50容量%〜約99容量%、および油約1容量 %〜約50容量%を含む。 このエマルジョンは、弁23によって制御されるライン12を介してエマルジョン 源、例えばBDS反応器に戻される。脱油用ハイドロサイクロン2からの油が濃縮 されたオーバーフローエマルジョンは、約75〜約105gpmの流速、約20〜約50psig の圧力で現れ、生体触媒約0.9〜約90g/L、水と生体触媒とを合わせて約1容量% 〜50容量%および油約50容量%〜約99容量%を含む。 このエマルジョンは、弁24とライン13を介してサージタンク3を通り、次にラ イン14を経由して、ポンプ4(例えば、もう1つのモイノ(Moyno)2000型定量式 ポンプ)に導かれ、そこで、約75〜約105pgmの範囲内の流速を維持しながら約40 0psigから約600psigまでの範囲内の圧力に加圧される。次に、このエマルジョン は、ライン15を介して、約4個のスタティックミキシング要素を含むスタティッ クインラインミキサー5(例えば、コック(Koch)スタティックミキサー型番1”S MV-CX)に導かれ、そこで油が濃縮されたエマルジョンは、水連続系から油連続 系に反転される。該工程におけるそれ以降のエマルジョンもまたすべて油連続系 である。 油連続系エマルジョンは、スタティックインラインミキサーから約380〜約580 psigの範囲内の圧力で現れた後、ライン16を介して第1脱水用ハイドロサイクロ ン6に導かれる(この脱水用ハイドロサイクロンとそれ以降の脱水用ハイドロサ イクロンは、例えば、ボートイル(Vortoil)KS型脱水用ハイドロサイクロンであ ってもよい)。脱水用ハイドロサイクロン6からの水性アンダーフローは、約7. 5〜約10.5gpmの流速で、約280〜約480psigの範囲内の圧力で現れる。このエマル ジョンは、生体触媒約0.8〜約80g/L、水と生体触媒とを合わせて約95容 量%〜約99.9容量%、および油約0.1容量%〜約5容量%を含み、弁25によって 制御されるライン17を介してエマルジョン源に戻される。 脱水用ハイドロサイクロン6からのオーバーフローは、約67〜約95gpmの流速 、約280〜約480psigの範囲内の圧力で現れ、生体触媒約0.1〜約1.0g/L、水と生 体触媒とを合わせて約0.1容量%〜約0.5容量%、および油約95容量%〜約99.9容 量%を含む。次に、このエマルジョンは、弁26によって制御されるライン18を介 して、第2脱水用ハイドロサイクロン7に導かれる。脱水用ハイドロサイクロン 7からの水性アンダーフローは、約6.5〜約9.5gpmの流速、約180〜約380psigの 範囲内の圧力で現れる。このエマルジョンは、生体触媒約0.99〜約9g/Lの、水と 生体触媒とを合わせて約97容量%〜約99容量%、および油約1容量%〜約3容量 %を含み、弁27によって制御されるライン19を介してエマルジョン源に戻される 。 脱水用ハイドロサイクロン7からのオーバーフローエマルジョンは、約60〜約 86gpmの流速、約180〜380psigの範囲内の圧力で現れ、生体触媒約0.01〜約1g/L 、水と生体触媒とを合わせて約0.1容量%〜約2.5容量%、および油約97.5容量% 〜約99.9容量%を含む。このエマルジョンは、弁28によって制御されるライン20 に通される。該エマルジョンに、弁34によって制御されるライン33を介してライ ン20に導かれる約2容量%から約10容量%まで、好ましくは約5容量%の水が添 加される。該水は、図示されているように、脱油用ハイドロサイクロンのアンダ ーフローなどから、その工程の初期の段階から再利用されてもよく、あるいはそ の装置の外部にある供給源に由来するものであってもよい。得られた混合物は、 次に約4個のスタティックミキシング要素を含むスタティックインラインミキサ ー29(例えば、コック(Koch)スタティックミキサー型番1”SMV-CX)に通される 。 得られたエマルジョンは、水と生体触媒とを合わせて約2.5容量%〜約5容量 %、および油約95容量%〜約97.5容量%を含む。次に、このエマルジョンは、ラ イン20を介して第3脱水用ハイドロサイクロン8に導かれる。脱水用ハイドロサ イクロン8からのアンダーフローは、約6〜約9gpmの流速、約80〜約280psigの 範囲内の圧力で現れ、生体触媒約0.5〜約0.99g/L、水と生体触媒とを合わせて約 99容量%〜約99.9容量%、および油約0.1容量%〜約1容量%を含む。 このエマルジョンは、弁30によって制御されるライン21を介してBDS反応器に 戻されるか、あるいは弁31を介して遠心分離機10(ウェストファリア(Westphali a)CA22-000型)に通され、生体触媒が水から分離される。脱水用ハイドロサイ クロン8からのオーバーフローエマルジョンは、約55〜約80gpmの範囲内の流速 、約80〜約280psigの圧力で現れる。このエマルジョンは、生体触媒約0.01〜約0 .5g/L、水と生体触媒とを合わせて0.1容量%〜1容量%、および油約99容量%〜 約99.9容量%を含み、弁32とライン22を介して電気集塵ユニット9(例えば、ペ トリコ(Petrico)メーターセル)に導かれる。実質的に純粋な油は、約55〜約80g pmの流速、約1〜約10psigの範囲内の圧力で電気集塵ユニット9から現れ、生体 触媒0〜約0.01g/L、水と生体触媒とを合わせて約0容量%〜約0.01容量%、お よび油約99.99容量%〜約100容量%を含む。この油を回収する。 本発明の方法および装置は、所望の純度の油が得られるように構築することが できる。例えば、ハイドロサイクロン系列内における脱水用ハイドロサイクロン の数を変更することができ、比較的低純度の油でよい場合にはより少ない脱水用 ハイドロサイクロンを使用し、またより高純度の油が望まれる場合にはより多い 脱水用ハイドロサイクロンの数を用いることができる。最終脱水用ハイドロサイ クロンから出てくる油を回収してもよく、あるいは回収に先立って、その油に要 求される純度により電気集塵に付してもよい。 油からの生体触媒、例えば、細菌細胞の除去は、細胞が油であれ水であれ、分 散相とともにエマルジョン中にとどまるという観察に基づく。バッチ撹拌式反応 器などのBDS反応器内で生成したエマルジョンは、典型的には、水と生体触媒と を合わせて約75容量%および油約25容量%を含み、水連続系、すなわち分散相は 油である。水と生体触媒とを合わせて10容量%および油90容量%の典型的な組成 を有し、エマルジョンが油において大きく濃縮されているという事実にもかかわ らず、脱油用ハイドロサイクロンにおける圧力低下によって反転されない限り、 脱油用ハイドロサイクロンからのオーバーフローは、水連続系のままである。上 述のインラインミキサーは、入ってきた水連続系のエマルジョンに、このエマル ジョンが反転して油連続系となるのに十分な剪断力を加える。 該装置は、脱油用ハイドロサイクロンにおける圧力低下が十分な剪断力を生じ るのに十分に大きい条件で操作し、オーバーフロー端から出てくる油が濃縮され たエマルジョンを反転させることもできる。したがって、この点から、細胞は水 相にとどまり、脱水用ハイドロサイクロンを通すことにより、水とともに除去さ れる。 以下の実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。 実施例 該方法の一例においては、生体触媒は、ロドコッカス(Rhodococcus)IGTS8株( ATCC番号53968)の無傷細胞を含んでいた。バッチ撹拌式BDS反応器からの水連続 系の油/水/生体触媒のエマルジョンは、水と細胞とを合わせて75容量%および 油25容量%の組成を有し、温度30℃、圧力40psiで図の装置に入れられた。1分 間あたり約250と350ガロン(gpm)の間の流速で脱油用ハイドロサイクロンに導入 する前に、該エマルジョンをポンプ1で120psiに加圧した。 脱油用ハイドロサイクロンからのアンダーフローは、圧力が50psiで、水95容 量%および油と細胞とを合わせて5容量%の組成を有していた。脱油用ハイドロ サイクロンからのオーバーフローは、圧力20psiで油90容量%と、その残り水と 細胞とを含み、コンダクタンス測定によれば水連続系であった。該エマルジョン をスタティックインラインミキサーに通すことにより、コンダクタンス測定によ り確認したところ、水連続系から油連続系に反転した。 第1脱水用ハイドロサイクロン6の通過後は、初期の水と細胞の99%が除去さ れていた。約3%の清浄な水流を第2脱水用ハイドロサイクロン7からのオーバ ーフローエマルジョンに混合ノズルを介して添加することにより、エマルジョン 内に微小水滴をつくった。第3脱水用サイクロン8からのオーバーフローは、1 容量%未満の水と0.2容量%未満の細胞を含有していた。電気集塵ユニットから の流出物は、99.9容量%が油で、残りは水と細胞を含有していた。 均等物 当業者は、本明細書に記述した本発明の特定の態様の多くの均等物を認識し、 あるいは日常的な実験を行なうだけでそれらを確認することができるだろう。そ のような均等物は、以下の請求項の範囲に包含されるものとする。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年5月5日(1998.5.5) 【補正内容】 請求の範囲 1. 以下の工程を含む、第1連続相、第1不連続相および微細固体粒子を含む 第1エマルジョンを分離する方法。 (a)第1エマルジョンを第1ハイドロサイクロンに導入し、それにより該第1 エマルジョンをオーバーフローエマルジョンとアンダーフローエマルジョンに分 離し、前記オーバーフローエマルジョンが前記第1連続相の少なくとも一部、前 記第1不連続相の少なくとも一部および前記微細固体粒子の少なくとも一部を含 み、 (b)前記オーバーフローエマルジョンの相を反転させ、それによって反転され たエマルジョンを得、それにより前記オーバーフローエマルジョンの前記第1連 続相が前記反転されたエマルジョンにおける第2不連続相であり、前記オーバー フローエマルジョンの前記第1不連続相が前記反転されたエマルジョンにおける 第2連続相であり、 (c)前記反転されたエマルジョンを、その次の直列に配置された1またはそれ 以上のハイドロサイクロンに導入し、そして (d)前記反転されたエマルジョンの前記第2連続相および前記第2不連続相を 回収し、前記微細固体粒子を前記第2不連続相とともに回収する工程。 2. 固体粒子が約50μm未満の少なくとも1つの寸法を有する請求項1記載の 方法。 3. 固体粒子が生体触媒粒子である請求項2記載の方法。 4. 第1連続相が水性である請求項3記載の方法。 5. 工程(a)のオーバーフローエマルジョンを、前記オーバーフローエマル ジョンをインラインミキサーに導入することにより、反転させる請求項4記載の 方法。 6. インラインミキサーがスタティックミキサーである請求項5記載の方法。 7. 工程(a)のオーバーフローエマルジョンを、第1ハイドロサイクロンに おける圧力低下により、反転させる請求項4記載の方法。 8. さらに、前記反転されたエマルジョンを工程(c)のハイドロサイクロン に導入する前に、工程(b)の反転されたエマルジョンを加圧する工程を含む請 求項5記載の方法。 9. 工程(c)が反転されたエマルジョンを2またはそれ以上の脱水用ハイド ロサイクロンに導入することを含む請求項8記載の方法。 10. 生体触媒粒子が細胞性生体触媒を含み、第1連続相が水相であり、第1 不連続相が油相であり、工程(a)の第1ハイドロサイクロンが脱油用ハイドロ サイクロンであり、工程(c)の各ハイドロサイクロンが脱水用ハイドロサイク ロンである請求項3記載の方法。 11. 細胞性生体触媒が細菌細胞を含む請求項10記載の方法。 12. 細菌細胞がロドコッカス(Rhodococcus)細胞である請求項11記載の方 法。 13. エマルジョン源が生物脱硫反応器である請求項10記載の方法。 14. さらに、エマルジョンを脱油用ハイドロサイクロンに導入する前に、第 1エマルジョンを加圧する工程を含む請求項10記載の方法。 15. 第1エマルジョンを少なくとも約120psiに加圧する請求項14記載の方 法。 16. さらに、エマルジョンを脱水用ハイドロサイクロンに導入する前に、工 程(c)の反転されたエマルジョンを約1容量%〜約10容量%の微小水滴と混合 する工程を含む請求項10記載の方法。 17. エマルジョンを最終脱水用ハイドロサイクロンに導入する直前に、工程 (c)の反転されたエマルジョンを微小水滴と混合する請求項16記載の方法。 18. さらに、工程(c)の実質的に純粋な油のオーバーフローを脱水手段に 導入し、それにより、該油を回収する前に、実質的に純粋な該油をさらに清浄化 する工程を含む請求項10記載の方法。 19. 脱水手段が電気集塵ユニット、沈降タンク、向流フィルター、遠心分離 機または凝集膜フィルターである請求項18記載の方法。 20. 第1ハイドロサイクロンの吸入管がエマルジョン源にラインで接続され た、2またはそれ以上の直列に接続されたハイドロサイクロンを含むハイドロサ イクロン系列と、 ハイドロサイクロン系列内に配置された、エマルジョンの相を反転させる手段と を含み、 固体が微粒子を含む、水/有機/固体のエマルジョンを水相と有機相とに分離す るための装置。 21. さらに、1またはそれ以上のハイドロサイクロンのアンダーフロー端を エマルジョン源に接続するラインを含む請求項20記載の装置。 22. ハイドロサイクロン系列が、脱油用ハイドロサイクロンと、2またはそ れ以上の脱水用ハイドロサイクロンを含む請求項20記載の装置。 23. エマルジョン源が生物脱硫反応器である請求項20記載の装置。 24. さらに、各ポンプがハイドロサイクロン系列内に配置されている、1ま たはそれ以上のポンプを含む請求項20記載の装置。 25. さらに、サージタンクがハイドロサイクロン系列内に配置されている、 サージタンクを含む請求項20記載の装置。 26. エマルジョンの相を反転させる手段がインラインミキサーである請求項 20記載の装置。 27. エマルジョンの相を反転させる手段がハイドロサイクロンにおける圧力 低下である請求項20記載の装置。 28. さらに、混合手段がラインにより水源と接続されている、ハイドロサイ クロン系列内に配置された混合手段を含む請求項20記載の装置。 29. 混合手段が混合バルブである請求項28記載の装置。 30. 混合手段が最後から2番目の脱水用ハイドロサイクロンと最終脱水用ハ イドロサイクロンとの間のハイドロサイクロン系列内に配置されている請求項2 8記載の装置。 31. さらに、ラインにより最終脱水用ハイドロサイクロンのオーバーフロー 端に接続された脱水手段を含む請求項20記載の装置。 32. 脱水手段が電気集塵ユニット、沈降タンク、向流フィルター、遠心分離 機または凝集膜フィルターである請求項31記載の装置。 33. 脱油用ハイドロサイクロンがハイドロサイクロン系列における脱水用ハ イドロサイクロンに先行し、前記第1ハイドロサイクロンが脱油用ハイドロサイ クロンであり、エマルジョンの相を反転させる手段がインラインミキサーであり 、前記装置がさらに ラインによって前記エマルジョン源に接続された第1ポンプ、 最終脱油用ハイドロサイクロンと第1脱水用ハイドロサイクロンとの間にハイド ロサイクロン系列内で配置されたサージタンク、 最終脱油用ハイドロサイクロンと第1脱水用ハイドロサイクロンとの間にハイド ロサイクロン系列内で配置された第2ポンプ、 最後から2番目の脱水用ハイドロサイクロンと最終脱水用ハイドロサイクロンと の間に直列に配置され、さらにラインにより水源と接続された混合バルブ、 ラインにより最終脱水用ハイドロサイクロンのオーバーフロー端に接続された脱 水手段 を含む請求項22記載の装置。 34. 脱水手段が電気集塵ユニットである請求項33記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10G 33/06 B01D 35/06 N (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU ,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH, CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G B,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE,KG ,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT, LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG ,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG, US,UZ,VN,YU (72)発明者 フォルサム,ブライアン,アール. アメリカ合衆国 テキサス 77392 ザ ウッドランズ,ウェスト エルム クレッ セント 94

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. (a)エマルジョンを第1ハイドロサイクロンに導入し、それにより該エ マルジョンをオーバーフローエマルジョンとアンダーフローエマルジョンとに分 離し、 (b)オーバーフローエマルジョンの相を反転させ、 (c)該オーバーフローエマルジョンを、その次の1またはそれ以上の直列に配 列されたハイドロサイクロンに導入し、そして (d)水混和相および水不混和相を回収し、固体粒子を工程(c)のオーバーフ ローエマルジョンの不連続相内で回収する 工程を含む、水混和相、水不混和相および微細固体粒子を含むエマルジョンを水 混和相と水不混和相とに分離する方法。 2. 固体粒子が約50μm未満の少なくとも1つの寸法を有する請求項1記載の 方法。 3. 固体粒子が生体触媒粒子である請求項2記載の方法。 4. エマルジョンが水連続系である請求項3記載の方法。 5. 工程(a)のオーバーフローエマルジョンを、前記オーバーフローエマル ジョンをインラインミキサーに導入することにより、反転させる請求項4記載の 方法。 6. インラインミキサーがスタティックミキサーである請求項5記載の方法。 7. 工程(a)のオーバーフローエマルジョンを第1ハイドロサイクロンにお ける圧力低下により、反転させる請求項4記載の方法。 8. さらに、工程(b)のオーバーフローエマルジョンを、該オーバーフロー エマルジョンを工程(c)のハイドロサイクロンに導入する前に、加圧する工程 を含む請求項5記載の方法。 9. 工程(c)がオーバーフローエマルジョンを2またはそれ以上の脱水用ハ イドロサイクロンに導入することを含む請求項8記載の方法。 10. (a)エマルジョン源から水/油/細胞性生体触媒のエマルジョンを脱 油用ハイドロサイクロンに導入し、 (b)該脱油用ハイドロサイクロンからの油が濃縮されたオーバーフローエマル ジョンを、水連続系から油連続系に反転させ、 (c)該油連続系エマルジョンを1またはそれ以上の直列に配置された脱水用ハ イドロサイクロンに導入し、そして (d)実質的に純粋な油を回収する 工程を含み、水連続系の水/油/細胞性生体触媒のエマルジョンを水性の細胞性 生体触媒含有相と実質的に純粋な油相とに分離する方法。 11. 細胞性生体触媒が細菌細胞を含む請求項10記載の方法。 12. 細菌細胞がロドコッカス(Rhodococcus)細胞である請求項11記載の方 法。 13. エマルジョン源が生物脱硫反応器である請求項10記載の方法。 14. さらに、油/水/生体触媒のエマルジョンを脱油用ハイドロサイクロン に導入する前に、該油/水/生体触媒のエマルジョンを加圧する工程を含む請求 項10記載の方法。 15. 油/水/生体触媒のエマルジョンを少なくとも約120psiに加圧する請求 項14記載の方法。 16. さらに、エマルジョンを脱水用ハイドロサイクロンに導入する前に、工 程(c)の油連続系エマルジョンを約1容量%〜約10容量%の微小水滴と混合す る工程を含む請求項10記載の方法。 17. エマルジョンを最終脱水用ハイドロサイクロンに導入する直前に、工程 (c)の油連続系エマルジョンを微小水滴と混合する請求項16記載の方法。 18. さらに、工程(c)の実質的に純粋な油のオーバーフローを脱水手段に 導入し、それにより、該油を回収する前に、実質的に純粋な該油をさらに清浄化 する工程を含む請求項10記載の方法。 19. 脱水手段が電気集塵ユニット、沈降タンク、向流フィルター、遠心分離 機または凝集膜フィルターである請求項18記載の方法。 20. 第1ハイドロサイクロンの吸入管がエマルジョン源にラインで接続され 、2またはそれ以上の直列に接続されたハイドロサイクロンを含むハイドロサイ クロン系列と、 ハイドロサイクロン系列内に配置された、エマルジョンの相を反転させる手段と を含み、 固体が微粒子を含む、水/有機/固体のエマルジョンを水相と有機相とに分離す るため装置。 21. さらに、1またはそれ以上のハイドロサイクロンのアンダーフロー端を エマルジョン源に接続するラインを含む請求項20記載の装置。 22. ハイドロサイクロン系列が、1またはそれ以上の脱油用ハイドロサイク ロンおよび2またはそれ以上の脱水用ハイドロサイクロンを含む請求項20記載 の装置。 23. エマルジョン源が生物脱硫反応器である請求項20記載の装置。 24. さらに、各ポンプがハイドロサイクロン系列内に配置されている、1ま たはそれ以上のポンプを含む請求項20記載の装置。 25. さらに、サージタンクがハイドロサイクロン系列内に配置されている、 サージタンクを含む請求項20記載の装置。 26. エマルジョンの相を反転させる手段がインラインミキサーである請求項 20記載の装置。 27. エマルジョンの相を反転させる手段がハイドロサイクロンにおける圧力 低下である請求項20記載の装置。 28. さらに、混合手段がラインにより水源と接続されている、ハイドロサイ クロン系列内に配置された混合手段を含む請求項20記載の装置。 29. 混合手段が混合バルブである請求項28記載の装置。 30. 混合手段が最後から2番目の脱水用ハイドロサイクロンと最終脱水用ハ イドロサイクロンとの間のハイドロサイクロン系列内に配置されている請求項2 8記載の装置。 31. さらに、ラインにより最終脱水用ハイドロサイクロンのオーバーフロー 端に接続された脱水手段を含む請求項20記載の装置。 32. 脱水手段が電気集塵ユニット、沈降タンク、向流フィルター、遠心分離 機または凝集膜フィルターである請求項31記載の装置。 33. (a)ラインによってエマルジョン源に接続された第1ポンプ、 (b)一連の、第1脱油用ハイドロサイクロンの吸入管がラインにより第1ポン プに接続された1またはそれ以上の脱油用ハイドロサイクロン、および1または それ以上の後続の脱水用ハイドロサイクロン、 (c)最終脱油用ハイドロサイクロンと第1脱水用ハイドロサイクロンとの間に 直列に配置されたサージタンク、 (d)最終脱油用ハイドロサイクロンと第1脱水用ハイドロサイクロンとの間に 直列に配置された第2ポンプ、 (e)第2ポンプと第1脱水用ハイドロサイクロンとの間に直列に配置されたイ ンラインミキサー、 (f)最後から2番目の脱水用ハイドロサイクロンと最終脱水用ハイドロサイク ロンとの間に直列に配置され、さらにラインにより水源と接続された混合バルブ 、および (g)ラインにより最終脱水用ハイドロサイクロンのオーバーフロー端に接続さ れた脱水手段 を含む、水連続系の油/水/生体触媒のエマルジョンを水性の生体触媒含有フラ クションと実質的に純粋な油とに分離する装置。 34. 脱水手段が電気集塵ユニットである請求項33記載の方法。 35. エマルジョンを1またはそれ以上の脱水用ハイドロサイクロンに導入し 、実質的に純粋な油を回収することを含む、油連続系の水/油/生体触媒のエマ ルジョンを水性の生体触媒含有相に分離する方法。 36. あらかじめ選択した相がエマルジョンの不連続相であるエマルジョンを 1またはそれ以上のハイドロサイクロンに導入し、前記あらかじめ選択した相中 の固体粒子を回収することを含む、固体粒子、第1液体相および第2液体相を含 むエマルジョンから固体粒子をあらかじめ選択した相とともに分離する方法。
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