JP2013150951A - 油分含有水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】凝集磁気分離方式の油分含有水処理において、回収したフロックに含まれる磁性粉の少なくとも一部を廃棄せずに再利用することで低コスト化を実現する。
【解決手段】本発明の油分含有水処理システム１００は、油と水とを含む被処理物を、油と、油分が懸濁した油分含有水と、に分離する三相セパレータ２と、分離された油分含有水に、凝集剤と、磁性粉と、を添加することにより、懸濁していた油分の凝集体およびそれに付着する磁性粉からなるフロックを生成する急速撹拌槽９、緩速撹拌槽１０と、生成されたフロックを、磁気力によって油分含有水から分離する磁気分離部１７と、分離されたフロックから、磁気力によって磁性粉を回収する磁気分離器２６と、磁性粉を回収した後のフロックの残渣物を三相セパレータ２の上流側に返送し、回収した磁性粉を急速撹拌槽９に返送する返送機構と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物から分離された油分含有水を処理する技術に関し、例えば、産業排水や、石油・天然ガスの生産時に随伴する水（以下、「随伴水」と称する。）を処理する技術に関する。

石油や天然ガスを生産する際には、多量の随伴水も生成される。随伴水は石油や天然ガスの製品としては不要なものであるため、石油や天然ガスと分離して廃棄しなければならない。

随伴水の処理技術として、非特許文献１に開示された技術が知られている。石油、天然ガス、随伴水を含む生産物は、まず、三相セパレータに導かれ、比重差により、上に気体であるガス、下に液体である油と随伴水に分けられる。さらに、三相セパレータ内の液体が位置する空間内に設置された敷居により、液体としては比較的比重の軽い油のみが敷居を越えることができるため、３箇所の取出口からそれぞれガス、油、随伴水を取り出すことが可能である。なお、揮発成分（ガス）をほとんど含まない場合は、油と随伴水との二相セパレータを用いることができる。

三相セパレータから出た随伴水は、高い圧力を保持しているため、高速でハイドロサイクロンに導かれる。ハイドロサイクロン内では遠心力により油分は内側、水分は外側に分離され、内側から油分を引き抜くことが可能となり、この油分は三相セパレータから取り出した油と合流させて石油精製ラインへ送られる。

一方、ハイドロサイクロンで油分を取り除いた随伴水は、依然としてエマルジョン化（懸濁）した油分（エマルジョン油）を５０〜１００ｍｇ／Ｌ程度含むため、そのまま自然界に放出することはできない。そこで、ＩＧＦ（Induced Gas Floatation）等の技術を使ってエマルジョン油の除去が図られている。ＩＧＦは、随伴水内にガスと凝集剤を注入して油分とガスを凝集させて比重の軽い凝集体（以下、「フロック」と称する。）を形成し、比重差によりフロックを浮上させてエマルジョン油を取り除くものである。

しかし、随伴水中にガスを均一に分散させて均一な比重のフロックを作り出すためにはガスを微細化して入れ込む必要があり、多大なエネルギーを必要とする。逆にガスの投入エネルギーを抑えて比重の軽いフロックを作ろうとすると、凝集時間と注入ガス量を過剰にする必要があり装置の大型化を招く。特に、陸上ではなく洋上の設備の場合、装置の小型化は重要な問題である。また、重質油が除去ターゲットである場合は、水とフロックとの間に十分な比重差を得ることができず、よい分離性能を得ることができないという問題もある。

これらの問題に対して、例えば、特許文献１には、凝集磁気分離方式によるエマルジョン油の除去技術が開示されている。凝集磁気分離方式とは、被処理対象である油分含有水に凝集剤と磁性粉を投入し、攪拌することにより磁性化したフロックを生成し、そのフロックを磁力で回収することにより、油分含有水からエマルジョン油を除いて処理水を得る方式である。本方式は分離に磁気力を利用するため、水とエマルジョン油との比重差に影響されずに、安定して高精度のエマルジョン油の除去を行うことが可能である。また、磁性粉を注入するため油分含有水への分散が容易であり、均一な磁化特性をもったフロックを作りやすい。

特開２００９−６５６号公報

"Process Systems - VORTOIL Deoiling Hydrocyclones"、[online]、ＣＡＭＥＲＯＮ社、[平成23年12月13日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.c-a-m.com/Forms/Product.aspx?prodID=30c75393-87cc-431a-a28d-848dffc80c1b＞

しかしながら、凝集磁気分離方式では、回収したフロックが産業廃棄物として廃棄される場合、フロックに含まれる磁性粉も一緒に廃棄される。そのため、全体システムに対して、磁性粉を定期的に供給しなければならず、その分、コストがかかる。また、回収したフロックに磁性粉が含まれることで、その分、産業廃棄物の処分のためのコストがかかる。

そこで、本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、凝集磁気分離方式の油分含有水処理において、回収したフロックに含まれる磁性粉の少なくとも一部を廃棄せずに再利用することで低コスト化を実現することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の油分含有水処理システムは、油と水とを含む被処理物を、油と、油分が懸濁した水である油分含有水と、に分離する油水分離セパレータと、前記分離された油分含有水から、固形物を分離して除去する固液分離部と、前記固形物を除去された油分含有水に、凝集剤と、磁性粉と、を添加することにより、懸濁していた油分の凝集体およびそれに付着する前記磁性粉からなるフロックを生成する凝集部と、前記生成されたフロックを、磁気力によって前記油分含有水から分離する磁気分離部と、前記分離されたフロックから、磁気力によって磁性粉を回収する磁性粉回収部と、前記磁性粉回収部において磁性粉を回収した後の前記フロックの残渣物を前記固液分離部の上流側に返送し、前記磁性粉回収部において回収した磁性粉を前記凝集部に返送する返送機構と、を有することを特徴とする。
その他の手段については後記する。

本発明によれば、凝集磁気分離方式の油分含有水処理において、回収したフロックに含まれる磁性粉の少なくとも一部を廃棄せずに再利用することで低コスト化を実現することができる。

本発明の第１実施形態の構成の概略図である。 本発明の第２実施形態の構成の概略図である。 本発明の第３実施形態の構成の概略図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する。）として第１実施形態〜第３実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、油分含有水処理システム１００ａ（１００）において、原油等を含む被処理液１は、まず、三相セパレータ２（油水分離セパレータ。固液分離部）に流入する。三相セパレータ２は、ガスと油（原油）と水とを含む被処理液１（被処理物）を、ガスと、油と、油分が懸濁した水である油分含有水と、に分離する機能を有する。

被処理液１が三相セパレータ２に流入すると、比重差により気体（ガス）と液体に別れ、液体が位置する空間内に設置された敷居３により液体中の油と水（随伴水。油分含有水）が分けられる。そして、気体はガス取出口４から排出され、油は油取出口５から排出され、随伴水は水取出口６から排出される。

このとき、油取出口５から排出される油の純度はほぼ１００％であるが、前記したように、水取出口６から排出される随伴水には、エマルジョン化（懸濁）した油分が５０〜１００ｍｇ／Ｌ程度含まれている。また、この三相の分離の際、三相セパレータ２の下部にドレインバルブ７（固液分離部）を設けておくことにより、三相セパレータ２において敷居３よりも図１の左側の底部に沈殿した不要な固形物を、固形物取出口８（固液分離部）から取り除くことが可能となる。つまり、この第１実施形態では、三相セパレータ２が、随伴水から不要な固形物を分離して除去する固液分離部の役割も兼ねている。

水取出口６から取り出された随伴水は、急速撹拌槽９（凝集部）に送られる。その際、三相セパレータ２内の不要な固形物は固形物取出口８から取り去っているため、急速撹拌槽９以降の装置の負荷は小さくて済む。急速撹拌槽９では、無機凝集剤タンク１１から無機凝集剤注入ポンプ１４を通じて、無機の凝集剤、例えばＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム等が添加され、さらに、磁性粉タンク１２から磁性粉注入ポンプ１５を通じて、磁性粉、例えば四三酸化鉄の粉末等が添加されて、懸濁していた油分の凝集体およびそれに付着する磁性粉からなるフロックが生成される。

これにより、被除去物である油粒子同士、あるいは油粒子と磁性粉とが凝集して小さなフロック（マイクロフロック）を形成する。次に、後段の緩速撹拌槽１０（凝集部）において高分子凝集剤タンク１３から高分子凝集剤注入ポンプ１６を通じて高分子凝集剤、例えばアニオン系やノニオン系のポリアクリルアミド等が添加され、比較的低速で撹拌することにより、マイクロフロック同士が高分子凝集剤で架橋されることによって大きなフロックが形成される。

このように形成されたフロックを多数含む水（凝集水）は、磁気分離部１７に流入する。磁気分離部１７は、例えばネオジム磁石等の永久磁石を内蔵する磁気ドラム１８と、磁気ドラム１８の外周に接触する、あるいは極近傍に設置されたスクレーパ１９から構成される。磁気ドラム１８は、略下半分が凝集水に浸り、略上半分が上方空間に臨んでいる。

凝集水が磁気ドラム１８に接触して、またはその近傍を通過する際に、フロックに含まれた磁性粉が永久磁石の磁気力によって磁気ドラム１８の外周表面に吸着される。吸着されたフロックは、磁気ドラム１８の回転とともに移動し、スクレーパ１９によって掻き取られる（凝集水から分離される）。

なお、スクレーパ１９と磁気ドラム１８の表面との間に例えば１ｍｍ程度のギャップを設けておくと、磁気ドラム１８の表面に吸着したフロックのうちそのギャップ分は掻き取られないが、吸着したフロックは吸着したままで落下しないので、処理水の水質に悪影響は与えない。また、このようにギャップを設ければ、スクレーパ１９が磁気ドラム１８の表面に直接触れないため、磁気ドラム１８の表面の磨耗を大幅に低減できる。このようにフロックを取り除かれた凝集水は処理水２１として排出され、取り除いたフロックは、含有する水とともにスラリー状のフロック水としてフロック水タンク２０に貯められる。

フロック水は、フロック水タンク２０から、フロック水移送ポンプ２２により二流体ノズル２５に送られる。二流体ノズル２５には、同時に高圧ガス配管２３から高圧ガス流量調整バルブ２４を経由して高圧ガス、例えばゲージ圧０．０３〜０．５ＭＰａ（メガパスカル）の空気、窒素、天然ガス等が送り込まれる。これにより、二流体ノズル２５では、フロック水と高圧ガスとの間にせん断力が発生し、この力によってフロックは分解される。

このように分解されたフロックから、小さな磁気分離器２６（磁性粉回収部）により磁性粉、厳密には磁性粉の割合が多いもの（「回収磁性粉」と称する。）を磁気力により回収し、回収磁性粉返送ライン２７（返送機構）により回収磁性粉を磁性粉タンク１２へ返送することにより磁性粉を再利用する。また、回収磁性粉を取り除いた残りのフロック水である残渣物は、残渣物返送ライン２８（返送機構）を経由してポンプ２９（返送機構）により加圧して三相セパレータ２の上流ラインに返送する。この際、残渣物には、不要な固形物、凝集した油、取り除ききれなかった磁性粉、水等が含まれているが、不要な固形物や回収しきれなかった磁性粉は固形物取出口８から汚泥として取り出すことが可能であり、凝集した油は油取出口５から、また、水は水取出口６から、それぞれ取り出すことが可能である。

ここで、磁気分離部１７と小さな磁気分離器２６の両者において、磁気ドラムを使う方式について説明したが、磁気分離部１７ではフロックを壊さないように水の流れ方向と磁気ドラムの回転方向を同一としてできるだけ相対速度が小さくなるようにし、小さな磁気分離器２６ではフロックが壊れる方がよいので水の流れ方向と磁気ドラムの回転方向を逆として相対速度が大きくなるようにすることが好ましい。

このように、第１実施形態の油分含有水処理システム１００によれば、凝集磁気分離方式の油分含有水処理を行うことで、エマルジョン油と水の比重差に関係なく安定した処理を実現することができ、さらに、回収したフロックに含まれる磁性粉の少なくとも一部を廃棄せずに再利用することで、低コスト化を実現することができる。

後者について換言すると、磁気分離器２６から、すべての磁性粉が回収磁性粉返送ライン２７に流れるとは限らず、一部（例えば１割程度）は残渣物として三相セパレータ２の上流ラインに戻ることがありえるが、それでも、回収したフロックに含まれる磁性粉の少なくとも一部（例えば９割程度）を廃棄せずに回収磁性粉返送ライン２７を経て再利用することで、有意な低コスト化を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。図２に示す第２実施形態の油分含有水処理システム１００ｂ（１００）において、図１に示す第１実施形態の場合との違いは、三相セパレータ２の後段に、固液分離用セパレータ３０（固液分離部）（例えばサイクロン式）とライン３１と油水分離用セパレータ３３（例えばサイクロン式）を設けており、固液分離用セパレータ３０の上流側に磁気分離器２６からの残渣物を返送する点である。

残渣物には凝集剤が含まれており、まだ凝集効果を残存させていることも多い。そのため、返送した残渣物の影響によって固液分離用セパレータ３０内で若干の凝集反応が生じ、固形物が分離しやすくなる。同様に、油水分離用セパレータ３３でも分離性能が向上する。また、図１の実施形態の場合と比較して、一般に、固液分離用セパレータ３０の方が三相セパレータ２よりも圧力が小さいため、ポンプ２９の必要圧力が小さくて済む。

固液分離用セパレータ３０内の不要な固形物は固形物取出口３２から取り去る。また、油水分離用セパレータ３３によって得られた油３４は、三相セパレータ２から得られる油と合流し、油取出口５から排出される。また、油水分離用セパレータ３３から得られる随伴水は水取出口３５から排出され、急速撹拌槽９に導入される。

なお、この第２実施形態では、固液分離用セパレータ３０と油水分離用セパレータ３３を別々に描いたが、一つのサイクロンで、固体と油と水を取り出せる構造としてもよい。また、この一つのサイクロンの変わりに、一つの低圧三相セパレータを用いてもよく、それについては第３実施形態で説明する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１、第２実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。図３に示す第３実施形態の油分含有水処理システム１００ｃ（１００）では、三相セパレータ２の後段に低圧三相セパレータ３６を設置している。

図２に示した第２実施形態の場合と異なる点は、低圧三相セパレータ３６を通過している点と、低圧三相セパレータ３６のガス取出口から取り出したガスの一部または全部を、高圧ガス配管２３、高圧ガス流量調整バルブ２４を経由して二流体ノズル２５に送り込むガスとして使用している点である。なお、低圧三相セパレータ３６によって得られた油３４は、三相セパレータ２から得られる油と合流し（合流の図示を省略）、油取出口５から排出される。

本構造により、新たに高圧ガスを準備する必要なくランニングコストを低減できるとともに、装置の大きさを低減することが可能となる。なお、二流体ノズル２５に送り込むガスとして、三相セパレータ２のガス取出口４から取り出したガスの一部を使用するようにしてもよい。

以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。例えば、本発明は、石油や天然ガスの随伴水の処理をする場合だけでなく、他の、油分を含有する産業排水等の処理にも適用し、同様の作用効果を得ることができる。
また、オイルサンドなどからの石油の生産や、老朽化した油井からの石油の生産には、大量の水を必要とし、その結果、大量の随伴水が生じるので、本発明を好適に利用することができる。

また、二流体ノズル２５に送り込む高圧ガスとして使用する気体は、空気、窒素、天然ガスに限らず、爆発等の不都合な化学反応を起こさないものであれば、ヘリウム、アルゴン等の他の気体であってもよい。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１ 被処理液
２ 三相セパレータ（油水分離セパレータ）
３ 敷居
４ ガス取出口
５ 油取出口
６ 水取出口
７ ドレインバルブ（固液分離部）
８ 固形物取出口（固液分離部）
９ 急速撹拌槽（凝集部）
１０ 緩速撹拌槽（凝集部）
１１ 無機凝集剤タンク
１２ 磁性粉タンク
１３ 高分子凝集剤タンク
１４ 無機凝集剤注入ポンプ
１５ 磁性粉注入ポンプ
１６ 高分子凝集剤注入ポンプ
１７ 磁気分離部
１８ 磁気ドラム
１９ スクレーパ
２０ フロック水タンク
２１ 処理水
２２ フロック水移送ポンプ
２３ 高圧ガス配管
２４ 高圧ガス流量調整バルブ
２５ 二流体ノズル
２６ 磁気分離器（磁性粉回収部）
２７ 回収磁性粉返送ライン（返送機構）
２８ 残渣物返送ライン（返送機構）
２９ ポンプ（返送機構）
３０ 固液分離用セパレータ（固液分離部）
３１ ライン
３２ 固形物取出口
３３ 油水分離用セパレータ
３４ 油
３５ 水取出口
３６ 低圧三相セパレータ
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 油分含有水処理システム

Claims (5)

1. 油と水とを含む被処理物を、油と、油分が懸濁した水である油分含有水と、に分離する油水分離セパレータと、
   前記分離された油分含有水から、固形物を分離して除去する固液分離部と、
   前記固形物を除去された油分含有水に、凝集剤と、磁性粉と、を添加することにより、懸濁していた油分の凝集体およびそれに付着する前記磁性粉からなるフロックを生成する凝集部と、
   前記生成されたフロックを、磁気力によって前記油分含有水から分離する磁気分離部と、
   前記分離されたフロックから、磁気力によって磁性粉を回収する磁性粉回収部と、
   前記磁性粉回収部において磁性粉を回収した後の前記フロックの残渣物を前記固液分離部の上流側に返送し、前記磁性粉回収部において回収した磁性粉を前記凝集部に返送する返送機構と、
   を有することを特徴とする油分含有水処理システム。
2. 請求項１に記載の油分含有水処理システムにおいて、
   前記油水分離セパレータと前記固液分離部とを同一の装置としたことを特徴とする油分含有水処理システム。
3. 請求項１に記載の油分含有水処理システムにおいて、
   前記油水分離セパレータの後段に前記固液分離部が配置され、
   前記返送機構によって、前記残渣物は、前記油水分離セパレータと前記固液分離部との間に返送される
   ことを特徴とする油分含有水処理システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の油分含有水処理システムにおいて、
   前記磁性粉回収部は、一方のノズルに前記磁気分離部から受け取った前記フロックが流され、他方のノズルに高圧ガスが流され、前記高圧ガスによるせん断力によって前記フロックが分解される構造となっている二流体ノズルを有する
   ことを特徴とする油分含有水処理システム。
5. 請求項４に記載の油分含有水処理システムにおいて、
   前記油水分離セパレータは、前記被処理物から、油と油分含有水のほかにガスを分離する三相セパレータであり、
   前記高圧ガスとして、前記三相セパレータから取り出したガスを利用する構造となっている
   ことを特徴とする油分含有水処理システム。

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