JP2014108406A5

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Publication number: JP2014108406A5
Application number: JP2012264785A
Authority: JP
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2032-12-03

Description

水分含有油の脱水処理装置及び方法

本発明は、水分含有油の脱水処理装置及び方法に関する。

水分を含む燃料油、潤滑油から水分を除去する脱水方法として、例えば沈殿分離方法、加熱処理方法、フィルタ濾過（吸着）方法、遠心分離方法等が存在する。

沈殿分離方法、遠心分離方法等は、分離水の除去は可能であるが、油中に溶解する溶解水の除去ができないという、問題がある。
また、加熱処理方法は、油の劣化を加速するので、好ましくないという問題がある。

溶解水を除去することができるフィルタ濾過法として、原油中に含まれる水分を除去する中空糸膜ユニットを用いた方法が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−２４４６６８号公報

しかしながら、フィルタ濾過方法は、水分を多量に含むような油を処理する場合には、ランニングコストが多大となる、という問題がある。

そこで、水分を多量に含む油から溶解水を効率よく処理することができる、水分含有油の脱水処理装置及び方法の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、水分を含む油から効率よく水分を処理できる水分含有油の脱水処理装置及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水分含有油を所定量導入する脱水器と、前記脱水器の頂部側に設けられ、塩化カルシウム溶液又は塩化マグネシウム溶液の脱水液を噴霧する噴霧手段と、前記噴霧手段に脱水液を供給する脱水液供給タンクと、噴霧された脱水液を水分含有油と共に攪拌する攪拌手段とを具備することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記脱水器で脱水に供した脱水液を再生する再生器を有することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記脱水器で脱水された脱水処理油を貯留する脱水処理油槽を有することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置にある。

第４の発明は、脱水器に水分含有油を導入した後、塩化カルシウム溶液又は塩化マグネシウム溶液の脱水液を噴霧しつつ攪拌し、脱水液中へ塩析作用により油中の水分を移行させ、その後静置し脱水処理油を得ることを特徴とする水分含有油の脱水処理方法にある。

第５の発明は、第４の発明において、前記脱水に用いた脱水液を通気又は加熱し、脱水液を再生し、再利用することを特徴とする水分含有油の脱水処理方法にある。

本発明によれば、水分含有油を入れた脱水器内に、塩化カルシウム溶液又は塩化マグネシウム溶液の脱水液を噴霧しつつ攪拌し、脱水液側に塩析作用により移行させ、水分を含む油からの脱水処理を簡易に行うことができる。

図１は、実施例１に係る水分含有油の脱水処理装置の概略図である。図２は、実施例２に係る水分含有油の脱水処理装置の概略図である。図３は、実施例３に係る脱水処理装置を備えた風車の概略図である。図４は、油圧ドライブユニットの構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

本発明による実施例に係る水分含有油の脱水処理装置及び方法について、図面を参照して説明する。図１は、水分含有油の脱水処理装置の概略図である。
ここで、本実施例では、脱水液として塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液を用いる場合について説明する。
図１に示すように、水分含有油の脱水処理装置（以下「脱水処理装置」という）１０Ａは、水分含有油１１を所定量導入する脱水器１２と、前記脱水器１２の頂部側に設けられ、脱水液である塩化カルシウム水溶液１３を噴霧する噴霧手段であるノズル１４と、このノズル１４に塩化カルシウム水溶液１３を供給する脱水液供給タンク１６と、噴霧された塩化カルシウム水溶液１３を水分含有油１１と共に攪拌する攪拌手段１７とを具備するものである。
図１中、符号Ｌ₀は水分含有油１１を供給する油供給ライン、Ｌ₁は塩化カルシウム水溶液１３を供給する脱水液供給ライン、Ｌ₂は脱水処理油１９を排出するする油排出供給ライン、Ｌ₃は水分含有脱水液１３Ａを排出する排出ライン、Ｐ₁は脱水液を送液する送液ポンプを図示する。

本実施例では、ノズル１４は脱水器１２本体内部の頂部側に設けられ、塩化カルシウム水溶液１３を上方から下方に向かって噴霧されている。

この塩化カルシウム水溶液１３は、脱水液供給タンク１６からポンプＰ₁を介して供給される。そして、ノズル１４により噴霧された塩化カルシウム水溶液１３は、水分含有油１１内に導入され、攪拌手段１７による攪拌される。

この攪拌手段１７のモータＭによる攪拌の際、水分含有油１１内に注入された塩化カルシウム水溶液１３が、油中に分散し、油と混合する。この攪拌・混合の際、油中に浮遊する水分と接触する事で油中の水分を脱水液１３側に取り込むこととなる。

すなわち、塩化カルシウム水溶液を用いる場合、水分含有油１１中に油中水滴型で浮いている水分が、塩化カルシウムの塩析効果により極性を有している塩化カルシウム水溶液１３に接触しつつその中に取り込まれることとなる。そして、一度塩化カルシウム水溶液１３内に取り込まれた水分は、水の極性作用により、油側に戻ることはないので、水分除去が確実となる。

そして、比重が油より重い塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液１３が攪拌によって徐々に沈降する間に、油中の水分を次々に取り込み、塩化カルシウム水溶液１３内に移行させる結果、脱水処理が完了することとなる。

この塩析効果により脱水処理できる脱水液としては、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液以外に、例えば塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）を用いることができる。
ここで、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）の性状は、密度が３０ｗｔ％溶液で１．３ｇ／ｃｍ³である。
これに対して、重油の比重は０．８６、潤滑油の比重は０．８２−０．９５である。

水分を取り込んだ塩化カルシウム水溶液１３は、撹拌手段１７の攪拌を停止し、静置させることで、油層と分離し二層となり、底部側に溜ることとなる。

所定時間静置後、脱水処理後の脱水処理油１９は、排出弁Ｖ₁を開いて、脱水処理油タンク１８へ貯留する。その後、脱水処理油１９は、例えば機器・燃焼器等で再利用に供される。

所定時間静置後、脱水処理後の水分が移行された塩化カルシウム水溶液１３Ａは、排出弁Ｖ₂を開いて、図示しない保管タンクに貯留する。

本発明では、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液の塩析効果を発揮させるために、脱水液の濃度を例えば２０〜６０ｗｔ％高濃度の水溶液としている。
これは、２０％ｗｔ以下の低濃度では水分除去効果が有効に発揮されないからである。

［試験例］
下記油を準備し、所定濃度の塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液を用いて脱水処理試験を行った。
試験サンプルとしては、1）タービン油、２）エンジンオイル（シリンダー油）を用いた。

分析方法は、キシロール蒸留法、カールフィッシャー法を用いた。

試験は、使用済みの含水した、タービン油、エンジンオイルをサンプル油とし、夫々の水分濃度をキシロール蒸留法で初期の水分量を測定した。
この結果タービン油は水分が１ｗｔ％、エンジンオイルは水分が１．５ｗｔ％であった。

次に、それぞれのサンプル油の２０％容量相当の塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液（濃度２０ｗｔ％、４０ｗｔ％、６０ｗｔ％）を添加し、その後１時間撹拌した。
攪拌後、１時間静置し、油層と水層とに分離した後に、上層の油中に残留する水分をカールフィッシャー法で測定した。
その結果を表１に示す。

表１に示すように、濃度が２０ｗｔ％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液を用いた場合では、タービン油及びエンジンオイルの水分は０．１ｗｔ％に低下していた。
また、濃度が４０ｗｔ％及び６０ｗｔ％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液を用いた場合では、タービン油及びエンジンオイルの水分は０．０５ｗｔ％に低下していた。
このように、本試験によれば、およそ、１ｗｔ％以上水分が含まれる油から、０．１ｗｔ％以下まで脱水することが確認された。

なお、濃度が１５ｗｔ％の塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）水溶液を用いた場合では、タービン油及びエンジンオイルの水分は０．３ｗｔ％の脱水であり、好ましくなかった。

３０ｗｔ％の塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）水溶液を用いた場合では、タービン油及びエンジンオイルの水分は０．０５ｗｔ％の脱水であり、良好な脱水処理がなされた。

本発明によれば、脱水液を接触させて、塩析効果により油中に含まれる水分を、簡易な構成で除去することができる。また、脱水操作に伴う消費物質がない、サイクル方式での脱水が可能となる。
脱水効果においては、高濃度の水溶液を用いる関係から、水溶液中の水分が油中の３００〜４００ｐｐｍ程度は溶解するので、水分を０．３〜数ｗｔ％程度含有する油から水分を除去して、０．１ｗｔ％以下の含水率とすることが可能となる。

よって、高度の脱水をする必要がない油や、温度処理により劣化が激しい生物分解性油に対しての粗脱水（例えば水分含有量０．１ｗｔ％以下）に適用することとなる。

以上のように、本発明に係る水分含有油の脱水処理装置及び方法によれば、水分を含む油から溶解水を簡易な設備で効率よく処理することができ、例えば燃料油、潤滑油の処理が簡易になる。

本発明による実施例に係る脱水処理装置について、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る脱水処理装置の概略図である。なお、実施例１の脱水処理装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、実施例２に係る脱水処理装置１０Ｂは、実施例１に係る脱水処理装置１０Ａにおいて、さらに脱水に供した水分が移行された塩化カルシウム水溶液１３Ａを再生する再生器２０を設けている。再生器２０には、脱水器１２の底部より排出ラインＬ₃に介装された排出弁Ｖ₂を開いて、供給されている。

ここで再生器２０において例えば空気等を通気することにいより水分を除去して、所定の高濃度の塩化カルシウム水溶液１３とした後、戻しラインＬ₄により、脱水液供給タンク１６に戻される。

また、通気する前において、例えば加熱手段により空気を加熱し、加温空気を通気することで、水分蒸発効果を促進するようにしてもよい。

また、再生器２０に加熱手段であるヒータ（図示せず）を設け、再生器２０本体を加熱し、水分蒸発を促進するようにしてもよい。

そして、再生器２０において、脱水処理により含まれた水分を除去し、所定の高濃度の塩化カルシウム水溶液１３に再生し、その後、弁Ｖ₂を開放し、脱水液供給タンク１６に戻しラインＬ₄に介装したポンプＰ₂により戻し、再利用するようにしている。

本発明による実施例に係る脱水処理装置を備えた風車について、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係る脱水処理装置を備えた風車の概略図である。図４は、油圧ドライブユニットの構成図である。なお、実施例１の脱水処理装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る風力発電装置１００は、風車翼１０１を取り付けたロータヘッド（ハブ）１０２と、ロータヘッド１０２を軸支するナセル１０４と、ナセル１０４を支持する支柱（タワー）１０５と、タワー１０５を設置するための基台１０６とから構成されている。

ロータヘッド１０２は、主軸１１０に連結されて回転するロータヘッド鋳物１１１と、ロータヘッド鋳物１１１の外周に所定の空間を形成してロータヘッド鋳物１１１を覆うロータヘッドカバー１１２とにより構成されている。ロータヘッド鋳物１１１に回転軸方向に対して放射状に複数の風車翼１０１が取り付けられている。この風車翼１０１には外風により揚力が発生し、この発生した揚力がロータヘッド１０２を回転軸方向に対して周方向に回転させる動力となる。

また、ロータヘッド鋳物１１１の内部には、例えば風車翼１０１のピッチ制御を行う油圧機器類やコントロールパネル等の制御機器類（不図示）およびその電源が収納設置されている。

また、ナセル１０４の内部には、例えばロータヘッド１０２と同軸の油圧ポンプ１１３と油圧ポンプ１１３からの油圧によりモータを回転される油圧モータ１１４と、油圧モータ１１４の回転により発電する同期発電機１１５を具備してなる油圧・発電機構が収納設置されている。そして、ロータヘッド１０２の回転を油圧ポンプ１１６の油に圧力をかけ、その圧力で油圧モータ１１４を回して発電機１１５を駆動させることにより、該発電機１１５より発電機出力が得られる。油圧をかけるために、油圧ポンプ１１３と油圧モータ１１４との間には油圧配管１１６が配され、図示しない制御手段により油圧を制御することで、同期発電機１１５の回転数を一定に制御している。

また、図４に示すように、油圧ドライブユニット１２０は、ロータヘッド１０２の回転により油に圧力をかける油圧ポンプ１１３と、その圧力がかけられた油を送給する油圧配管１１６と、圧力がかけられた油により回転する油圧モータ１１４と、油圧モータ１１４の回転により発電する同期発電機１１５と、油圧モータ１１４からの戻り油を冷却する冷却手段１２１と、油を補給する油タンク１２２と、油タンク１２２から供給される油オイル１２３を脱水する水分含有油の脱水処理装置１０とを具備してなる。

本実施例の風力発電装置１００は、実施例１又は２の水分含有油の脱水処理装置１０を備えていることにより、長期間に亙って風車を運転する際において、油圧ドライブユニット１２０で用いる油圧オイル１２３を脱水することができる。

また、脱水処理に塩化カルシウム溶液又は塩化マグネシウム溶液の脱水液を用いているので、風車の外因である塩害による海塩が油圧オイルに混入した場合において、その塩分の除去も可能となり、脱水効果に加えて塩分除去効果もあり、相乗効果が発揮される。

１０Ａ、１０Ｂ水分含有油の脱水処理装置（脱水処理装置）
１１水分含有油
１２脱水器
１３塩化カルシウム水溶液水液
１４ノズル
１６脱水液供給タンク
１７攪拌手段

Claims

水分含有油を所定量導入する脱水器と、
前記脱水器の頂部側に設けられ、塩化カルシウム溶液又は塩化マグネシウム溶液の脱水液を噴霧する噴霧手段と、
前記噴霧手段に脱水液を供給する脱水液供給タンクと、
噴霧された脱水液を水分含有油と共に攪拌する攪拌手段とを具備することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置。
請求項１において、
前記脱水器で脱水に供した脱水液を再生する再生器を有することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置。
請求項１又は２において、
前記脱水器で脱水された脱水処理油を貯留する脱水処理油槽を有することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置。
脱水器に水分含有油を導入した後、塩化カルシウム溶液又は塩化マグネシウム溶液の脱水液を噴霧しつつ攪拌し、脱水液中へ塩析作用により油中の水分を移行させ、その後静置し脱水処理油を得ることを特徴とする水分含有油の脱水処理方法。
請求項４において、
前記脱水に用いた脱水液を通気又は加熱し、脱水液を再生し、再利用することを特徴とする水分含有油の脱水処理方法。