JP5250526B2 - 油水分離装置、油水分離システム、油水分離方法およびそれを用いた水再利用方法 - Google Patents
油水分離装置、油水分離システム、油水分離方法およびそれを用いた水再利用方法 Download PDFInfo
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Description
かかるオイルサンドからのビチュメン生産において、近年、露天掘りでは開発が難しい深度に存在するものにも目が向けられ、この採収を可能にするSAGD(Steam Assisted Gravity Drainage)法、CSS(Cyclic Steam Stimulation)法といった油層内回収法が注目され、精力的にその技術開発がすすめられている(非特許文献1)。
また、油層内回収法によるビチュメンの生産において加温含油水を再利用する際の工程数及び機器数を低減しシステム全体をコンパクト化することができ、また従来困難であった汎用のドラム式ボイラ設備の実際的な利用を可能とする、環境適合性及び経済性に優れる油水分離装置、それを用いた油水分離システム、並びに油水分離方法及び水再利用方法の提供を目的とする。
(1)オイルサンドからビチュメンを生産する油層内回収法において、地中から回収した加温ビチュメン混合流体からビチュメンを取り出し、前記混合流体から分離された加温含油水に含まれる油分を除去する油水分離装置であって、
前記加温含油水を導入する容器と、該容器内に組み込まれ前記加温含油水に浸漬させた状態でろ過を行う浸漬ろ過膜と、該ろ過膜に向け気泡を供給する気泡発生手段とを有し、かつ
前記容器は内部に隔壁を具備し、該隔壁を越えた油分濃度の高い過剰液を隔壁外へと流出させるようにし、
前記浸漬ろ過膜が円筒形状あるいは平膜形状であり、ろ過膜の外表面は前記気泡によって浄化される油水分離装置。
(2)前記容器内の加温含油水に含まれる溶解しているガスを減圧することで発泡させる容器内圧力の調節手段を具備し、その発泡により生じた気泡を前記ろ過膜に向け供給する気泡として利用する(1)に記載の油水分離装置。
(3)前記ろ過膜が円筒形状のものであり、この円筒状膜の外部と内部空間に差圧を発生させ、膜の外部の液体を内部空間に移行させ、そのときろ過膜を通過することでろ過を行い、かつさらに円筒状ろ過膜の内部空間から液体を処理水として回収する手段を備える(1)または(2)に記載の油水分離装置。
(4)前記容器が、前記加温含油水の温度を60〜200℃に維持し、かつ前記容器内の圧力を0〜10kg/cm2Gに維持することができることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(5)前記容器内のガスを前記気泡を発生するガスとして再利用するガス循環手段を有することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(6)前記ろ過膜が平膜形状であり、2枚の該平膜形状のろ過膜をスペーサーをはさんで平行位置に固定した膜エレメントを等間隔で配置したモジュールとし、該平膜エレメント間の隙間が加温含油水の流路となり、平膜エレメントの内部の集水部を通してろ過後の処理水が集められる(1)〜(5)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(7)前記油層内回収法がSAGD法又はCSS法であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(8)前記隔壁の内側に前記加温含油水が充填されており、前記加温含油水中で気泡に随伴させて油分を液表面に向かって上昇させ、これにより隔壁内の加温含油水の液表面側ほど高い油分濃度とし、これに対し容器内に連続的に加温含油水が供給され、過剰量となった加温含油水を隔壁を越えて隔壁外方へ流れ出させる(1)〜(7)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(9)前記ろ過膜の開孔径が0.01〜1μmである(1)〜(8)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(10)前記ろ過膜が円筒形状であり、その内部空間の直径が1〜4mmである(1)〜(9)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(11)前記ろ過膜の厚さが0.5〜1.5mmである(1)〜(10)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(12)前隔壁を越えた油分濃度の高い過剰液を前記加温ビチュメン混合流体と合流するように戻す返戻手段を有する(1)〜(11)のいずれか1項に記載の油水分離装置。
(13)(1)〜(12)のいずれか1項に記載の油水分離装置と、該装置の前記容器から取り出したろ過後の処理水を蒸留するエバポレータと、該蒸留水をビチュメンの回収に用いる水蒸気にするドラム式ボイラとを組み合わせた油層内回収法の水再利用システム。
(14)オイルサンドからビチュメンを生産する油層内回収法において、地中から回収した加温ビチュメン混合流体からビチュメンを取り出し、前記混合流体から分離された加温含油水を浸漬式のろ過膜を内部に組み込んだ容器内に導入し、前記加温含油水で前記ろ過膜を浸漬した状態で前記加温含油水がろ過膜を通過するように移行させるとともに、前記ろ過膜に向け気泡を供給することを特徴とする油水分離方法。
(15)前記容器内の圧力を調節し前記加温含油水に含まれる成分を液中で発泡させ、前記ろ過膜に向けて供給する気泡とすることを特徴とする(14)に記載の油水分離方法。
(16)前記容器内の加温含油水の温度を60〜200℃に維持してろ過することを特徴とする(14)又は(15)に記載の油水分離方法。
(17)前記容器内を0〜10kg/cm2Gに維持してろ過することを特徴とする(14)〜(16)のいずれか1項に記載の油水分離方法。
(18)前記加温含油水の処理により、該処理後の処理水中の油分濃度を5mg/L以下とすることを特徴とする(14)〜(17)のいずれか1項に記載の油水分離方法。
(19)前記容器内で該容器内に設置した隔壁を越えた加温含油水を回収して返戻し、処理前のビチュメン混合流体と合流させる(14)〜(18)のいずれか1項に記載の油水分離方法。
(20)前記油層内回収法がSAGD法又はCSS法であることを特徴とする(14)〜(19)のいずれか1項に記載の油水分離方法。
(21)(14)〜(20)のいずれか1項に記載の油水分離方法で前記ろ過膜により処理された処理水をエバポレータにより蒸留し、該蒸留水をドラム式ボイラにより水蒸気としてビチュメンの地中からの回収のために再度用いることを特徴とするビチュメン生産の油層内回収法における水再利用方法。
また、本発明によれば、油層内回収法によるビチュメンの生産において、加温含油水を再利用する際の工程数及び機器数を低減しシステム全体をコンパクト化することができ、また従来困難であった汎用のドラム式ボイラ設備の実際的な利用を可能として、環境適合性及び経済性に優れた油水分離及び水再生処理を実現することができる。
[坑井元エリア]
高圧スチ−ムはヘッダーから各圧入井ヘフローコントロールバルブを介し分配される。一方、生産井では圧入井からスチームがブレークスルーしないように流量制御して生産が行われている。生産流体はウェルヘッドセパレータからのべ一パー、液はヘッダーに集められ、油水分離エリアに向かう。液ヘッダーにはエマルション生成防止薬品が添加される。
[油水分離エリア]
生産された流体はオイルセパレータ(FWKO)に入り、べ一パー(炭化水素、水分、若干の硫化水素)、ビチュメン、及び、生産水の3相に分離される。ビチュメンはトリーターに移送され0.5%重量程度まで脱水される。その後、オイルクーラーにて冷却され貯油される。
[油分除去エリア]
油分分離エリアからの生産水は、1000ppm以上の油分を含んでいる。当エリアの基本構成は、スキムタンク、インデュース・ガス・フローテーション(IGF)、油水分離フィルタ(ウォルナットシェルなど)の3つであり、各々の機器で油分が除去される。
[軟水処理エリア]
このエリアでは、デオイルドウォーターを主とするプラント内の水をBFWとして再利用する為の処理が行われる。主要構成機器は、ホットorウォームライムソフナー、アフターフィルタ、ウイークアッシドカチオンイオン交換器(WAC)である。ライムソフナーでは硬質分(Hardness)、シリカ(Silica)を減じることになる。ライムソフナー処理水の濁度をアフターフィルタ(アンスラサイトを充填した圧力式フィルタ)で除去し、微量に残ったカルシウムイオン、マグネシウムイオンをWACで完全に除去する。メークアップ水は井戸より供給される。
[スチーム製造エリア]
WACで製造されたBFWはポンプで昇圧され、熱回収をおこなった後スチームジェネレーターへ向かう。スチームジェネレーターは天然ガスを燃料としている。ここで75−80%Quality Steam(重量比で75−80%が気相、20−25%が液相)が製造され、高圧スチームセパレーターで気液分離される。高圧スチームのほぼ全量が坑井元に運ばれ圧入されるが、一部は低圧スチームに減圧され必要箇所へ分配される。ブローダウン水は一部冷却され、ディスポーザル井に廃棄される。
従来のSAGD法ではスチームジェネレーターとして、OTSG(Once Through Steam Generator)が通常使われる。理由として、ボイラ給水中のTDSが高濃度(20,000ppm程度まで許容、設計は8000ppm)でも処理できる為である。ドラム式ボイラを使用する場合は高品質ボイラ給水が必要であり、エバポレータ等が必要になる。
このろ過膜については、必ずしも円筒状である必要はなく、平膜状であってもよい。ここで、平膜状というのは、2枚のシート状平膜をスペーサーをはさんで平行位置に固定した膜エレメントを等間隔で配置したモジュール、あるいは、セラミック製の平板の内部に集水用の通路を設け、これを等間隔で配置したモジュールであり、平膜エレメント間の隙間が原液の流路となり、平膜エレメントの内部の集水部を通してろ過水が集められる。
本実施態様において上記浸漬ろ過膜及びその具体的な操作手順等は従来知られている物や手法を適用することができ、例えば、(社)日本水環境学会・膜を利用した処理技術研究委員会編「未循環の時代 膜を利用した水再生」39−49頁、有限責任中間法人 膜分離技術振興会・膜浄水委員会 監修、浄水膜(第2版)編集委員会 編集「浄水膜(第2版)」216頁以下、特開昭61−129094等を参照することができる。
また、最近、油水分離のためセラミック膜を内圧式のクロスフローで適用することが検討されているが、この場合、ファウリング防止のため膜表面の線速度を高く維持する必要があり、処理水量の5倍程度の高流量での循環が求められる。これを克服しようとすれば極めて大きな循環ポンプと大口径のヘッダー配管が必要となり、設備コストだけでなく、電力消費量等の運転コストも大幅に上昇するという問題があり、場合により実用化の障害となる。さらに、クロスフローろ過の場合、循環水中で濃縮が起こる。例えば、ブローダウン量を5%とすれば循環流路内の油濃度は20倍となり、具体的に供給液の油分が1,000ppmなら、循環液中の油分は20,000ppmとなる。透過液中の油分濃度を目標値である10ppm以下にすることが難しくなることも想定される。本発明の好ましい実施形態によれば、上記のようなろ過装置系内の過剰濃縮も起こらず、油濃度を極めて低く抑えた処理水の供給にも、過剰な設備や運転コストの増大を招かず好適に対応することができる。
2 フリー・ウオーター・ノックアウト(Free water Knockout)
3 トリーター(Treater)
4 オイル貯蔵タンク(Oil storage tank)
5 スキムタンク(Skim tank)
6 インデュース・ガス・フローテーション(Induced gas floatation)
7 オイルリムーバルフィルタ(Oil removal filter)
8 デオイルド・ウオーター・タンク(De-oiled water tank)
9 ライムソフナー(Lime softener)
11 ウイーク・アシッド・カチオン・ソフナー(Weak acid cation softener)
12 エバポレータ(Evaporator)
13 ボイラー・フィード・ウオーター・タンク(Boiler feed water tank)
14 メカニカル・ベーパー・コンプレッション・ユニット
(Mechanical vapor compression unit)
15 油水分離ユニット−デオイリング・ドラム(De-oiling drum)
15a 導入配管
15b 排液配管
15c 隔壁
15d 先端出口
15e 容器
16 気泡発生手段(細孔配設管)
17 ろ過膜吸引管
18 ガス供給手段
19 ガス循環路
20A ビチュメン混合流体
20B 含油水
20C ボイラ供給水
20D 処理水
20E ろ過排水
51 冷却器
52 ポンプ
53 気泡
54 油分
55 容器内のガス
56 循環ブロア
60 ろ過膜モジュール
61 円筒状ろ過膜
Claims (21)
- オイルサンドからビチュメンを生産する油層内回収法において、地中から回収した加温ビチュメン混合流体からビチュメンを取り出し、前記混合流体から分離された加温含油水に含まれる油分を除去する油水分離装置であって、
前記加温含油水を導入する容器と、該容器内に組み込まれ前記加温含油水に浸漬させた状態でろ過を行う浸漬ろ過膜と、該ろ過膜に向け気泡を供給する気泡発生手段とを有し、かつ
前記容器は内部に隔壁を具備し、該隔壁を越えた油分濃度の高い過剰液を隔壁外へと流出させるようにし、
前記浸漬ろ過膜が円筒形状あるいは平膜形状であり、ろ過膜の外表面は前記気泡によって浄化される油水分離装置。 - 前記容器内の加温含油水に含まれる溶解しているガスを減圧することで発泡させる容器内圧力の調節手段を具備し、その発泡により生じた気泡を前記ろ過膜に向け供給する気泡として利用する請求項1に記載の油水分離装置。
- 前記ろ過膜が円筒形状のものであり、この円筒状膜の外部と内部空間に差圧を発生させ、膜の外部の液体を内部空間に移行させ、そのときろ過膜を通過することでろ過を行い、かつさらに円筒状ろ過膜の内部空間から液体を処理水として回収する手段を備える請求項1または2に記載の油水分離装置。
- 前記容器が、前記加温含油水の温度を60〜200℃に維持し、かつ前記容器内の圧力を0〜10kg/cm2Gに維持することができることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記容器内のガスを前記気泡を発生するガスとして再利用するガス循環手段を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記ろ過膜が平膜形状であり、2枚の該平膜形状のろ過膜をスペーサーをはさんで平行位置に固定した膜エレメントを等間隔で配置したモジュールとし、該平膜エレメント間の隙間が加温含油水の流路となり、平膜エレメントの内部の集水部を通してろ過後の処理水が集められる請求項1〜5のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記油層内回収法がSAGD法又はCSS法であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記隔壁の内側に前記加温含油水が充填されており、前記加温含油水中で気泡に随伴させて油分を液表面に向かって上昇させ、これにより隔壁内の加温含油水の液表面側ほど高い油分濃度とし、これに対し容器内に連続的に加温含油水が供給され、過剰量となった加温含油水を隔壁を越えて隔壁外方へ流れ出させる請求項1〜7のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記ろ過膜の開孔径が0.01〜1μmである請求項1〜8のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記ろ過膜が円筒形状であり、その内部空間の直径が1〜4mmである請求項1〜9のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前記ろ過膜の厚さが0.5〜1.5mmである請求項1〜10のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 前隔壁を越えた油分濃度の高い過剰液を前記加温ビチュメン混合流体と合流するように戻す返戻手段を有する請求項1〜11のいずれか1項に記載の油水分離装置。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の油水分離装置と、該装置の前記容器から取り出したろ過後の処理水を蒸留するエバポレータと、該蒸留水をビチュメンの回収に用いる水蒸気にするドラム式ボイラとを組み合わせた油層内回収法の水再利用システム。
- オイルサンドからビチュメンを生産する油層内回収法において、地中から回収した加温ビチュメン混合流体からビチュメンを取り出し、前記混合流体から分離された加温含油水を浸漬式のろ過膜を内部に組み込んだ容器内に導入し、前記加温含油水で前記ろ過膜を浸漬した状態で前記加温含油水がろ過膜を通過するように移行させるとともに、前記ろ過膜に向け気泡を供給することを特徴とする油水分離方法。
- 前記容器内の圧力を調節し前記加温含油水に含まれる成分を液中で発泡させ、前記ろ過膜に向けて供給する気泡とすることを特徴とする請求項14に記載の油水分離方法。
- 前記容器内の加温含油水の温度を60〜200℃に維持してろ過することを特徴とする請求項14又は15に記載の油水分離方法。
- 前記容器内を0〜10kg/cm2Gに維持してろ過することを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の油水分離方法。
- 前記加温含油水の処理により、該処理後の処理水中の油分濃度を5mg/L以下とすることを特徴とする請求項14〜17のいずれか1項に記載の油水分離方法。
- 前記容器内で該容器内に設置した隔壁を越えた加温含油水を回収して返戻し、処理前のビチュメン混合流体と合流させる請求項14〜18のいずれか1項に記載の油水分離方法。
- 前記油層内回収法がSAGD法又はCSS法であることを特徴とする請求項14〜19のいずれか1項に記載の油水分離方法。
- 請求項14〜20のいずれか1項に記載の油水分離方法で前記ろ過膜により処理された処理水をエバポレータにより蒸留し、該蒸留水をドラム式ボイラにより水蒸気としてビチュメンの地中からの回収のために再度用いることを特徴とするビチュメン生産の油層内回収法における水再利用方法。
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