JP7088959B2 - 油の精製 - Google Patents

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Description

本発明は、油の精製のための方法およびシステムに関する。
鉱物油、工業用油、加工油、油圧油等の汚染油の精製は、油を再利用する可能性があるため重要であり、その結果環境の未来と油の限られた自然資源にとって重要な要素である。汚染油は、液体二相分離プロセスによって精製または回収可能である。液体二相分離プロセスでは、油に液体分離助剤を加えて油と液体分離助剤とを混合する。不純物は、分離助剤により捕捉され、底相に蓄積する。
汚染油の精製プロセスを改善する必要が依然としてある。
本発明の目的は、汚染油の精製のための改善された方法およびシステムを供することである。
これは、独立請求項に記載の方法およびシステムで達成される。
これにより、分離助剤を再利用することができ、驚くことに分離助剤を再利用する際の精製効果は、新しい分離助剤と同じか更に優れている。さらに、分離助剤の再利用により、分離の有効性を向上させるより高い濃度の分離助剤の使用が可能になる。分離助剤を再利用する際、高濃度の分離助剤を精製される汚染油の各バッチに用いることができる。
本発明の一態様によれば、汚染油（又は汚染された油又は汚染されたオイル；contaminated oils）の精製（又は浄化；purification）のための方法が供される。
前記方法は、
－汚染油および分離助剤（又は分離補助剤；separation aid）をタンク内に供する工程、
－油由来の不純物（又は油からの不純物；impurities from the oil）と共に分離助剤を含んで成る汚泥相（又はスラッジ相；sludge phase）がタンクの底部に沈殿することを待つ（又は待機する；waiting for）工程、
－新たな汚染油の精製のため汚泥相を再使用する工程
を含む。
本発明の別態様によれば、汚染油の精製のためのシステムが供される。
前記システムがタンクを有して成り、
前記タンクが、
－タンクに汚染油および分離助剤を供するための少なくとも１つのインレット（又は入口部；inlet）、
－分離後にタンクから精製油を取り出すための少なくとも１つの第１アウトレット（又は出口部；outlet）、
－分離後に油由来の不純物（又は油からの不純物；impurities from the oil）と共に分離助剤を含む汚泥（又はスラッジ；sludge）を取り出すための少なくとも１つの第２アウトレット、
－新たに加えられた汚染油と古い汚泥とを混合するためのタンクに配置されたミキサー（又は混合器；mixer）
を有して成る。
本発明の一実施形態に係る方法は、
－汚泥相がタンクの底部に沈殿している際に、タンクからクリーン油（又はクリーンな油又は汚れのない油又はきれいな油又は清浄な油又は澄んだ油又はまじりけのない油；clean oil）を送り出す工程、
－新たな汚染油をタンクへ加える（又は追加する又は添加する；add）工程、
－新たに加えられた汚染油とタンクの底部に先に（又は以前に又は前に又は既に；previously）沈殿させた汚泥相とを混合する工程、
－古い汚泥相と新たな油由来の新たな不純物を含んで成る新たな汚泥相がタンクの底部に沈殿することを待つ工程
を更に含む。
本発明の一実施形態に係る方法は、
－新たな汚染油をタンクに加える前に、タンクの底部に沈殿させた汚泥の一部を除去する工程、および
－汚泥の一部を除去することで失われた分離助剤の量を、除去された分離助剤の量に対応する所定量の新たな分離助剤をタンクに加えることにより補う工程
を更に含む。
本発明の一実施形態に係る方法は、タンク内の少なくとも１か所における油相又は汚泥相の存在を検出し（又は検知し；detecting）、新たな汚染油をタンクに加える前に、検出に従い一定量の汚泥を除去する工程を更に含む。
本発明の一実施形態に係るシステムは、
－少なくとも１つの第２アウトレットに接続され、タンクから汚泥を除去するために配置された、汚泥除去装置、
－少なくとも１つのインレットに接続され、タンクに分離助剤を加えるために配置された、分離助剤追加装置（又は分離助剤添加装置；separation aid adding device）、
－タンク内の少なくとも１か所における油相または汚泥相の存在を検出するために配置された、少なくとも１つの内容物（又は含有物又は中身又はコンテンツ；content）検出センサー、ならびに
－検出に応じ、タンクから全ての汚泥ではなく一定量の汚泥を除去するよう汚泥除去装置を制御するための、前記少なくとも１つの内容物検出センサーおよび前記汚泥除去装置に接続された制御装置
を更に有して成り、
前記制御デバイスが、除去された汚泥におけるタンクから除去された分離助剤の量に対応する所定量の新たな分離助剤を加えるために、分離助剤追加装置に更に接続され、かつ該分離助剤追加装置を制御するように配置されている。
本発明の一実施形態に係るシステムは、タンクの底部に異なるレベルで供された少なくとも２つの第２アウトレットを有して成る。これにより、ユーザーは汚泥相のどの部分を除去し、再利用のためにタンクにて汚泥相のどの部分を維持したいかを選択可能である。例えば、汚泥相の最下側の底部を再利用のために保持可能となる。これにより、再利用のために汚泥相のより重い部分（又は断片又は小部分又はフラクション；fraction）をタンク内にて保持でき、汚泥相のより軽い部分を除去可能となる。
本発明の別態様によれば、コンピュータープログラム製品が供される。コンピュータープログラム製品は、油の精製のためのシステムにおける制御装置のプロセッサで実行される際に、上記に記載の方法を制御装置に実施させる命令を含む。
図１は、本発明の一実施形態に従ったシステムを模式的に示す。 図２は、本発明の一実施形態に従った方法のフローチャートである。
図１は、本発明の一実施形態に従った汚染油の精製のためのシステム１を模式的に示す。このシステムおよびこの方法で精製される汚染油は、たとえば鉱油、工業用油、加工油、油圧油、潤滑油またはパラフィン油であり得る。前記システム１は少なくとも１つのタンク３を有して成る。タンク３は、汚染油および分離助助剤をタンク３に供するための少なくとも１つのインレット５を有して成る。
分離助剤は、化学的相互作用により、汚染された対象（又はターゲット又は目標の；target）油中における、汚染している固形分または溶解した不純物を吸収する。分離助剤は、プロセスが実施される温度で液体であることを要する。分離助剤の組成物は、汚染された対象油にて実質的に不溶性であることを要し、汚染油との混合時に二相混合物を形成する。又、液体分離助剤は、精製される汚染油の密度とは異なる密度を有することを要する。
分離助剤はその極性特性のために汚染された対象油に溶けず、それにより液体分離助剤組成物の小さな液滴からなるコロイドが攪拌により形成され、化学相互作用（親水性、疎水性、および電荷相互作用）を通じて汚染された対象油中の不要な固体又は溶解した不純物を吸収し得る。分離助剤の密度が油よりも高い場合、分離助剤は、重力分離で固体および／または溶解した不純物と共に低相を形成する。分離助剤の密度が汚染された対象油よりも低い場合、分離助剤は重力分離で上相を形成する。
本発明で使用するための液体分離助剤は、一般に以下の成分に基づいて構成される：ａ）極性ポリマー、ｂ）ハイドロトロープ（又はヒドロトロープ；hydrotrope）／可溶化剤;および、c）共界面活性剤（co-tenside）。
本発明のプロセスで使用可能な上記の特性を有する適当な分離助剤は、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールまたは類似のポリアルキレングリコールなどの極性ポリマーの混合物、分離助剤への固体又は溶解した不純物の溶解性を向上させることが可能な非イオン性、アニオン性、カチオン性および両性の特性を有する有機界面活性成分を含む組成物を構成し得る。
本発明で使用可能な分離助剤の一例は、ａ）平均分子量が１９０～２１０ｇ／モルのポリエチレングリコールなどの、油に不溶で油よりも高密度の少なくとも１つの極性ポリマー（例えばCarbowax PEG 200（Dow Chemical Company））、ｂ）陰イオンスルホン酸、リン酸エステル系物質、またはポリグリコシド基由来の非イオン性界面活性剤等の少なくとも１つの表面活性ハイドロトロープ／可溶化剤、例えば（エアーリキッドグループのSeppicの）Simulsol SL 4、Simulsol SL 7 G、およびSimulsol AS 48、ｃ）プロピオン酸塩タイプなどの少なくとも１つの両性共界面活性剤、例えばカプリリミノジプロピオン酸ナトリウムであるAmpholak YJH-40（Akzo Nobel）を含む。
これにより、分離助剤は汚染油中の不純物を捕捉し、汚泥と呼ばれる不純物と共に相を形成し、当該相がタンク３の底部４に沈む。これにより、重力沈降により、２つの相、１つの油相と1つの汚泥相がしばらくしてタンク内に形成される。分離効率を向上させるために、タンク内の内容物を温めることが可能である。その場合、タンクには、例えばタンクの内側または外側に設けられた温水チューブの形態の加熱装置１１が設けられる。タンク３は、分離後にタンク３から精製油を取り出すための少なくとも１つの第１アウトレット７と、分離後に油から不純物とともに分離助剤を含む汚泥を取り出すための少なくとも１つの第２アウトレット９ａ、９ｂを更に有して成る。 図１に示す実施形態では、１つの第１アウトレット７と２つの第２アウトレット９ａ、９ｂが供されている。しかしながら、本発明によりカバーされる他の実施形態では、他の数のアウトレットを供することができる。例えば、２つの代わりに１つの第２アウトレット９ａのみを供し、異なるレベルからの油相の取り込みを可能とするために、タンクの異なるレベルに１つよりも多い第１アウトレット７を供することができる。少なくとも１つの第１アウトレット７は、第２アウトレット９ａ、９ｂの上方に供される。図１に示す実施形態では、一方の第２アウトレット９ａがタンクの底部４の最も低い位置に供され、別の第２アウトレット９ｂがこのレベルよりわずかに上に、すなわちタンク内の第１アウトレット７のレベルと他の第２アウトレット９ａのレベルとの間のレベルに供される。タンク３の底部４の最も低い位置より上のレベルに第２アウトレット９ｂの１つを供することにより、再利用のためにタンク内の汚泥相の最下部を保持し、かつ汚泥相の最下部の上方に供された汚泥相の一部を除去することが可能である。例えば、最も効果的な分離助剤が汚泥相の最下部に供される場合、再利用のため汚泥相の最下部を保持することが適切である。タンク３の底部４の異なるレベルに２つ以上の第２アウトレット９ａ、９ｂを供することにより、汚泥相の異なる部分を除去するよう選択することができる。これにより、汚泥相のより重い部分を再利用のためにタンク内に保持でき、汚泥相のより軽い部分を除去することができる。
代わりに、アウトレットはタンクの頂部からの吸引パイプとして供することができ、当該アウトレットはタンクの内側に延在するが、タンクの内側の異なるレベルに開口端が付いている。
本発明によれば、精製された油は第１アウトレット７を通じて取り出され、その後、新しい汚染油が精製のためにインレット５を通じてタンク３に加えられる。本発明によれば、先に精製された油からの汚泥相または汚泥相の少なくとも一部は、新たに加えられた汚染油を精製するために再利用される。汚泥相が成長し、最終的に大きくなりすぎるため、新たな汚染油がタンクに供される前に、適切に汚泥相の一部が第２アウトレット９ａ、９ｂの一方を通じて除去される。汚泥相は、分離助剤および先に精製された汚染油からの不純物を含んでなる。新しい汚染油がタンクに追加されると、タンクに供されたミキサー１３が、新しく追加された汚染油と古い汚泥とを混合するために用いられる。汚泥中の分離助剤は、汚染油を精製するのに依然として効果的であり、又は更に効果的であることがわかっている。不純物を有する分離助剤の有効性の向上は、３つのメカニズムで説明できる。（１）分離助剤の表面特性はより多くの不純物と反応し、吸収する傾向にある。（２）分離助剤の表面特性は液滴間の界面張力を低下させ、それにより結合（又は凝集又は合体又は融合；coalescence）プロセスを促進し、液滴サイズを増大させる。（３）不純物の重量が分離助剤の密度を高める。液滴径（ｄ）が大きく、密度（ρp）が大きいと、ストークの法則（式１）に従い沈降速度（Ｖｇ）が増加し、分離プロセスをより速く、より効果的にする。新しい汚泥相が形成しタンク３の底部に沈殿する。
［式１］
Figure 0007088959000001

Ｖｇ＝重力沈降速度 (ｍ／ｓ)
ｄ ＝粒子径 (ｍ)
ρp ＝粒子／液的密度 (ｋｇ／ｍ３)
ρl ＝液相密度 (ｋｇ／ｍ３)
η ＝液相粘度 (ｋｇ／ｍｓ)
ｇ ＝重力加速度(ｍ／ｓ２)
システム１は、少なくとも１つの第２アウトレット９ａ、９ｂに接続され、タンク３から汚泥を除去するために配置された汚泥除去装置２１を更に有して成る。汚泥除去装置２１は、１つ以上のポンプ２１ａおよび場合によっては１つ以上のバルブ２１ｂを介して少なくとも１つの第２アウトレット９ａ、９ｂに接続された汚泥保管タンク２１ｃを有して成ることができる。又、システム１は、インレット５に接続され、分離助剤をタンク３に加えるために配置された分離助剤追加装置２３を有して成る。一実施形態では、分離助剤追加装置２３は、ポンプ２３ａ、場合によってはバルブ２３ｂおよび分離助剤タンク２３ｃを有して成る。更に、本発明の一実施形態では、システム１は、タンク３内の少なくとも１か所における油相又は汚泥相の存在を検出するように配置された少なくとも１つの内容物検出センサー２５を有して成る。内容物検出センサー２５は、例えば誘導波レーダーであり、当該レーダーは、タンクの頂部に取り付けられた長いワイヤであり、タンクの内部にてタンクの底部まで下方へとほとんど全てがぶら下がっている（又は垂れている又は掛かっている又は掛かっている；hanging）。このようなガイド波レーダーは、ワイヤが異なる環境で供される場合に異なる反射マイクロ波パルスを比較することにより、２つの位相間の界面が位置づけられる箇所に関する情報を供することができる。しかしながら、別の実施形態では、１つ以上の内容物検出センサーがタンク内の異なるレベルに供される。内容物検出センサー２５は、例えばタンク内の内容物の誘電特性または密度を測定するセンサーであり得る。使用できるセンサーの一例は、例えば振動フォークまたはコリオリ測定により密度差を測定するセンサーである。 センサーの別例は、内容物の誘電特性を測定するセンサーである。そのようなセンサーは、容量測定技術又はマイクロ波測定技術に基づくか、インピーダンス分光法に基づくことができる。このタイプのセンサーの利点は、環境による影響を受けない非常に安定したタイプのセンサーであることである。例えば、油からの不純物がセンサーに付着する場合、他の多くのタイプのセンサーの場合のように、センサーからの出力は影響を受けない。
本発明の一実施形態では、１つの内容物検出センサー２５が、タンク内の特定のレベル、例えば図１の実施形態に示すように第１アウトレット７のレベルの真下または近くに供される。既定の比較値に従うセンサー２５の出力が、センサー２５のレベルに汚泥が存在することを示す場合、精製された油をタンク３から第１アウトレット７を通じて移送し得る前に、第２アウトレット９ａ、９ｂの一方を通じてタンクから汚泥を除去する必要がある。精製された油をタンク３から第１アウトレット７を通じて移送し得る前に、少なくともセンサー２５の出力が変化するまで、すなわち、センサー３のレベルにて油相を示すまで、タンクから汚泥を除去する必要がある。本発明によれば、次の精製サイクルで再利用するために、いくらかの汚泥がタンクに保持される。別の実施形態では、内容物検出センサー２５は、第１アウトレット７と第２アウトレット９との間の異なるレベルに供することができ、あるいは多くの内容物検出センサー２５を異なるレベルでタンクの内壁に沿って供することができる。例えば、タンクの底部に１つの汚泥参照センサーを供することができ、タンクのより高いレベルに１つの精製油参照センサーを供することができる。これら２つの参照センサーの間に、１つ以上の内容物検出センサーが供される。
更に、システム１は、センサー２５の出力に応じ、タンクから全ての汚泥ではなく一定量の汚泥を除去するよう汚泥除去装置２１を制御するための、少なくとも１つの内容物検出センサー２５および汚泥除去装置２１に接続された、制御装置２７を有して成る。前記制御デバイス２７が、除去された汚泥におけるタンクから除去された分離助剤の量に対応する所定量の新たな分離助剤を加えるために、分離助剤追加装置２３に更に接続され、かつ分離助剤追加装置２３を制御するように構成されている。
図２は、本発明の一実施形態に従った汚染油の精製のための方法のフローチャートである。当該方法の工程を以下の順序で記載する。
Ｓ１：タンク３内に汚染油と分離助剤を供する工程。
Ｓ３：汚染油由来の不純物と共に分離助剤を含む汚泥相をタンク３の底部４に沈殿することを待ち、場合によってタンクを加熱する工程。
Ｓ５：汚泥相がタンクの底部に沈殿している際に、タンクからクリーン油を送り出す工程。
Ｓ７：タンクの底部に沈殿した汚泥の一部を除去する工程。
Ｓ９：新たな汚染油をタンクに加える工程。
Ｓ1 1：汚泥の一部の除去により失われた分離助剤を補うための量にて新たな分離助剤を加える工程。
Ｓ１３：新たに加えられた汚染油とタンクの底部に先に沈殿させた汚泥相とを混合する工程。
この工程後、プロセスを工程Ｓ３に戻す。すなわち、古い汚泥相と新たな汚染油からの新たな不純物を含んで成る新たな汚泥相がタンクの底部に沈殿することを待つ。
プロセスにおける任意の工程は、タンク内の少なくとも１か所で油相又は汚泥相の存在を検出することである。この検出は、上記のタンク内の内容物検出センサーの使用により実現できる。かかる検出によれば、新たな汚染油がタンクに追加される前に、一定量（又は特定量；a certain amount）の汚泥を除去することができる。
詳細には図示および説明していないが、システム１の制御装置２７は、新たな汚染油をタンク３に供するためのポンプおよびタンク３から精製油を送り出すためのポンプに接続することもできる。加熱装置１１がシステム１に供されている場合、制御装置２７はミキサー１３および加熱装置１１に接続することができる。
又、コンピュータープログラム製品も供することができる。前記コンピュータープログラムは、油の精製のためのシステム１における制御装置２７のプロセッサ２８で実行される際に、制御装置２７に上記のシステムにおけるフローを制御させる命令を含む。コンピュータープログラムは、制御装置２７のプロセッサ２８で実行される際に、図２と関連する上記の方法を制御装置２７に実施させる命令（又は指示又はインストラクション；instructions）を含む。

Claims (8)

  1. 汚染油の精製のための方法であって、
    －汚染油および分離助剤をタンク（３）内に供する工程、
    －油由来の不純物と共に分離助剤を含んで成る汚泥相がタンク（３）の底部（４）に沈殿することを待つ工程、
    －新たな汚染油の精製のため前記汚泥相を前記新たな汚染油と混合して再使用する工程
    を含む、方法。
  2. －汚泥相がタンク（３）の底部（４）に沈殿している際に、タンクからクリーン油を送り出す工程、
    －新たな汚染油をタンクへ加える工程、
    －新たに加えられた汚染油とタンクの底部に先に沈殿させた汚泥相とを混合する工程、
    －古い汚泥相と新たな油由来の新たな不純物を含んで成る新たな汚泥相がタンクの底部に沈殿することを待つ工程
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. －新たな汚染油をタンクに加える前に、タンク（３）の底部（４）に沈殿させた汚泥の一部を除去する工程、および
    －汚泥の一部を除去することで失われた分離助剤の量を、除去された分離助剤の量に対応する所定量の新たな分離助剤をタンクに加えることにより補う工程
    を更に含む、請求項２に記載の方法。
  4. タンク内の少なくとも１か所における油相又は汚泥相の存在を検出し、新たな汚染油をタンクに加える前に、検出に従い一定量の汚泥を除去する工程を更に含む、請求項１～３のいずれかに記載の方法。
  5. 汚染油の精製のためのシステムであって、
    前記システムがタンク（３）を有して成り、
    前記タンクが、
    －タンクに汚染油および分離助剤を供するための少なくとも１つのインレット（５）、
    －分離後にタンクから精製油を取り出すための少なくとも１つの第１アウトレット（７）、
    －分離後に油由来の不純物と共に分離助剤を含む汚泥を取り出すための少なくとも１つの第２アウトレット（９ａ、９ｂ）、
    －新たに加えられた汚染油と古い汚泥とを混合するためのタンクに配置されたミキサー（１３）
    を有して成る、システム。
  6. 汚染油の精製のためのシステムであって、
    前記システムがタンク（３）を有して成り、
    前記タンクが、
    －タンクに汚染油および分離助剤を供するための少なくとも１つのインレット（５）、
    －分離後にタンクから精製油を取り出すための少なくとも１つの第１アウトレット（７）、
    －分離後に油由来の不純物と共に分離助剤を含む汚泥を取り出すための少なくとも１つの第２アウトレット（９ａ、９ｂ）、
    －新たに加えられた汚染油と古い汚泥とを混合するためのタンクに配置されたミキサー（１３）
    を有して成り、
    前記システムが、
    －少なくとも１つの第２アウトレット（９ａ、９ｂ）に接続され、タンク（３）から汚泥を除去するために配置された、汚泥除去装置（２１）、
    －少なくとも１つのインレット（５）に接続され、タンク（３）に分離助剤を加えるために配置された、分離助剤追加装置（２３）、
    －タンク内の少なくとも１か所における油相または汚泥相の存在を検出するために配置された、少なくとも１つの内容物検出センサー（２５）、ならびに
    －検出に応じ、タンク（３）から全ての汚泥ではなく一定量の汚泥を除去するよう汚泥除去装置を制御するための、前記少なくとも１つの内容物検出センサー（２５）および前記汚泥除去装置（２１）に接続された制御装置（２７）
    を更に有して成り、
    前記制御デバイス（２７）が、除去された汚泥におけるタンクから除去された分離助剤の量に対応する所定量の新たな分離助剤を加えるために、分離助剤追加装置（２３）に更に接続され、かつ該分離助剤追加装置を制御するように配置されている、システム。
  7. 前記システムが、タンク（３）の底部（４）に異なるレベルで供された少なくとも２つの第２アウトレット（９ａ、９ｂ）を有して成る、請求項５又は６に記載のシステム。
  8. 油の精製のためのシステム（１）における制御装置（２７）のプロセッサ（２８）で実行される際に、請求項１～４のいずれかに記載の方法を制御装置（２７）に実施させる命令を含む、コンピュータープログラム製品。
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