JPH04507262A - 乳化した石油廃棄物の処理方法 - Google Patents
乳化した石油廃棄物の処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
乳化した石油廃棄物の処理方法
技術分野
本発明は、原油の製造又は処理に由来する極めて安定な石油と水のエマルジョン
、特に安定化作用を有する固形分を懸濁状態で保持するエマルジョンを処理する
ための再生方法に関する。
背景技術
石油精製廃棄物は、代表的には水中油エマルジョンであって、微粉固形分の存在
により安定されたエマルジョンを含有している。これらのエマルジョンのうちの
幾つかは、米国環境保護庁が危険廃棄物の範躊に区分している。これらの廃棄物
のうち最も一般的な二つは、A P I (American Petrole
um In5titute、米国石油学会)セパレータスラッジとDAF (D
issolved Air Flotation、溶解空気浮遊)スラッジ又は
フロートと呼ばれるものである。
図1は、これらの廃棄物が由来する代表的石油排水処理システムを示すものであ
る。図に示すように、プラントからの各種排水源を先ずAPIセパレータで表示
した重力分離器10に供給して、乳化されていない遊離の油を除去する。API
セパレータ10は、排水を最上部の油相、中間部の油/水界面及び主に水溶液で
ある底部部分に部符的に分離する。油は最上部からすくい取り、販売可能な製品
を製造するため精油所に再供給される。
油/水界面は代表的はAPIセパレータスラッジと称されるスカムの形態にあり
、極めて安定な水中油エマルジョンであって、危険廃棄物と分類されている。
これはセパレータ10により底部の水性部分から分離・抽出される。
次に、セパレータ10からの底部部分を一般的には明ぽんと組み合わせて固形分
と乳化した油滴を綿状の固まりにした後、DAF装置11に供給する。DAF装
置11内では空気泡を発生させ、綿状の固まりの材料を溶液の最上部まで浮遊さ
せてすくい取るのである。ここで除去される材料は危険廃棄物に分類され、DA
Fフロートと称される。
DAF装置11の底部は公共処理場(public owned treatm
ent works、 POTf)に排出されるか、又は現場で更に処理される
。代表的な現場処理は生物処理プロセス12であり、そこでバイオマス廃棄スラ
ッジと廃水流が発生する。この廃水流をサンドフィルタ13を通過するように供
給するのであるが、排出水基準を満たすため更なる処理が必要ならば、活性炭吸
着プロセス14を使用する。
現在、このような各種廃棄物の処理のため石油産業で最も広(使用されている方
法は、「土壌処理(land treatment or 1and farm
ing)Jである。しかしながら、米国議会は1984年に土壌処理法に対して
厳しい制限を課したので、石油産業は別の選択手段の開発を余儀なくされた。許
可された土壌処理装置を備えていない精油所は、米国環境保護庁の基準に合致す
るその他の技術が商業入手可能にな゛ らない限り、廃棄物を土壌処理する前に
焼却することを強制されるであろう。
米国では焼却は高い費用を要し、焼却装置の容量も限られているので、石油産業
は代替処理技術を模索しているのである。更には、廃スラツジの多くは現場焼却
で処理できない固形分を含んでいるので、従来の焼却装置で燃やすことはできな
い。これらの廃棄物の一部のものを処理するため、遠心分離法や濾過法などの機
械的方法が検討されているが、欠点を有するため工業界に一般には受け入れられ
てはいない。
精油操作時に発生するスラッジやエマルジョンに加えて、原油製造の操作でも望
ましくないエマルジョンが発生する。このエマルジョンは、代表的には、中に含
まれる固形分により高度に安定化された油中水エマルジョンである。これらのエ
マルジョンの大多数は危険廃棄物にリストされているわけではないが、この油を
販売可能な仕上品に更に精製するには費用の高い化学処理が必要である。これら
の処理は、頻々、二次の水中油エマルジョンを発生させるので、それを更に処理
するか、そうでなければ容認された政府基準に従って処理しなければならない。
原油の製造又は処理に由来する石油と水のエマルジョンを再生又は処理する改善
方法が相変わらずめられているのである。
図面の簡単な説明
付属図面を引用して本発明の好適実施態様を説明する。
図1は、前に引用した既存技術すなわち先行技術の代表的石油排水処理システム
のブロック図である。
図2は、本発明に使用可能な一容器の側立面図解図である。
図3は、本発明に使用可能な別容器の断片的且つ図解的な倒立面図である。
図4は、本発明の方法を代表的精油排水処理システムに組み上げたブロック図「
科学と有用技術の進歩を促進するため」 (第1章、第8条)という米国特許法
の本質的な目的に従って以下に本発明を開示する。
原油の製造及び処理に由来する石油と水のエマルジョンを処理する改善された再
生方法が知見されたのである。この方法は、約300℃以上の予め定められた温
度にエマルジョンを加熱すること及びその予定温度の水蒸気圧を超える予め定め
られた圧力にエマルジョンを加圧することからなる。この方法により加熱・加圧
された流体が形成される。この予定温度は約300℃以上で且つ水の臨界点37
4℃より低い温度であることが好ましい。また、予定圧力は、エネルギー費用を
最小にするため、予定温度の水蒸気圧より僅かに高めの圧力であることが好まし
い。この圧力は300℃ではゲージ圧約8.68MPa (1260psig)
であり、374℃ではゲージ圧約22− IMPa (320Sps ig)で
ある。
また、この圧力は350℃ではゲージ圧約16.5MPa (2400ps i
g)である。エマルジョンは、容器内にて予定の温度及び予定の圧力で加熱され
た流体をエマルジョンが実質的に別個の第−相、第二相及び第三相に効果的に分
離する予め定められた時間にわたって閉じ込めることにより破壊される。第−相
は容器内の高上昇(elevation)相であって、生に油を含有する。第二
相は典型的的には第−相の下にあって水を含有する。第三相は主に固形分を含有
し、水相の底部にある。典型的な予定時間は約60分以下であり、15分以下で
も所望の相分離を達成することがある。
次に容器からこの三相を別々に抜き取るのであるが、温度及び圧力をあまり低下
させずに行うことが好ましく、抜取り温度は低くても約300℃を超え、抜取り
圧力は抜取り温度での水蒸気圧より高い圧力である。固相は水相の下部に含まれ
、通常抜取り時に若干の水も含有する。
本発明を立証するため、1リツトルのバッチ反応器内で精油所のエマルジョンと
油田のエマルジョンを用いて試験を行った。精油所の廃棄物を用いた試験では、
明確な相分離が起こり、代表的には最上部の油層、中間部の水層及び底部の固体
層に分かれた。油/水界面に固体の薄層が現れる場合もあった。製油所のエマル
ジョンでは元の油の70乃至90%が油層から回収可能であった。残りの大部分
はガスに転化した。既存の処理法がエマルジョンの油(有機)部分を回収不能な
廃棄物として処理するのに対し、本発明の方法は、回収された油やガスが精油所
で再使用可能である点で明確な利点をもたらすものである。
油田エマルジョンに関しては、−試料を試験し、その試料にニッケル触媒を使用
すると約400℃以上の温度で最良の分離が達成された。第二エマルジョンの層
の最上部には重油層が認められ、水相と固相の明確に区別された下相の上にあっ
た。
得られた試験結果を、米国石油学会がAPIスラッジ及びDAFにフロートを用
いて行った標準濾過試験と比較した。本発明の方法で得られた結果は、油を回収
して固体中の油分を低下させる点ではるかに効果的であった。
代表的実験では、約300グラムの廃棄物をバッチオートクレーブに充填した。
次に、このオートクレーブを密封し、酸素を掃気して窒素で加圧した。窒素を排
出してゲージ圧約689kPa (Loops i g)の窒素を残した。次に
、このオートクレーブを所望温度まで加熱し、その温度に約1時間保持した。オ
ートクレーブ内の圧力は窒素が加熱されたので上昇し、この過程で水蒸気圧及び
何等かの少量ガスも発生した。
試験の最後にオートクレーブに備えた冷却コイルに水を流してオートクレーブを
急冷した。湿式試験器を介してガスを排出し、ガスクロマトグラフで分析した。
この油層、水層及び固層を分離し、油及び乾燥固形分の重量を測定した。この水
の化学的酸素要求量(COD)を分析した。この乾燥固形分を塩化メチレンで抽
出して有機分を定量した。
試験した三種の石油廃棄物は、AF)Iセパレータスラッジ、DAFフロート及
特表千4−507262 (3)
び通常の重力分離では固形分も油も分離できない中間部の油状廃水エマルジョン
であった。これらの分析結果を下記の表1に表記する。
油含量、重量% 12.4 17.6 −固形分含量、重量% 5.5 6.0
0.7水含量、重量% 82.1 76、4 −灰分含量、重量% 2.0
2.4 −COD 、 mg/L Llo、 000大規模システムで使用可能
な操作条件、主に温度及び滞留時間を定めるために多数の実験を行った。圧力は
所定温度での測定が好ましく、水の蒸発を防ぐため水蒸気圧以上の圧力を用いる
。この処理は、効果的に相分離を起こさせるには、エマルジョン流体の臨界温度
より低い温度で行うことが好ましい。
分離に及ぼす温度効果を測定するため、第一組の実験を行った。上記の材料を別
々にオートクレーブに仕込み、所望温度に加熱して1時間保持した。次に、内容
物を冷却して取り出し、分析に供した。
表2に結果を示す。
表2 分離に及ぼす温度の効果
油回収 水COD 固形分
!41% mg/l 湿 乾 油含量、重量% 油層APIスラッジ
350℃ 97.3 3400 1.7 4.8300℃ 97.3 4500
2.2 5.4250℃ 44.2 3100 〜35 g、 4DAFフロ
ート
350℃ 98.8 4900 13 ’ 3.5300℃ 41.0 410
0 〜50 9.5APIスラツジは、試験した三星度で明確に区別された三層
に分離した。350℃及び300℃では、スラッジ中の元の油の97%以上が浮
遊油相として回収された。この油の比重は約0.86〜0,89であって、原油
の比重にほぼ等しい。回収された水層は透明であって、その化学的酸素要求量(
COD)は3400乃至4500m、g/ Iであった。回収された固体は淡灰
色であって、固体内部には遊離した油は認められなかった。この湿った固体は約
2%の吸着油を含有した。この値は乾燥固体では約5%の油分に相当する。
250℃では、元の油の44%しか油層に回収されなかった。しかしながら、水
層の外観は、350℃及び300℃で形成された水層と同様であった。他方、2
50℃での固体層は暗褐色であって、遊離した油が明らかに認められた。未回収
油量を基準にとると、湿固体の油含量は約35%であると見積もられた。
DAFフロートでの350℃実験では、油の99%近くが油層として回収され、
湿固体は約1.3%の油しか含有していなかった。300℃での結果は良好でな
く、油の41%しか油層として回収されず、固体層は褐色であって遊離した油が
認められた。
主に水を含む第三エマルジョンの試験も行った。これも三相にはっきりと分離し
た。350℃及び360℃における油層から回収された油は、供給流の2%乃至
2.5%に等しかった。乾燥固体の収率は約0. 7%であった。250℃では
油回収量は0. 7%に低下し、この温度での処理がこのエマルジョンでは有効
でなかったことを示している。
分離に必要な滞留時間の測定のため及び昇温・昇圧下で相分離が起きるかどうか
、或いは試料を冷却して圧力下げた後で相分離が起きるかどうかの見るための別
組の実験を行った。オートクレーブ底部近くから少量の液体試料を抜き取れるよ
う、このバッチオートクレーブを改造した。この抜き取り試料に油が含まれない
ことは、エマルジョンの破壊による油が最上部に浮遊したことを示す。
各実験でオートクレーブを所望温度に加熱した。撹拌機構を用いてオートクレー
ブ内容物を迅速かつ均一に加熱した。所望温度に達した時、撹拌機を停止して内
容物を2分間沈降させた後、内容物から5分毎に液体試料を抜き取った。
この実験の抜取り試料は以下のように分類できる。
a)供給スラッジに票似し、決して相分離しない緑色スラッジ。
b)急速に分離した固体と水との混合物。
C)黄色味を帯びたエマルジョン層と固体との混合物。
”a”タイプの試料は、分離が起こらなかったことを示す。”b″タイプ試料は
、スラッジが分離したこと及び油がオートクレーブの最上部に浮遊したことを示
す。”C“タイプの試料は時々生起したが、再現性はなく、簡単に説明できない
。
下表3は実験結果を示すものであり、水相のCODを示す数字の単位はmg/l
である。APIスラッジは350℃では殆ど直ちに相分離し、300℃では15
分後に分離した。DAFフロートは350℃では約15分後に分離し、300℃
ではあまり相分離しなかった。第三試料は350℃及び300℃の双方で15分
以内に三相に分離した。各実験の終期にオートクレーブ内容物を冷却すると、内
容物の外観は表2に示した第一組の実験の処理物の外観に極めて類似していた。
表3 分離に必要な時間
0 2.400 NS NS NS 150.000118,00015 2.
650(a)9.400 24.500 NS 2,900 6,45030
7.200(a)6.200 6.800 NS 4.800 5.45045
3.400 6,900 5.100 NS 20.500 −−60 −−
6,150 −− NS −−−−NS−分離せず
(a)−黄色エマルジョン
表3中の数値はCODを表し、水相中のCODの減少は油水相の分離が起こった
ことを示す。
油田エマルジョンの試験では、400℃で還元ニッケル触媒を使用した際に最良
の分離が達成された。しかし、触媒が分離を支援する正確な機構は十分には理解
されていない。また、ニッケルを用いて相分離を支援する際には、その反応は嫌
気的でなければならない。
本発明では、破壊が極めて困難なエマルジョンを先ず300℃よりはるかに高い
温度及びその温度の水蒸気圧よりはるかに高い圧力に加熱・加圧する。次に、温
度をより低い抜取り温度、但し300℃を越える温度及び圧力をより低い抜取り
圧力、但し抜取り温度での水蒸気圧より高い圧力まで低下させることができる。
図2及び図3は、本発明の実施に使用可能な容器設計を示すものである。図2及
び図3の容器は共に細長いもので、図2のそれは垂直に配置され、図3のそれは
水平に配置される。図に示した実施態様では、両容器共、連続流方式で操作する
よう意図されたものである。
先ず図2を参照すると、容器20は一本の主入口と油相、水相及び固相に対応す
る三本の主出口を有する。入口供給管は数字22で示す。これは容器20の上方
部を水平に伸長し、容器の中央で曲がって一般に容器の中央長軸に沿って下方に
向かって垂直に伸長する。容器20の上方部には油抜取出口管24が設けられて
おり、これは供給人口22の下方にある。容器20の中間部、油抜取口24の下
には水抜取出口26が設けられている。この油及び水の抜取口24.26は、定
常操作条件下での容器20内の油と水の予期水準から油と水を夫々抜取るよう垂
直に配置されている。ドレイン及び固体の出口28は容器20の底部に設けられ
ている。容器下方のアクセス開口部30は、各種使役及び洗浄のために設けられ
たものである。
容器20の最上部には三本の出口32.34.36が設けられている。出口32
は、この方法で発生するガスを除去して精油所内で処理又は再循環するための出
口である。出口34は必要時の排気目的で設けられたものであって、密封可能に
なっている。出口36は安全のための圧力開放であり、従うて適当な放出弁(図
示していない)を備えている。
容器20内の固体水準は、メツシュ@38により上昇しないように維持される。
篩38は分離された固体が分離後に上方移動しようとする傾向を防止するための
フィルタとして機能する。入口供給管22は篩38を経由して、その直下の位置
まで伸長している。入口管22は、篩38の下で、円筒f5W40にて定められ
る軸に沿って配列された容積内に排出する。篩40は、供給管22から排出され
る供給材料流の乱れを最小にするように設けられる。
このようにして、篩38及び40はタンクの下方部で中央円筒室Aとそれを取り
囲む環状室Bを定め、その中央円筒室内に分離された固体が存在する。篩40は
篩38よりも粗めのものであることが好ましい。例えば、篩40は8.18mm
(1/8インチ)のメツシュであり、篩38は1.98m、m (5/64イ
ンチ)のメツシュである。固体とドレインの出口開口部28は、容器に中心長軸
から僅かにはずれて配置され、A室とB室の両方に連通している。
容器20には水と油の水準監視調節計42.44が設けられていて、内部の水と
油の水準の立ち上がりを監視する。
入口管22を経由して流れる供給材料を加熱且つ加圧して、内容物を容器20内
に所望の温度及び圧力に分離が起こる十分な時間にわたって維持し、かつ、定常
状態を維持することができる。別方として或いは上記に加えて、所望の温度/圧
力の調節を維持するための加熱手段又は加圧手段を容器20内に設けることもで
きる。
図3は水平に配置された容器50を示すものであって、幾分か似たような概念で
構成・操作される。容器50は入口供給管52、油抜取り口54、水抜取り口5
6及び固体出口58を有する。図2の実施態様に幾分か類似して、ガス出口60
、密封可能ベント62及び圧力放出出口64が容器50の最上部に設けられてい
る。
入口管52は、図に示すように、容器左端に隣接する容器50の最上部から下方
に向かって伸長する。水抜取り口56は容器50の底部中央から下方に伸長し、
一方の油抜取り口54は容器50の右底部から下方に伸長する。
篩66は容器50の左側を横切って垂直に伸長し、左方容積Cまたは室を定め、
その中に固体を保持することができる。図2の実施態様と同様に、C容積内の供
給入口管52の出口の周囲には円筒篩68が設けられていて、入口管52からの
乱れを減衰させる。
容器50の右手部分には垂直な固体堰70が設けられている。堰70は容器50
の底部から容器の高さの約415まで上方に向かって伸長する。油抜取り口54
は堰70の右側に配置され、一方の水抜取り口56は堰70の左側に配置される
。定常操作下では、堰70の上方又は下方の伸長部に薄い油/水分離界面72が
形成され、堰70は水と油を分離して油相と水相を定める。堰70は、容器50
の左下の大区画に水相を閉じ込め、油相は容器50の残りの小区画内で安定化さ
れる。
相分離された固体は篩66により一部がC室に保持され、固体出口58から抜き
取られる。固体出口58は、入口管52が排出する円筒篩68で定められる容積
内部とC室との両方に連通している。
図2の実施態様と同様に、油と水の水準調節計74.76が夫々設けられている
。
図4は、本発明の方法を実施するため、図2又は図3に示したような装置が図1
の処理システム内に如何に組み込まれるかを示すものである。図に示すように、
装ff1F20.50その他は、APIセパレータスラッジ及びDAFフロート
を処理のため受け入れることができる。容器20.50で分離された油相は、A
PIセパレータを出る油層と一緒に精油所に戻ることができる。固体は除去して
別に処理することができる。
以上、図に示し説明してきた本発明は連続流条件下で実施することが好ましいが
、回分的に実施することもできる。
法にしたがって、構造及び方法上の特徴に関して本発明を言語面において多少と
も特定的な表現で説明してきたが、本明細書に開示した手段及び構成は本発明を
効果的にする好適形態なので、本発明は、これまで図に示し説明してきた特定面
に限定されるものではない。従って、請求の範囲の適正な範囲内で、均等の原則
により適当に解釈される形態及び変更を、本発明は請求するものである。
国際調査報告
国際調査報告
Claims (13)
- 1.原油の製造又は処理に由来し、懸濁された固体を内部に保持する極めて安定 な石油と水とのエマルジョンを処理するための再生方法であって、該エマルジョ ンを約300℃以上の予め定められた温度に加熱し、かつ、該エマルジョンをそ の予定温度における水蒸気圧より高い定められた圧力まで加圧して、加熱され加 圧された流体を形成する工程;該エマルジョンを単一容器内に該予定温度及び予 定圧力で、該エマルジョンを実質的に別個の第一相、第二相及び第三相に効果的 に分離する予め定められた時間にわたって閉じ込めることにより該エマルジョン を破壊する工程、但し第一相は主に油を含み、第二相は主に水を含み、第三相は 主に固体を含むものである;及び 該単一容器から約300℃乃至374℃の抜き取り温度及び該抜き取り温度にお ける水蒸気圧より高い抜き取り圧力で該第一相、第二相及び第三相を別々に抜き 取る工程; からなることを特徴とする再生方法。
- 2.該予定時間が約15分以下である請求の範囲第1項に記載の再生方法。
- 3.該予定時間が約60分以下である請求の範囲第1項に記載の再生方法。
- 4.該予定圧力がゲージ圧8.68乃至16.5MPa(1260乃至2400 psig)である請求の範囲第1項に記載の再生方法。
- 5.該予定時間が約15分以下である請求の範囲第4項に記載の再生方法。
- 6.該加熱され加圧された流体をニッケル触媒を含む容器に含めて相分離を促進 することを更に包含する請求の範囲第1項に記載の再生方法。
- 7.原油の製造又は処理に由来し、懸濁された固体を内部に保持する極めて安定 な石油と水とのエマルジョンを処理する方法であって、該エマルジョンを約30 0℃以上で且つ水の臨界点374℃未満の予め定められた温度に加熱し、かつ、 該エマルジョンを該予定温度における水蒸気圧より高い予め定められた圧力まで 加圧して、加熱され加圧された流体を形成する工程;該加熱され加圧された流体 を単一容器内に該予定温度及び予定圧力で、該エマルジョンを実質的に別個の第 一相、第二相及び第三相に効果的に分離する予め定められた時間にわたって閉じ 込めることにより該エマルジョンを破壊する工程、但し第一相は主に油を含み、 第二相は主に水を含み、第三相は主に固体を含むものである; 及び 該単一容器から該予定温度及び該予定圧力で該第一相、第二相及び第三相を別々 に抜き取る工程; からなることを特徴とする再生方法。
- 8.該予定時間が約15分以下である請求の範囲第7項に記載の再生方法。
- 9.該予定圧力がゲージ圧約8.68乃至22.1MPa(約1260乃至32 08psig)である請求の範囲第7項に記載の再生方法。
- 10.該予定温度が約350℃であり、かつ、該予定圧力がゲージ圧約16.5 MPa(2400psig)である請求の範囲第7項に記載の再生方法。
- 11.該予定時間が約15分以下である請求の範囲第10項に記載の再生方法。
- 12.該加熱され加圧された流体をニッケル触媒を含む容器に含めて相分離を促 進することを更に包含する請求の範囲第7項に記載の再生方法。
- 13.原油の製造又は処理に由来し、懸濁された固体を内部に保持する極めて安 定な石油と水とのエマルジョンを処理する再生方法であって、該エマルジョンを 約300℃以上の予め定められた温度に加熱し、かつ、該エマルジョンを該予定 温度における水蒸気圧より高い予め定められた圧力に加圧して、加熱され加圧さ れた流体を形成する工程;該流体を単一容器に約300℃を超える温度及びその 水蒸気圧より高い圧力で、該エマルジョンを実質的に別個の第一相、第二相及び 第三相に効果的に分離する予め定められた時間にわたって閉じ込めることにより 該エマルジョンを破壊する工程、但し第一相は主に油を含み、第二相は主に水を 含み、第三相は主に固体を含むものであり;該容器は相分離を促進するためのニ ッケル触媒を含有する;及び 該単一容器から300℃を越える抜取り温度及び該抜き取り温度における水蒸気 圧より高い圧力で該第一相、第二相及び第三相を別々に抜き取る工程;からなる ことを特徴とする再生方法。
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