JPS5830356A - サイクロン分離器 - Google Patents

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】 本発明はサイクロン分離器（ｃｙｃｌｏｎｅ　［］ｅｐ
ａｒａｔＯｒ）に関する。この分離器は水からオイルを
除去するように多量の高密度相（ｄ、ｅｎｓｅｒ　ｐｈ
ａｓｅ）から軽量相（］、ｊ、ｇｈｔｅｒ　ｐｈａｓｅ
）を、多量相の汚染を最少にして除去するのに適用して
もよい。最も常套のサイクロン分離器はこれと逆の目的
用に設計されている。

即ち、容積の少ない相の汚染を最少にして多量の軽量相
から高密度相を除去するように設計されている。

本発明は次に定義されるサイクロン分離器である。この
サイクロン分離器は、実質上同一でかつ実質上等しく円
周の接線方向に配置された複数のフィード（ｆｅθｄｓ
）　（またはフィード群）を備えた一般に円筒状の第１
部分、および該第１部分に隣接しかつ実質上これと同軸
でその遠隔端で開放した一般に円筒状／テーパー状の第
２部分を有する。

第１部分はその端部壁に第２部分に対置した軸方向のオ
ーバーフロー出口を有する。第２部分はその遠隔端に向
かって収束した流れを円滑にするチルパー（ｆ］、ｏｗ
　ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ　ｔａｐｅｒ）を含み、該テーパ
〜は該遠隔端において実質上同軸の一般に円筒状の第３
部分に通じる。軸方向のオーバーフロー出口の内径をｄ
。、第１部分の内径をｄｌ、第２部分に含捷れるテーパ
ーの発散端部の内径をｄ２、該テーパーの収束端部の内
径をｄ３、第３部分の内径もｄ３とする。第１部分の内
部長さをコ−１、第２部分の内部長さを１２とする。入
口流に垂直な導入点で測定した全てのフィードの全断面
積をＡ１とする。分離器の形状は次の関係式によって支
配される。

１０　＜１２／ｄ２＜　２５ ０．０４　（４Ａ］Ａｒｄ、、”＜Ｏ，１，Ｏｄｏ／ｄ
２〈０１ ｄｌ〉ｄ２ ｄ２〉ｄ３ テーパーの収束の半角は２０′〜２°、好丑しくは１°
−！、でである。テーパーは好丑しくは円錐台状（ｆｒ
ｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ　）である。随意にこの半角は
、半角〔コニシティ−（ｃｏｎｉｃｉ、ｔｙ））＝ａｒ
ｃｔａｎ　（（ａ、、−６３）　／２１□）に々るよう
にしてもよい。即ちこのようなわずかな角度を、テーパ
ーが第２部分の全長を占めるようにしてもよい。

好ましくはｄ３Ａ１２は０４〜０７である。好ましくは
第３部分の内部長さが］−３のとき、］−３／ｄ３は少
なくとも１５であって所望の大きさにしてもよく、好ま
しくは少なくとも４０である。］、、／ａ、は０５〜５
、好捷しくは１〜４であってもよい。ｄ１／ｄ２ｔｄ　
１．５〜３であってもよい。

特に希薄な軽量相を用いて分別を最大にするには、軸方
向のオーバーフロー出口を通して軽量相だけでなく、軸
に対して半径内方向に巡回する一定容量の壁近接流（ｎ
ｅａｒ−ｗａｌｌ　ｆｌｏｗ）も除去することが必要で
あると考えられていた（この場合、軽量相は操作中に軸
方向のオーバーフロー出口へのその通路に集まる傾向が
ある）。このため軸方向のオーバーフロー出口内に所望
の狭さの同中心の出口管を設け、軽量相を集めるサイク
ロン分離器から第３の流出口を創設することが提案され
た。

この設計は非常に満足すべきものであるが３つの出口を
有するので複雑である。本発明者は思いがけなくも、単
に軸方向に小さなオーバーフロー出口を設けるだけで壁
近接流は該出口に到達する前に端部壁からそれ自体分離
する傾向を示し、サイクロン分離器内で再循環し、再分
別され（ｒｅ−ｓｏｒｔｅｄ）、装置が充分簡単化され
ることを見出した。さらに−オーバーフロー出口内の重
い微細な固形分の割合は、フローパターンが変化するの
で減少する。（このような固形分は一般に該出口には好
ましくは存在しない）。

好ましり（ｌ′ｉｄｏ／ｄ２は少なくとも０．００８、
より好捷しくは００１〜００８、最も好捷しくけ０．０
２〜０．０６である。フィードは軸方向のオーバーフロ
ー出口から軸方向に一定の間隔で配設するのが有利であ
る。軸方向のオーバーフロー出口での圧力低下は過度に
太きくすべきではなく、該出口のｄ。部分の長さは短く
すべきである。この出口はテーパーまたはステップによ
って広くしてもよい。

流れを円滑にするテーパーは第１部分と第２部分との間
に挿入してもよく、好ましくはその形状は、そのより大
きな直径端の直径がｄｌで、そのより小さな直径端の直
径がｄ２で、そのコニシティ−（半角）が好ましくは少
なくとも１０°である円錐台状の内部表面を有するもの
である。スペースの関係から第３部分をゆるやかに湾曲
させるのが望ましく、その曲率半径を５０ｄ３のオーダ
ーにすることが可能である。

ｄ２の実際の大きさは操作およびエンジニアリングの便
宜的選択の問題で、例えば１０〜１００７１７ｎにして
もよい。

さらに連続的により狭い第４部分、第５部分、等を加え
てもよいが、特別々分離効率の利点を償って余りがある
程度までエネルギー消費量を増加させやすい。

本発明は前述のす′イタ１フ分離器のフィードに軽量相
と多量の高密度相を送り、これらの相の圧力を、軸方向
のオーバーフロー出口および第３部分の遠隔端における
よりも高くすることを特徴とする多量の高密度相から軽
量相を除去する方法にも関する。第３部分の端部〔清浄
流（ｃｌｅａｎ　ｓｔｒｅａｍ）：］への圧力低下は典
型的には軸方向のオーバーフロー出口〔ディスパージョ
不富んだ流れ（ｄｉｓｐｅｒｓｊｏｎ　−ｅｎｒｉｃｈ
ｅｄ　ｓｔｒｅａｍ））へ圧力低下のわずかに半分にす
ぎず、この方法はこの特徴に適合し々ければならない。

この方法はオイル（軽量相）を水（高密度相）、例えば
オイルの流出（ｓｐｊｌｌａｇｅ）、船の難破、オイル
・リグ（ｏｊ、１−ｒｉｇ）の破裂、またけビルジの洗
浄やオイル・リグ掘削のよう々日常の作業等の結果、オ
イルで汚染される油田生産水捷たは海水、から除去する
のに特に好適である。

サイクロン分離器への相の供給速度（ｍｌ／Ｓ）は好ま
しくは６．８６．２”・８を越える（ｄ２はｍ単位）。

この方法は好ましくは予備段階として、相から気体を除
去して入口物質中の気体の体積を弓係以−Ｆにしないこ
とをさらに含む。

しかしながら、気体含量があまり大きくない場合は気体
自体を軽量相としてこの方法で除去してもよい。液体は
温めると通常粘性は低下する（例えば、水の粘性１４２
０″Ｃのときに比べて５０°Ｃのときは約半分である）
ので、この方法は都合のよい高い温度でおこなうのが有
利である。

本発明はこの方法による生産物、例えば濃縮されたオイ
ル、清浄水にも及ぶ。

本発明を添伺図（本発明によるサイクロン分離器の模式
的断面図）に基づき、実施例（によって説。

明する。第１図には寸法は示さない。

一般に円筒状の第１部分（］）は円周上に等しく配設さ
れた２つの同一なフィード群（８）（一つの群しか図示
してい々い）を有し、該フィード群はどちらも第１部分
（１）中へ同じ方向、かつ接線方向に導かれ、捷だ図示
されるように左側端を形成する壁０１）から軸方向に幾
分変位しているが、それらの軸対称流の形成、それらの
配置および形態（ｃｏｎｆｉｇｕｒａ−ｔ］ｏｎ）は臨
界的ではない。一般に円筒状の第２部分は第１部分と同
軸でこれに隣接し、その遠隔端において、同軸で一般に
円筒状の第３部分へ開口する。第３部分（３）は捕集ダ
クト（４）へ開口する。フィードは第２部分（２）に向
けて僅かに角度をつけ（例えば軸への垂線から５°）、
軸方向の速度成分を付与してもよい。

第１部分（１）は第２部分（２）に対置した軸方向のオ
ーバーフロー出口ＯＱを有する。

このサイクロン分離器における実際の関係は次の通りで
ある。

ａ、／ａ２二２、この値はエネルギー節約と空間節約と
の妥協であり、各節約の核化はそれぞれ約３および１５
である。

テーパー半角−４０′（第１図のＴ２）。

ｄ３／ｃ１２＝　０．５　、） ］、、／ａ、、＝１０゜この値が０５〜４のときよく作
動する。

１１／ｄ２ζ２２ｏ第２部分（２）は余り長くすべきで
々い。

第１図において、第２部分（２）の一部は説明のため円
筒状にしであるが、実施例においてはその全長に渡って
テーパー状にする。

１３／ｄ３＝４０１、この値はできるだけ太きくすべき
である。

ａｏ／ａ、、　＝０．０４゜この値が満足すべき操作を
するのに余りにも太きすぎると過度の高密度相が軸方向
のオーバーフロー出口（ＩＱを通って軽量相と共にあふ
れでてしまい、これは望ましくない。この値が小さすぎ
ると少量の要素（例えばグリースの微粒子（ｓｐｅｃｋ
ｓ）、渦流内の減圧によって溶液から放出される気泡）
がオーバーフロー出口０Ｑを封鎖するので、捕集ダクト
（４）において軽量相のフラグメントを生じさせ、悪い
結果を引起こす。これらの例示した寸法を用いると、サ
イクロン分離器内で処理される物質の約１容量係（０４
係まで減らすことはできる）が軸方向のオーバーフロー
出口ＯＯを通ってあふれ出る。（ｄｏ／ｄ２が０．０２
〜０．０６のサイクロンも首尾よ〈実施できた。） ４Ａ〕／πｄ、’＝　］／１６゜これは第１部分の断面
積に対する入口フィードの断面積の比を表わす。

ｄ２二５襲ｍ。これはサイクロン直径とみ々され、多く
の目的には１０〜１００７１ｍの範囲のいずれであって
もよく、例えば１５〜６０朋である。ｄ２が過度に大き
いと、効果的な分離を維持するだめの消費エネルギーが
多くなり、ｄ２があまり７ノーさいと好ましく々いレイ
ノルズ数に彦り、過度の剪断応力が生じる。ｄ２＝３０
ｍのサイクロンは非常に有用である。

このサイクロン分離器はいずれの方向に向けても重大々
影響を受けない。

一般にでこぼこ（ｉｒｒｅｇｕコａｒｉｔｉｅｓ）はサ
イクロン内の望ましいフローパターンを乱すので、壁０
１）は滑らかにする。最もよい性能にするにはツーイク
ロンの他のすべての内部表面も滑らかにすべきである。

しかしながら、壁１ｉ１）内に、出口００と同中七・の
小さな直立した環状リッジ（ｒｉｄｇｅ）を設けて流れ
が壁の近くで半径方向の内側へ移動するのを補助し、捷
た渦流（ｖｏｒｔｅｘ）の外側のフリンジ（ｆｒｉｎｇ
ｅ）を再分離（ｒｅｓｏｒｔｉｎｇ）のために一般に下
流方向へ再循環させてもよい。出口ＯＱは吸水するよう
に円（ｆｌｕｓｈ　ｏｎ） 筒状の穴である。この穴を、壁θ１）の上に直ｉ’ｒ、
伴たえ、かつ相対的に大きな穴へ直接通じた直径ｄ。の
中央孔を有したオリフィス・プレート（ｏｒｉｆｊｃｅ
ｐｌａｔｅ　）で置き換えると、異なった流れ特性があ
られれ、重大ではないが幾分有害な影響が性能に及ぼさ
れる。出口（１０は、壁０１）内に直径ｄ。を有した出
口オリフィスおよび該オリフィスから円錐の半角が１０
°まで広がった出口を備えるようにオーバーフロ一方向
に発散するが有利である。このようにして、出口に沿っ
てはより小さな圧力低下がみられ、これはユーザーの要
求により、図示された円筒状の穴（円錐半角はゼロ）の
軽量相小滴合体促進傾向に釣合うようにし々ければ々ら
ない。

実施例として水からオイルを分離するためにオイル／水
混合物を、ダクト（４）または軸方向のオーバーフロー
出口θ０内の圧力以上の圧力、温度５０°Ｃ１流速を好
ましくは少なくとも１６０１７分　とし、入口内で堤容
量係に制限された気体と共にフィード（８）を通して導
入する。サイクロン分離器を最もよく作動させるために
は、フィード（８）へ導くパイプワーク（ｐｉｐｅｗｏ
ｒｋ　）の寸法、形状およびパルピングは、軽量相の小
滴捷たけ泡の過度の破壊を避けるようにする。同じ理由
（小滴の破壊の回避）から、オイルと水に関しては分散
剤（ｄｊ、５ｐｅｒｓａｎｔ）を添加しないのが好まし
い。最もよ〈実施するだめの供給速度（ｍ８／／ｓ）は
、（流速／ｄ２′・８）＞６．８になるように調節する
（ｄ２はｍ単位）。混合物は第１部分（］）内で渦巻き
、その角速度は第２部分（２）へ入ると増加する。軸に
対する角度が１０°の流れを円滑にするテーパー（Ｔ１
）は第１部分と第２部分る円錐台（ｆｒｕｓｔｒｕｍ　
）のコニシティ−（半角）である。

オイルのバルクは第２部分（２）における渦流内で分離
する。水および残留オイルの渦流は次いで第３部分（３
）内へ流入する。残留オイルは第３部分（３）における
軸方向の連続渦流内で分離する。清浄水は捕集ダクト（
４）を経て放出され、例えば海に戻すため、あるいはさ
らに例えば類似または同一のサイクロンあるいは並列に
したザイクロン列において清浄にするために捕集しても
よい。

渦流内へ移動したオイルは軸方向のオーバーフロー出口
αＯに向って軸方向に移動するが、なおいくらかの水を
保有するので廃棄、貯蔵捷たはさらに分離するために捕
集してもよい。この場合も、さらに分離するためには第
２の類似または同一のサイクロンを用いてもよい。

本発明による軸方向のオーバーフロー出口ＱＱが小さい
ということは、サイクロン分離器のシリーズ操作（ｓｅ
ｒｉｅｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　）において例えば第１
のサイクロンからの高密度相を第２のサイクロン内で処
理し、そこからの高密度相を第３のサイクロン内で処理
する場合に特に有利である。各段階における軽量相の体
積、従って軸方向のオーバーフロー出口ＯＯを経て軽量
相と共に不要なものとして運ばれた他の相の体積の減少
は、例えば流出オイルを回収する船（ｂｏａｔ）、およ
びオイルコンテナーのために船上のみに空間が限定され
ている船においては重要々利点と々る。最も重要なこと
はオイルを除去した海水を問題々＜（ｉｍｐｅｃｃａｂ
ｌｙ）海へ戻すことであるが、オイルコンテナーにオイ
ルのみを入れ、偶発的表海水の混入による品質低下を避
けるならば船（ｖｅθ５ｅｌ）の耐久性を最大にするこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサイクロン分離器の一態様を示す
模式的断面図である。 （１）は第１部分、（２）は第２部分、（３）は第３部
分、（４）は捕集ダクト、（８）はフィード、（ＩＱは
オーバーフロー出口、αＤは壁を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　実質上同一でかつ実質上等しく円周の接線方向に配
   置された複数のフィード（またはフィード群）を備えた
   一般に円筒状の第１部分、および該第１部分に隣接しか
   つ実質上これと同軸であってその遠隔端で開放したテー
   パー状（および随意に部分的に円筒状）の第２部分を有
   し、該第１部分が該第２部分と対置した軸方向のオーバ
   ーフロー出口を有し、該第２部分がその遠隔端に向かっ
   て収束する流れを円滑にするテーパーを有しかつ該遠隔
   端において実質上同軸の一般に円筒状の第３部分に通じ
   ていて、該オーバーフロー出口の内径をｄ。、第１部分
   の内径をｄｌ、第２部分に含まれるテーパーの発散端部
   の内径をｄ２、テーパーの収束端部の内径をｄ３、第３
   部分の内径をｄ３、第１部分の内部の長さを１１、第２
   部分の内部の長さを１２、入口流に垂直な導入点で測定
   した全フィードの全断面積をＡ１としたとき、形状が次
   の関係式１式％（２５ で支配されるサイクロン分離器において、ｄｏ／ｄ２＜
   ０１ であることを特徴とするサイクロン分離器。 ２　テーパーの収束半角が２０’〜２°である第１項記
   載のサイクロン分離器。 ３　該半角が１°までである第２項記載のサイクロン分
   離器。 ４、　　ｄ３／ｄ２が０４〜０７である第１項から第３
   項いずれかに記載のサイクロン分離器。 ５　第３部分の内部の長さを］３としたとき１３／ｄ３
   が少なくとも１５である第１項から第４項いずれかに記
   載のサイクロン分離器。 ６１、／ａ、、が０５〜５である第１項から第５項いず
   れかに記載のサイクロン分離器。 ７］、、／ａ、が１〜４である第６項記載のサイクロン
   分離器。 ８ｄ１／ｄ２が１５〜３である第１項から第７項いずれ
   かに記載のサイクロン分離器。 ９、ａ、ｏ／ａ２が少なくとも０００８である第１項か
   ら第８項いずれかに記載のサイクロン分離器。 １０、　　ｄｏ／ｄ２が０．０１〜００８である第９項
   記載のサイクロン分離器。 １１、　　ｄｏ／ｃ１２がＯＯ２〜００６である第１０
   項記載のサイクロン分離器。 １２　　第１部分と第２部分との間に流れを円滑にする
   テーパーを挿入した第１項から第１項いずれかに記載の
   サイクロン分離器。 １３　　テーパーが、より大き々直径端の直径がｄＩで
   、より小さな直径端の直径がｄ２である円錐台状の内部
   表面形状をした第１２項記載のサイクロン分離器。 １４　　円錐台状のテーパーのコニシティ−（半角）が
   少なくとも１０°である第１３項記載のサイクロン分離
   器。 １５ｄ２が］　Ｏｍｍ〜１００ｍｍである第１項から第
   １４項１６　　第１項から第１５項いずれかに記載のサ
   イクロン分離器のフィードに軽量相と多量の高密度相を
   送り、これらの相を軸方向のオーバーフロー出口および
   第３部分の遠隔端におけるよりも高い圧力にすることを
   特徴とする多量の高密度相から軽量相を除去する方法。 １７　　サイクロン分離器への相の供給速度（ｍ’／Ｓ
   ）が６．８　ｄ２’・８（ｄ２はｍ単位）を越える第１
   ６項記載の方法・ １８　　軽量相が気体である第１６項または第１７項記
   載の方法。 １９　　軽量相がオイルで、高密度相が水である第１６
   項または第１７項いずれかに記載の方法。 ２０　　予備段階として、相から気体を除去して入口物
   質中の気体の体積をンチ以上にしない第１６項、第１７
   項または第１９項記載の方法。