JP4620470B2 - 遠心分離器内の油内に浮遊している粒子を汚濁した油から取り除く方法 - Google Patents

Description

本発明は、油の密度よりも密度が高い液体分離補助剤によって、油内に浮遊している粒子を汚濁した油から取り除く方法に関する。

分離補助剤は、油から粒子をより容易に分離可能にするために、汚濁した油内に分散させられる。汚濁した油と液体分離補助剤は、回転している遠心ロータの分離室内に供給される。液体分離補助剤と粒子は、遠心力によって油から分離される。浄化された油は、分離室から中央の軽相出口を通して排出される。分離された粒子と液体分離補助剤は、軽相出口の半径方向外側に位置している重相出口を通して分離室から排出される。

鉱油（半合成または完全合成も）だけでなく動物性油や植物性油が、添加剤を添加したり、または添加せずに、産業界で潤滑、冷却、絶縁などのさまざまな目的に広く使用されている。油は、そのような使用中に、さまざまな種類の粒子によって汚濁されるのが普通である。汚濁された油の再生には、組成と特定の用途によって、さまざまな方法が用いられている。

汚濁された油は、これまで長い間、粘土、漂白土または珪藻土を含む濾過層で濾過されていた。

浮遊している粒子を鉱油から取り除くことは、例えば特許文献１に記載されている。この特許によれば、濾過されていない粒子は、アセトンと２−ブタノンとの混合物の形態の凝集補助剤を添加することによって除去される。凝集した粒子は、沈殿し、油から除去することが可能である。最後の蒸留工程が、油から凝集補助剤を取り除くために必要である。

特許文献２には、乗り物で使用された潤滑油の浄化について記載されている。多種の汚濁物質を含んでいる可能性のある油は、非有機酸または有機酸などの含水電解質と混合されているカルボニル基（ケトン）を含有している化合物の添加によって浄化される。この酸が油に添加されていると、沈殿や遠心分離によって除去可能な粒子状の汚濁物質の凝集物を比較的迅速に得ることができる。ケトンは、蒸留工程で回収される。

特許文献３には、圧延工程で取り扱われた材料の粒子で汚濁されている圧延油の浄化について記載されている。ソーダ水溶液などの凝固剤が、量が入念に管理された油と混合される。粒子は凝固して液相中に見られるようになり、沈殿によって、または遠心分離器内で除去可能である。

特許文献４には、粒子および／または水で汚濁している油の重力による分離に関する方法が記載されている。この方法によれば、油に溶解しない収集ポリマーまたはポリマー混合物が汚濁した油に添加され、その油と混合され、その後、油と収集ポリマーとの分離が行われる。収集ポリマーと汚濁物質の大部分は下部相を形成する一方で、油は上部相を形成する。収集ポリマーと汚濁物質を含んだ下部相は除去される。この公報によれば、分離は遠心分離によって行うことが可能である。
米国特許第４０９４７７０号明細書 米国特許第４４９１５１５号明細書 米国特許第４５１９８９９号明細書 スウェーデン国特許第５１２７５０号明細書

油から除去される粒子形状の汚濁物質は、非常に小さく、油から除去することが非常に困難なことが多い。粒子の量が非常に少ないこともある。そのため、添加しなければならない分離補助剤の量は比較的少ないこともある。遠心分離器内で密度の異なる２つの液相を互いに分離するには、一方の相がわずかな量だけしか存在しない場合、問題を生じさせることがある。

本発明は、この問題に対する解決策を提供する。

本発明によれば、冒頭に述べたような方法に用いられる際に、遠心ロータの分離室は、始動液の層が重相出口を覆う液体シールを遠心ロータ内に形成するような量の、油よりも重く油に溶解しない始動液で予め満たされる。分離室のそのような事前の充填後に初めて、汚濁した油と液体分離補助剤とが分離室内に供給され、始動液の少なくとも一部が液体分離補助剤および油から分離された粒子と共に重相出口を通して分離室から排出される。

本発明は、かなりの量の液体分離補助剤を始動液として使用することで有利に実施できる。このようにすることで、使用される補助液体の種類は１種類だけになる。一方、必要となる液体分離補助剤の量が制限されるように、液体シールの形成に他の種類の始動液を使用することが適している場合もある。そのような他の種類の始動液は、例えば水であってもよい。

提案した方法で浄化可能な油の中には、変圧器やタップ切換器における絶縁を目的として使用されている前述の油、圧延油、油圧作動油および潤滑油がある。

液体分離補助剤は浄化すべき油に応じて選択される。前述の油には、所望の特性を油に持たせる添加物が含まれているか、あるいはそれが含まれていない、純粋な鉱油、半合成油または完全な合成油、動物性または植物性の油がある。分離補助剤は、油から除去される汚濁粒子の種類にも応じて選択される。前述した従来技術から理解できるように、分離補助剤のさまざまな組み合わせを利用することができる。液体分離補助剤は、水を含有していても含有していなくてもよく、また水溶性であってもなくてもよい。しかしながら、使用される分離補助剤は、油に溶解してはならない。汚濁した粒子の量によって、添加される分離補助剤の量が増減する。

分離補助剤は、遠心分離によって、より重い粒子をより簡単に除去可能にする、粒子を凝集させる成分を含有していてもよい。分離補助剤はまた、粒子を吸着したり、化学結合または表面化学結合によって粒子を結合させたりしてもよい。

油の浄化を開始する前に、前述のロータ内の半径方向外側の空間を、始動液、たとえば液体分離補助剤で満たすことによって、効果的な浄化を直ちに行うことができる。その代わりに、液体分離補助剤と混合されている汚濁した油が回転しているロータに開始時から供給されていると、重相出口を覆う液体シールが汚濁した油から分離された液体分離補助剤によってロータ内に形成される前にかなりの量の油が分離室の重相出口を通って排出されることになる。

遠心ロータが分離をよりよくする分離ディスクを有している場合、定常状態のプロセスでは、油と分離補助剤との間の界面レベルが分離ディスクの外側の縁の近傍に維持される。

本発明によれば、液体分離補助剤が油と共に連続して添加される。適切と考えられる場合、液体分離補助剤と油を、遠心分離器の入口に接続されているある種の混合機や、浄化前の独立した混合動作によって混合してもよい。前述の最後の場合には、油と液体分離剤とを浄化前に所望の時間継続して混合してもよい。

本発明の方法は、意図された用途用の所望の特性を油に持たせる添加物を含有しており、油の密度が４０℃で０．８５〜１．０５ｇ／ｃｍ³の範囲にある鉱油または合成油の浄化に有利に用いることができる。

本発明の方法は、油の中に浮遊していて沈殿しない非常に小さいすすの粒子や金属の粒子などの非常に小さい粒子で汚濁している鉱油に有利に用いることができる。鉱油は、一般に、密度が４０℃で０．８５〜０．９０ｇ／ｃｍ³の範囲にある。この種の汚濁物質を含んでいる油は、以前は、フィルタ材料が高価で、かつ使用済みの濾過層の保管に関する問題を生じさせる、珪藻土や漂白粘土のフィルタを使用することしか浄化できる手段がなかった。

鉱油が、変圧器またはタップ切換器内で絶縁剤として使用されていて、かつ必要な酸化防止剤以外の添加物を含んでいない場合、分離補助剤は、油の中に存在している小さいすすの粒子を結合させる液体ポリマーであることが有利なことがある。また、非常に小さな金属粒子によって汚濁されている圧延油と同様に塩化パラフィンもこのようにして浄化することができる。

浄化する油はまた、分散した小さい粒子で汚濁されている、ディーゼルエンジン用の潤滑油であってもよく、分離補助剤は液体ポリマーでる。

この種の油の浄化に適している液体ポリマーの一例は、４０℃で１．０〜１．１ｇ／ｃｍ³の密度を有するポリヒドロキシ・アルコキシレートである。

本発明の方法を実施することに適している遠心分離器を示す添付図を参照して、本発明による方法をさらに説明する。

図に示した遠心分離器は、垂直中心軸Ｒを中心として回転可能な遠心ロータ２が内部に配置されている固定ハウジング１を有している。ロータ２は、駆動装置（不図示）に連結されている垂直駆動軸３の上部に取り付けられている。ハウジング１に支持されている接続装置４は、特に、上方からロータ２内に延びていて、ロータ内の中央入口空間内に開口している入口流路を形成している垂直注入管５を有している。この入口流路は、その上側端部で接続装置４の入口５ａに連通している。

ロータ２は、分離室６と、ロータ内の中央入口空間から分離室６の各入口８に至るいくつかの入口流路７を形成している。ロータ２はまた、中心軸線Ｒから比較的近い距離にある、分離室６の中央軽相出口９と、中心軸線Ｒからより遠い距離にある、分離室６の多数の重相出口１０とを形成している。

軽相出口９は、ロータ６の上部内の出口室１１に至るオーバーフロー出口の形態になっている。この出口室１１内には、接続装置４によって支持され、かつ接続装置の出口１４に連通している少なくとも１つのパーリング流路１３を有している、パーリングディスク１２が配置されている。

分離室の重相出口１０は、流路１５を通じて、ロータ２の下方のハウジング１内の空間１７に開口しているロータのオーバーフロー出口１６に連通している。

分離室６内には、中心軸Ｒと同軸上に配置され、ロータ内で処理中の液体の貫流用の細い流路を互いの間に形成している、複数の円錐状分離ディスク１８の重ね合わせ体がある。

図中の遠心分離器は、液体ポリマーなどの液状の分離補助剤によって、油中に浮遊している小さい粒子を油から除去するために使用される場合には、以下のように動作する。分離補助剤は、浄化する油には溶けず、油の密度よりも密度が高い。

ロータが中心軸線Ｒを中心に回転させられる前か後のいずれかに、ある量の分離補助剤または浄化する油よりも重い他の始動液がロータ入口を通して分離室６内に供給される。この始動液は、ロータが回転しているときには、分離室の半径方向の最も外側の部分に、その重相出口１０を覆う液体の層を形成する。

分離室６が前述の量の始動液で予め満たされた後、浄化する油と液体分離補助剤との混合物が、連続していることが好ましい任意の所定の流量で、分離室に供給される。混合物は分離室にその入口８を通って入り、分離ディスク１８内の位置決めされている分配穴を通って軸方向に流れて、複数のディスク間の個々の空間内に流れ込む。これらの空間または流路内では、混合物の油の部分は中心軸線Ｒに向かって内側に向けて流れるのに対して、分散している分離補助剤は、油を汚濁している粒子と共に、中心軸線Ｒから遠ざかるように外側に向けて移動する。

粒子と分離補助剤が除去された油は、分離室６からその中央軽相出口９を通して流れ出し、出口室１１を通り、パーリングディスク１２を通ってさらに流れ、接続装置４の出口１４を通って外に流れ出る。分散している分離補助剤と粒子は、液体分離補助剤でもよい前述の始動液の層内へ移動する。始動液の少なくとも一部が、分離補助剤および油から分離された粒子と共に、分離室６の外側の部分から、その重相出口１０を通って分離室から流れ出し、さらに出口流路１５を通ってロータ２のオーバーフロー出口１６までさらに流れ、オーバーフロー出口１６を通ってロータの下方の空間１７に流れ出る。

始動液が分離室６内に供給されているが、浄化する油が全く供給されていないときには、始動液の層は、分離室内の第１の半径方向レベルに円筒状の内側液体表面を形成する。それから、浄化する油が供給されると、始動液の円筒状表面は、半径方向外側に第２のレベルへ変位する。この第２のレベルは、重相出口１０の半径方向内側に位置していなければならない。したがって、供給される始動液の量は、この液体が、分離プロセスの初期にロータ内に液体シールを形成し、出口１０を通じて油が漏出することを防止するようにように正確に計量されていなければならない。

定常状態の分離プロセスでは、界面層が油と油から分離された分離補助剤との間に常に形成されており、その界面層は重相出口１０の半径方向内側のレベルに維持されている。

図中の遠心ロータ２は、分離室６を囲んでいる開口部のない壁を有している。しかしながら、その代わりに、油から分離されているが、重相出口１０から流れ出る液体分離補助剤に取り込まれていない粒子をロータの動作中に断続的に排出できるように、ロータの動作中に断続的に開くことができるようになっている周囲のスラッジ出口を有しているロータを使用することが望ましい場合もある。

例１
タップ切換器内で絶縁剤として使用されていて、すすの粒子によって汚濁している鉱油は、すすの粒子を取り除かなければならない。タップ切換器内の油の量は、２００〜１５００リットルである。Ａｌｆａ Ｌａｖａｌ ＡＢ製の移動式の遠心分離器ＭＩＢ３０３Ｓ−１３が浄化に使用される。油には、連続した浄化作業の間の時間間隔によって、１〜１０％のすすが含まれている。遠心分離器のロータが始動され、最大速度で回転させられる。液体ポリマーの形態の０．７リットルの量の分離補助剤がロータに加えられる。ポリマーは、遠心力によってロータの分離室の外側部分へ流れるようにされ、そこにロータと共に回転する液体の層を形成し、分離室の重相出口を覆う。液体の層を形成するために必要なポリマーの量は、遠心分離器の大きさと構造に依る。層が形成されると、浄化する油が供給され、そのとき油は既にポリマーと混合されている。供給される混合物中のポリマーの量は、約４％である。浄化に使用されるポリマーは、ポリヒドロキシ・アルコキシレートからなる。

例２
塩化パラフィン油からなる圧延油が本発明の方法によって浄化される。１〜１７％のスラッジを含んでいる可能性のある油が、ポリヒドロキシ・アルコキシレートである液体ポリマーと混合されている。例１で用いられているものと同種の移動式の遠心分離器が浄化に使用される。ポリマーは、回転する液体の層を形成するために遠心分離器が始動しているときに、遠心分離器に供給される。浄化する油の量は３〜１５ｍ³である。汚濁した油は、従来は非常に高いコストで保管しなければならなかった。そのため、今回提案している技術による浄化は大きな利点を有している。

例３
ディーゼルエンジンの潤滑に使用される潤滑油が本発明によって浄化される。油は、油に所望の性質を持たせるために多くの添加物を含有している。

油は、主にすす、燃焼の残留物、油の添加物の一部の反応生成物からなる０．１から５％の粒子で汚濁されている。汚濁物質の主要部分は、遠心分離器やフィルタで除去することができないコロイド粒子またはサブミクロン粒子として存在している。

５０リットルの汚濁した潤滑油は、約４％のポリヒドロキシ・アルコキシレートである液体ポリマーと撹拌によって混合されている。その混合物は９５℃の温度に加熱される。汚濁物質を吸収しているポリマーを分離するために、油とポリマーの混合物が遠心ロータの内部に供給される前にポリマー層で予め満たされている例１と同種の遠心ロータが使用される。

抽出の結果を、浄化の前後に油の分析によってｎ−ペンタン中の不溶解性の物質について測定した（ＡＳＴＭＤ ８９３〜８９２）。

油内の汚濁物質の量は不溶解性物質が０．９６％から０．１８％になり、８２％減少した。

本発明の方法を実施することに適している遠心分離器を示す図である。

Claims (6)

1. 油の密度よりも高い密度を有し、かつ、粒子を前記油からより容易に分離可能にするために汚濁した油内に分散させられている液体分離補助剤によって、汚濁した油内に浮遊している粒子を汚濁した油から取り除く方法であって、
   前記汚濁した油と前記液体分離補助剤とを、回転している遠心ロータの分離室内に供給することと、
   前記分離室内で、前記粒子と前記液体分離補助剤とを遠心力によって前記油から分離することと、
   浄化された油を前記分離室からその中央軽相出口を通して排出することと、
   分離された粒子を分離された液体分離補助剤と共に前記分離室から前記中央軽相出口の半径方向外側に位置している前記分離室の重相出口を通して排出することと、
   を有する、汚濁した油内に浮遊している粒子を汚濁した油から取り除く方法において、
   汚濁した油を前記分離室内に供給する前に、前記油よりも重く前記油に溶解しない始動液であって、始動液の層によって、前記重相出口を覆う液体シールが前記遠心ロータ内に形成されるだけの量の始動液で前記分離室を予め満たすことと、
   その後、前記汚濁した油と前記液体分離補助剤とを前記分離室内に供給することと、
   前記始動液の少なくとも一部および前記油から分離された粒子を液体分離補助剤と共に前記重相出口を通して前記分離室から排出することと、
   を有することを特徴とする、汚濁した油内に浮遊している粒子を汚濁した油から取り除く方法。
2. 前記液体分離補助剤を前記始動液として使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記油は、その意図された用途用の所望の特性を前記油に持たせる添加物を含有しており、前記油の密度が４０℃で０．８５×１０ ⁶ 〜１．０５×１０ ⁶ ｇ／ｍ³（０．８５〜１．０５ｇ／ｃｍ³）の範囲にある鉱油または合成油であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記油は、密度が４０℃で０．８５×１０ ⁶ 〜０．９０×１０ ⁶ ｇ／ｍ³（０．８５〜０．９０ｇ／ｃｍ³）の範囲にある鉱油であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記鉱油は、変圧器またはタップ切換器内で絶縁剤として使用されていた、必要な酸化防止剤以外の添加物を含んでおらず、かつ非常に小さいすすの粒子によって汚濁されているものであり、前記分離補助剤は液体ポリマーであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記油は、ディーゼルエンジン用の潤滑油として使用されていた、分散した小さい粒子で汚濁されたものであり、前記分離補助剤は液体ポリマーであることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

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