JPS60257863A - 静電凝集により連続液相から分散液相を分離するための装置及び方法 - 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】 本発明は静電凝集（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｃｏ
ａｌｅｓｃｅｎｃｅ）により連続液相（ｃｏｎｔｉｎｕ
ｏｕｓ　１ｉｑｕｉｄ　ｐｈａｓｅ）から分散液相（ｄ
ｉｓｐｅｒｓｅｄ　１ｉｑｕｉｄ　ｐｈａｓｅ）を分離
するための装置及びその様な装置を使用する方法、より
詳細にはその様な装置が使用される炭化水素乳濁液（ｈ
ｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　１ｉｑｕｉｄ　ｅｍｕｌｓｉｏ
ｎ）を脱水する方法に関する。

従米狡光 “凝集”　（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）なる語は、液体
の小滴が一緒になって、より容易で且つより急速な相分
離（ｐ＋＋ａｓｅ　５ｅｐａｒａｔｉｏｎ）を許容する
より大きな液滴を形成する事として定義され得る。液滴
の凝集を達成する１つの方法は、凝集する為に分散液相
を生ずるのに十分な強度の好適な電界を乳濁液が受ける
事を含んでいる。その様な電気的処理は、分散液相が比
較的導電性であって且つ連続液相が比較的非導電性であ
る場合にのみ好適である事が理解されている。静電凝集
の技術は、特に新鮮な水で洗浄する事により脱塩された
原油の様な炭化水素乳濁液を脱水する方法において、良
く知られており、且つ広く適用されている。

異なったタイプのｆｆｌ！電分離層分離器ｅｃｔｒｏｓ
ｔａｔｉｃｓｅｐａｒａ　ｔｏｒ）が過去において多種
提案されて来て、そして商業的に適用された。これ等分
離器の幾つかは液滴の凝集を効率的にするため一様な電
界を生ずる様に設計され、一方その他の分離器は、液滴
の凝集を発生するために非一様な電界をその内部で生ず
る事を含んでいる。一様な電界においては、力線は相互
に平行であり、そして電界強度は電極間の空間を通して
一定である。しかしながら、非一様な電界においては、
力線は相互に平行ではなく、そして電界強度はそれ故に
電界中の位置の関数となるであろう。

液体／液体分離のための既知の静電分離器は、作動の間
に一様な電界が発生する様な構造を有する電極を通常備
えている。例えば、米国特許明細書筒３．５８２．５２
７号は、静電凝集により乳濁液を分解するシステムを記
載しており、該システムにおいて容器にはその横断面全
体に亘って延びている電極装置が設けられており、乳濁
液が一様な電界を完全に受ける事を保証している。液状
の乳濁液を取り扱うために用いられる種々のタイプの静
電分離器の大部分は一様電界タイブ（ｕｎｉｆｏｒｍ　
ｅｌｅ−ｃｔｒｉｃ　ｆｔｅｌｄ　ｔｙｐｅ）と呼ばれ
るものである。対照的に、連続液相又は気相Ｃｇａｓ　
ｐｈａｓｅ）から固体を分離する静電分離器は、非一様
な電界の発生を可能とする電極装置を通常設けている。

後者のタイプは、電界は短絡によって不完全作動を生ず
る傾向は少ないけれども、特に液状の乳濁液のための分
離器において問題が住じ、この夕１゛ブの電界は液体／
液体の分離については通用が困難である。

米国特許明細書筒３，５７７．３３６　＝は、非一様な
電界を発生する為に、実質的に同一平面上にある電極表
面と組み合わせた棒状電極を備えた液状の乳濁液のため
の電気的な処理装置を記載した、比較的少数の公報の１
つである。

生凱ム概叉 本発明の目的は、分離効率を増加し、一方で同時に短絡
の危険を除去するか又は実質上最小にする為に、既知の
タイプの静電分離器を更に改良する事である。

本発明に関する静電凝集により連続液相から分散液相を
分離するための装置は、従って、入口導管を伴う細長い
容器を含み、入口導管の下流には少なくとも第１の区画
及び第２の区画が直列に設けられており、そして該容器
は第２の区画の下流に出口導管を伴っており、前記区画
は相互に液体連通（ｆｌｕｉｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ
ｉｏｎ）となっており、そして該区画の各々が複数の実
質的に平行で、実質的にシリンダ状をしており、そして
端部が開放されていて主要な流れの方向に配置された陰
極要素を備えており、且つ複数の棒状の陽極要素を備え
ており、各陽極要素は陰極要素の内側に実質上同心的に
配置されており、そして上流の区画の陰極要素は下流の
区画の陰極要素の横断面面積よりも実質的に大きな横断
面面積を有する。

前述した装置の作動中に、その内部に分散した第２の液
体の液滴と連続液相との液体混合物が容器の入口導管を
介して縦方向に流れ、第１の区画のシリンダ状の陰極要
素をｉＪｌ！過し、そして連続的に第２の区画より狭い
シリンダ状の陰極要素を通過して、もしも存在するなら
ば更に別の区画の陰極要素を通過する。第１の区画にお
いて、連続相中の大きな液滴は発生した電気的な力の影
響下で、最初に凝集する傾向があるであろう。大きな液
滴、特にもしもそれ等が相互に凝集するならば、陰極要
素と陽極要素との間で短絡に関する危険を形成し得る。

第１の区画における陰極要素とそれに伴う陽極要素との
間の距離は、それ故に比較的大きく選択されるべきであ
る。もしも凝集した液滴が十分に大きければ、該液滴は
重力により連続液相から分離し始めるであろう。第１の
区画に残っている連続液相は、小さな液相の形態をした
僅かな量の分散液相のみを包含するであろう。第２の区
画において、液体は２度目の電気的な力を受け、凝集及
びそれに続（重力（の作用）により分散液相の更なる分
離が促進される。過大寸法液滴数の減少に基づき第２の
区画における短絡の危険は減少傾向にあるので、この第
２の区画における陰極要素とそれに伴う陽極要素との間
の距離は第１の区画における対応する距離よりも実質的
に小さくされ得る。陰極要素と陽極要素との間のより小
さな距離は、更なる区画がその様な要素をより効果的に
充填出来る事を意味し、その事は今度はより高い分離効
率が獲得可能である旨を意味する。

陰極要素は容器の本体部を介して好適に接地される。前
記要素は、実質的にシリンダ状の穿孔されたケージ（ｃ
ａｇｅ）により好適に形成され、連続液相から凝集され
た液滴の容易な除去を可能としている。陰極要素に対す
る液滴の付着は陰極要素と陽極要素との間に発生する電
界に悪影響を及ぼし得る事に注目すべきである。陰極要
素を穿孔する事により、その様な液体の付着は大部分除
去出来る。

棒状の陽極要素は絶縁材料、例えばｒ　ＰＥＲ３ＰＥＸ
（登録商標）」またはｒＴＢＦＬＯＮ　（登録商標）」
の薄い層によって好適に被覆されており、陽極要素と液
体混合物との直接の接触を防止している。電気的に絶縁
されている材料を一陽極要素上に使用する事は電荷の損
失を減少し、該電荷の減少は液体の分散を介して短絡す
る事により発生し得る。同じ理由により、更に陰極要素
がその様な絶縁体の薄い層により被覆され得る事を注目
すべきである。

しかしながら、既に以前述べた様に、穿孔された陰極要
素を適用する事は好適であり、その結果、電荷の損失が
防止されるだけではなく、更に陰極包囲部（ｃａｔｈｏ
ｄｉｃ　ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）からの分散液の除去が為
される。陰極要素の穿孔に加えて、これ等の要素は更に
短絡の危険を減少するために、絶縁材料の薄い層を更に
設は得る。

提案された装置においては、連続的な交流及びパルス化
された直流の双方が用いられ得る。特に低電圧が印加さ
れる際には、パルス化された直流電界が連続的な交流電
界に優っている事が見出されている。連続的な交流の装
置及びパルス化された直流の装置の双方について、電界
強度は１０キロポルト／ｍから数１００キロボルト／ｍ
のオーダーである。

分散相の比較的低い濃度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
）を有する流体は比較的高い強度の電界を受けるべきで
あるという点で、分離効率は分散相の濃度に依存する事
が更に見出されている。

本発明に関する装置は、最も好適には機械的分離器デバ
イス（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　５ｅｐａｒａｔｏｒ　ｄ
ｅｖｉｃｅ）を設けた出口区画を更に備えており、該デ
バイスは複数の平行な、平らなまたは波形の表面であっ
て、それ以前の区画からの液体の流れに対して傾斜して
配置された表面により形成されている。静電分離器要素
に加えてその様な機械的分離器デバイスを有することの
利点は、以下の様に説明され得る。

電気的な力は一方では拡大された液滴の形成を促進する
ために有益であるが、しかし該電気的な力は他方では特
に電界の出口領域において特に不利益なものである。電
気的な力の影響の下では、液滴分散機構は生成された液
滴が最初の液滴よりもかなり小さくなる様にしてしまう
。電界の出口領域において生成された場合はこれ等の液
滴は再び凝集せずに、そして通常は小さな寸法となり、
その結果もしも据え付は距離（ｓｅｔｔｌｉｎｇｄｉｓ
ｔａｎｃｅ）に大した相違がなければ該液滴の重力によ
る下降のための静かな保持時間（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ　
ｔｉｍｅ）を長時間要求する。機械的分離器ユニットを
更に設ける事により、保持時間をはるかに減少出来る。

本発明は、添付図面を参照して、以下において例として
のみ記載されるであろう。

犬■± 第１図及び第２図を参照すると、本発明に関する装置の
水平方向に延びた実施例が示されている。

図示の装置は水平方向に延びている細長い容器１を含み
、該容器はその一端部において液状の分ｔｌｋ体のため
の入口導管２と、該容器の他端部において２つの出口導
管３及び４とを有しており、該出口導管は導入された分
散体の連続相を形成する液体及び導入された分散体の分
散相を形成する液体をそれぞれ別々に引き出すためのも
のである。容器１の内側は参照符号５．６及び７によっ
て示された３つの区画に分割されており２、該区画は実
質的に垂直に延びているじゃま板８．９及び穿孔された
じゃま板１０により境界付けられている。入口導管２の
近傍で、容器は、実質的に垂直に延びている穿孔された
じゃま板ＩＩにより形成された液体ディストリビュータ
（ｌｉｑｕｉｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ）を設けてい
る。区画５及び６は、複数の垂直に延びているシリンダ
状で且つ端部が開放している要素１２を各々設けており
、該要素１２は穿孔された壁部を伴い、そして該要素は
陰極（カソード）を作る様に容器１の本俸部を介して接
地されている。前記要素は例えばエキスパンデッドメタ
ル（ｅｘｐａｎｄｅｄ　ｍｅｔａｌ、）によって形成さ
れ得る。第１の区画５の要素には、第１の区画における
作動の間に短絡（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔｉｎｇ）
を生ずる危険性がより高い事を考慮して、別の区画６に
おける要素１２よりも大きな直径を有している。図示の
装置は、陰極要素１２と実質上同心的に延びている細長
い棒の形態をした複数の陽極要素１３を更に含んでいる
。陰極要素１３は、図示しない高圧電源に接続可能であ
る。陽極要素１３及び陰極要素１２は、図において別個
に示されてはいないが、テフロン（ＴＥＦＬＯＮ、登録
商標）の様な絶縁材料の薄い層を設けている。

ｇ置の出目区画７には機械的な分離器ユニット工４が設
けられており、該ユニットは水平面に対して角度を付け
て配置された複数の平行なプレートより構成されている
。装置を通過する液体の主要な流れの方向は、第１図及
び第３図中で矢印によって示されている。

上記装置を用いて、連続液相から分散液相を分離する事
は、炭化水素中の水の乳濁液（ｗａｔｅｒ　−ｊｎ　−
ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ）について
以下に記載されるであろう。人口導管２を介して容器１
内に導入される炭化水素中の水の乳濁液は、穿孔された
じゃま板１１を介して実質的に容器の全体の高さに亘っ
て分布し、続いて第１の区画５の陰極要素Ｊ２により囲
まれた空間を介して下方向に流れる。この区画において
、油中水滴乳濁液（ｗａｔｅｒ　−ｉｎ　−ｏｉｌ　ｅ
ｍｕｌｓｉｏｎ）は陽極要素１３を介して発生ずるパル
ス化された直流電界（ｐｕｌｓｅｄＤＣｆｉｅｌｄ）を
受ける。電界は、増加した寸法の水滴の形成を生ずる。

該水滴の一部は容器］の下方部分中の水の本体部内へ重
ノＪにより下降し始めるのに充分な程大きい。区画５を
通過した後に、既にかなりの量を脱水された炭化水素液
は、第２の区画６の陰極要素の内側を通過して上方向に
流れるであろう。この第２の区画において、炭化水素液
は更に静電処理（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｔｒｅ
ａｔｍｅｎｔ）を受ける。区画６における陰極要素は区
画５における陰極要素よりも直径が実質的に小さいので
、この更なる区画内の陽極要素を介して発生した電界は
、分散液の液滴を更に凝集する事を実質的により一層可
能としている。液体は連続的に生じ、機械的分離器ユニ
ット１４の平行なプレートに沿って流れる。連続炭化水
素相中に未だ存在している小さな水滴はプレートの表面
に接触し、そして付加的な凝集が生ずる間に前記表面Ｇ
こ沿って移動する。プレートの表面に残った水は、重力
により下降するのに十分大きな寸法の水滴となって容器
ｌの底部に向けて下降する。炭化水素液は上昇し、出口
区画７の上方部分中で収集された液体と一緒になる。分
離された炭化水素液及び分離された水は、それぞれ出口
導管３及び出口導管４を介して連続的に取り出される。

次に、第１図及び第２図において図示された装置の変更
例を示している第３図及び第４図を参照する。双方の図
面の組において示されている同一の要素は同一の参照符
号を伴って示される。更に図示された装置は、垂直タイ
プ（νｅｒｔｉｃａｌ　ｔｙｐｅ）と呼ばれるものであ
り、垂直方向に延びた実質的にシリンダ状の容Ｈ２０を
含んでいる。容器は複数の区画２１．２２及び２３に細
分されており、該区画は相互に上方へ配置され且つ実質
的に水平な仕切り壁２４．２５及び２６により形成され
ている。仕切り壁２４．２５及び２６は該仕切り壁の縁
部と容器２０の内側表面との間に通路２７が残り、容器
の作動の間に液体の下方への流れを許容する様な形状に
なっている。機械的な分離器デバイス１４が配置されて
いる下方の区ｉｉ！１ｉ２３は、穿孔を備えた実質上垂
直に延びているじゃま板２８を、分離器デバイス１４の
高さ全体に亘って液体を分布させるために備えている。

第３図及び第４図中で図示した装置の作動については、
最初に図示された実施例の記載を引用する。

図面は２つの静電分離器区画のみを図示しているけれど
も、本発明に関する装置は静電分離器装置を設けた２つ
以上の区画を設は得る事に注意すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する第１の装置の垂直断面説明図を
示し； 第２図は第１図のｎ−ｎ線に沿った横断面図を示し； 第３図は本発明に関する第２の装置の垂直断面説明図を
示し； 第４図は第３図のＩＩ−ＴＶ線に沿った横断面図を示す
。 １　、　２０−−一容器、　２−−一人口導管、３、　
４　−　出口導管　５．６，７．２＋。 ２２．２１−−一区画、　８，９．＋０．１１゜２８−
　じゃま仮、　１２−陰極要素、１３−　陽極要素、　
１４−−分離器ユニノ１□−，２’４．　２５．　２６
　−−−一仕切り壁、２７　−−−一通路。 代理人の氏名　川原１）−穂 第１頁の続き ０発　明　者　ステファヌス・パール　オランダ国デコ
ーパー　イスウエヒ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）静電凝集により連続液相から分散液相を分離する
   ための装置において、 入口導管と、該入口導管の下流で直列の少なくとも第１
   の区画及び第２の区画と、そして第２の区画の下流の出
   口導管とを伴った細長い容器を含み、 前記区画は相互に流体連通となっており、そして各々が
   、複数の実質的に平行で実質的にシリンダ状をしており
   且つ端部が開放されていて主要な流れの方向に配置され
   た陰極要素と、複数の棒状の陽極要素とを設けており、 各々の陽極は陰極要素の内側で実質上同心的に配置され
   ており、 上流の区画の陰極要素は、下流の区画の陰極要素の横断
   面面積よりも実質的に大きな横断面面積を有する事を特
   徴とする前記装置。
2. （２）陰極要素は容器の本体部を介して接地されている
   特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）陰極要素は実質的にシリン“ダ状の穿孔されたケ
   ージにより形成されている特許請求の範囲第１項又は第
   ２項のいずれかに記載の装置。
4. （４）陽極要素は絶縁材料の薄い層を設けている特許請
   求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つに記載の装置
   。
5. （５）陰極要素は絶縁材料の薄い層を設けている特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１つに記載の装置
   。
6. （６）容器は更に機械的分離デバイスを設けた出口区画
   を含んでおり、該デバイスは主要な流れの方向に関して
   傾斜して配置された複数の実質的に平行な表面を含んで
   いる特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１つに
   記載の装置。
7. （７）静電凝集により連続液相から分散液相を分離する
   ための方法において、特許請求の範囲第１項から第６項
   のいずれか１つに記載の装置が用いられる事を特徴とす
   る前記方法。
8. （８）液相はパルス化された直流電界を受ける特許請求
   の範囲第７項記載の方法。
9. （９）分散液相は水であり、そして連続液相は炭化水素
   液である特許請求の範囲第７項または第８項のいずれか
   に記載の方法。