特許 5778034 非混和性流体の分離方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5778034

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】非混和性流体の分離方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 17/04 20060101AFI20150827BHJP

   B01D 17/00 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   B01D17/04

   B01D17/00 503B

【請求項の数】15

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-535066(P2011-535066)

(86)(22)【出願日】2009年10月15日

(65)【公表番号】特表2012-508100(P2012-508100A)

(43)【公表日】2012年4月5日

(86)【国際出願番号】EP2009063498

(87)【国際公開番号】WO2010052108

(87)【国際公開日】20100514

【審査請求日】2012年10月9日

(31)【優先権主張番号】08168628.9

(32)【優先日】2008年11月7日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】505150095

【氏名又は名称】スルザー ケムテック アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100066692

【弁理士】

【氏名又は名称】浅村 皓

(74)【代理人】

【識別番号】100072040

【弁理士】

【氏名又は名称】浅村 肇

(74)【代理人】

【識別番号】100140028

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 義光

(74)【代理人】

【識別番号】100072822

【弁理士】

【氏名又は名称】森 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100123180

【弁理士】

【氏名又は名称】白江 克則

(74)【代理人】

【識別番号】100089897

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 正

(74)【代理人】

【識別番号】100137475

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 建

(74)【代理人】

【識別番号】100160266

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 裕之

(72)【発明者】

【氏名】ヴュ、ヴァン − コイ

(72)【発明者】

【氏名】ゲブラー、アンソル

【審査官】 神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４８−０５９４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−０１６６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２３２２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３５６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭３８−００４８８９（ＪＰ，Ｙ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ １７／００−１７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の流体（３）及び第２の流体（４）を含む容器（２）を備えるウォッシュ・セパレータ（１）であって、
前記第２の流体（４）は前記第１の流体（３）とは異なる密度を有し、
前記第１の流体（３）は前記第２の流体（４）とは混合されず、前記第１及び第２の流体は界面（５）によって互いに分離し、前記第２の流体（４）内に分配された供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）が、前記第２の流体（４）内を通過する際に、前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）中で分散相を形成している前記第２の流体（４）が該第２の流体（４）内へと取り込まれ、かつ、前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）中で連続相を形成している前記第１の流体（３）が前記第２の流体（４）とは混合されずに前記界面（５）によって該第２の流体（４）と互いに分離されている前記第１の流体（３）に取り込まれ、
前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）が設けられ、前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）は、連続相を構成する前記第１の流体（３）内に分散した液滴状の分散相を前記第２の流体（４）が形成するように、前記第１及び第２の流体（３，４）の分散体を含んでおり、
分配エレメント（６）が、前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）を前記第２の流体（４）に分配するために、前記容器（２）内に設けられ、
（i）合一を促進するためのエレメント（１４）が、前記分配エレメント（６）の排出開口（２３）と前記界面（５）との間、及び／又は（ii）前記界面（５）は、前記合一を促進するためのエレメント（１４）内に位置するように前記合一を促進するためのエレメント（１４）が設けられる、
ウォッシュ・セパレータ（１）。

【請求項2】

前記供給ストリームは、第１の供給ストリーム（２４，３１，６１）及び第２の供給ストリーム（１５）を含み、第２の流体の補充ストリームを前記第１の供給ストリーム（２４，３１，６１）に加えるための供給エレメント（１０）が、予め設けられていることを特徴とする請求項１に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項3】

前記供給ストリーム（１５）中で前記分散相を形成する前記第２の流体（４）の分量は、前記分配エレメント内において、９０容量％以下である、請求項１、又は２に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項4】

前記供給ストリーム（１５）中で前記分散相を形成する前記第２の流体（４）の分量は、６０容量％以下であることを特徴とする請求項３に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項5】

前記供給ストリーム（１５）中で前記分散相を形成する前記第２の流体（４）の分量は、４５容量％以下であることを特徴とする請求項３に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項6】

混合エレメント（１２）が、前記分配エレメントの上流に配置されており、且つ／又は、混合エレメント（２２）が前記第２の流体の排出ストリーム（２１）中に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項7】

混合エレメント（１２）が、静的ミキサーであることを特徴とする請求項６に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項8】

前記第２の流体（４）を、前記容器から前記第１の供給ストリーム（２４，３１，６１）へと再利用するためのライン（１７）が、予め設けられていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項9】

前記容器（２）は、底部（７）を有し、前記分配エレメント（６）は、少なくとも１つの排出開口（２３）を有し、前記界面（５）と前記分配エレメント（６）の前記排出開口（２３）との間の距離が、最大で１０ｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項10】

前記界面（５）と前記分配エレメント（６）の前記排出開口（２３）との間の距離が、最大でも３ｍであることを特徴とする請求項９に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項11】

前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）は、ガス（１８）及び／又は固相（１９）を含み、前記固相（１９）は、前記界面（５）の下に配置された固体保持エレメント（１１）によって分離されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項12】

前記第１の流体（３）は油分であり、前記第２の流体（４）は水分であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ。

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ（１）において実行される第１及び第２の非混和性流体を分離するための方法であって、前記第１及び第２の流体を含む前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）を容器（２）に供給し、分配エレメント（６）によって前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）を前記第２の流体（４）に分配する工程を含むことを特徴とする方法。

【請求項14】

前記供給ストリーム（１５，２４，３１，６１）は、第１の供給ストリーム（２４，３１，６１）及び第２の供給ストリーム（１５）を含み、
前記第２の供給ストリーム（１５）が前記分配エレメント（６）を離れる前に、第２の流体（４）を、前記第１の供給ストリーム（２４，３１，６１）に加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

請求項１〜１２のいずれか一項に記載のウォッシュ・セパレータ（１）の海底施設における使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１及び第２の非混和性流体、特に水・油分散体を水相及び油相に分離するための方法及びそのような分離を行うためのウォッシュ・セパレータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の三相分離器は、以下のように動作する。通常、油中水型分散物を、分離器内へと供給する。そのような油中水型分散物は、油井から得られた井戸流体であってもよい。この油中水型分散物は、主に油相から脱気したガスをさらに含んでいてもよい。

【0003】

従来の三相分離器は、３つのセクション、つまり、油中水（及びガス）型分散物を含む第１のセクションと、水と油が分離された第２のセクションと、油を含む第３のセクションとからなる。第１のセクションは、ある一定の供給量を貯蔵するために用いられ、また、フローホモジナイザー及び入口セクションとして機能する。第２のセクションでは、沈降による分離が行われる。第３のセクションは、油のための貯蔵セクションであり、また、フローホモジナイザーとしても機能する。沈降は、第１、第２、及び第３のセクションのいずれかにおいて行われる。沈降工程は、完了するのに数時間を要するため、第１、第２、及び第３のセクションはそれぞれかなりの容量が必要となる。このような従来の三相分離器は、分離器のサイズが限定されない条件下において満足に採用且つ運転することができる。

【0004】

しかしながら、従来の三相分離器は、その総面積のために、例えば海底石油生産環境における油中水型分散物の分離に用いる場合には、幾つかの制限を伴う。このような用途においては、高圧化で運転されるあらゆる分離設備に課せられる要求を満たすために、分離器のサイズを縮小する必要がある。

【0005】

沈降工程は重力による分離を伴うものであるため、沈降セクションにおける分散体の滞留時間が長くなる。３時間以上というのがこの滞留時間の一般的な数字である。高い分離効率が必要な場合には、油相内に存在する小さな副次的水滴を分離するために数時間の滞留時間が必要である。これは、例えば、重油・水混合物を分離しなければならない場合などである。

【0006】

海底の条件下において使用可能な分離器の要求がある。そのような高圧条件のための分離器は、そのサイズが小さい必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第２９４７３８０号明細書

【特許文献2】国際出願第ＷＯ２００５／１００５１２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、海底条件下での運転に適した分離器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、第１の流体及び第２の流体を含む容器を備え、第２の流体は第１の流体とは異なる密度を有し、第１の流体は第２の流体とは混合されず、第１及び第２の流体は界面によって互いに分離しているウォッシュ・セパレータであって、供給ストリームが設けられ、供給ストリームは、連続相を構成する第１の流体内に分散した液滴状の分散相を第２の流体が形成するように、第１及び第２の流体の分散体を含んでなる、ウォッシュ・セパレータにおいて、分配エレメントが、供給ストリームを第２の流体に分配するために、容器内に設けられ、供給ストリームは、分配エレメントから排出された後、容器内の第２の流体において最大で１５分の滞留時間を有することを特徴とするウォッシュ・セパレータによって解決される。

【0010】

好適な実施例において、容器内の第２の流体における滞留時間は、最大で１０分、好ましくは最大で５分である。

【0011】

供給ストリームは、第１の供給ストリーム及び第２の供給ストリームを含むことができる。第２の流体の補充ストリームを第１の供給ストリームに加えるための供給エレメントを予め設けることができる。

【0012】

供給ストリームにおいて分散相を形成する第２の流体の分量は、分配エレメント内において、９０容量％以下、好ましくは６０容量％以下、特に好ましくは４５容量％以下であり、それにより、ライン１７及び／又は補充ストリーム１６から６０容量％の第２の流体を得る。

【0013】

混合エレメント、特に静的ミキサーを、分配エレメントの上流に配置することができる。また、混合エレメントを、ウォッシュ・セパレータから排出される第１の流体のストリーム中に配置してもよい。

【0014】

第２の流体を、容器から第１の供給ストリームへと再利用するためのラインを予め設けることができる。

【0015】

容器は、底部を有する。当該底部の近くに、分配エレメントは配置される。分配エレメントは、第２の流体を分散相として含む第１の流体を分配するための少なくとも１つの排出開口を有している。本発明によれば、界面と分配エレメントの排出開口との間の距離は、滴径と、第１の流体の粘度と、第１及び第２の流体の密度差とに依存している。界面と分配エレメントの排出開口との間の距離は、最大で１０ｍ、好ましくは最大で５ｍ、特に好ましくは最大で３ｍである

【0016】

供給ストリームは、ガス（１８）及び／又は固相（１９）を含むことができ、固相は、界面の下に配置された固体保持エレメントによって分離することができる。

【0017】

合一を促進するためのエレメント（１４）を、分配エレメントの排出開口と界面（５）との間、及び／又は界面の上部に設けることができ、且つ／又は、界面は、エレメント内に位置する。

【0018】

第１の流体は油分であってもよく、第２の流体は水分であってもよい。

【0019】

本実施例のいずれか一つに係るウォッシュ・セパレータにおいて実行される第１及び第２の非混和性流体を分離するための方法は、第１及び第２の流体を含む供給ストリームを容器に供給し、分配エレメントによって供給ストリームを第２の流体に分配する工程を含む。

【0020】

前記方法を実行するために、供給ストリームは、第１の供給ストリーム及び第２の供給ストリームを含むことができる。当該方法はさらに、第２の供給ストリームが分配エレメントを離れる前に、第２の流体を、第１の供給ストリームに加える工程をさらに含むことができる。

【0021】

ウォッシュ・セパレータは、臨界点での圧力よりも小さい圧力で、又は大気圧下で、又は大気圧よりも小さい圧力下で、又は少なくとも大気圧で、且つ臨界点での圧力もよりも小さい圧力で、好適に運転される。

【0022】

ウォッシュ・セパレータは、好ましくは、海底施設で使用される。

【0023】

前記の方法によって、特に、少なくとも１ｂａｒの且つその臨界圧までの及び当該臨界圧を含む圧力、好ましくは１０〜１５０ｂａｒの圧力、特に好ましくは４０〜１２０ｂａｒの圧力の海底条件下で、ＢＳＷ値が最大で１０容量％、好ましくは最大で５容量％、特に好ましくは最大で１容量％、最も好ましくは最大で０．５容量％の中間生成物として、油を得ることが可能である。

【0024】

実験及び実地データから、３ｍ未満のウォーター・レッグを用いることによって０．５容量％未満のＢＳＷを得ることができることが示された。

【0025】

本発明を、図面を参照しながら以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】油の相図を示す。

【図2】従来の三相分離器を示す。

【図3】本発明の第１実施例に係るウォッシュ・セパレータを示す。

【図4】本発明の第２実施例に係るウォッシュ・セパレータを示す。

【図5】本発明の第３実施例に係るウォッシュ・セパレータを示す。

【図6】前記ウォッシュ・セパレータの動作範囲を含めた、図１の相図を示す。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0027】

図１は、井戸流体等の油の相図を示し、ある圧力・温度条件下においてどの相が安定しているかを示している。図の横軸又はｘ軸には、温度Ｔを示しており、縦軸又はｙ軸には、圧力ｐを示している。

【0028】

従って、Ｃは、臨界圧ｐｃ及び臨界温度Ｔｃを有する臨界点を示す。最大圧力点は、クリコンデンバール点１００と呼ばれることが多い。クリコンデンバール点は、必ずしも臨界点Ｃに対応するものではない。臨界点の左側に延びる曲線は、液体飽和曲線１０１である。当該曲線の他の部分、つまり、臨界点の右側に延びる曲線は、蒸気飽和曲線１０２である。

【0029】

異なる相がそれぞれ安定する領域は以下のとおりである。液相が安定する領域は、符号Ｌで示され、図１において、液相から油の液相及び気相が共存する２相領域Ｖ＋Ｌへの遷移を示す液体飽和曲線１０１上を伸びている。超臨界流体の領域である濃密相への遷移温度は、臨界点の温度の上に存在しているが、液相が安定する領域Ｌの上限境界を示している。

【0030】

臨界点における温度よりも上には、濃密相のみが存在している。気相Ｖは、図１では、蒸気飽和曲線の右に延びており、これは、２相領域からの遷移を意味している。領域Ｖは、臨界点に対応する温度を示す線まで伸びている。

【0031】

従って、図１においては、Ｌ＋Ｖは、液体と気体が同時に存在する２相領域を示している。

【0032】

図２に示す従来の三相分離器１１０は、以下のように動作する。油中水型分散物を、分離器内へと供給する。そのような油中水型分散物は、油井から得られた井戸流体であってもよい。そのような場合、この油中水型分散物は、主に油相に溶解したガスをさらに含んでいてもよい。よって、この油中水型分散物における油相１１３は、連続相であり、水相１１４は、タンク１１２の第１のセクション１１５において液滴状で存在している。

【0033】

図２に示す従来の三相分離器１１０は、３つのセクション、つまり、油中水（及びガス）型分散物を含む第１のセクション１１５と、分散物が２つの相に分離した第２のセクション１１６と、油を含む第３のセクション１１７とからなる。第１のセクション１１５は、ある一定量の供給ストリーム１２５を貯蔵するために用いられ、また、フローホモジナイザー及び入口セクションとして機能する。第２のセクション１１６では、沈降による分離が行われる。第３のセクション１１７は、油のための貯蔵セクションであり、また、フローホモジナイザーとしても機能する。沈降は、第１、第２、及び第３のセクション（１１５，１１６，１１７）のいずれかにおいて行われうる。沈降工程は、完了するのに数時間を要するため、第１、第２、及び第３のセクション（１１５，１１６，１１７）はそれぞれ相当な容量を必要とする。このような従来の三相分離器は、分離器のサイズが限定されない条件下において満足に採用且つ運転することができる。第１のセクション１１５は、第２のセクションから、有孔板１２０によって分離することができる。分散物は有孔板１２０を越えて移動する。

【0034】

第１のセクションから第２のセクションへ、その後第３のセクションへと分散物が移動する間、沈降工程において、重力による分散物の２つの相への分離が行われる。油相内に存在する水滴が降下し、水相に存在する油滴がゆっくりと界面１１８へと上昇する。各液滴が界面に到達すると、それらは対応する連続相に同化することによって、油滴は油相１１３によって受け止められて油相１１３に同化する一方、水滴は水相１１４によって受け止められて水相１１４に同化する。

【0035】

油相１１３は、第２のセクション１１４を通過し、溢れぜき（オーバーフローウェア）１１９を介して第３のセクション１１７に供給される。油の最上層は、移されて（デカントされて）、つまり、せき（ウェア）１１９から溢れ出て第３のセクションを構成するボウルに集められる。水相は、第２のセクションにおけるタンクの底部に蓄積され、残留物１２６としてタンクから排出される。

【0036】

第３のセクション１１７は、油の貯蔵セクションであり、また、そこから油を排出油１２８として後段の処理部に連続的に供給することができるアキュムレータとしても機能する。よって、第３のセクションによって、油を後段の連続する処理部で利用することができる。

【0037】

油相からのあらゆるガスの分離、つまり脱気工程は、主に第２及び第３のセクションにおいて行われる。気相は、タンク１１２の上部から、排気ストリーム１２７によって排出される。

【0038】

第２のセクションから第３のセクションへの油相の漸進的移動を、点線の矢印１３０によって示す。第２のセクションの中をゆっくりと進む間、油に含まれる水滴は、重力によって下降する。その結果、図２に示すように第２のセクションの境界をその右側で定めるせき（ウェア）１１９に達する時には、油中水型分散物の最上層から水が無くなる。

【0039】

油の中の水滴のサイズが非常に小さい且つ／又は油と水との間の密度差が小さい場合、沈降作用には、数時間を要し得る。２４時間という沈降時間は、従来の三相分離器の場合珍しいことではない。ストークスの法則は、液滴のサイズと液滴の沈降速度との関係を説明しているが、ここでより詳細に説明する。ストークスの法則によれば、小さな液滴の場合、沈降の速度は大幅に減少することになるため、必要な沈降又は滞留時間は長くなる。

【0040】

分離器は、このように長い沈降（又は滞留）時間のために設計される必要があり、非常に大型の石油プラットフォームなどの用途の場合、結果として大型化してしまう。

【0041】

図３、図４、及び図５に示す本発明のウォッシュ・セパレータは、図２に示す従来の三相分離器と比較して、わずか数分の滞留時間しか必要としない。この短い滞留時間のおかげで、このウォッシュ・セパレータは大幅に小型化することが可能となる。図２に示す従来の三相分離器に必要な第１のセクションは、図３〜５のいずれの場合においても、完全に省くことができる。

【0042】

ウォッシュ・セパレータ１は、第１の流体及び第２の流体４を含む容器２を備えており、第２の流体４は、第１の流体３とは異なる濃度を有している。第１の流体３は、第２の流体４とは混ざらず、第１及び第２の流体は、界面５によって互いに分離している。供給ストリーム１５が設けられており、この供給ストリーム１５は、第１及び第２の流体（３，４）の分散体を含んでいる。よって、第２の流体４は、供給される際には、連続相を構成している第１の流体３内に分散した液滴状の分散相を構成している。供給ストリーム１５は、分配エレメント６を通じて、ウォッシュ・セパレータ１内に連続的に流入させてもよい。容器２に設けられる分配エレメント６によって、供給ストリーム１５は、第２の流体４へと分配される。なお、分散物が分配エレメントを通過した後、各相は、既知の分離器とは反転する。容器内の第２の流体４は、ここでは大部分が連続相であり、その中に第１の流体３を含む液滴が分配される。第１の流体３のこれらの液滴は、再び第２の流体４の小さな液滴を含んでもよい。

【0043】

よって、相の構成にかかわらず、第１の流体３は、常に低濃度の流体であり、第２の流体は、高濃度の流体となる。特に、第１の流体が油であり、第２の流体が水であってもよい。この特定の場合、供給ストリーム１５は、油中水型分散物である。よって、参照符号３は、油相を指し、参照符号４は、水相を指す。また、水は、図３，４及び５のそれぞれの供給ストリーム（２４，６１，３１）において生産される水であってもよい。また、該水は、例えば海水などのような未使用水１６、又はライン１７における水のような再利用水であってもよい。

【0044】

このような転相を利用することで、合一により、全く異なる分離メカニズムによって引き起こされる分離が可能になる。これは、分配エレメント６から排出された後の供給ストリーム１５の滞留時間が、容器内の第２の流体において最大でも１５分ということの一番の理由である。本発明では合一を利用することができるので、容器２における第２の流体４での滞留時間は、最大で１０分、好ましくは最大で５分である。

【0045】

このような合一を可能にするウォッシュ・セパレータの設計によって、沈降に基づく従来の重力分離器と比べて、分離の予期せぬ素晴らしい改良が得られる。

【0046】

油／水系に関して説明するが、この予期せぬ結果には、以下のメカニズムが寄与していると考えられる。ただし、本開示は、決して油／水系に限定されるものではなく、第１及び第２の流体を含むあらゆる分散物に拡張できる。ウォッシュ・セパレータにおいて、水中油型分散物、又は水中油中水型分散物、つまり複合分散体、を構成する水相に存在する油滴を、シナリオａ）又はシナリオｂ）で表現される２つの異なるメカニズムを通過する。

【0047】

油滴が、水滴を含む場合、水滴は、シナリオａ）に従って油滴に合着するか、又は、水滴は、シナリオｂ）に従って容器内の連続水相から油滴を分ける界面に移動して、当該油滴の周りを取り囲む連続水相に合着する。

【0048】

シナリオａ）では、ウォーター・レッグ内の油滴の移動によって誘起される、油滴内の二次流れ場のために、油滴内の水滴は移動している。油滴内で移動している間、水滴は他の水滴にぶつかる。他の水滴と接触すると、それら２つの小さな水滴は、合体して単一のより大きな水滴になる傾向がある。

【0049】

シナリオｂ）では、油滴内を移動する水滴は、油滴の、その周囲を囲む連続水相との界面に向かって移動する傾向がある。そのような水滴が界面に達すると、その水滴は、油滴を囲む連続水相と合体する。その結果、油滴内の水滴の数は減少する。最終的に、油滴からは水滴が消失する。

【0050】

実験的に、シナリオｂ）は、水相内の油滴の上昇移動中において、シナリオａ）よりも起こり易いようであるということが示されている。

【0051】

両シナリオでは、油滴内の小さな水滴のサイズが大きくなる且つ／又は数が減る。従って、両シナリオは、油分と水分の分離の向上に寄与することになる。

【0052】

油分と水分の分離は、ウォッシュ・セパレータにおける水相と油相との界面５で起こる。シナリオａ）では、油滴が界面５に達すると、油滴は、界面の上部及び界面より上の流体層を構成する油相３に吸収される。油滴内の水滴は、その大きさのために、界面の下部、つまり、界面５の下の水相へと移動しやすい。

【0053】

この水相への移動は、ストークスの法則、重力による分離の説明で用いたモデルによっても起こるはずである。

【0054】

ストークスの法則は、液滴の沈降速度に関するものであり、本件では、シナリオａ）の、界面下部方向の水滴の下降移動に関連する。

【0055】

ストークスの法則によれば、液滴の沈降速度は、液滴の直径の平方に比例する。従って、液滴のサイズの増加は、液滴の沈降速度に対して大きく影響する。

【0056】

従って、シナリオａ）では、大きな水滴は、水相によって形成される界面の下部方向に移動しやすく、また、水滴は、油滴と一緒に油相内へと取り込まれやすい。その結果、シナリオａ）が起こると、水・油分散体の分離効果が改善される。

【0057】

シナリオｂ）ではすでに、油滴内の小さな水滴の数が連続的に減少するため、油滴が水相内を通過する時に、分離の向上をもたらす。

【0058】

従って、結果として、シナリオａ）とシナリオｂ）のいずれかが起こると、どちらのシナリオも液滴の合一を利用するので、分離が向上する。

【0059】

さらに、油滴内の複合分散体の存在は、油滴内の小さな水滴の間の距離が、従来の三相分離器の油分層における水滴間の距離と比べてずっと短くなるという別の利点を有する。従って、これらの水滴は、シナリオａ）によりずっと速く合一するか、シナリオｂ）によってずっと速く油分／水分界面に達する。

【0060】

従って、このような合一を可能にするウォッシュ・セパレータの設計によって、沈降に基づく従来の重力分離器と比べて、分離の予期せぬ素晴らしい改良が得られる。

【0061】

図３に示すウォッシュ・セパレータは、第１の流体３及び第２の流体４の分離が完了する第１のセクション８と、第２のセクション９とを有する。第１の流体は、脱気することができるので、第１のセクション８又は第２のセクション９に存在するどの気相も排出される。第２のセクションからは、第１の流体が、生産物ストリーム２０として排出される。第１の流体は、せき（ウェア）２５を越えて第１のセクションから第２のセクションへと流れる。第１の流体内に存在するどの気相も、容器の上部へ上昇して、ガス流１８として排出される。

【0062】

有利には、第２の流体の補充ストリーム１６を供給ストリームに添加するための供給エレメント１０を、予め設けておくことができる。あるいは、又はこれに加えて、容器２の底部７から離れていく第２の流体４のストリーム２２から分かれるライン１７を、供給ストリーム１５が分配エレメント６に流入する前に、供給ストリーム１５に添加してもよい。供給ストリームにおける第２の流体の分量が、分配エレメント内において、つまり分配エレメント６から排出される前の時点で、９０容量％以下、好ましくは６０容量％以下、等に好ましくは４５容量％以下であれば、思いがけなく、分離に必要な容器２の容量を増やす必要はない。それにより、ライン１７及び／又は補充ストリーム１６から６０容量％の第２の流体を得る。

【0063】

そのような相当量の第２の流体を供給ストリーム１５に添加することによって、容器２における滞留時間が減り、分離効率に悪影響がでると通常は考えられる。あるいは、同じ分離効率が得ようとするには、容器の容量を増やす必要があると通常は考えられる。驚いたことに、第２の流体４を供給ストリーム１５に添加することがこれらの予想された影響に繋がらないだけではないということがわかった。たとえウォッシュ・セパレータの容器の容量を増やさなくても、この場合滞留時間が短くなるが、より効率的な分離を達成することができるのである。よって、特に第２の流体を供給ストリーム１５に添加する場合、図２に示す分離器と比べて、ウォッシュ・セパレータの大きさを大幅に小さくすることができる。ウォッシュ・セパレータ１における分離は、沈降によって起こるのではなく、主に合一に基づくものであるということが分かっている。このことは、分離は、ストークスの法則や液滴の沈降速度、又は容器の容量における滞留時間によって制限されるのではなく、特に多くの原油系における沈降時間と比べて非常に短い合一時間によるということを意味している。前に述べたようにシナリオａ）又はシナリオｂ）に基づく、第１の流体の液滴内での第２の流体の液滴の合一は、分離効率の向上及び滞留時間の短縮化に関与している。第２の流体の添加、特に、供給原油に水を添加することによって、供給ストリーム１５内に存在する界面活性剤及びナフテン酸の濃縮を減らし、合一を著しく促進することができる。ナフテン酸塩の形成が抑えられるため、界面５が遮られるのを防止する

【0064】

補充ストリーム１６及び／又はライン１７で添加する第２の流体の量は、通常、原油フィールドの存続期間の間に減らすことができる。これは、供給ストリーム２４，３１及び６１における第２の流体の量が、補充ストリーム１６及び／又はライン１７による第２の流体の添加無しに、増加するからである。供給ストリーム１５における第２の流体の分量は、分配エレメント内において、９０容量％以下、好ましくは６０容量％以下、特に好ましくは４５容量％以下であり、それにより、ライン１７及び／又は補充ストリーム１６から６０容量％の第２の流体を得る。

【0065】

補充ストリーム１６及び／又はライン１７は、分配エレメント６から離れる前に、供給ストリーム２４，３１及び６１と混合させることができる。この目的のために、混合エレメント１２、特に静的ミキサーを、分配エレメント６の上流に配置することができる。

【0066】

分配エレメントから離れていく供給ストリームにおける第２の流体内の第１の流体の液滴の滴径は、分配エレメントの１つ以上の排出開口によって決定される。このような分配エレメントは、平均径が１０ｍｍ未満の液滴を形成するノズルを備えるものであってよい。若しくは、分配エレメントは、数ミリメートルの範囲の、好ましくは平均滴径が１〜２５ｍｍの、特に好ましくは１〜１５ｍｍの、液滴を形成する複数の排出開口を備えていてもよい。

【0067】

さらに、分離が向上することで、容器２における界面５と分配エレメント７の排出開口２３との間の距離は、１０ｍまで、好ましくは５ｍまで、特に好ましくは３ｍまでである。

【実施例2】

【0068】

図４は、図３と同様の構成を有する容器２を備えた、本発明の第２実施例に係るウォッシュ・セパレータ１を示す。このウォッシュ・セパレータ１の特徴に関しては、図３の説明を参照されたい。図４において、ウォッシュ・セパレータ１の上流には、第２ウォッシュ・セパレータ６０が示されている。この特定の実施例において、ウォッシュ・セパレータ１は、概略的にのみ示す第２ウォッシュ・セパレータ６０から来る供給ストリーム１５として、「低気対液・低ＢＳＷ生原油」を用いて運転される。

【0069】

「低気対液・低ＢＳＷ生原油」という用語は、井戸から産出されたり貯留槽から供給されたりするような原油のことを表し、クルード又は産出クルード（プロダクション・クルード）としても知られるものである。このような原油は、当該原油が安定していることを確実にし、また輸送及び貯蔵中の脱気を避けるためのＲＶＰ、つまりリード蒸気圧によって特徴付けられる。さらに、原油は、ＢＳＷ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ：塩基性沈殿物及び水）値によって特徴付けられる。ＢＳＷとは、水分と、沈殿物、つまり固相との容量パーセントのことである。このＢＳＷ値は、原油の輸出品質規格を満たすために通常は最大で０．５容量％でなくてはならない。さらなる特徴値として、があり、これは、塩化ナトリウムと等価の１００ｍｇ／ｌ未満、特に、原油がその後の精油工程において適切に処理できるように６０ｍｇ／ｌ未満である必要がある。

【0070】

第２ウォッシュ・セパレータ６０は、対気条件下で運転される。この第２ウォッシュ・セパレータにおいては、分離に加えて脱気処理も行うことができ、これは図３のウォッシュ・セパレータと同じ特徴を持ち、図３に開示の第１実施例との関連で説明したように運転される。第２ウォッシュ・セパレータへの供給ストリーム６１は、第１及び第２の流体の分散体であり、特に、水を含む原油であって、「二相生原油」及び水、又は「液相生原油及び水」、又は、脱気した「低気対液・低ＢＳＷ生原油」及び水の混合物のいずれかである。よって、「生原油」は、相当量の溶解した気相を含む、つまり、通常大気圧下で存在する原油である。「二相」とは、図１又は図６の相図において、液相と気相が共存する領域、つまりＬ＋Ｖ領域に関する。「液相生原油」という用語は、におけるＬ領域の分散体に関する。脱気した「低気対液・低ＢＳＷ生原油」という用語は、図４又は図５の供給ストリーム１５、図３の供給ストリーム１５、若しくは図６に示す供給ストリーム１５のいずれかを指す。

【0071】

このウォッシュ・セパレータ１は、大気圧の範囲内の圧力ｐと、４０〜４５℃の範囲内の温度Ｔで、前記タイプの供給ストリーム１５のために運転される。供給ストリーム１５、つまり「低気対液・低ＢＳＷ生原油」は、脱気前原油、又は、より高圧化で運転される第２セパレータ６０から来る「低気対液比率生原油」からなる。ウォッシュ・セパレータ１において行われる分離処理から得られる生産物は、この場合、安定化油の生産物ストリーム２０である。このような安定化油は、ＲＶＰ、ＢＳＷ及び塩分濃度に関する販売仕様に適合する。ウォッシュ・セパレータ１から得られた生産物又は、複数のウォッシュ・セパレータが第２ウォッシュ・セパレータ６０に対して直列配置されている場合にはそれらウォッシュ・セパレータの最後から得られた生産物は、貯蔵及び輸送のための上記仕様に適合する安定化原油である。

【0072】

また、供給ストリーム６１は、固相１９を含んでいてもよい。固相は、混合エレメント１２を通過し、供給ストリーム１５と共に容器に流入する。固相１９は、界面５の下に配置された固体保持エレメント１１によって分離することができる。

【0073】

分散物を処理するための、特に原油を処理するためのプラントにおけるウォッシュ・セパレータ１の第３の可能な配置構成を、図５に示す。

【0074】

図５において、ウォッシュ・セパレータ１の上流において脱気処理を行うために脱気装置３０を、予め設けておくことができる。ウォッシュ・セパレータは、圧力下において運転され、図３に示すものと同じ構成を有している。

【0075】

また、合一を促進させるためのエレメント１４を、図３、図４又は図５に示す実施例のいずれかにおける、分配エレメント６の排出開口２３と界面５との間に設けることができる。また、分配エレメントは、複数の排出開口２３を備えていてもよい。このような合一を促進するためのエレメント１４は、例えば、規則充填物、織物又は不織物構造、若しくは有孔板として構成してもよい。

【0076】

混合エレメント２２を、第２の流体の一部をまだ含み、ウォッシュ・セパレータ１の容器２から排出される、第１の流体２０のストリーム中に配置してもよい。混合エレメント２２は、第２の流体の一部をまだ含む第１の流体２０のストリームの分散と均質化をもたらし、第２の流体の凝集体の形成を防止する。このような凝集体は、第２の流体がスラリーの場合に、形成されやすい。さらに、第２の流体内に存在するハイドレートの生成を、第２の流体の一部をまだ含む第１の流体２０のストリームの分散と均質化によって減少させることができる。

【0077】

図６は、本発明の実施例のいずれかに係るウォッシュ・セパレータの可能な運転範囲を示す。水平ハッチング領域１０７を含む、クロスハッチング領域１０３，１０５及び１０６は、ウォッシュ・セパレータの可能な作動点を示している。これと比較して、従来のウォッシュ・タンクは、非常に狭い水平ハッチング領域１０７においてのみ運転することができる。従来のウォッシュ・タンクは、例えば特許文献１又は特許文献２に開示されている。先行技術に係るウォッシュ・タンクが相図の水平ハッチング領域１０７においてのみ運転可能であることを考えると、本発明に係るウォッシュ・セパレータの可能な運転のこの広い領域は、別の驚くべき効果である。本発明に関連して説明した合一に基づく分離メカニズムは、驚くことに液液分散系だけではなく、図１又は図６のＬ＋Ｖ領域１０３に図らずも該当する気液分散系にも適用することが可能である。

【0078】

前記実施例のいずれかに係るウォッシュ・セパレータ１において行われる第１及び第２の非混和性流体を分離するための方法は、第１及び第２の流体を含む供給ストリーム１５を容器２に供給し、分配エレメント６によって供給ストリーム１５を第２の流体４に分配する工程を含む。当該方法は、加えて、供給ストリーム１５が分配エレメント６から離れる前に第２の流体４を供給ストリーム２４，３１又は６１に加える工程を含んでいてもよい。

【0079】

ウォッシュ・セパレータは、臨界点での圧力より小さい圧力下で、又は大気圧下で、さらには大気圧よりも小さい圧力下でも運転することができる。また、ウォッシュ・セパレータは、少なくとも大気圧で、又は臨界点での圧力よりも小さい圧力でも運転することができる。供給ストリームは、液液分散系又は気液分散系を含む。

【0080】

前記実施例のいずれかに係るウォッシュ・セパレータの最も好適な利用法のうちの１つは、海底施設における原油と水の分離である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】