(57)【要約】【課題】天然ガス随伴水、油田随伴水等の天然資源採取時随伴水に適用したときに、乳化油分を効率的に除去し得る油水分離システムを提供すること。【解決手段】油水分離ユニットと、浄水ユニットとを含む油水分離システムであって、前記油水分離ユニットは、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層との積層体から成る油水分離フィルターを有し、前記繊維構造体は、繊維径０．１〜１０μｍの複合繊維から成り、前記油水分離フィルターの目付けは、２００〜１，０００ｇ／ｍ２であり、前記浄水ユニットは、前記油水分離ユニットの下流に配置されており、正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透膜ユニットから選択され、そして  天然資源採取時の随伴水の処理に用いられる、油水分離システム。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
油水分離ユニットと、浄水ユニットとを含む油水分離システムであって、
前記油水分離ユニットは、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層との積層体から成る油水分離フィルターを有し、
前記繊維構造体は、繊維径０．１〜１０μｍの複合繊維から成り、
前記油水分離フィルターの目付けは、２００〜１，０００ｇ／ｍ２であり、
前記浄水ユニットは、前記油水分離ユニットの下流に配置されており、
正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透膜ユニットから選択され、そして  天然資源採取時の随伴水の処理に用いられる、
油水分離システム。
【請求項２】
前記繊維構造体が、アルミナ繊維及びガラス繊維を含む繊維構造体である、請求項１に記載の油水分離システム。
【請求項３】
前記合成長繊維不織布が、ポリエステル及びナイロンから選択される合成長繊維から成る不織布である、請求項１又は２に記載の油水分離システム。
【請求項４】
前記油水分離フィルターが、１層の前記繊維構造体の層と、１層の前記合成長繊維不織布の層とを積層した２層フィルターである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の油水分離システム。
【請求項５】
前記油水分離フィルターが、前記繊維構造体の層を、２層の前記合成長繊維不織布の層間に挟み込んで積層した３層フィルターである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の油水分離システム。
【請求項６】
油分を４０ｐｐｍ〜５％含む水の油分含有量を４０ｐｐｍ未満まで減少させることができる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の油水分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油水分離システムに関する。詳しくは、本発明は、処理対象液である乳化油分が微分散された油水混合液から、低ランニングコストで効率よく、乳化した油分を分離することができる油水分離システムに関する。特に、天然ガス随伴水、油田随伴水等の天然資源採取時に生じる随伴水の処理に用いられる油水分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石油、石炭、ガス等の掘削において、主生産物とともに、塩の水溶液と油分との混合物である随伴水が産出される。
在来型の油田及びガス田では、採掘が進むにつれて油ガス田が老化して行くため、該老化に伴って概ね以下のような採掘態様を採る。
先ず、採掘初期においては、石油又はガスのみが地中圧によって自噴する。次いで、油ガス田の老化に伴って、油ガスとともに、地下水等が随伴水となって産出されるようになる。さらに老化して油ガスの自噴ができなくなると、油ガス田に水又は海水を注入して地中圧を増加させて油ガスを噴出させる方法が採られる。この最終段階においては、油ガス田の老化時以上に随伴水が産出されることになる。
近年のシェール油ガス田においては、油ガスを生産する時に、地盤を水圧破壊するためのフラッキング水を注入する。従って、油ガスの生産時には、この注入水が随伴水となって同時に産出される。
【０００３】
これらの随伴水には、油分が多く含まれているため、油ガスの生産時に、これらの随伴水を例えば再利用又は廃棄するに際しては、効率よく高い精度で水相と油分相とに分けることが求められている。
【０００４】
油分が混入した洗浄液中の油分分離には一般的にフィルターを用いた粗粒化分離が行われている。
例えば、特許文献１には、水中に微分散している乳化油分を高効率で分離する油水分離フィルターであって、吸着平衡後においても充分な油分除去性能を有する油水分離フィルターの提供を目的とし、アルミナ繊維とガラス繊維とを含むフィルターが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２-２００６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、天然ガス随伴水、油田随伴水等の天然資源採取時随伴水に適用したときに、乳化油分を効率的に除去し得る油水分離システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のとおりのものである。
《態様１》
油水分離ユニットと、浄水ユニットとを含む油水分離システムであって、
前記油水分離ユニットは、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層との積層体から成る油水分離フィルターを有し、
前記繊維構造体は、繊維径０．１〜１０μｍの複合繊維から成り、
前記油水分離フィルターの目付けは、２００〜１，０００ｇ／ｍ２であり、
前記浄水ユニットは、前記油水分離ユニットの下流に配置されており、
正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透膜ユニットから選択され、そして
天然資源採取時の随伴水の処理に用いられる、
油水分離システム。
《態様２》
前記繊維構造体が、アルミナ繊維及びガラス繊維を含む繊維構造体である、態様１に記載の油水分離システム。
《態様３》
前記合成長繊維不織布が、ポリエステル及びナイロンから選択される合成長繊維から成る不織布である、態様１又は２に記載の油水分離システム。
《態様４》
前記油水分離フィルターが、１層の前記繊維構造体の層と、１層の前記合成長繊維不織布の層とを積層した２層フィルターである、態様１〜３のいずれか一項に記載の油水分離システム。
《態様５》
前記油水分離フィルターが、前記繊維構造体の層を、２層の前記合成長繊維不織布の層間に挟み込んで積層した３層フィルターである、態様１〜３のいずれか一項に記載の油水分離システム。
《態様６》
油分を４０ｐｐｍ〜５％含む水の油分含有量を４０ｐｐｍ未満まで減少させることができる、態様１〜５のいずれか一項に記載の油水分離システム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の油水分離システムによれば、処理対象液である乳化油含有水から、効率よく、乳化油含有水の油分濃度を低減できる。
本発明の油水分離システムに用いられる油水分離フィルターは、目詰まりをすることなく、短時間に大量の処理をすることが可能である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《油水分離システム》
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の油水分離システムは、
油水分離ユニットと、浄水ユニットとを含む油水分離システムであって、
前記油水分離ユニットは、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層との積層体から成る油水分離フィルターを有し、
前記繊維構造体は、繊維径０．１〜１０μｍの複合繊維から成り、
前記油水分離フィルターの目付けは、２００〜１，０００ｇ／ｍ２であり、
前記浄水ユニットは、前記油水分離ユニットの下流に配置されており、
正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透膜ユニットから選択され、そして
天然資源採取時の随伴水の処理に用いられる、
油水分離システムである。
【００１０】
本発明における油水分離とは、水中に存在する油又は油中に存在する水などといった互いに不溶性の液体を分離させることを意味する。本発明では、水中に分散する直径１μｍ以下の油滴（以下、微細油滴と記す。）状態となっている油水を好適に分離することができる。このような微細油滴は、油分が乳化して微分散された状態であることが多く、従来のシステムではこのような微細油滴の分離は困難である。
【００１１】
本発明の油水分離システムは、濾過開始時点の初期圧で、後述する微細油滴を含有する試料溶液における、油滴径０．１μｍ以上の水中の油滴も大部分（例えば９０％以上）を除去することができる。これは、本発明の油水分離システムにおけるフィルターが従来の粗粒化処理ではなく、コアレッシング濾過方式であるため、微小な油滴を分離することができるものであることに加え、フィルターの下流側に更に、最適な浄水ユニットを具備することに起因する。
【００１２】
本発明の油水分離システムは、フィルターが、吸着平衡状態となった後でも、初期時と実質的に同じ性能、すなわち油滴径０．１μｍ以上の水中の油滴の大部分を除去することができる。
フィルターによる濾過を継続して行くと、一般に、処理時間の増大に伴って処理圧が上昇して行く。しかし、ある時点でで、それ以上の圧上昇が起こらなくなる。この状態が「吸着平衡状態」と呼ばれ、吸着による油分の除去が限界に達したことを示す。
従来の油水分離システムは、フィルターが吸着平衡状態に達すれば、それ以上の濾過は不可能であった。しかしながら本発明の油水分離フィルターでは、フィルターにおいてコアレッシングによる油分の除去が可能であるために、吸着平衡状態以降でも優れた油水分離性能を示すことができる。
【００１３】
ここで、処理液中の油分の濃度は市販の全有機体炭素量（ＴＯＣ）測定装置を用いてＴＯＣ量として、油滴の粒径は市販の粒度分布装置を用いて、それぞれ測定することができ、処理前後の処理液の油分濃度、及び粒径が０．１μｍ以上の油滴量の比格から、油分の除去量を算出することができる。
【００１４】
〈油水分離フィルター〉
本発明における油水分離フィルターとしては、特に水中に存在する油滴を粗大化させ比重差により分離をさせるコアレッシングによるフィルターを用いることが好ましい。
本発明における油水分離フィルターは、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層との積層体から成る。
本発明における油水分離フィルターとしては、この繊維構造体の層を単独で用いても、従来技術に比べて高い油分除去能力を示すが、上記の繊維構造体の層と、合成長繊維不織布の層との積層体から成る油水分離フィルターを用いることが、フィルターの強度、取り扱い性、及び油水分離性能の点で好ましい。吸着能向上の点から、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層とは、熱融着樹脂等のバインダーを使用せずに固定されていることが好ましい。
【００１５】
（繊維構造体）
本発明における油水分離フィルターにおける繊維構造体の層としては、アルミナ繊維及びガラス繊維を含む繊維構造体の層が好ましい。繊維構造体としては特に限定されないが、不織布が好ましい。
繊維構造体におけるアルミナ繊維は、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＯＯＨを主成分とする微細繊維であることが好ましく、この微細繊維がガラス繊維に担持されている状態にあることがより好ましい。
【００１６】
アルミナ繊維の平均繊維径は、１〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
ガラス繊維の平均繊維径は、０．１〜１０μｍの範囲にあることが好ましく、０．１〜１μｍの範囲にあることがより好ましい。
繊維構造体の平均繊維径は０．１〜１０μｍであることが好ましい。
アルミナ繊維及びガラス繊維の平均繊維径は、これらを含む不織布の表面を撮影した電子顕微鏡像から知ることができる。具体的には、不織布を構成する各繊維の繊維径をそれぞれ１０点ずつ実測し、その平均値で示す。
【００１７】
（合成長繊維不織布）
合成長繊維不織布はスパンボンド法により製造される合成長繊維の不織布が好ましく、材質は特に限定しないが、ポリエステル、ポリアミド（例えばナイロン）等を用いることが、機械的強度及び耐油性の点から優れるため、好ましい。
【００１８】
（油水分離フィルターの層構成）
《態様４》
本発明の油水分離フィルターは、繊維構造体の層と合成長繊維不織布の層との積層体から成る。その層構成は任意であり、これらの層を各１層以上順不同で積層させて得た積層体であってよい。
具体的には例えば、
１層の前記繊維構造体の層と、１層の合成長繊維不織布の層とを積層した２層フィルター、
繊維構造体の層を、２層の合成長繊維不織布の層間に挟み込んで積層した３層フィルター
等が好ましい。
【００１９】
本発明の油水分離フィルターの目付けは、２００〜１，０００ｇ／ｍ２であり、２５０〜１，０００ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましい範囲は２５０〜５００ｇ／ｍ２である。この目付が２００ｇ／ｍ２未満では充分な分離性能が発揮されず、１，０００ｇ／ｍ２を超えると流量圧損の上昇度合いが高いため、好ましくない。
油水分離フィルターの厚みは、接圧１．９６ｋＰａ時において１．００〜２．００ｍｍが好ましい。
油水分離フィルターの通気度は、２５〜１２５ｋＰａ・ｓｅｃ／ｍが好ましく、より好ましい範囲は３０〜５０ｋＰａ・ｓｅｃ／ｍである。
【００２０】
油水分離フィルターの平均流量径は０．１μｍ〜１．０μｍが好ましく、０．１〜０．２μｍがより好ましい。この平均流量径は、細孔径分布測定器によって測定できる。
具体的には、例えば、ＰＭＩ社製パームポロメーター（細孔径分布測定器）を用い、Ｇａｌｗｉｃｋ試薬に浸漬して脱気を行った測定試料について、バブルポイント法によって測定した細孔径の平均値を、平均流量径として採用する。
【００２１】
〈浄水ユニット〉
本発明の油水分離システムにおける浄水ユニットは、正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透膜ユニットから選択される。この浄水ユニットは、油水分離ユニットの下流に配置される。
本発明の油水分離システムにおける浄水ユニットとしては、正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透膜ユニットから選択される１ユニットのみを用いてもよいし、これらから選択される２以上のユニットを、直列又は並列に連結したものであってもよい。
得られる分離水の油分濃度が低い観点からは、膜蒸留ユニットを含む構成が好ましい。エネルギーの消費量を少なくする観点からは、正浸透ユニットを含む構成が好ましい。
【００２２】
（正浸透ユニット）
正浸透ユニットは、正浸透膜（半透膜）、及びドロー溶液から構成される。処理液は、正浸透膜を介してドロー溶液と接触し、正浸透の原理によって処理液中の水がドロー溶液側に移動する。正浸透ユニットは、更に蒸留装置を有していて連結されていてよい。蒸留装置としては、次項の膜蒸留ユニットにおける蒸留装置と同じ構成の膜蒸留装置を用いてよい。蒸留装置は、正浸透膜よりも下流側に設置されていてよい。
（膜蒸留ユニット）
膜蒸留ユニットは、膜蒸留装置及び凝縮器から構成される。膜蒸留装置において、処理液は装置の供給側で多孔質の撥水膜と接触し、透過側を減圧にすることにより、処理液中の水が透過側に水蒸気として取り出される。取り出された水蒸気は、凝縮器によって液体状の水に凝縮される。
（逆浸透ユニット）
逆浸透ユニットは、逆浸透膜（半透膜）、水（純水）、及び高圧ポンプから構成される。処理液は、逆浸透膜を介して純水と接触し、高圧ポンプを用いて処理液側に高圧をかけることにより、処理液中の水が透過側の純水中に移動する。逆浸透ユニットでは、供給側及び透過側の双方とも液体状の水であり、相変化はない。
【００２３】
《油水分離システムの用途》
本発明の油水分離システムは、天然資源採取時の随伴水の処理に好適に用いられる。
後述の実施例において、具体的かつ定量的に検証されているように、本発明の油水分離システムを用いると、油分を４０ｐｐｍ〜５％含む随伴水の油分含有量を４０ｐｐｍ未満まで減少させることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下の実施例で用いた正浸透ユニット、膜蒸留ユニット、及び逆浸透ユニットは、それぞれ、以下の構成を有する。
正浸透ユニット：正浸透ユニットは、正浸透膜（半透膜）、ドロー溶液、及び蒸留装置から構成される。ドロー溶液としては、高濃度の塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）水溶液を用いた。蒸留装置としては、次項の膜蒸留ユニットにおける蒸留装置と同じ構成の膜蒸留装置を用いた。
膜蒸留ユニット：膜蒸留ユニットは、膜蒸留装置及び凝縮器から構成される。
逆浸透ユニット：逆浸透ユニットは、逆浸透膜（半透膜）、水（純水）、及び高圧ポンプから構成される。
【００２５】
［模擬随伴水の調製］
市販軽油を、上水中に超音波分散することにより、所定濃度の油分を含有する試料溶液（模擬随伴水）を調製した。
【００２６】
［実施例１］
アルミナ繊維とガラス繊維から成る繊維構造体の層を、２層のポリエステル長繊維不織布から成る層の間に挟み込んで積層した３層フィルターを形成した。このフィルターにおいて、繊維構造体の平均繊維径は０．１〜１０μｍであり、フィルターの目付は２００ｇ／ｍ２、及び平均孔径は１０μｍであった。得られたフィルターを市販のフィルターホルダー（ＡＤＶＡＮＴＥＣ製、「フィルターホルダーＫＳ４５」、有効濾過面積：１２．５ｃｍ２）にセットして、油水分離ユニットを得た。
この油水分離ユニットと、正浸透ユニットとを直列に連結して、水浄化システムを構成した。
【００２７】
この水浄化システムに、油水分離ユニット側から、処理原水として濃度４０ｐｐｍの油分を含む模擬随伴水を、定量ポンプにより流速４５ｍｌ／分にて通水して、水浄化試験を行った。通水開始１０分間後に、油水分離ユニット通過後、及び正浸透ユニット通過後の処理液をサンプリングし、液中の全有機体炭素量（ＴＯＣ）を市販のＴＯＣ測定装置（（株）島津製作所製、「ＴＯＣ−５０００」）で測定した。その後も通水を継続し、通水開始３０日後に正浸透ユニット通過後の処理液を再度サンプリングし、液中のＴＯＣを測定した。結果を以下の表１に示す。
【００２８】
［実施例２及び３］
正浸透ユニットの代わりに、実施例２では膜蒸留ユニットを、実施例３では逆浸透ユニットを、それぞれ用いた他は実施例１と同様にして、処理液中のＴＯＣを測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
［比較例１〜３］
フィルターの目付を１５０ｇ／ｍ２、平均孔径を２０μｍとし、更に処理原水中の油分濃度を５質量％とした他は実施例１と同様にして、処理液中のＴＯＣを測定した。結果を表１に示す。
これらの比較例では、通水開始３０日後にはフィルターの目詰まりが発生して通水が事実上不可能となっており、ＴＯＣの測定ができなかった。
【００３０】
［参考例１〜１０］
フィルターの目付及び平均孔径をそれぞれ表２に記載のとおりとした他は、実施例１と同様の３層フィルターを得た。得られたフィルターをホルダーにセットして、油水分離ユニットを得た。これらの油水分離ユニットに、処理原水として表２に記載の濃度の油分を含む模擬随伴水を通水した。通水開始１０分間後に、油水分離ユニット通過後の処理液をサンプリングして、処理液中のＴＯＣを測定した。結果を表２に示す。
なお、参考例１で使用した油水分離フィルターは比較例１〜３で使用した油水分離フィルターと同じであり、参考例２及び３で使用した油水分離フィルターは実施例１〜３で使用した油水分離フィルターと同じである。
【００３１】
【表１】
2020006311.tif 000002
【００３２】
【表２】
2020006311.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の油水分離システムは、処理対象液である乳化油含有水から、低ランニングコストで効率よく、高圧下でも確実に、油分を除去する効果を有する。したがって、本発明に係る油水分離油水は、例えば、石油、石炭、天然ガス等の天然資源を採取するときの随伴水を処理するための油水分離に好適に利用可能である。