(57)【要約】  水と炭化水素との乳濁液から水を分離する分離媒体、分離装置、及び方法が提示される。水と炭化水素との乳濁液を受け、不連続相として乳濁液の中に存在する水を凝集させて、１ｍｍ以上の大きさの凝集された水溶滴を得るための繊維からなる不織布でできた凝集層と、炭化水素から凝集された水溶滴の分離を可能にするために、凝集された水溶滴の大きさを保持するのに十分である少なくとも９０ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有し、凝集層の下流に設けられた繊維からなる不織布でできた小滴保持層とが含まれる。
2013507235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と炭化水素との乳濁液から水を分離する分離媒体であって、
１ｍｍ以上の大きさの凝集された水滴を得るために、前記水と炭化水素との乳濁液を受けて、前記乳濁液の中に不連続相として存在する前記水を凝集させるようになっている繊維からなる不織布でできた凝集層と、
前記炭化水素から前記凝集された水滴を分離するために、前記凝集された水滴の大きさを保持するのに十分である９０ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有し、前記凝集層の下流に設けられた繊維からなる不織布でできた小滴保持層とを含む、分離媒体。
【請求項２】
前記小滴保持層は９５ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有する、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項３】
前記小滴保持層は１００ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有する、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項４】
前記小滴保持層は、高ＢＥＴ表面積を有する繊維と、低ＢＥＴ表面積を有する繊維との混合体を含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項５】
前記小滴保持層は樹脂粘結剤を含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項６】
樹脂粘結剤は極性化学基を含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項７】
前記凝集層又は前記小滴保持層の１つに隣接する少なくとも１つの追加の層をさらに含む、請求項１に記載の分離媒体。
【請求項８】
前記少なくとも１つの追加の層は、前記凝集層と前記小滴保持層との間に位置付けられる、請求項７に記載の分離媒体。
【請求項９】
前記少なくとも１つの追加の層は、前記凝集層の上流に位置付けられる、請求項７に記載の分離媒体。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの追加の層は、前記小滴保持層の下流に位置付けられる、請求項７に記載の分離媒体。
【請求項１１】
水と炭化水素の乳濁液から水を分離するための分離装置であって、前記乳濁液の流入口、並びに水及び脱水された炭化水素のそれぞれの流出口を有する筺体と、前記筺体内にある請求項１に記載の分離媒体とを含む、分離装置。
【請求項１２】
水と炭化水素の乳濁液から水を分離する方法であって、
（ａ）乳濁液の中に不連続相として存在する前記水を凝集させ、１ｍｍ以上の大きさの凝集された水滴を得るために、水と炭化水素の乳濁液を繊維状で不織布の凝集層を通過させるステップと、
（ｂ）前記炭化水素及び前記凝集された水滴を、前記凝集された水滴の大きさを保持するのに十分である少なくとも９０ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有する下流の小滴保持層を通過させるステップと、
（ｃ）前記炭化水素から前記凝集された水滴を分離するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記炭化水素は界面張力（Ｙ）が０．０２５Ｎ／ｍより小さい、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭化水素は界面活性剤を含む液体燃料である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記液体燃料はバイオディーゼルを含む燃料である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記凝集層を通過させるステップ（ａ）は、前記乳濁液中の少なくとも９０重量％の前記水が、１ｍｍ以上の大きさの水滴に凝集されるように実施される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記小滴保持層を通過させるステップ（ｂ）は、前記凝集された水滴が、１ｍｍ以上の大きさを保持するように実施される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記分離するステップ（ｃ）は、前記水滴と前記炭化水素の間の密度差によって、前記炭化水素から前記水滴の分離するように実施される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する実施例は、広い意味で、水と炭化水素の乳濁液を分離するための分離媒体及び方法に関するものである。特に好ましくは、本明細書で開示する実施例は、水と炭化水素燃料（たとえば、ディーゼル燃料）の乳濁液からの水の分離に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水と炭化水素の乳濁液（ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ、エマルジョン）を分離する必要性は、広く存在しており、従来から、広範な産業に影響を及ぼしている。水−炭化水素乳濁液の分離には、従来から、単一又は多数の部材、新規なフロー・パターン、蒸留チャンバ、平行金属性プレート、指向性ヤーン、ガス貫入メカニズム、及び静電気帯電に依存するシステムが必要となっている。分離システムの釣り合いを保つために、繊維状で多孔質の凝集媒体を含む部材が用いられ、乳濁液がこの凝集媒体を通されて分離される。システムの設計に関係なく、すべての水−炭化水素の分離システムは、乳化された溶滴を集めて接近させて凝集を促進することを目的としている。凝集と、その後に続く、水と炭化水素の間の密度差による分離とが、すべての分離システムの背後にあるメカニズムである。
【０００３】
従来から知られるように、繊維状で多孔質の凝集媒体は、通液型に応用されており、乳濁液の性質にかかわらず、同じ一般的なメカニズムによって乳濁液を分離する。凝集媒体は、乳濁液の不連続相に、連続相とはエネルギーの異なる表面を与える。このように、凝集媒体の表面は、乳濁液の不連続の相又は溶滴の相のために、乳濁液の連続相と対抗するように働く。乳濁液が、凝集媒体と接触し、その中を進むとき、溶滴は、固体表面と連続相とに分離する。固体媒体表面上に吸着された溶滴は、繊維表面に沿って進み、繊維表面を濡らす場合もある。より多くの乳濁液が媒体中を流れるのにつれて、吸着された不連続相が他の媒体に結びついた溶滴に遭遇して、両者は凝集する。乳濁液が媒体中を移動するにつれて、小滴の移動・凝集プロセスが継続される。
【０００４】
したがって、不連続相が優先的に吸着し又ははじかれた場合、及び、溶滴相が凝集媒体から抜け出す時点で、連続相から小滴を分離するのに十分に大きい小滴に凝集された場合には、通常は、凝集媒体が乳濁液を分解する機能を果たしたとみなされるのである。通常、小滴は、含まれている液体間の密度差に応じて、連続相から分離される。逆に、小滴が凝集媒体から抜け出す時点で、連続相に混入され、分離されずに十分に小さいままであった場合には、凝集媒体は、乳濁液を分解する機能を果たしていないとみなされる。
【０００５】
炭化水素の水との界面張力（Ｙ）が０．０２５Ｎ／ｍ（２５ダイン／ｃｍ）を超えるときに、炭化水素から９０重量％を超える乳化された水を効果的に除去できる、繊維状で多孔質の凝集媒体が従来から知られている。炭化水素が、０．０２５Ｎ／ｍより小さい炭化水素−水の界面張力を示すとき（「サブ２５界面張力炭化水素」として口語的に知られている）、水−炭化水素乳濁液は、相当に粘り強い。そのため、先行技術による乳濁液の分離媒体の乳化された水を除去する能力は急激に衰え、乳化された水の４０〜１００重量％が除去されずに最終用途に送られる。
【０００６】
炭化水素の界面張力は、炭化水素に界面活性剤が混入されたときに低下する。これに関して、先行技術による繊維状で多孔質の凝集媒体が、サブ２５界面張力炭化水素で失敗する１つの根本的な原因は、界面活性剤が増加して存在することである。サブ２５界面張力炭化水素の場合、乳濁液分離のためにより複雑なシステムが必要であり、それは組み込まれるひだ付きの要素、流路コントローラ、外被及び蒸留チャンバを含むことが多い。先行技術は、水−炭化水素乳濁液を、困難であっても、なんとか分離するように設計された、複雑なシステムの例でいっぱいである。したがって、このような複雑性に直面すると、炭化水素−水の界面張力又は界面活性剤の含有にかかわらず、乳濁液を分離できる万能な媒体が明らかに必要である。
【０００７】
従来の繊維状で多孔質の凝集媒体の界面活性剤・非活性化の役割は、小滴サイズ、小滴安定性、及び表面を含む。界面活性剤は、親水性及び疎水性の構成成分の両方を含む、微分子である。界面活性剤は、炭化水素−水の混合体中に存在するとき界面において整列し、親水性ヘッド基は水状の相（ｗａｔｅｒ−ｌｉｋｅ  ｐｈａｓｅ）と結合され、疎水性テールは油状の相（ｏｉｌ−ｌｉｋｅ  ｐｈａｓｅ）に伸びる。これは、界面活性剤のエネルギーが最も低い立体配座であり、炭化水素−水の界面張力が低下させられることになる。界面張力が低下した結果、炭化水素−水の混合体への入力エネルギーの所与の増分によって、界面活性剤の存在下では界面の面積がより広くなる。界面面積は、不連続相の小滴サイズに反比例する。それゆえ、界面活性剤の存在下では、入力エネルギーの所与の増分によって、界面活性剤が存在しない場合と比べて、不連続相の水滴サイズの分布が、より小さくなる。この点に関して、すべての燃料−水の分離媒体は、分離を達成するために、水小滴と媒体の間の物理的な相互作用に依存する。界面活性剤は十分に小さい水小滴を生成し、その多くが媒体と衝突せずに媒体を通過する。また、界面活性剤は、媒体に激突する小滴が、燃料から媒体上へとあまり分割しないように、乳濁液を分離しないように安定化させる。同様に、他の小滴に激突する小滴は、分離が成功するために必要な、より大きい小滴に凝集されないように抵抗する。最後に、界面活性剤は、媒体の表面及び水小滴と結合し、そして燃料内の水を不安定化して分離を可能にする、媒体と水の間の固有の表面相互作用を妨げる。全体として、界面活性剤を炭化水素中に混合すると、先行技術による繊維状で多孔質の凝集媒体の不活性化、及び水が最終用途まで抜け出る結果となる。
【０００８】
炭化水素の界面張力に無関係で水を除去する、繊維状で多孔質の凝集媒体に対する必要性は、ディーゼル燃料の品質の法的変化によって、実質的にいっそう表明されるようになった。２００７年のＨｅａｖｙ  Ｄｕｔｙ  Ｈｉｇｈｗａｙ  Ｒｕｌｅで、米国環境庁（ＥＰＡ）は、微粒子（ＰＭ２．５）排出及び窒素酸化物（ＮＯＸ）排出のそれぞれの低減９０％及び９２％を、２０１０年にＮＯＸ許容量をさらに３％減少させることと共に、義務化している。命令公表時に、処理後の硫黄感受性排ガスは、２００７年の排出目標を満たす必要があると見なされた。その結果、２００７年Ｈｉｇｈｗａｙ  Ｒｕｌｅは、また、ディーゼル燃料中の硫黄レベルが９７％低下して１５ｐｐｍまでになるように要求している。その結果得られる超低硫黄ディーゼル燃料（ＵＬＳＤ：ｕｌｔｒａ  ｌｏｗ  ｓｕｌｆｕｒ  ｄｉｅｓｅｌ）は、その生来の潤滑性が取り除かれ、エンジン摩耗制御要件を満たすために、界面活性剤の添加が求められている。ＵＬＳＤは、水を含むサブ２５界面張力の炭化水素を一貫して明示する。ＥＰＡの排出制御への段階的アプローチの一環として、ＥＰＡが指示したディーゼル燃料の要件が、オフロード・ディーゼル、鉄道及び船舶の燃料にまで繋がることになり、すべての非ガソリン運輸及び発電の燃料が、そのうちに、サブ２５ダイン／ｃｍ界面張力に集束することを示す。
【０００９】
さらに、米国の様々な政府の規制当局が、商用輸送燃料のために、最小バイオディーゼル混合成分を奨励し、又はそれを単純に義務化し始めている。バイオディーゼルは、植物の腐食性触媒によるメタノールのエステル化から得られる脂肪酸メチルエステルと動物のトリグリセリドの混合体である。バイオディーゼルは界面活性剤であり、２％ほどの少ないバイオディーゼルを含有する燃料混合体が０．０２５Ｎ／ｍより十分低い界面張力を有する。その結果、非ガソリンの運輸及び発電に利用できる燃料プールが、先行技術による燃料−水の乳濁液の分離媒体によって炭化水素から水を除去できない界面張力領域へと、急速に移行している。
【００１０】
燃料の界面張力のシフトにもかかわらず、水は、依然として、鋼鉄エンジンの構成部材の腐食及び微生物の増殖を助長する問題にかかわる燃料汚染物質のままである。すべての非ガソリン・エンジンには、燃料システム中に燃料−水分離能力が組み込まれている。さらに、エンジン排出のＥＰＡ２００７年Ｈｉｇｈｗａｙ  Ｒｕｌｅ遵守は、水に対して極度に敏感な高圧燃料噴射装置に大きく依存する。これによって、燃料品質の秩序立った変化を引き起こした２００７年ＥＰＡ排出命令を満たすように設計されるシステムに対して、燃料の脱水はいっそう重要となっている。燃料走行可能距離及びエンジンに対する操作員のインターフェースへの要求によって、小さい、軽い、そして操作が容易な水分離システムに対する必要性が決定付けられている。これらの必要性によって、従来知られるような、複雑な分離システムが排除されることが多い。その結果、燃料品質の義務付けられた変化によって、炭化水素の界面張力に無関係に水を除去する、繊維状で多孔質の凝集媒体に対する必要性が生じている。
【００１１】
新しい凝集媒体の実例は、２００８年１月１６日に出願され、「水−炭化水素乳濁液の分離のための凝集媒体（Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  Ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ−Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ）」と題する、共有で同時継続中の米国特許出願第１２／０１４，８６４号に述べられている（この出願の全体の内容は、ここに参照によって明らかに組み込まれるものとし、以降で「米国’８６４出願」と言う）。これらの媒体は、必要な細孔構造及び透過性を備える、広い表面面積を実現し、且つ、バイオディーゼル・ＵＬＳＤ混合体など、水と界面活性剤含有の炭化水素の粘り強い乳濁液を、複雑な分離システムを使用せずに、効率的に分離する。先行技術の媒体には、水−炭化水素乳濁液の分離の単一の機能を達成するために、多く界面活性剤を含有し低い界面張力の炭化水素中で、分離が成功する保証なしに、多数の層がしばしば要求される。それにひきかえ、米国特許出願第１２／０１４，８６４号に述べられた媒体は、セルロース又はセルロース系繊維、合成繊維、高表面積小繊維化（ｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ）繊維、ガラス・マイクロファイバ、及び表面積増加合成材料を含む、均一に分散されたウエットレイドの組成（ｗｅｔ−ｌａｉｄ  ｆｕｒｎｉｓｈ）を使用する、ウエットレイド・プロセスから、単一のドライ層として形成され、その媒体は、低界面張力の炭化水素中で、単一層のろ過媒体を用いて、水分離という単一機能をうまく実施する。
【００１２】
どのような繊維状で多孔質の凝集媒体であっても、典型的に、多層媒体構造の一部分になると、多層のうちのいくつかが乳濁液分離以外の機能を果たすようになる。このような場合には、これらの層は、互いに重ね合わせてもよいし、そうしなくてもよい。多層を用いる理由は、媒体保全性の懸念及び／又はろ過の必要性によるものと言うことができる。媒体保全性の点では、多層にすれば、繊維状で多孔質の凝集媒体又は複合構造を支持し、繊維状で多孔質の凝集媒体を高速回転のプリーツ加工機（ｐｌｅａｔｅｒ）から保護し、且つ繊維の他の媒体層からの移動から、最終用途を保護するために使用される。ろ過の必要性の点では、多層にすることによって、粒子除去、ほこり保持、又は不純物吸着などのろ過能力が凝集性能に付加される。不純物は、アスファルテン、有機成分、塩、イオン、又は金属からなることがある。ろ過目標を満たし、さらにその上、媒体保全性を保護するためには、多機能ろ過媒体中で凝集媒体の下流側に、１つの層が必要である。
【００１３】
凝集媒体の下流側に層を備えた多層で多機能の凝集媒体構造中へ凝集媒体を組み込むことによって、凝集された小滴の再乳化のために、高界面活性剤（すなわち、サブ２５界面張力）の炭化水素中で媒体不具合の可能性が生じる。この点に関して、凝集された水小滴は、密度差によって炭化水素の流れから沈むためには、十分に大きくなければならない。そうでなければ、水小滴は、乾燥した炭化水素及び再乳化された炭化水素をその中に有する分離装置から運び出されることになる。したがって、凝集媒体は、高い界面活性剤含有の水−炭化水素乳濁液中で見られる水のミクロンの大きさの溶滴を、乾燥した炭化水素流から重力によって沈むことができる、ミリメータの大きさの凝集された水小滴にまで大きくするように、機能しなければならない。
【００１４】
上記に述べた理由のため、高い界面活性剤含有の炭化水素中では、多層媒体中のいずれの凝集層の性能も、凝集層の下流側で従来使用される媒体によって、劇的に低下させられる恐れがある。具体的には、凝集層の下流側に位置する、従来の媒体は、フェノール性樹脂の飽和セルロースのウエットレイド媒体、ポリエステル溶融物、スパンボンド式不織布及び溶融スパンボンド式不織布の複合物、及びナイロン・スパンボンド式不織布を含む。このような従来の媒体は、高界面活性剤含有の炭化水素中で、凝集媒体の凝集機能を劇的に低下させる恐れがあり、且つ低下させる。実例として、凝集層の下流でのこのような従来の媒体の使用によって現れる恐れがある性能低下によって、約５０％から１００％の間の乳化された水が、炭化水素中に残存することがある。それによって、すでに凝集された水溶滴の溶滴サイズが減少するために、炭化水素の最終用途に送られることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１７８９７０号明細書（米国特許出願１２／０１４８６４号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、必要なサポート及び保護機能を果たし、さらにその上、再乳化を最小にするのに十分に広い、水吸着のための表面積を示す、凝集媒体の下流側に配置される層として働く、新しい媒体オプションを提供することができるとしたら、望ましいはずである。この点、凝集層の下流の層として働く媒体が、その伝統的な支持及び保護の役割を果たすだけでなく、水吸着のために、凝集層より広い表面積をもたらすならば、特に望ましいはずである。この下流層は、水が利用できる流路を拡大するように働くはずであり、したがって、ベンチュリー効果を誘発し、炭化水素に対して水速度を低下させることになるはずである。次いで、この速度低下によって、下流層内の水圧が増加し、それゆえ層から炭化水素を強制的に排除することになるはずである。これらの要因は、炭化水素から水をさらに分離するように働き、そのため水のさらなる凝集を促進することになるはずである。これは、界面活性剤を含有する炭化水素を含む分離用途にとっては、大いに望ましいことである。したがって、多層凝集媒体中で凝集層の下流側に配置される媒体に要求される支持及び保護の機能を果たすことが可能な、凝集層内で利用できるより広い、水吸着のための表面積をもたらす媒体を開発することは、さらに望ましい。
【００１７】
本発明は、このような所望の特質を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一態様によれば、本明細書で開示する実施例によって、水と炭化水素の乳濁液から水を分離するための分離媒体が提供され、その分離媒体は、水と炭化水素の乳濁液を受け取り、不連続相としてその中に存在する水を凝集させ、１ｍｍ以上の大きさの凝集された水滴をもたらすための繊維状で不織布の凝集層と、炭化水素から凝集された水滴の分離を可能にするために、凝集された水滴の大きさを保持するのに十分である少なくとも９０ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有し、凝集層の下流にある繊維状で不織布の小滴保持層とを含む。
【００１９】
いくつかの好ましい形態では、分離媒体の小滴保持層は、９５ｍ２／ｇ以上、より好ましくは１００ｍ２／ｇ以上、又はそれより大きい高ＢＥＴ表面積を有することになる。
【００２０】
小滴保持層は、高ＢＥＴ表面積を有する繊維と、低ＢＥＴ表面積を有する繊維との混合体を含むことができ、及び／又は樹脂粘結剤を含むことができる。樹脂粘結剤が設けられる場合、それは、極性化学基を含むことが最も好ましい。
【００２１】
いくつかに実施例によれば、分離媒体は、凝集層と小滴保持層の間に位置付けられる少なくとも１つの追加の層を含むことができる。たとえば、少なくとも１つの追加の層は、小滴保持層の上流に、及び／又は下流に位置付けて、分離媒体に所望の物理的特性を設けることができる。
【００２２】
乳濁液の流入口と、水及び脱水された炭化水素のそれぞれの流出口とを備えた筺体を有する、水と炭化水素の乳濁液から水を分離するための装置を設けることができ、その筺体は、その中に分離媒体を備える。筺体中に設けられる分離媒体は、水と炭化水素の乳濁液を受け取り、不連続相としてその中に存在する水を凝集させ、１ｍｍ以上の大きさの凝集された水滴をもたらすための繊維状で不織布の凝集層と、炭化水素から凝集された水滴の分離を可能にするために、凝集された水滴の大きさを保持するのに十分である９０ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有し、凝集層の下流にある繊維状で不織布の小滴保持層とを含むことが好ましい。
【００２３】
また別の態様によれば、本明細書で開示する実施例によって、水と炭化水素の乳濁液を繊維状で不織布の凝集層を通過させて、不連続相としてその中に存在する水を凝集させ、１ｍｍ以上の大きさの凝集された水滴をもたらし、次いで、炭化水素及び凝集された水滴を、凝集された水滴の大きさを保持するのに十分である９０ｍ２／ｇ以上の高ＢＥＴ表面積を有する下流の小滴保持層を通過させることによって、水と炭化水素の乳濁液から水を分離するための方法が提示される。次いで、凝集された水滴は、炭化水素から（たとえば、それらの間の密度差によって）分離させることができる。凝集層によって、乳濁液中の水の少なくとも９０重量％を、１ｍｍ以上の大きさの水溶滴に凝集させることが好ましい。
【００２４】
好ましい実施例では、炭化水素は、界面張力（Ｙ）が２５ダイン／ｇより小さい（すなわち、サブ２５炭化水素）。したがって、炭化水素は、界面活性剤を含む液体燃料（たとえば、バイオディーゼル燃料）とすることができる。
【００２５】
これら及び他の特徴及び利点は、例示であり非限定の説明的な実施例に関する以下の詳細な記述を、図面と共に参照することにより、さらに完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の分離媒体を具体化する水−炭化水素の分離システムの概略断面図である。
【図２】図１の２−２線に沿って切断した本発明による分離媒体の例示の実施例の拡大概略断面図である。
【００２７】
定義
以下の用語は、本明細書中で、及び添付の特許請求の範囲中で使用される際には、以下のように定義される。
【００２８】
「水−炭化水素乳濁液」は、不混和性の水と炭化水素の液体の、乳化された混合体である。
【００２９】
「繊維」は、極端に長い、又は無限に長い、繊維状又はフィラメント状のより糸（ストランド）を意味する。
【００３０】
「ステープル繊維（Ｓｔａｐｌｅ  Ｆｉｂｅｒ）」は、有限又は比較的短い、所定の個々の長さの断片に切られた繊維を意味する。
【００３１】
「繊維状の（Ｆｉｂｒｏｕｓ）」は、繊維及び／又はステープル繊維から主に構成される材料を意味する。
【００３２】
「不織布」は、互いに、ランダムに機械的に絡み合わされる、及び／又はもつれさせる、織物又はマットの形の、繊維及び／又はステープル繊維の集合体を意味する。
【００３３】
「合成繊維」及び／又は「人造繊維」は、化合物から合成されたポリマ、及び変性された、又は転換された天然ポリマを含む、繊維形成物質から作られる、化学的に製造される繊維を言う。このような繊維は、従来の融解紡糸、溶液紡糸、及び同様のフィラメント製造技術によって、製造することができる。
【００３４】
「天然繊維」は、動物、鉱物又は植物由来から得られる繊維である。
【００３５】
「ＢＥＴ表面積」は、Ｓ．  Ｂｒｕｎａｕｅｒら、Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１９３８、６０、３０９（これの全内容は、参照によってここに特別に組み込まれる）により完全に述べられているＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）手順によって、ただし２１℃の水蒸気が用いられたことを除いて、一般に計算される、固体材料の単位重量（ｇ）当たりの表面積（ｍ２）を意味する。（また、以下の実例中の試験方法の記述を参照）。
【００３６】
「高ＢＥＴ」は、ＢＥＴ表面積が、９０ｍ２／ｇ以上、より好ましくは、ＢＥＴ表面積が、９５ｍ２／ｇ以上、及び最も好ましくは、ＢＥＴ表面積が、１００ｍ２／ｇ以上の、材料を意味する。
【００３７】
「低ＢＥＴ」は、ＢＥＴ表面積が、９０ｍ２／ｇより小さい材料を意味する。
【００３８】
「サブ２５炭化水素」は、界面張力（Ｙ）が、０．０２５Ｎ／ｍ（２５ダイン／ｃｍ）より小さい、液体の炭化水素である。
【００３９】
添付図１に、本発明を具体化した、例示の装置１０を概略的に示す。この点に関して、装置１０は、燃料と水の乳濁液の液体の流れを、それを通じて導入することができる流入口１２−１を有する筺体１２を備える。また、筺体１２は、脱水された（乾燥した）燃料及び水のそれぞれの流れが、分離された後、筺体から排出されるのを可能にする、流出口１２−２及び１２−３を含む。
【００４０】
筺体１２は、分離媒体１４を保持するための内部空間１２−４を含む。示した実施例では、分離媒体１４は、多数の長手方向に方向付けられたひだからなる、一般に円筒形構造の形である。分離媒体１４は、他の構造の形状であってもよく、たとえば、らせん状に巻き付けられたシートであってもよい。したがって、燃料／水の乳濁液は、媒体１４の中心部１４−１に入り、次いで、そこを通過する。よく知られているように、密度差によって、凝集された水が、筺体の底部に集まり、そこから流出口１２−３を通じて排出される。次いで、脱水された（乾燥した）燃料が、流出口１２−２を通じて排出される。
【００４１】
添付した図２に、さらに良く示されているように、分離媒体１４は、繊維状で不織布の小滴保持層１８の上流に位置付けられた、少なくとも１つの繊維状で不織布の凝集層１６からなる多層構造である。凝集層１６及び小滴保持層は、互いにすぐに隣接して位置付けることができ、所望の場合、物理的に重ねる、又は互いに物理的に接続することができる（たとえば、ニードル・パンチング、接着剤、空気ジェット絡み合わせなど、当技術分野で知られている、いずれもの適切な技術による）。或いは、１つ又は複数の中間層２０を、上流の凝集層１６と下流の小滴保持層１８の間に、任意選択で置くことができる。様々な層１６、１８及び任意選択の層２０は、同様に、互いに物理的に隣接させることができ、又は当技術分野で知られた、いずれもの適切な技術によって、重ねる、又はそうでなければ、互いに接続することができる。
【００４２】
さらに（又は代替えとして）、凝集層１６の上流に、１つ又は複数の正面層２２を設けることができ、さらに、小滴保持層１８の下流に、１つ又は複数の裏地層２４を設けることができる。層２０、２２及び２４は、様々な機能特性を得るように選択され、不織布構造であることは、必ずしも必要でない。もちろん、これらの追加の層２０、２２及び／又は２４は、小滴保持層１８の小滴保持機能に悪影響を及ぼしてはならない。
【００４３】
凝集媒体層は、単一層又は多層の構造とすることができる。好ましい実施例は、上流層、中間位置の凝集層、及び下流の小滴保持層を有する３層構造である。小滴保持層は、凝集媒体層と重ねて、単一の分離媒体シートとすることができる。上流層は、フィルタ層、又は凝集媒体の第２の層、とすることができる。媒体の上流層は、粒子ろ過のために、及び／又は構造を支持するように、及び／又は小滴保持層１８を物理的に保護するように、設けることが好ましい。複数の試験によって、上流の不織布の性質が、複合体の凝集性能に対してある影響を与えることが示された。ここに報告する結果は、５つの別々の上流支持層を含むサンプルを含んでいる。上流層は、凝集された小滴のサイズを最大にするように、且つ、ほこり保持能力、アスファルテン吸着、及び粒子除去効率など、具体的なろ過の必要性に合わせて選択された。
【００４４】
分離媒体１４の凝集層１６は、適切なタイプのものであればどのようなものであってもよい。この点に関して、凝集層は、０．０１〜５００μｍのオーダーである、燃料と水の乳濁液の水性不連続相を、少なくとも約１ｍｍから約１０ｍｍまでの大きさの個々の水溶滴に凝集させるように選択される。この水性不連続相の個々の水溶滴への凝集は、乳濁液が凝集層１６を通過するときに生じる。
【００４５】
凝集層１６は、水吸着のための広い表面積を与え、他の乳濁液構成要素と比べてより長い、水のための経路長を作り出す。この経路長の差のために、水と他の乳濁液の成分で溶出時間が異なるようになり、それによって、相が濃縮されて水が凝集されることになる。乳濁液からの水の分離は、凝集された水性小滴が、流れから重力で沈んだときに生じる。すなわち、それは媒体の下流側で出ていく。沈降は、炭化水素よりも水の密度が大きいために生じる。流れ系で効率的に沈むために、凝集される水小滴は、小滴の運動を阻止することの多い純化された炭化水素の流れに打ち勝たなければならない。このため、水小滴のサイズは、凝集媒体の成功に重大な意味を持つ。分離が成功するには、水小滴がより大きくなることが、好ましい。特に好ましい、凝集層１６として満足に用いることができる１つの媒体は、上記に引用した米国’８６４出願に述べられている。
【００４６】
小滴保持層１８は、高ＢＥＴ表面積の繊維状で不織布の材料である。すなわち、小滴保持層１８は、９０ｍ２／ｇ以上の少なくとも８０％であるＢＥＴ表面積、より好ましくは、９５ｍ２／ｇ以上のＢＥＴ表面積、及び最も好ましくは、１００ｍ２／ｇ以上のＢＥＴ表面積を有している。小滴保持層の主たる機能は、特にサブ２５炭化水素について、上流の凝集層１６によって得られた、凝集された水溶滴の再乳化を防止することである。したがって、凝集された水溶滴は、小滴保持層１８を通過した後、１ｍｍ以上の大きさの、凝集された大きさを保持することになる。言い換えると、小滴保持層１８は、凝集層１６によって達成された、凝集された水溶滴のサイズが低下するのを防止することになる。
【００４７】
これに関し、小滴保持層は、高ＢＥＴ表面積を有する、又は高ＢＥＴ表面積を有するように修正できる、どのような繊維からでも実際に形成することができる。小滴保持層を形成するための繊維としての使用に特に好ましいのは、セルロース又はセルロース系の繊維（たとえば、木材又は植物由来の繊維）、綿繊維、羊毛繊維、絹繊維、レーヨン繊維などの天然繊維である。また、ポリエステル、ポリアミド（たとえば、ナイロン６、ナイロン６．６、ナイロン６．１２など）、ポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリビニル・アルコールから形成される繊維など、繊維形成ポリマ材料から形成される合成繊維を用いることができる。
【００４８】
いくつかの実施例では、小滴保持層１８は、高ＢＥＴ表面積を有する繊維と、低ＢＥＴ表面積を有する繊維との混合体とすることができる。この実施例では、高ＢＥＴ表面積の繊維が、高ＢＥＴ表面積の繊維の少なくとも約５９重量％、より好ましいのは、少なくとも約６５重量％の量で存在し、残りが低ＢＥＴ表面積の繊維であることが好ましい。それゆえ、小滴保持層１８は、約５９重量％から１００重量％の間、好ましいのは、約６５重量％から１００重量％の間の高ＢＥＴ表面積の繊維の含むことになる。しかし、このような範囲は、全体の不織布の媒体が高ＢＥＴ表面積の特性を示すことを条件に、高及び低ＢＥＴ表面積の繊維の実際上いずれもの混合体を満足に用いることができるので、本発明の目下の好ましい実施例であることを理解されたい。
【００４９】
小滴保持層１８は、粘結剤樹脂が、不織布の小滴保持層１８のＢＥＴ表面積に悪影響を及ぼさないことを条件に、機械的強度を高めるために、粘結剤樹脂を任意選択で備えることができる。粘結剤樹脂を用いる場合には、水吸着、それゆえ乳濁液からの水分離を促進するための極性化学基を有するものであることが好ましい。小滴保持層中で満足に用いることができる、適切な粘結剤樹脂は、これらには限定されないが、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ（アクリル酸）樹脂、ポリ（メタクリル酸）樹脂、ポリオキシド樹脂、ポリスルファイド樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ（ビニルアセテート）樹脂、ポリ（ビニル・アルコール）樹脂、ポリ（ビニルクロライド）樹脂、ポリ（ビニルピリジン）樹脂、ポリ（ビニルピロリドン）樹脂、さらに、その共重合体及び組み合わせ又は混合体を含む。
【００５０】
小滴保持層は、当業者によく知られた技術を使用して、開口部を備える、又はパターン形成する（エンボス加工する）ことができる。別形態又は追加として、小滴保持層は、その目的とする最終使用用途に適切な形態を得るために、他の適切な技術によって処理することができる。実例として、小滴保持層は、波型を付ける、ちりめん状にする、カレンダーにかける、型を押し付ける、ＭＩＣＲＥＸにかける（ｍｉｃｒｅｘｅｄ）等、行うことができる。
【００５１】
凝集層１６及び小滴保持層の基本重量は、重要な事項ではない。したがって、凝集層１６及び／又は小滴保持層１８は、基本重量を、少なくとも約１５ｇ／ｍ２（ｇｓｍ）、より好ましいのは、少なくとも約３５ｇｓｍから約３００ｇｓｍとすることができる。凝集層１６のいくつかの実施例は、約３５から約１１０ｇｓｍまでの間の基本重量を有することができる。
【００５２】
任意選択の中間層（複数可）２０及び正面層２２、２４は、所望の機能を得るように選ばれる、いずれものシート状の材料とすることができる。たとえば、層２０、２２及び／又は２４は、微粒子をろ過するように（液体の乳濁液中に存在する遊離した繊維及び他の微粒子の汚染物質を捕捉するように）、さらに、又は代替として、構造的に支持をするように、及び／又は凝集層１６及び／又は小滴保持層１８を保護するように、選択することができる。したがって、層２０、２２及び／又は２４は、繊維状の材料から形成する必要はないが、所望の機能を果たす、重合体又は金属性のシート又はメッシュとすることができる。当業者は、水と燃料の乳濁液から水が分離されることを条件として、所与の最終使用用途のための所望の機能的特性を有する、様々な多層構造を思いめぐらすことができると言えば十分であろう。
【００５３】
本発明は、以下に示す、非限定の実施例によって、さらに例示される。
【００５４】
（試験方法）
ＢＥＴ法の適用に使用される吸着等温線は、以下の手順を使用して、各下流層による水吸収の重力測定によって決定した。
１．不活性雰囲気チャンバの内部を、２１℃の一定温度で、既知の相対蒸気圧の飽和食塩水に晒すことによって、一定の相対湿度に平衡させた。ミリグラム感度のはかりをチャンバ内に保持した。
２．下流層のサンプルをチャンバ中に導入し、毎日、重量変化が観測されなくなるまで秤量した。これは、通常１〜２週間かかった。サンプルの最終重量を記録した。
３．飽和食塩水を、既知の異なる相対湿度の新しい溶液と置き換えて、平衡／秤量のプロセスを繰り返した。
４．全部で５つの飽和食塩水を使用した。それらを対応するチャンバの相対湿度と共に、以下の表に示す。
【００５５】
【表１】
2013507235.tif 000003
５．５番目の塩についての測定が終了したとき、下流層のサンプルを、チャンバから取り出して、１７５℃のオーブン中で５分間乾燥させ、そして秤量した。
６．各相対湿度において各サンプルに吸着された水の重量を、各相対湿度におけるチャンバ内でのサンプルの重量と、オーブンで乾燥させたサンプルの重量の差から、計算した。
７．各下流層のサンプルについて、３通りステップ１〜６を完了した。
８．すべてのケースで、塩化カリウムを用いて得られたデータは、ＢＥＴプロット中で非線形を生じていたので、表面積計算での使用から除外した。
【００５６】
（分離媒体の試験）
３層複合体を、水と炭化水素燃料の液体乳濁液から水を分離するための分離媒体として試験した。３層複合体は、上流層（ＵＬ）、凝集層（ＣＬ）、及び下流層（ＤＬ）を、乳濁液の流れ方向に対して、この順で含む。上流層（ＵＬ）、凝集層（ＣＬ）、及び下流層（ＤＬ）として実例で用いられた媒体は、それぞれ、以下の表１、表２及び表３中のコードによって識別される。
【００５７】
【表２】
2013507235.tif 000004
【００５８】
【表３】
2013507235.tif 000005
【００５９】
【表４−１】
2013507235.tif 000006
【表４−２】
2013507235.tif 000007
【表４−３】
2013507235.tif 000008
【表４−４】
2013507235.tif 000009
【００６０】
また、試験した３層複合体中で用いられた層は、以下の表４中の機能コードによって識別される、１つ又は複数の機能的な特質を得るように選択した。
【００６１】
【表５】
2013507235.tif 000010
【００６２】
サンプルは、自動車技術者協会（ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  （ＳＡＥ））のＪ１４８８テストをモデルにした、平坦なシートの燃料−水分離器のベンチ試験装置中で試験した。試験装置は、乳化ループ及び試験ループからなり、０．２５％（２５００ｐｐｍ）の蒸留された脱イオン化された水を、７．６ＬＰＭの流量に調節された、Ｇｏｕｌｄｓ社の１ＭＣ１Ｅ４ＣＯの機械的に結合された０．７５ｋｗ遠心力ポンプ（３．１８（ｉ）×２．５４（ｏ）×１３．１８（ｉｍｐ）ｃｍ）を使用して、２６〜３０℃で乳化して燃料にした。その結果得られた燃料−水乳濁液は、乳化ループを通過させ、そのループでは、乾燥した燃料を汚水ために戻す前に、乳濁液を、熱交換器及び浄化フィルタのバンクを通過させた。Ｂ４０（４０％バイオディーゼル／６０％ＵＬＳＤ）の試験処理では、燃料は、直列に走る４つの従来の分離器フィルタからなるバンクを使用して、５００〜１５００ｐｐｍの水になるまで乾燥させた。
【００６３】
乳濁液の後流を、乳化ループから試験ループ中に流した。試験ループでは、乳濁液は、１．２２ｃｍ／分の前面速度で、平坦なシートのサンプル・ホルダを通過させた。サンプル・ホルダからの排水を、熱交換器の上流にある乳化ループに戻した。すべての上流の乳濁液移送ラインの直径は、ＳＡＥ  Ｊ１４８８速度目標を超えるのに十分であるほど、小さかった。試験は、上流／下流及び汚水ためのサンプルを１０分間隔の１つおきで抜き取り、９０分間又は１５０分間、行った。
【００６４】
実例の試験で使用した乳濁液は、ＢＰ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（ＮＡ、Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ、ＩＬ）製の超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ：ｕｌｔｒａ  ｌｏｗ  ｓｕｌｆｕｒ  ｄｉｅｓｅｌ）、タイプ２Ｄであった。バイオディーゼルは、Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｇｒｏｕｐ（Ｒａｌｓｔｏｎ、ＩＡ）から入手した大豆メチル（ｍｅｔｈｙｌｓｏｙａｔａ）であった。使用した混合体は、ＵＬＳＤ中で４０重量％のバイオディーゼルであった。業界用語を用いれば、その結果得られた混合体は、Ｂ４０として識別される。蒸留水、３．４ｕｍｈｏ／ｃｍは、高い価値で瓶詰（Ｇｒｅａｔ  Ｖａｌｕｅ  ｂｏｔｔｌｅｄ）の蒸留され、ナトリウムを含んでおらず、米国ではウオルマートで売られている。
【００６５】
乳濁液サンプルは、Ｃｏｌｅ  Ｐａｒｍｅｒ社のＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｂａｔｈ、モデル＃０８８９５−０４中で、少なくとも１分間、均質化した。水含有量が、Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ社のモデルＤ３９カール・フィッシャー式（Ｋａｒｌ  Ｆｉｓｃｈｅｒ）滴定装置を使用して測定し、１００万分の１の単位（ｐｐｍ）で記録した。下流試験チャンバの内部の計量ルーラを使用して、媒体から出る水溶滴の大きさを測定した。
【００６６】
２つの性能測定基準を使用して、凝集媒体の水分離能力、下流の水の濃度、及び凝集された水小滴のサイズを判定した。下流の水の濃度は、多層媒体の下流側からの受け入れ流れ中で収集された燃料サンプルのカール・フィッシャー滴定から決定される。それは、ｐｐｍで、凝集層の下流の燃料中の水量を、質量に基づいて測定する。滴定された水のレベルがより低いことは、水除去性能がより良いことに対応することは明らかである。しかし、下流層の性能の場合、下流の水の濃度は、性能測定基準としてあまり重要ではない。なぜなら、下流の層の働きが、極端に効率的な凝集層を使用して、Ｂ４０中で行われるからである。この凝集層では、４００〜６００ｐｐｍの水濃度は、Ｂ４０混合体では典型的な値である。下流の不織布の層は、この凝集層に対して予想される水濃度を劇的に増加させることはない。また、バイオディーゼル混合体でのカール・フィッシャー滴定は、分散が著しい。通常、下流層は、滴定された濃度が８００ｐｐｍより上昇したとき、下流の水濃度に対して負の影響力を有すると見なされていた。下流の水濃度は、ここに報告する９０分の試験のうち１０分及び９０分で、測定した。
【００６７】
いずれの凝集層の成功も、凝集された水小滴が、媒体の下流側で燃料の対抗流から離脱して重力で下降することに依存する。多数の凝集フィルタ要素によって、凝集要素の下流側で、高速の燃料流が生成される。凝集された水小滴は、高速流から沈むのに十分なほど大きくなければならない、そうでなければ、それらは、受け入れ中に運ばれて、再び燃料中に取り込まれることになる。この再取り込みは、水を凝集させる媒体の失敗になる。なぜなら、水が、下流の燃料サンプルのカール・フィッシャー滴定中に見つかるからである。したがって、１．０ｍｍの小滴を生成する媒体は、０．１ｍｍの小滴を生成する凝集媒体より良好な凝集媒体である。さらに、３．０ｍｍの小滴を生成する媒体は、１．０ｍｍの小滴を生成する媒体より良好である。最後に、全く小滴を生成しないものの、媒体の正面を伝わって流れる、又は媒体の中心部を伝わる水の流れを生み出す媒体は、最良であると見なされる。なぜなら、小滴が、全く得られずに、高速の燃料流中で掃き集められないからである。直径が１．０ｍｍより小さい小滴は、ジェット燃料用途では、「エンジェル」と呼ばれる。このようなエンジェルが、ジェット燃料の凝集要素の「乾燥側」に存在すると、要素不具合のサインになるからである。
【００６８】
また、凝集媒体は、伝統的に、下流側に泡を生み出すと見られている。泡の生成は、水分離に対して有害である。泡は、燃料を豊富に含む水からなり、水と比べて密度が小さく、水と比べて体積が大きい。その結果、泡は水除去が成功するために必要な緻密化及び沈降を妨害する。泡は下流空間を満たし、最終的には燃料受け入れ中に容易に運ばれて燃料中に水が再び取り込まれる。
【００６９】
小滴サイズの目標として、１．０ｍｍ以上の大きさが、実施例によって試験された３層積層媒体に設定された。この限定値は、下流層がない実施例において使用された凝集層によって、通常生成される凝集された水の小滴サイズが１．０〜１．７ｍｍであることに基づいている。小滴＜１．０ｍｍの持続的な出現及び泡の生成は、不成功の特性と見なされた。小滴がないことと、媒体の正面を伝わる水流の生成は、合格の特性と見なされた。なぜなら、小滴が全く得られなくて、受け入れ中に掃き集められないからである。水の小滴サイズが、実施例で用いられた９０分試験の１０及び９０分での目視検査を使用して、測定された。
【００７０】
試験結果は、以下の表５に示されている。
【００７１】
【表６−１】
2013507235.tif 000011
【表６−２】
2013507235.tif 000012
【表６−３】
2013507235.tif 000013
【表６−４】
2013507235.tif 000014
【００７２】
表５のデータが示すように、高ＢＥＴ表面積を有する下流層（ＤＬ）中の媒体は、小滴保持層の性能特性を示している。具体的には、９０ｍ２／ｇ以上のＢＥＴ表面積を有するＤＬ媒体は、凝集層（ＣＬ）によって凝集された水溶滴の１ｍｍ又はそれより大きいサイズを保持するのに十分であった。
【００７３】
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施例と考えられるものについて説明してきたが、本発明は開示した実施例に限定すべきでなく、本発明の精神及び範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を含むものと理解されたい。
【符号の説明】
【００７４】
１０  装置
１２  筺体
１２−１  流入口
１２−２  流出口
１２−３  流出口
１２−４  内部空間
１４  分離媒体
１４−１  中心部
１６  凝集層
１８  小滴保持層
２０  中間層
２２  正面層
２４  裏地層
【図１】
2013507235.tif 000015
【図２】
2013507235.tif 000016
【国際調査報告】
2013507235.tif 000017
2013507235.tif 000018
2013507235.tif 000019