(57)【要約】  分離中に塔からの油水を外部の分離器に抜き、ここで油水が水相と油相とに分離されることによって、分離塔の作動中に生成された油水から水が除去される。次いで、油相は、作動中の塔に油相を戻して移動させる密度差が生じるのに効果的な温度にまで加熱される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離塔内の水を除去する脱水装置であって、
分離塔に流体的かつ外部から連結しており、油水から水相と油相とに水を分離することができるように構成されている分離器と、
供給ラインであって、供給ラインが分離器に油水を供給するように分離器および塔に流体接続されている、供給ラインと、
戻りラインであって、戻りラインが塔に油相から油を供給するように分離器および塔に流体接続されている、戻りラインと、
戻りラインに熱連結されており、分離器から塔まで戻りラインを通る密度駆動の油の流れを促進するのに効果的な量だけ、戻りラインの油温を上昇させることができるように構成されている温度制御装置とを備える、脱水装置。
【請求項２】
分離器が、塔の生成物流と関連した容積を有し、それによって、分離器の油水の滞留時間が重力沈下を介して油相から水相を分離するのに効果的となる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
塔および分離器が、実質的に同じ圧力で作動することができるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
分離器が、１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間の圧力で作動することができるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
温度制御装置が、電気加熱器または蒸気加熱器を備えており、かつ、電気加熱器または蒸気加熱器が、油水中の油温に対して戻りライン内の油温を少なくとも５°Ｆ上昇させることができるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
温度制御装置が、戻りライン中の油の温度情報および流れのデータを受信するように構成されている制御回路をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
分離器に連結されている油−水界面レベルセンサをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
合体成分をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
分離塔で生成された油水から分離塔を作動させながら水を除去する方法であって、
塔から油水を抜き、塔の外部にある分離器に油水を分離し、それによって水相と油相とを形成することと、
塔が作動しながら、油相の少なくとも一部分を、加熱された油相を塔まで戻って移動させるのに十分な密度差が生じるのに効果的な温度にまで加熱することとを含む、方法。
【請求項１０】
分離器が、塔の生成物流と関連した容積を有し、それによって、分離器の油水の滞留時間が重力沈下を介して油相から水相を分離するのに効果的となる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
塔および分離器が、実質的に同じ圧力で作動する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
分離器が、１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間の圧力で作動する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
油相の少なくとも一部分が、電気加熱器または蒸気加熱器を使用して戻りラインで加熱される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
電気加熱器または蒸気加熱器が、油水中の油相の温度に対して戻りライン内の油相の温度を少なくとも５°Ｆ上昇させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
戻りライン中の油相から温度情報および流れのデータを受信する制御回路をさらに備えている、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
分離器と連結されているレベルセンサを使用して、油−水界面を測定するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
油水を分離するステップが合体成分の使用を含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年８月２９日に出願された係属中の米国仮特許出願第６０／９６８６２２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、油水、特に天然ガスプラントおよび精製所の分留プラントの蒸留塔からの油水から水を除去することである。
【背景技術】
【０００３】
油水から油と水とを分離することは、多くの炭化水素処理設備において共通の作業であり、従来技術で知られているような分離方法が数多く存在する。たとえば、米国特許第４，０８８，５７８号明細書は、水と油との比重に基づく沈下方式を使用して油と水とが分離されるシステムを記載している。あるいは、米国特許第４，３５９，３８６号明細書に例示的に記載されているように、水から油を分離するのに複数のフィルタが使用される。さらに知られている方法では、米国特許第５，３６８，７００号明細書に示されているように、サイクロンとストリッパとの組合せが使用されてもよい。概して減圧状態での蒸留が、米国特許第５，９８０，６９４号明細書に開示されている。同様に、米国特許第４，０８９，６６２号明細書は、塔に連結されており、塔で生成された油水から水相を分離する蒸発器を教示している。さらに他の知られている方法では、米国特許第５，１００，５４６号明細書が化学吸収剤の使用を教示している一方で、米国特許第５，１８８，７４２号明細書は、油水から分離された油が燃焼するプロセスを開示している。
【０００４】
このようなシステムのほとんどは、これらの使用目的に少なくともいくぶんか効果的ではあるが、塔で生成された油水から水をオンラインで分離するのに使用される場合には、これらの方法のうちすべてではないにしてもほとんどには、大きな欠点がある。特に、水が閉じ込められ、過剰な内部還流や生成物の損失が生じがちな脱エタン塔では、精製所および天然ガスプラントの供給ガスに溶解して混入する水によって、たいてい分留が困難になることに留意すべきである。さらに、塔からの油水は、一般的に下水道またはその周囲に排出するのに適していない。このような水は、亜硫酸化合物（たとえばメルカプタンおよびＨ２Ｓ）、重炭化水素（たとえばベンゼンおよびトルエン）、および／または他の望ましくない成分によって汚染されるからである。
【０００５】
分離塔内の過剰な水と関連した問題点を回避するために、塔底の温度が一般的に増加して、水を含むオーバーヘッドを移動させる。このような方法が概念的には比較的簡潔であり、多くの場合塔から多くの水量を除去するが、重大な動作上の欠点が残る。たとえば、このような動作には、高度なリボイラの能力が概して必要であり、このことによって、フラッディングや蒸気の所要量が増加する。さらに、塔底の高温もまた、多くの場合生成物の損失につながる。たとえば、脱エタン塔内で塔底温度が２２０°Ｆから２４０°Ｆまで増加すると、一般的に、１０％から２０％のプロパン損失の原因となる。知られている脱水の別の方法は、同様に効果がなく高コストであると立証されている。たとえば、チムニートレーは、油水分離のために十分な滞留時間で組み入れられてもよい。しかしながら、相分離に必要である沈着領域が分留塔内にはほとんど存在せず（たとえば乱流環境のため）、不可能でないにしろ、このような代替物はたいてい効果がなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さまざまな油水分離の装置および方法が当該技術分野において知られているが、特に、油水分離が安定した塔の作動に必要となる場合に、このうちのすべてまたはほとんどが、１つ以上の欠点を免れない。したがって、特に分離塔のための、改良された油水分離の構成および方法がなお必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、分離中に塔から油水を抜くことによって、分離塔の作動中に生成される油水から好ましくはオンラインで水を除去する構成および方法に関する。そのようにして抜かれた油水は、次いで外部の分離器において水相と油相とに分離され、次いで油相が加熱されて、油相を移動させて作動塔に戻すのに効果的な密度差が生じる。
【０００８】
本発明の主題の一態様では、分離塔の水を除去するための脱水装置が、分離塔に流体的かつ外部から連結されており、油水から水を分離することによって、（最も一般的には受動的な相分離によって）水相および油相を形成することができるようにさらに構成されている分離器を有する。供給ラインが、分離器に油水を供給するために分離器および塔に流体接続され、戻りラインが、油相から塔に戻って油を供給するために分離器および塔に流体接続されている。最も好ましい態様では、温度制御装置が戻りラインに熱連結されており、戻りラインの油温を上昇させて、分離器から戻りラインを通って塔まで戻る密度駆動の油流を促進させるように構成されている。
【０００９】
最も一般的には、分離器は、相が重力分離できるのに効果的な分離器での油水の滞留時間（たとえば少なくとも１５分）が可能なように、塔の生成物流と関連して選択される容積を有する。さらに一般に好ましいのは、塔および分離器が、実質的に同じ圧力（すなわち差圧が１０ｐｓｉ以下）で作動するように構成されていることである。典型的な例示的装置および方法では、分離器が、１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間の圧力で作動するように構成されている。さらに一般に好ましいのは、温度制御装置が電気加熱器または蒸気加熱器を備えており、ここでは、電気加熱器または蒸気加熱器が、油水中の油温に対して戻りライン内の油温を少なくとも５°Ｆ（より一般的には１０°Ｆから１５°Ｆ、またはそれより高い）上昇させることができるように構成されていることである。温度制御装置は、戻りライン中の油から温度情報および流れのデータを受信する制御回路をさらに備えていてもよい。望ましくは、装置は、分離器に連結されている油−水界面レベルセンサ、および／または、相分離を助ける合体成分または他の装置をさらに備えていてもよい。
【００１０】
したがって、分離塔を作動させながら分離塔で生成された油水から水を除去する方法は、塔から油水を抜き、塔の外部にある分離器で油水を分離し、それによって水相と油相とを形成するステップを含む。別のステップでは、油相の少なくとも一部分が、加熱された油相を塔まで戻って移動させるのに十分な密度差が生じるのに効果的な温度にまで加熱される。
【００１１】
最も好ましくは、分離器が、塔の生成物流と関連した容積を有し、それによって相の重力分離のために効果的な分離器での油水の滞留時間（たとえば少なくとも１５分）が可能になり、および／または、塔および分離器が実質的に同じ圧力で作動する。本発明の主題の好ましい態様では、分離器が１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間の圧力で作動する。さらに一般に好ましいのは、油相の少なくとも一部分が、電気加熱器または蒸気加熱器を使用して戻りラインで加熱され、加熱器が、油水中の油相の温度に対して戻りライン内の油相の温度を少なくとも５°Ｆ上昇させる。望ましくは、戻りライン内の油相の温度情報および流れのデータを受信する制御回路を含んでいてもよく、かつ／または、油−水界面レベルセンサを含んでいてもよい。さらに考えられるのは、多数の方法を使用して油水が分離可能であることである。しかしながら、特に好ましいのは、分離が密度沈下および任意の合体成分を使用することである。
【００１２】
本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点は、本発明の好適な実施形態についての以下の詳細な説明からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の主題による蒸留塔における油水の脱水のための例示的な構成である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、蒸留塔からの油水流の水を外部から分離する装置および方法に関する。好ましくは、分離がオンラインで実行され、システムから除去された水が設備内で水を処分または再利用することができるのに十分な純度を有しながら、分離された油が塔に戻って供給される。
【００１５】
特に好ましい態様では、考察されている装置が、塔から油水分離器まで油水を供給する油水供給ラインを含む。分離器は、水出口ラインと、油を蒸留塔に戻して供給するように構成されている油戻りラインとをさらに含む。最も一般的には、分離器はまた、水／油の分離をさらに強化する合体成分を含む。特に好ましい構成および方法では、加熱器（たとえば電気抵抗加熱要素）が、油戻りラインおよび／または分離器に熱連結されており、戻りライン内の分離された油と入口ライン内の供給された油水との密度差を介して、戻り油の流れを誘導するのに効果的な温度にまで、油温を上昇させることが可能である。
【００１６】
１つの例示的な構成が図１に表されており、ここでは、蒸留塔１１の側方の吸込みノズルから降水管１２を介して、油水流１が除去される。図１が単一のノズルだけを表しているが、蒸留塔から完全に水を除去するのを保証するために、２つ、および最も好ましくは３つ以上の側方の吸込みノズルが実施可能であることが理解されるべきである。同様に、図１は、油水が除去される単一のレベルだけを表しているが、複数のレベルでの油水の除去もまた考察される。このような場合、各レベルは、同じかあるいは異なる外部の分離器に油水を供給してもよい。したがって、複数の供給ラインおよび戻りラインもまた、明らかに考察される。一般的に２００ｐｓｉｇおよび１００°Ｆでの流れ１が分離器１３に流入する。分離器１３は、好ましくは分離器の油水が重力を介して油水を水相と油相とに分離することのできる十分な滞留時間（たとえば１５分以上）を有するように、構成されている。代替として、または追加的に、合体成分１９が、改良され、および／またはより迅速な分離のために使用されることができる。
【００１７】
特に好ましい態様では、ポンプまたは他の機械的装置を使用せずに、最も好ましくは、油戻りラインの油温がこれによって上昇し、それによって流体密度差が生じる熱的機構を使用することによって、油相からの油が流れ２を介して分離器１３から除去される。加熱油が上昇するにつれて、油は塔へ戻って供給される。油を加熱するための熱源は、電気的追跡要素および／または低圧蒸気であってもよく、最も好ましくは、供給流１と比較して流れ２の油温が約５°Ｆから約１５°Ｆ（またはより高く）だけ上昇するような量である。典型的な一実施形態では、温度調整器１８および流量調整器１７からの処理信号が、必要に応じて望ましい循環のために入熱を調整する加熱制御回路および／または熱源１６に供給される。さらに、分離器１３は、界面制御バルブ１４を使用して分離器からの流れ３として水を除去することによって分離器１３の水位を所定レベルで維持する、界面レベルセンサおよびコントローラ１５を使用することが概して好ましい。
【００１８】
したがって、分離塔内の水を除去するための脱水装置が、概して、分離塔に流体接続されており、油水から水相および油相に水を分離することができる、外部の分離器を含むことが理解されるべきである。分離器は、一般的に、油水を分離器に供給するための供給ラインを介して、かつ油相から塔に戻って油を供給するための戻りラインを介して、塔に連結されている。最も好ましくは油が熱エネルギを介して移動するので、温度制御装置が戻りラインに熱連結されており、戻りラインを通って分離器から塔まで密度駆動の油流を促進するのに十分な高温まで、戻りライン内の油温を上昇させる。
【００１９】
分離器に関しては、分離器が塔の外部にあり、かつ、分離器が塔に流体接続されていて、油水を受け、油水から分離された油を戻すことが、概して好ましい。望ましくは、１つ以上の分離器が使用されてもよく、ここでは、さらなる分離器が塔からの油水を同じかまたは異なるレベルから受けてもよいことに留意すべきである。さらに、少なくとも２つの分離器が、直列または並列に互いに流体接続されてもよいことが考えられる。分離器の数に関係なく、分離器の容積が、オンラインで分離が行われることができるように選択されることが考えられる。異なる視野から見ると、分離の方法が、塔からの油水の容量の次に、分離器の容積を少なくとも部分的に決定する。１つの好ましい構成では、分離器の油水の滞留時間が重力沈下を介して油相から水相を分離するのに効果的となるように、分離器が塔の生成物流と関連した容積を有する。
【００２０】
代替として、あるいは追加的に、分離器の寸法をさらに減少させるために、重力沈下以外の１つ以上の分離方法が分離器で（または関連して）使用されてもよい。好適な分離方法は、さまざまな物理的方法、特に、１つ以上の合体成分、遠心分離機（たとえば水渦流（ｈｙｄｒｏｖｏｒｔｅｘ））、濾過などの使用を含む。同様に、多数の化学分離法もまた適切であると考えられ、なかでも、乳剤分離などを含む。さらなる考えられる代替または追加的な分離方法は、熱分離、および特に蒸発および蒸留を含む。その結果、したがって適切な分離時間が著しく変化し、一般的に１分から３０分の範囲で、さらにはより長くなることに留意すべきである。
【００２１】
この分離器は、一般的に実質的に同じ圧力で（すなわち１５％以下の差圧で）塔として作動し、ほとんどの場合、典型的な圧力が２０ｐｓｉから１０００ｐｓｉの範囲内に、さらにより一般的には１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間にある。本発明の主題に限定されないが、常圧よりも大きな圧力が、部分的真空よりも通常は好ましい。
【００２２】
さらに特に好ましい本発明の主題の態様では、非機械的機構を使用して油が塔に戻って供給され、エネルギ使用および／または保守要求を減少させるかまたは排除さえする。たとえば、好適な非機械的機構は、油が加熱されて密度を低減させ、そのため油を塔に戻って移動させるものを含む。他の適した方法の中では、加熱器（たとえば、電気、蒸気、他の過程からの熱交換流体によって加熱される）が、戻りラインでの油相および／または油を加熱するために利用されてもよい。しかしながら、最も好ましくは、油が戻りラインで加熱され、それによって塔に戻る油流を促進する。他の例では、油水がそこから吸い込まれるレベルよりも上に分離器が配置されてもよく、油水を分離器に移動させるのに圧力勾配が使用されてもよい。次いで、重力に基づく圧力が、油を塔に戻って移動させるのに使用されてもよい。代替として、あるいは追加的に、ポンプや他の構成要素（たとえば、エダクタなど）を使用して、油はまた移動してもよい。
【００２３】
油を塔に戻して移動させる方法に関係なく、制御回路が、塔へ戻る油流の流量を制御するために利用されるのが好ましい。たとえば、電気加熱機構を使用して油が移動する場合、通常、油戻りラインの油温を測定するのに温度センサが使用されることが好ましい。次いで制御回路は、油戻りラインにある電気（たとえば抵抗）加熱素子への電流を調整して、油の密度を調整し、それによって塔に戻る油流量を調整する。最も一般的には、油水の油と戻りラインの油との温度差が、比較的適度であることができ、密度差、およびそれによって塔へ戻る油の移動が生じる。たとえば、電気加熱器または蒸気加熱器が、戻りラインの油温を油水の油温に対して少なくとも５°Ｆ（一般的に５°Ｆから１００°Ｆの間、より一般的には１０°Ｆから８０°Ｆの間、最も一般的には１５°Ｆから５０°Ｆの間で）上昇させることができるように構成されていると考えられる。
【００２４】
望ましくは、制御回路が、油戻りラインの油流を測定する流量センサからの信号をさらに受けて、望ましい油流を保ってもよい。当然ながら、制御機能が単一の装置に集積されてもよく、あるいは別々の（任意選択的に相互接続された）制御回路が利用されてもよいことに留意すべきである。その上、分離器が、油／水の界面を検出する水油界面レベル検出器と連結されてもよく、（たとえば、レベルセンサと機能的に連結されている制御バルブを使用することによって）、制御された水が分離器から排出できることが可能になる。適した塔に関して、すべての分離塔が本明細書での使用に適切であると一般に考えられるが、特に考察される分離塔は、炭化水素が中で分離される分離塔を含む。たとえば、適した塔が特に脱エタン塔を含む。
【００２５】
したがって、本発明者はまた、分離塔を作動させながら分離塔で生成された油水から水を除去する方法を考察する。特に好ましい方法では、油水が塔から抜かれ、塔の外部にある分離器に分離されて、水相と油相とを形成する。次いで、塔が作動している間に加熱された油相を塔に戻して移動させるのに十分な密度差を発生させるのに効果的な温度にまで、油相の少なくとも一部分が加熱される。塔、分離器、および制御装置に関して、上述と同じように考える。さまざまな他の利点のうち、考察された装置および方法によって、油水の廃棄と関連した問題を低減させるかまたは排除さえしながら、増加した生成物を回収するために蒸留塔に油を再循環させることができることが理解されるべきである。さらに、考察されたシステムおよび方法によって、著しく減少した操作上の複雑さやエネルギ要件でのオンライン操作が可能になることに、留意すべきである。
【００２６】
このように、蒸留塔で油水から水を除去する特定の実施形態および応用分野が開示されている。しかしながら、本明細書において本発明の概念から逸脱することなく、すでに記載されているものに加えてより多くの改変が可能であることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の精神を除いて限定されるものではない。そのうえ、明細書および特許請求の範囲の両方を解釈する際に、すべての用語が、文脈に合わせた最も広い可能な方法で解釈されるべきである。特に、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、要素、構成部品またはステップを非排他的な方法で参照されており、かつ、参照された要素、構成部品またはステップが存在するかまたは利用され、あるいは明らかに参照されていない他の要素、構成要素、またはステップと組み合わされてもよいことを示していると解釈されるべきである。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離塔内の水を除去する脱水装置であって、
分離塔に流体的かつ外部から連結しており、分離塔から油水を受け取り、油水から水相と油相とに水を分離することができるように構成されている分離器と、
供給ラインであって、供給ラインが分離器に油水を供給するように分離器および塔に流体接続されている、供給ラインと、
戻りラインであって、戻りラインが塔に油相から油を供給するように分離器および塔に流体接続されている、戻りラインと、
戻りラインに熱連結されており、分離器から塔まで戻りラインを通る密度駆動の油の流れを促進するのに効果的な量だけ、戻りラインの油温を上昇させることができるように構成されている温度制御装置とを備える、脱水装置。
【請求項２】
分離器が、塔の生成物流と関連した容積を有し、それによって、分離器の油水の滞留時間が重力沈下を介して油相から水相を分離するのに効果的となる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
塔および分離器が、実質的に同じ圧力で作動することができるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
分離器が、１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間の圧力で作動することができるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
温度制御装置が、電気加熱器または蒸気加熱器を備えており、かつ、電気加熱器または蒸気加熱器が、油水中の油温に対して戻りライン内の油温を少なくとも５°Ｆ上昇させることができるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
温度制御装置が、戻りライン中の油の温度情報および流れのデータを受信するように構成されている制御回路をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
分離器に連結されている油−水界面レベルセンサをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
合体成分をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
分離塔で生成された油水から分離塔を作動させながら水を除去する方法であって、
塔から油水を抜き、塔の外部にある分離器に油水を分離し、それによって水相と油相とを形成するステップと、
塔が作動しながら、油相の少なくとも一部分を、加熱された油相を塔まで戻って移動させるのに十分な密度差が生じるのに効果的な温度にまで加熱するステップとを含む、方法。
【請求項１０】
分離器が、塔の生成物流と関連した容積を有し、それによって、分離器の油水の滞留時間が重力沈下を介して油相から水相を分離するのに効果的となる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
塔および分離器が、実質的に同じ圧力で作動する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
分離器が、１００ｐｓｉから５００ｐｓｉの間の圧力で作動する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
油相の少なくとも一部分が、電気加熱器または蒸気加熱器を使用して戻りラインで加熱される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
電気加熱器または蒸気加熱器が、油水中の油相の温度に対して戻りライン内の油相の温度を少なくとも５°Ｆ上昇させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
戻りライン中の油相から温度情報および流れのデータを受信する制御回路をさらに備えている、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
分離器と連結されているレベルセンサを使用して、油−水界面を測定するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
油水を分離するステップが合体成分の使用を含む、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2010537806.tif 000004