(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エマルションの分離方法であって、粒状のベッドの層を通した前記エマルションのろ過及び前記ベッドの再生を含み、
前記ベッドの顆粒の表面の少なくとも一部が、分散媒体による被覆により分散相に対して非湿潤性とされており、ろ過に先立って前記分散媒体が前記ベッドに含浸されており、前記ベッドの再生が、逆洗によって実行され、
前記分散媒体が含浸された開孔顆粒が、前記ベッドの顆粒として使用され、その開孔が、前記分散媒体と関連して毛管効果を有することを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも前記ベッドの顆粒の外層が、珪藻土ベースの材料で構成されていることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記ろ過の速度が、５〜５０ｍ／ｈの範囲内であることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記逆洗の速度が、５〜１１０ｍ／ｈの範囲内であることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記顆粒が、丸型形状を有し、それぞれの相当径が、０．１〜６．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記ベッドの層の高さが、０．３〜５．０ｍの範囲内であることを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記ベッドの層の高さが、前記顆粒の相当径の５０倍以上であることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
提案の解決手段は、ろ過によるエマルション分離（emulsion separation）の分野に関し、詳細には、オイル及びオイル製品のほか、有機物からの液体の除去（cleaning）の分野に関する。この解決手段は、オイル生成、化学、石油化学、食品製造、医薬品、工学、及び他の産業部門のほか、廃水処理システムにおいて使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
オイル及びオイル製品から水を除去する方法（ＵＳＳＲ発明者証第１６６２６２５号（МПК  Ｂ０１Ｄ  ３９／００、１９８７））が知られているが、この方法は、親油性発泡プラスチック（oleophilic formed plastic）の顆粒（granule）で構成された一層の粒状ベッドを通してエマルションをろ過することを含む。この先行技術の解決手段の不都合として、この方法では汚染ベッドの再生が行われないため、ベッド交換のための技術的不稼働時間（technological downtime）が非常に長い点が挙げられる。
【０００３】
提案の技術的解決手段に最も近いのは、オイル及びオイル製品から液体を除去する方法（ロシア特許第２２０２５１９号（МПК  Ｂ０１Ｄ  ３９／１８、２００１））であるが、この方法は、一層の粒状ベッドを通してエマルションをろ過することと、ろ過による当該層の中間洗浄を伴う二重機械的押圧によってベッドを再生することと、を含む。この先行技術解決手段の不都合として、
・ろ過ベッドの再生度の低さ（その累積によって、ろ過の速度及び品質が低下し、ろ過材サイクルの持続時間が短くなり、ろ過ベッドの寿命が短くなるとともにユニットの容量が低下する）、
・ベッドの洗浄のほかに二重押圧を含む再生サイクルの持続時間（動作中の中断）、
・エマルション分離ユニットの設計の複雑さ（ベッドの機械的押圧のための機器を含む）、
・ベッドの機械的押圧のための付加的なエネルギー消費、
のため、エマルション分離プロセスの効率が低い点が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ロシア国特許第２２０２５１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
提案の解決手段の技術的結果は、エマルション分離プロセスの効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
エマルションの分離方法であって、粒状のベッドの層（granulated bed layer）を通した前記エマルションのろ過及び前記ベッドの再生を含み、前記ベッドの顆粒の表面の少なくとも一部が、分散媒体（dispersion medium）による被覆により分散相（dispersed phase）に対して非湿潤性とされており、ろ過に先立って前記分散媒体が前記ベッドに含浸されており、前記ベッドの再生が、逆洗（backwashing）によって実行される、方法である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
指定の技術的結果は、エマルションの分離方法であり、粒状ベッド層を通したエマルションのろ過及びベッドの再生を含む、方法において、ベッドの顆粒の表面の少なくとも一部（全表面の５５％以上、任意選択で７０〜９５％）が、分散媒体による被覆により、ろ過条件（温度、ろ過速度、圧力）で分散相に対して非湿潤性とされている事実により実現される。この目的のため、ろ過に先立って分散媒体がベッドに含浸されており、ベッドの再生が、逆洗によって実行される。前述の特徴の適用では、分散媒体で覆われた顆粒の表面の一部に対して分散相が付着する可能性が除外され、ベッドの再生が促進及び加速されるため、エマルション分離プロセスの効率が向上し、性能が向上して、ユニットの設計が簡素化されるとともに、個別のエネルギー消費が抑えられる。
【０００８】
顆粒の表面の一部の分散媒体による被覆は、例えばゲルの形態にて実行可能である。特定の事例において、分散媒体が含浸された開孔顆粒（open-porous granule）は、顆粒の開孔が分散媒体と関連して毛管効果（capillary effect）を有することから、ろ過ベッドとして使用可能であり、顆粒の表面に分散媒体が保持される。
【０００９】
また、顆粒は、少なくともその外層において、１００μｍ以下（主として、４０μｍ以下）のサイズの研磨材（abrasive material）の粒子を含み、粒子間の既存の連通隙間（孔）（communicating interstices （pores））を保存して焼結又は接着によって堅く相互接続（interconnected）されており、ろ過ベッドとして用いられるようになっていてもよい。
【００１０】
研磨材（炭化ケイ素、天然コランダム、エメリー、珪藻土、トリポリ等）は、縁部が鋭いため、ベッド逆洗プロセス中に目詰まりした孔を清掃可能であり、耐用年数が長くなる。顆粒の研磨面は、顆粒の付着及び接触する顆粒の孔入口の重なり（遮蔽）を抑える。
【００１１】
研磨材の粒子サイズによって孔サイズが決まる（両者が互いにほぼ対応する）。粒子を使用する場合は、その相当径（equivalent diameter）が１００μｍを超え、孔が特大の（oversized）顆粒が得られる。顆粒成型によって、相互接続開孔（open interconnected pores）の数が増え、顆粒全体での分布の均一性が増し、孔の流域の安定性が向上する。焼結又は（隙間を覆うことのない最小量の接着剤による）接着により粒子が互いに凝集すると、粒子間の相互接続孔が保護され得る。
【００１２】
サイズが１００μｍ以下の研磨材の粒子によるろ過ベッドの顆粒の外層の形成によって、平均高さが１〜５０μｍで縁部が鋭い微小突起（microscopic protrusions）を粒子の表面上に得ることができる。これにより、ろ過プロセスにおいては、顆粒の突起（protrusions）に分散相を固定可能となり、逆洗による再生中に顆粒を高速、容易、且つ効果的に除去可能となる。
【００１３】
分散相に対して毛管効果を有する開孔を顆粒表面上の突起が有する場合は、これにより、ろ過中に分散相が顆粒表面に対してより効果的に固定されるが、分散相は顆粒との接触面が小さい（突起を通じてしか接触しない）ため、逆洗のときの顆粒の除去が抑制されることはない。
【００１４】
オイル及びオイル製品から水を除去する場合は、前述の特徴がすべて、ろ過ベッドに実装されるが、少なくともその顆粒の外層は、珪藻土ベースの材料で構成されている（珪藻土の粒子サイズは５０μｍ以下であり、顆粒表面上の突起の平均高さは１〜２５μｍである）。また、珪藻土が天然の研磨性を有することから、ろ過材の逆洗のプロセスにおける顆粒の相互作用によって、目詰まりした孔を清掃可能となる。
【００１５】
ろ過速度は、５〜５０ｍ／ｈの範囲内であるものとする。ろ過速度が５ｍ／ｈ未満の場合は、分散相の液滴の顆粒との相互作用の速度が低下するためにろ過効率が低下して、ベッドを「突破（breaking through （breakthrough））」することになる。ろ過速度が５０ｍ／ｈを超える場合は、分散相の液滴がろ過ベッドの顆粒から離れることにより、ろ過効率が低下する。
【００１６】
逆洗速度は、５〜１１０ｍ／ｈの範囲内であるものとする。逆洗速度が５ｍ／ｈ未満の場合は、ろ過ベッドの顆粒の流動化が失われるため、逆洗効率が著しく低下する。逆洗速度が１１０ｍ／ｈを超える場合は、ろ過ベッドの顆粒の崩壊（destruction）及び取り込み（entrainment）のため、プロセス効率が低下する。
【００１７】
顆粒は、丸型形状を有しているため、凝集及び崩壊の傾向が抑えられるほか、逆洗のときの材料の取り込みも抑えられる。顆粒が丸型形状であることにより、材料の流れる能力及び分割が改善され、その表面処理が促進されるとともに、大容積の埋め戻しに際して、製品の高さ方向の塊サイズ分布の空間充填及び安定性が高くなる。顆粒間の隙間がより一様になれば、（最小値を下回る性能で実行される）再生までのろ過材運用のろ過速度及び時間が増大する。顆粒の突出部が主として破壊されるため、ろ過材の液圧耐性が低下するとともに停滞域の数が減少し、顆粒の摩耗（すり減り）が少なくなる。ろ過材の逆洗のとき、顆粒の移動度及びそれぞれの表面の清浄度が増し、層の計量に必要な再生時間及び圧力が抑えられる。
【００１８】
顆粒の相当径は、０．１〜６．０ｍｍの範囲内であるものとする。相当径が小さいと、顆粒は、逆洗プロセスにおいて洗浄されるため、再生の影響を受けなくなる。また、顆粒の相当径が０．１ｍｍ未満の場合は、顆粒間のチャネルが急速に分散相で満たされるため、周期的な「突破」に至ることになる。顆粒の相当径が６．０ｍｍ超の場合は、顆粒間に形成されるチャネルが大き過ぎるため、ろ過材の機能が停止する。
【００１９】
ろ過ベッド層の高さは、０．３〜５．０ｍの範囲内であるものとする。ベッド層の高さが０．３ｍ未満の場合は、ａ）ろ過ベッドとのエマルション相互作用の面積及び接触時間が不十分であること（これにより、エマルション分離品質が低下する）、ｂ）ろ過ベッドが急速に目詰まりすること（これにより、ベッドの再生のための不稼働時間が長くなる）、ｃ）ろ過ベッド層を通るエマルションの「突破」が発生することから、稼働効率は低下する。ろ過ベッド層の高さが５．０ｍ超の場合は、（正常に機能しない下層を含む）ろ過ベッド層の抵抗の増大、ろ過ベッドの再生の速度及び品質の低下、並びに機器の設置及び保守のコストの増大のため、ろ過効率が低下する。
【００２０】
ろ過ベッド層の高さの、機器の流域の最大サイズに対する比は、０．２以上であるものとする。そうでない場合、（ベッドの洗浄後又は支持格子の傾斜に起因して生じる）ろ過ベッドの一様ではない分布によって、ろ過ベッド層の高さが最小となる場所でエマルションの「突破」が発生する可能性があり、ろ過の品質及び効率が低下する。
【００２１】
ろ過品質の大部分がエマルションのろ過ベッドとの接触面積によって決まることから、ろ過ベッド層の高さは、その顆粒の相当径の５０倍以上であるものとする。ベッド層の高さが小さい場合、ろ過品質及び効率の大幅な低下が観測される。
【００２２】
エマルション分離の方法は、以下のように実現される。
【００２３】
エマルション分離の機器は、直径が０．４ｍで高さが４．０ｍのケースを含み、その中にろ過ベッドが位置付けられている。珪藻土の破砕粒子から形成され、７００〜１，０００℃の温度で焼成された粒子がろ過ベッドとして用いられるが、これにより、粒子間で利用可能な孔を維持しつつ、珪藻土の粒子が互いに十分に焼結される。
【００２４】
珪藻土は、水及びオイルによる十分な湿潤性がある。ただし、多孔質構造を有しており、これらの液体の一方で孔が満たされる（顆粒が含浸される）と、顆粒表面上の孔の出口点において、他方の液体に対して非湿潤性の領域が形成される。したがって、オイルから水を除去する場合は、ろ過ベッドが清浄水で予め満たされており、これが顆粒の孔を満たすため、顆粒表面上の孔の出口点において、オイル（分散相）に対して非湿潤性の領域が形成される。こうすることで初めて、珪藻土顆粒の層を通した水−オイルエマルションのろ過が開始となる。
【００２５】
顆粒間のピラミッド状空洞においては、ろ過の過程で流量が急激に低下するため、分散相が（主として、側方空洞における）顆粒表面の突起上に堆積し始めて、徐々にこれらの空洞を十分に充填する。逆洗のときには、顆粒が移動し、空洞の空間的構造が破壊され、ピラミッド状空洞及び顆粒表面に積み重なった分散相が洗浄液により取り除かれる。また、逆洗のときには、ろ過材の顆粒が互いにこすれ合って、それぞれの表面に残っている汚染物質が除去される。再生後、顆粒には、わずか１ｗｔ％のオイルしか含まれておらず、これらの孔に統合されて、孔から変位した水が突起中に存在する。これにより、顆粒中のオイルの残留量は、それに対して実行される再生の回数によって決まるものではない。すなわち、顆粒中の分散相の積み重なりの累積効果が欠けている。
【実施例】
【００２６】
具体的遂行の実施例を以下に示す。
【００２７】
＜実施例１＞
相当径が０．７〜１．７ｍｍでろ過層の高さが１．２ｍ（逆洗中の流動化により０．６ｍ増加）の珪藻土顆粒のろ過ベッドを使用して、オイルから水を除去した。ろ過ベッド層の高さの、機器の直径に対する比は、４．０であり（すなわち、０．２を上回り）、ベッド層の高さは、顆粒の相当径の１，０００倍に等しい（すなわち、５０を上回る）。ろ過速度は１５ｍ／ｈ、逆洗速度は３０ｍ／ｈであった。エマルション温度は、７４〜７６℃の範囲であった。ろ過材の上流の圧力は、１．６ｋｇ／ｃｍ２であった。ろ過前の水−オイルエマルション中のオイル含有量は、３０ｍｇ／ｌであり、ろ過材を１回通った後は、０．５〜０．８ｍｇ／ｌであった。
【００２８】
ろ過層の高さを０．２５ｍに抑えた（０．３ｍを下回る）場合、再生までのベッド稼働時間は、１２〜１４倍短くなり、ろ過材を１回通った後の水−オイルエマルション中のオイル含有量は、５．２ｍｇ／ｌである。
【００２９】
ろ過層の高さを７．０ｃｍに抑えた（ろ過ベッド層の高さの、機器の直径に対する比が０．２未満の）場合、ろ過材を１回通った後の水−オイルエマルション中のオイル含有量は、１７．４ｍｇ／ｌである。
【００３０】
ろ過層の高さを５．０ｃｍに抑えた（ろ過ベッド層の高さがその顆粒の相当径の５０倍未満の）場合、ろ過材を１回通った後の水−オイルエマルション中のオイル有量は、２７．３ｍｇ／ｌである。
【００３１】
＜実施例２＞
相当径が０．７〜１．７ｍｍでろ過層の高さが２．０ｍ（逆洗中の流動化により１．０ｍ増加）の珪藻土顆粒のろ過ベッドを使用して、オイルから水を除去した。ろ過速度は２０ｍ／ｈ、逆洗速度は３５ｍ／ｈであった。エマルション温度は、１２〜１５℃の範囲であった。ろ過材の上流の圧力は、１．６ｋｇ／ｃｍ２であった。ろ過前の水−オイルエマルション中のオイル含有量は、３００ｍｇ／ｌであり、ろ過材を１回通った後は、０．８ｍｇ／ｌであった。
【００３２】
提案の解決手段は、特に、油田におけるオイル脱水、廃オイル及び使用済みオイルの廃棄前の脱水、ミルク及びクリーム中の脂肪含有量の調整、トランス及びタービンオイルの脱水、オイル及びオイル製品からの廃水の除去等に使用可能である。