コアレッサー

コアレッサーは、媒体内で凝集を誘発する装置です。主に、乳化装置とは逆に、さまざまなプロセスを経てエマルジョンを成分に分離するために使用されます。

コアレッサーには、機械式と静電式の 2 つの主なタイプがあります。機械式コアレッサーはフィルターまたはバッフルを使用して液滴を凝集させますが、静電式コアレッサーは DC または AC 電界 (またはそれらの組み合わせ) を使用します。

機械式コアレッサーは、より一般的なタイプのコアレッサーで、機械的な手段で液滴を物理的に変化させることで機能します。これらは、世界中の石油およびガス産業で、水または炭化水素凝縮物の除去に広く使用されています。コアレッサーは定義上、液体の分離ツールとして機能しますが、フィルターとしても使用され、誤ってフィルターと呼ばれています。

圧縮空気浄化の分野では、凝集効果を利用して圧縮空気から液体の水と油を分離するために凝集フィルターが使用されます。凝集（物理学）は、低温および高圧で動作する凝集フィルターがどのようにより効果的に機能するかを示しています。^[1]これらのフィルターは、粒子も除去します。この場合、最も一般的に使用される媒体はホウケイ酸マイクロファイバーです。

石油・ガス、石油化学、石油精製業界では、天然ガスから水と炭化水素液体を 0.011 mW 未満 (および粒子状物質が 0.3 μm 未満) まで除去し、天然ガスの品質を確保し、コンプレッサー、ガスタービン、アミンまたはグリコール吸収装置、分子ふるい、PSA、計量ステーション、水銀ガードベッド、ガス燃焼ヒーターまたは炉、熱交換器、ガス-ガス精製膜などの下流機器を保護するために、液ガスコアレッサーが広く使用されています。

天然ガス業界では、コンプレッサの下流で潤滑油を回収するためにガス/液体コアレッサーが使用されています。すべての液体が除去されますが、コンプレッサの出口にコアレッサーを設置する主な理由は潤滑油の回収です。コンプレッサの上流からの液体には、エアロゾル粒子、混入液体、または「スラグ」と呼ばれる大量の液体、水や炭化水素液体の組み合わせが含まれる場合がありますが、これらはコンプレッサの上流にあるフィルター/コアレッサー容器で除去する必要があります。ガス/液体コアレッサーの効率は、通常 0.3 μm (0.3 ミクロン) の液体粒子で、効率は最大 99.98% です。

液液コアレッサーは、生産水からの油除去など、水相から炭化水素を分離するためにも使用できます。エチレン工場の急冷水から熱分解ガソリン (ベンゼン) を除去する際にも使用されていますが、この用途では、カートリッジを頻繁に交換すると、オペレーターがBTX (ベンゼン、トルエン、キシレン) にさらされる可能性があり、また、頻繁な交換による廃棄の問題や運用コストの上昇も発生します。

静電コアレッサーは、電界を使用して原油中水エマルジョンの液滴の凝集を誘発し、液滴サイズを大きくします。ストークスの法則における液滴直径の二乗依存性により、沈降速度が上昇し、エマルジョンが不安定になります。水滴への影響は、絶縁油に分散された導電性水滴の非常に異なる誘電特性から生じます。水滴の誘電率は、周囲の油よりもはるかに高くなっています。さらに、塩が溶解した水も非常に優れた導体です。帯電していない液滴が AC 電界にさらされると、電界によって液滴が分極し、液滴の周囲に電界が生成されて外部電界に対抗します。水滴は非常に導電性が高いため、誘導された電荷は表面に残ります。液滴には正味の電荷はなく、1 つの正の面と 1 つの負の面があります。液滴内部では、電界はゼロです。誘導双極子を持つ 2 つの液滴が互いに近づくと、液滴同士が凝集するまで引き寄せられる力が発生します。

石油生産では、チョークバルブやプロセス機器で同時生産された水が油と混合され、油中水型エマルジョンが生成されます。水の量は、貯留層の生産寿命中に増加します。エマルジョンは重力分離器を使用して不安定化され、熱、乳化解除剤、および交流電場を適用することで沈降速度が上昇します。交流電場は水滴間に引力を発生させ、接触時に凝集する確率を高めます。ストークスの法則によると、沈降速度は液滴直径の2乗に比例して増加します。小さな水滴の凝集を促進することで、沈降速度を大幅に高めることができます。これが原油が輸出される前の最終処理段階である場合、水分含有量は通常0.5 vol%未満にまで低減されます。

典型的な静電コアレッサーは、電極を備えた大型の沈殿タンクで、短絡の影響を受けやすい裸電極を使用した層流条件下で動作します。このタイプのコアレッサーの代替品は、上流のセパレータータンクに設置されるフロースループレコアレッサーです。コンパクト静電コアレッサー^[2]では、 乱流条件下でAC電界（50〜60 Hz）を油中水エマルジョンに適用することで液滴の凝集が実現されます。乱流により、水滴間の衝突頻度が高まります。電極は短絡を防ぐために絶縁されており、最大40％の水分と水スラグを許容します。この装置は、性能を向上させるために重力セパレーターの上流に設置された独立したフロースルー静電処理セクションです。処理セクションと沈殿セクションを分離しておくことで、後付けも可能なコンパクトな静電コアレッサーを実現できます。

液液コアレッサーは、石油精製業界でも広く使用されており、石油精製所の中間製品からアミンや苛性アルカリなどの汚染物質の最後の痕跡を除去したり、最終段階で灯油(ジェット燃料)、LPG、ガソリン、ディーゼルなどの最終製品を炭化水素相の自由水を 15 mW 未満に脱水したりするために使用されています。これらのコアレッサーは静電型であることが多く、DC 電界によって水滴が凝集し、重力によって沈殿します。