CN101421377A - 重质油轻质化装置及重质油轻质化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以在比较宽松的生成条件下，通过加氢来分解重质的原料油而得到比原料油更轻质的生成油。本发明的重质油轻质化装置包括乳浊液生成部(10)、生成槽部(20)及加热部(30)，通过在乳浊液生成部(10)把碱离子水(A)在原料油(O1)中乳化而生成乳浊液(E)，并把该乳浊液(E)的液滴(D)滴到由加热部(30)加热的生成槽部(20)内的热介质(O2)的表面(S)。

Description

重质油轻质化装置及重质油轻质化方法
技术领域
本发明涉及可以从重质原料油得到更轻质的生成油的重质油轻质化装置及重质油轻质化方法。
背景技术
近年来世界石油形势有产品轻质化的倾向。汽油、煤油及轻油等所谓轻质油(轻烃油)，除了可以通过石油的常压蒸馏或减压蒸馏等蒸馏方法得到之外，还可以通过分解所谓重质油(重烃油)来得到。从该重质油得到轻质油的方法有：使用催化剂分解重质油的接触分解法；在氢气流中使用催化剂通过加氢从而分解重质油的氢化分解法；以及不使用催化剂而热分解重质油的热分解法等(例如参照专利文献1及专利文献2)。
不过在上述接触分解法或氢化分解法中，都需要催化剂，而且伴随着重质油的接触分解，催化剂会失去活性，因此需要对催化剂进行再生处理。此外，在氢化分解法中，需要500℃以上的温度及30～100个大气压力这样苛刻的生成条件。另一方面，热分解法也需要400℃～500℃的温度及2～30个大气压力这样苛刻的生成条件。
【专利文献1】日本专利公开公报特开平07—011259号
【专利文献2】日本专利公开公报特开平09—183983号
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种可以不必使用催化剂即无需进行催化剂的再生处理，并在比背景技术宽松的生成条件下，通过加氢从而分解重质原料油，来得到比原料油更轻质的生成油的重质油轻质化装置及重质油轻质化方法。
本发明提供的从重质的原料油生成更轻质的生成油的重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，通过把碱离子水在原料油中乳化生成乳浊液，并把该乳浊液的液滴滴到加热了的热介质的表面来实现。
采用这种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以在比背景技术宽松的生成条件下，从重质的原料油得到更轻质的生成油。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的重质油轻质化装置的结构的图。
图2是表示本发明实施方式的重质油轻质化装置的加热部的另一种结构的图。
图3是表示本发明实施方式的重质油轻质化装置的生成槽部及加热部的另一种结构的图。
图4是表示在本发明的重质油轻质化方法与背景技术的热分解法中生成温度随时间变化的图。
图5是表示在本发明的重质油轻质化方法与背景技术的热分解法中燃料使用量随时间变化的图。
图6是表示在本发明的重质油轻质化方法与背景技术的热分解法中生成油量随时间变化的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。另外，在各图中赋予相同的符号的部分表示相同的结构，省略其说明。
图1是表示本发明实施方式的重质油轻质化装置的结构的图。如作为概略图的图1所示，重质油轻质化装置1A通过把碱离子水A在原料油O1中乳化而生成乳浊液E，并把该乳浊液E的液滴D滴到加热了的热介质O2的表面S，从而由重质原料油O1生成更轻质的生成油O3。重质油轻质化装置1A例如包括乳浊液生成部10、生成槽部20、加热部30以及生成油处理部40。
乳浊液生成部10为通过把碱离子水A在重质原料油O1中乳化而生成乳浊液(emulsion)E的装置。乳浊液生成部10与生成槽部20相连通，以使生成的乳浊液E的液滴D滴到热介质O2的表面S。乳浊液E是碱离子水A的微细粒子分散在原料油O1中的油包水型(W/O型、water-in-oiltype)。
这种乳浊液生成部10例如包括水槽11、原料油槽12、配管13、14、泵15、16、以及搅拌机(mixer)17。水槽11为贮存碱离子水A的容器。水槽11通过配管13与搅拌机17连接，可以使碱离子水A从水槽11流出到搅拌机17。配管13上设有泵15，泵15边调整流量边使碱离子水A从水槽11流出到搅拌机17。原料油槽12是贮存原料油O1的容器。原料油槽12通过配管14与搅拌机17连接，可以使原料油O1从原料油槽12流出到搅拌机17。配管14上设有泵16，泵16边调整流量边使原料油O1从原料油槽12流出到搅拌机17。搅拌机17是将流入的碱离子水A和原料油O1进行搅拌的装置。通过这种搅拌使碱离子水A在原料油O1中乳化，在搅拌机17内生成油包水型的乳浊液E。搅拌机17具有形成乳浊液E的液滴D并向生成槽部20滴下的滴下口部171。
生成槽部20是贮存热介质O2，并且被导入乳浊液E的液滴D，以使在乳浊液生成部10生成的乳浊液E的液滴D滴到热介质O2的表面S的容器。如后面所述，通过乳浊液E的液滴D滴到热介质O2的表面S，从而生成生成油O3。生成槽部20与生成油处理部40连通，以使该生成油O3流到生成油处理部40。生成槽部20例如是圆筒形状的金属制容器，有比较大的内容积，并具有底21及盖22，在盖22上，开有导入口部24及导出口部25。导入口部24与乳浊液生成部10的搅拌机17的滴下口部171相连接，是用于导入乳浊液E的液滴D的开口部，以使在乳浊液生成部10生成的乳浊液E的液滴D滴到热介质O2的表面S。导出口部25是用于导出比原料油O1更轻质的生成油O3的开口部。
加热部30是加热生成槽部20的装置。通过生成槽部20被加热从而热介质O2被加热。加热部30，例如在其中一个端部设有燃烧器32，而且具有使在该燃烧器32中燃烧燃料油所产生的高温燃烧气体流通的加热气体流路部31。加热部30通过利用在燃烧器32中燃烧燃料油而产生的高温的燃烧气体在加热气体流路部31中的流动来加热生成槽部20的底21。据此，燃烧气体的热经由生成槽部20热传导给热介质O2，热介质O2被加热，而且对流。燃烧器32的燃料油可使用例如便宜的C重油等重质油燃料等。
生成油处理部40为收集、贮存在生成槽部20生成的生成油O3的容器。生成油处理部40具有导入口部41及大气开口部42。导入口部41是用于导入在生成槽部20内生成的生成油O3的开口部，与生成槽部20的导出口部25连接。大气开口部42是大气自由流出流入的开口部，被开放于大气中。其结果，与生成油处理部40连通的生成槽部20也处于被开放于大气中的状态，生成槽部20内的气压大致为大气压。生成油处理部40例如具有：冷凝器，将气体的生成油O3凝缩成液体；以及贮存槽，贮存在冷凝器中凝缩成液体的生成油O3。而且，该贮存槽被开放于大气中。另外，生成油处理部40例如具有：分馏塔，分馏生成油O3；冷凝器，将在分馏塔中分馏的气体的油凝缩成液体；以及贮存槽，贮存在冷凝器中凝缩的液体油。而且，该贮存槽被开放于大气中。由于在冷凝器中将气体的油凝缩成液体，所以在与生成油处理部40连通的生成槽部20内会产生压力变动，该压力变动约为±1/100左右。因此，这种情况下生成槽部20内的气压也大致为大气压。
在这种结构的重质油轻质化装置1A中，首先，在水槽11中投入碱离子水A并贮存，在原料油槽12中投入重质的原料油O1并贮存，在生成槽部20中投入热介质O2并贮存，其量要能形成热介质O2的液体表面S。
碱离子水A是含有钙离子(Ca2+)的碱离子水，是氢氧化钙(Ca(OH)2)水溶液、或通过混合水和钙(Ca)生成的钙的水溶液。含有钙离子的碱离子水A，其氧化还原电位被调制成-850mV以下，以便将氢活性化并通过后述的水蒸气爆发(井喷现象)使水分子容易地分解为氧原子和氢原子，而且，pH值被调制成12以上，以便使通过该氧化还原电位的调制及后述的空泡(cavitation)现象产生的活性氢比较稳定，能高效进行后述的加氢反应。这样，因为碱离子水A含有钙离子，而且被调制成氧化还原电位在-850mV以下，pH值在12以上，所以可以有效地从重质原料油得到更轻质的生成油。
原料油槽12中的原料油O1，只要能通过搅拌机17的搅拌生成油包水型的乳浊液E并能形成液滴D，可以是任何种类的重质油，例如是原油、常压蒸馏渣油、减压蒸馏渣油、热分解渣油、煤焦油、A重油、B重油及C重油等。这些重质油可以单独作为原料油O1来使用，也可以把两种以上的这些重质油的混合物、或在这些重质油中混合一部分轻质油作为原料油O1来使用。
如后所述，热介质O2是把热传导到被滴到其表面S上的乳浊液E的液滴D的介质，只要在通过加热部30加热到规定的温度时为液态，则什么样的油(碳化氢油)都可以，在本实施方式中，因为加热到约250～400℃，所以使用例如重油等重质油。
接着，加热部30运转，通过加热部30加热生成槽部20，使生成槽部20的热介质O2得到加热。由此，热介质O2被加热到约250～400℃。另外，在本实施方式中，因为使用重质油作为热介质O2，通过加热热介质O2，一部分热介质O2气化，生成槽部20的内部含有该气化的热介质O2，并且形成温度与贮存在生成槽部20内的热介质O2的温度相应的气体气氛(gas atmosphere)。
接着，泵15及泵16各自运转，碱离子水A从水槽11流出到搅拌机17，并且原料油O1从原料油槽12流出到搅拌机17。而后，搅拌机17运转，流入的碱离子水A和原料油O1被搅拌，生成油包水型的乳浊液E。分散在乳浊液E中的碱离子水A的微细粒子的粒径一般为10μm以下，但优选为3～5μm。如果该粒径小于3μm，则空泡现象的发生不充分，所以不优选，另外，如果该粒径大于5μm，也因为空泡现象的发生不充分，所以也不优选。
在搅拌机17中生成的乳浊液E为滴状，以液滴D的形式从导入口部24朝生成槽部20的热介质O2的表面S滴下。滴下的液滴D与热介质O2反应，生成比原料油O1轻质的生成油O3。
发明者推测该滴下的液滴D从重质原料油O1生成轻质的生成油O3的过程如下：从导入口部24导入的乳浊液E的液滴D通过从生成槽部20内的气体接受热量而被加热。据此，乳浊液E的原料油O1被加热，通过原料油O1，微细粒子的碱离子水A也被加热。乳浊液E的液滴D，随着下降，通过此加热液滴D分离并碎化，并且微细粒子的碱离子水A先达到沸点而气化，该气化的碱离子水A会产生膨胀的趋势，可是周围油膜的张力阻碍其膨胀，导致能量被积蓄起来。乳浊液E的液滴D进一步下降，一旦到达热介质O2的表面，则一下子被加热。气化的碱离子水A由此一下子膨胀，基于此膨胀而产生的压力超过周围油膜张力的限度，则产生通过水蒸气爆发而产生微爆(micro explosion)。此时，液滴D的原料油O1飞散，其表面积一下子扩大到数千倍(例如约5000倍)，促进了加热。另外，基于该微爆在热介质O2中产生空泡现象。基于该空泡现象，在发生微爆的热介质O2的微小部分中，温度会达到约10000℃，并且空泡现象的压力波会达到约350大气压。由此，在原料油O1中产生裂化，碱离子水的水分子被分解为氧原子和氢原子。而且，通过水分子的分解而生成的化学上活性的氢原子，与通过裂化而生成的开裂的碳原子的结合键(binding bonds)相结合，从而原料油O1被添加氢。此外，通过水分子的分解而生成的化学上活性的氧原子，与通过裂化而生成的开裂的碳原子的结合键相结合，从而原料油O1还被添加氧。据此，生成比重质的原料油O1更轻质的生成油O3。而且，该生成油O3还比原料油O1含有更多的氧。如此，发明者推测出滴下的液滴D从重质的原料油O1生成更轻质的生成油O3的过程。
因此，乳浊液E中，碱离子水中的水的重量相对于原料油O1的重量的比率(＝(水的重量/(原料油O1的重量)×100)，根据原料油O1中的氢含量与应该生成的轻质油中的氢含量的差被决定，比重越大的原料油O1，水分量越大，优选为5～30重量％。在将重质的原料油O1轻质化这点上，如果水的比率小于5重量％，则因为氢原子不足，所以不优选，另外，如果水的比率大于30重量％，则因为水分量过剩，也不优选。为了使搅拌机17中生成所述比率的乳浊液E，通过泵15调节碱离子水A的流量后使其从水槽11流出到搅拌机17，并且通过泵16调节原料油O1的流量后使其从原料油槽12流出到搅拌机17。
并且，该生成的轻质的生成油O3被由导出口部25导出，被收集、贮存在设置于导出口部25的生成油处理部40中。
这样，通过该重质油轻质化装置1A可以从重质的原料油O1得到更轻质的生成油O3。而且，在本发明一个实施方式的重质油轻质化装置1A中，热介质O2的温度约为250～400℃，生成条件比背景技术要宽松。因此，生成槽部20可采用比背景技术耐热性低的材料。此外，在上述的重质油轻质化装置1A中，生成槽部20被开放于大气中，生成条件比背景技术进一步放宽。因此，生成槽部20的强度可以比背景技术的低，生成槽部20可采用比背景技术更简单的结构。另外，在上述的重质油轻质化装置1A中，不必如接触分解法和氢化分解法那样使用催化剂，所以无需进行催化剂的再生处理。
另外，因热介质O2为油，特别是在本实施方式中为重质油，所以在原料油O1裂化的同时，热介质O2的一部分油也发生裂化，被添加氢。因此，热介质O2的一部分油也轻质化，由生成槽部20流到生成油处理部40，被逐渐消耗。因此，随着重质油轻质化装置1A的运转，有必要适当地补充热介质O2，以使加氢反应良好地进行。
图2是表示本发明实施方式的重质油轻质化装置的加热部的另一种结构的图。
另外，在上述实施方式中，重质油轻质化装置1A中生成槽部20内的热介质O2被加热，但是，重质油轻质化装置中还可以采用生成槽部20内的气体也被加热的方式。这种结构的重质油轻质化装置1B具有作为概略图的图2所示的加热部50，替代图1所示的重质油轻质化装置1A的加热部30。加热部50例如在其中一端部被设有燃烧器52，并具有加热气体流路部51，以使通过用该燃烧器52燃烧燃料油而生成的高温燃烧气体在所述加热气体流路部51中流通。加热气体流路部51包括：底面加热部511，沿生成槽部20的底21大致水平地延伸；以及侧面加热部512，与底面加热部511连通，且沿生成槽部20的侧壁23向大致垂直的上方延伸。侧面加热部512与底面加热部511连通并且呈大致直角地向上方弯曲。在重质油轻质化装置1B中，乳浊液生成部10、生成槽部20及生成油处理部40与以上说明的相同，所以省略其说明。这种结构的加热部50基于通过用燃烧器52燃烧燃料油而生成的高温燃烧气体流过底面加热部511来加热生成槽部20的底部21。据此，燃烧气体的热经由生成槽部20热传导到热介质O2，热介质O2被加热。而且，加热部50通过燃烧气体从底面加热部511流到侧面加热部512来加热生成槽部20的侧壁23。据此，燃烧气体的热经由生成槽部20热传导到生成槽部20内的气体，加热部50还可以进一步加热生成槽部20内的气体。
图3是表示本发明实施方式的重质油轻质化装置的生成槽部及加热部的另一种结构的图。而且，在上述实施方式中，代替图1所示的重质油轻质化装置1A的加热部30及生成槽部20，如作为概略图的图3所示，可采用加热部70及通过该加热部70的加热而热介质O2循环的生成槽部60，构成重质油轻质化装置1C。在图3中，生成槽部60为使热介质O2可上下循环的闭环状的容器。加热部70例如在其中一个端部设有燃烧器72，并具有加热气体流路部71，以使通过用该燃烧器72燃烧燃料油而生成的高温的燃烧气体可以在所述加热气体流路部71中流通。加热气体流路部71包括：下部加热部711，加热生成槽部60的闭环下部61中的热介质O2；以及侧部加热部712，与下部加热部711连通，加热在下部加热部711被加热、并在生成槽部60的闭环侧部62中上升的热介质O2。
更具体而言，在生成槽部60下部具有下部贮存部111，其有较大的内容积。该下部贮存部111构成闭环的下侧部，相当于上述闭环下部61。
如图3所示，在下部贮存部111上设有：第一侧部112，从下部贮存部111的上面部的其中一端(图3的左侧)向上方延伸；以及第二侧部113，从下部贮存部111的上面部的另一端(图3的右侧)向上方延伸。第一侧部112包括：传热管部114，由分别由细管形成的多个传热管114a构成；以及汇流部115，设置在该传热管部114的上端部。
上述传热管部114，其下端部与下部贮存部111的上面部连接，各传热管114a被设置成沿上下延伸。各传热管114a内部通过形成在下部贮存部111上面的连通孔与下部贮存部111的内部连通。上述汇流部115被设置成横跨全部的传热管114a，从各传热管114a的上端部流出的热介质O2在该汇流部115处汇流。由传热管部114和汇流部115构成上述闭环侧部62。即，传热管部114与汇流部115形成闭环的其中一个侧部。
另一方面，第二侧部113例如形成为圆筒状。配置在从下部贮存部111向上方隔开距离的位置上的上部贮存部117架设在该第二侧部113和上述汇流部115之间。而且，由下部贮存部111、第一侧部112、第二侧部113和上部贮存部117所包围的空间，形成向纸面里侧方向贯通的空间。上部贮存部117为从第一侧部112向第二侧部113稍微降低的倾斜配置，例如形成为圆筒状。该上部贮存部117为闭环的上侧部。
上述汇流部115和第二侧部113通过上部贮存部117连通。该第二侧部113通过在下部贮存部111的上面部形成的连通孔与下部贮存部111连通。这样，生成槽部60的内部形成连通下部贮存部111、第一侧部112、第二侧部113和上部贮存部117的闭环状，热介质O2可以在生成槽部60内上下循环。即，生成槽部60内部形成闭合回路，作为一个整体成为热对流的循环通道。在本实施方式中，由上部贮存部117和第二侧部113构成回流部。即，从第一侧部112流出的热介质O2经过上部贮存部117和第二侧部113流向下部贮存部111。在该方式下，下部贮存部111、第一侧部112、第二侧部113及上部贮存部117一体地形成生成槽部60，在下部贮存部111、第一侧部112、第二侧部113及上部贮存部117的整体贮存有热介质O2。
而且，加热部70设置有加热气体流路部71，使加热生成槽部60的热介质O2的燃烧气体流通。该加热气体流路部71包括下部加热部711、侧部加热部712以及连通两加热部711、712的连通部713。
上述下部加热部711用于加热下部贮存部111内的热介质O2，包括外侧加热部715，设置在生成槽部60的外部；以及内侧加热部716，设置在生成槽部60的内部。外侧加热部715包括：导入部715a，其端部设有燃烧器72，并大致水平地延伸；底面加热部715b，与该导入部715a的下游端连通，并沿生成槽部60的底面611大致水平地延伸；以及联络部715c，与底面加热部715b的下游端连通，并沿下部贮存部111的侧壁612向上方延伸。外侧加热部715的外壁由耐火隔热材料制成，以使在该外侧加热部715内流动的燃烧气体的热量不会向外部泄露。
基于上述燃烧器72的燃烧，产生燃烧气体，该燃烧气体顺着导入部715a、底面加热部715b及联络部715c的顺序流动。此时，在底面加热部715b中，燃烧气体的热量经由生成槽部60的底面611传递到下部贮存部111内的热介质O2。换言之，生成槽部60的底面611成为把燃烧气体的热量传给热介质O2的传热面。
上述内侧加热部716设置在下部贮存部111内，包括多根U字管716a。各U字管716a以两端部上下配置的方式固定在下部贮存部111的其中一个侧壁(图3的左侧)612上，并且设置成从该侧壁612朝向相对面的侧壁613水平地延伸。而且，U字管716a的弯曲部设置在相对面的侧壁613的附近。这样，因为弯曲部以从侧壁613隔开间隔的状态被配设，所以即使U字管716a热膨胀，也能抑制因此而产生的热应力作用于U字管716a。
U字管716a下侧的一端部，通过在侧壁612上形成的连通孔与上述联络部715c连通。另一方面，U字管716a上侧的一端部通过在侧壁612上形成的连通孔与上述连通部713连通。该连通部713的下端部与上述U字管716a连通，并且设置在生成槽部60的外侧。而且，连通部713的上端部与上述侧部加热部712的下端部连通。连通部713由隔热材料覆盖。
上述侧部加热部712用于加热上述第一侧部112的热介质O2，被设置成包围传热管部114，由从第一侧部112的下端部沿第一侧部112向上方延伸的例如圆筒状构件构成。而且，在侧部加热部712的下端部与上述连通部713连通。即，在侧部加热部712内，通过在传热管114a的外侧向上方流动的燃烧气体，传热管部114内的热介质O2被加热。
在生成槽部60中设有图中省略的液面检测计(例如液面传感器)，用于检测贮存的热介质O2的液体表面S。该液面检测计例如设置于第二侧部113的上端部，用于控制加热部70的加热量和通过图中省略的投入口部投入的热介质O2的投入量，以使生成槽部60内的热介质O2的量可在第二侧部113的上侧形成热介质O2的液体表面S，并且处于产生正常循环的范围内。
另外，在生成槽部60中设置有排出管路118，用于排出在该生成槽部60内停留的成分。该排出管路118设置在下部贮存部111的下端部，用于排出在容器底部停留的热介质O2(本实施方式中为油分)。
在上述第一侧部112的上端部设置有上述生成油处理部40，在上述第二侧部113的上端部设置有上述乳浊液生成部10。而且，该乳浊液生成部10被设置成：使乳浊液E的液滴D滴到在生成槽部60的第二侧部113下降的热介质O2的表面S。重质油轻质化装置1C的乳浊液生成部10及生成油处理部40与上述的相同，故省略其说明。
在这种结构的重质油轻质化装置1C中，乳浊液E的液滴D滴到在第二侧部113下降的热介质O2的表面S，就由原料油O1生成了生成油O3。
更具体地说，在重质油轻质化装置1C中，首先在水槽11中投入碱离子水A并贮存，在原料油槽12中投入重质的原料油O1并贮存，在生成槽部20内投入热介质O2并贮存，其量要能形成热介质O2的液体表面S。接着，加热部70运转，利用使燃烧器72燃烧产生的例如700～800℃左右的燃烧气体加热生成槽部60的内部。即，燃烧器72的燃烧气体，流过导入部715a后，在底面加热部715b加热生成槽部的底面611，并通过联络部715c流入内侧加热部716。在该内侧加热部716中，燃烧气体加热下部贮存部111内的热介质O2，并通过连通部713流入侧部加热部712。在该侧部加热部712中，燃烧气体加热第一侧部112内的热介质O2后排出。另一方面，在生成槽部60的内部，在下部贮存部111中通过燃烧气体被加热的热介质O2上升，流入传热管部114的各传热管114a。该热介质O2在传热管114a内被加热到一部分沸腾的程度。因此，在传热管114a中形成气液混合的、宏观平均密度(density in generalaverage)低的流体，并产生强烈的上升流。由此，在生成槽部60内产生热介质O2按下部贮存部111、第一侧部112、上部贮存部117及第二侧部113的顺序循环的高速循环流。因此，在第二侧部113，由于热介质O2高速下降，所以在第二侧部113的热介质O2的表面S产生研钵状的旋涡。如果在乳浊液生成部20生成的乳浊液E的液滴D滴到产生了旋涡的表面S上，液滴D就被卷入该旋涡并在第二侧部113边与热介质O2一起下降，边由热介质O2传导热，被一下子加热。据此，液滴D在第二侧部113中下降期间发生微爆，产生空泡现象。另外，极少的一部分液滴D在下部贮存部111中横向流动期间有时也会发生微爆。通过这种空泡现象，原料油O1变成了更轻质的生成油O3。该生成油O3与热介质O2一起流向第一侧部112，从热介质O2向第一侧部112的上侧分离，并从第一侧部112的上端部被导入生成油处理部40。而且，在这种结构的重质油轻质化装置1C中，如上所述，通过加热部70在生成槽部60内有效地产生了自然对流，可使热介质O2的加热效率得到提高。
下面，对一个实验例进行说明。表1表示重质油轻质化的实验结果。表2表示原料油分馏的分析结果。表3表示生成油分馏的分析结果。表4表示原料油的密度、闪点及硫含量的分析结果。表5表示生成油的密度、闪点及硫含量的分析结果。
表1
重质油轻质化的实验结果
Figure A200680054261D00151
表2
原料油分馏的分析结果
 
5％馏出温度 113.7℃
10％馏出温度 141.3℃
20％馏出温度 166.7℃
30％馏出温度 190.5℃
40％馏出温度 221.3℃
50％馏出温度 250.4℃
60％馏出温度 276.7℃
70％馏出温度 309.2℃
80％馏出温度 349.4℃
90％馏出温度 390.1℃
95％馏出温度 413.3℃
表3
生成油分馏的分析结果
 
5％馏出温度 157.5℃
10％馏出温度 163.5℃
20％馏出温度 171.0℃
30％馏出温度 178.0℃
40％馏出温度 185.5℃
50％馏出温度 193.5℃
60％馏出温度 202.5℃
70％馏出温度 212.0℃
80％馏出温度 221.0℃
90％馏出温度 244.0℃
95％馏出温度 261.0℃
表4
原料油的密度、闪点及硫含量的分析结果
 
密度(15℃) 0.9648
闪点 77.0℃
硫含量 2.28重量％
表5
生成油的密度、闪点及硫含量的分析结果
 
密度(15℃) 0.7926
闪点 32.5℃
硫含量 0.06重量％
首先，将制备的含有钙离子、氧化还元电位为-850mV以下、pH值为12以上的碱离子水11.00kg(表1)投入水槽11中并贮存。
另外，如表1所示，把原料油O1投入原料油槽12中并贮存，所述原料油O1为C重油32.00kg、A重油4.63kg及煤油20.02kg的混合油。委托株式会社石油检定社(Marine & Oil Surveyors Co.，Ltd.，日本兵库县神户市中央区元町通2丁目9番1号)分析该原料油O1，得到了表2及表4的结果。如表2所示，从5％馏出到95％馏出，其馏出温度从113.7℃到413.3℃逐步上升，如表4所示，密度在15℃时为0.9648，闪点为77.0℃，从而可以确认原料油O1为重质油。而且，含有2.28重量％的硫。
而后，以可形成液体表面S的体积，例如生成槽部20的约三分之一的深度，向生成槽部20投入热介质O2并贮存。接着，通过加热部30热介质O2被加热到了约250～400℃。在这种情况下，生成槽部20内部的气体(含气化的热介质O2)的温度约为280～450℃。而后，调整泵15、16的流量以便由碱离子水和原料油O1可生成乳浊液E，并在搅拌机17生成乳浊液E。该生成的乳浊液E的液滴D滴到热介质O2的表面，由此得到了生成油64.24kg(表1)。此时，在生成槽部20的底部残留有残余物0.68kg(表1)，作为气化损失，从被开放于大气中的部分流出的水蒸气、原料油O1及生成油O3等物质为2.73kg(表1)。
委托上述株式会社石油检定社分析如上所述生成的生成油O3，得到了表3及表5的结果。如表3所示，从5％馏出到95％馏出虽然其馏出温度逐步上升但在157.5℃到261.0℃的范围内，如表5所示，密度在15℃时为0.7926，闪点为32.5℃，从而可以确认生成油O3为轻质油，具体为煤油。而且确认硫含量也减少到0.06重量％。
下面，说明一个比较例。对下述两种情况进行比较，即：使用图1所示的重质油轻质化装置1A由原料油O1生成生成油O3的情况；以及使用在图1所示的重质油轻质化装置1A中除去乳浊液生成部10的装置，利用背景技术的热分解法由原料油O1生成生成油O3的情况。两种情况下的原料油O1组分相同。
图4是表示采用本发明的重质油轻质化方法和采用背景技术的热分解法时生成温度随时间变化的图。图5是表示采用本发明的重质油轻质化方法和采用背景技术的热分解法时燃料使用量随时间变化的图。图6是表示采用本发明的重质油轻质化方法和采用背景技术的热分解法时生成油量随时间变化的图。图4至图6的横轴表示从生成开始所经过的时间。图4的纵轴用℃单位表示生成槽部20内的温度(炉内温度)，图5的纵轴以升/10分钟为单位表示每单位时间的燃料使用量(每10分钟的燃料使用量)，图6的纵轴以升/10分钟为单位表示每单位时间的生成油量(每10分钟的生成油量)。图4及图5中的◆表示采用本发明的重质油轻质化方法的生成温度，图4及图5的■表示采用背景技术的热分解法的生成温度。在图6的一对柱形图(bar charts)中，只有轮廓线(中空)的柱形图(纸面左侧)表示采用本发明的重质油轻质化方法的生成油量，带斜线图案的柱形图(纸面右侧)表示采用背景技术的热分解法的生成油量。
从图4可知，从生成开始到经过60分钟的时间内，在背景技术的热分解法中，生成槽部20内的温度在524℃到539℃之间，其平均温度为533℃。另一方面，在本发明的重质油轻质化方法中，生成槽部20内的温度在339℃到356℃之间，其平均温度为347℃。这样，采用本发明的重质油轻质化方法的情况下的生成温度比采用背景技术的热分解法的情况低，生成条件宽松。而且，以平均温度相比较低186℃。
其结果，从图5可知，在背景技术的热分解法中，从生成开始到经过60分钟的时间内，每10分钟的燃料使用量在1升/10分钟到1.2升/10分钟之间，其平均燃料使用量为1.05升/10分钟。1小时的燃料使用量为6.3升。另一方面，在本发明的重质油轻质化方法中，从生成开始到经过60分钟的时间内，每10分钟的燃料使用量在0.4升/10分钟到0.9升/10钟分之间，其平均燃料使用量为0.7升/10分钟。1小时的燃料使用量为4.2升。如此，在本发明的重质油轻质化方法的情况下的燃料使用量，比背景技术的热分解法的情况少。如果以平均燃料使用量来比较每单位时间内的燃料使用量，则少0.35升/10分钟，而且，如果以1小时的燃料使用量进行比较，则少2.1升。
另一方面，由图6可知，在背景技术的热分解法中，从生成开始到经过60分钟的时间内，每10分钟生成油O3的生成量为0.37升/10分钟到0.41升/10分钟。而且，1小时的生成量为2.3升。另一方面，在本发明的重质油轻质化方法中，从生成开始到经过60分钟的时间内，每10分钟生成油O3的生成量为0.82升/10分钟到0.86升/10分钟。而且，1小时的生成量为5.1升。如此，本发明的重质油轻质化方法与背景技术的热分解法相比较，能以较少的燃料使用量得到更多的生成油O3，能量效率高。在背景技术的热分解法中，要得到1升生成油O3需要约2.74升燃料，而在本发明的重质油轻质化方法中，要得到1升生成油O3只需要约0.824升燃料。
如上，在本发明的重质油轻质化装置1中，因不必如接触分解法或氢化分解法那样需要使用催化剂，所以不需要催化剂的再生处理，另外，可以在比背景技术较为宽松的生成条件下从重质的原料油O1得到更轻质的生成油O3。而且，用于得到生成油O3的能量效率高。
此外，本发明的重质油轻质化装置1在原料油O1中含有硫的情况下，基于水分子分解而生成的氢原子与原料油O1中的硫反应生成硫化氢(H2S)，还可以实现脱硫。
本说明书如上所述公开了各种发明，现将其中主要的发明归纳如下：
本发明提供的重质油轻质化装置，从重质的原料油生成更轻质的生成油，包括：乳浊液生成部，通过把氧化还元电位为-850mV以下、pH值为12以上的碱离子水在所述原料油中乳化生成乳浊液；生成槽部，贮存热介质，并且被导入所述乳浊液的液滴，使所述乳浊液的液滴滴到所述热介质的表面；以及加热部，加热所述生成槽部。此外，本发明还提供的重质油轻质化方法，从重质的原料油生成更轻质的生成油，包括如下工序：通过把氧化还元电位为-850mV以下、pH值为12以下的碱离子水在所述原料油中乳化生成乳浊液的工序；以及把所述乳浊液的液滴滴到加热了的热介质的表面的工序。
采用这种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以在比较宽松的生成条件下，从重质的原料油得到更轻质的生成油。另外，由于不需要如接触分解法或氢化分解法那样使用催化剂，所以不需要催化剂的再生处理。
另外，在所述的重质油轻质化装置中，所述生成槽部被开放于大气中。在所述的重质油轻质化方法中，在被开放于大气中的状态下，进行把所述乳浊液的液滴滴到加热的热介质表面的工序。
采用这种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以在更宽松的生成条件下，从重质的原料油得到更轻质的生成油。
此外，在上述这些重质油轻质化装置及重质油轻质化方法中，在所述乳浊液中乳化的所述碱离子水的粒径为3～5μm。
采用这种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以有效地从重质的原料油得到更轻质的生成油。
另外，在上述这些重质油轻质化装置及重质油轻质化方法中，在所述乳浊液中，相对于原料油的重量，所述碱离子水中的水的重量比为5～30重量％。
采用这种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以有效地从重质的原料油得到更轻质的生成油。
此外，在上述这些重质油轻质化装置及重质油轻质化方法中，所述碱离子水含有钙离子。
采用这种重质油轻质化装置及重质油轻质化方法，可以有效地从重质的原料油得到更轻质的生成油。
此外，在上述这些重质油轻质化装置中，所述生成槽部的内部为所述热介质可上下循环的闭环状，所述加热部包括使高温气体流通的加热气体流路部，所述加热气体流路部包括：下部加热部，加热在所述生成槽部的闭环下部的所述热介质；以及侧部加热部，加热在所述下部加热部被加热的、在所述生成槽部的闭环侧部上升的所述热介质。
采用这种结构的重质油轻质化装置，可在生成槽部内有效地产生自然对流，提高热介质的加热效率。
在以上所述中，参照附图、通过实施方式对本发明进行了适当并充分的说明，但应该认识到，如果是本领域技术人员，可容易地对所述的实施方式进行变形和/或改进。因此，本领域技术人员所实施的变形方式或改进方式，只要没有脱离本发明权利要求所记载的范围，就应解释为该变形方式或该改进方式包括在本发明的权利要求范围内。
工业上的可利用性
根据本发明，可以提供从重质的原料油得到更轻质的生成油的重质油轻质化装置及重质油轻质化方法。

Claims (7)

1.一种重质油轻质化装置，从重质的原料油生成更轻质的生成油，其特征在于包括：
乳浊液生成部，通过把氧化还原电位为-850mV以下、pH值为12以上的碱离子水在所述原料油中乳化而生成乳浊液；
生成槽部，贮存热介质，并且被导入所述乳浊液的液滴，以使所述乳浊液的液滴滴到所述热介质的表面；以及
加热部，加热所述生成槽部。
2.根据权利要求1所述的重质油轻质化装置，其特征在于，所述生成槽部被开放于大气中。
3.根据权利要求1或2所述的重质油轻质化装置，其特征在于，在所述乳浊液中乳化的所述碱离子水的粒径为3～5μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的重质油轻质化装置，其特征在于，在所述乳浊液中，相对于原料油的重量，所述碱离子水中的水的重量比为5～30重量％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的重质油轻质化装置，其特征在于，所述碱离子水含有钙离子。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的重质油轻质化装置，其特征在于，
所述生成槽部的内部为所述热介质可上下循环的闭环状，
所述加热部包括高温气体流通的加热气体流路部，所述加热气体流路部包括：
下部加热部，加热在所述生成槽部的闭环下部的所述热介质；以及
侧部加热部，加热在所述下部加热部被加热，并在所述生成槽部的闭环侧部上升的所述热介质。
7.一种重质油轻质化方法，从重质的原料油生成更轻质的生成油，其特征在于包括如下工序：
通过把氧化还原电位为-850mV以下、pH值为12以下的碱离子水在所述原料油中乳化，从而生成乳浊液的工序；以及
把所述乳浊液的液滴滴到加热的热介质的表面的工序。
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