JP2000515911A

JP2000515911A - 重質炭化水素原料、特に原油の重質留分を処理する方法およびその方法を実施する装置

Info

Publication number: JP2000515911A
Application number: JP10508352A
Authority: JP
Inventors: ポカキャロフ，ジェナディ
Original assignee: ポカキャロフ，ジェナディ
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2000-11-28
Also published as: WO1998004653A1; CA2262610A1; AU1300297A; CZ281889B6; CZ225096A3

Abstract

(57)【要約】重質炭化水素原料をイオン化放射線に暴露する間、該重質炭化水素原料を、同時に、加速された粒子の、少なくとも１個の正に荷電された粒子、および少なくとも１個の負に荷電された粒子の量、イオン化放射線ならびに熱に暴露することからなる方法。上記の方法を実施するのに用いられ、ポンプ（３）を介して重質炭化水素原料の貯槽（４）と結合し、加熱手段（９）を備えた入口部分（７）をもつ作業室（８）を含有する作業体（１）からなる装置。該作業室（８）は、処理された炭化水素原料の容器（６）と結合し、また該作業室（８）の内部には、その高さ全体に配置され、イオン化放射線の内部線源（１１）を受けるように設計された、密封された中空のソケット（１０）が備えられている。放射線の外部線源（１４）が、該作業室（８）の側壁（１２）（１３）に沿って配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】重質炭化水素原料、特に原油の重質留分を処理する方法およびその方法を実施する装置発明の分野本発明は、重質炭化水素原料をイオン化放射線に暴露する、重質炭化水素原料、特に原油の重質留分を処理する方法、および上記の処理を実施する装置に関する。発明の背景米国特許第４１８８２８４号明細書には、約６００℃の温度で、水素の存在化に、多孔質酸化アルミニウムの原理による触媒を用いる、重質炭化水素原料を処理する方法が開示されている。上記の方法の一つの不利な点は、一方では、軽質留分の産出が比較的低く、他方では、技術的および操作的にかなり複雑なことである。上記の方法は、上記の触媒、加熱系および原料の再輸送手段を含有する反応器を含む装置を用いる。該装置は、かなり複雑である。さらに、重質炭化水素原料を処理する方法が、米国特許第４８７４５０３号明細書に開示されており、そこでは、該処理は、垂直管内の擬希釈層で、エチレンの存在化に、多孔質酸化アルミニウムの原理による触媒を用いて実施される。炭化水素原料のエチレンによる富化は、軽質留分の産出を増加させるが、上記の方法は、それでも軽質留分の比較的低い産出を与える。他の不利な点は、操作がかなり複雑なことである。この方法の利用は、上記の触媒、加熱系および原料の再輸送手段をさらに含有する反応器を含む沸騰反応器を用いて実現される。このような設備は、かなり複雑である。米国特許第４３２３４４８号明細書には、重質炭化水素原料を、０．０１〜０．００１秒に３〜１２ストロークの分解装置を通す手段によって機械的に処理する、重質炭化水素原料の処理が開示されている。機械的ストローク系を用いて、軽質留分の産出を増加させることは可能であるか、望ましい速度ではない。そのうえ、操作的にかなり複雑である。上記の米国特許明細書による装置は、組み込まれたハンマーとその駆動、加熱系および原料の再輸送手段をもつ分解装置体を含み、同様にかなり複雑である。米国特許第４４３４０４９号明細書に開示された、重質炭化水素原料を処理する方法もまた知られている。該処理は、３００℃に加熱した原料の流を装置体の内表面にぶつけるときの、原料の流体力学的な分解に基づいている。上記の方法は、軽質留分の放出を増加させるが、要求される量にはまだ達していない。この方法の操作上の特徴もまた、複雑である。上記の方法を実現する装置はまた、組み込まれた分散機構、加熱系および再輸送手段を含む。このような装置は、同様にかなり複雑である。日本国特開昭６２−４６５９７号公報には、電磁場によってなされる重質炭化水素原料の処理方法が開示されている。原料を、４，０００Hzを越える電磁場の作用によって処理を行う。重質炭化水素原料への電磁場の効果は、該原料からの軽質留分の放出の増加をもたらすが、該技術のかなりの複雑さはともかくとして、それでもなお不十分な率である。上記の技術によって重質炭化および原料の再輸送手段は、反応器、その内部に位置するスクリーン、電磁場源および原料の再輸送手段からなる。該装置もまた、同様の不利な点を示す。米国特許第４７９７４７０号明細書には、高温で、多孔質酸化アルミニウムを基礎とする触媒、およびマイクロ波エネルギーの作用を用いる擬希釈層中で実施する、重質炭化水素原料を処理する方法が開示されている。沸騰反応器、すなわち沸騰層とマイクロ波エネルギーの結合された作用は、軽質留分の産出を増加させるが、それは、それでもなお低い。そのうえ、上記の方法の実施は、比較的複雑である。上記特許明細書にはまた、反応器、該反応器内に位置する触媒、原料加熱系、原料の再輸送手段およびマイクロ波発生器が開示されている。このような装置は、比較的複雑であって、操作もまた高価になる。米国特許第４７７２３７９号明細書に開示されているような、重質炭化水素原料を処理する他の方法もまた知られている。この方法は、高温で、溶媒およびガンマ線の存在下で、反応器中で実施される。上記の方法の欠点は、やはり軽質留分の産出量が低く、操作が複雑なことである。上記の方法を実施するための装置もまた、原料加熱系、溶媒供給系、そして備えつけられたガンマ線源、たとえばコバルト６０を有する反応器である。該装置もまた、比較的複雑である。発明の目的本発明の目的は、技術的および操作的な単純さ、信頼性、軽質留分の高い産出量、ならびに低い購入および操作費用を提供するような、重質原油留分を分解する方法および装置を提供することである。上記の目的は、重質炭化水素原料、特に原油の重質留分を、本発明によって重質炭化水素原料をイオン化放射線に暴露することによって達成され、その特徴的なことは、重質炭化水素原料を、加速された粒子の、少なくとも１個の正に荷電した粒子、および少なくとも１個の負に荷電した粒子になる量、イオン化放射線ならびに熱の影響に、同時に暴露することである。有利には、加速された粒子は、重質炭化水素原料に外部線源として作用する、６〜１０３kJのエネルギーを有する電子およびプロトンである。本発明の有利な実施態様では、重質炭化水素原料に作用するイオン化放射線源は、原子炉からの使用済燃料及び／又はコバルト６０である。重質炭化水素原料を、３００〜６００℃の範囲の温度に加熱することもまた、有利である。本発明の他の実施態様は、波長８mmで作用する波動エネルギー源によって実施される、重質炭化水素原料の加熱である。本発明による装置の内容は、該装置が、重質炭化水素原料の貯槽とポンプを介して連結されている入口部分をもち、加熱手段が備えられている作業室（workin g chamber）を含有し、該作業室が、処理された重質炭化水素原料の容器に連結されていて、外部放射線源が該作業室の側壁に沿って配置されているのに対して、その内部に、内部イオン化放射線源を受けるための、その高さ全体に沿って配置された、一組の密封された中空ソケットを有する作業体（working body）を含む。本発明によれば、該作業体は、生物学的保護ケーシング中に位置する。実際、イオン化放射線源は、本発明によって、処理された重質炭化水素原料の内部に位置し、同じイオン化放射線の減衰を得るために、かなり薄い厚さの壁をもつ該生物学的保護ケーシングにすることを可能にする。本発明による装置の利点は、その効率およびその生産に対して技術的にそれほど高くはない要求に関して、購入費用が比較的低いことである。本発明による解決の実質的な利点は、蒸発性の限界値が３００〜４２０℃である軽質留分の放出がかなり高いことである。本発明の他の重要な利点は、原子炉からの使用済燃料を、同時にその安全な貯蔵の問題の解決と結合して用いる可能性である。図面の簡単な説明本発明の一つの有利な実施態様を、平面図における装置の水平概要断面図として示す図によって説明する。発明の実施態様の例本発明によって重質炭化水素原料を処理する方法は、重質炭化水素原料を、加速された粒子の、少なくとも１個の正に荷電した粒子、および少なくとも１個の負に荷電した粒子になる量、イオン化放射線ならびに熱の影響に、同時に暴露することである。原油の重質留分を処理する間の、軽質留分を放出する規則または法則の実験的な研究は、少なくとも２種類の異なる荷電粒子の量、イオン化放射線および熱の流れが同時に作用することが、軽質留分の放出を助けることを実証した。重質炭化水素原料は、この処理方法の間、３００〜６００℃、好適には４００ ℃の範囲の温度に加熱される。原油の重質留分のような高分子化合物の分子に、上記の同時に影響を与える間に、加速粒子の流れのエネルギーの一部は、活性化または分子の分解のために用いられ、エネルギーの一部は、弾性散乱によって失われる。たとえば、残油の長い分子を、同じ周囲条件で分解するのに、ガンマ線のエネルギーの３８％および電子流放射線のエネルギーの４６％が使用される。上記の百分率は、実際に得られる分解物質の比率を、かなり上回る。これは、分子の分解の後に、自由原子価結合を有する、破壊された分子の一部またはフリーラジカルが、上記の原子価結合がプロトン、短いラジカルまたは転換されない過剰のラジカルとの結合によって補償されない限り、再び結合して、再び分子を造り出すことによる。多くの場合に、１個の放射線源は、単に原料を活性化するに過ぎない。本発明による分解のためのエネルギーの有効利用の係数は、マズート（mazut ）のような原油生成物を照射するプロトンまたは電子のさらなる線源を導入することによって増大する。これは、２種の流れ、イオン化放射線の流れと電子の流れ、またはイオン化放射線の流れとプロトンの流れを組み合わせることによって達成され、軽質留分の放出量は、同じ重質留分を個々の流れの別々の作用に付したケースからの全放出量と比較して、１．５〜２．５倍に増加する。最適の代替案では、粒子のエネルギーが異なり、すなわち６〜１０３kJであってもよい。たとえば、プロトンのエネルギーの部分は、プロトンの基礎的な機能がフリーラジカルを造り出すことではなく、その自由原子価結合を補償して、そのことによってそれらを中性の生成物に転換することなので、１度のオーダーまたはそれ以上に、電子またはイオン化放射線のエネルギーより低くてもよい。同時にまた、ビーム中のプロトンは、異なるエネルギーを有していてもよい。より高いエネルギーのプロトンは、作業室からより長い距離における自由結合を補償する。実験的研究によって確認したように、マズートの分解の大きさは、その加熱の度合いに依存し、変化しないで残った放射線のレベルによって、温度の上昇とともに、軽質留分の放出量は増大する。このようにして、エネルギー消費に対する低い要求量で、軽質留分の放出量を増すことが可能である。本発明による方法は、重質炭化水素原料を処理するための装置によって実施することができ、それは、中空の、水平に配置された、有利には長方形の断面をもち、その一面が入口管路２を介して、挿入されたポンプ３、重質炭化水素原料の貯槽４に連結され、そして反対側の出口管路５を介して、処理された炭化水素原料の容器６に連結される作業体１を含む。作業体１は、一方は入口部分７、他方は作業室８からなる。入口部分７は、加熱手段９、たとえば誘電ヒーターを含有する。作業室８は、その内部に一組の密封され、貫通している中空のソケット１０を備え、その全体の高さに沿って、イオン化放射線、たとえば原子炉の使用済燃料、もしくはそれとともにコバルト６０、または独立してコバルト６０の内部線源１１を受けるように設計されている。作業室８の側壁１２、１３に沿って、放射線の外部線源１４が配置され、たとえば、少なくとも１個は電子銃、またはプロトンおよびニュートロンの加速器である。作業体１の全体は、生物学的保護ケーシング１５、たとえばコンクリート製のものの中に位置している。本発明による装置は、次のようにして操作される。ポンプ３は、重質炭化水素原料を、貯槽４から、作業体１の入口部分７に供給する。そこで加熱手段９が、それを３００〜６００℃、有利には４００℃に加熱する。ポンプ３の作用により、加熱され、すでに希釈された炭化水素原料は、作業室８に流れ、そこで放射線の外部線源１４からの加速粒子の流れ、およびイオン化放射線の内部線源１１からのイオン化放射線の作用を受ける。この組合せの効果により、重質炭化水素原料に含有される軽質留分の放出が起こり、軽質留分は、３００〜４２０℃の範囲の蒸発温度を有する。このように処理された原料は、ついで作業体１の作業室８から、出口管路５を介して、処理された炭化水素原料の容器６に押し出される。生物学的保護ケーシング１５は、すべてのタイプの放射線を吸収し、放射線は、処理された原料には吸収されない。本発明により、試験装置において行った実験的研究の結果は、下記のとおりである。密度が０．９３kg/dm³のマズートを基礎的な重質炭化水素原料として用いた。多量のマズートを、装置の中で、放射線源の組合せにより各種の線量で照射し、ついでそれらを適切な温度間隔で昇華させた。試験の結果を各表に記録した。表１は、マズートの体積１０dm³、重量９．３kgを、ガンマ線源−コバルト６０−からの照射と、電子加速器からの電子の組合せによって、吸収されたエネルギー照射量の合計が１０３kJに等しいように照射したものと、同様の体積および重量の、照射しないで電気コイルによって加熱したマズートの、熱分留のデータをまとめたものである。表１温度間隔による産出温度間隔照射しないマズート照射したマズート ℃ ［体積］dm³ ％［体積］dm³ ％ 301‐320 0.0 0.0 0.3 3.0 321‐340 0.1 1.0 0.3 3.0 341‐360 0.1 1.0 0.8 8.0 361‐380 0.2 2.0 1.8 18.0 381‐400 0.4 4.0 2.4 24.0 401‐420 0.6 6.0 1.3 13.0 421‐440 2.0 20.0 0.7 7.0 441‐460 2.0 20.0 0.7 7.0 461‐480 1.2 12.0 0.3 3.0 481‐500 0.7 7.0 0.2 2.0 表２は、マズートの体積１０dm³、重量９．３kgを、ガンマ線源−コバルト６０−からの照射と、電子およびプロトン加速器からの電子およびプロトンの組合せによって、吸収されたエネルギー照射量の合計が９２kJに等しいように照射したものと、同様の体積および重量の、照射しないで電気コイルによって加熱したマズートの、熱分留のデータをまとめたものである。表２温度間隔による産出温度間隔照射しないマズート照射したマズート ℃ ［体積］dm³ ％［体積］dm³ ％ 301‐320 0.0 0.0 0.2 2.0 321‐340 0.1 1.0 0.3 3.0 341‐360 0.1 1.0 0.6 6.0 361‐380 0.2 2.0 1.9 19.0 381‐400 0.4 4.0 2.6 26.0 401‐420 0.6 6.0 1.4 14.0 421‐440 2.0 20.0 0.9 9.0 441‐460 2.0 20.0 0.5 5.0 461‐480 1.2 12.0 0.2 2.0 481‐500 0.7 7.0 0.3 3.0 表３は、マズートの体積１０dm³、重量９．３kgを、ガンマ線源−コバルト６０−からの照射と、電子およびプロトン加速器からの電子およびプロトンの組合せによって、吸収されたエネルギー照射量の合計が８１kJに等しいように照射したものと、同様の体積および重量の、照射しないで電気コイルによって加熱したマズートの、熱分留のデータをまとめたものである。表３温度間隔による産出温度間隔照射しないマズート照射したマズート ℃ ［体積］dm³ ％［体積］dm³ ％ 301‐320 0.0 0.0 0.4 4.0 321‐340 0.1 1.0 0.4 4.0 341‐360 0.1 1.0 0.7 7.0 361‐380 0.2 2.0 1.8 18.0 381‐400 0.4 4.0 2.2 22.0 401‐420 0.6 6.0 1.5 15.0 421‐440 2.0 20.0 0.8 8.0 441‐460 2.0 20.0 0.6 6.0 461‐480 1.2 12.0 0.2 2.0 481‐500 0.7 7.0 0.1 1.0 表４は、マズートの体積１０dm³、重量９．３kgを、ガンマ線源−コバルト６０−からの照射と、電子およびプロトン加速器からの電子およびプロトンの組合せによって、吸収されたエネルギー照射量の合計が７２kJに等しいように照射したものと、同様の体積および重量の、照射しないでマイクロ波照射によって加熱したマズートの、熱分留のデータをまとめたものである。表４温度間隔による産出温度間隔照射しないマズート照射したマズート ℃ ［体積］dm³ ％［体積］dm³ ％ 301‐320 0.0 0.0 0.3 3.0 321‐340 0.1 1.0 0.4 4.0 341‐360 0.1 1.0 0.8 8.0 361‐380 0.2 2.0 1.6 16.0 381‐400 0.4 4.0 2.3 23.0 401‐420 0.6 6.0 1.5 15.0 421‐440 2.0 20.0 0.8 8.0 441‐460 2.0 20.0 0.5 5.0 461‐480 1.2 12.0 0.2 2.0 481‐500 0.7 7.0 0.2 2.0 表５は、マズートの体積１０dm³、重量９．３kgを、マズートの容器の内側に位置したガンマ線源−コバルト６０−からの照射と、電子加速器からの電子の組合せによって、吸収されたエネルギー照射量の合計が６４kJに等しいように照射したものと、同様の体積および重量の、照射しないでマイクロ波照射によって加熱したマズートの、熱分留のデータをまとめたものである。表５温度間隔による産出温度間隔照射しないマズート照射したマズート ℃ ［体積］dm³ ％［体積］dm³ ％ 301‐320 0.0 0.0 0.3 3.0 321‐340 0.1 1.0 0.3 3.0 341‐360 0.1 1.0 0.7 7.0 361‐380 0.2 2.0 1.7 17.0 381‐400 0.4 4.0 2.4 24.0 401‐420 0.6 6.0 1.6 16.0 421‐440 2.0 20.0 0.8 8.0 441‐460 2.0 20.0 0.5 5.0 461‐480 1.2 12.0 0.2 2.0 481‐500 0.7 7.0 0.1 1.0 上記の各表から、重質炭化水素原料を、少なくとも二つの荷電粒子のエネルギーおよび／または照射波長の異なる、加速された粒子の流れとイオン化放射線の流れに、同時に暴露するならば、加速された粒子およびイオン化放射線の流れの数の増加、および上記の流れのパラメーターの最適な選択の両方によって、分解のエネルギー費用が減少することが、明らかに理解される。用いた放射線源のタイプの少なくとも一つが、作業体の作業室に位置するならば、放射線利用の係数は増加し、周辺領域への放射線に対する生物学的保護の費用は減少する。マズートとともに作業室の中に位置するガンマ線源、すなわちコバルト６０、波長８mmのマグネトロンによる電磁波加熱、ならびにプロトンまたは電子の源が、特定の照射エネルギー約７kJ/kgにより、軽質留分の産出が５６％と増加する。作業室に位置した原子炉からの使用済燃料を、イオン化放射線源として用いる場合は、二つの問題が解決される。すなわち、原子炉からの使用済の核燃料を長期間貯蔵する問題と、残余のイオン化放射線を適切に利用する問題である。産業上の利用可能性重質炭化水素原料、特に原油の重質留分を処理する方法、および該方法を実施する装置は、特に原油から軽質留分の回収を増加させるのに用いられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．重質炭化水素原料をイオン化放射線で処理する、重質炭化水素原料、特に原油の重質留分を処理する方法であって、重質炭化水素原料を、加速された粒子の、少なくとも１個の正に荷電した粒子、および少なくとも１個の負に荷電した粒子になる量、イオン化放射線、ならびに熱で同時に処理することを特徴とする方法。２．加速された粒子が、６〜１０３kJの範囲のエネルギーを有し、該加速された粒子が、重質炭化水素原料を、放射線の外部線源として処理することを特徴とする請求項１記載の方法。３．多量の重質炭化水素原料の内部で作用するイオン化放射線源が、原子炉からの使用済燃料および／またはコバルト６０であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。４．重質炭化水素原料を、３００〜６００℃の範囲の温度に加熱することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の方法。５．重質炭化水素原料の加熱を、波長８mmの波動源エネルギーで実施することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の方法。６．ポンプ（３）を介して重質炭化水素原料の貯槽（４）と結合し、加熱手段（９）を備えた入口部分（７）をもつ作業室（８）を含み、該作業室（８）は、処理された炭化水素原料の容器（６）と結合し、該作業室（８）には、その高さ全体に配置され、イオン化放射線の内部線源（１１）を受けるように設計された、密封された中空のソケット（１０）が備えられ、該作業室（８）の側壁（１２）（１３）に沿って放射線の外部線源（１４）が配置された作業体（１）からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法を実施するための装置。７．作業体（１）が、生物学的保護ケーシング内に位置することを特徴とする請求項６記載の装置。