JP2001089769A - ガスタ−ビン燃料油の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば重質油を原料油として燃焼性の良好な
ガスタ−ビン燃料油を製造すること。 【解決手段】 重質油を触媒の存在下で加圧された水素
と接触させて脱不純物処理を行い精製油を得る水素化処
理工程を行う。ここでは例えば反応温度を４００〜４４
０℃もの厳しい条件で処理を行い、アスファルテンの分
解を促進して、その中に取り込まれている重金属や硫黄
などの不純物を除去する。しかしアスファルテンの固形
スラッジが生成する。そこで精製油を溶剤と接触させ
て、軽質油と、溶剤に溶解しない重質油及び固形不純物
とを分離し、この軽質油をガスタ−ビン燃料油として用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガスタービ
ン発電の燃料として用いられるガスタービン燃料油の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に石油火力発電においては、原油及
び／または重油をボイラーの燃料として高圧スチームを
発生させ、これにより蒸気タービンを回して発電を行っ
ている。しかしながらこのシステムは発電効率が低く、
現在高効率大型油焚きボイラーも開発されているが、発
電効率としては４０％前後にとどまっているのが現状
で、大部分のエネルギーは回収されずに温室ガスとして
放出されている。また同システムからの排ガス中には一
定量のＳＯXが存在し、排煙脱硫処理はされているもの
の、一部分は大気へ放出され環境への影響が深刻化して
いる。

【０００３】また天然ガスを熱源としてガスタービンを
回して発電し、ガスタービンの高温排ガスから排熱を回
収してスチームを発生し、スチームタービンを回して発
電を行うガスタービンコンバインドサイクル発電システ
ムがある。このシステムは発電効率が高くかつ発電単位
当りのＣＯ2発生量が少なく、排煙中のＳＯX、ＮＯXの
排出量も極めて少ないため、注目されつつある。ところ
で天然ガスを原料とすると、ガス田からパイプラインで
発電設備まで輸送するか、またはＬＮＧを貯蔵、気化
後、ガスタービンで燃焼しなければならず設備コストが
高いという問題がある。

【０００４】このようなことから原油を原料としてガス
タービンの燃料油を製造する方法が、特開平６−２０９
６００号公報に記載されている。この公報の技術は、ガ
スタービンの排熱を利用して低硫黄原油を加熱し、次い
でこの低硫黄原油に水素を作用させ、原油中の硫黄及び
重金属の含有量を低減させて精製原油を回収し、これを
ガスタービンの燃料油とする方法である。

【０００５】ところで本発明者は、常圧残渣油、溶剤脱
れき油あるいは重油などの重質油を有効利用する方法の
一つとして、これを原料としてガスタービン燃料油を製
造することを検討している。一般に重質な油ほど硫黄や
窒素が増加し、特にＶ（バナジウム）、Ｎｉ（ニッケ
ル）などの金属、残留炭素は原油中の残渣部分に集中し
て存在する。これは残渣油中にあるアスファルテンがこ
れら金属を有機化合物として取り組んでおり、またアス
ファルテン自体が残留炭素と密接に関係しているためで
ある。

【０００６】一方重質油からガスタービン燃料油を製造
するにあたっては、有効利用の点から高い回収率でガス
タービン燃料油を得ること、また硫黄及びＶの含有量を
極力抑えることが必要である。硫黄の含有量が多いと排
煙中の硫黄化合物の量が多くなってしまい環境問題とな
る。これは排煙脱硫装置を設けることにより解決できる
が、ガスタービン燃料油を用いて発電を行う場合、排煙
脱硫装置を設けると圧力損失により発電効率が低くなっ
てしまうので燃料自体の硫黄の量を少なくする必要があ
る。またＶについてはタービンを損傷させるのでほぼ完
全に除去しなければならない。

【０００７】このようなことからアスファルテンの分解
を促進することが必要である。原油留分中最も重質なア
スファルテンを通常の水素化精製化条件で精製すること
は困難である。このため重質油を原料油とする場合に
は、上述の公報に記載されているような水素化精製工程
を実施するだけでは不純物の除去を十分に行いかつ高い
収率を確保することが難しい。

【０００８】水素化精製技術は触媒反応による分解、水
素置換反応であり、活性化エネルギーを考慮した場合、
高温領域での操作が反応速度の観点から有利である。し
かしながら高温化で水素化処理を行うと、アスファルテ
ンの分解が促進され、深度脱れきを行うことができる反
面次のような問題が起こる。

【０００９】即ちアスファルテンは分子量が１５００程
度であるが、重質油中にはこの他アスファルテンよりは
分子量が低いマルテン（分子量が夫々１２００及び９０
０程度のレジン及び油分の総称）が含まれており、水素
化反応の速度は低分子の方が早いため、マルテンの飽和
化の方が促進される。アスファルテン及びマルテンは互
に溶け合っているためマルテンの飽和化が進むと相溶性
が失われ、アスファルテンが析出して固形スラッジが生
成する。また高温下での反応であるためアスファルテン
の縮合コーク化も進み、これによっても固形スラッジが
生成する。このスラッジは低圧濾過した場合にも完全に
捕集することが困難である。しかしながらガスタービン
燃料油中に固形スラッジが含まれているとガスタービン
燃焼においてタービンが磨耗し、また未燃物パーティキ
ュレートの発生により環境面での問題が懸念される。

【００１０】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は、硫黄や金属分の含有量及び固
形分の含有量が少ないガスタービン燃料油を製造する方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のガスタ−ビン燃
料油の製造方法は、原料油を触媒の存在下で加圧された
水素と接触させて脱不純物処理を行い精製油を得る水素
化処理工程と、この水素化処理工程で得られた精製油を
溶剤と接触させて、溶剤に溶解する軽質油と溶剤に溶解
しない重質油及び固形不純物とを分離する溶剤抽出工程
と、この溶剤抽出工程で分離された軽質油から溶剤を分
離してガスタ−ビン燃料油を得る溶剤分離工程と、を含
み、前記ガスタ−ビン燃料油は、粘度が１００℃で４ｃ
Ｓｔ以下、アルカリ金属が１ｐｐｍ以下、鉛が１ｐｐｍ
以下、Ｖが０．５ｐｐｍ以下、Ｃａが２ｐｐｍ以下、硫
黄が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。原料油
は例えば重油、溶剤脱れき油または常圧蒸留の残渣油な
どを用いることができるが、原油を用いてもよい。水素
化処理工程における処理条件は、アスファルテン中に取
り込まれている不純物を除去できる条件であり、これは
結果として精製油中にガスタ−ビン燃料油としては使用
できない程度に固形不純物が生成される条件ということ
ができる。具体的には例えば反応温度は４００〜４４０
℃である。

【００１２】この発明によれば、水素化処理工程及び溶
剤抽出工程を組み合わせているので、前段では固体不純
物の生成を気にせずにアスファルテンの分解を促進する
ように処理条件を決めることができ、その固体不純物は
後段で除去されるので、燃焼性の良好なガスタ−ビン燃
料油が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明のガスタービン燃料
油の製造方法を実施するためのシステムを示す説明図で
ある。原料油としては重質油が用いられ、重質油として
は常圧残渣油、溶剤脱れき油または重油などが挙げられ
る。原料油は水素化処理ユニット１００にて水素化処理
され、次いでその精製油は溶剤抽出処理ユニット２００
にて溶剤抽出処理が行われる。

【００１４】先ず前段の処理である水素化処理について
述べると、原料油はコンプレッサー１１により加圧され
た水素ガスと混合され、加熱炉１２にて例えば４００〜
４４０℃に加熱される。次いで高圧フィルター１３に
て、熱分解により生じたコークスラッジが除去され、反
応器２の上部に送られる。反応器２内には担体に触媒を
担持した触媒層２１、２２が例えば２段に設けられ、コ
ンプレッサー１１から加圧された水素ガスが触媒層２
１、２２の間に供給されるようになっている。原料油及
び水素ガスは触媒層２１、２２を通過して反応器２の底
部から高圧分離槽２３内に流入する。

【００１５】このときの反応器２内の温度は例えば４０
０〜４４０℃であり、反応器２内の圧力は例えば１００
〜１７０ｋｇ／ｃｍ2である。炭化水素分子の中に入り
込んでいる微量のバナジウム、ニッケル、鉛等の重金属
類と硫黄、窒素とは、触媒層２１、２２を通過するとき
に水素と反応して炭化水素分子から脱離する。反応温度
は、自動車燃料油の製造等一般に行われている水素化処
理時の反応温度よりも高いため、アスファルテンについ
ても水素添加反応が進み、アスファルテンの中に入り込
んでいる前記重金属類や硫黄、窒素も脱離し、水素化深
度脱れきが進む。金属分は触媒表面に吸着され、硫黄や
窒素は水素と反応して夫々硫化水素、アンモニアとな
る。またアルカリ金属は油分中に含まれる若干の水分中
に溶けているかまたは塩の形で存在するが、触媒表面で
吸着される。

【００１６】一方「発明が解決しようとする課題」の項
で述べたようにアスファルテンよりも低分子のマルテン
の反応の進み方の方が早いため、マルテンの飽和化によ
り、マルテンと相互に溶けていたアスファルテンが析出
して、固形スラッジが生成され、またアスファルテンの
縮合コーク化が進み、これによっても固形スラッジが生
成され、この結果ガスタービン燃料油としては不適切な
固形不純物が生成される。

【００１７】そして高圧分離槽２３において水素ガスが
分離され、水素ガスはコンプレッサ１１により昇圧され
て反応器２内に循環供給される。一方高圧分離槽２３に
て分離された液体分は圧力調整弁ＰＶを介して低圧分離
槽２４内に送られ、圧力が例えば１０％〜３０％程度低
下し、このため液体（油）中に溶けている硫化水素やア
ンモニアなどの液化ガスが気化する。こうして分離され
た液体つまり精製油はガスタービン燃料油となる。また
低圧分離槽２４で分離されたガス中には、未反応の水素
ガスの他に、硫化水素、アンモニア等の水素化された化
合物が含まれ、更に炭化水素分子の一部が切れて生成さ
れたメタン、液化石油ガス留分から軽質ナフサまでの軽
質油も含まれている。前記分離槽２４にて分離されたガ
スは、不純物除去部２５にて、そのガスに含まれている
硫化水素、アンモニア、が除去される。なお反応器２に
供給される水素ガスは循環して使用されるが、循環路２
６のガス中の水素ガスは次第に減少するため、適宜水素
ガスが補充される。

【００１８】ここで上述の水素化処理工程は、触媒の存
在下で加圧された水素と接触させ、１）硫黄化合物など
不純物の除去を目的とする水素化脱硫、２）不飽和炭化
水素の飽和などによる性状の改良を目的とする水素化精
製、３）油分の軽質化を目的とする水素化分解、のいず
れの反応をも主目的としている。また、触媒は従来公知
の水素化処理触媒を任意に選択でき、例えばＮｉ、Ｍ
ｏ、Ｃｏの硫化物をアルミナやシリカーアルミナに担持
した触媒を用いることができる。また触媒酸点としてゼ
オライト触媒を使用することもできる。

【００１９】次いで水素化処理ユニット１００で得られ
た精製油は、溶剤抽出塔３に供給される。この溶剤抽出
塔３としては、例えば塔本体内の中心部に鉛直に設けら
れた回転軸に上下に間隔をおいて水平円板を取り付ける
一方塔本体内壁に環状の仕切り板を設けた回転円板塔な
どと呼ばれているものを用いることができる。ここで行
われるプロセスについては、前記水平円板を回転させな
がら溶剤抽出塔３の上部から精製油を、下部から溶剤を
夫々供給して向流接触させることにより精製油中の軽質
分は溶剤中に抽出され、未分解重質分は精製軽質分から
分離されると共に、固形不純物も軽質分との密度差によ
り下降して軽質分から分離される。こうして固形不純物
及び未分解重質分が精製油から分離されて溶剤抽出塔３
の下部から取り出され、一方溶剤中に抽出された軽質分
は溶剤抽出塔３の上部から取り出される。

【００２０】溶剤としては例えばＬＰＧ、ライトナフ
サ、その他軽質炭化水素が用いられる。また原料油と溶
剤との重量比（原料油／溶剤）は精製油種に応じて例え
ば１〜８程度である。

【００２１】溶剤抽出塔３の上部から取り出された液は
第１の分離塔３１にて常圧で蒸留されて軽質油（軽質
分）と溶剤とに分離される。また超臨界状態で軽質油と
溶剤を分離回収することも可能である。分離された軽質
分はガスタービン燃料油として用いられる。一方溶剤抽
出塔３の下部から取り出された液は第２の分離塔３２に
て常圧で蒸留されて重質油（重質分）と溶剤とに分離さ
れる。分離塔３１、３２にて分離された溶剤は、溶剤抽
出塔３の入り口側に戻される。即ち溶剤は循環して使用
されるが、適宜補充される。

【００２２】上述実施の形態によれば、重質油に対して
反応温度を高くしてアスファルテンへの水素添加反応を
促進させ、不純物を除去するようにしているので重質油
を原料としながら重金属や硫黄等を除去することがで
き、「課題を解決するための手段」の項で述べた成分規
程を満足するガスタービン燃料油が得られる。そして水
素化処理の反応温度が高いために、軽質油ではあるが、
既述したようにアスファルテンの固形スラッジ等の、ガ
スタービン燃料油に対して不適切な固形不純物を含み、
このままではガスタービン燃料油として使用できない
が、精製油を溶剤抽出処理しているので、固形不純物は
未分解重質分と共に軽質油から分離され、この結果燃焼
性の良好なガスタービン燃料油が得られる。

【００２３】以上において本発明は重質油を原料油とし
て水素化処理を行うにあたり、アスファルテン中の不純
物を除去できるようなプロセス条件でいわば水素化深度
脱れきを行うと、ガスタービン燃料油としては使用でき
ない程度にアスファルテンが析出して固形スラッジが生
成されるが、このようなプロセス条件は通常製油所で行
われている水素化処理に比べて反応温度を高めることに
限らず、反応圧力を高くしたり、空塔速度を遅くしたり
また触媒量を増加する場合も含まれる。なお原料油とし
ては重質油に限らず原油でもよい。

【００２４】本発明で得られたガスタービン燃料油はガ
スタービンコンバインドサイクル発電システムで利用さ
れる。この発電システムについて図２を参照しながら説
明すると、ガスタービン燃料油は、燃焼ノズルで燃焼さ
れてその燃焼ガスによりガスタービン２０１が駆動さ
れ、発電機２０２から電力が取り出される。一方このガ
スタービン２０１から排出された高温排ガスが排熱回収
ボイラ２０３に供給され、排ガスの熱によりスチームを
発生させる。このスチームによりスチームタービン２０
４が駆動され、発電機２０５から電力が取り出される。
このようにして発電を行えば、ガスタービン燃料油の排
熱が有効利用でき、効率の高い発電を行うことができ
る。

【００２５】（実施例）原料油として中東系の重質油を
用い、図１に示すシステムを用いて処理を行った。この
重質油は不純物として硫黄含有量が約４ｗｔ％、窒素含
有量が０．３ｗｔ％、残留炭素 １４ｗｔ％、Ｎｉ １
５ｐｐｍ、Ｖ ４５ｐｐｍを含んでいる。まず原料油を
加熱炉で４２０℃までに加熱し、熱分解により生成した
コークスラッジを加熱炉出口に設置する高圧フィルター
で除去し、反応器に供給して水素化処理を行った。プロ
セス条件については、ＬＨＳＶ（Liquid Hourly Space
Velocity）が０．２ｈｒ-1、反応圧力が１２０ｋｇ／ｃ
ｍ2、反応温度４２０℃に設定した。

【００２６】この工程により各不純物のレベルを硫黄含
有量が約０．０１ｗｔ％、窒素含有量が０．０１ｗｔ
％、残留炭素０．５ｗｔ％、Ｎｉが０．１ｐｐｍ以下、
Ｖ（バナジウム）が０．１ｐｐｍ以下まで精製すること
ができた。この水素化処理工程により重金属は主に触媒
表面に取り込まれるが、一部アスファルテンの縮合コー
ク化及び水素添加によるマルテンとアスファルテンの共
存とそれによる相互相溶性低下からの固形スラッジ中に
も取り込まれ精製油中に懸濁浮遊し、これは水素化度が
上昇するにつれ顕著になる。このような固形スラッジは
ガスタービンに悪影響を及ぼすものであるが、スラッジ
と精製油の密度差が少ないため、分離困難であった。

【００２７】この精製油を溶剤抽出塔に供給し、溶剤と
してＬＰＧを用い、重量比（精製油／溶剤）を６に設定
して溶剤抽出処理を行ったところ、軽質精製油と重質未
分解留分に分離し、スラッジテスター法の値で１以下で
ガスタービン発電に悪影響を及ぼす硫黄、重金属、残留
炭素等の不純物の極めて少ない燃焼性の良好なガスター
ビン燃料油が得られた。

【００２８】

【発明の効果】以上のような本発明によれば硫黄や金属
分の含有量及び固形分の含有量が少ないガスタービン燃
料油を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に用いられる製造システム
の一例を示す構成図である。

【図２】ガスタービン燃料油を用いて発電を行う発電シ
ステムの一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１００ 水素化処理ユニット ２００ 溶剤抽出処理ユニット １２ 熱炉 ２ 反応器 ２１，２２ 触媒層 ２３ 高圧分離槽 ２４ 低圧分離槽 ３ 溶剤抽出塔 ３１ 第１の分離塔 ３２ 第２の分離塔

フロントページの続き (72)発明者 増子 芳範 神奈川県横浜市西区みなとみらい２−３− １ 日揮株式会社内 (72)発明者 徳田 慎一 神奈川県横浜市西区みなとみらい２−３− １ 日揮株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料油を触媒の存在下で加圧された水素
   と接触させて脱不純物処理を行い精製油を得る水素化処
   理工程と、 この水素化処理工程で得られた精製油を溶剤と接触させ
   て、溶剤に溶解する軽質油と溶剤に溶解しない重質油及
   び固形不純物とを分離する溶剤抽出工程と、この溶剤抽
   出工程で分離された軽質油から溶剤を分離してガスタ−
   ビン燃料油を得る溶剤分離工程と、を含み、 前記ガスタ−ビン燃料油は、粘度が１００℃で４ｃＳｔ
   以下、アルカリ金属が１ｐｐｍ以下、鉛が１ｐｐｍ以
   下、Ｖが０．５ｐｐｍ以下、Ｃａが２ｐｐｍ以下、硫黄
   が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とするガスタ−ビ
   ン燃料油の製造方法。
2. 【請求項２】 原料油は重油、溶剤脱れき油または常圧
   蒸留の残渣油であることを特徴とする請求項１記載のガ
   スタ−ビン燃料油の製造方法。
3. 【請求項３】 水素化処理工程における処理条件は、精
   製油中にガスタ−ビン燃料油としては使用できない程度
   に固形不純物が生成される条件であることを特徴とする
   請求項１または２記載のガスタ−ビン燃料油の製造方
   法。
4. 【請求項４】 水素化処理工程における反応温度は４０
   ０〜４４０℃であることを特徴とする請求項１、２また
   は３記載のガスタ−ビン燃料油の製造方法。