JP2003277774A - Reformed fuel obtained by reforming heavy oil - Google Patents

Reformed fuel obtained by reforming heavy oil

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reformed fuel for combustion equipment, obtained by removing vanadium in a heavy oil in a technique for producing a reformed oil by bringing a heavy oil into contact with a supercritical or subcritical water. <P>SOLUTION: A heavy oil is brought into contact with a supercritical or subcritical water in the presence of an oxidizing agent to reform it through hydrothermal reaction and to subject vanadium to elimination reaction. Vanadium oxide released is removed later from the liquid by an acceptor to produce a fuel having a vanadium content of 0.5 ppm by weight or lower. Accordingly, a metal possibly causing corrosion is selectively removed from a heavy oil so that the whole quantity of a hydrocarbon in a heavy oil can be converted into a fuel and burned. Thus, a low-cost heavy oil can be efficiently used as a fuel for combustion equipment, and the running cost can be reduced, without the necessity for adding equipment for environmental protection or the cost of installation for preventing corrosion. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、重質油を超臨界水
又は亜臨界水と接触させて改質してなる改質油に係り、
特にガスタービンあるいはボイラの燃料として用いるの
に好適な改質油に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reformed oil obtained by reforming a heavy oil by contacting it with supercritical water or subcritical water,
Particularly, it relates to a reformed oil suitable for use as a fuel for a gas turbine or a boiler.

【0002】[0002]

【従来の技術】原油の精製によって、各用途向けに生産
される油は、ナフサ,ガソリン,灯油,軽油などの軽質
油と、重油,ライトサイクルオイル(LCO),アスフ
ァルトなどの重質油に分けられる。車,航空機などの燃
料は軽質油に限定され、発電用のボイラ,ガスタービ
ン、あるいはディーゼルエンジンなどでは、主に軽油,
灯油,特A重油(A重油に脱硫処理を施した燃料)など
比較的軽質の油が使用されている。エネルギー源として
重質油が使用されているのは、一部の発電用ボイラ、あ
るいは船舶用ディーゼル,ボイラに限られている。A,
B,C重油などの重質油は、成分として、硫黄,アルカ
リ金属,バナジウム,ニッケル等の金属を軽質油に比べ
て多く含んでおり、これらの金属は1000℃以上の高
温状態で溶融塩を形成し、この溶融塩が金属を腐食させ
る。そのため、燃焼によりエネルギーを取り出す内燃機
関あるいは燃焼器に重質油を使用することは、機器破損
をまねくことから困難を伴うのが現状である。
2. Description of the Related Art Oil produced for various purposes by refining crude oil is divided into light oil such as naphtha, gasoline, kerosene, and light oil, and heavy oil such as heavy oil, light cycle oil (LCO), and asphalt. . Fuel for cars and aircraft is limited to light oil, and for boilers for power generation, gas turbines, diesel engines, etc.
Relatively light oils such as kerosene and special heavy oil A (fuel desulfurized from heavy oil A) are used. Heavy oil is used as an energy source only for some power generation boilers, or marine diesel and boilers. A,
Heavy oils such as B and C heavy oils contain a larger amount of metals such as sulfur, alkali metals, vanadium, and nickel as components than light oils, and these metals contain molten salt at a high temperature of 1000 ° C or higher. Form and the molten salt corrodes the metal. Therefore, it is difficult to use heavy oil for an internal combustion engine or a combustor that extracts energy by combustion because it may damage the equipment.

【0003】火力発電を例に取れば、高効率のガスター
ビン発電設備では、従来、LNGなどのガス燃料,軽
油,灯油などの軽質油が燃料として使用されてきた。特
に油燃料を使用するガスタービンでは、重質油燃料中の
バナジウムがタービンの高温腐食を招くことから、軽質
油燃料を用いるものが実用機の大半を占めている。重質
油を用いるガスタービンシステムも一部実用された。こ
の際、バナジウムについては、高融点酸化物がタービン
ブレードの腐食を招くため、マグネシウムを添加剤とし
て燃料に混入し、高融点のMg−V複合酸化物を生成さ
せてタービン内で固体化する方法が知られている(例え
ば、西嶋,「重質油燃焼ガスタービン」,日本ガスター
ビン学会誌,11−43,1983)。しかし、この方
法では灰がタービン翼に付着し、翼清掃のため連続運転
時間(通常は3000〜6000時間)を短くせざるを
得なくなるという問題があった。これらの理由で、特に
日本国内では重質油燃料の発電用需要が少なくなり、軽
質油との消費量バランスがとれず、余剰の重質油が発生
している。この安価な重質油を、需要の多い発電事業向
け燃料に改質利用すれば、燃料費を低く抑え、かつ、余
剰重質油の有効利用が可能になる。
Taking thermal power generation as an example, in high-efficiency gas turbine power generation equipment, gas fuels such as LNG and light oils such as light oil and kerosene have been conventionally used as fuels. Particularly in gas turbines using oil fuel, vanadium in heavy oil fuel causes high temperature corrosion of the turbine, and therefore, those using light oil fuel occupy most of practical machines. A gas turbine system using heavy oil was also partially put into practical use. At this time, as for vanadium, since a high-melting point oxide causes corrosion of the turbine blade, magnesium is mixed into the fuel as an additive to generate a high-melting point Mg-V composite oxide and solidified in the turbine. Are known (for example, Nishijima, "Heavy oil combustion gas turbine", Journal of the Gas Turbine Society of Japan, 11-43, 1983). However, this method has a problem in that ash adheres to the turbine blades and the continuous operation time (usually 3000 to 6000 hours) must be shortened to clean the blades. For these reasons, the demand for power generation of heavy oil fuels has decreased particularly in Japan, the consumption amount cannot be balanced with light oil, and surplus heavy oil is generated. If this cheap heavy oil is reformed and used as a fuel for a power generation business in high demand, the fuel cost can be kept low and the surplus heavy oil can be effectively used.

【0004】重質油を改質しガスタービン用燃料とする
ことを目的とした技術は、例えば、超臨界水により重質
油の炭化水素を分解,軽質化して可燃性ガスを生成する
方法(例えば特開平11−246876号公報)や、生
成したガスを燃焼してガスタービンを駆動し、軽質化時
に残る残滓をボイラで燃焼して蒸気タービンにより発電
する方法(例えば特開平11−80750号公報)等が
知られている。これらの技術は、重質油の炭化水素分の
一部を取り出し、残滓に有害成分である除去対象物質を
濃縮する方法といえる。
A technique aimed at reforming heavy oil into a fuel for a gas turbine is, for example, a method of decomposing and lightening hydrocarbons of heavy oil with supercritical water to produce a flammable gas ( For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-246876) or a method of driving a gas turbine by burning generated gas, and burning a residue left at the time of lightening in a boiler to generate power by a steam turbine (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-80750). ) Etc. are known. It can be said that these techniques are methods of extracting a part of the hydrocarbon content of the heavy oil and concentrating the substance to be removed, which is a harmful component, in the residue.

【0005】また、重質油中の硫黄成分を除去するた
め、重質油と超臨界水とアルカリを反応させる方法も知
られている(特開2000−109850号公報,特開2
000−109851号公報,特開2001−0500
10号公報等)。
Further, a method of reacting heavy oil with supercritical water and an alkali in order to remove the sulfur component in the heavy oil is also known (JP 2000-109850 A, JP 2 A).
000-109851, JP 2001-0500A
No. 10, etc.).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前項に記した超臨界水
による重質油の改質方法は、重質油の一部をガスタービ
ンに適した燃料へ改質できるが、重質油中の炭化水素を
すべて燃料化はできない。また、残滓に有害物質が濃縮
されるため、これを燃焼するボイラ側では、環境装置の
増設,材料腐食の対策などが必要となる。
The method for reforming heavy oil with supercritical water described in the preceding paragraph can reform a part of the heavy oil into a fuel suitable for a gas turbine. Not all hydrocarbons can be converted to fuel. Further, since harmful substances are concentrated in the residue, it is necessary for the boiler side that burns this to add environmental equipment and take measures against material corrosion.

【0007】また、アルカリを添加することによって、
硫黄分を取り除く技術では、腐食の原因となるバナジウ
ム成分の除去はできない。
Further, by adding an alkali,
The vanadium component that causes corrosion cannot be removed by the technique of removing the sulfur content.

【0008】本発明の目的は、重質油を、材料腐食性の
小さい燃料に改質することであり、重質油中の有害成分
であるバナジウムを選択的に除去し、重質油の炭化水素
をほぼ全量ガスタービン燃焼に供することができるよう
にすることにある。これにより、低価格の重質油を高効
率のガスタービン発電システムなど、従来は軽質油燃料
を使用してきた機器に適用できる。また、環境設備費の
軽減が図れ、さらにマグネシウム添加法のような灰付着
を伴わないため、長期連続運転を可能とし、プラント稼
動率を向上させることができる。
An object of the present invention is to reform heavy oil into a fuel having a low material corrosiveness, selectively remove vanadium which is a harmful component in the heavy oil, and carbonize the heavy oil. It is to be able to provide almost all hydrogen for gas turbine combustion. As a result, low-priced heavy oil can be applied to equipment that has conventionally used light oil fuel, such as a highly efficient gas turbine power generation system. In addition, the environmental facility cost can be reduced, and since ash adhesion unlike the magnesium addition method is not involved, long-term continuous operation is possible and the plant operation rate can be improved.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、重質油を超臨
界水あるいは亜臨界水により改質処理することによって
得られた燃料に係る。本発明では、超臨界水又は亜臨界
水と重質油とを混合し、超臨界水の有機物溶媒としての
特性と、加水分解剤としての特性を利用し、重質油中の
除去対象物質を、重質油中の環状炭化水素分子あるいは
ポルフィリン構造中より脱離させる反応を起こさせる。
このとき、バナジウム除去反応を進行させるため、酸化
剤を添加することが特徴である。
The present invention relates to a fuel obtained by reforming heavy oil with supercritical water or subcritical water. In the present invention, supercritical water or subcritical water and heavy oil are mixed, the characteristics of supercritical water as an organic solvent, and the characteristics of a hydrolyzing agent are used to remove the substance to be removed from the heavy oil. , It causes a reaction to be eliminated from the cyclic hydrocarbon molecule in the heavy oil or the porphyrin structure.
At this time, in order to promote the vanadium removal reaction, an oxidizing agent is added.

【0010】本発明では、上記の反応により分解した酸
化バナジウムを、吸着,反応により改質燃料中から除去
する。酸化バナジウムを吸着する方法としては、炭素な
どによる化学吸着がある。また、酸化バナジウムは、カ
ルシウム,鉄などの金属と複合酸化物を生成するため、
これらの金属を重質油中からバナジウムを除去する捕捉
剤として使用することができる。これらの捕捉剤の使用
により、除去対象物質を捕捉し、固体の形で系外に排出
することが可能になる。系外に取り出した捕捉剤を処理
することにより、バナジウムを単離し再生使用すること
が可能になる。
In the present invention, vanadium oxide decomposed by the above reaction is removed from the reformed fuel by adsorption and reaction. As a method for adsorbing vanadium oxide, there is chemisorption by carbon or the like. In addition, vanadium oxide forms a complex oxide with metals such as calcium and iron,
These metals can be used as scavengers to remove vanadium from heavy oil. By using these scavengers, it becomes possible to trap the substance to be removed and discharge it to the outside of the system in the form of solid. By treating the scavenger taken out of the system, vanadium can be isolated and recycled.

【0011】本発明では、上記した手段によりバナジウ
ムを除去した重質油から、さらに、同様の水熱反応によ
りマグネシウム,カルシウムを除去し、あるいは、脱塩
処理によりアルカリ金属を除去し、アルカリ添加法によ
り硫黄を除去する方法を加えて、改質した燃料とするこ
とが望ましい。本発明によれば、燃料仕様が最も厳しい
ガスタービン用燃料に適合する燃料を提供することがで
きる。すなわち、バナジウム原子濃度が0.5重量ppm以
下、鉛原子濃度が1重量ppm 以下、ナトリウム原子濃度
とカリウム原子濃度の和が1重量ppm 以下、カルシウム
原子濃度が2重量ppm 以下、マグネシウム原子濃度が2
重量ppm 以下、硫黄原子濃度が30重量ppm 以下よりな
る燃料を提供できる。
In the present invention, from the heavy oil from which vanadium has been removed by the above-mentioned means, magnesium and calcium are further removed by the same hydrothermal reaction, or the alkali metal is removed by the desalting treatment, and the alkali addition method is used. It is desirable to add a method for removing sulfur to obtain a reformed fuel. According to the present invention, it is possible to provide a fuel suitable for a gas turbine fuel having the strictest fuel specification. That is, the vanadium atom concentration is 0.5 wtppm or less, the lead atom concentration is 1 wtppm or less, the sum of sodium atom concentration and potassium atom concentration is 1 wtppm or less, the calcium atom concentration is 2 wtppm or less, and the magnesium atom concentration is Two
It is possible to provide a fuel having a weight ppm or less and a sulfur atom concentration of 30 weight ppm or less.

【0012】ガスタービンで腐食原因となる溶融塩は、
バナジウムがアルカリ金属あるいは硫黄と化合して生成
するため、バナジウム除去だけでもガスタービン翼腐食
はかなりの部分防止できる。しかし、上記化学成分を有
する燃料とすれば、硫黄酸化物によるタービン後流配管
の酸腐食や、タービン翼への金属付着による汚染まで防
止することができ、ガスタービン他あらゆる燃焼装置に
より安全に使用できる改質燃料とすることができる。
Molten salts that cause corrosion in a gas turbine are
Since vanadium is produced by combining with alkali metal or sulfur, gas vane blade corrosion can be largely prevented by vanadium removal alone. However, if a fuel containing the above chemical components is used, it is possible to prevent acid corrosion of the turbine downstream piping due to sulfur oxides and contamination due to metal adhesion to the turbine blades, and it can be safely used by gas turbines and other combustion devices. It can be used as a reformable fuel.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、添付図を用いて本発明の実
施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0014】重質油中のバナジウムは図5に示すよう
に、酸化バナジウムを中心とするポルフィリン形態、あ
るいは環状有機分子鎖のなかに存在する(例えばFish,
R. H.,Komlenic, J. J., Anal. Chem. 1984, 56(3), p5
10-517参照)。高温,高圧水は有機分子を溶媒中に分散
させ、かつ加水分解作用により有機分子鎖を分解する作
用がある。これを水熱反応と呼ぶ。しかし、高温,高圧
水のみの作用では、有機分子中のバナジウム化合物を分
解する作用は得られない。バナジウムはアルカリ添加に
よっても分解されることは無く、この点が従来技術の硫
黄除去反応と異なる点である。
As shown in FIG. 5, vanadium in heavy oil exists in a porphyrin form centered on vanadium oxide or in a cyclic organic molecular chain (eg, Fish,
RH, Komlenic, JJ, Anal. Chem. 1984, 56 (3), p5
See 10-517). High-temperature, high-pressure water disperses organic molecules in a solvent, and has the action of decomposing the organic molecular chains by hydrolysis. This is called a hydrothermal reaction. However, the action of only high temperature and high pressure water cannot obtain the action of decomposing the vanadium compound in the organic molecule. Vanadium is not decomposed even by the addition of alkali, which is a point different from the sulfur removal reaction of the prior art.

【0015】我々は、高温,高圧水と重質油を混合し、
ここに酸化剤を添加することにより、バナジウムが有機
分子中から分解,除去される反応が進行することを確認
した。図6は、重質油,水,過酸化水素水を、高温,高
圧状態で反応させたときの、温度と油中バナジウム濃度
の関係を示したものである。温度の上昇とともにバナジ
ウム濃度は下降する。この反応は図7に示したように、
(1)有機炭化水素の部分酸化と、(2)COと水のシ
フト反応による水素発生、(3)COの有機分子中酸素
への攻撃、(4)水素分子、および水の有機分子鎖開裂
作用、(5)酸化剤によるバナジウム酸化作用、等が同
時進行するものと考えられる。この反応により、有機分
子中のバナジウムは分解除去され、酸化バナジウム分子
として遊離する。
We mix high temperature, high pressure water with heavy oil,
It was confirmed that vanadium was decomposed and removed from the organic molecule by adding an oxidizing agent to the reaction. FIG. 6 shows the relationship between the temperature and the vanadium concentration in oil when heavy oil, water, and hydrogen peroxide water are reacted at high temperature and high pressure. The vanadium concentration decreases with increasing temperature. This reaction, as shown in FIG.
(1) Partial oxidation of organic hydrocarbons, (2) Hydrogen generation by shift reaction of CO and water, (3) Attack of CO on oxygen in organic molecules, (4) Hydrogen molecule, and organic molecule chain cleavage of water It is considered that the action, (5) vanadium oxidation action by the oxidizing agent, etc. proceed simultaneously. By this reaction, vanadium in the organic molecule is decomposed and removed, and vanadium oxide molecule is released.

【0016】図1は本発明の重質油改質に用いる改質装
置の一実施例を示している。改質装置入口には、高温高
圧水2と重質油3と酸化剤4を取り入れ混合する混合器
1が設置される。混合器1で超臨界水の溶媒作用により
水と重質油が混合した液体は反応器5に送られる。高温
高圧水2と重質油3と酸化剤4の混合は、単純合流のほ
か、旋回流形成、あるいは対向流による衝突を利用し
て、混合を促進する方法も有効である。また、混合器1
は省略し、直接反応器5内へ、高温高圧水2と重質油3
と酸化剤4を供給する構成も取り得る。反応器5では図
7に示した反応により、重質油中のバナジウムが有機分
子中から脱離する反応が進行する。脱離反応を進行させ
るためには、反応器5出口までに、系が必要な温度,圧
力条件になっていることが必要であり、本実施例のよう
に予め高温高圧水を供給する構成の他にも、水と重質油
を混合器1、あるいは反応器5に供給した後に加熱する
ことで、昇温,昇圧させる構成も取り得る。反応器5で
改質された燃料と脱離した酸化バナジウムを含有する液
体7は、改質燃料排出口6を通じて取り出される。
FIG. 1 shows an embodiment of a reforming apparatus used for heavy oil reforming according to the present invention. A mixer 1 for introducing and mixing high-temperature high-pressure water 2, heavy oil 3, and oxidant 4 is installed at the reformer inlet. The liquid in which water and heavy oil are mixed by the solvent action of supercritical water in the mixer 1 is sent to the reactor 5. As for the mixing of the high-temperature high-pressure water 2, the heavy oil 3 and the oxidant 4, in addition to simple confluence, a method of promoting the mixing by utilizing swirling flow formation or collision by counterflow is also effective. Also, the mixer 1
Is omitted, and high-temperature high-pressure water 2 and heavy oil 3 are directly introduced into the reactor 5.
It is also possible to adopt a configuration in which the oxidant 4 is supplied. In the reactor 5, the reaction shown in FIG. 7 causes the vanadium in the heavy oil to be desorbed from the organic molecules. In order for the desorption reaction to proceed, it is necessary for the system to reach the required temperature and pressure conditions by the outlet of the reactor 5, and as in this example, high-temperature high-pressure water is previously supplied. In addition, it is also possible to adopt a configuration in which water and heavy oil are supplied to the mixer 1 or the reactor 5 and then heated to raise the temperature and pressure. The liquid 7 containing the fuel reformed in the reactor 5 and the desorbed vanadium oxide is taken out through the reformed fuel outlet 6.

【0017】図2は本発明の重質油改質に用いる改質装
置に関する他の一実施例を示している。高温高圧水2と
重質油3と酸化剤4を取り入れ混合する混合器1,反応
器5,改質燃料排出口6までは、図1に示したのと同構
成である。ここでは、改質燃料排出口6から取り出され
た、燃料と脱離した酸化バナジウムを含有する液体7
が、連結管8を通じて、酸化バナジウムを分離するため
に設置された捕捉器9に送られる。連結管8が省略さ
れ、反応器5と捕捉器9が連続した構成も取り得る。捕
捉器9中には除去対象物質を捕捉する捕捉剤10が充填
され、流通する液体中に含有された酸化バナジウムを、
吸着あるいは反応により捕捉する。これにより、油中の
バナジウム濃度を0.5重量ppm以下にできる。また、鉛
原子濃度を1重量ppm 以下、ナトリウム原子濃度とカリ
ウム原子濃度の和を1重量ppm 以下、カルシウム原子濃
度を2重量ppm 以下、マグネシウム原子濃度を2重量pp
m 以下、硫黄原子濃度を30重量ppm 以下にすることも
可能である。
FIG. 2 shows another embodiment of the reforming apparatus used for heavy oil reforming according to the present invention. The components up to the mixer 1, the reactor 5, and the reformed fuel discharge port 6 for taking in and mixing the high-temperature high-pressure water 2, the heavy oil 3, and the oxidizer 4 have the same configuration as shown in FIG. Here, the liquid 7 containing vanadium oxide desorbed from the fuel, taken out from the reformed fuel outlet 6.
Are sent through the connecting pipe 8 to a trap 9 installed for separating vanadium oxide. The connecting pipe 8 may be omitted, and the reactor 5 and the trap 9 may be continuous. The trap 9 is filled with the trapping agent 10 for trapping the substance to be removed, and vanadium oxide contained in the flowing liquid is
Capture by adsorption or reaction. As a result, the vanadium concentration in the oil can be reduced to 0.5 weight ppm or less. In addition, the lead atom concentration is 1 wtppm or less, the sum of sodium atom concentration and potassium atom concentration is 1 wtppm or less, the calcium atom concentration is 2 wtppm or less, and the magnesium atom concentration is 2 wtpp.
It is also possible to set the sulfur atom concentration to m or less and 30 ppm by weight or less.

【0018】捕捉剤10ではバナジウム及び他の金属の
みが捕捉され、燃料となる炭化水素分はほぼ全量を、後
流に改質燃料11として送ることができる。捕捉器9に
捕捉剤10を滞留させる方法としては、目皿状の固定材
により捕捉剤10を固定層として留まらせる方法の他
に、捕捉剤を粒状とし、粒径を液体の線速度以上の終端
速度をもつ大きさにすることで、流動層として留まらせ
る方法も取り得る。また、捕捉剤を成形して、板状ある
いはハニカム状とし、隙間を液体が流通する方法も取り
得る。捕捉剤10は、除去対象物質の捕捉を連続した結
果、捕捉能力が飽和にいたるが、このような使用済み捕
捉剤を捕捉器9から取り出す系統、あるいは新規の捕捉
剤を補給する系統が設けられた構成も取り得る。また、
反応器5一基に対して捕捉器9を複数配置し、順次使用
する捕捉器を切り替え、あるいは一定時間毎に捕捉器の
一部を停止する運転も可能であり、燃料流通を停止した
捕捉器中の捕捉剤を交換する構成と運転方法も取り得
る。
Only vanadium and other metals are captured by the scavenger 10, and almost all of the hydrocarbon component serving as a fuel can be sent to the downstream as the reformed fuel 11. As a method of retaining the capturing agent 10 in the capturing device 9, in addition to a method of retaining the capturing agent 10 as a fixed layer with a fixing material in the form of a plate, the capturing agent is made granular and the particle diameter is equal to or higher than the linear velocity of the liquid. It is also possible to adopt a method of staying in a fluidized bed by adjusting the size so as to have a terminal velocity. Alternatively, a method in which the scavenger is molded into a plate shape or a honeycomb shape and the liquid flows through the gap may be used. As a result of continuous trapping of the substance to be removed, the trapping agent 10 is saturated in trapping ability. However, a system for taking out such a used trapping agent from the trap 9 or a system for supplying a new trapping agent is provided. Other configurations are also possible. Also,
It is also possible to arrange a plurality of traps 9 for one reactor 5 and switch the traps to be used sequentially or to stop a part of the traps at regular intervals, and trap the fuel flow. A configuration and an operating method for exchanging the scavenger therein may be adopted.

【0019】図3は本発明の重質油改質に用いる改質装
置に関する他の一実施例を示している。反応器5から捕
捉器9に至る構成は、図2に示したのと同様である。捕
捉器9でバナジウムを取り除かれた燃料は改質燃料11
として取り出される。改質燃料11中に捕捉剤が粒子の
形で混入する場合に備え、捕捉器9出口側に、粒子を捕
集するサイクロン型の粒子捕集器12が設置されてい
る。粒子捕集器としてフィルタを設置する構成も取り得
る。また、粒子捕集器12で捕集された捕捉剤10の粒
子を再び捕捉器9に還流して再利用する構成ももちろん
取りうる。
FIG. 3 shows another embodiment of the reformer used for reforming heavy oil according to the present invention. The structure from the reactor 5 to the trap 9 is the same as that shown in FIG. The fuel from which vanadium has been removed by the trap 9 is the reformed fuel 11
Is taken out as. A cyclone-type particle collector 12 for collecting particles is installed on the outlet side of the trap 9 in case the trapping agent is mixed in the reformed fuel 11 in the form of particles. A configuration in which a filter is installed as a particle collector can also be adopted. Further, it is of course possible to adopt a configuration in which the particles of the trapping agent 10 collected by the particle collector 12 are returned to the trap 9 for reuse.

【0020】図4には、本発明の重質油より改質された
改質燃料を燃料に用いる、ガスタービン発電システムの
一実施例を示した。図2及び図3の改質装置において
は、改質燃料11を貯蔵あるいは運搬し、発電所にて使
用することも想定されるが、図4では、製造した改質燃
料を即時発電システムの燃焼器で燃焼する構成となって
いる。図2及び図3と同じく、混合器1において、高温
高圧水2,重質油3,酸化剤4を混合し、反応器5内
で、バナジウムを油中から脱離させ、捕捉器9において
捕捉剤10により酸化バナジウムを捕捉する。捕捉剤1
0の捕捉量が飽和にいたるのを防ぐため、使用済み捕捉
剤を抜き出す系統12を設置している。抜き出された使
用済み捕捉剤は捕捉剤洗浄器13に送られ、バナジウム
化合物14を取り除くための洗浄,反応により、捕捉剤
を更新し、リサイクル捕捉剤15として捕捉剤供給系に
リサイクルする。このとき、反応により減少した捕捉剤
量を補充するため、新規投入捕捉剤16が加えられ、捕
捉器9に戻される。反応器5と捕捉器9は本実施例では
一基ずつ設置されているが、ガスタービン燃焼器20へ
供給する燃料量において、反応,捕捉に適した滞留時間
がとれるよう、反応器,捕捉器を複数基設置することも
有効である。製造された改質燃料11は、圧縮機18で
空気17が圧縮された圧縮空気19により、燃焼器20
で燃焼され、燃焼ガス21がガスタービン22を駆動
し、連結した発電機23により発電する。ガスタービン
からの排ガス24は排ガス熱交換器25において、ガス
から水26に伝熱し、高温高圧水2を発生させたのち、
煙突27から排出される。排ガス熱を利用することによ
り、システム効率を向上することが可能になる。従来の
ガスタービン複合発電システムにあるように、排ガス熱
交換器25の前後には、排熱回収ボイラを設け、発生さ
せた蒸気により蒸気タービンを駆動し発電する構成もも
ちろん取り得る。また、燃焼時に発生する窒素酸化物を
除去するための、脱硝装置を設置しても良い。また、燃
焼で発生する硫黄酸化物を除去するための、脱硫装置を
設置してもよい。本実施例の構成から、重質油中のバナ
ジウムが捕捉器9で除去されているため、ガスタービン
の高温腐食の恐れはなく、マグネシウムのようなバナジ
ウムと複合酸化物を生成させるための添加剤を加える必
要はない。これにより、タービン翼への金属酸化物灰の
付着も防止でき、軽油燃料によるガスタービンシステム
と同程度の連続運転が可能なため、プラント稼動率の向
上と高効率発電を実現できる。
FIG. 4 shows an embodiment of a gas turbine power generation system using the reformed fuel reformed from the heavy oil of the present invention as a fuel. 2 and 3, the reformed fuel 11 may be stored or transported and used in a power plant, but in FIG. 4, the produced reformed fuel is burned in an immediate power generation system. It is configured to burn in a vessel. As in FIGS. 2 and 3, in the mixer 1, high-temperature high-pressure water 2, heavy oil 3, and oxidizer 4 are mixed, vanadium is desorbed from the oil in the reactor 5, and captured by the trap 9. Agent 10 captures vanadium oxide. Capture agent 1
In order to prevent the trapped amount of 0 from reaching saturation, a system 12 for extracting the used trapping agent is installed. The used scavenger extracted is sent to the scavenger cleaner 13, and the scavenger is renewed by cleaning and reaction for removing the vanadium compound 14, and is recycled as a recycle scavenger 15 to the scavenger supply system. At this time, in order to replenish the amount of the trapping agent reduced by the reaction, a new input trapping agent 16 is added and returned to the trap 9. In this embodiment, one reactor 5 and one trap 9 are installed, but the reactor and trap are set so that a residence time suitable for reaction and trap can be obtained in the amount of fuel supplied to the gas turbine combustor 20. It is also effective to install multiple units. The produced reformed fuel 11 is combustor 20 with compressed air 19 obtained by compressing air 17 with a compressor 18.
The combustion gas 21 drives the gas turbine 22 and is generated by the connected generator 23. The exhaust gas 24 from the gas turbine transfers heat from the gas to the water 26 in the exhaust gas heat exchanger 25 to generate high-temperature high-pressure water 2,
It is discharged from the chimney 27. The system efficiency can be improved by utilizing the heat of exhaust gas. As in the conventional gas turbine combined cycle power generation system, an exhaust heat recovery boiler may be provided before and after the exhaust gas heat exchanger 25, and a steam turbine may be driven by the generated steam to generate electric power. In addition, a denitration device for removing nitrogen oxides generated during combustion may be installed. In addition, a desulfurization device may be installed to remove sulfur oxides generated by combustion. Since vanadium in heavy oil is removed by the trap 9 from the configuration of this example, there is no risk of high temperature corrosion of the gas turbine, and an additive for producing vanadium and complex oxide such as magnesium. Need not be added. As a result, it is possible to prevent metal oxide ash from adhering to the turbine blades and to perform the same continuous operation as a gas turbine system using light oil fuel, so that it is possible to improve the plant operation rate and realize highly efficient power generation.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、高温高圧水と酸化剤に
より重質油を改質し、腐食原因となるバナジウムを始め
とする金属を除去するので、バナジウム濃度及び他の金
属濃度が極めて低い燃料が得られる。このため、発電用
ガスタービンを含め、他の燃焼によりエネルギーを取り
出す装置に適合した改質燃料を供給できる。有害な金属
のみを重質油中から脱離,捕捉せしめ、重質油中の炭化
水素のほぼ全量を燃焼に使用できる。低価格の重質油
を、環境装置の増設,装置腐食対策を特に施さずに使用
できることから、設備費,ランニングコストが共に低く
抑えられ、経済的に有利な燃焼装置が実現可能になる。
According to the present invention, heavy oil is reformed with high temperature and high pressure water and an oxidizing agent to remove vanadium and other metals that cause corrosion, so that vanadium concentration and other metal concentrations are extremely high. Low fuel is obtained. Therefore, it is possible to supply the reformed fuel suitable for other devices for extracting energy by combustion, including the gas turbine for power generation. Only harmful metals can be desorbed and captured from heavy oil, and almost all hydrocarbons in heavy oil can be used for combustion. Since low-priced heavy oil can be used without additional environmental equipment or equipment corrosion measures, both equipment costs and running costs can be kept low, and an economically advantageous combustion equipment can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の燃料製造に用いられる重質油改質装置
の一実施形態を示す概略図。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a heavy oil reforming apparatus used for fuel production of the present invention.

【図2】本発明の燃料製造に用いられる重質油改質装置
の他の一実施形態を示す概略図。
FIG. 2 is a schematic view showing another embodiment of the heavy oil reforming apparatus used for fuel production of the present invention.

【図3】本発明の燃料製造に用いられる重質油改質装置
の他の一実施形態を示す概略図。
FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of the heavy oil reforming apparatus used for fuel production of the present invention.

【図4】本発明の燃料製造に用いられる重質油改質装置
を連結したガスタービン発電システムの一実施形態を示
す概略図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of a gas turbine power generation system in which a heavy oil reforming apparatus used for fuel production of the present invention is connected.

【図5】重質油中のバナジウム化合物形態の一例を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a vanadium compound form in heavy oil.

【図6】重質油中バナジウム除去反応実験の結果の一例
を示す図。
FIG. 6 is a view showing an example of a result of a vanadium removal reaction experiment in heavy oil.

【図7】重質油中のバナジウム除去反応機構の予想図。FIG. 7 is a prediction diagram of a vanadium removal reaction mechanism in heavy oil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…混合器、2…高温高圧水、3…重質油、4…酸化
剤、5…反応器、6…改質燃料排出口、9…捕捉器、1
0…捕捉剤、11…改質燃料、13…捕捉剤洗浄器、1
8…圧縮機、20…燃焼器、21…燃焼ガス、22…ガ
スタービン、23…発電機。
1 ... Mixer, 2 ... High temperature and high pressure water, 3 ... Heavy oil, 4 ... Oxidizing agent, 5 ... Reactor, 6 ... Reformed fuel discharge port, 9 ... Capture device, 1
0 ... Scavenger, 11 ... Reformed fuel, 13 ... Scavenger washer, 1
8 ... Compressor, 20 ... Combustor, 21 ... Combustion gas, 22 ... Gas turbine, 23 ... Generator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 知彦 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 森原 淳 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 稲毛 真一 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 小泉 浩美 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 林 明典 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 井上 孝太郎 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 大川 令 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内 Fターム(参考) 4H013 AA03 AA04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tomohiko Miyamoto             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Company Hitachi, Ltd. (72) Inventor Jun Morihara             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Company Hitachi, Ltd. (72) Inventor Shinichi Inage             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Company Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiromi Koizumi             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Company Hitachi, Ltd. (72) Inventor Akinori Hayashi             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Company Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kotaro Inoue             4-6 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo             Within Hitachi, Ltd. (72) Inventor Okawa             4-6 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo             Within Hitachi, Ltd. F-term (reference) 4H013 AA03 AA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重質油を酸化剤の存在のもと超臨界水又は
亜臨界水により改質処理して該重質油に含まれるバナジ
ウム分子を遊離し、その後固体の捕捉剤によってバナジ
ウム分子を分離することによって得られた燃料であっ
て、バナジウム原子濃度が0.5重量ppm以下であることを
特徴とする重質油改質燃料。
1. A heavy oil is reformed with supercritical water or subcritical water in the presence of an oxidizing agent to liberate vanadium molecules contained in the heavy oil, and then a vanadium molecule is solidified with a scavenger. A heavy oil reforming fuel characterized by having a vanadium atom concentration of 0.5 ppm by weight or less.
【請求項2】請求項1において、前記酸化剤が過酸化水
素,酸素,空気,硝酸あるいは硝酸塩から選ばれた少な
くとも1種であることを特徴とする重質油改質燃料。
2. The heavy oil reforming fuel according to claim 1, wherein the oxidizing agent is at least one selected from hydrogen peroxide, oxygen, air, nitric acid and nitrates.
【請求項3】重質油を酸化剤の存在のもと超臨界水又は
亜臨界水により改質処理して該重質油に含まれるバナジ
ウム分子を遊離し、その後、バナジウムを捕捉剤と結合
させて固体の相を持つ化合物として改質油から分離する
ことによって得られた燃料であって、バナジウム原子濃
度が0.5重量ppm以下であることを特徴とする重質油改
質燃料。
3. Heavy oil is reformed with supercritical water or subcritical water in the presence of an oxidizing agent to release vanadium molecules contained in the heavy oil, and then vanadium is combined with a scavenger. A fuel obtained by separating a reformed oil as a compound having a solid phase from the reformed oil, wherein the heavy oil reformed fuel has a vanadium atom concentration of 0.5 ppm by weight or less.
【請求項4】重質油を酸化剤の存在のもと超臨界水又は
亜臨界水と接触させて水熱反応によりバナジウム分子を
遊離し、更に改質された油に含まれる金属を固体の相を
持つ化合物として該油より分離して得られた燃料であっ
て、バナジウム原子濃度が0.5重量ppm以下、鉛原子濃
度が1重量ppm 以下、ナトリウム原子濃度とカリウム原
子濃度の和が1重量ppm 以下、カルシウム原子濃度が2
重量ppm 以下、マグネシウム原子濃度が2重量ppm 以
下、硫黄原子濃度が30重量ppm 以下よりなることを特
徴とする重質油改質燃料。
4. A heavy oil is contacted with supercritical water or subcritical water in the presence of an oxidizing agent to liberate vanadium molecules by a hydrothermal reaction, and the metal contained in the modified oil is converted into a solid. A fuel obtained by separating it from the oil as a compound having a phase, wherein the vanadium atom concentration is 0.5 wtppm or less, the lead atom concentration is 1 wtppm or less, and the sum of the sodium atom concentration and the potassium atom concentration is 1 Weight ppm or less, calcium atomic concentration is 2
A heavy oil reforming fuel characterized by having a weight ppm or less, a magnesium atom concentration of 2 weight ppm or less, and a sulfur atom concentration of 30 weight ppm or less.
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