JP2004359745A - 重油改質方法とその装置、およびガスタービン発電システム - Google Patents

重油改質方法とその装置、およびガスタービン発電システム Download PDF

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Abstract

【課題】超臨界水と重油を混合して反応させ、重油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給する。
【解決手段】重油と超臨界水を重油改質装置内で混合・反応させて改質燃料を製造し、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する場合に、前記改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して改質装置内に酸化剤を注入する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重油改質方法とその装置、および改質された重油を燃料として使用するガスタービン発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
重油は廉価であるが、高粘度であり、高濃度の硫黄分や重金属分を含有しているため、ガスタービン燃料には適さない。
【0003】
このため、重油を軽質化、脱硫黄化、脱金属し、ガスタービンにも使用できる燃料とする技術が先に提案されている。これらはいずれも基本構成として、超臨界水と重油を22MPa以上、400℃程度の反応条件(超臨界状態)で反応させ、熱分解、加水分解を起こさせている。
【0004】
しかし、このような反応過程では、超臨界水に溶解不可能な分子量の大きな炭化水素からなる重質分が加熱され、固体のコークス(炭素)が生成して反応管内部、特に反応管内壁に固着し、運転の継続に伴い、流路を小さくし、最終的には流路を閉塞する。
【0005】
前記流路の閉塞を解消する手段として、定期的に重油改質装置を分解して内部のコークスを除去し、除去したコークスを埋立地に運搬して処分する方法がある。
【0006】
しかし、この方法によれば、改質装置の分解作業とコークスの除去作業、さらにはコークスの埋立地への運搬作業というように手間がかかり、またそれらの作業に費用が嵩むことになる。
【0007】
これに対し、超臨界水と重質油を混合して反応させ、重質油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に酸化剤を流通させる技術が先に提案されている(特許文献1,2,3)。
【0008】
そして、超臨界水と重質油を混合して反応させるにあたり、重油改質装置内に酸化剤を流通させることにより、改質装置内で生成されたコークスを酸化分解し、無害な気体として大気中に排出することができる。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−294257号公報
【特許文献2】
特開平11−246876号公報
【特許文献3】
特開2002−248334号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来技術においては、超臨界水と重質油を混合して反応させるにあたり、重油改質装置内に酸化剤を供給するタイミングについて開示されていない。
【0011】
ガスタービン発電システムの運転中、常に重油改質装置内に酸化剤を供給し続けるのであれば、酸化剤を供給する加圧ポンプの負担は大きく、損耗による寿命も短くなり、運転費用も嵩むことになる。
【0012】
本発明の目的は、超臨界水と重油を混合して反応させ、重油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、重油と超臨界水を重油改質装置内で混合・反応させて改質燃料を製造し、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する場合に、前記改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して改質装置内に酸化剤を注入することによって達成される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0015】
図1は本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態1におけるシステム構成図である。
【0016】
図1において、1は重油タンク、2は重油加圧ポンプ、3は重油供給系統、4は重油熱交換器、5は水タンク、6は水加圧ポンプ、7は水供給系統、8は水熱交換用伝熱管、9は排熱回収ボイラー、10はガスタービン、11は重油改質装置、12はコンデンサ、13は改質燃料供給系統、14は減圧弁、15は燃焼器、16は重油、17は水、18は排ガス、19は発電機、20は蒸気タービン用の蒸気、21は蒸気タービン、22は発電機、23は加圧水、24はドラムである。
【0017】
重油タンク1より供給された重油16は、加圧ポンプ2により25MPa程度に昇圧され、重油熱交換器4で550℃程度の排ガスと熱交換することにより、350℃程度に昇温される。
【0018】
同様に水タンク5より供給された水17は、加圧ポンプ6により25MPa程度に昇圧され、排熱回収ボイラー9内に設置された伝熱管8で550℃程度の排ガスと熱交換することにより、450℃程度に昇温される。
【0019】
それぞれ昇温昇圧された重油16および超臨界状態の水17を改質装置11で混合し、改質燃料41を製造する。
【0020】
改質装置11は複数の円筒容器から構成され、前記各円筒容器内部で超臨界状態の水17と重油16が混合する。超臨界状態の水17が持つ作用として、重油16との均一層を形成し、重油16中の比較的高分子の油を分解、軽質化するとともに、油分子中に結合しているバナジウムなどの重金属を分離させる働きがある。改質装置11内で前記超臨界水の作用が生じ、重油改質、重金属除去が行われる。分離された重金属は、改質装置11中に充填した捕捉剤と反応し、改質油中に再び溶出することはない。
【0021】
改質燃料41は減圧弁14で減圧され、燃焼器15に供給される。
【0022】
燃焼器15内で改質燃料41が燃焼することにより、ガスタービン10を駆動する。さらに、排熱回収ボイラー9で生成された蒸気20により、蒸気タービン21を駆動する。
【0023】
改質装置11の内部にコークスが堆積した場合は、酸化剤タンク25から弁27を介して酸化剤、例えば過酸化水素水を加圧ポンプ26により供給する。すると改質装置11内のコークスが下記の反応で分解される。
【0024】
C+2H2O2→CO2+2H2O
したがってコークスを無害な二酸化炭素と水蒸気として大気中に放出することができる。
【0025】
このとき、反応管内部を高温高圧に保つことにより反応速度を高め、コークスの分解を促進することができる。改質装置11は高温高圧の超臨界状態に耐える構造となっているので、反応管内部を超臨界状態(374℃以上、22MPa以上)に保つことにより、コークス分解を促進することができる。
【0026】
図1の実施例は、改質装置11の前後の差圧を計測する差圧計28を設置したことに特徴がある。
【0027】
改質装置11内の反応管にコークスが堆積し、流路が狭くなると、差圧計28によって計測された差圧指示計29の指示値が大きくなり、コークスの堆積を知ることができ、差圧指示計29の指示値が予め定めた所定の値に至ったならば、改質装置11内に酸化剤を注入することによりコークスを酸化分解し、無害な二酸化炭素と水蒸気として大気中に放出することができる。
【0028】
このように本実施例によれば、超臨界状態の水17と重油16を混合して反応させ、重油16から改質燃料を製造するにあたり、改質装置11内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することができる。
【0029】
その結果、ガスタービン発電システムの運転中、常に改質装置11内に酸化剤を供給し続ける必要はなく、酸化剤を供給する加圧ポンプ26の負担は小さく、損耗を少なくして長寿命化を図り、運転費用も少なくて済むものであり、本発明は前記実施例に示すように、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して酸化剤を注入するというものである。
【0030】
なお、酸化剤の注入時期を知らせる手段は、前記差圧指示計29にさらに表示灯やアラームを接続して表示灯の点滅、アラームの作動など、適宜の手段を選択することができる。
【0031】
図2は本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態2におけるシステム構成図である。
【0032】
図2の実施例が図1の実施例と異なる点を中心に説明する。
【0033】
図2の実施例は、改質装置11内の反応管内流体と反応管外壁の温度を計測する温度センサ30,31を設置したことに特徴がある。
【0034】
改質装置11内の反応管内壁にコークスが堆積すると、反応管内から反応管外壁までの熱抵抗が大きくなり、伝熱量が小さくなる。したがって反応管内流体と反応管外壁の温度差が増す。すると温度差指示計32の指示値が大きくなり、コークスの堆積を知ることができ、温度差指示計32の指示値が予め定めた所定の値に至ったならば、第1の実施例と同様、改質装置11内に酸化剤を注入することによりコークスを酸化分解し、無害な二酸化炭素と水蒸気として大気中に放出することができる。
【0035】
このように本実施例によっても、超臨界状態の水17と重油16を混合して反応させ、重油16から改質燃料を製造するにあたり、改質装置11内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することができる。
【0036】
なお、酸化剤の注入時期を知らせる手段は、前記温度差指示計32にさらに表示灯やアラームを接続して表示灯の点滅、アラームの作動など、適宜の手段を選択することができる。
【0037】
図3は本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態3におけるシステム構成図である。
【0038】
図3の実施例が図1の実施例と異なる点を中心に説明する。
【0039】
図3の実施例は、改質装置を複数(実施例では11,33の2基)とし、システム運転中は改質装置のうち少なくとも1基を休止状態とし、休止状態にある改質装置内に酸化剤を注入してコークスを酸化分解するようにしたものである。
【0040】
図3の実施例において、改質装置11内の反応管にコークスが堆積して流路が狭くなり、差圧指示計29の指示値が予め定めた所定の値に至ったならば、弁35,37,39を閉じ、弁27を開いて改質装置11内に酸化剤を注入することによりコークスを酸化分解する。このとき弁36,38,40を開き、弁34を閉じて改質装置33を運転する。
【0041】
改質装置33内の反応管にコークスが堆積して流路が狭くなり、差圧指示計29の指示値が予め定めた所定の値に至った場合は、前記と逆の操作を行って改質装置11を運転し、改質装置33内のコークスを酸化分解する。
【0042】
図3の実施例によれば、コークスを酸化分解するためにシステムの運転を中止する必要がなくなり、稼働率を向上させることができる。
【0043】
なお、図3の実施例においては、改質装置11,33の前後の差圧を計測する差圧計28を設置した場合について例示したが、これに代えて、改質装置11,33のそれぞれに、図2の実施例と同様、反応管内流体、反応管外壁の温度を計測する温度センサ30,31を設置するようにしてもよい。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、超臨界水と重油を混合して反応させ、重油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することができる。
【0045】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態1におけるシステム構成図である。
【0046】
【図2】本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態2におけるシステム構成図である。
【0047】
【図3】本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態3におけるシステム構成図である。
【0048】
【符号の説明】
1…重油タンク、2…重油加圧ポンプ、3…重油供給系統、4…重油熱交換器、5…水タンク、6…水加圧ポンプ、7…水供給系統、8…水熱交換用伝熱管、9…排熱回収ボイラー、10…ガスタービン、11…重油改質装置、12…コンデンサ、13…改質燃料供給系統、14…減圧弁、15…燃焼器、16…重油、17…水、18…排ガス、19…発電機、20…蒸気タービン用の蒸気、21…蒸気タービン、22…発電機、23…加圧水、24…ドラム、25…酸化剤タンク、26…ポンプ、27…弁、28…差圧計、29…差圧指示計、30…温度センサ、31…温度センサ、32…温度差指示計、33…重油改質装置、34…弁、35…弁、36…弁、37…弁、38…弁、39…弁、40…弁、41…改質燃料。

Claims (9)

  1. 重油と超臨界水を重油改質装置内で混合・反応させて改質燃料を製造し、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する重油改質方法であって、前記改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して改質装置内に酸化剤を注入することを特徴とする重油改質方法。
  2. 請求項1において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを、改質装置前後の差圧から検出する重油改質方法。
  3. 請求項1において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを、改質装置反応管壁と内部流体の温度差から検出する重油改質方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項において、コークスの酸化分解時に改質装置の反応管内温度、圧力を超臨界状態(374℃、22MPa以上)にする重油改質方法。
  5. 重油と超臨界水を混合・反応させて改質燃料を製造する手段と、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する手段とを有する重油改質装置であって、前記生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して酸化剤を注入する構成としたことを特徴とする重油改質装置。
  6. 請求項5において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出する手段は、改質装置前後の差圧を検出して指示する差圧指示計である重油改質装置。
  7. 請求項5において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出する手段は、改質装置反応管壁と内部流体の温度差を検出して指示する温度差指示計である重油改質装置。
  8. 重油と超臨界水を混合・反応させて改質燃料を製造する手段と、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する手段とを有する重油改質装置と、
    前記改質装置によって改質された改質燃料を燃焼させる燃焼器と、
    前記燃焼器より発生した燃焼ガスにより駆動されるガスタービンとを有し、
    かつ前記請求項5〜7のいずれか1項に記載の重油改質装置を備えたことを特徴とするガスタービン発電システム。
  9. 請求項8において、重油改質装置を複数とし、システム運転中は改質装置のうち少なくとも1基を休止状態とし、休止状態にある改質装置内に酸化剤を注入してコークスを酸化分解する構成としたガスタービン発電システム。
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