JP2005154536A

JP2005154536A - 重質油改質装置とその運転方法、およびガスタービン発電システム

Info

Publication number: JP2005154536A
Application number: JP2003393509A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hokari; 信幸穂刈; Shinichi Inage; 真一稲毛; Osamu Yokota; 修横田; Masahiko Yamagishi; 雅彦山岸; Akinori Hayashi; 林　　明典; Hirokazu Takahashi; 宏和高橋
Original assignee: Petroleum Energy Center PEC; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置の、前記反応容器の洗浄運転から重質油改質運転への切り替え時の立ち上がり時間の遅れを防ぎ、洗浄運転から重質油改質運転に切り替えた反応容器から即時に必要な性状の改質燃料を得て、改質燃料を連続、安定して製造する。
【解決手段】重質油改質装置の反応容器を複数基備え、前記複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替え、洗浄運転中の反応容器には、重質油改質運転時とほぼ同量の高温高圧水を供給し、洗浄運転中の反応容器内部の圧力、温度を重質油改質運転時とほぼ同一に保つように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、重質油改質装置とその運転方法、および改質された重質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。

超臨界水は、温度374℃、圧力22MPaの臨界点を超える水の状態である。この超臨界水、あるいは臨界点近傍の高温高圧水は誘電率が低いため、従来水に溶解しない有機物を混入することができ、また、高温で分子運動が激しい水分子を、高圧により高密度にするため、有機物を加水分解、あるいは、酸化剤の存在下で酸化分解する反応に適した反応溶媒となる。

これらの特徴を活用し、これまで超臨界水あるいは臨界点近傍の高温高圧水を用いた有機廃棄物処理、あるいは重質な燃料の改質技術が知られている。

前述の超臨界水あるいは臨界点近傍の高温高圧水による重質油改質装置においては、反応容器内に油中の特に重質な成分が残滓として付着したり、高温反応環境下で重質油の一部が固体炭素、すなわちコークスとなるコーキングが発生する。

したがって、重質油改質装置を一定時間運転するごとに、反応環境を一定に保ち、容器の閉塞を防ぐためには、反応容器内を洗浄する必要がある。

反応容器の洗浄方法としては、蒸気洗浄法、あるいは固体炭素、有機物を酸化処理して排出するための酸化剤のような洗浄剤を流入させる方法、あるいは装置を停止分解して人力により洗浄する方法などがある。

洗浄剤による反応容器洗浄ができる装置の例を図４に示した。

反応容器１に対し、原料である重質油供給系統６、高温高圧水供給系統１１に加え、洗浄剤を供給する系統１６を備えており、また重質油を改質する改質運転中に改質燃料を排出する改質燃料系統２４と、洗浄運転中に洗浄廃液を系外へ排出する系統２５を有していれば、反応容器の洗浄ができる。

このような反応容器の洗浄方法においては、装置による改質を一次停止する必要がある。重質油改質がガスタービンのような火力発電燃料を供給するために用いられる場合、かつ、燃料改質を発電中に連続改質供給している場合などでは、改質運転を停止することが発電停止につながり、安定した発電設備を構築する上で障害となる。

また、改質を一時停止して洗浄を実施するために減圧、降温運転すると、洗浄後に再起動する際、高温、高圧の運転条件を復帰するために起動時間が長くかかることも障害となる。

これに対し、「重質炭化水素系スラッジが付着した機器の洗浄方法および洗浄用配管構造」と題する下記の特許文献１には、複数基の熱交換器を１基ずつプロセスラインから独立させて洗浄する技術が開示されている。

特開平１１−２４１１９４号公報

本発明の課題は、超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置の、前記反応容器の洗浄運転から重質油改質運転への切り替え時の立ち上がり時間の遅れを防ぎ、洗浄運転から重質油改質運転に切り替えた反応容器から即時に必要な性状の改質燃料を得て、改質燃料を連続、安定して製造することにある。

前記課題は、重質油改質装置の反応容器を複数基備え、前記複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替え、洗浄運転中の反応容器には、重質油改質運転時とほぼ同量の高温高圧水を供給し、洗浄運転中の反応容器内部の圧力、温度を重質油改質運転時とほぼ同一に保つように制御することによって達成される。

本発明によれば、超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置の反応容器を複数基備え、前記複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替え、洗浄運転中の反応容器には、重質油改質運転時とほぼ同量の高温高圧水を供給し、洗浄運転中の反応容器内部の圧力、温度を重質油改質運転時とほぼ同一に保つように制御することにより、前記反応容器の洗浄運転から重質油改質運転への切り替え時の立ち上がり時間の遅れを防ぎ、洗浄運転から重質油改質運転に切り替えた反応容器から即時に必要な性状の改質燃料が得られ、改質燃料を連続、安定して製造することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の重質油改質装置の一実施形態を示した。

この例では、反応容器は２個設けられ、それぞれ反応容器(a)１、反応容器(b)３とする。反応容器(a)１、反応容器(b)３は、それぞれ、重質油改質装置が製造する改質燃料の流量を出すために必要な容量を有しており、総容量は必要な反応容器容量の２倍となっている。これにより１個の反応容器を改質運転に、他の反応容器を洗浄運転に使用できる。本実施形態のように２個の反応容器を使うほかに、より多くの個数の反応容器を組み合わせる構成ももちろん可能である。例えば、必要な容量を３個の反応容器でまかない、他に洗浄運転のための余剰容量分として１個あるいは複数の反応容器を設置する構成も採り得る。

図１中では弁が白塗りの場合は開、黒塗りの場合は閉を示している。この状態では、反応容器(a)１が重質油改質運転中であり、反応容器(b)３が洗浄運転中である。

反応容器(a)１には重質油供給系統(a)６、高温高圧水供給系統(a)１１、洗浄剤供給系統(a)１６が接続されている。このうち、洗浄剤供給系統(a)１６に設置された遮断弁１５が閉止されており、反応容器(a)１に洗浄剤は供給されていない。重質油ヘッダ４からは遮断弁５を経て重質油が、高温高圧水ヘッダ９からは流量調節弁１０を経て高温高圧水が、反応容器(a)１に供給される。反応容器(a)１に供給された重質油と高温高圧水は、反応容器(a)１内の反応室２中で反応し、改質燃料となる。生成した改質燃料は排出経路(a)１９、遮断弁２０を経て、改質燃料ヘッダ２１に至り、改質燃料供給配管２４より外部へ供給される。

反応容器(b)３に接続された、重質油供給系統(b)８に設けられている遮断弁７は閉止されており、反応容器(b)３に重質油は供給されない。流量調節弁１２を経て高温高圧水供給系統(b)１３から反応容器(b)３に高温高圧水が供給され、また、洗浄剤ヘッダ１４から遮断弁１７を経て洗浄剤供給系統(b)１８を通り、反応容器(b)３に洗浄剤が供給されている。反応容器(b)３を洗浄した洗浄剤、高温高圧水が混合した洗浄廃液は排出経路(b)２２を通り、遮断弁２７を経て排水タンク(b)２８に貯蔵の後、系外へ排出される。

反応容器(a)１の反応室２内が、例えば温度400℃、圧力25MPaの反応条件に保持されている場合、洗浄運転中の反応容器(b)３の内部も同様の400℃、25MPa近辺に保持されている。

図２は本実施形態の重質油改質装置の運転方法を、各弁の開度および物質の流量で示したものである。横軸が時間を示す。各弁の番号は、図１中に示した番号と同一である。

図２の初期状態は反応容器(a)１が重質油改質運転、反応容器(b)３が洗浄運転中である。

はじめに反応容器(a)１が重質油改質運転から洗浄運転に切り替わる方法を説明する。

重質油改質運転中だった反応容器(ａ)１に重質油を供給する系統６の遮断弁５が閉止し、反応容器(ａ)１への重質油供給が止まる。同時に高温高圧水供給系統（ａ）１１の流量調節弁１０の開度が大きくなり、高温高圧水流量が増加すると共に、洗浄剤供給系統（ａ）１６の遮断弁１５が開放され、洗浄剤が反応容器(a)１に供給され、反応容器(ａ)１内の洗浄が始まる。前記のように反応容器(ａ)１内で高温高圧水流量を増加するのは、重質油供給停止に伴なう、反応容器(ａ)１内での液体の滞留時間の減少を補い、反応容器(ａ)１内の圧力、温度を改質運転中と同様に保つためである。反応容器(ａ)１に対する供給系統の制御と同時に、排出系統の制御が同調する。反応容器(a)１から改質燃料を供給するために開いていた遮断弁２０が閉止し、同時に洗浄液を排出する系統の遮断弁２５が開放される。

このとき、反応容器(b)３は洗浄運転から改質運転に切り替わっており、反応容器(b)３から改質燃料を排出する系統（ｂ）２２の遮断弁２３が開放されるため、重質油改質装置全体から供給される配管２４の改質燃料流量は一定に保たれる。反応容器(a)１を一定時間、すなわち反応容器（ａ）１内を十分洗浄できる時間洗浄後、遮断弁１５が閉止され、反応容器（ａ）１に対する洗浄剤の供給は停止される。この後も、弁１０を経て高温高圧水ヘッダ９から反応容器（ａ）１に高温高圧水は供給され、反応容器(a)１内の温度、圧力は保持される。

次に洗浄運転中の反応容器(a)１が、再度、重質油改質運転に切り替わる制御を説明する。

反応容器(a)１の洗浄運転から重質油改質運転への切り替え時は、まず重質油の供給を再開し、同時に高温高圧水流量を改質運転条件に戻す。これにより、重質油改質運転切り替え後に、要求される仕様の改質燃料がすぐ供給できるよう条件を整える。滞留時間の条件保持後、洗浄廃液排出系統の遮断弁２５を閉止し、改質燃料を供給するための系統（ａ）１９の遮断弁２０を開放する。同時に反応容器(b)３側では、改質運転から洗浄運転への切り替えをし、重質油改質装置全体で製造される改質燃料の量を一定に保つ。

以上に記載した実施形態から明らかなように、本発明によれば、超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置の反応容器を複数基備え、前記複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替え、洗浄運転中の反応容器には、重質油改質運転時とほぼ同量の高温高圧水を供給し、洗浄運転中の反応容器内部の圧力、温度を重質油改質運転時とほぼ同一に保つように制御することにより、前記反応容器の洗浄運転から重質油改質運転への切り替え時の立ち上がり時間の遅れを防ぎ、洗浄運転から重質油改質運転に切り替えた反応容器から即時に必要な性状の改質燃料が得られ、改質燃料を連続、安定して製造することができる。

なお、複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替えるにあたり、重質油改質運転から洗浄運転に切り替える反応容器のスタンバイに優先して、洗浄運転から重質油改質運転に切り替える反応容器のスタンバイを終了させておくことにより、重質油改質装置で製造する改質燃料の量を常に一定に保つことができ、改質燃料の連続、安定的製造の信頼性をより一層高めることができる。

図３は本実施形態の重質油改質装置をガスタービン発電システムに適用した例を示した。

重質油改質装置２９から供給された改質燃料３０は、圧縮機３２によって供給される圧縮空気３３により燃焼器３４で燃焼される。燃焼排ガス３５がガスタービン３６を駆動し、ガスタービン３６と連係する発電機３７によって発電する。ガスタービン３６から排出されたガス３８の排熱を利用し、排熱回収ボイラ３９によって水４０を高温高圧水４２に変え、重質油改質装置２９に供給する。

このように発電システムに重質油改質装置２９を適用した場合、長時間連続の発電運転が可能となる。

本発明の重質油改質装置の一実施形態を示す図。本実施形態の重質油改質装置の運転方法を説明する図。本実施形態の重質油改質装置を適用したガスタービン発電システムのシステム構成図。従来型重質油改質装置の一例を示す図。

符号の説明

１…反応容器(a)、２…反応室、３…反応容器(b)、４…重質油ヘッダ、５…遮断弁、６…重質油供給系統(a)、７…遮断弁、８…重質油供給系統(ｂ)、９…高温高圧水ヘッダ、１０…流量調節弁、１１…高温高圧水供給系統(a)、１２…流量調節、１３…高温高圧水供給系統(ｂ)、１４…洗浄剤ヘッダ、１５…遮断弁、１６…洗浄剤供給系統(a)、１７、遮断弁、１８…洗浄剤供給系統(ｂ)、１９…改質燃料排出系統(a)、２０…遮断弁、２１…改質燃料ヘッダ、２２…改質燃料排出系統(b)、２３…遮断弁、２４…改質燃料供給配管、２５…遮断弁、２６…洗浄廃液タンク(a)、２７…遮断弁、２８…洗浄廃液タンク(b)、２９…重質油改質装置、３０…改質燃料、３１…空気、３２…空気圧縮機、３３…圧縮空気、３４…燃焼器、３５…燃焼ガス、３６…ガスタービン、３７…発電機、３８…排ガス、３９…排熱回収ボイラ、４０…水、４１…煙突、４２…高温高圧水。

Claims

超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置であって、
前記反応容器を複数基備え、
前記複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替え、洗浄運転中の反応容器には、重質油改質運転時とほぼ同量の高温高圧水を供給し、洗浄運転中の反応容器内部の圧力、温度を重質油改質運転時とほぼ同一に保つ手段を備えたことを特徴とする重質油改質装置。
請求項１において、複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替えるにあたり、重質油改質運転から洗浄運転に切り替える反応容器のスタンバイに優先して、洗浄運転から重質油改質運転に切り替える反応容器のスタンバイを終了させる手段を備えた重質油改質装置。
超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置の運転方法であって、
前記反応容器を複数基備え、
前記複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替え、洗浄運転中の反応容器には、重質油改質運転時とほぼ同量の高温高圧水を供給し、洗浄運転中の反応容器内部の圧力、温度を重質油改質運転時とほぼ同一に保つようにしたことを特徴とする重質油改質装置の運転方法。
請求項３において、複数基の反応容器をそれぞれ交互に重質油改質運転、洗浄運転に切り替えるにあたり、重質油改質運転から洗浄運転に切り替える反応容器のスタンバイに優先して、洗浄運転から重質油改質運転に切り替える反応容器のスタンバイを終了させておく重質油改質装置の運転方法。
超臨界状態もしくは臨界点近傍において高温高圧水と重質油を反応容器内で反応させ、改質燃料を製造する重質油改質装置と、
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１または２に記載の重質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。