JP2007186572A - 重質油の改質装置、重質油改質装置を備えたガスタービン、重質油改質装置を備えたガスタービンプラント、及び重質油の改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重質油から改質燃料を製造する場合に、改質器でのコーキング発生防止と、重質油から生成する改質燃料の回収率の向上を図った重質油の改質装置、並びに重質油の改質装置を備えたガスタービンを提供する。
【解決手段】重質油１と水８との混合流体１１を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する改質器１３を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数の改質燃料系統に重質油１を供給する重質油供給系統と、該重質油供給系統に位置して重質油１の流量を制御する第１の制御弁３０を夫々配設し、前記複数の改質燃料系統に水８を供給する水供給系統と、該水供給系統に位置して水の流量を制御する第２の制御弁３１を夫々配設し、各改質器１３の上流側の改質燃料系統を流れる重質油１と水８の混合流体１１の温度に基づいて前記第１の制御弁３０及び第２の制御弁３１を制御するように構成した改質装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、重質油を高圧・高圧の高温、高圧の水と接触・反応させて重質油を分解して軽質化した改質油を生成する重質油の改質装置、並びに、改質油を燃料に用いる重質油改質装置を備えたガスタービン、重質油の改質装置を備えたガスタービンプラント、並びに、重質油の改質方法に関する。

バナジウム等の重金属を含んだC重油等の重質油をガスタービンの燃料として使用することを想定した場合、重質油を燃焼させた際にガスタービンの翼に付着して腐食生成物となるバナジウム等の重金属を重質油から除去した改質燃料を使用する必要がある。

特許文献１には、重質油から改質燃料を生成する場合に、改質器で重質油と、高温・高圧の水とを接触・反応させることにより、高温・高圧水に溶融して生成した改質燃料となる軽質油分と、重金属類を含む重質油分とを分離して、分離した軽質油分を改質燃料としてガスタービンに燃料として供給すると共に、分離した重金属類を含む重質油分を燃焼させて処分する重質油の改質処理技術が開示されている。

また、特許文献２には、重質油の改質をおこなう改質器を複数基設置しておき、改質運転と洗浄運転を交互に切り替えて改質燃料を連続して製造する重質油の改質処理技術が開示されている。

特開2005-053962号公報 特開2005-154536号公報

重質油から改質燃料を生成する改質装置では、重質油を加熱する重質油予熱器、水を加熱する水予熱器、及び重質油と水とを高温高圧で接触・反応させて改質反応させる改質器を備えて、この改質器にて圧力13-30MPA、温度400-480℃、滞留時間1〜10分で重質油と水とを接触・反応させ、改質燃料を生成している。
重質油を燃料とするガスタービンプラントには、通常、重質油の改質処理に関係する重質油予熱器、水予熱器、改質予熱器、及び改質燃料を生成する改質器と、この改質器で生成した改質燃料を燃焼して駆動するガスタービンが備えられている。

ところで、重質油から生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器の燃料として使用する場合、多量の燃料の供給を求められるので、重質油から多量の改質燃料を製造する必要がある。重質油を改質反応させて改質燃料を生成する改質器は、高温・高圧の条件下で使用されるため、ガスタービンに供給する多量の改質燃料を1基の超大型の改質器で製造することは、装置の製造コスト等を含めて多くの困難が伴う。その対策として、比較的低コストで製造可能なサイズの改質器を並列に複数基設けて必要量の改質燃料をこれらの複数基の改質器で製造し供給することが考えられる。

しかしながら、並列に設置した複数基の改質器を用いて重質油から改質燃料を製造し燃料として供給することを想定すると、各改質器を所望の改質反応に過熱させる加熱源に何等かの変動要因が生じて温度に変動が発生した場合に、個々の改質器でコーキングが発生したり、又は重質油から生成する改質燃料の回収率が大幅に低下する可能性がある。

本発明の目的は、重質油から改質燃料を製造する場合に、改質器でのコーキング発生防止と、重質油から生成する改質燃料の回収率の向上を図った重質油の改質装置、重質油の改質方法、重質油の改質装置を備えたガスタービン、並びに重質油の改質装置を備えたガスタービンプラントを提供することにある。

本発明の改質装置は、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数系統の改質燃料系統に重質油を供給する重質油供給系統と、該重質油供給系統に位置して重質油の流量を制御する第１の制御弁を夫々配設し、前記複数系統の改質燃料系統に水を供給する水供給系統と、該水供給系統に位置して水の流量を制御する第２の制御弁を夫々配設し、各改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記第１の制御弁及び第２の制御弁を制御するように構成したことを特徴とする。

本発明の重質油の改質装置を備えたガスタービンは、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数系統の改質燃料系統の各改質器で生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器に供給する改質燃料供給系統を配設し、前記複数系統の改質燃料系統に重質油を供給する重質油供給系統と、該重質油供給系統に位置して重質油の流量を制御する第１の制御弁を夫々配設し、前記複数系統の改質燃料系統に水を供給する水供給系統と、該水供給系統に位置して水の流量を制御する第２の制御弁を夫々配設し、各改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記第１の制御弁及び第２の制御弁の開度を制御するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、重質油から改質燃料を生成する改質器でのコーキング発生防止と、重質油から生成する改質燃料の回収率の向上を達成する重質油改質装置、並びに重質油改質装置を備えたガスタービンを実現できる。

次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本発明の一実施例である重質油の改質装置を備えたガスタービンのプラントについて、図１を用いて詳細に説明する。図１において、重質油の改質装置を備えたガスタービンプラントは、重質油タンク１と、この重質油タンク１から重質油ポンプ２によって配管３a、３b、３c、３dを通じて夫々供給された重質油３を予熱する重質油予熱器４と、水タンク５と、この水タンク５から水ポンプ６によって配管８a、８b、８c、８d、を通じて夫々供給された水８を予熱する水予熱器9と、これらの重質油予熱器４と水予熱器9を経た重質油と水とを混合して混合流体にする気液混合器１０と、改質対象となるこの混合した重質油３と水８との混合流体１１を加熱する改質予熱器１２と、この改質予熱器１２を経て加熱された混合流体１１を高温、高圧の状態下で改質反応させて改質した改質燃料１４を生成する改質器１３とを備えている。そして、前記重質油予熱器４、水予熱器9、改質予熱器１２、及び改質器１３から構成される機器を備えて改質燃料１４を生成する改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dが、配管３a、３b、３c、３d及び配管８a、８b、８c、８dに対応させて合計４系統配設されている。これらの改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dはガスタービン２２が消費する燃料量に合わせて適宜追加又は削減して配設可能である。

そして、この４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dに夫々に設置された改質器１３によって重質油から改質され生成した改質燃料は、収集されて配管１４aを通じて気液分離器１７に送給され、気液分離器１７で分離された気体の改質ガス１８はガスタービン２２の燃焼器２２bに供給されて燃焼され、この燃焼ガスによってタービン２２cを回転させることにより、圧縮機２２aと発電機２３を駆動する。また、気液分離器１７で分離された液体の改質油１９は、改質油冷却器７で温度を低下させた後に減圧して改質油タンク２０に一時貯蔵する。改質油１９はガスタービン２２の出力要求に応じて、改質油タンク２０から改質油ポンプ２１によってガスタービン２２の燃焼器２２bに供給して前記改質ガス１８と共に、或いは単独で燃焼させ、この燃焼ガスによってタービン２２cを回転させることにより、圧縮機２２aと発電機２３を駆動するようになっている。

４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dに夫々配設された重質油予熱器４では、供給された重質油３を13〜30ＭＰＡ、最高温度としてコークス化を起こさない約200〜400℃の温度範囲で加圧、加温される。一方、前記水予熱器９では、供給された水８を13〜30ＭＰＡ、350〜550℃の蒸気になるまで加圧、加熱される。そして、それぞれ加圧・加温された重質油３と水（蒸気）８は、気液混合器１０で混合されて混合流体１１となる。混合流体１１は、改質予熱器１２によって重質油の改質反応に最適な圧力である13〜30ＭＰＡ、最適な温度である400〜480℃まで再加圧、再加熱されて改質器１３に供給される。

そして、前記改質器１３では、高温・高圧の状態下である圧力13-30MPA、温度400-480℃、滞留時間1〜10分で重質油と水とを接触させ、改質反応させて改質燃料１４を生成する。

そして、４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dに設置された各改質器１３内で重質油３を改質して生成され、収集された改質燃料１４は、改質燃料供給系の配管１４aに設けた減圧装置１６にてガスタービン２２に供給するために所定の運転圧力に減圧する。一方、改質器１３内で改質しなかったタール１５は、改質器１３から配管１５aを通じて取り出し、減圧した後にタールタンク２４に送給される。

前記４系統の改質燃料系統の改質器１３で生成された改質燃料１４は、配管１４aに設けた減圧装置１６によって断熱膨張させるので温度が低下し、改質燃料１４の一部が液化するため、気液分離器１７により気体の改質ガス１８と液体の改質油１９とに分離させる。なおスプレー水を気液分離器１７の内部に噴霧する等の方法で、改質燃料１４の温度を蒸気が凝縮しない蒸気飽和温度近くに低下させることで、より軽質の改質ガス１８を液化させることができ、液体の改質油１９を多く回収することができる。

蒸気を含んだ改質ガス１８は、ガスタービン２２の燃焼器２２bに直接供給して燃焼させ、この燃焼ガスによってタービン２２cを回転駆動させて圧縮機２２aを駆動し、同時に、発電機２３を駆動して電力を得ている。一方、改質油１９は改質油冷却器７で温度を低下させた後に減圧して改質油タンク２０に一時貯蔵する。改質油１９はガスタービン２２の出力に応じて、改質油タンク２０から改質油ポンプ２１によってガスタービンの燃焼器２２bに供給して燃焼させ、タービン２２cを駆動するようになっている。

また、タールタンク２４内に貯蔵されたタール１５は、タールポンプ２４によってタール焚き燃焼炉２６に供給され、タール焚き燃焼炉２６にて空気ブロア２８で供給される空気と共にタール１５を燃焼させて、加熱媒体となる高温の燃焼ガス２９を発生させる。この高温の燃焼ガス２９は、配管２９aを通じて４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dに夫々設置された重質油予熱器４と水予熱器９に加熱媒体として供給され、同様に、配管２９bを通じて上記４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dに夫々設置された改質予熱器１２に加熱媒体として供給され、配管２９cを通じて各改質器１３にも加熱媒体として供給される。

前記４系統の改質燃料系統に配置された重質油予熱器４、並びに水予熱器９に加熱媒体として供給される燃焼ガス２９の流量は、配管２９aに設けた燃焼ガス流量調節バルブ３２の開度と配管３６aに設けたバイパスガス流量調整バルブ３６の開度によって調整される。同様に、改質予熱器１２に加熱媒体として供給される燃焼ガス２９の流量は、配管２９bに設けた燃焼ガス流量調整バルブ３４の開度と前記バイパスガス流量調整バルブ３６の開度によって調整され、改質器１３に加熱媒体として供給される燃焼ガス２９の流量は、配管２９cに設けた燃焼ガス流量調整バルブ３５と前記バイパスガス流量調整バルブ３６の開度によって調整されることによって、各予熱器４、９、１２及び改質器１３に夫々必要な加熱媒体の量だけ供給されるようになっている。

尚、本実施例では改質器１３で重質油３から改質燃料１４を生成した後に残ったタール１５を前記各予熱器４、９、１２及び改質器１３の加熱媒体の燃料として再利用しているが、前記タールに代えて他の燃料を使用しても良い。

また、本実施例では、４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dの各系統について、重質油タンク１から重質油予熱器４に重質油３を供給する配管３a、３b、３c、３dに設置された重質油流量調整バルブ３０の開度、及び、水タンク５から水予熱器９に水８を供給する配管８a、８b、８c、８dに設置された水流量調整バルブ３１の開度を、前記４系統に夫々設置された改質器１３に供給される重質油３と水８との混合流体１１の温度に基づいて制御している。具体的には、改質器１３の入口側の配管に設置された温度検出器５１で検出した重質油と水の混合流体１１の温度に基づいて、重質油と水との混合比は一定に保ったままで、混合流体１１の温度が高い改質燃料系統の混合流体１１は流量を増加させて温度を低下させ、混合流体１１の温度が低い改質燃料系統の混合流体１１は流量を減少させて温度を上昇させるように、制御装置５０における演算によって重質油流量調整バルブ３０に対してバルブ開度信号Ｖa1・・Ｖa4の指令信号を、水流量調整バルブ３１に対してバルブ開度信号Ｖb1・・Ｖb4の指令信号を夫々出力して、前記各バルブ３０，３１の開度を夫々制御する。これらの制御によって、前記４系統の改質燃料系統の各改質器１３に供給される重質油３と水８の混合流体１１に、温度偏差が生じることが極力抑制できる。

上記したように、複数の改質燃料系統１３a・・１３d、或いは単一の改質燃料系統１３aに配置された改質器１３に供給される重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づいて前記改質燃料系統に設置された重質油流量調整バルブ３０及び水流量調整バルブ３１の開度制御を行うことにより、複数の改質燃料系統１３a・・１３dに配置した改質器１３の入口側における重質油３と水８の混合流体１１の温度の偏差、或いは変動を所望の範囲の約４０℃以内、好ましくは約２０℃以内に低減できるため、前記改質器１３における重質油３と水８との改質反応温度を、図２に示す様にコーキングの発生する４００〜４８０℃より低い反応温度の領域で改質反応するように調節して、コーキングの発生を回避し改質燃料を生成できる。しかも、前記各改質燃料系統１３a・・１３d、或いは単一の改質燃料系統１３aに配置した改質器１３に供給される重質油３と水８の混合流体１１の温度偏差、或いは変動を、所望の範囲の約４０℃以内、好ましくは約２０℃以内に低減できることから、図３に示すように、改質器１３における重質油３の改質反応温度も同様に温度偏差、或いは変動を約４０℃以内、好ましくは約２０℃以内に低減でき、よって改質器１３で重質油３から改質する改質燃料１４の回収率を約８０％以上に高めることが可能となる。

したがって、本実施例によれば、タール焚き燃焼炉２６の燃焼状態に何らかの変動が生じたとしても、タール焚き燃焼炉２６から発生する加熱媒体の燃焼ガス２９の流量及び温度の変動の影響をあまり受けることなく、複数の前記各改質燃料系統に設置された各改質器１３における重質油３の改質反応に必要な高温高圧水の状態となる圧力及び温度条件を夫々安定して確保でき、よって、改質器１３でコーキングの発生を回避すると共に、重質油３から改質される改質燃料１４の回収率を約８０％以上に向上できるものとなる。

次に、本発明の別の実施例となる重質油の改質装置を備えたガスタービンプラントについて図４を用いて説明する。本実施例では、前述した図１に示す実施例とガスタービンプラントを構成する機器の基本構成は共通であるので、相違する部分について以下に説明する。尚、図４に示す実施例では、便宜上、改質器１３を備えた改質燃料系統１３aを１系統しか開示していないが、図１の実施例と同様に複数系統、例えば４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dが配置されているものであっても良いし、例えば大型の改質器１３を備えた単一の改質燃料系統１３aを配置したものであっても適用可能なものである。

図４において、図１の実施例と構成が相違している本実施例の部分は、複数の改質燃料系統１３a・・１３d、或いは単一の改質燃料系統１３aに配置された改質器１３と改質予熱器１２の加熱源として、タール焚き燃焼炉２６で生成する加熱媒体の燃焼ガスの供給に替えて、電気ヒータ３８a及び電気ヒータ３８bを夫々設置している。タール焚き燃焼炉２６はタール１５の燃焼特性が安定しない場合には、燃焼ガスの流量変動、温度変動が生じる可能性がある。そこで、改質反応温度に影響する程度が高い改質器１３と改質予熱器１２の加熱源として電気ヒータ３８a、３８bを用いて夫々所望の温度に精度よく加熱制御することにより、改質器１３の内部をより高精度に一定の改質反応温度に維持するものである。よって、本実施例では、改質器１３でコーキングが発生する温度近傍に、より近くまで重質油３の改質反応温度を近づけることができるので、重質油３から改質燃料１４の回収率を更に高めることが可能となる。

そして、前記改質燃料系統１３aである改質器１３の入口側の配管に設置された温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づいて、重質油３と水８との混合比は一定に保ったままで、混合流体１１の温度が高い系統の混合流体１１は流量を増加させて温度を低下させ、混合流体１１の温度が低い系統の混合流体１１は流量を減少させて温度を上昇させるように、制御装置５０での演算によって重質油流量調整バルブ３０に対してバルブ開度信号Ｖa1・・Ｖa4の指令信号を、水流量調整バルブ３１に対してバルブ開度信号Ｖb1・・Ｖb4の指令信号を夫々出力して、前記各流量調整バルブ３０，３１の開度を夫々制御するのは同じである。そして、本実施例では更に、温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づいて、制御装置５０での演算によって改質器１３の電気ヒータ３８a、及び改質予熱器１２の電気ヒータ３８bに対して温度制御信号Hb、Haを夫々出力して、加熱が必要な改質予熱器１２と改質器１３の温度を高精度に温度制御している。

尚、前記改質器１３に設けた電気ヒータ３８a、及び改質予熱器１２に設けた電気ヒータ３８bによる各機器の温度制御は、前述した温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づく重質油流量調整バルブ３０及び水流量調整バルブ３１の開度制御とは独立させて適用しても良い。また、前記電気ヒータ３８a及び電気ヒータ３８bを、より高精度に温度制御する場合には、更にこれら電気ヒータ３８a、３８bが取付けられる改質器１３及び改質予熱器１２に温度計を夫々設置して、前記温度計の測定値に基づき改質器１３及び改質予熱器１２が所望の温度条件となるように前記電気ヒータ３８a、３８bを制御するようにしても良い。

前記改質器１３に電気ヒータ３８aを設けて改質器１３を高精度に温度制御する狙いとしては、改質器１３は改質反応に求められる高圧に耐えられるように肉厚の圧力容器で構成されているので、改質器１３を過熱する場合には所望の温度に昇温させるまで比較的長い時間を要する。そこで、前記電気ヒータ３８aで改質器１３の起動に合わせて予め余熱しておけば、改質器１３における重質油の改質反応に必要な前述した温度条件に比較的短時間で昇温させることが可能となる。また、改質器１３の運転を途中で停止する場合には、改質器の内部を重質油にコーキングが発生しない温度に余熱して保温することは可能である。この場合、改質器１３の運転を再起動する場合に極めて短時間で運転を再開することができる。

また、改質器１３の電気ヒータ３８aを含めて改質予熱器１２にも電気ヒータ３８bを設置して予熱する等の温度制御ができるので、これらの電気ヒータ３８a、３８bで前記各機器を予め予熱しておけば、改質器１３に導かれる混合流体の温度も短時間で改質反応に適した所望の温度条件に昇温できる。よって、改質器１３の運転を迅速に立ち上げて改質燃料を迅速に生成することが可能となる。

本実施例によれば、改質器１３及び改質予熱器１２の加熱を電気ヒータ３８a、３８bによって夫々所望の温度に精度よく加熱制御することにより、タール焚き燃焼炉２６から発生する加熱媒体である燃焼ガスの流量及び温度の変動の影響をあまり受けずに、改質器１３で重質油３の改質反応に必要な高温高圧水の状態となる圧力及び温度条件を安定して確保できることから、前記改質燃料系統に設けられた各改質器１３の入口側の混合流体１１の温度偏差を所望の範囲内に確実に抑制できる。

したがって、各改質器１３で重質油３から改質燃料１４を生成するに際してコーキング発生をより確実に回避するだけでなく、各改質器１３における重質油３から改質する改質燃料１４の回収率を８０％以上に更に高めることが可能となる。更に、タール焚き燃焼炉及び改質器１３及び改質予熱器１２に加熱媒体を送給する燃焼ガスの供給系統が不要となるため、改質装置に伴う複雑な配管系統を簡素化して設備がコンパクト化できる。

次に、本発明の更に別の実施例となる重質油の改質装置を備えたガスタービンについて、図５を用いて説明する。本実施例でも同様に、前述した図１に示す実施例とプラントを構成する機器の基本構成は共通であるので、相違する部分について以下に説明する。尚、図５に示す実施例では、便宜上、改質器１３を備えた系統を１系統しか開示していないが、図１の実施例と同様に複数系統、例えば４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dが配置されているものであっても良いし、例えば大型の改質器１３を備えた単一の改質燃料系統１３aを配置したものであっても適用可能なものである。

図５において、図１の実施例と構成が相違している本実施例の部分は、複数の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３d、或いは単一の改質燃料系統１３aに配置された重質油予熱器４、水予熱器９、改質予熱器１２及び改質器１３の加熱源として、タール焚き燃焼炉２６で生成する加熱媒体の燃焼ガスの供給に替えて、電気ヒータ３８d、３８c、３８b、３８aを夫々設置していることである。そして全ての予熱器４，９，１２及び改質器１３を前記電気ヒータ３８d、３８c、３８b、３８aによって夫々所望の温度に精度よく加熱制御することにより、タール焚き燃焼炉及び加熱媒体を送給する燃焼ガスの供給系統が不要となるため、改質装置に伴う複雑な配管系統の構成が更に簡素化できる。そして、予熱器４，９，１２及び改質器１３は電気ヒータ３８d、３８c、３８b、３８aにより高精度な温度制御で加熱することによって、前記改質器１３に供給される重質油３と水８の混合流体１１の温度を更に均一な一定温度に保持できるので、改質器１３における重質油の改質反応温度をコーキングが発生しない限界近傍の温度まで更に近づける精度の高い温度制御ができる。これにより、重質油３から改質燃料１４を生成する改質燃料の回収率を更に高く向上することができ、ガスタービンプラントの高効率化が可能となる。

そして、前記改質燃料系統１３aである改質器１３の入口側の配管に設置された温度検出器５１で検出した重質油と水の混合流体の温度に基づいて、重質油と水との混合比は一定に保ったままで、混合流体１１の温度が高い系統の混合流体１１は流量を増加させて温度を低下させ、混合流体１１の温度が低い系統の混合流体１１は流量を減少させて温度を上昇させるように、制御装置５０における演算によって重質油流量調整バルブ３０に対してバルブ開度信号Ｖa1・・Ｖa4の指令信号を、水流量調整バルブ３１に対してバルブ開度信号Ｖb1・・Ｖb4の指令信号を夫々出力して、前記各バルブ３０，３１の開度を夫々出力して、前記バルブ３０，３１の開度を夫々制御するのは同じである。そして、本実施例では更に、温度検出器５１で検出した重質油と水の混合流体の温度に基づいて、制御装置５０における演算によって電気ヒータ３８d、３８c、３８b、３８aに対して温度制御信号Hd、Hc、Hb、Haを夫々出力して、加熱が必要な重質油予熱器４，水予熱器９、改質予熱器１２及び改質器１３の全てを高精度に温度制御している。

尚、前記重質油予熱器４，水予熱器９、改質予熱器１２及び改質器１３に設けた電気ヒータ３８d、３８c、３８b、３８aによる各機器の温度制御は、前述した温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づく重質油流量調整バルブ３０及び水流量調整バルブ３１の開度制御とは独立させて適用しても良い。

本実施例によれば、タール焚き燃焼炉と、このタール焚き燃焼炉から加熱媒体を供給する配管系統が不要となるので、タール焚き燃焼炉から発生する加熱媒体としての燃焼ガスの流量及び温度の影響を全く受けずに、改質器１３で重質油３の改質反応に必要な高温高圧水の状態となる圧力及び温度条件を安定して確保できることから、前記改質燃料系統に設けられた各改質器１３の入口側の混合流体１１の温度偏差を所望の範囲内に確実に抑制できる。よって、各改質器１３で重質油３から改質燃料１４を生成するに際してコーキング発生をより確実に回避するだけでなく、各改質器１３における重質油３から改質する改質燃料１４の回収率を更に高めることが可能となる。

次に、本発明の更に別の実施例となる重質油の改質装置を備えたガスタービンについて、図６を用いて説明する。本実施例は、前述した図４に示す実施例とプラントを構成する機器の基本構成は共通であるので、相違する部分について以下に説明する。尚、図６に示す実施例では、便宜上、改質器１３を備えた改質燃料系統１３aを１系統しか開示していないが、図４の実施例と同様に複数系統、例えば４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dが配置されているものであっても良いし、例えば大型の改質器１３を備えた単一の改質燃料系統１３aを配置したものであっても適用可能なものである。

図６において、図４の実施例と構成が相違している本実施例の部分は、図４の実施例におけるタール燃焼炉２６に替えて、重質油予熱器４、改質予熱器１２、及び改質器１３に配管４１aを通じて供給する加熱源の蒸気４１を発生させる排熱回収ボイラ３９をガスタービン２２から排出される燃焼排ガス経路に設けている。また、配管４４aを通じて供給され、気液混合器１０にて重質油３と混合されて混合流体１１を生成する高温・高圧の水の供給源となる３５０〜５５０℃と高温の蒸気４４としても、排熱回収ボイラ３９から蒸気を供給している。そして排熱回収ボイラ３９では、ガスタービンの燃焼器２２bで改質燃料１４を燃焼して生じた燃焼ガスによりタービン２２cを駆動した後の５５０℃以上の燃焼排ガスを熱源として改質装置を構成する各機器の加熱媒体となる前記蒸気を発生させるものである。

そして、廃熱回収ボイラ３９の蒸気ドラム４０から発生する飽和蒸気は、ボイラ内にてガスタービン２２から排出された燃焼排ガスとの熱交換によってガスタービンが定格負荷運転時には燃焼排ガス温度に近い４２０〜５００℃（ガスタービンが部分負荷運転時には約３８０℃程度）と高温の蒸気４１に加熱され、加熱媒体として、改質予熱器蒸気流量調整バルブ４７を備えた配管４１aを通じて改質予熱器１２に供給される。この改質予熱器１２に供給される前記蒸気４４の温度条件の４２０〜５００℃は、改質器１３にて重質油と高温高圧水とを接触させて重質油を改質反応させるのに必要な温度条件の４００〜４８０℃を得るために必要となる。

そして改質予熱器１２を経て熱交換された蒸気４１は、配管４１bを通じて重質油予熱器４に加熱媒体として供給される。前記重質油予熱器４にて熱交換されて温度が下がった蒸気４５は、重質油予熱器蒸気流量調整バルブ４６を備えた配管４５aを通じて復水器４２に回収される。そして、復水器４２で蒸気４５は、水タンク５から水ポンプ６により配管８eを通じて供給される常温の水８と混合させることにより凝縮されて復水となる。この復水は、必要流量を供給ポンプ４３によって排熱回収ボイラ３９に給水として供給され、再度、加熱媒体となる蒸気４１、４４を発生する。

改質器１３で重質油の改質反応に用いる高温・高圧の改質反応用蒸気４４は、高圧ポンプ４５で昇圧した後にガスタービンの燃焼排ガスとの熱交換によって高温に加熱される。この加熱された改質反応用蒸気４４は配管４４aを通じて気液混合器１０に供給され、重質油予熱器４で加熱した重質油３と混合させて重質油と水との混合流体となる。そして、この混合流体は改質予熱器１２での加熱を経て改質器１３に供給され、重質油を改質反応させることにより、改質燃料を得るようになっている。更に、改質予熱器１２及び改質器１３には加熱源となる電気ヒータ３８b、３８aが設置されており、改質予熱器１２及び改質器１３を夫々加熱して高精度に温度制御することにより、改質器１３の内部を一定の改質反応温度に維持している。

また、制御装置５０においても、温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づいて、重質油３と水８との混合比は一定に保ったままで、重質油流量調整バルブ３０に対してバルブ開度信号Ｖa1・・Ｖa4の指令信号を出力して重質油３の流量制御を行い、改質器１３の電気ヒータ３８a、及び改質予熱器１２の電気ヒータ３８bに対しては温度制御信号Hb、Haを夫々出力して改質予熱器１２と改質器１３の温度を高精度に温度制御している。

尚、前記改質器１３に設けた電気ヒータ３８a、及び改質予熱器１２に設けた電気ヒータ３８bによる各機器の温度制御は、前述した温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づく重質油流量調整バルブ３０及び水流量調整バルブ３１の開度制御とは独立させて適用しても良い。

本構成を採用することにより、本実施例では、タール焚き燃焼炉と、このタール焚き燃焼炉から加熱媒体を供給する配管系統が不要となる。そして、ガスタービンが定格負荷運転から部分負荷運転に移行してガスタービン２２から排出されて廃熱回収ボイラ３９に流下する燃焼排ガスの温度が低下した場合でも、気液混合器１０に供給される高温・高圧の蒸気４４の温度低下を補って、改質器１３内の混合流体温度を極めて一定に保つことができる。よって、各改質器１３で重質油３から改質燃料１４を生成するに際してコーキング発生をより確実に回避するだけでなく、各改質器１３における重質油３から改質する改質燃料１４の回収率を更に高めることが可能となる。また、前記改質器１３及び改質予熱器１２は電気ヒータ３８a、３８bにより高精度に温度制御されるため、他の加熱源から加熱媒体を供給する配管が不要となり、装置の構成が簡素化される。

次に、本発明の更に別の実施例となる重質油の改質装置を備えたガスタービンについて、図７を用いて説明する。本実施例でも同様に、前述した図５に示す実施例とプラントを成する機器の基本構成は共通であるので、相違する部分について以下に説明する。尚、図７に示す実施例では、便宜上、改質器１３を備えた系統を１系統しか開示していないが、図５の実施例と同様に複数系統、例えば４系統の改質燃料系統１３a、１３b、１３c、１３dが配置されているものであっても良いし、例えば大型の改質器１３を備えた単一の改質燃料系統１３aを配置したものであっても適用可能なものである。

図７において、図５の実施例と構成が相違している本実施例の部分は、図５の実施例における気液混合器１０で重質油と混合される加熱蒸気源として排熱回収ボイラ３９を設け、この排熱回収ボイラ３９で発生した加熱蒸気を供給するようにしている。そして、この廃熱回収ボイラ３９において、蒸気ドラム４０から発生する飽和蒸気は、ボイラ内にてガスタービンから排出された燃焼排ガスとの熱交換によって混合器１０で重質油３と混合される高温・高圧の蒸気となる。即ち、高圧ポンプ４５で昇圧した給水をガスタービンの燃焼排ガスとの熱交換によって高温に加熱した蒸気４４として配管４４aを通じて気液混合器１０に供給される。そして、前記蒸気４４は電気ヒータ３８dによって重質油予熱器４で加熱した重質油３と気液混合器１０にて混合させて重質油と水との混合流体１１を生成する。そして、この混合流体１１は電気ヒータ３８bによる改質予熱器１２での加熱を経て電気ヒータ３８aで加熱されている改質器１３に供給され、この改質器１３にて重質油を改質反応させることにより、改質燃料を生成するようになっている。更に、重質油予熱器４、改質予熱器１２及び改質器１３には加熱源となる電気ヒータ３８d、３８b、３８aが設置されており、これらによって前記各機器を夫々高精度に温度制御することにより、改質器１３の内部を一定の改質反応温度に維持している。

また、制御装置５０においても、温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づいて、重質油３と水８との混合比は一定に保ったままで、重質油流量調整バルブ３０に対してバルブ開度信号Ｖa1・・Ｖa4の指令信号を出力して重質油３の流量制御を行い、改質器１３の電気ヒータ３８a、改質予熱器１２の電気ヒータ３８b、及び重質油予熱器４の電気ヒータ３８dに対しては温度制御信号Ｈa、Hb、Hdを夫々出力して、改質器１３、改質予熱器１２、及び重質油予熱器４の温度を高精度に温度制御している。

尚、前記重質油予熱器４，改質予熱器１２及び改質器１３に設けた電気ヒータ３８d、３８b、３８aによる各機器の温度制御は、前述した温度検出器５１で検出した重質油３と水８の混合流体１１の温度に基づく重質油流量調整バルブ３０及び水流量調整バルブ３１の開度制御とは独立させて適用しても良い。

本構成を採用することにより、本実施例では、タール焚き燃焼炉と、このタール焚き燃焼炉から加熱媒体を供給する配管系統が不要となる。そして、ガスタービンが定格負荷運転から部分負荷運転に移行してガスタービン２２から排出されて廃熱回収ボイラ３９に流下する燃焼排ガスの温度が低下した場合でも、改質反応用蒸気４４の温度低下を抑制して、改質器１３内における重質油の改質反応に必要な前述した改質反応温度を実質的に一定に保つことができる。

よって、各改質器１３で重質油３から改質燃料１４を生成するに際してコーキング発生をより確実に回避するだけでなく、各改質器１３における重質油３から改質する改質燃料１４の回収率を８０％以上に更に高めることが可能となる。また、重質油予熱器４、改質予熱器１２及び改質器１３を加熱するための加熱媒体を供給する配管系統が不要となり、装置のコンパクト化が図れる。また、本実施例では排熱回収ボイラ３９から改質反応用の蒸気４４のみを気液混合器１０に供給しているので、前記予熱器４、１２の加熱に用いた場合に必要となる蒸気の配管系統及び蒸気を凝縮させる復水器が不要となり、ガスタービンプラントのシステム構成が簡素化される。

本発明は、重質油から改質燃料を製造する重質油の改質装置、並びに重質油の改質装置を備えたガスタービンに適用可能である。

本発明の一実施例である重質油の改質装置を備えたガスタービンの系統図。 重質油を改質する改質反応温度と改質燃料の回収率との関係を示す特性図。 本発明の実施例である改質器入口における混合流体の流量と温度偏差との関係を示す図。 本発明の他の実施例である重質油の改質装置を備えたガスタービンの系統図。 本発明の別の実施例である重質油の改質装置を備えたガスタービンの系統図。 本発明の更に他の実施例である重質油の改質装置と排熱回収ボイラを備えたガスタービンプラントの系統図。 本発明の更に別の実施例である重質油の改質装置と排熱回収ボイラを備えたガスタービンプラントの系統図。

符号の説明

１…重質油タンク、２…重質油ポンプ、３…重質油、３a、３b、３c、３d…配管、４…重質油予熱器、５…水タンク、６…水ポンプ、７…改質油冷却器、８…水、８a、８b、８c、８d…配管、９…水予熱器、１０…気液混合器、１１…混合流体、１２…改質予熱器、１３…改質器、１３a、１３b、１３c、１３d…改質燃料系統、１４…改質燃料、１５ …タール、１６…減圧装置、１７…気液分離器、１８…改質ガス、１９…改質油、２０…改質油タンク、２１…改質油ポンプ、２２…ガスタービン、２２b…燃焼器、２３…発電機、２４…タールタンク、２５…タールポンプ、２６…タール焚き燃焼炉、２７…循環ブロワ、２８…空気供給ブロワ、２９…燃焼ガス、２９a、２９b、２９c、２９d…配管、３０…重質油流量調整バルブ、３１…水流量調整バルブ、３２…重質油予熱器燃焼ガス流量調整バルブ、３３…水予熱器燃焼ガス流量調整バルブ、 ３４ …改質予熱器燃焼ガス流量調整バルブ、３５…改質器燃焼ガス流量調整バルブ、 ３６…バイパスガス流量調整バルブ、３７…再循環ブロワ燃焼ガス流量調整バルブ、３８a、３８b、３８c、３８d…電気ヒータ、３９…排熱回収ボイラ、４０…蒸気ドラム、４１…蒸気、４１a、４４a、４５a…配管、４２…復水器、４３…給水ポンプ、４４…蒸気、４５…高圧水ポンプ、４６…重質油予熱器蒸気流量調整バルブ、４７…改質予熱器蒸気流量調整バルブ、５０…制御装置、５１…温度検出器。

Claims (18)

1. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して該重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、改質燃料を生成する改質器を備え、前記改質器で生成した改質流体を燃料として供給する重質油の改質装置において、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数の改質燃料系統に重質油を供給する重質油供給系統と、該重質油供給系統に位置して重質油の流量を制御する第１の制御弁を夫々配設し、前記複数の改質燃料系統に水を供給する水供給系統と、該水供給系統に位置して水の流量を制御する第２の制御弁を夫々配設し、各改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記第１の制御弁及び第２の制御弁を制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置。
2. 請求項１の重質油の改質装置において、前記第１の制御弁及び第２の制御弁の制御は、各改質器の上流側の前記改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の混合比を保持した状態で夫々の弁開度を制御することを特徴とする重質油の改質装置。
3. 請求項１の重質油の改質装置において、前記各改質燃料系統の改質器の上流側には重質油と水との混合流体を改質反応に良好な温度まで昇温させる改質予熱器と、重質油と前記水とを混合する気液混合器とを配設し、前記気液混合器に供給される重質油供給系統には重質油を昇温する重質油予熱器を、前記気液混合器に供給される水供給系統には水を昇温する水予熱器を夫々配置するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置。
4. 請求項３の重質油の改質装置において、前記各改質燃料系統の改質器で生成したタールを燃料として燃焼させるタール焚き燃焼炉を備え、前記タール焚き燃焼炉で発生する燃焼ガスを前記改質器、改質予熱器、重質油予熱器、及び水予熱器の少なくとも１個の機器に加熱媒体として供給する配管系統を配設したことを特徴とする重質油の改質装置。
5. 請求項３又は請求項４の重質油の改質装置において、前記改質器、改質予熱器、重質油予熱器、及び水予熱器の少なくとも１個の機器に、加熱源として電気ヒータを配設したことを特徴とする重質油の改質装置。
6. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して該重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、改質燃料を生成する改質器を備え、前記改質器で生成した改質流体を燃料としてガスタービンの燃焼器に供給する重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数の改質燃料系統の各改質器で生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器に供給する改質燃料供給系統を配設し、前記複数の改質燃料系統に重質油を供給する重質油供給系統と、該重質油供給系統に位置して重質油の流量を制御する第１の制御弁を夫々配設し、前記複数系統の改質燃料系統に水を供給する水供給系統と、該水供給系統に位置して水の流量を制御する第２の制御弁を夫々配設し、各改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記第１の制御弁及び第２の制御弁を制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
7. 請求項６の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記第１の制御弁及び第２の制御弁の制御は、各改質器の上流側の前記改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の混合比を保持した状態で夫々の弁の開度を制御することを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
8. 請求項６の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記各改質燃料系統の改質器の上流側には重質油と水との混合流体を改質反応に良好な温度と圧力となるように加熱・加圧させる改質予熱器と、重質油と前記水とを混合する気液混合器とを夫々配設し、前記気液混合器に供給される重質油供給系統には重質油を昇温する重質油予熱器を、前記気液混合器に供給される水供給系統には水を昇温する水予熱器を夫々配置するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
9. 請求項８の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記各改質燃料系統の改質器で生成したタールを燃料として燃焼させるタール焚き燃焼炉を設け、前記タール焚き燃焼炉で発生する燃焼ガスを前記改質器、改質予熱器、重質油予熱器、及び水予熱器の少なくとも１個の機器に加熱媒体として供給する配管系統を配設したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
10. 請求項８又は請求項９の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記改質器、改質予熱器、重質油予熱器、及び水予熱器の少なくとも１個の機器に、加熱源として電気ヒータを設けたことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
11. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して該重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、改質燃料を生成する改質器を備え、前記改質器で生成した改質流体を燃料としてガスタービンの燃焼器に供給する重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数の改質燃料系統の各改質器で生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器に供給する改質燃料供給系統を配設し、前記各改質燃料系統の改質器の上流側には重質油と水との混合流体を改質反応に良好な温度に昇温させる改質予熱器と、重質油と前記水とを混合する気液混合器とを配設し、前記気液混合器に供給される重質油供給系統には重質油を昇温する重質油予熱器を、前記気液混合器に供給される水供給系統には水を昇温する水予熱器を夫々配置するように構成し、前記複数の改質燃料系統に重質油を供給する重質油供給系統には重質油の流量を制御する制御弁を設置し、ガスタービンから排出される燃焼排ガス系統には排熱回収ボイラを設置して、該排熱回収ボイラで燃焼排ガスから熱を回収して生成した高温の蒸気を重質油と混合する混合流体を生成する蒸気として供給する配管を配設し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部を前記改質器、改質予熱器、及び重質油予熱器の少なくとも１個の機器に加熱媒体として供給するように配管を配設し、更に、前記各改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記各重質油供給系統に配設した制御弁を制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービンプラント。
12. 請求項１１の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記重質油予熱器、改質予熱器、改質器の少なくとも1個以上の機器に電気ヒータを設置して加熱することを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービンプラント。
13. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して該重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、改質燃料を生成する改質器を備え、前記改質器で生成した改質流体を燃料としてガスタービンの燃焼器に供給する重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を複数系統配設し、前記複数の改質燃料系統の各改質器で生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器に供給する改質燃料供給系統を配設し、前記各改質燃料系統の改質器の上流側には重質油と水との混合流体を改質反応に良好な温度に昇温させる改質予熱器と、重質油と前記水とを混合する気液混合器とを配設し、前記気液混合器に供給される重質油供給系統には重質油を昇温する重質油予熱器を、前記気液混合器に供給される水供給系統には水を昇温する水予熱器を夫々配置するように構成し、前記複数の改質燃料系統に重質油を供給する重質油供給系統には重質油の流量を制御する制御弁を設置し、ガスタービンから排出される燃焼排ガス系統には排熱回収ボイラを設置して、該排熱回収ボイラで燃焼排ガスから熱を回収して生成した高温の蒸気を重質油と混合する混合流体を生成する蒸気として供給する配管を配設し、前記重質油予熱器、改質予熱器、改質器の機器に電気ヒータを夫々設置して加熱するように構成し、更に、前記各改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記各改質燃料系統に配設した制御弁を制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービンプラント。
14. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して該重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、改質燃料を生成する改質器を備え、前記改質器で生成した改質流体を燃料としてガスタービンの燃焼器に供給する重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、重質油と水との混合流体を加熱・加圧して改質反応させて改質燃料を生成する前記改質器を備えた改質燃料系統を配設し、前記改質燃料系統の改質器で生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器に供給する改質燃料供給系統を配設し、前記改質燃料系統の改質器の上流側には重質油と水との混合流体を改質反応に良好な温度と圧力となるように加熱・加圧させる改質予熱器と、重質油と前記水とを混合する気液混合器とを夫々配設し、前記改質器及び改質予熱器の内、少なくとも改質器に加熱源として電気ヒータを設け、前記改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記電気ヒータの加熱温度を制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
15. 請求項１４の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記改質器及び改質予熱器の双方に加熱源として電気ヒータを夫々設け、前記改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記電気ヒータの加熱温度を夫々制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
16. 請求項１４の重質油の改質装置を備えたガスタービンにおいて、前記気液混合器に供給される重質油供給系統に重質油を昇温する重質油予熱器を、前記気液混合器に供給される水供給系統に水を昇温する水予熱器を夫々配置し、前記改質器、改質予熱器、重質油予熱器、及び水予熱器の全てに加熱源として電気ヒータを夫々設け、前記改質器の上流側の改質燃料系統を流れる重質油と水の混合流体の温度に基づいて前記各電気ヒータの加熱温度を夫々制御するように構成したことを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービン。
17. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して改質燃料系統に備えられた改質器にて前記重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、生成した改質燃料を燃料として供給するものにおいて、改質反応させる重質油と水との混合流体を複数の改質燃料系統に分けて流下させて各改質燃料系統に設置された各改質器に供給するようにし、前記各改質器の上流側で各改質燃料系統を流れる前記混合流体の温度を検出して、この検出された夫々の各混合流体の温度に基づいて前記各改質燃料系統に供給される重質油及び水の供給量を夫々制御して前記各改質器にて改質反応させ、改質燃料を生成することを特徴とする重質油の改質方法。
18. 重質油と水を高温・高圧に加熱・加圧して改質燃料系統に備えられた改質器にて前記重質油を高温高圧水と接触させて改質反応させ、生成した改質燃料を燃料としてガスタービンの燃焼器に供給するものにおいて、改質反応させる重質油と水との混合流体を複数の改質燃料系統に分けて流下させて各改質燃料系統に設置された各改質器に供給するようにし、前記各改質器の上流側で各改質燃料系統を流れる前記混合流体の温度を検出して、この検出された夫々の各混合流体の温度に基づいて前記各改質燃料系統に供給される重質油及び水の供給量を夫々制御して前記各改質器にて改質反応させて改質燃料を生成し、この生成した改質燃料をガスタービンの燃焼器に燃料として供給することを特徴とする重質油の改質装置を備えたガスタービンの重質油改質方法。

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