JP2008031285A

JP2008031285A - 重質油の改質反応装置及び改質反応装置を備えたガスタービンシステム

Info

Publication number: JP2008031285A
Application number: JP2006205884A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishida; 浩二西田; Osamu Yokota; 修横田; Shinsuke Kokubo; 慎介小久保; Hirokazu Takahashi; 宏和高橋; Akinori Hayashi; 林　　明典; Shinichi Inage; 真一稲毛; Nobuyuki Hokari; 信幸穂刈
Original assignee: Petroleum Energy Center PEC; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】本発明の目的は、重質油と水を水熱反応させて改質油成分を生成する際にコークスの発生を抑制しすると共に、付着したコークス場合を容易に清掃し得る改質反応装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の改質反応容器は、圧力容器と、圧力容器の内部に配置して重質油と水を水熱反応させて改質油成分を製造する改質器と、圧力容器に着脱可能に設置した蓋部と、蓋部に配設されて重質油と水との混合流体を供給する第一の配管及び改質器の水熱反応で発生する軽質油成分を抜き出す第二の配管と、圧力容器の下方に配設されて改質器の水熱反応で発生する重質成分を外部に抜き出す第三の配管及び改質器の温度を調節する加熱流体を外部から供給する第四の配管を備え、改質器は圧力容器から着脱可能となるように配設し、改質器の外周側の壁面と圧力容器の内周側の壁面との間に第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温・高圧の条件下で重質油と水を混合して水熱反応させて重質油を分解して軽質化した改質油を製造する重質油の改質反応装置と、改質油を燃料とする改質反応装置を備えたガスタービンシステムに関する。

重質油をガスタービン装置の燃料に用いるためには、ガスタービン翼の腐食の原因となる重質油に含まれているバナジウムを除去すると共に油の粘性を低下させる必要がある。

これを実現する方法として、重質油と水との混合流体を３５０〜５５０℃、５〜３０ＭＰａの高温高圧の条件下で水熱反応させて重質油を改質した改質燃料を製造する技術が知られている。

特開２００３−２８６８５８号公報には、改質器によって高温高圧の条件下で重質油と水を混合して水熱反応させて重質油から軽質化した改質油を製造し、この改質油をガスタービン燃料として使用する改質器を備えたガスタービン発電システムが開示されている。

また、特開２００４−３０７５３５号公報には、高温高圧の条件下で重質油と水を混合して水熱反応させて重質油から改質燃料を製造する改質器を構成する反応容器を、コークスの局所的な発生とコークスによる配管の閉塞を抑制するために高圧に耐える厚肉の内壁と外壁とを有する２重構造として、反応容器の内壁を保温する構成の反応容器が開示されている。

また、特開２００４−５７９２５号公報には、被処理液を水熱反応処理する反応カートリッジ型の密閉型内筒と、この密閉型内筒を収容する上部開放の反応器本体と、反応器本体の上部開口を閉止する反応器蓋体と、密閉型内筒に設置して水熱反応域で生成する被処理液に含まれる微粒子を付着させる付着機構となる複数段のメッシュ板とを備えた水熱反応容器が開示されている。

特開２００３−２８６８５８号公報特開２００４−３０７５３５号公報特開２００４−５７９２５号公報

ところで、高温高圧条件下で重質油と水を水熱反応させる改質器の内部では、重質油中の軽質成分が蒸気中に溶解するとともに熱分解により軽質成分と重質成分とに分離する反応が進む。

重質成分は重合を繰返すことにより粘性の高いタールへと変化するが、温度が高くて重合が進みすぎると重質成分の一部が固体であるコークスに変化して改質器の内壁に付着して改質器の内容積が減少することになる。

改質器の内容積が減少すると熱分解により重質油からガス状の軽質油成分が十分生成する前に改質器内が反応液によって満たされて改質器から重質油成分が外部に流出する恐れがある。また、改質器内で発生したコークスが改質器に配設された配管等の閉塞を生じさせる恐れもある。

特許文献２の改質器では、改質器を構成する反応容器を高圧に耐える厚肉の内壁と外壁からなる２重構造に構成するために反応容器が大型化するだけでなく、厚肉に形成した反応容器の内壁を重質油と水を水熱反応に必要な所望の温度に加熱する熱エネルギーが多大となり、改質器の昇温に要する時間も多くかかるという問題を有する。

特許文献３に記載された密閉型内筒と、密閉型内筒を収容する反応器本体を供えた水熱反応容器を高温高圧の条件下で重質油と水を混合して水熱反応させて重質油から改質燃料を製造する改質器に適用した場合に、被処理液となる高温高圧の重質油と水を内部に直接導入する密閉型内筒は密閉型であるが故に高圧に耐えられるよう厚肉の圧力容器として形成せざるを得ない。

よって特許文献３の水熱反応容器では、厚肉の圧力容器となる密閉型内筒の反応器が大型化するだけでなく、厚肉に形成した密閉型内筒を重質油と水を水熱反応に必要な所望の温度に加熱する熱エネルギーが多大となり、密閉型内筒の昇温に要する時間も多くかかるという問題を有する。

本発明の目的は、高温高圧条件下の改質器で重質油と水とを水熱反応させて改質油成分を生成する際にコークスの発生を抑制して改質器から重質油成分が外部に流出することを防止すると共に、改質器を所望の温度に加熱するのに必要な熱エネルギーの低減と迅速な昇温を可能にした重質油の改質反応装置、及び改質反応装置を備えたガスタービンシステムを提供することにある。

本発明の改質反応装置は、圧力を維持する圧力容器と、圧力容器の内部に配置されて高温高圧条件下で重質油と水とを水熱反応させて改質油成分を製造する改質器と、圧力容器に夫々配設されて改質器に高温高圧の重質油と水との混合流体を供給する第一の配管、及び改質器による水熱反応で発生する軽質油成分を抜き出す第二の配管と、圧力容器に夫々配設されて改質器による水熱反応で発生する重質成分を外部に抜き出す第三の配管、及び改質器の温度を調節する加熱流体を外部から供給する第四の配管とを備え、改質器の外周側の壁面と圧力容器の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成したことを特徴とする。

本発明の改質反応装置を備えたガスタービンシステムは、改質反応装置として、圧力容器と、圧力容器の内部に配置されて高温高圧条件下で重質油と水とを水熱反応させて改質油成分を製造する改質器と、圧力容器に形成された開口部を塞ぐように着脱可能に設置された圧力容器の一部を構成する蓋部と、圧力容器の蓋部に配設されて改質器に高温高圧の重質油と水との混合流体を供給する第一の配管、及び改質器による水熱反応で発生する軽質油成分を抜き出す第二の配管と、圧力容器に配設されて改質器による水熱反応で発生する重質成分を外部に抜き出す第三の配管、及び改質器の温度を調節する加熱流体を外部から供給する第四の配管とを備え、改質器は圧力容器から着脱可能となるように配設し、改質器の外周側の壁面と圧力容器の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成して構成し、ガスタービン装置から排出される燃焼排ガスを熱源とする排熱回収ボイラを設置して排熱回収ボイラから発生した蒸気を第四の配管に供給、又は改質反応装置の圧力容器に配設した第三の配管から排出された重質成分を燃料とする燃焼炉を設置して燃焼炉で発生した排ガスを利用して加熱流体を生成し、この加熱流体を第四の配管に供給して改質器の温度調整を行うことを特徴とする。

本発明によれば、改質反応器での重質油と水との水熱反応の際にコークスが発生することを抑制して改質反応器から重質油成分が外部に流出することを防止すると共に、改質器を所望の温度に加熱するのに必要な熱エネルギーの低減と迅速な昇温を可能にした重質油の改質反応装置及び改質反応装置を備えたガスタービンシステムが実現できる。

次に重質油を水熱反応させて改質燃料を製造する本発明の実施例の改質反応装置及び改質反応容器を備えたガスタービンシステムについて図面を参照して説明する。

図１は重質油と水を高温高圧条件下で水熱反応させて重質油から改質燃料を製造する本発明の一実施例である改質反応装置を示すものである。

図１において、本発明の実施例である改質反応装置１は、５〜３０ＭＰａの圧力条件を保つ圧力容器２と、この圧力容器２の内部に設置されて３５０〜５５０℃の温度条件下で重質油３と水（蒸気）４とを混合して水熱反応させ、重質油３から改質燃料となる軽質油成分７を生成する改質器１０を備えている。

改質反応装置１に流体を給排する配管系統は、水熱反応させる重質油３と水又は蒸気４との混合流体を外部から圧力容器２の内部に配置した改質器１０に供給する系統と、改質器１０にて重質油３と水又は蒸気４とが水熱反応して生成される軽質油成分７と蒸気４’とを圧力容器２の上方から外部に抜き出す系統と、水熱反応時に伴って生じた重質分を圧力容器２の下方より外部に抜き出す系統と、改質器１０及び圧力容器２を所望の温度に加熱するための温度調整用の蒸気を外部から供給する系統とを備えた構造を有している。

次に、重質油３と水又は蒸気４を高温高圧条件下で混合し水熱反応させて改質燃料となる軽質油成分７を製造する改質反応装置１について詳細に説明する。

改質反応装置１の外形を形成して内部に５〜３０ＭＰａの圧力条件を保つ圧力容器２は、円筒形状に形成された圧力容器胴体２３と、固定具２２によって圧力容器胴体２３の上部を覆うように取り付けた着脱可能な上蓋２１とから構成されている。

圧力容器２の内部には外部から供給された重質油３と水又は蒸気４とを高温高圧条件下で水熱反応させて改質燃料となる軽質油成分７を生成する円筒形状の改質器１０が収容されている。

圧力容器２の上蓋２１には、高温高圧の重質油３と水又は蒸気４との混合流体を圧力容器２の内部に設置した改質器１０に供給する入口ノズル５が配設されている。

この入口ノズル５から供給される高温高圧の重質油３と水又は蒸気４との混合流体は、上蓋２１の下側に取り付けた下降管６を通じて改質器１０の内部に供給されるように構成されている。

改質器１０の内部に供給された混合流体の重質油３は、高温高圧条件下で混合流体の蒸気４との水熱反応によって軟質化して蒸気４にその軽質成分を溶解し、反応液１５となって改質器１０の内部に溜まる。

改質器１０の内部に溜まった反応液１５は、水熱反応による熱分解によって改質油となるガス状の軽質成分７と、熱分解に付随して生じる重質成分であるタール８とに分離する。

改質器１０の内部で分離した改質油となるガス状の軽質油成分７は、水熱反応に使用された蒸気４’及び圧力容器２の内部に導いた温度調節用蒸気１１と共に、圧力容器２の上蓋２１に配設された出口ノズル９を通じて圧力容器２の外側に取り出され、改質油となるガス状の軽質油成分７はガスタービン装置に燃料として供給される。

また、改質器１０の内部で生成した重質成分であるタール８は、改質器１０の底部に配設されたタール抜出管１６によって圧力容器２の外側に抜き出される。

このタール抜出管１６は、圧力容器胴体２３の底部に設けられた圧力容器フランジ１８の内側に設置されるように、圧力容器２の圧力容器胴体２３の底部を貫通して配設されている。

下降管６は、重質油３の液滴成分が蒸気４’に同伴して出口ノズル９から圧力容器２の外側に直接流出しないようにするために上蓋２１の下方に設けているものであり、蒸気の速度が遅い場合や入口ノズル５と出口ノズル９の距離が十分離れて設置されている場合には必ずしも必要ではない。

圧力容器胴体２３の底部に配設した蒸気供給ノズル１２から圧力容器２の内部に供給された温度調節用蒸気１１は、圧力容器胴体２３の内壁と改質器１０を構成する改質器胴体１４の外壁との間に形成された流路１５１を流れるようになっている。

そして、蒸気供給ノズル１２から圧力容器２の内部に流入した温度調節用蒸気１１によって改質器１０の改質器胴体１４が所望の温度になるように加熱又は冷却することにより、改質器１０の内部に供給された重質油を主成分とする反応液１５が水熱反応に適切な３５０〜５５０℃の温度となるように調節する。

温度調節用蒸気１１による改質器１０の改質器胴体１４の温度調節について具体的に説明すると、圧力容器２の圧力容器胴体２３に温度計１７１を複数箇所設置して改質器１０を構成する改質器胴体１４の近傍の温度を検出し、制御器１７２に入力する。

制御器１７２では温度計１７１で検出した温度に基づき、制御器１７２に予め設定されている温度設定値１７４と比較して温度偏差を演算する。

そして、この温度偏差がなくなるように配管１１２に設置した調節弁１７３の開度を制御して、配管１１２の上流側に設置された熱交換器６４から供給されて蒸気供給ノズル１２から圧力容器２の内部に導かれる温度用調節蒸気１１の流量を調節し、改質器胴体１４が所望の温度になるように加熱又は冷却することにより、改質器１０の内部に供給された重質油を主成分とする反応液１５が水熱反応に適切な３５０〜５５０℃の温度となるように調節する。

圧力容器２の内部に導かれた温度調節された温度用調節蒸気１１は圧力容器胴体２３の内壁と改質器１０を構成する改質器胴体１４の外壁との間に形成された流路１５１を流れることによって、薄肉の改質器胴体１４は所望の温度に均等に、且つ迅速に加熱又は冷却される。

よって、改質器１０を構成する改質器胴体１４は水熱反応に適した所望の温度に均一に昇温されるため、改質器胴体１４での重質油３と水４とが水熱反応する際にコークスが発生することを抑制して改質器から重質油成分が外部に流出することが防止できる。

また、圧力容器２を構成する圧力容器胴体２３の外周側に電気ヒータ２４を配設して圧力容器２を外側から加熱して、圧力容器胴体２３からの漏れ熱を小さくすることも改質器１０に溜められた反応液１５の水熱反応を促進する上で有効である。

蒸気供給ノズル１２から圧力容器２の内部に流入した温度調節用蒸気１１の温度が飽和温度である場合には改質器１０及び圧力容器２を加熱する際に潜熱を失い、温度調節用蒸気１１の一部が凝縮して改質器胴体１４の外壁及び圧力容器胴体２３の内壁に水膜を形成して圧力容器２の底部に流下する。

圧力容器２の底部に流下した凝縮水は、圧力容器２の下方となる圧力容器胴体２３の底部に設けられた流路を兼ねる圧力容器フランジ１８の内部を流下する。

圧力容器フランジ１８にはドレイン管２６が分岐して配設されており、圧力容器フランジ１８の内部を流下した凝縮水をドレイン２７としてドレイン管２６を通じて圧力容器２の外部に流出させる。

ここで、圧力容器胴体２３の底部付近の拡大図を図６に示す。圧力容器胴体２３の底部に設けた圧力容器フランジ１８は、タール配管フランジ１９の下側に取り付けた固定具２５によってタール配管フランジ１９に着脱可能に接続されている。

改質器１０を構成する改質器胴体１４の底部には、高温高圧条件下の改質器１０の内部で重質油３と水４との水熱反応による改質燃料となる軽質油成分７の生成に伴って生じたタール８を外部に排出させるためにタール抜出管１６が配設されており、このタール抜出管１６の下端には改質器フランジ１７が設けられている。

改質器フランジ１７を備えたタール抜出管１６は、圧力容器２を構成する圧力容器胴体２３の底部に設けた圧力容器フランジ１８の内側に同心状に配設されている。

この改質器フランジ１７は、タール配管フランジ１９の下側に取り付けた固定具２８によってタール配管フランジ１９に着脱可能に取り付けられている。

圧力容器フランジ１８とタール配管フランジ１９とは、圧力容器２と同様に５〜３０ＭＰａ程度の圧力条件に耐える高圧仕様にする必要がある。

これに対して改質器フランジ１７は、タール抜出管１６の内外の差圧が改質器１０の改質器胴体１４に溜まった反応液１５の位置損失に相当する程度の低圧であるので、低圧仕様で十分である。

また、圧力容器フランジ１８の代わりにグレイロック等の高圧容器に適用可能な継ぎ手を、改質器フランジ１７の代わりに低圧条件で使用できる継ぎ手を夫々用いてもよい。

ところで、圧力容器２の内部に設置された改質器１０では、高温高圧条件下で重質油と水との混合流体を水熱反応させて改質油となるガス状の軽質油成分７を生成しているが、水熱反応による熱分解によって混合流体は軽質成分と重質成分とに分離される反応が進む。

重質成分は重合を繰返すことにより粘性の高いタール８へと変化するが、温度が高くて重合が進みすぎると重質成分の一部が固体であるコークスに変化して改質器１０を構成する改質器胴体１４の内壁に付着して配管等の閉塞を生じさせる可能性がある。

そこで、仮にコークスが付着した場合には、付着したコークスを改質器１０から取り除くために、改質器１０を清掃する清掃プロセス、或いは新しい改質器１０に交換する交換プロセスを実施することになる。

改質器１０を清掃する清掃プロセス、或いは新しい改質器１０に交換する交換プロセスを行う手順を説明すると、まず、上蓋２１に取り付けた固定具２２を緩めて圧力容器２の上蓋２１を圧力容器胴体２３から取り外し、圧力容器２を開口させる。

次に、タール配管フランジ１９に取り付けた固定具２８を緩めることによって、改質器１０を構成する改質器胴体１４の底部に設けたタール抜出管１６の下端の改質器フランジ１７と、タール配管フランジ１９との連結を外す。

その後で、改質器１０を構成する改質器胴体１４をクレーンで吊り上げて、開口した圧力容器２の内部から改質器胴体１４を外部に取り出す。

そして、圧力容器２から外部に取り出された改質器１０の改質器胴体１４は、高温高圧条件下で重質油と水との水熱反応による熱分解によって内壁に付着したタール成分のコークスを清掃して除去する改質器１０の清掃プロセスを行う。

この清掃プロセスによって洗浄された改質器胴体１４を有する改質器１０、或いは交換品として準備した新しい改質器胴体１４を有する改質器１０は、クレーンによって吊り上げられ、開口した圧力容器２の内部の所定位置に搬入されて設置される。

その後、タール配管フランジ１９に取り付けた固定具２８を締め付けて、改質器１０を構成する改質器胴体１４の底部に設けたタール抜出管１６の下端の改質器フランジ１７と、タール配管フランジ１９とを連結して、改質器１０の改質器胴体１４を圧力容器２の内部に固定する。

次に、圧力容器２の上蓋２１を圧力容器胴体２３の上に被せて上蓋２１に取り付けた固定具２２を締め付け、上蓋２１を圧力容器胴体２３に取り付けることにより、改質器１０の清掃プロセス、或いは交換プロセスを完了する。

本実施例によれば、改質器１０は圧力境界を形成していないので改質器１０を構成する改質器胴体１４を高圧力に耐える厚肉の圧力容器として形成する必要がない。よって改質器１０を構成する改質器胴体１４の肉厚を薄く形成することができ、改質器胴体１４を形成する金属部の熱容量が小さくなる。

したがって、蒸気供給ノズル１２から圧力容器２の内部に導入した温度調節用蒸気１１を圧力容器胴体２３の内壁と改質器胴体１４の外壁との間に形成された流路１５１を流れることによって改質器１０を構成する改質器胴体１４を所望の温度に昇温する熱エネルギーを減少させて、均一に且つ迅速に加熱又は冷却が可能となる。

よって、外部から圧力容器２の内部に供給ノズル１２を通じて温度調節用蒸気１１を供給する際に、改質器１０を構成する改質器胴体１４の金属部に生じる温度偏差を小さくでき、この温度偏差の発生に起因して改質器胴体１４の内壁に局所的にコークスが発生して付着する現象を抑制できる。

また、改質器１０で高温高圧条件下の重質油と水との混合流体を水熱反応させて改質油となるガス状の軽質油成分７を生成するために、改質器１０を所定の温度に加熱、又は冷却して温度調節することに要する時間を短くすることができる。

また、改質器１０を構成する改質器胴体１４を薄肉にして金属部の熱容量を小さくしたので、改質器１０の内部に溜まる反応液１５の温度調整も容易となる。

更に、改質器１０を構成する改質器胴体１４は、圧力容器２を構成する圧力容器胴体２３の内部から取り出し可能に構成したことから、仮にコークスが改質器１０の改質器胴体１４の内壁に付着する現象が生じたとしても、改質器１０を圧力容器２から外部に容易に取り出して清掃し、清掃した後の改質器１０を再度、圧力容器２の内部に組み込むことにより、改質反応装置１の運転を再開することができる。

また、改質器１０となる改質器胴体１４の予備品を予め用意しておけば、コークスが改質器１０の改質器胴体１４の内壁に付着した場合でも改質器胴体１４の清掃作業を待つことなく、迅速に予備品の改質器胴体１４を備えた改質器１０への交換が可能となり、よって改質反応装置１の運転を早期に再開することができる。

以上の説明から明らかなごとく、本発明の実施例によれば、改質器での重質油と水との水熱反応の際にコークスが発生することを抑制して改質器から重質油成分が外部に流出することを防止すると共に、改質器を所望の温度に加熱するのに必要な熱エネルギーの低減と迅速な昇温を可能にした重質油の改質反応装置が実現できる。

また、本発明の実施例によれば、更に、仮にコークスが発生して改質器の壁面に付着した場合でも付着したコークスを容易に清掃し得る重質油の改質反応容器が実現できる。

次に、本発明の他の実施例である改質反応装置について図２を参照して説明する。

図２において、本実施例の改質反応装置１は図１に示した実施例の改質反応装置１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

本実施例では圧力容器２と改質器１０を有する改質反応装置１において、改質器１０を構成する改質器胴体１４と圧力容器２を構成する圧力容器胴体２３との間に円筒形状のシュラウド３０を設け、このシュラウド３０を改質器１０の改質器胴体１４の外周側に同心状の一体構造物となるように取り付けて両者の壁面の間で温度調節用蒸気１１が流れる内側流路を形成する構造となっている。

圧力容器２の圧力容器胴体２３の内部に円筒形状のシュラウド３０を改質器１０の改質器胴体１４の外周側に備えた構成の本実施例の改質反応装置１では、圧力容器胴体２３の底部に配設した蒸気供給ノズル１２から圧力容器２の内部に供給された温度調節用蒸気１１が、圧力容器胴体２３の内壁と改質器１０を構成する改質器胴体１４の外周側に一体に取り付けたシュラウド３０の外壁との間に形成された外側の流路１５３、及びシュラウド３０の内壁と改質器胴体１４の外壁との間に形成された内側の流路１５２を夫々流れることになる。

そして、蒸気供給ノズル１２から流入してシュラウド３０の内壁と改質器胴体１４の外壁との間に形成された内側の流路１５２を流れる温度調節用蒸気１１によって改質器１０の改質器胴体１４が所望の温度になるように加熱又は冷却されることにより、改質器１０の内部に供給された重質油を主成分とする反応液１５が水熱反応に適切な３５０〜５５０℃の温度となるように調節される。

本実施例の構造を採用することによって、熱容量の大きな圧力容器２の熱容量の影響をあまり受けずに、シュラウド３０の内壁と改質器胴体１４の外壁との間の内側流路を流れる温度調節用蒸気１１によって重質油と水との混合流体を水熱反応させる改質器１０の改質器胴体１４を所望の温度に加熱又は冷却できる。

よって、改質器１０を構成する改質器胴体１４に溜まった重質油を主成分とする反応液１５に温度変化が生じても短時間に所定の温度に調節できる。

尚、図２には示していないが、外側流路と内側流路を夫々流れる温度調節用蒸気１１の流量配分は、これらの流路に抵抗体を設けて調整することができる。

次に、本発明の更に他の実施例である改質反応装置について図３を参照して説明する。

図３において、本実施例の改質反応装置１は図１に示した実施例の改質反応装置１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

本実施例では圧力容器２と改質器１０を有する改質反応装置１において、改質器１０を構成する改質器胴体１４の外周面に高さ方向に沿ったフィン３２を複数個設け、圧力容器２を構成する圧力容器胴体２３の内壁と改質器１０を構成するフィン３２を設けた改質器胴体１４の外壁との間に温度調節用蒸気１１が流れる流路１５４を形成する構造となっている。

フィン３２は熱抵抗を小さくするために溶接等により改質器胴体１４の外周の壁面に取り付けられて温度調節用蒸気１１と改質器胴体１４の熱抵抗を小さくすると共に、フィン３２を溶接したことによって改質器胴体１４の強度が増強されるため、改質器胴体１４の肉厚を更に薄くすることができる。

この結果、改質器１０を構成する改質器胴体１４を薄肉に形成できるため、改質器胴体１４に溜まる反応液１５と温度調節用蒸気１１との熱抵抗を更に小さくすることが可能となる。

次に、本発明の実施例である改質反応装置を備えたガスタービンシステムについて図４を参照して説明する。

図４に示した本実施例のガスタービンシステムに備えられた改質反応装置１は、前述した実施例１乃至実施例３で説明した図１乃至図３に示す圧力容器２と改質器１０を有する各実施例の改質反応装置１と同一構成のものを採用しているので、詳細な説明は省略する。

図４において、重質油タンク１３０に貯蔵されている重質油３は配管１０１に設けた重質油ポンプ５０により水熱反応に適切な５〜３０ＭＰａまで昇圧され、配管１０１を通じてこの配管１０１に配設された重油予熱器５１に供給される。

重油予熱器５１に供給された重質油３は、この重油予熱器５１にて重質油単体でコークスを発生させない４００℃以下、望ましくは３５０℃以下の温度まで昇温される。

重質油予熱器５１で昇温された重質油３は重質油予熱器５１の下流の配管１０１にある油水混合器５２に供給される。

この油水混合器５２では排熱回収ボイラ６０から配管１０６を通じて供給された高温高圧の蒸気と、重質油予熱器５１で昇温された高温高圧の重質油３とを混合して重質油３と蒸気４との混合流体を生成し、配管１０３を通じて下流側の重質油・蒸気予熱器５５に流下させる。

重質油・蒸気予熱器５５では、改質反応装置１の圧力容器２に入る前に重質油３と蒸気４との混合流体を水熱反応に最適な３５０〜４５０℃の所定の温度にまで昇温させる。

重質油予熱器５１及び重質油・蒸気予熱器５５の加熱にはこれらの機器に設置した図示していない電気ヒータ、又は別途配設した配管系統を通じて供給する高温流体の加熱によって行うことができる。

重質油・蒸気予熱器５５で加熱された混合流体の重質油３と水４とは配管１０３を通じて改質反応装置１に供給される。

改質反応装置１の外形を形成する圧力容器２は、圧力容器胴体２３と固定具２２によって圧力容器胴体２３の上部を覆うように取り付けた着脱可能な上蓋２１とから構成されている。

配管１０３を通じて供給された重質油３と水（蒸気）４とを圧力容器２の上蓋２１に設置した入口ノズル５から圧力容器胴体２３の内部に導き、高温高圧条件下で水熱反応させて改質燃料となる軽質油成分７を生成する円筒形状の改質器１０が収容されている。

改質器１０は圧力容器２の圧力容器胴体２３から取り外して外部に搬出可能なように着脱自在に設けられており、この改質器１にて重質油を主成分とする反応液１５を所定の時間滞留させて水熱反応させる。

改質器１０において生成される改質燃料となるガス状の軽質油成分７は、蒸気４と共に圧力容器２の上蓋２１に設置した出口ノズル９を通じて圧力容器胴体２３から外部に導出され、配管１０４を通じて減圧器５６に供給される。

減圧器５６に供給されたガス状の軽質油成分７は、ガスタービン装置８０を構成する燃焼器８１での燃焼に適切な圧力まで減圧して燃焼器８１に燃料として供給される。

燃焼器８１では圧縮器８２によって圧縮された空気も供給されており、燃料の軽質油成分７はこの圧縮された空気と共に燃焼器８１にて燃焼される。

燃焼器８１で軽質油成分７を燃焼して発生した燃焼ガスはタービン８３を駆動し、このタービン８３の駆動によって発電機８４を回転させて発電し、電力を得ている。

一方、圧力容器胴体２３に設置された改質器１０の内部での水熱反応による改質油となる軽質油成分７の生成に伴って生じた重質成分のタール８は、改質器１０の底部に配設されたタール抜出管１６によって圧力容器２の外側に抜き出して配管１０７を通じてタールタンク６５に貯蔵する。

ガスタービン装置８０のタービン８３から排出された燃焼排ガス５９は高温であるので、燃焼排ガス５９を熱源とする排熱回収ボイラ６０を燃焼排ガス５９の排出系統に設置して、排熱回収ボイラ６０にて燃焼排ガス５９の熱を回収して高温の蒸気を発生させる。

排熱回収ボイラ６０では、水タンク１４０に貯蔵された水４を水ポンプ６１で昇圧して配管１０５を通じて排熱回収ボイラ６０に供給する。

排熱回収ボイラ６０に供給された水の一部は排熱回収ボイラ６０の高圧ポンプ６２によって水熱反応に適切な５〜３０ＭＰａまで昇圧され、排熱回収ボイラ６０における燃焼排ガス５９との熱交換によって４００〜５５０℃の温度に昇温した後に、配管１０６を通じて油水混合器５２に高温高圧の水又は蒸気として供給され、重質油予熱器５１を通じて供給される高温高圧の重質油３と混合される。

排熱回収ボイラ６０から高温高圧の蒸気を導く配管１０６の途中から配管１１２が分岐しており、この分岐した配管１１２及び配管１１２に設置した熱交換器６４を通じて改質器１０に溜まる反応液１５の温度用調節蒸気１１となる蒸気を圧力容器２の圧力容器胴体２３の底部に設けた蒸気供給ノズル１２から流入させる。

温度調節用蒸気１１を供給する配管１１２に設けた熱交換器６４では、温度用調節蒸気１１に対して加熱、又は除熱を行うことによって、圧力容器胴体２３の内部の改質器１０に供給する温度調節蒸気１１の温度を調整する。

尚、熱交換器６４における温度調節は図示していない電気ヒータ、又は別途配設した配管系統を通じて供給する高温流体の加熱によって行うことができる。

本実施例の改質反応装置を備えたガスタービンシステムにおいては、ガスタービン装置８０から排出される燃焼排ガス５９の排熱を有効利用して排熱回収ボイラ６０にて蒸気を発生させ、発生蒸気の一部を改質器１０内の反応液１５の温度調節用蒸気１１として用いているため、プラントとして高い熱効率を実現することができる。

尚、重油予熱器５１で加熱された重質油３と排熱回収ボイラ６０から配管１０６を通じて供給される加熱された水又は蒸気４によって改質反応装置１の水熱反応に適した３５０〜５５０℃の昇温が実現できるのであれば、重質油・水予熱器５５の設置は必ずしも必要ではない。

本実施例では排熱回収ボイラ６０から蒸気を導く配管１０６から温度調節用蒸気１１を導く配管１１２を分岐しているが、排熱回収ボイラ６０内に配管１０６と配管１１２に夫々蒸気を供給する熱交換器を別々に設置することもできる。
本発明の実施例によれば、改質器での重質油と水との水熱反応の際にコークスが発生することを抑制して改質器から重質油成分が外部に流出することを防止すると共に、改質器を所望の温度に加熱するのに必要な熱エネルギーの低減と迅速な昇温を可能にした重質油の改質反応装置を有するプラント効率の高いガスタービンシステムが実現できる。

次に、本発明の他の実施例である改質反応装置を備えたガスタービンシステムについて図５を参照して説明する。

図５において、本実施例の改質反応装置１は図１に示した実施例の改質反応装置１と基本構成は共通であり、また改質反応装置を備えたガスタービンシステムは図４に示した実施例である改質反応装置を備えたガスタービンシステムと基本構成は共通であるので、これらの共通の各構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。

本実施例の改質反応装置を備えたガスタービンシステムは、油水混合器５２にて高温高圧の重質油３と混合する高温高圧の蒸気を生成する蒸気源として、ガスタービン装置８０から排出する燃焼排ガス５９の熱を回収して高温の蒸気を発生させる排熱回収ボイラ６０を具備していない構成である。

図５に示す改質反応容器を備えたガスタービンシステムでは、水タンク１４０に貯蔵された水４を水ポンプ６１で水熱反応に適切な５〜３０ＭＰａまで昇圧して配管１０２を通じて水予熱器６６に供給する。

水予熱器６６では４００〜５５０℃の温度に昇温した後に、配管１０９を通じて油水混合器５２に高温高圧の水又は蒸気として供給され、重質油予熱器５１を通じて供給される高温高圧の重質油３と混合される。

そして油水混合器５２で混合された高温高圧の重質油３及び高温高圧の水又は蒸気４は、改質反応装置１の圧力容器２に入る前に重質油・蒸気予熱器５５によって水熱反応に最適な３５０から４５０℃までの所定の温度まで昇温させて、配管１０３を通じて改質反応装置１に供給される。

タールタンク６５に貯蔵されたタール８はタールポンプ６７にて加圧して配管１０８を通じてタール焚き燃焼炉６８に供給し、タール焚き燃焼炉６８の燃料として利用される。

タール焚き燃焼炉６８ではブロア６９から供給する空気７０によってタール８を燃焼させて高温ガス７１を発生させる。

タール焚き燃焼炉６８で発生した高温ガス７１は、配管１１１を通じて重質油予熱器５１に、配管１１０を通じて水予熱器６６に、熱源として夫々供給されて利用された後に系統外に放出される。

また、重質油・水予熱器５５の加熱源としては図示していない電気ヒータを設置するか、又はタール焚き燃焼炉６８の高温ガス７１を配管で導いて用いることができる。

水予熱器６６の下流側の配管１０９の途中から分岐した配管１１２が設置されており、この配管１１２には熱交換器６４が設けられている。

そして、この熱交換器６４を通じて改質器１０に溜まる反応液１５の温度用調節蒸気１１となる蒸気を圧力容器２の圧力容器胴体２３の底部に設けた蒸気供給ノズル１２から流入させている。

本実施例では改質反応装置１の改質器１０から外部に排出されるタールを熱源を発生させる燃料の一部として再利用しているので、プラントとして高い熱効率を実現することができる。
本発明の実施例によれば、改質器での重質油と水との水熱反応の際にコークスが発生することを抑制して改質器から重質油成分が外部に流出することを防止すると共に、改質器を所望の温度に加熱するのに必要な熱エネルギーの低減と迅速な昇温を可能にした重質油の改質反応装置を有するプラント効率の高いガスタービンシステムが実現できる。

本発明は高温・高圧の条件下で重質油と水を混合して水熱反応させて重質油を分解して軽質化した改質油を製造する重質油の改質反応容器、並びに改質油を燃料とする改質反応容器を備えたガスタービンシステムに適用可能である。

本発明の一実施例である重質油を水熱反応させて改質燃料を製造する改質反応装置を示す断面図。本発明の他の実施例である重質油を水熱反応させて改質燃料を製造する改質反応装置を示す断面図。本発明の更に他の実施例である重質油を水熱反応させて改質燃料を製造する改質反応装置を示す断面図。本発明の別の実施例である重質油から改質燃料を製造する改質反応装置を備えたガスタービンシステムを示すプラント系統図。本発明の更に別の実施例である重質油から改質燃料を製造する改質反応装置を備えたガスタービンシステムを示すプラント系統図。図１に示す改質反応装置の圧力容器胴体の底部付近を示す部分拡大図。

符号の説明

１：改質反応装置、２：圧力容器、３：重質油、４：水、４’：蒸気、５：入口ノズル、６：下降管、７：軽質油成分、８：タール、９：出口ノズル、１０：改質器、１６：タール抜出管、１１：温度調節用蒸気、１２：蒸気供給ノズル、２２：固定具、２３：圧力容器胴体、２４：電気ヒータ、１４：改質器胴体、１５：反応液、２６：ドレイン管、２７：ドレイン、１７：改質器フランジ、１８：圧力容器フランジ、１９：タール配管フランジ、２１：上蓋、２５、２８：固定具、３０：シュラウド、３２：フィン、５０：重質油ポンプ、５１：重質油予熱器、５２：油水混合器、５５：重質油・蒸気予熱器、５６：減圧器、８０：ガスタービン装置、８１：燃焼器、８３：タービン、８４：発電機、５９：燃焼排ガス、６０：排熱回収ボイラ、６１：水ポンプ、６２：高圧水ポンプ、６３：温度調節用蒸気供給ライン、６４：熱交換器、６５：タールタンク、６６：水予熱器、６７：タールポンプ、６８：タール燃焼炉、６９：ブロア、７０：空気、７１：燃焼ガス、１０１〜１１２：配管、１３０：重質油タンク、１４０：水タンク、１５１〜１５４：流路、１７１：温度計、１７２：制御器、１７３：調節弁、１７４：温度設定値。

Claims

圧力を維持する圧力容器と、圧力容器の内部に配置されて高温高圧条件下で重質油と水とを水熱反応させて改質油成分を製造する改質器と、圧力容器に夫々配設されて改質器に高温高圧の重質油と水との混合流体を供給する第一の配管、及び改質器による水熱反応で発生する軽質油成分を抜き出す第二の配管と、圧力容器に夫々配設されて改質器による水熱反応で発生する重質成分を外部に抜き出す第三の配管、及び改質器の温度を調節する加熱流体を外部から供給する第四の配管とを備え、改質器の外周側の壁面と圧力容器の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成したことを特徴とする改質反応装置。
請求項１に記載の改質反応装置において、圧力容器に開口部を形成すると共にこの開口部を塞ぐ圧力容器の一部を構成する蓋部を圧力容器に対して着脱可能に設置し、改質器を圧力容器に対して着脱可能に配設したことを特徴とする改質反応装置。
請求項１又は請求項２に記載の改質反応装置において、改質器の外周側にシュラウド部材を設置して、この改質器の外周側の壁面とシュラウド部材の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成したことを特徴とする改質反応装置。
請求項１又は請求項２に記載の改質反応装置において、改質器の外周側の壁面に複数のフィン部材を設置して、この改質器の外周側の壁面に設置したフィン部材と圧力容器の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成したことを特徴とする改質反応装置。
重質油から軽質油成分を製造する改質反応装置と、製造された軽質油成分を燃料として燃焼させるガスタービン装置とを有する改質反応装置を備えたガスタービンシステムにおいて、改質反応装置として、圧力容器と、圧力容器の内部に配置されて高温高圧条件下で重質油と水とを水熱反応させて改質油成分を製造する改質器と、圧力容器に形成された開口部を塞ぐように着脱可能に設置された圧力容器の一部を構成する蓋部と、圧力容器の蓋部に配設されて改質器に高温高圧の重質油と水との混合流体を供給する第一の配管、及び改質器による水熱反応で発生する軽質油成分を抜き出す第二の配管と、圧力容器に配設されて改質器による水熱反応で発生する重質成分を外部に抜き出す第三の配管、及び改質器の温度を調節する加熱流体を外部から供給する第四の配管とを備え、改質器は圧力容器から着脱可能となるように配設し、改質器の外周側の壁面と圧力容器の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成して構成し、ガスタービン装置から排出される燃焼排ガスを熱源とする排熱回収ボイラを設置して排熱回収ボイラから発生した蒸気を改質反応装置の第四の配管に供給して改質器の温度調整を行うことを特徴とする改質反応装置を備えたガスタービンシステム。
重質油から軽質油成分を製造する改質反応装置と、製造された軽質油成分を燃料として燃焼させるガスタービン装置とを有する改質反応装置を備えたガスタービンシステムにおいて、改質反応装置として、圧力容器と、圧力容器の内部に配置されて高温高圧条件下で重質油と水とを水熱反応させて改質油成分を製造する改質器と、圧力容器に形成された開口部を塞ぐように着脱可能に設置された圧力容器の一部を構成する蓋部と、圧力容器の蓋部に配設されて改質器に高温高圧の重質油と水との混合流体を供給する第一の配管、及び改質器による水熱反応で発生する軽質油成分を抜き出す第二の配管と、圧力容器に配設されて改質器による水熱反応で発生する重質成分を外部に抜き出す第三の配管、及び改質器の温度を調節する加熱流体を外部から供給する第四の配管とを備え、改質器は圧力容器から着脱可能となるように配設し、改質器の外周側の壁面と圧力容器の内周側の壁面との間に前記第四の配管から導いた加熱流体が流れる流路を形成して構成し、改質反応装置の圧力容器に配設した第三の配管から排出された重質成分を燃料とする燃焼炉を設置して燃焼炉で発生した排ガスを利用して加熱流体を生成し、この加熱流体を第四の配管に供給して改質器の温度調整を行うことを特徴とする改質反応装置を備えたガスタービンシステム。