JP2008133370A - 重質油の改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、反応容器の内部で水に対する重質油の溶解度を制御可能にして生成された軽質油とタールを効率良く分離できる重質油の改質装置を提供する。
【解決手段】本発明の重質油の改質装置は、重質油と水とを高温、高圧の条件下で水熱反応させる反応容器を備え、反応容器で水熱反応させて比重の重いタールと比重の軽い軽質油とを夫々生成させ、タールは反応容器の下部から抜出し、軽質油は反応容器の上部から抜出すように構成し、前記反応容器の下部に該反応容器の内部に存在する混合流体を加熱する加熱装置を設け、この反応容器の下部の混合流体の温度を検出する温度検出器を設け、この温度検出器で検出した検出温度に基づいて加熱装置による加熱量を制御する制御装置を設け、この制御装置によって加熱装置による加熱量を制御して前記反応容器の下部の混合流体を所望の温度範囲に調節するよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温高圧条件下の反応容器内で重質油と水とを混合させて水熱反応させて重質油から不純物を濃縮したタールとタール以外の軽質油とに分離し、比重の重いタールと比重の軽い軽質油を反応容器から外部に夫々抜出す重質油の改質装置に関する。

重質油と水との混合流体を高温高圧の水の超臨界または亜臨界の条件下で反応容器内にて水熱反応させて改質した軽質油を生成する技術が特開２００５−５３９６２号公報に記載されている。

特開２００５−５３９６２号公報に記載の技術は、反応容器の上部より流入した重質油と、反応容器の下部から供給される蒸気とを高温高圧条件下で混合して、水に溶解する軽質油と、水に不溶なタールとに分離するものである。

タールは密度が軽質油よりも小さいために反応容器の底部に滞留するので、反応容器の底部からタール抜出ラインを通じて外部に排出させる。

また、重質油中に含有されるバナジウム等の重金属の不純物はこのタール中に元々多く含まれており、タールが選択的に反応容器下部に滞留するので、このタールを反応容器から外部に排出されることにより重質油に含有された不純物を除去できる。この結果、不純物を含まない軽質油は反応容器の上部から取り出すことが可能となる。

特開２００５−５３９６２号公報

ところで、特開２００５−５３９６２号公報に記載された技術では、高温高圧条件下で反応容器内の重質油と水との混合流体の温度を一定に保持した状態で水熱反応によって重質油中の軽質油分とタール分を分離している。

この場合、重質油と水の溶解度は反応容器内の温度と圧力で一義的に決定されること、反応容器の容量が大きいほど重質油と水とを均一で急速に混合させることが困難であることから、反応容器内での水熱反応によって重質油から生成される軽質油分とタール分を明確に分離するのが困難となる可能性がある。

特に、反応容器の内部の流体温度が低い場合や、低分子量物質の割合が低い重質な重質油の場合にはタールと軽質油の分離が困難となることも考えられる。

タールと軽質油の分離が困難になった場合、反応容器で生成されて外部に取り出された軽質油の中にタールが混入して、該タールに含まれるバナジウム等の重金属が軽質油に混入してしまう。

よって重金属が混入したこの軽質油をガスタービン用の燃料として使用することは困難となる問題があった。

本発明の目的は、反応容器の内部で重質油と水の混合流体における水に対する重質油の溶解度を制御可能にして反応容器の内部で生成された軽質油とタールを効率良く分離できる重質油の改質装置を提供することにある。

本発明の重質油の改質装置は、高温、高圧の重質油と高温、高圧の水とを外部から供給してこれらの重質油と水とを高温、高圧の条件下で水熱反応させる反応容器を備え、この反応容器の内部で水熱反応させて重質油から比重の重いタールと比重の軽い改質した軽質油とを夫々生成させ、比重の重いタールは反応容器の下部から抜出し、比重の軽い軽質油は反応容器の上部から抜出すように構成した重質油の改質装置において、前記反応容器の下部に該反応容器の内部に存在する混合流体を加熱する加熱装置を設け、前記反応容器の下部の該反応容器の内部に存在する混合流体の温度を検出する温度検出器を設け、この温度検出器で検出した検出温度に基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する制御装置を設け、この制御装置によって加熱装置による加熱量を制御して前記反応容器の下部の該反応容器の内部に存在する混合流体を所望の温度範囲に調節するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、反応容器の内部で重質油と水の混合流体における水に対する重質油の溶解度を制御可能にして反応容器の内部で生成された軽質油とタールを効率良く分離できる重質油の改質装置が実現できる。

本発明の実施例である重質油の改質装置について図面を参照して以下に説明する。

図１は本発明の一実施例である重質油の改質装置１を示すものである。

図１において、重質油の改質装置１は、３５０℃〜４５０℃に加熱した高温高圧の重質油３２と、４５０℃〜４５０℃に加熱したの高温高圧の水３３とを混合した混合流体３１に対して、更にプレヒートして３８０℃〜４５５℃にした高温高圧の混合流体３１を混合流体配管４１を通じて上部から供給される反応容器６が備えられている。

この反応容器６は、内部に供給された高温高圧の混合流体３１が水熱反応できるように、３５０℃〜４５５℃の高温の条件を維持でき、また圧力も水の臨界圧の近傍の２５ＭＰａ〜２０ＭＰａとなる超臨界から亜臨界圧の範囲が維持できるように構成されている。

反応容器６の下部の外周側には、反応容器６の下部温度を増大させる手段となる加熱器１０が配設されている。

前記した重質油の改質装置１の反応容器６では、３５０℃〜４５５℃の高温・高圧条件で、重質油と水との混合流体３１を水熱反応させることによって、重質油から水に溶解した改質油となる軽質油３が生成されて反応容器６の内部に滞留する。

反応容器６の上部からは外部から重質油と水との混合流体３１が連続的に供給され、また反応容器６の内部で生成されて滞留した軽質油３は反応容器６の上部に配設した軽質油配管４２を通じて反応容器６から改質した軽質油３として連続的に流出させて取り出される。

反応容器６の内部の重質油と水の混合流体３１を水熱反応させた際に分子量が大きい油成分が分離したタール液滴５は、反応容器６の内部に滞留した軽質油３の中を重力差で下降して反応容器６の底部に沈降し、滞留したタール４の液層を形成する。

反応容器６の底部に滞留したタール４は反応容器６の底部に配設したタール抜出配管９を通じて反応容器６から外部に間歇的に取り出されて排出される。

このタール抜出配管９にはタール４の抜出をＯＮ、ＯＦＦ操作するタール抜出弁８と、タール４の抜出量を調節するタール抜出調節弁７とが夫々設置されている。

反応容器６の下部には温度計測器１１が設置されており、反応容器６の下部に滞留したタール４の温度を計測するようになっている。

また、本実施例の重質油の改質装置１にはコントローラ１２が設置されており、前記温度計測器１１で検出した反応容器６の下部の該反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度が所望の設定温度値となるように、反応容器６の下部の外周側に設置した加熱器１０の加熱量を調節している。

反応容器６の上部から軽質油３を流出させる軽質油配管４２には、該軽質油配管４２を流下して流出する軽質油３の流量を計測する流量計測器２３が設置されており、この流量計測器２３で検出された軽質油３の流量はコントローラ１２に入力されるように構成されている。

そして、このコントローラ１２では流量計測器２３で検出された軽質油３の流量に基づいて、補完的に反応容器６の下部の外周側に設置した加熱器１０の加熱量を調節して反応容器６の下部の該反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を調節するように構成されている。

次に、本実施例である重質油の改質装置１の運転方法について説明する。

図１において、３５０℃〜４５０℃の高温高圧の重質油３２と、３５０℃〜４５０℃の高温高圧の水３３とが混合して３８０℃〜４５５℃にプリヒートされた高温高圧の混合流体３１は、水の臨界圧近傍の２５ＭＰａから亜臨界圧の２０ＭＰａの範囲となるように圧力設定されて、反応容器６の上部に配設した混合流体配管４１を通じて反応容器６の内部に流入する。

反応容器６に流入した高温高圧の混合流体３１は、反応容器６の内部にて温度を３８０℃〜４５５℃、圧力を水の臨界圧近傍の２５ＭＰａから亜臨界圧の２０ＭＰａの範囲に調節して水熱反応させすることによって、水に対する混合流体３１中の重質油の溶解度を変化させて水に溶解した改質油となる軽質油３を生成させる。

反応容器６の内部では、前記の高温・高圧条件下で、重質油と水との混合流体３１を水熱反応させることによって、水に溶解した改質油となる軽質油３が生成されて反応容器６の内部に滞留する。

また、反応容器６の内部では、混合流体３１が反応容器６内を流れる過程で分子量が大きい油成分が分離したタール液滴５は、反応容器６の内部に滞留した軽質油分３の中を重力差で下降して反応容器６の底部に沈降し、滞留したタール４の液層を形成する。

反応容器６の下部の該反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度は、反応容器６の下部に設置された温度計測器１１によって検出されるので、この混合流体３１の温度が所望の設定温度となるようにコントローラ１２によって反応容器６の下部の外周側に設置した加熱器１０の加熱量を調節するように制御する。

コントローラ１２によって加熱器１０による混合流体３１に対する加熱量を制御すると、反応容器６の下部の混合流体３１の温度を変化させることが出来る。

コントローラ１２により前記加熱器１０で温度調節される反応容器６の下部の該反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度は、約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲が望ましい。

また、反応容器６の上部から軽質油３を流出させる軽質油配管４２に設置された流量計測器２３によって反応容器６から流出する軽質油３の流量を計測されるが、この流量計測器２３で検出された軽質油３の流量はコントローラ１２に入力されて、軽質油３の流量が所望の流量の範囲となるように補完的に加熱器１０による混合流体３１に対する加熱量を制御している。

コントローラ１２による前記加熱器１０の温度調節によって反応容器６の上部から外部に流出する軽質油３の流量は、反応容器６に供給される重質油３２の流量の約７５％〜約９５％に調節されているのが望ましい。

ところで、本実施例である重質油の改質装置１の反応容器６に供給されて改質される重質油３２は、Ｃ重油であり、水３３と重質油３２との混合流体３１を形成する水油比は質量比で水がＣ重油の半分の０．５のものを使用した。

重質油３２であるＣ重油は市販されている硫黄含有率が０．３％以下の低硫黄Ｃ重油であり、その組成は、重量％で、炭素（Ｃ）８６％、水素（Ｈ）１３．６％、窒素（Ｎ）０．３％、硫黄（Ｓ）０．２％、灰分：０．０３％、バナジウム（Ｖ）０．９ｐｐｍである。

図２は重質油のＣ重油と水について、翼軸に温度（℃）を、縦軸に密度（ｋｇ／ｍ^３）をとって温度と密度との関係を示した特性図であり、重質油のＣ重油の特性カーブを破線で、水の特性カーブを実線で表している。

この図２に示した特性図から理解できるように、実線で示す水と破線で示す重質油のＣ重質の密度が近接する温度Ｔ１を越えて温度を上昇させて、重質油と水の密度差が大きく、水の密度が低下して変化の勾配が最大になる温度Ｔ２近傍または温度Ｔ２以上となるように温度を調節させると、重質油と水との分離が促進されることが示されている
ここで、図２に示した温度Ｔ１は約３６０℃であり、温度Ｔ２は約４００℃である。

また、タール４の密度はこの図２に示したＣ重油のカーブに近似させることができ、また軽質油３の密度は軽質油が水に溶け込むので図２に示した水のカーブと良く似た傾向を示す。

このことから明らかなように、反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節すれば、反応容器６の内部に存在する混合流体３１から形成されたタール４と軽質油３との分離が促進されることになる。

つまり、本実施例の重質油の改質装置１においては、反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節することによって、反応容器６の内部に流入した高温高圧の混合流体３１に含まれる重質油３２を構成する油成分の中で、分子量の大きい成分の分離が顕著となる。

そして、反応容器６の下部の該反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を、コントローラ１２による加熱器１０の加熱量の制御によって約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節することによって、水熱反応を生じた混合流体３１の分子量の大きい油成分が混合流体３１から離脱して、混合流体３１中の比重の重いタール分のタール液滴５と、比重の軽い軽質油３とに重力他の作用により分離される。

このうち、分離したタール液滴５は反応容器６の内部に滞留した軽質油３の中を重力差で下降して反応容器６の下部に沈降して滞留し、反応容器６の底部にタール４の液層を形成する。

また、タール４を離脱させた軽質油３と水分は、反応容器６の上部から軽質油配管４２を通じて流出する軽質油３として外部に設置した図示していない所定の軽質油の保管場所に供給される。

ところで、反応容器６の下部の反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度は、反応容器６の下部に設置した温度計測器１１によって検出されるが、この温度計測器１１で検出した混合流体３１の温度に基づいて、この混合流体３１の温度が所望の設定温度である約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるようにコントローラー１２によって加熱器１０の加熱量を調節する。

反応容器６の下部の反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節することによって、上述したように図２に示した水３３の密度が重質油３２に較べて小さくなって重質油３２と水３３との密度差が大となるので、同じような傾向を示す重質油３２と軽質油３との分離が容易となる。

尚、混合流体３１の温度を約４５０℃を超えて加熱させるとコークスが生成してしまうので、その上限温度は約４５０℃となる。

次に、図３に本実施例である重質油の改質装置１に備えられた反応容器６の内部で、重質油３２と水３３との混合流体３１を、温度が３５０℃〜４５５℃、圧力が水の臨界圧の２５ＭＰａから亜臨界圧の２０ＭＰａに設定させた高温高圧の条件下で水熱反応して生成された軽質油３の回収率と反応容器６の下部である反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度との関係を示す。

改質した軽質油３の燃料回収率を縦軸に、反応容器６の下部の該反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を横軸にとって、燃料回収率と反応容器６の内部の温度との関係を図３に示したが、この図３からは以下のことが分かった。

即ち、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が３８０℃から４２０℃までは軽質油３の燃料回収率は約９０％以上を維持するが、前記混合流体３１の温度が４３０℃からは燃料回収率が低下し始め、前記混合流体３１の温度が４４０℃付近で燃料回収率が極小となる。

ところが、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が４４０℃を越えると燃料回収率が上昇し始めて、前記混合流体３１の温度が４５５℃で燃料回収率が９０％に達した。

反応容器６の下部の混合流体３１の温度が低い条件では生成されたタール４と軽質油３との密度が図２に示した重質油と水の密度と同じような傾向となって、両者の密度が共に近くなるためにタール４と軽質油３の分離が困難であり、両者の大部分が軽質油分として反応容器６の上部から流出することになるので、燃料回収率は９０％以上になる。

反応容器６の下部の混合流体３１の温度が上昇すると、温度の上昇に伴ってタール４と軽質油３との分離が向上するので軽質油の燃料回収率は一時的に極小値となるが、更に反応容器６の内部の混合流体３１の温度を上昇させると軽質油分の燃料回収率も再び上昇させることができる。

次に図４に本実施例である重質油の改質装置１に備えられた反応容器６の内部で、重質油３２と水３３との混合流体３３を、温度が３５０℃〜４５５℃、圧力が水の臨界圧の２５ＭＰａから亜臨界圧の２０ＭＰａに設定させた高温高圧の条件下で水熱反応して生成された軽質油３の燃料回収率と、生成される軽質油３を含むガス成分の比率との関係を示す。

図４において、反応容器６内で生成した軽質油３の燃料回収率を縦軸に、生成される軽質油３を含むガス成分の組成の違いをガス成分の比率として横軸に表してあり、ガス成分の比率が低い場合は、低分子量物質の割合が低いガスであることを示している。

この図４の燃料回収率とガス成分の比率との関係を示した特性図からは以下のことが分かった。

即ち、反応容器６の内部で改質した軽質油３を含むガス成分は混合流体３１を構成するＣ重油である重質油３２が反応容器６の内部で混合流体３１を構成する水と水熱反応することにより生成する。

この生成した軽質油３を含むガス成分の比率に含まれる軽質油３の燃料回収率は、ガス成分の比率が０．５％未満では９０％以上となるが、ガス成分の比率が０．５％を越えると燃料回収率は低下し始め、ガス成分の比率が０．７％近傍で燃料回収率は極小（約５５％）となる。

ところが、ガス成分の比率が０．７％以上となると燃料回収率が上昇し始めて、ガス成分の比率が１．８％で燃料回収率は９０％に達した。

ここで、改質された軽質油３の燃料回収率を示す特性カーブが極小値を持つ原因を検討すると、図３及び図４に示された特性カーブの右端の位置で得られた軽質油３のバナジウム（Ｖ）濃度は０．１ｐｐｍ未満であった。

また、燃料回収率が８０％未満に低下した反応容器６の内部の温度が４３０℃以上の条件の位置で得られた軽質油３でもＶ濃度の低下が見られた。

これに対して、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が低い４２０℃以下の条件の位置で得られた軽質油３のＶ濃度は重質油のＣ重油と同等であり、Ｖは除去されていなかった。

次に反応容器６の内部の混合流体３１の温度が３９０℃と４５０℃との条件における反応容器６の内部の水熱反応で生成されたタール４の成分を重質油のＣ重油と比較して示すと図７の通りとなる。

図７は本実施例で反応容器６の内部で異なる温度条件で生成したタールと重質油との成分を比較した図である。

図７から明らかなように、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が３９０℃の条件ではＣ重油とタール４の成分には明確な差はないが、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が４５０℃の条件ではタール４の炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）の濃度が濃く、水素（Ｈ）の濃度が低くなっていることから、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が４３０℃以上の条件では改質された軽質油３とタール４の成分に明確な差が生じている。

以上のことから、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が４２０℃以下の条件では重質油３２と水３３との混合流体３３は軽質油３とタール４とに分離せずにそのまま反応容器６から外部に流出する。

反応容器６の内部の混合流体３１の温度が４３０℃以上の条件では重質油３２と水３３との混合流体３３は水熱反応によって軽質油３とタール４とに分離するが、反応容器６の内部の混合流体３１の温度がタール４の生成量が多い４４０℃近傍の条件になると軽質油３の燃料回収率が低下して極小値を持つものとなる。

また、反応容器６の内部の混合流体３１の温度が４２０℃以下の条件で軽質油３とタール４とが明確に分離しなかった原因としては以下のことが考えられる。

第一に、混合流体３１の温度が４２０℃以下の条件では４３０℃以上の条件と比較して熱分解による高分子量の物質の生成量が少なく、高分子量の物質と改質された軽質油ガス等の低分子量の物質との密度差が小さいために重力分離できなかったものと考えられる。

第二に、軽質油３を含む生成されたガス成分の比率が０．７％以上ではガス成分の比率が高くなるほど軽質油３の燃料回収率が高いことから、反応容器６の内部で熱分解等の反応によって改質された軽質油ガスが生成して、軽質油３の燃料回収率を増加させたものと考えられる。

軽質油３を含むガス成分の比率の増加による燃料回収率の増加は、ガス成分の比率が０．７％から１．８％までの１．１％のガス成分の増加比率が、燃料回収率は極小値の５５％からガス成分の比率１．８％の位置における燃料回収率９０％までの３５％の燃料回収率の増大分に較べて小さいため、前者による影響が大きいものと考えられる。

ガス成分比率が低い場合はタールと軽質油分の密度が近いために両者の分離が困難であり、反応容器６で生成された大部分が軽質油分として反応容器６の上部から流出するため、燃料回収率は９０％以上となる。

反応容器６の下部の温度が低いほど加熱器１０による加熱に要する熱量が少なくランニングコストを抑えることができるため容器温度は低い方が良いが、燃料性状によってはタールと軽質油の分離が不十分な場合や、軽質油の燃料回収率が低いことが考えられる。

その場合は、流量計測器２３によって反応容器６の上部から軽質油配管４２を通じて流出する軽質油３の流量を測定し、軽質油の燃料回収率が所定の燃料回収率に達していない場合は、コントローラー１２によって流量計測器２３で検出した流量に基づいて加熱器１０から反応容器６の下部に投入される熱量を増加させることで反応容器６の下部の混合流体３１の温度を生成するタール４が軽質油３と分離し易い所望の温度範囲である約３９０℃〜約４５０℃に調節し、タール４と軽質油３との分離を促進して軽質油３の燃料回収率を高めれば良い。

一方、加熱器１０による投入熱量が多すぎて、反応容器６で生成される軽質油の燃料回収率が所定値の範囲より高い場合は、流量計測器２３で検出する軽質油３の流量測定値が流量大となるため、検出される流量測定値、すなわち軽質油の燃料回収率が所定値の範囲になるようにコントローラー１２により加熱器１０から反応容器６の下部に投入される熱量を低下させれば良い。

反応容器の上部から外部に流出する軽質油３の流量は、反応容器６に供給される重質油３２の流量の約７５％〜約９５％に調節するようにするのが望ましい。

この結果、加熱器１０によって加熱された反応容器６の下部に存在する混合流体３１の温度は所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節されてタール４と軽質油３とが分離し易くなり、反応容器６から選択的にタール４を分離してタール抽出配管９を通じて外部に排出できるものとなる。

即ち、図１に示した実施例では、高温・高圧条件の水３３と重質油３２との混合流体３１は、反応容器６の上部から内部に供給される。

反応容器６の内部に流入する混合流体３１の温度、圧力条件は反応容器６の内部を水の亜臨界条件から超臨界条件となる近傍に維持することにより、反応容器６の内部で混合流体３１は水に対する重質油の溶解度を変化させることができる。

そして混合流体３１が反応容器６に供給される過程において、反応容器６の下部の外周側に設置された加熱器１０から加熱させることによって反応容器６の下部の混合流体３１に入熱させ、混合流体３１の温度を増大させる。

特に、反応容器６の内部の混合流体３１の温度を所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるように温度を増大させると水に対する重質油の溶解度が小さくなるが、重質油の溶解度が低下するのは重質油を構成する油成分の中で分子量の大きい成分が顕著である。

そのため、反応容器６の内部の混合流体３１の流体温度の増加に伴い、分子量の大きい油成分が混合流体３１から離脱して比重の重い混合流体３１中のタール分がタール液滴５となって分子量が小さく比重の軽い軽質油３と重力他の作用により分離し、このタール液滴５は反応容器６の下部に落下して反応容器６の底部に滞留してタール液層４を形成する。

よってタール分が離脱した分子量が小さく比重の軽い軽質分３は、反応容器６の上部から外部に軽質油配管４２を通じて流出させることができる。

また、反応容器６の下部に滞留したタール４のみを選択的に分離させるために、反応容器６の下部に設けて反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を検出温度計測器１１で検出し、コントローラー１２では検出温度計測器１１で検出した混合流体３１の検出温度に基づいて加熱器１０の加熱量を調節し、反応容器６の下部の混合流体３１の温度を所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節することによってタール４と軽質油３とを分離し易くするので、反応容器６から選択的にタール４を分離してタール抽出配管９を通じて外部に容易に排出できる。

本実施例では、反応容器６の下部の混合流体３１の温度を適切に管理することが可能となるので、水に対する重質油の溶解度を制御して反応容器６に流入した重質油と水の混合流体から、効率良く分子量の重いタール分を選択的に分離して外部に排出することができる。

上記した本実施例によれば、反応容器の内部で重質油と水の混合流体における水に対する重質油の溶解度を制御可能にしてこの重質油と水とを効果的に水熱反応させ、生成された軽質油とタールを効率良く分離できる重質油の改質装置が実現できる。

図５は本発明の他の実施例である重質油の改質装置１を示すものである。

図５に示した本実施例の重質油の改質装置１は図１に示した先の実施例である重質油の改質装置１と基本構成が共通しているので、本実施例では共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。

図５において、本実施例では反応容器６の下部には、反応容器６の加熱手段として反応容器６の内部に加熱配管１３を配設して、この加熱配管１３に高温の熱媒体１５を流通させて反応容器６の下部の混合流体３１と熱交換して反応容器６の下部の混合流体３１の温度を所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節する構成である。

反応容器６の外部に面するこの加熱配管１３の部分には該加熱配管１３に流通させる高温の熱媒体１５の流量を調節する流量調節弁１４が設置されており、反応容器６の下部に設けて反応容器６の内部に滞留する混合流体３１の温度を検出する温度計測器１１で検出した混合流体３１の検出温度はコントローラ１２に入力する。

コントローラ１２では温度計測器１１で検出した混合流体３１の検出温度に基づいて所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるような熱媒体１５の流量を演算し、流量調節弁１４に弁の開度指令信号を出力して該加熱配管１３に流通させる高温の熱媒体１５の流量を調節するものである。

この結果、加熱配管１３に高温の熱媒体１５を流通させて加熱された反応容器６の下部に滞留する混合流体３１の温度は所望の温度に調節されてタール４と軽質油３とが分離し易くなり、反応容器６から選択的にタール４を分離してタール抽出配管９を通じて外部に排出するものである。

即ち、図５に示した実施例では、高温・高圧条件の水３３と重質油３２との混合流体３１は、反応容器６の上部から内部に供給される。

反応容器６の内部に流入する混合流体３３の温度、圧力条件は反応容器６の内部を水の亜臨界条件から超臨界条件となる近傍に維持することにより、反応容器６の内部で混合流体３１は水に対する重質油の溶解度を変化させることができる。

そして混合流体３１が反応容器６に供給される過程において、反応容器６の下部の反応容器６の内部に設置された加熱配管１３に高温の熱媒体１５を流通させることによって反応容器６の内部の混合流体３１に入熱させ、混合流体３１の温度を増大させる。

特に、反応容器６の内部の混合流体３１の温度を所定範囲となるように温度を増大させると水に対する重質油の溶解度が小さくなるが、重質油の溶解度が低下するのは重質油を構成する油成分の中で分子量の大きい成分が顕著である。

そのため、反応容器６の内部の混合流体３１の流体温度の増加に伴い、分子量の大きい油成分が混合流体３１から離脱して比重の重い混合流体３１中のタール分がタール液滴５となって、分子量が小さく比重の軽い軽質油３と重力他の作用により分離し、このタール液滴５は反応容器６の下部に落下して反応容器６の底部に滞留し、タール液層４を形成する。

よってタール分が離脱した分子量が小さく比重の軽い軽質分３は、反応容器６の上部から外部に軽質油配管４２を通じて流出させることができる。

また、反応容器６の下部に滞留したタール４のみを選択的に分離させるために、反応容器６の下部に設けて反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を検出温度計測器１１で検出し、コントローラー１２では検出温度計測器１１で検出した混合流体３１の検出温度に基づいてこの混合流体３１の温度が所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるように流量調節弁１４の開度を調節して加熱配管１３に流通させる高温の熱媒体１５の流量及び温度を制御し、反応容器６の下部に存在する混合流体３１の温度を所望の温度に調節してタール４と軽質油３とを分離し易くするので、反応容器６から選択的にタール４を分離してタール抽出配管９を通じて外部に容易に排出できる。

本実施例によれば、反応容器の下部のタール分の温度を適切に管理することが可能となるので、水に対する重質油の溶解度を制御して反応容器に流入した重質油と水の混合流体から、効率良く分子量の重いタール分を選択的に分離して外部に排出することができる。

しかも、本実施例によれば、図１の実施例に較べて反応容器の下部の容器内にタールを加熱する加熱配管１３を配設すればよいので、改質装置の反応容器のサイズを小型化できる。

上記した本実施例によっても、反応容器の内部で重質油と水の混合流体における水に対する重質油の溶解度を制御可能にしてこの重質油と水とを効果的に水熱反応させ、生成された軽質油とタールを効率良く分離できる重質油の改質装置が実現できる。

図６は本発明の更に他の実施例である重質油の改質装置１を示すものである。

図６に示した本実施例の重質油の改質装置１は図１に示した先の実施例である重質油の改質装置１と基本構成が共通しているので、本実施例では共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。

図５において、本実施例では反応容器６の下部には、反応容器６の加熱手段として反応容器６の内部に空気供給ノズル１６を配設して、この空気供給ノズル１６から酸化剤となる空気１８を供給して反応容器６の内部に存在する混合流体３１に含まれる重質油３２の一部がこの酸化剤となる空気１８と反応することにより熱を生じさせ、反応容器６の下部に滞留する混合流体３１の温度を所望の温度に調節する構成である。

反応容器６の外部に面するこの空気供給ノズル１６の配管部分には該空気供給ノズル１６に供給する空気１８の流量を調節する流量調節弁１４が設置されており、反応容器６の下部に設けて反応容器６の内部に存在する混合流体３１の温度を検出する温度計測器１１で検出した検出温度はコントローラ１２に入力する。

コントローラ１２では温度計測器１１で検出した混合流体３１の検出温度に基づいて所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるような空気１８の流量を演算し、流量調節弁１４に弁の開度指令信号を出力して該空気供給ノズル１６に供給する空気１８の流量を調節するものである。

この結果、空気供給ノズル１６から空気１８を供給して反応容器６の下部に存在する混合流体３１に含まれる重質油３２の一部がこの空気１８と反応することにより熱を生じさせ、反応容器６の下部の混合流体３１の温度は所望の温度に調節されてタール４と軽質油３とが分離し易くなり、反応容器６から選択的にタール４を分離してタール抽出配管９を通じて外部に排出するものである。

即ち、図６に示した実施例では、高温・高圧条件の水３３と重質油３２との混合流体３１は、反応容器６の上部から内部に供給される。

反応容器６の内部に流入する混合流体３３の温度、圧力条件は反応容器６の内部を水の亜臨界条件から超臨界条件となる近傍に維持することにより、反応容器６の内部で混合流体３１は水に対する重質油の溶解度を変化させることができる。

そして混合流体３１が反応容器６に供給される過程において、反応容器６の下部の反応容器６の内に設置された空気供給ノズル１６から空気１８を供給させることによって反応容器６の内部に存在する混合流体３１に含まれる重質油３２の一部がこの空気１８と反応することにより熱を生じさせ、混合流体３１の温度を増大させる。

特に、反応容器６の内部の混合流体３１の温度を所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるように温度を増大させると水に対する重質油の溶解度が小さくなるが、重質油の溶解度が低下するのは重質油を構成する油成分の中で分子量の大きい成分が顕著である。

そのため、反応容器６の内部の混合流体３１の流体温度の増加に伴い、分子量の大きい油成分が混合流体３１から離脱して比重の重い混合流体３１中のタール分がタール液滴５となって、分子量が小さく比重の軽い軽質油３と重力他の作用により分離し、このタール液滴５は反応容器６の下部に落下して反応容器６の底部に滞留し、タール液層４を形成する。

よってタール分が離脱した分子量が小さく比重の軽い軽質分３は、反応容器６の上部から外部に軽質油配管４２を通じて流出させることができる。

また、反応容器６の下部に滞留したタール４のみを選択的に分離させるために、反応容器６の下部に設けて反応容器６の内部の混合流体３１の温度を検出温度計測器１１で検出し、コントローラー１２では検出温度計測器１１で検出した混合流体３１の検出温度に基づいてこの混合流体３１の温度が所望の約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲となるように流量調節弁１４の開度を調節して空気供給ノズル１６から供給する空気１８の流量を制御し、反応容器６の下部の混合流体３１の温度を所望の温度に調節してタール４と軽質油３とを分離し易くするので、反応容器６から選択的にタール４を分離してタール抽出配管９を通じて外部に容易に排出できる。

本実施例によれば、反応容器の下部のタール分の温度を適切に管理することが可能となるので、水に対する重質油の溶解度を制御して反応容器に流入した重質油と水の混合流体から、効率良く分子量の重いタール分を選択的に分離して外部に排出することができる。

しかも、本実施例によれば、図１及び図５の各実施例に較べて反応容器の下部の容器内に滞留したタールを加熱するための特定の熱源を必要としないので、改質装置の構造を簡素化できる。

本実施例によれば、反応容器の内部で重質油と水の混合流体における水に対する重質油の溶解度を制御可能にしてこの重質油と水とを効果的に水熱反応させ、生成された軽質油とタールを効率良く分離できる重質油の改質装置が実現できる。

本発明は、高温高圧条件下の反応容器内で重質油と水とを水熱反応させて重質油から不純物を濃縮したタールとタール以外の軽質油とに分離し、比重の重いタールと比重の軽い軽質油を反応容器から外部に夫々抜出す重質油の改質装置に適用可能である。

本発明の一実施例である反応容器を備えた重質油の改質装置を示す概略構成図。 重質油と水について温度と密度の関係を示した特性図。 図１に示した本発明の実施例における反応容器の内部の温度と燃料回収率との関係を示す特性図。 図１に示した本発明の実施例における反応容器の内部で生成した軽質油のガス成分比率と燃料回収率の関係を示す特性図。 本発明の他の実施例である反応容器を備えた重質油の改質装置を示す概略構成図。 本発明の更に他の実施例である反応容器を備えた重質油の改質装置を示す概略構成図。 図１に示した本発明の実施例における反応容器で生成したタールと重質油との成分の比較図。

符号の説明

１：改質装置、３：軽質油、４：タール、５：タール液滴、６：反応容器、７：タール抜出調節弁、８：タール抜出弁、９：タール抜出配管、１０：加熱器、１１：温度計測器、１２：コントローラー、１３：加熱配管、１４：流量調節弁、１５：熱媒体、１６：容器内に設置した空気供給ノズル、１７：容器下部温度によりノズル１６への空気の流量を制御するコントローラー、１８：空気、１９：重質油、２０：蒸気、２１：蒸気噴射ノズル、２２：内筒、２３：流量計測器、３１：混合流体、３２：重質油、３３：水、４１：混合流体配管、４２：軽質油配管。

Claims (7)

1. 高温、高圧の重質油と高温、高圧の水とを外部から供給してこれらの重質油と水とを高温、高圧の条件下で水熱反応させる反応容器を備え、この反応容器の内部で水熱反応させて重質油から比重の重いタールと比重の軽い改質した軽質油とを夫々生成させ、比重の重いタールは反応容器の下部から抜出し、比重の軽い軽質油は反応容器の上部から抜出すように構成した重質油の改質装置において、前記反応容器の下部に該反応容器の内部に存在する混合流体を加熱する加熱装置を設け、前記反応容器の下部の該反応容器の内部に存在する混合流体の温度を検出する温度検出器を設け、この温度検出器で検出した検出温度に基づいて前記加熱装置による加熱量を制御する制御装置を設け、この制御装置によって加熱装置による加熱量を制御して前記反応容器の下部の該反応容器の内部に存在する混合流体を所望の温度範囲に調節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に記載の重質油の改質装置において、前記加熱装置によって反応容器の下部の該反応容器の内部に存在する混合流体の温度は、約３９０℃〜約４５０℃の温度範囲に調節されていることを特徴とする重質油の改質装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の重質油の改質装置において、前記加熱装置は反応容器の下部の反応容器の外周側に配設した加熱器であることを特徴とする重質油の改質装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の重質油の改質装置において、前記加熱装置は反応容器の下部の反応容器の内部に配設した加熱配管であり、この加熱配管には高温の熱媒体が流通するように構成されていることを特徴とする重質油の改質装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の重質油の改質装置において、前記加熱装置は反応容器の下部の反応容器の内部に配設した酸化剤の供給配管であり、この酸化剤の供給配管から重質油の一部を反応させる酸化剤を流出させるように構成されていることを特徴とする重質油の改質装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の重質油の改質装置において、前記反応容器の内部で生成された軽質油を該反応容器の上部から外部に流出させる軽質油配管に流出する軽質油の流量を検出する流量検出器を設け、この流量検出器で検出した軽質油の検出流量に基づいて前記制御装置によって前記加熱装置の加熱量を制御し、この反応容器の上部から外部に流出する軽質油の検出流量を所望の流量の範囲に調節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。
7. 請求項６に記載の重質油の改質装置において、前記制御装置によって反応容器の上部から外部に流出する軽質油の流量は、反応容器に供給される重質油の流量の約７５％〜約９５％に調節されていることを特徴とする重質油の改質装置。

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