JP2017125100A - Water heat treatment device and water heat treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水熱処理装置及び水熱処理方法に関し、特に、超臨界水を用いた水熱処理装置及びこれを用いた重質油の改質方法に関する。 The present invention relates to a hydrothermal treatment apparatus and a hydrothermal treatment method, and more particularly, to a hydrothermal treatment apparatus using supercritical water and a heavy oil reforming method using the hydrothermal treatment apparatus.
エネルギーの安定供給の一環として、オイルサンドの開発が進んでいる。オイルサンドとは、ビチュメンと呼ばれる極めて粘度の高い重質分を多く含む砂岩のことであり、地中深くで生成された原油が地表近くに上昇し集積した後に、水やバクテリアの生物分解により揮発性の軽質分を失い高粘度化したものと考えられている。 Oil sands are being developed as part of a stable energy supply. Oil sand is a bitumen-rich sandstone that contains a large amount of highly viscous heavy oil. After the crude oil generated deep in the ground rises and accumulates near the surface, it is volatilized by biodegradation of water and bacteria. It is thought that the high viscosity was lost.
オイルサンドから原油を産出するには、採掘後のオイルサンドからまず重質油を回収する必要があり、その処理に多額の費用がかかる。また、回収した重質油は粘度や比重が高く、そのままではパイプラインによって輸送することができないため、重質の炭化水素を熱分解することで合成原油を精製する処理(改質処理)が必要となる。こういった理由から、21世紀に入るまでオイルサンドの石油資源としての利用価値はあまり高くなかった。 In order to produce crude oil from the oil sand, it is necessary to first recover heavy oil from the oil sand after mining, which is expensive to process. In addition, the recovered heavy oil has high viscosity and specific gravity and cannot be transported by pipeline as it is, so a process to refine synthetic crude oil by reforming heavy hydrocarbons (reforming process) is required. It becomes. For these reasons, the value of oil sands as a petroleum resource was not very high until the 21st century.
しかし、2000年代以降、エネルギーの安定供給のため多様性が求められるようになり、オイルサンドが石油資源の一つとして注目を集めるようになった。カナダ、ベネズエラでは大量のオイルサンドの存在が確認されており、特にカナダでは、アルバータ州の大規模なオイルサンド鉱床を中心に開発が進められている。現在、カナダで生産される原油の過半はオイルサンドから採取されたものである。 However, since the 2000s, diversity has been demanded for the stable supply of energy, and oil sands have attracted attention as one of the oil resources. A large amount of oil sands has been confirmed in Venezuela, Canada, and development is progressing mainly in Canada, especially in a large oil sands deposit in Alberta. Currently, the majority of crude oil produced in Canada comes from oil sands.
なお、重質油の定義は明確ではなく提唱者によっても異なるが、本明細書中では、重質油、ビチュメンをまとめて重質油と称する。 In addition, although the definition of heavy oil is not clear and varies depending on the proponent, in this specification, heavy oil and bitumen are collectively referred to as heavy oil.
オイルサンドから重質油を回収する方法としては、通常の原油の回収方法と同様に、EOR(増進回収:Enhanced Oil Recovery)が利用されている。EORは、オイルサンド貯留層に熱エネルギーを投入する加熱法と、熱エネルギー以外のエネルギーを投入する非加熱法とに大別される。 As a method for recovering heavy oil from the oil sand, EOR (Enhanced Oil Recovery) is used in the same manner as a normal method for recovering crude oil. EOR is roughly classified into a heating method in which thermal energy is input to the oil sand reservoir and a non-heating method in which energy other than thermal energy is input.
加熱法の代表的なものは水蒸気圧入法である。水蒸気圧入法は、高圧蒸気によりビチュメンを流動化して重質油を回収するものである。非加熱法(Cold Productionともいう)には、水攻法、炭酸ガス圧入法などがある。 A typical heating method is a steam injection method. The steam injection method is to recover heavy oil by fluidizing bitumen with high-pressure steam. Non-heating methods (also referred to as Cold Production) include water flooding and carbon dioxide injection.
なお、現在多くのオイルサンド鉱床では、非加熱法により重質油の回収を行っている。しかし、Cold Productionだけでは高回収率を達成することが難しいため、通常、Cold Productionの後に水蒸気圧入法を行うことも多い。一方、貯留層の深度が浅い等、Cold Productionに適さないオイルサンド鉱床では、初期から水蒸気圧入法を採用している。このようなことから、今後は重質油の回収方法として、水蒸気圧入法が主流になっていくと考えられている。 At present, many oil sands deposits recover heavy oil by the non-heating method. However, since it is difficult to achieve a high recovery rate only with Cold Production, usually, steam injection is often performed after Cold Production. On the other hand, in an oil sand deposit that is not suitable for Cold Production, such as a shallow reservoir, the water vapor injection method is adopted from the beginning. For these reasons, it is considered that the steam injection method will become the mainstream in the future as a method for recovering heavy oil.
回収された重質油に対しては、粘度を低下させる目的で、希釈剤(ナフサ)の添加や、水熱反応による改質処理等が行われる。 The recovered heavy oil is subjected to the addition of a diluent (naphtha), a reforming process by a hydrothermal reaction, or the like for the purpose of reducing the viscosity.
最近では、重質油の改質処理として、超臨界水を利用した水熱反応による方法が注目、検討され始めている。これは、オイルサンド産出量の急増に伴い、重質油を希釈するための希釈剤が不足しつつあることや、改質設備への投資の増加による負担等が懸念されるようになり、運転が容易で費用負担の低減が可能な、そして安全でCO2排出量が少なく環境負荷の低減が可能な改質処理が望まれていることによる。 Recently, as a reforming treatment of heavy oil, a method using a hydrothermal reaction using supercritical water has begun to be noticed and studied. This is because the oil sand production is rapidly increasing, and there are concerns about the shortage of diluents for diluting heavy oil and the burden of increased investment in reforming facilities. This is because there is a demand for a reforming process that is easy and can reduce the cost burden, and that is safe, has low CO 2 emissions, and can reduce the environmental burden.
超臨界水とは、臨界点(374℃、218気圧)以上の温度、圧力条件下にある水のことであり、液体の溶媒効果と気体の拡散効果を併せ持つ反応性の高い流体である。超臨界水の流体中では、有機物の結合が分解されるため、有機物を低分子化することが可能となる。また、超臨界水の流体中に酸素が存在する場合は、有機物と酸素とが均一に混合するため、有機物の酸化反応が促進され、極めて高速にCO2と水とに分解することが可能となる。 Supercritical water is water that is at a temperature and pressure conditions above the critical point (374 ° C., 218 atm), and is a highly reactive fluid that has both a liquid solvent effect and a gas diffusion effect. In the supercritical water fluid, the organic substance bond is decomposed, so that the organic substance can be reduced in molecular weight. Also, when oxygen is present in the fluid of supercritical water, the organic matter and oxygen are uniformly mixed, so that the oxidation reaction of the organic matter is promoted and can be decomposed into CO 2 and water at a very high speed. Become.
超臨界水を用いた重質油の改質処理において、超臨界水は溶媒として使用するため、処理後の合成原油(改質油)と相分離された水は再利用することができる。また、加熱、加圧手段は必須要素であるが、従来の改質装置より比較的シンプルな装置とすることができる。加えて、反応溶媒として水のみを利用しているため、改質処理自体の環境負荷も少ない。反応混合物の熱を回収して利用すれば、改質装置全体の必要エネルギーを少なくすることも可能である。近頃は、上記水蒸気圧入法と超臨界水を用いた改質処理とを組み合わせることにより、効率良く熱を使うことも検討されている。 In the reforming treatment of heavy oil using supercritical water, supercritical water is used as a solvent, and thus the water separated from the treated synthetic crude oil (reformed oil) can be reused. Moreover, although heating and pressurizing means are essential elements, the apparatus can be made relatively simpler than conventional reforming apparatuses. In addition, since only water is used as the reaction solvent, the environmental impact of the reforming process itself is small. If the heat of the reaction mixture is recovered and used, the required energy of the entire reformer can be reduced. Recently, it has been studied to use heat efficiently by combining the steam injection method and the reforming process using supercritical water.
上述のような超臨界水を利用した重質油の改質処理としては、例えば、特許文献1に、反応器の上部から鉛直下向きに重質油を供給し、下部から超臨界水を供給して反応器内部で接触させることにより、超臨界水に溶解した軽質油分と、これに溶解しない重質油分とを分離する方法が提案されている。
As a heavy oil reforming process using supercritical water as described above, for example, in
また、特許文献2に、超臨界水を利用して重質油を改質するにあたり、重質油の熱分解の進行度を制御することにより、例えば重質油分からのコークスの生成が抑えられる範囲で最大限熱分解を進行させたり、重質油分の動粘度が所望の範囲となるように熱分解を進行させたりするなど、最適な条件で改質装置を稼働させる方法が提案されている。
Further, in
しかしながら、超臨界水を用いて改質処理を連続で行う場合、被処理流体(重質油)を加圧して反応槽に送液し、加熱して反応させた後、冷却、減圧して処理流体(改質油)を排出するということを繰り返し行ううちに、高圧ポンプや減圧機構の摩耗、超臨界水による材質の腐食、被処理流体や反応混合物中の固形物による閉塞等が改質装置に生じるといった問題がある。 However, when the reforming process is performed continuously using supercritical water, the fluid to be treated (heavy oil) is pressurized and sent to the reaction tank, heated and reacted, and then cooled and decompressed. While repeatedly discharging the fluid (reformed oil), the reformer may cause wear of the high-pressure pump or pressure reducing mechanism, corrosion of the material due to supercritical water, clogging with solids in the fluid to be treated or reaction mixture, etc. There is a problem that occurs.
また、オイルサンドは、砂岩の砂粒子の孔隙中に水とビチュメンとが含まれた構造になっているため、産出方法にもよるが、改質装置への砂粒子の混入を根本的に防ぐことは難しい。よって、超臨界水を用いてオイルサンドの重質油を連続処理する場合には、特に砂粒子による改質装置の摩耗や閉塞が問題となる。中でも改質装置の摩耗は、装置部材の交換コストの増大につながるだけでなく、反応制御の安定性が低下し緊急停止を引き起こすおそれがあるため、注意が必要となる。 Oil sand has a structure in which water and bitumen are contained in the pores of sandstone sand particles, so it basically prevents sand particles from entering the reformer, depending on the production method. It ’s difficult. Therefore, when the heavy oil of the oil sand is continuously processed using supercritical water, the wear and blockage of the reformer due to sand particles become a problem. In particular, wear of the reformer not only leads to an increase in the replacement cost of the device members, but also requires a caution because the stability of the reaction control is lowered and an emergency stop may be caused.
さらに、改質処理中には、反応中間体や反応生成物が改質装置内に残留する可能性がある。このような反応中間体や反応生成物は、再重質油化した場合に汚れの原因となる。汚れは改質装置の閉塞や摩耗を引き起こし、また、生成される合成原油(改質油)に混入した場合にはその質を低下させてしまうといった問題がある。特に、改質装置内の過熱による緊急停止時には、系内が高温高圧となるため、反応媒体の水と反応中間体や反応生成物とが分離して系内に残留しやすくなる。また、改質装置の緊急停止は、発火等の事故につながるおそれもある。 Furthermore, during the reforming process, reaction intermediates and reaction products may remain in the reformer. Such reaction intermediates and reaction products cause contamination when re-heavy oiled. Contamination causes clogging and wear of the reformer, and there is a problem that the quality of the crude oil deteriorates when it is mixed with the generated synthetic crude oil (reformed oil). In particular, at the time of emergency stop due to overheating in the reformer, the inside of the system becomes high temperature and high pressure, so that water of the reaction medium and reaction intermediates and reaction products are easily separated and remain in the system. Moreover, an emergency stop of the reformer may lead to an accident such as ignition.
オイルサンドから回収された重質油の超臨界水による改質処理は、未だ開発段階にある。超臨界水を利用した改質装置(水熱処理装置)は、反応槽の形式により、チューブ式とベッセル式の二つの方式に分かれるが、上記課題は共通である。 The reforming of heavy oil recovered from oil sand with supercritical water is still in the development stage. The reforming apparatus (hydrothermal treatment apparatus) using supercritical water is divided into two types, a tube type and a vessel type, depending on the type of the reaction tank, but the above-mentioned problems are common.
本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、水熱処理装置の摩耗や閉塞を低減し、安定した連続処理を可能とすることで、生成される合成原油(改質油)の品質を向上させることができる水熱処理装置及び水熱処理方法の提供を目的とする。 The present invention has been made on the basis of the above-described circumstances, and reduces the wear and blockage of the hydrothermal treatment apparatus and enables stable continuous processing, thereby producing a synthetic crude oil (reformed oil) to be produced. An object is to provide a hydrothermal treatment apparatus and a hydrothermal treatment method capable of improving quality.
上記課題を解決するために、第一に本発明は、超臨界水を用いて重質油を水熱処理する水熱反応槽と、前記水熱処理後の反応混合物を気体と液体とに分離する気液分離器と、前記分離後の液体を常圧まで減圧する減圧モジュールとを備え、前記減圧モジュールが、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィスを有する水熱処理装置を提供する(発明1)。 In order to solve the above problems, first, the present invention includes a hydrothermal reaction tank for hydrothermally treating heavy oil using supercritical water, and a gas for separating the reaction mixture after the hydrothermal treatment into a gas and a liquid. A hydrothermal treatment apparatus comprising a liquid separator and a decompression module that decompresses the separated liquid to normal pressure, the decompression module having a plurality of decompression valves or orifices connected in series (invention 1). .
かかる発明(発明1)によれば、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィスによって、気液分離後の液体を段階的に常圧まで減圧することができるので、減圧モジュールを構成する減圧弁やオリフィス等の摩耗や閉塞が軽減され、水熱処理装置の安定した連続処理が可能となり、もって生成される合成原油の品質を向上させることができる。 According to this invention (invention 1), the liquid after gas-liquid separation can be stepwise reduced to normal pressure by a plurality of pressure reducing valves or orifices connected in series, so that the pressure reducing valves constituting the pressure reducing module As a result, wear and clogging of the orifice and the orifice are reduced, and the hydrothermal treatment apparatus can be stably treated continuously, thereby improving the quality of the synthetic crude oil produced.
上記発明(発明1)においては、並列に連結される複数の前記減圧モジュールを有する減圧ユニットを備え、前記減圧ユニットが、前記各減圧モジュールの摩耗の程度に応じて、前記複数の減圧モジュールの運転状態を切替可能であることが好ましい(発明2)。 In the said invention (invention 1), it is equipped with the pressure reduction unit which has the said several pressure reduction module connected in parallel, and the said pressure reduction unit is an operation | movement of these pressure reduction modules according to the grade of wear of each said pressure reduction module. It is preferable that the state can be switched (Invention 2).
かかる発明(発明2)によれば、複数の減圧モジュールの運転状態を切り替えることで、使用する減圧モジュールを選択することができるので、摩耗により制御が不安定になった減圧モジュールがある場合でも、減圧ユニット全体の運転を停止せずに継続することができ、合成原油の生成効率が向上する。 According to this invention (invention 2), since the decompression module to be used can be selected by switching the operation state of a plurality of decompression modules, even when there is a decompression module whose control becomes unstable due to wear, The operation of the entire decompression unit can be continued without stopping, and the production efficiency of synthetic crude oil is improved.
上記発明(発明1,2)においては、前記水熱処理前の重質油から固形物を分離する固液分離器を備えることが好ましい(発明3)。
In the said invention (
かかる発明(発明3)によれば、水熱反応槽へ供給する前に、重質油から砂粒子等の固形物をあらかじめ分離することができるので、水熱反応槽の摩耗や閉塞を軽減させることができる。 According to this invention (invention 3), since solids such as sand particles can be separated from heavy oil in advance before being supplied to the hydrothermal reaction tank, wear and blockage of the hydrothermal reaction tank are reduced. be able to.
上記発明(発明1−3)においては、前記気液分離器が、前記水熱処理後の反応混合物から固体を分離する機能又は前記分離後の液体から固体を分離する機能をさらに有することが好ましい(発明4)。 In the said invention (invention 1-3), it is preferable that the said gas-liquid separator further has a function which isolate | separates solid from the reaction mixture after the said hydrothermal treatment, or a function which isolate | separates solid from the said liquid after the separation ( Invention 4).
かかる発明(発明4)によれば、減圧モジュールへ供給する前に、水熱処理後の反応混合物に含まれる固体、又は気液分離後の液体に含まれる固体を分離することができるので、後段の減圧モジュールの摩耗や閉塞を軽減させることができるとともに、生成する合成原油の品質をさらに向上させることができる。 According to this invention (Invention 4), the solid contained in the reaction mixture after hydrothermal treatment or the solid contained in the liquid after gas-liquid separation can be separated before being supplied to the decompression module. The wear and blockage of the decompression module can be reduced, and the quality of the synthetic crude oil produced can be further improved.
上記発明(発明1−4)においては、前記水熱処理後の反応混合物と前記水熱反応槽に供給する水との熱交換を行う熱交換器を備えることが好ましい(発明5)。 In the said invention (invention 1-4), it is preferable to provide the heat exchanger which performs heat exchange with the reaction mixture after the said hydrothermal treatment, and the water supplied to the said hydrothermal reaction tank (invention 5).
かかる発明(発明5)によれば、水熱処理後の反応混合物から回収した熱エネルギーによって、水熱反応槽へ供給する水を加熱することができるので、水熱処理装置全体に必要なエネルギーを減少させることができ、処理コストの低減が可能となる。 According to this invention (invention 5), the water supplied to the hydrothermal reaction tank can be heated by the thermal energy recovered from the reaction mixture after the hydrothermal treatment, so that the energy required for the entire hydrothermal treatment apparatus is reduced. Therefore, the processing cost can be reduced.
上記発明(発明1−5)においては、緊急停止時の発火を防止する発火防止機構を備えることが好ましい(発明6)。 In the said invention (invention 1-5), it is preferable to provide the ignition prevention mechanism which prevents the ignition at the time of an emergency stop (invention 6).
かかる発明(発明6)によれば、処理系内の過熱により水熱処理装置が緊急停止した場合の発火を防止することができるので、火災等の事故を防止することが可能となる。 According to this invention (invention 6), since it is possible to prevent ignition when the hydrothermal treatment apparatus is stopped urgently due to overheating in the treatment system, it is possible to prevent accidents such as fires.
第二に本発明は、超臨界水を用いて重質油を水熱処理する水熱処理工程と、前記水熱処理後の反応混合物を気体と液体とに分離する気液分離工程と、前記分離後の液体を常圧まで減圧する減圧工程とを備え、前記減圧工程が、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィスを有する減圧モジュールを用いて、前記分離後の液体を段階的に減圧することにより行われる水熱処理方法を提供する(発明7)。 Secondly, the present invention includes a hydrothermal treatment step of hydrothermally treating heavy oil using supercritical water, a gas-liquid separation step of separating the reaction mixture after the hydrothermal treatment into gas and liquid, and the post-separation step A pressure reducing step of reducing the liquid to normal pressure, wherein the pressure reducing step uses a pressure reducing module having a plurality of pressure reducing valves or orifices connected in series to stepwise reduce the pressure of the separated liquid. A hydrothermal treatment method is provided (Invention 7).
かかる発明(発明7)によれば、減圧工程において、気液分離工程で分離後の液体を段階的に常圧まで減圧することができるので、減圧モジュールを構成する減圧弁やオリフィス等の摩耗や閉塞が軽減され、水熱処理装置の安定した連続処理が可能となり、もって生成される合成原油の品質を向上させることができる。 According to this invention (Invention 7), since the liquid after separation in the gas-liquid separation step can be stepwise reduced to normal pressure in the pressure reduction step, the wear of the pressure reduction valves and orifices constituting the pressure reduction module can be reduced. The blockage is reduced, the hydrothermal treatment apparatus can be stably treated continuously, and the quality of the synthetic crude oil produced can be improved.
上記発明(発明7)においては、前記減圧工程が、並列に連結される複数の前記減圧モジュールを有する減圧ユニットを用いて、前記各減圧モジュールの摩耗の程度に応じて、前記複数の減圧モジュールの運転状態を切り替えることにより行われることが好ましい(発明8)。 In the said invention (invention 7), the said decompression process uses the decompression unit which has the said several decompression module connected in parallel, According to the grade of wear of each said decompression module, the said several decompression module It is preferably performed by switching the operating state (Invention 8).
かかる発明(発明8)によれば、複数の減圧モジュールの運転状態を切り替えることにより、使用する減圧モジュールを選択することができるので、摩耗により制御が不安定になった減圧モジュールがある場合でも、減圧ユニット全体の運転は停止させずに継続することができ、合成原油の生成効率が向上する。 According to this invention (invention 8), since the decompression module to be used can be selected by switching the operation state of the plurality of decompression modules, even when there is a decompression module whose control becomes unstable due to wear, The operation of the entire decompression unit can be continued without stopping, and the production efficiency of synthetic crude oil is improved.
上記発明(発明7,8)においては、前記水熱処理前の重質油から固形物を分離する固液分離工程を備えることが好ましい(発明9)。
In the said invention (
かかる発明(発明9)によれば、水熱処理工程の前に、固液分離工程により重質油から砂粒子等の固形物をあらかじめ分離することができるので、後段の水熱処理工程をより効率的に行うことができる。 According to this invention (Invention 9), since the solids such as sand particles can be separated from the heavy oil in advance by the solid-liquid separation step before the hydrothermal treatment step, the subsequent hydrothermal treatment step is more efficient. Can be done.
上記発明(発明7−9)においては、前記気液分離工程が、前記水熱処理後の反応混合物から固体を分離する処理又は前記分離後の液体から固体を分離する処理をさらに有することが好ましい(発明10)。 In the said invention (invention 7-9), it is preferable that the said gas-liquid separation process further has the process which isolate | separates solid from the reaction mixture after the said hydrothermal treatment, or the process which isolate | separates solid from the liquid after the said separation ( Invention 10).
かかる発明(発明10)によれば、減圧工程の前に、水熱処理後の反応混合物に含まれる固体、又は気液分離後の液体に含まれる固体を分離することができるので、後段の減圧工程をより効率的に行うことができるとともに、生成する合成原油の品質をさらに向上させることができる。 According to this invention (invention 10), since the solid contained in the reaction mixture after hydrothermal treatment or the solid contained in the liquid after gas-liquid separation can be separated before the decompression step, the subsequent decompression step Can be performed more efficiently, and the quality of the synthetic crude oil produced can be further improved.
上記発明(発明7−10)においては、前記水熱処理後の反応混合物と前記水熱処理工程で用いる水との熱交換を行う熱交換工程を備えることが好ましい(発明11)。 In the said invention (invention 7-10), it is preferable to provide the heat exchange process which performs heat exchange with the water used in the reaction mixture after the said hydrothermal treatment, and the said hydrothermal treatment process (invention 11).
かかる発明(発明11)によれば、水熱処理後の反応混合物から回収した熱エネルギーによって、水熱処理工程で用いる水を加熱することができるので、改質処理全体に必要なエネルギーを減少させることができ、コストの低減が可能となる。 According to this invention (invention 11), the water used in the hydrothermal treatment process can be heated by the thermal energy recovered from the reaction mixture after the hydrothermal treatment, so that the energy required for the entire reforming process can be reduced. It is possible to reduce the cost.
上記発明(発明7−11)においては、緊急停止時に、発火を防止する発火防止工程を備えることが好ましい(発明12)。 In the said invention (invention 7-11), it is preferable to provide the ignition prevention process which prevents ignition at the time of an emergency stop (invention 12).
かかる発明(発明12)によれば、処理系内の過熱による緊急停止時の発火を防止することができるので、火災等の事故を防止することが可能となる。 According to this invention (invention 12), it is possible to prevent ignition at the time of emergency stop due to overheating in the processing system, so it is possible to prevent accidents such as fire.
上記発明(発明7−12)においては、運転停止時に、水を供給することにより処理系内を洗浄する洗浄工程を備えることが好ましい(発明13)。 In the said invention (invention 7-12), it is preferable to provide the washing process which wash | cleans the inside of a processing system by supplying water at the time of an operation stop (invention 13).
かかる発明(発明13)によれば、運転停止時に処理系内を水で洗浄することができるので、処理系内の摩耗や閉塞が軽減され、故障等を防ぐことが期待できる。 According to this invention (invention 13), since the inside of the processing system can be washed with water when the operation is stopped, wear and blockage in the processing system can be reduced, and it can be expected to prevent failure and the like.
本発明の水熱処理装置及び水熱処理方法によれば、水熱処理装置の摩耗や閉塞を低減し、安定した連続処理を可能とすることで、生成される合成原油(改質油)の品質を向上させることができる。 According to the hydrothermal treatment apparatus and hydrothermal treatment method of the present invention, the quality of the synthetic crude oil (reformed oil) produced is improved by reducing wear and blockage of the hydrothermal treatment apparatus and enabling stable continuous treatment. Can be made.
以下、本発明の水熱処理装置及び水熱処理方法の実施の形態について、適宜図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであって、何ら本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the hydrothermal treatment apparatus and hydrothermal treatment method of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The embodiment described below is for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention.
[水熱処理装置]
図1は、本発明の一実施形態に係る水熱処理装置を示すブロック図である。図1に示す水熱処理装置1は、固液分離器2、水熱反応槽3、熱交換器4、気固液分離器5、気相用減圧モジュール6、減圧ユニット7、油水分離器8、緊急時受け槽9、発火防止機構10を主に備える。
[Hydrothermal treatment equipment]
FIG. 1 is a block diagram showing a hydrothermal treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. The
固液分離器2は、供給される重質油から砂粒子等の固形物を分離除去するものである。固液分離器2の分離手段は特に制限されないが、例えば、遠心分離、ろ過、沈降、圧搾等が適用でき、これらを組み合わせて用いてもよい。分離効率の観点からは、遠心分離によるものが好ましい。固液分離器2を用いることで、砂粒子等による水熱反応槽3の摩耗や閉塞が軽減され、水熱処理装置1全体の処理効率が向上する。
The solid-
水熱反応槽3は、超臨界水を用いて重質油を水熱処理するものである。加圧された重質油は、水熱反応槽3内で超臨界水の作用によって共有結合が分解されることにより、低分子化、低粘度化される。水熱反応槽3の形式は特に制限されないが、例えば、チューブ式、ベッセル式等が使用でき、これらの方式を組み合わせて用いてもよい。
The
熱交換器4は、水熱反応槽3から排出された反応混合物と水熱反応槽3に供給される水との熱交換を行うものである。熱交換器4を用いることで、水熱反応槽3に供給される水を加熱することができると同時に、水熱反応槽3から排出された反応混合物を冷却することができるので、水熱処理装置1全体に必要なエネルギーを減少させることができる。
The heat exchanger 4 performs heat exchange between the reaction mixture discharged from the
気固液分離器5は、本実施形態においては、熱交換器4を経て供給される反応混合物を、気相、液相、固相の3つの相に分離するものであるが、供給される反応混合物を気相と液相との2つの相に分離した後に、液相から固相をさらに分離するものであってもよい。固相の分離手段は特に制限されないが、例えば、重力による沈降分離や、気相を分離した後の液相に対するろ過分離等が適用できる。分離された気体及び液体は、供給ラインL7及び供給ラインL8から、それぞれ連続的に排出される。また、分離された固体は、気固液分離器5の底部に溜まり、水熱処理装置1の運転停止時に、バルブ等(図示しない)から外部へ排出される。気固液分離器5を用いることで、反応混合物に含まれる固体による減圧ユニット7等の摩耗や閉塞が軽減されるとともに、生成される合成原油の品質が向上する。
In the present embodiment, the gas-solid-
気相用減圧モジュール6は、気固液分離器5から排出された気体を、常圧まで減圧するものである。気相用減圧モジュール6の減圧手段は特に制限されないが、例えば、複数の減圧弁又はオリフィスを直列に連結した構成のものが適用できる。気相用減圧モジュール6を用いることで、水熱処理装置1内で生じた高圧の気体を、常圧まで減圧してから安全に排出することができる。
The gas
減圧ユニット7は、気固液分離器5から排出された液体を、常圧まで減圧するものである。本実施形態において、減圧ユニット7は、並列に連結される2つの液相用減圧モジュール71、72を有しており、各液相用減圧モジュールは、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィス(図示しない)を有している。
The
液相用減圧モジュール71、72は、それぞれが、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィスによって、高圧の液体を段階的に常圧まで減圧する機能を有する。このような構成の減圧モジュールを用いることで、減圧弁やオリフィス等の摩耗や閉塞が軽減され、水熱処理装置1全体の安定した連続処理が可能となる。なお、直列に連結される減圧弁又はオリフィスの数は、複数であれば特に制限はないが、3から5個であるのが好ましい。減圧弁又はオリフィスの数が2個以下では、減圧弁やオリフィス等の摩耗や閉塞を軽減する効果が十分でない一方、5個を超えると、高圧の液体を常圧まで減圧するのに時間を要するため好ましくない。
Each of the liquid
減圧ユニット7は、液相用減圧モジュール71、72のそれぞれの摩耗の程度に応じて、運転状態を切り替える機能を有する。このような構成の減圧ユニットを用いることで、摩耗により制御が不安定になった減圧モジュールがある場合でも、水熱処理装置1を停止させずに運転を継続させることが可能となる。
The
油水分離器8は、減圧ユニット7から排出された減圧後の液体を、改質油(合成原油)と排水とに分離するものである。油水分離器8によって分離された改質油は回収される。なお、分離された排水は再利用してもよい。
The oil /
緊急時受け槽9は、処理系内の過熱により水熱処理装置1が緊急停止した場合に、水熱反応槽3内等に存在する高温高圧流体を、一時的に取り込み、収容するものである。緊急時受け槽9を備えることで、緊急停止時に処理系内から高温高圧流体を速やかに取り除くことができるので、反応媒体である水と反応中間体や反応生成物とが分離して残留することによる処理系内の閉塞や摩耗を防ぐことができる。
The emergency receiving tank 9 temporarily takes in and stores the high-temperature and high-pressure fluid existing in the
発火防止機構10は、処理系内の過熱により水熱処理装置1が緊急停止した場合に、発火を防止するものである。発火防止機構10の発火防止手段は特に制限されないが、例えば、処理系内に炭酸ガスや水等を供給するものが適用でき、これらを組み合わせて用いてもよい。発火防止機構10を備えることで、火災等の事故防止だけでなく、有害物質の放出防止や、水熱反応槽3を始めとする処理系内の汚れ防止も期待できる。
The
[水熱処理方法]
次に、上述したような本実施形態の水熱処理装置を用いた重質油の水熱処理方法について説明する。
[Hydrothermal treatment method]
Next, a hydrothermal treatment method for heavy oil using the hydrothermal treatment apparatus of the present embodiment as described above will be described.
まず、オイルサンドから回収された重質油は、供給ラインL1から固液分離器2に供給される。固液分離器2に供給された重質油は、砂粒子等の固形物を分離除去される(固液分離工程)。固形物を分離除去された重質油は、供給ラインL3を経て、同ライン上に設けられる高圧ポンプP1により、水熱反応槽3に供給される。
First, heavy oil recovered from the oil sand is supplied to the solid-
一方、水熱反応槽3で使用される水は、供給ラインL2から熱交換器4に供給される。熱交換器4において、供給された水と後述する水熱反応槽3から排出された反応混合物との熱交換が行われる(熱交換工程)。熱交換工程により加熱された水は、供給ラインL4を経て、同ライン上に設けられる高圧ポンプP2により、水熱反応槽3に供給される。なお、重質油と水は、本実施例のようにそれぞれ独立して水熱反応槽3に供給してもよいし、あらかじめ混合した上で水熱反応槽3に供給してもよい。重質油と水との混合は、水熱反応槽3へのそれぞれの供給ライン(供給ラインL3とL4)を併合させることにより行ってもよいし、水熱反応槽3への重質油と水との供給を二重ノズルを用いることにより行ってもよい。
On the other hand, the water used in the
水熱反応槽3に供給された重質油と水に対して、外部から熱が供給され、水熱反応槽3内は臨界点以上の温度及び圧力となる。これにより超臨界水となった水の作用によって、重質油は分解され、低分子化、低粘度化した反応混合物となる(水熱処理工程)。水熱反応槽3から排出された反応混合物は、供給ラインL5を経て熱交換器4に供給され、水との熱交換により冷却される(熱交換工程)。冷却された反応混合物は、供給ラインL6を経て気固液分離器5に供給される。
Heat is supplied from the outside to the heavy oil and water supplied to the
気固液分離器5に供給された反応混合物は、気相、液相、固相の3つの相に分離される(気固液分離工程)。分離された気体は、供給ラインL7を経て気相用減圧モジュール6へ供給される。分離された液体は、供給ラインL8を経て減圧ユニット7へ供給される。分離された気体及び液体の排出は、いずれも連続的に行われる。また、分離された固体は、気固液分離器5の底部に溜まり、水熱処理装置1の運転停止時に、気固液分離器5の底部に設けられるバルブ等(図示しない)から外部へ排出される。
The reaction mixture supplied to the gas-
気相用減圧モジュール6に供給された気体は、常圧まで減圧された後、外部へ排出される。また、減圧ユニット7に供給された液体は、並列に連結される2つの液相用減圧モジュール71、72により段階的に常圧まで減圧される(減圧工程)。なお、減圧モジュールのいずれかが摩耗により制御が不安定になった場合は、減圧ユニット7の運転状態を切り替えることにより、水熱処理装置1を停止させずに運転を継続させることができる。減圧後の液体は、供給ラインL9を経て、油水分離器8へ供給される。
The gas supplied to the gas
油水分離器8へ供給された減圧後の液体は、改質油(合成原油)と排水とに分離される。分離された改質油は合成原油として回収され、分離された排水は外部へ排出される。
The liquid after decompression supplied to the oil /
処理系内の過熱により水熱処理装置1が緊急停止した場合には、水熱反応槽3内等に存在する高温高圧流体が、緊急時受け槽9に一時的に取り込まれて、収容される。また、この時、発火防止機構10が作動する(発火防止工程)。発火防止機構10により処理系内に炭酸ガスや水等が供給されることによって、火災等の事故が防止されるだけでなく、有害物質の放出も防止される。
When the
水熱処理装置1の運転停止時には、水を供給することにより処理系内の洗浄が行われる(洗浄工程)。洗浄工程は、水のみを供給して水熱処理装置1を運転し、最終的に排出される水中の水質(例えば、TOC、SS等)が一定常値となるまで継続する。なお、必要に応じて、水熱処理装置1を分解した上で、薬剤等により洗浄を行ってもよい。また、洗浄工程は、処理系内の汚れの程度を判定する汚れ判定工程を含んでいてもよい。汚れ判定工程により、処理系内の配管表面、配管内壁、配管中央部の温度の経時変化や圧力制御の弁の開度の経時変化などから汚れの程度を判定することができるので、必要な洗浄時間を計算することが可能となる。
When the operation of the
以上、本発明について図面を参照にして説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。 The present invention has been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
以上説明したように、本発明の水熱処理装置及び水熱処理方法によれば、水熱処理装置の摩耗や閉塞を低減し、安定した連続処理を可能とすることで、生成される合成原油(改質油)の品質を向上させることができるとともに、運転が容易でコストの低減及び環境負荷の低減が可能な改質処理を行うことができる。また、水熱処理装置の緊急停止時には、発火防止機構が作動することにより、火災等のリスクまたは事故を防ぐこともできる。 As described above, according to the hydrothermal treatment apparatus and hydrothermal treatment method of the present invention, the synthetic crude oil (reformation) produced by reducing wear and blockage of the hydrothermal treatment apparatus and enabling stable continuous treatment. The quality of the oil) can be improved, and a reforming process that is easy to operate and can reduce cost and environmental burden can be performed. Moreover, at the time of an emergency stop of the hydrothermal treatment apparatus, a fire prevention mechanism is activated to prevent a risk such as a fire or an accident.
本発明は、オイルサンドから回収された重質油を効率的かつ安全に改質するための装置及び方法として有用である。 The present invention is useful as an apparatus and a method for efficiently and safely reforming heavy oil recovered from oil sand.
1…水熱処理装置
2…固液分離器
3…水熱反応槽
4…熱交換器
5…気固液分離器
6…気相用減圧モジュール
7…減圧ユニット
71,72…液相用減圧モジュール
8…油水分離器
9…緊急時受け槽
10…発火防止機構
P1,P2…高圧ポンプ
L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9…供給ライン
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記水熱処理後の反応混合物を気体と液体とに分離する気液分離器と、
前記分離後の液体を常圧まで減圧する減圧モジュールと
を備え、
前記減圧モジュールが、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィスを有する水熱処理装置。 A hydrothermal reaction tank that hydrothermally heats heavy oil using supercritical water;
A gas-liquid separator that separates the reaction mixture after the hydrothermal treatment into a gas and a liquid;
A decompression module for decompressing the separated liquid to normal pressure,
The hydrothermal treatment apparatus in which the decompression module has a plurality of decompression valves or orifices connected in series.
前記減圧ユニットが、前記各減圧モジュールの摩耗の程度に応じて、前記複数の減圧モジュールの運転状態を切替可能な請求項1に記載の水熱処理装置。 A decompression unit having a plurality of the decompression modules connected in parallel;
The hydrothermal treatment apparatus according to claim 1, wherein the decompression unit is capable of switching operating states of the plurality of decompression modules according to the degree of wear of the decompression modules.
前記水熱処理後の反応混合物を気体と液体とに分離する気液分離工程と、
前記分離後の液体を常圧まで減圧する減圧工程と
を備え、
前記減圧工程が、直列に連結される複数の減圧弁又はオリフィスを有する減圧モジュールを用いて、前記分離後の液体を段階的に減圧することにより行われる水熱処理方法。 Hydrothermal treatment process of hydrothermally treating heavy oil using supercritical water;
A gas-liquid separation step of separating the reaction mixture after the hydrothermal treatment into a gas and a liquid;
A pressure reducing step for reducing the pressure of the separated liquid to normal pressure,
The hydrothermal treatment method, wherein the depressurization step is performed by depressurizing the separated liquid stepwise using a depressurization module having a plurality of depressurization valves or orifices connected in series.
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CN109181754A (en) * | 2018-10-11 | 2019-01-11 | 中国矿业大学 | The aqueous hydro-thermal upgrading of non-conventional oil containing sand of one kind and process for separation and purification |
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CN109181754B (en) * | 2018-10-11 | 2021-01-12 | 中国矿业大学 | Water-containing and sand-containing unconventional petroleum hydrothermal upgrading and separation and purification method |
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