JP2018518552A - 石油含有燃料からアスファルテンを分離するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、石油含有燃料（３）からアスファルテンを分離するための装置（１、９１）に関するものであり、当該装置は、石油含有燃料（３）を溶媒（５、９３）と集中的に混合し、アスファルテンで過飽和にされた溶液を生成するための混合要素（１１、９５）と、過飽和溶液からアスファルテンを分離することによって過飽和を解消するための容器（１５、９７）と、容器（１５、９７）内部に形成された、過飽和溶液から析出したアスファルテンによって、存在するアスファルテン粒子を成長させるための成長区域（２３、１１１）と、容器（１５、９７）に流体的に接続された、成長区域（２３、１１１）において成長したアスファルテン粒子を、その粒径に応じて分類するための分類装置（２５）と、を含んでおり、容器（１５、９７）は、アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）が、混合要素（１１、９５）と容器（１５、９７）の成長区域（２３、１１１）との間を循環するように設計され、調整されている。本発明はさらに、アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）が、混合要素（１１、９５）と容器（１５、９７）の成長区域（２３、１１１）との間を循環する、対応する方法に関する。

Description

本発明は、石油含有燃料からアスファルテンを分離するための装置に関する。さらに、本発明は、石油含有燃料からアスファルテンを分離するための、対応する方法に関する。

エネルギー生産の分野では、しばしば、原油及び重油等の石油含有燃料が用いられるが、石油含有燃料は、ガスタービンによるエネルギー生成のための割安な燃料として利用可能である。しかしながら、そのような原油及び重油は、アスファルテンを含んでおり、アスファルテンは、化学的に結合した重金属を含んでいる。石油の燃焼の際、バナジウム又はニッケル等の重金属が、金属酸化物として放出される。金属酸化物は、タービンブレードの金属と合金を形成し、タービンブレードを腐食又は弱化させる。

さらに、アスファルテンは、その含有する金属に関係無く、著しい圧力又は温度の変化が生じた場合に、固体として沈殿するという特性を有している。固体のアスファルテン粒子は、導管又は使用される燃焼器の極細なノズルを詰まらせ、従って、タービンにおける混合物の形成に持続して作用する可能性があり、それによって、タービンの効率が狭められる。

対応して、バナジウムを含む石油に、金属酸化物がタービンブレードの金属と合金を形成することを阻害する阻害剤が添加される。阻害剤として一般的ではあるが、高価なマグネシウム添加剤を使用する場合、融点の低いアルカリバナジウム酸塩ではなく、融点の高いマグネシウムバナジウム酸塩が生成される。しかしながら、その際、マグネシウムバナジウム酸塩が層状に析出することによって、タービンブレードにクラストが形成される危険が存在する。タービンの機能を確実化し、空気力学的な質／効率を維持するために、析出物又は形成されたクラストをタービンブレードから除去しなければならないが、そのためには、時間及び費用を要する定期的な保守作業が必要である。特に、このような浄化は、タービンを数時間に亘って停止させることになる。

ガス冷却式ブレード等を有する、比較的傷みやすいタービンに関して、望ましくないアスファルテンの析出によって燃焼器ノズルが詰まるという問題、又は、バナジウム酸塩によって冷却管が詰まるという問題は、これまでのところ全く解決されていない。

さらに、いわゆる脱歴方法が知られており、当該方法は、沈降剤として脂肪族飽和炭化水素を用いたアスファルテンの抽出に基づいている。しかしながら、このアスファルテンの減少方法は、精製所の領域においてのみ適用される。発電所の周囲で用いることは有効ではない。なぜなら、例えばいわゆるＲＯＳＥプロセスを用いた「古典的な」脱歴は、部分的に数時間までの滞留時間を要する低分子の脂肪族化合物を用いて、アスファルテンの抽出を行うからである。このような脱歴は、まさにＲＯＳＥプロセスにおいては、溶媒の「臨界」領域における高い温度及び高い圧力と結びついている。

２００ｔ／時の石油供給量と少ない運転費用とを必要とする、発電所に典型的な要求に関する古典的な方法も、精製所とは異なるように寸法設計されるべきである。一方では、処理量を増大させるために、滞留時間を短くすることが必要であり、他方では、典型的と見なされる単一サイクルのガスタービン発電所では、「無料の」廃熱が、外部から加熱せず、従ってそれに伴う追加の運転費用を生じさせずにプロセスを実行するために、十分に利用される。

本発明の第１の課題は、石油含有燃料からアスファルテンを効果的かつ安価に分離できるような装置について記載することにある。

本発明の第２の課題は、対応して、容易かつ安価なアスファルテンの分離を可能にする方法について記載することにある。

本発明によると、本発明の第１の課題は、石油含有燃料からアスファルテンを分離するための装置によって解決され、当該装置は、石油含有燃料を溶媒と集中的に混合し、アスファルテンで過飽和にされた溶液を生成するための混合要素と、過飽和溶液からアスファルテンを分離することによって過飽和を解消するための容器と、当該容器内部に形成された、過飽和溶液から析出したアスファルテンによって、存在するアスファルテン粒子を成長させるための成長区域と、当該容器に流体的に接続された、成長区域において成長したアスファルテン粒子を、その粒径に応じて分類するための分類装置と、を含んでおり、当該容器は、アスファルテン粒子を含む流れが、混合要素と容器の成長区域との間を循環するように設計され、調整されている。

本発明は、石油含有燃料からアスファルテンが沈殿する際に生じる、２つの根本的な問題に直面している。１つ目の問題として、脱歴に際して一般的であるように、沈降剤又は溶媒を添加する場合、アスファルテン粒子が、制御されずに早期に沈殿するという危険が存在する。なぜなら、脱歴の際に用いられる溶媒と、石油含有燃料それぞれとは、完全には混合され得ないからである。混合にも関わらず生じる相界面は、アスファルテンの自発的かつ無制御な沈殿を促進する。沈殿の際に生じる粒子は一般的に微粒子であり、ここでは石油含有燃料である、それぞれの母液から、当該微粒子を分離することはほとんど不可能である。

ここから、第２の問題が生じる。沈殿した微粒子が、成長核又は相応に大きな表面を利用できる場合、そこに粒子が析出する。脱歴に用いられる装置に関しては、当該表面は、各装置の構成要素の壁面、又は、燃料に含まれる成長核によって供給され、当該表面には、アスファルテン粒子が析出し、成長する。しかしながら、望ましくないクラストの形成及び詰まりに関して、いわゆるファウリングに関して、及び、それに伴う、後置されたガスタービンプロセスへの影響に関しては、これを防止することが重要である。

こうした問題を考慮して、本発明は、アスファルテン粒子を石油含有燃料から後で分離するための沈殿及び析出は、高速な混合が目標を定めた成長核の供給と組み合わせて行われる場合に、特に制御して実施可能であることを認識している。

分離のために用いられる装置は、石油含有燃料を溶媒と集中的に混合し、アスファルテンで過飽和にされた溶液を生成するための混合要素と、過飽和溶液からアスファルテンを分離することによって過飽和を解消するための容器と、を含んでいる。当該容器内部には、成長区域が形成されており、成長区域では、存在するアスファルテン粒子が、過飽和溶液から析出したアスファルテンによって成長する。その際、当該容器は、アスファルテン粒子を含む流れが、混合要素と容器の成長区域との間を循環するように設計され、調整されている。

アスファルテン粒子を含む流れを、成長区域と混合要素との間で循環させることによって、同時に２つの効果が得られる。一方では、浄化されるべき石油含有燃料とアスファルテンの沈殿のために用いられる溶媒との高速かつ集中的な混合を確実にする混合要素を用いることによって、準安定性の過飽和溶液が得られ、それによって、両方の成分の間における相界面の形成が阻止され、従って、混合プロセスの間にアスファルテン粒子が早期に沈殿することが防止される。

他方では、アスファルテン粒子を循環させることによって、粒子が形成され沈殿し始めるあらゆる箇所において、すなわち、混合プロセスがすでに完了した後にも、分離プロセスに合わせた成長核が、アスファルテンの析出及び成長のために利用できるということが確実化される。このように形成される粒子は、微粒子として析出するのではなく、存在する、利用可能な粒子上で成長する可能性を有している。対応して、分類装置を用いた後続の分離も容易になる。

総じて、プロセスに存在するアスファルテン粒子は、目標を定めて、成長核として用いられ、当該成長核は、アスファルテンの析出を促進し、同時に、対応して脱歴に用いられる装置の、析出に起因する壁面、配管等の汚染を防止する。

その際、アスファルテン粒子を含む流れは、混合要素と成長区域との間を、アスファルテン粒子を含む体積要素が、成長区域も混合要素も複数回通過するように循環する。従って、アスファルテンの析出の際には、好ましくは、新しい微粒子が形成されるのではなく、すでに存在する粒子が拡大する。粒子は、容器内部に蓄積され、容器に接続された分類装置によって、その粒径に応じて、石油含有燃料から分離され得る。好ましくは、混合要素として、高いせん断速度を有する混合ポンプが用いられている。

混合プロセスが完了した際、すなわち、石油含有燃料及び溶媒から成る過飽和溶液が、混合区域又は混合要素から排出される際に、アスファルテンの析出が開始する。流れが循環するので、混合区域又は混合箇所に存在するアスファルテン粒子によって、溶液から沈殿するアスファルテンは、アスファルテン粒子上に堆積し、そこで成長する。従って、溶液の過飽和は、流れの中に含まれるアスファルテン粒子の存在によって、制御下で解消され得る。アスファルテン粒子の成長は、容器の内部で継続する。ここでは、粒子は、分離のために望ましい粒径に到達するまで成長し得る。粒子の分離は、容器に接続された分類装置を通じて行われる。

アスファルテンを取り除くべき燃料は、特に重油であり、重油の主要成分は、アスファルテン（高縮合芳香族炭化水素）の他に、特に、アルカン、アルケン、シクロアルカンである。その他にも、脂肪族及び複素環窒素化合物及び硫黄化合物がある。

溶媒として適しているのは、特にブタン（Ｃ４）、ペンタン（Ｃ５）、ヘキサン（Ｃ６）及び／又はヘプタン（Ｃ７）等の短鎖炭化水素である。その際、溶媒は、例えば、石油含有燃料に含まれる、脂肪族化合物等の可溶性成分の溶解に用いられる。石油含有燃料に含まれるアスファルテンは、使用される溶媒には溶解しないので、当該溶媒は、アスファルテンに対して、いわば「逆溶剤」と表現され得る。

特に好ましくは、混合要素に、石油含有燃料のための供給導管、及び／又は、溶媒のための供給導管が接続されている。両方の供給導管が混合要素に接続されている場合、両方の成分の混合は、混合要素内で直接行われる。このような態様は、高速かつ良好な混合の確実化ゆえに、特に好ましい。

代替的に、石油含有燃料と溶媒とを、混合要素に流入する前に「接触させる」ことも可能であり、これは、例えば、構造的な所与条件ゆえに必要な場合があり得る。その場合、流れは共に混合要素に供給され、混合要素では、高速な混合によって、過飽和溶液が生成される。

容器自体は、特に、アスファルテン粒子の成長のために十分に長い滞留時間を可能にするように構成されている。それによって、分離のために要求される、容器内での固体の蓄積が確実化される。容器内では、沈殿したアスファルテン粒子が、その分離の前に、さらに成長する。その際、成長は、容器内に滞留する粒子の量と循環する粒子の量との間の均衡によって影響を受けるか、又は、制限される。その際、滞留時間が長くなるほど、析出速度も高くなり、分離が改善するので、分離に用いられる装置の浄化性能も向上する。

容器の成長区域とは、その区域内で、混合物、すなわち過飽和溶液からのさらなるアスファルテンの析出によって、アスファルテン粒子が成長する区域であると理解される。その際、成長区域を、容器内のある体積に限定することができる。代替的に、容器の全体積を、アスファルテン粒子のための成長区域として用いても良い。

粒子の成長と、それに伴う液相からのアスファルテンの分離とは、アスファルテン粒子の表面で行われる。小さい粒子は、高い比表面積を有しているが、分離は困難である。体積当たりの質量の高い粒子が供給される成長区域を有する容器によって、大きく、分離が容易な粒子の成長が可能になり、同時に、高い析出効率のための高い絶対表面積が利用可能になる。

容器内に存在するアスファルテン粒子の分離のため、及び、特に、成長のために必要な粒子を容器内に保持するために、容器には、分類装置が接続されている。その際、分離は、粒径に応じて行われており、小さいアスファルテン粒子と大きいアスファルテン粒子とは、互いに分離される。そのために、分類装置は、好ましくは複数の分離段を含んでおり、当該分離段にはそれぞれ、粒子を有する部分流が供給される。その際、分離した粒子の平均直径は、例えば、使用された石油、設定されたアスファルテン粒子の分離粒径、及び、アスファルテン粒子の成長速度に依存する。

分類装置内部又は分離段内部における分類によって、容器内でのアスファルテン粒子の望ましい蓄積が得られ得る。容器から取り出される両方の部分流の目標を定めた制御によって得られる、容器内に存在する固体の量の調整を通じて、利用可能な表面の、プロセスの要件への望ましい適応を実施することが可能である。

容器内部での粒子の成長、それに伴う粒子の蓄積、及び、利用可能な表面との増加に起因して、必要な容器の体積は低下する。その際、当該粒子は、通過する液体よりも明らかに長い、容器内での滞留時間及び成長期間を有しており、それによって、大きく、分離が容易な粒子が生じる。言い換えると、容器内で固体が蓄積することによって、液体と固体とに関して異なる滞留時間を設定する可能性が生じる。それによって、固体粒子の成長期間に対する要件と、小さい寸法の容器の使用を可能とする、液体の短い滞留時間とが、同様に考慮される。

容器内に長く滞留した場合の粒子の濃度が、例えば３倍に増加する場合、粒子の成長に利用できる表面は、同じく約３倍大きくなる。それによって、容器の体積に関連する析出効率（ｋｇのアスファルテン／ｈ・ｍ^３）は、３倍増加するので、同じ析出効率の場合の容器の体積は、短い滞留時間において粒子の蓄積が行われなかった場合と比較して、３分の１に減少し得る。言い換えると、容器内部又は対応する成長区域内部における粒子の蓄積は、構造的に寸法が小さい容器の使用を可能にする。

基本的に、本発明において小さなアスファルテン粒子とは、分類装置によって留められる、すなわちプロセス内に保持され得るほどには十分に成長していない粒子であると理解される。分類されない微粒子に関しては、流体力学的滞留時間は約１τである。

小さいアスファルテン粒子の平均直径は、典型的には、５μｍよりも小さい。大きなアスファルテン粒子とは、平均直径が明らかに大きいので、分類装置によって容易に分離され、固体としてさらなる利用のために供給され得る粒子であると理解される。好ましくは、大きなアスファルテン粒子として、平均直径が２５μｍを超える粒子が分離される。

混合要素と容器の成長区域との間を循環する流れは、好ましくは平均的な大きさのアスファルテン粒子を含んでいる。特に、循環する流れは、５μｍから２０μｍの範囲の平均直径を有するアスファルテン粒子を含んでいる。部分流において循環するアスファルテン粒子の量は、粒子の分類に応じて、容器内での滞留時間によって決定される。

自明のことながら、小さいアスファルテン粒子、平均的な大きさのアスファルテン粒子、大きなアスファルテン粒子について記載した粒径は、記載された範囲に限定されるものではない。装置の構成、容器内部又は成長区域内における望ましい滞留時間、及び、浄化されるべき石油含有燃料次第で、粒径は、記載された値又は範囲から異なっていても良い。

平均的な大きさのアスファルテン粒子は、成長区域から混合要素に流れ、混合要素において、混合物から析出されるべきアスファルテンのための成長核として利用可能となる。混合要素を用いて、流れは、用いられる溶媒及び浄化されるべき石油含有燃料と混合される。混合物に含まれるアスファルテンは、すでに固体粒子として混合物中に存在するアスファルテン粒子上に析出し、さらに、当該粒子上で成長する。

アスファルテン粒子にとって可能な限り最良の成長条件を作り出し、同時に、様々な石油含有燃料に柔軟に反応することを可能にするために、好ましくは、２段式の分類装置、すなわち２つの分離段を有する分類装置が用いられる。分離段を用いて、好ましくは小さなアスファルテン粒子と大きなアスファルテン粒子とが、互いに分離し、同時に、「母液」、すなわち燃料及び溶媒の混合物から分離する。

アスファルテン粒子を含む流れの循環は、本発明の有利な態様において、混合要素と容器との流体的な接続を通じて得られる。そのために、容器が、アスファルテン粒子を含む流れの循環のために、混合要素と流体的に接続されていると合理的である。

この流体的接続を通じて、アスファルテン粒子を含む流れは、容器から混合要素に供給され、混合要素において、石油含有燃料及び溶媒と混合される。結果として生じる混合流は、当該容器に供給されるが、そのために、混合要素は、好ましくは排出導管を介して、容器の供給導管に流体的に接続されている。

容器内では、混合流に含まれるアスファルテン粒子が成長する。大きなアスファルテン粒子が分離される。小さな粒子は、石油流と共に排出される。概ね平均的な大きさのアスファルテン粒子を含む流れは、再び混合要素に誘導される。概ね平均的な大きさのアスファルテン粒子を有する流れを容器から排出するために、容器は、好ましくは排出導管を介して、混合要素の供給導管に流体的に接続されている。

容器から混合要素に供給される流れは、混合要素内で再び、供給された新鮮な石油含有燃料及び溶媒と混合される。その際、流れに含まれるアスファルテン粒子は、成長核として用いられる。当該粒子は、アスファルテン粒子の成長に必要な表面を供給する。その際、混合物、すなわちアスファルテン粒子を含む流れの大部分は、複数回にわたって循環する。

それぞれ循環する流れの量は、質量流量比で表され得る。質量流量は、時間単位当たりの、横断面を通る媒体の質量であると理解される。本発明では、好ましくは、混合流（流入する石油含有燃料及び溶媒の流れの合計）に対するアスファルテン粒子を含む流れの質量流量比が考慮される。流入する流れの合計に対する容器から混合要素に供給される流れの比は、含まれる固体の濃度に応じて、好ましくは０．１：１から１００：１の範囲である。

その際、固体の濃度が高くなると、質量流量の比が小さくなるように設定され得ることが重要である。質量流量の比が小さいことは、特に、費用上の理由から望ましい。なぜなら、循環比が大きくなると、より大きなポンプとより大きな管の直径とが必要になり、それによって、圧力損失が生じるからである。

その際、質量流量比は、１０：１から１０：５の範囲であると有利である。特に好ましい質量流量比は、１０：１である。１０：１という比は、混合要素の方向に流れるアスファルテン粒子を含む流れの質量が、混合要素に流入する石油含有燃料の流れと溶媒の流れとの合計よりも約１０倍大きいということを意味している。

本発明の代替的な態様によると、混合要素は、容器の内部に配置されている。混合要素が容器内部に配置されている場合、石油含有燃料及び溶媒は、対応する供給導管を通じて容器内に加えられ、容器内で即座に集中的に混合される。混合のために、好ましくは、ロータ−ステータ原理で動作し、高いせん断速度を有する混合要素が用いられる。その際、同様に、その固定部分が例えば容器の壁面に配置される混合ポンプを用いることが可能である。

混合は、好ましくは、容器内部の、いわゆる混合区域又は混合箇所で行われる。混合区域は、容器の内壁近傍に存在することが合理的であり、それによって、供給流れ、つまり石油含有燃料及び溶媒の流れが流入した直後に混合が行われ、過飽和溶液が生成される。

混合物は、容器内部の適切な経路を通り、容器の成長区域に流入し、成長区域でアスファルテンが沈殿する。ここでもまた、成長核としては、容器内にすでに存在するアスファルテン粒子が利用可能である。混合要素と容器とが構造的に分離した配置の場合のように、アスファルテン粒子を含む流れの循環は、容器の成長区域と混合要素との間で行われる。

総じて、アスファルテン粒子を含む流れを、容器の成長区域と混合要素との間で循環させることによって、当該混合要素が別個の部材として構成されているか、又は、容器の内部に配置されているかに関わらず、アスファルテンの目標を定めた析出のため、及び、同時に、ファウリングによるクラスト形成を防止するために、石油含有燃料の脱歴に必要な大きな表面積を供給することが可能になる。

容器の成長区域内で成長するアスファルテン粒子は、粒径に応じて分類される。容器に接続された分類装置によって、固体粒子を、目標を定めて蓄積することが可能であり、それによって、析出速度と、分離の際の浄化性能とが増大する。

可能な限り最良な分離性能を得るためには、複数の分離段を含む分類装置を用いることが特に有利である。本発明において、分離段とは、特に、アスファルテン粒子をその粒径に応じて、目標を定めて分離することを可能にする構造部材であると理解されるべきである。

使用される分離段それぞれは、好ましくは、液体遠心分離機として構成されている。液体遠心分離機は、液状混合物のための遠心分離機である。液体遠心分離機を用いて、懸濁液に含まれる固体粒子が分離又は分類され得る。容器から排出され、大きなアスファルテン粒子が蓄積された第１の部分流は、液体遠心分離機を通るように誘導され、その際、大きなアスファルテン粒子が、母液から分離される。

液体遠心分離機の使用は、この場合有利である。なぜなら、液体遠心分離機は、可動部分を有さない容器から構成されており、第１の部分流の滞留時間が短いので、小さい体積を有しているからである。本発明の代替的な態様によると、分離段として、液体遠心分離機の代わり、又は、それに加えて、デカンタ、及び／又は、自浄式エッジギャップフィルタが用いられる。

好ましくは、分類のために用いられる分類装置は、大きなアスファルテン粒子を第１の部分流から分離するための第１の分離段を含んでいる。第１の部分流を第１の分離段に供給するために、容器は、第１の排出導管を介して、第１の分離段の供給導管と流体的に接続されていると合理的である。容器の第１の排出導管は、好ましくは、容器の底部に配置されているので、第１の部分流は、容器の底部において排出され、第１の分離段に供給される。

第１の分離段内部での分離は、予め設定された分離粒径を考慮して行われる。その平均直径が、予め設定された分離粒径よりも大きいアスファルテン粒子は、プロセスから排出されて除去される。つまり、分離粒径が２５μｍの場合、平均直径が２５μｍよりも大きい粒子が排出される。

大きなアスファルテン粒子が除去された第１の戻り流れを再循環させるために、第１の分離段は、有利には、再循環導管を介して、容器の供給導管に流体的に接続されている。言い換えると、大きなアスファルテン粒子の分離によって、その大きさが、設定された分離粒径を下回るアスファルテン粒子を含む戻り流れが形成される。当該戻り流れは、容器に再循環され、戻り流れに依然として含まれるアスファルテン粒子は、容器内部、又は、容器の成長区域内部において、成長核として用いられる。

第１の分離段に、処理装置が流体的に後置されていると合理的である。処理装置として、例えば遠心分離機が使用可能であり、遠心分離機を用いて、第１の分離段で分離された大きなアスファルテン粒子が最終的に分離され、付着していた母液から取り除かれ、分離プロセスから除去される。これらの大きなアスファルテン粒子は、例えば道路工事での作業等の、さらなる用途に供給され得る。

第２の部分流から、小さなアスファルテン粒子を分離するために、分類装置は、好ましくは第２の分離段を含んでいる。容器は、第２の部分流を第２の分離段に供給するために、有利には、第２の排出導管を介して、第２の分離段の供給導管に流体的に接続されている。容器の第２の排出導管は、容器のヘッド部に配置されていると合理的であり、それによって、第２の部分流が、容器のヘッド部から第２の分離段に供給される。

容器の第２の排出導管を通じて排出された第２の部分流に含まれるアスファルテン粒子は、第２の分離段内部で、溶液から分離される。最終的に分離されるほどには十分に成長していない小さな粒子は、プロセスに留められる。そのためには、特に、第２の分離段が、小さなアスファルテン粒子が蓄積した第２の戻り流れを再循環させるために、再循環導管を介して、容器の供給導管に接続されていると有利である。小さなアスファルテン粒子は、容器に戻され、当該容器においてさらに成長し得る。

第２の分離段には、処理装置が流体的に後置されていると合理的である。小さなアスファルテン粒子を第２の部分流から分離する際に、アスファルテン粒子が殆ど含まれていない浄化流が生じる。この浄化流は、排出流として、第２の分離段から処理装置に供給される。処理装置は、例えば、溶媒処理装置として構成可能であり、当該処理装置内では、溶媒、又は、アスファルテンに関するいわゆる「逆溶剤」である、使用された短鎖アルカンが、気化によって回収され得る。このようにして再生された溶媒は、再びプロセスに供給され、再び脱歴のために使用され得る。

別の好ましい態様では、容器は、アスファルテン粒子をその粒径に応じて分類するように構成されている。好ましくは、そのために、容器は、分類区域を含んでおり、分類区域内部では、アスファルテン粒子は、その粒径に応じて分類される。従って、分類区域は、容器に組み込まれており、合理的には、当該容器の周縁領域に設けられている。組み込まれた分類区域を有する容器を使用する場合、特に、第１の分離段を使用しないという可能性が存在する。なぜなら、大きな粒子を分類して排出するということは、すでに、容器の構造及び容器内部での流れの経路によって実現しているからである。

自明のことながら、同様に、上述のような内部の分類機能を有する容器に加えて、アスファルテン粒子のさらなる分離を可能にする外部の分離段を追加的に用いることが可能である。

総じて、このような装置を、発電所の周囲で産業的に用いることが可能である。なぜなら、設備の大きさ、投資費用及び運転費用が、従来の脱歴装置に比べて、明らかに減少しているからである。石油の前処理としての脱歴が可能であり、それによって、１００ｐｐｍより多くのバナジウムを有する重油を、Ｅクラスのガスタービンによるエネルギー生成のために使用することが可能になる。１０ｐｐｍよりもはるかに高いバナジウム濃度を有する原油を、Ｅクラスのガスタービンで用いることも可能である。当該原油は、これまで、マグネシウム阻害剤を大量に用いること、及び、それに伴って、保守作業の費用が膨大になること、によって、経済的に大きな圧力をかけられていた。

さらに、１ｐｐｍのバナジウムを有するアラビアンエクストラライト原油又は１０ｐｐｍを超えるバナジウムを有するアラビアンライト原油等の軽質原油を、非常に効率的ではあるが、傷みやすいＦクラス及びＨクラスのガスタービンにおいて用いることも可能である。このような使用は、これまで、無視できないアスファルテン濃度ゆえに、著しく制限されてきており、０．５ｐｐｍを超えるバナジウム濃度では、完全に不可能であった。

本発明によると、本発明の第２の課題は、アスファルテンを石油含有燃料から分離するための方法によって解決され、石油含有燃料は、混合要素を用いて、溶媒と集中的に混合され、混合プロセスの間に、アスファルテンで過飽和にされた溶液が生成され、過飽和は、容器内で過飽和溶液からアスファルテンを分離することによって解消され、当該容器の成長区域内に存在するアスファルテン粒子は、過飽和溶液から析出したアスファルテンによって成長し、成長区域において成長したアスファルテン粒子は、分類装置を用いて、その粒径に応じて分類され、アスファルテン粒子を含む流れは、容器の成長区域と混合要素との間を循環する。

アスファルテン粒子を含む流れの循環によって、すでに、浄化されるべき石油含有燃料と溶媒とを混合する際に、成長核として用いられるアスファルテン粒子が供給されている。その際、新しい微細粒子が形成されるのではなく、すでに存在するアスファルテン粒子が成長する。このような微細粒子の形成は、プロセスを開始する際、すなわち設備が始動する際に、一度のみ行われる。これらの微細粒子は、主に、プロセス中に存在する成長核として用いられ、過飽和溶液からのアスファルテン粒子の分離による過飽和の解消を可能にする。

対応して、混合物、すなわちアスファルテンを含む流れの大部分が、循環させられる。さらに、固体粒子、すなわち分離されるべきアスファルテン粒子の、目標を定めた蓄積が、析出速度を高め、浄化性能を改善するために用いられる。

特に有利な態様では、アスファルテン粒子を含む流れは、容器から混合要素に流れる。その際、アスファルテンの分離に必要な粒子が供給される。アスファルテン粒子を含む流れが、混合要素内で、石油含有燃料及び溶媒と混合されると合理的である。

混合の際に、過飽和溶液が生じ、過飽和溶液からアスファルテンが沈殿し、成長核として機能するアスファルテン粒子の表面上に析出する。好ましくは、アスファルテン粒子を含む流れ、石油含有燃料、及び、溶媒から成る混合物が、容器に供給される。容器内部では、アスファルテン粒子がさらに成長する。

代替的な好ましい態様では、石油含有燃料と溶媒とが、容器内部で混合される。その際、混合要素は、容器内に配置されていると合理的である。石油含有燃料と溶媒とは、容器に直接加えられ、流入箇所において混合される。従って、流入箇所は、好ましくは混合箇所又は混合区域として構成されている。混合は、好ましくは、ロータ−ステータ原理で動作し、高いせん断速度を有する混合要素を用いて行われる。

好ましくは、第１の部分流が、大きなアスファルテン粒子を分離するために、分類装置の第１の分離段に供給される。第１の部分流が、容器の底部において容器から排出され、第１の分離段へ流入すると合理的である。第１の分離段では、特定の、予め設定された分離粒径を超える、大きなアスファルテン粒子が分離され、プロセスから分離され、除去される。

大きなアスファルテン粒子が取り除かれた第１の戻り流れが、容器に供給されると特に有利である。この戻り流れは、第１の分離段の分離粒径を下回るアスファルテン粒子を含んでいる。当該粒子は、容器内部で、新たに成長核として用いられ、容器内部での固体の蓄積を改善する。

第１の部分流から分離した大きなアスファルテン粒子は、処理装置に供給されると合理的である。処理装置は、例えば、遠心分離機として構成可能であり、遠心分離機を用いて、大きな粒子が分離される。分離されたアスファルテン粒子は、道路工事での使用が可能である。

第２の部分流が、小さなアスファルテン粒子の分離のために、分類装置の第２の分離段に供給されると、さらに有利である。第２の部分流が、容器のヘッド部において容器から排出され、第２の分離段に供給されると合理的である。

第２の分離段内部では、主に、小さなアスファルテン粒子が分離され、小さなアスファルテン粒子が蓄積した第２の戻り流れが生じる。好ましくは、小さなアスファルテン粒子が蓄積した第２の戻り流れが、容器に供給される。これらの小さな粒子は、容器の内部でさらに成長する。

小さなアスファルテン粒子が除去された排出流、すなわち、浄化流は、好ましくは処理装置に供給される。その際、排出流が、溶媒回収装置に供給されると好ましく、溶媒回収装置では、溶媒が気化され、再生される。最後に、このような方法で再生された、ペンタン留分等の溶媒は、再び、石油含有燃料との混合に用いられ得る。

本発明のさらなる有利な態様では、アスファルテン粒子は、容器の分類区域内部で、その粒径に応じて分類される。言い換えると、容器は、粒子がその粒径に応じて予め分類される分類装置として機能する。従って、これは、容器内における内部の分類区域であり、当該分類区域は、容器の周縁領域に、静止区域の形で設けられていると合理的である。

装置の好ましい態様について記載された利点は、方法の対応する態様に、意味に即して転用され得る。

以下に、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。示されているのは以下の図である。

混合要素に流体的に接続された容器を有する、アスファルテンを石油含有燃料から分離するための装置を示した図である。 容器の内部に配置された混合要素を有する、アスファルテンを石油含有燃料から分離するためのさらなる装置を示した図である。

図１は、アスファルテンを石油含有燃料３から分離するための装置１を示している。燃料３として、重油が用いられる。重油３は、溶媒５としてペンタンと共に、対応する供給導管７、９を通じて、混合ポンプとして形成された混合要素１１に供給される。混合要素１１内部では、重油３と溶媒５とが、超高速で混合される。

高速の混合によって、準安定性の過飽和溶液が生じ、それによって、重油３とペンタン５との間に相界面が形成されることが回避され、従って、混合プロセスの間にアスファルテン粒子が早期に沈殿することが防止される。

結果として生じる混合物１３は、混合要素１１に流体的に接続された容器１５に供給され、そのために、混合要素１１は、排出導管１７を介して、容器１５の供給導管１９に流体的に接続されている。すでに容器１５への供給の際、すなわち、混合プロセスの完了後、アスファルテンの沈殿プロセスが開始する。溶液から沈殿するアスファルテンは、すでにプロセスに存在するアスファルテン粒子上に析出する。

容器１５内部には、成長区域２３が存在し、成長区域２３において、アスファルテン粒子が成長する。成長の後に行われる分離に必要な、容器１５内部での固体の蓄積は、容器１５内におけるアスファルテン粒子の十分に長い滞留時間によって確実化される。アスファルテン粒子の滞留時間が長いほど、析出速度も高くなり、従って、粒子の分離が改善するので、使用される分離装置１の浄化性能も高くなる。

成長区域２３において成長したアスファルテン粒子を、その粒径に応じて分離するために、容器１５には、分類装置２５が流体的に接続されている。

そのために、分類装置２５は、２つの分離段２７、２９を含んでいる。第１の分離段２７と容器との連結は、容器１５の第１の排出導管３１と、第１の分離段２７の供給導管３３との接続を通じて行われる。導管３１、３３を通じて、第１の分離段２７には、第１の部分流３５が供給される。容器１５の排出導管３１は、その底部３７に接続されている。

液体遠心分離機として構成された第１の分離段２７では、予め設定された２５μｍの分離粒径を超える大きなアスファルテン粒子３９が、プロセスから除去される。アスファルテン粒子３９は、排出導管４１を通じて、処理装置４３に供給された後、道路工事等の、さらなる用途に供され得る。

大きなアスファルテン粒子３９の分離によって、溶液が生じ、当該溶液は、第１の戻り流れ４５として再び容器１５に供給される。ここでは、第１の戻り流れ４５は、その平均直径が２５μｍを下回るアスファルテン粒子のみを含んでいる。戻り流れ４５、すなわち、大きなアスファルテン粒子が取り除かれた部分流の再循環のために、第１の分離段２７には、再循環導管４７が接続されており、再循環導管４７は、容器１５の供給導管４９に流体的に接続されている。ここで、依然として戻り流れ４５に含まれるアスファルテン粒子は、容器１５内部又は容器１５の成長区域２３内部で、成長核として用いられる。

分類装置２５の第２の分離段２９は、第２の部分流５３からの小さなアスファルテン粒子の分離に用いられる。第２の分離段２９に第２の部分流５３を供給するために、容器１５は、第２の排出導管５５を介して、第２の分離段２９の供給導管５７と流体的に接続されている。容器の第２の排出導管５５は、そのヘッド部５９に配置されている。

第２の部分流５３は、主に、小さなアスファルテン粒子５１を含んでおり、アスファルテン粒子５１は、プロセス内でさらに成長することができるように、プロセスに留められるべきである。対応して、同じく液体遠心分離機として構成された第２の分離段２９では、平均直径が５μｍを超えるアスファルテン粒子５１が、液体から分離され、容器１５内に戻される。小さなアスファルテン粒子５１が蓄積した第２の戻り流れ６１の再循環は、第２の分離段２９の再循環導管６３と容器１５の供給導管６５との接続を通じて行われる。

さらに、第２の分離段２９にも、処理装置６７が、流体的に後置されている。処理装置６７には、第２の分離段２９に接続された排出導管６９を通じて、アスファルテン粒子５１の分離の際に生じる排出流７１、すなわち浄化流が供給される。処理装置６７内部では、溶媒５が回収され、再び混合要素１１に供給され得る。

容器１５内部には、プロセスの間に、平均直径が５μｍから２５μｍの範囲であるアスファルテン粒子７３が存在しており、当該アスファルテン粒子は、回路７５に誘導され得る。容器１５に接続された再循環導管７７を通じて、当該アスファルテン粒子７３を有する部分流７９は、混合要素１１に供給される。

そのために、容器１５の再循環導管７７は、混合要素１１の供給導管８１に接続されている。すなわち、混合要素１１には、重油３のための供給導管７及びペンタン５のための供給導管９に加えて、アスファルテンの析出のための成長核の供給又は循環を確実にする供給導管８１も接続されている。

循環する部分流７９に含まれるアスファルテン粒子７３によって、すでに、石油含有燃料３と溶媒５との混合の時点で、アスファルテンのための成長核が利用可能である。過飽和溶液、すなわち混合物１３に含まれるアスファルテンは、すでに存在するアスファルテン粒子７３上にのみ析出し、当該粒子上で成長する。言い換えると、石油含有燃料３と溶媒５とを混合したほぼ直後に生じる沈殿を、混合要素１１と容器１５の成長区域２３との間におけるアスファルテン粒子の循環によって、目標を定めて制御することができる。

容器１５内部には、さらに、分類区域８３を形成することが可能であり、当該分類区域は、第１の分離段２７の代わりに、又は、第１の分離段２７に加えて、大きなアスファルテン粒子を分離する。ここでは、容器１５内部での分類区域８３の位置は、矢印で示されている。

図２は、別の装置９１を示しており、当該装置は同様に、本発明では溶媒９３としてヘキサンを用いた、石油含有燃料３からのアスファルテンの分離に用いられる。

装置９１の、図１に係る装置１に対する構造的な相違点は、図１に係る装置１の場合にように、使用される混合要素９５が、容器９７に前置されているのではなく、容器９７の内部に配置されていることにある。

混合要素９５が容器９７内に配置されている場合、重油３と、溶媒９３又は石油含有燃料３に含まれるアスファルテンに対する「逆溶剤」とは、供給導管９９、１０１を通じて、容器９７に直接加えられる。混合は、容器９７内部で、その壁面１０３に形成された混合区域１０５において、内部の混合ポンプとして形成された混合要素９５を用いて、重油３及び溶媒９３が流入する際、すぐに行われる。混合要素９５によって、両方の成分３、９３の、必要な超高速の混合が確実化される。

混合の結果として生じる混合物１０９は、容器９５内の適切な経路を通って、容器９５の成長区域１１１に流入し、当該成長区域において、アスファルテンが沈殿するか、又は、すでに沈殿しているアスファルテン粒子がさらに成長する。ここでも、当該アスファルテン粒子の成長核としては、容器９５内にすでに存在する、平均的な大きさのアスファルテン粒子１１３が利用できる。

従って、混合要素９５と成長区域１１１との間では、経路を用いて、同じくアスファルテン粒子１１３を含む部分流１１５が循環している。アスファルテン粒子１１３は、成長核として表面を供給し、当該表面は、アスファルテンの析出を促進し、同時に、対応して脱歴に用いられる装置１の、析出に起因する壁面、配管等の汚染を防止する。

図１の場合のように、容器９７は、位置が矢印で示されている分類区域１１７を有するように構成可能であり、当該分類区域は、第１の分離段２７に代わって、又は、第１の分離段２７に加えて、大きなアスファルテン粒子の分類に用いられる。

装置９１に含まれる、さらなる構成要素の機能に関しては、図１に係る装置１の詳細な説明が、図２に係る装置９１に転用され得る。

１ 装置
３ 石油含有燃料
５ 溶媒
７、９ 供給導管
１１ 混合要素
１３ 混合物
１５ 容器
１７ 排出導管
１９ 供給導管
２３ 成長区域
２５ 分類装置
２７ 第１の分離段
２９ 第２の分離段
３１ 第１の排出導管
３３ 供給導管
３５ 第１の部分流
３７ 底部
３９ アスファルテン粒子
４１ 排出導管
４３ 処理装置
４５ 第１の戻り流れ
４７ 再循環導管
４９ 供給導管
５１ アスファルテン粒子
５３ 第２の部分流
５５ 第２の排出導管
５７ 供給導管
５９ ヘッド部
６１ 第２の戻り流れ
６３ 再循環導管
６５ 供給導管
６７ 処理装置
６９ 排出導管
７１ 排出流
７３ アスファルテン粒子
７５ 回路
７７ 再循環導管
７９ 部分流
８１ 供給導管
８３ 分類区域
９１ 装置
９３ 溶媒
９５ 混合要素
９７ 容器
９９、１０１ 供給導管
１０３ 壁面
１０５ 混合区域
１０９ 混合物
１１１ 成長区域
１１３ アスファルテン粒子
１１５ 部分流
１１７ 分類区域

Claims (30)

1. 石油含有燃料（３）からアスファルテンを分離するための装置（１、９１）であって、
   前記石油含有燃料（３）を溶媒（５、９３）と集中的に混合し、アスファルテンで過飽和にされた溶液を生成するための混合要素（１１、９５）と、過飽和溶液からアスファルテンを分離することによって過飽和を解消するための容器（１５、９７）と、前記容器（１５、９７）内部に形成された、前記過飽和溶液から析出したアスファルテンによって、存在するアスファルテン粒子を成長させるための成長区域（２３、１１１）と、前記容器（１５、９７）に流体的に接続された、前記成長区域（２３、１１１）において成長したアスファルテン粒子を、その粒径に応じて分類するための分類装置（２５）と、を含んでおり、
   前記容器（１５、９７）は、アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）が、前記混合要素（１１、９５）と前記容器（１５、９７）の前記成長区域（２３、１１１）との間を循環するように設計され、調整されている装置（１、９１）。
2. アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）の循環のための前記容器（１５、９７）が、前記混合要素（１１、９５）と流体的に接続されている、請求項１に記載の装置（１、９１）。
3. 前記混合要素（１１、９５）が、排出導管（１７）を介して、前記容器（１５、９７）の供給導管（１９）と流体的に接続されている、請求項１又は２に記載の装置（１、９１）。
4. 前記容器（１５、９７）が、再循環導管（７７）を介して、前記混合要素（１１、９５）の供給導管（８１）と流体的に接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
5. 前記混合要素（１１、９５）が、前記容器（１５、９７）の内部に配置されている、請求項１に記載の装置（１、９１）。
6. 前記分類装置（２５）が、大きなアスファルテン粒子を第１の部分流（３５）から分離するために、第１の分離段（２７）を含んでいる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
7. 前記容器（１５、９７）が、前記第１の分離段（２７）に前記第１の部分流（３５）を供給するために、第１の排出導管（３１）を介して、前記第１の分離段（２７）の供給導管（３３）と流体的に接続されている、請求項６に記載の装置（１、９１）。
8. 前記容器（１５、９７）の前記第１の排出導管（３１）が、その底部（３７）に配置されている、請求項７に記載の装置（１、９１）。
9. 前記第１の分離段（２７）が、大きなアスファルテン粒子が取り除かれた第１の戻り流れ（４５）の再循環のために、再循環導管（４７）を介して、前記容器（１５、９７）の供給導管（４９）と流体的に接続されている、請求項６から８のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
10. 前記第１の分離段（２７）には、処理装置（４３）が、流体的に後置されている、請求項６から９のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
11. 前記分類装置（２５）が、小さなアスファルテン粒子を第２の部分流（５３）から分離するために、第２の分離段（２９）を含んでいる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
12. 前記容器（１５、９７）が、前記第２の部分流（５３）を前記第２の分離段（２９）に供給するために、第２の排出導管（５５）を介して、前記第２の分離段（２９）の供給導管（５７）と流体的に接続されている、請求項１１に記載の装置（１、９１）。
13. 前記容器（１５、９７）の前記第２の排出導管（５５）が、そのヘッド部（５９）に配置されている、請求項１２に記載の装置（１、９１）。
14. 前記第２の分離段（２９）が、小さなアスファルテン粒子が蓄積された第２の戻り流れ（６１）の再循環のために、再循環導管（６３）を介して、前記容器（１５、９７）の供給導管（６５）に接続されている、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
15. 前記第２の分離段（２９）には、処理装置（６７）が、流体的に後置されている、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
16. 前記容器（１５、９７）が、アスファルテン粒子をその粒径に応じて分類するための分類区域（８３、１１７）を含んでいる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置（１、９１）。
17. アスファルテンを石油含有燃料（３）から分離するための方法であって、
    前記石油含有燃料（３）は、混合要素（１１、９５）を用いて、溶媒（５、９３）と集中的に混合され、混合プロセスの間に、アスファルテンで過飽和にされた溶液が生成され、過飽和は、容器（１５、９７）内で過飽和溶液からアスファルテンを分離することによって解消され、前記容器（１５、９７）の成長区域（２３、１１１）内に存在するアスファルテン粒子は、前記過飽和溶液から析出したアスファルテンによって成長し、前記成長区域（２３、１１１）において成長したアスファルテン粒子は、分類装置（２５）を用いて、その粒径に応じて分類され、アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）は、前記容器（１５、９７）の前記成長区域（２３、１１１）と前記混合要素（１１、９５）との間を循環する、方法。
18. アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）が、前記容器（１５、９７）から前記混合要素（１１、９５）に流入する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）が、前記混合要素（１１、９５）内で、前記石油含有燃料（３）及び前記溶媒（５、９３）と混合される、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記アスファルテン粒子を含む流れ（７９、１１３）と、前記石油含有燃料（３）と、前記溶媒（５、９３）と、から成る混合物が、前記容器（１５、９７）に供給される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記石油含有燃料（３）と前記溶媒（５、９３）とが、前記容器（１５、９７）内部で混合される、請求項１７に記載の装置（１、９１）。
22. 第１の部分流（３５）が、大きなアスファルテン粒子を分離するために、前記分類装置（２５）の第１の分離段（２７）に供給される、請求項１７から２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記第１の部分流（３５）が、前記容器（１５、９７）の底部（３７）において、前記容器（１５、９７）から排出される、請求項２２に記載の方法。
24. 大きなアスファルテン粒子が取り除かれた第１の戻り流れ（４５）が、前記容器（１５、９７）に供給される、請求項１７から２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記第１の部分流（３５）から分離された大きなアスファルテン粒子が、処理装置（４３）に供給される、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 第２の部分流（５３）が、小さなアスファルテン粒子の分離のために、前記分類装置（２５）の第２の分離段（２９）に供給される、請求項１７から２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記第２の部分流（５３）が、前記容器（１５、９７）のヘッド部（５９）において、前記容器（１５、９７）から排出される、請求項２６に記載の方法。
28. 小さなアスファルテン粒子が蓄積された第２の戻り流れ（６１）が、前記容器（１５、９７）に供給される、請求項１７から２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 小さなアスファルテン粒子が除去された排出流（７１）が、処理装置（６７）に供給される、請求項１７から２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記アスファルテン粒子が、前記容器（１５、９７）の分類区域（８３、１１７）内部で、その粒径に応じて分類される、請求項１７から２９のいずれか一項に記載の方法。

Images