JP4861088B2

JP4861088B2 - 重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法

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Publication number: JP4861088B2
Application number: JP2006208122A
Authority: JP
Inventors: 宏和高橋; 浩二西田; 修横田; 真一稲毛; 林　　明典; 慎介小久保; 信幸穂刈
Original assignee: Hitachi Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008031346A

Description

本発明は、重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法に関する。

水を高温高圧化した高温高圧水は誘電率が低くなるために水に溶解しない有機物を混入でき、また、高温で分子運動が激しい水分子を高圧により高密度にするために有機物の水分解や酸化剤の存在下で酸化分解する反応に適した反応溶媒となる。

よって、これらの特徴を活用して高温高圧水を用いた有機廃棄物処理や、その水熱反応を利用して重質油を改質し改質燃料を生成する改質技術が研究されている。

高温高圧水による水熱反応を利用した重質油改質装置では、反応容器内に重質油と高温高圧の水との混合流体を供給し、水熱反応によって重質油を重質分と改質分に分離することでバナジウム等の金属が含まれない改質燃料として利用可能な軽質分を生成することができる。

ところで、重質油改質装置においては反応容器の内部での水熱反応で生成した軽質分は反応容器の上部から抜き出されて燃料供給系統に供給され、軽質分より下部に溜まる重質分は反応容器の下部から抜き出されて排出されるが、重質油の組成の違いで重質分と改質分の割合が変化するので反応容器の内部に溜まる重質分の液位が大きく変化する。

また、反応容器の内部に溜まる重質分の液位が大幅に変動により反応容器の内部に重質分が滞留する滞留時間も変動して、滞留時間が長くなると重質分の一部がコークスとなるコーキングが発生して重質油の改質装置の反応容器や配管系統を閉塞させる可能性がある。

特開２００５−１５４５３６号公報には、反応容器にコークス生成の防止、或いはコークスを除去するため、重質油改質装置に複数基の反応容器を設置して洗浄運転する反応容器と改質運転する反応容器とを交互に切り替えて使用する技術が開示されている。

特開２００５−１５４５３６号公報

重質油改質装置の反応容器の水熱反応によって軽質分と重質分が生成されるが、重質油の組成の違いによって重質分と改質分の割合が変化して反応容器の内部に溜まる重質分の液位が変化する。

反応容器の内部に溜まる重質分の液位が上限の液位より上昇してしまうと反応容器の上部から軽質分と共に重質分が抜け出して軽質分に混入してしまい、改質燃料としての軽質分の品質を低下させる可能性がある。

また、反応容器に溜まる重質分を反応容器の下部から抜き出しすぎると、せっかく生成した軽質分までも重質分と共に反応容器の下部から抜き出されて排出されてしまうことになるので、重質油改質装置で生成する改質燃料としての軽質分の生産量の減少に至る可能性がある。

一方、反応容器の内部に溜まる重質分の液位が大幅に変動すると重質分の滞留時間も変化して重質分の温度が大きく上下するので、重質分中の特に重質な成分が残滓として機器に付着したり、高温反応環境下で重質分の一部が固体炭素、即ちコークスとなるコーキングが発生して反応容器や配管系統を閉塞すると、重質油の改質装置の運転を停止に至らしめるという可能性がある。

コーキングの発生によって重質油の改質装置の反応容器や系統が閉塞すると反応容器や配管系統を解体してコークスを除去した後でないと重質油の改質装置の運転を再開することができない。

よって、ガスタービンを備えた火力発電装置の燃料として重質油の改質装置で生成する軽質分を用いる場合に、重質油の改質装置の運転が停止することが火力発電装置の発電停止に直結するので、発電所の安定した運転を図る火力発電装置を構築する上で大きな障害となり得る。

本発明の目的は、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に大きな変動が生じた場合に、コーキングの発生を防止すると共に反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法を提供することにある。

本発明の重質油の改質装置は、重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油の改質装置において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる液位を検出する検出手段を備え、反応容器の内部に溜まった重質分を回収する重質分抜出器を反応容器の外部に設置し、反応容器から重質分抜出器への重質分の排出操作を行う反応容器出口弁、及び重質分抜出器に収容された重質分を系外に排出する排出操作を行う重質分抜出弁を夫々備え、検出手段で検出された反応容器の内部に溜まった重質分の液位に基づいて反応容器出口弁及び重質分抜出弁の開閉操作を行う制御装置を備え、重質分の液位を検出する検出手段は反応容器に配設された温度計を備え、温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面を加熱或いは冷却する温度調節装置を備えたことを特徴とする。

また、本発明の重質油改質装置の運転方法は、重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油改質装置の運転方法において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる重質分の液位を反応容器に配設された温度計によって検出し、反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位に上昇したことを検出した場合に反応容器の内部に溜まった重質分を排出して反応容器の外部に設置した重質分抜出器に回収する操作を行い、次に重質分の排出によって反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位より下降したことを検出した場合に反応容器の内部から重質分を重質分抜出器に排出する操作を停止し、しかる後に重質分抜出器に回収された重質分を系外に排出する操作を行うようにすると共に、温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面を加熱或いは冷却する温度調節装置を用いて温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面温度を調節しておくことを特徴とする。

本発明によれば、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に大きな変動が生じた場合に、コーキングの発生を防止すると共に反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油の改質装置の運転方法を提供できるという効果を奏する。

次に、本発明の実施例である重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法について図面を参照して以下に説明する。

本発明の一実施例である重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法について図１を用いて説明する。

本実施例では、重質油改質装置の運転時に重質分と改質分を分離する反応容器で、反応容器中に溜められた重質分が改質分と一緒に反応容器の上部から溢れることを防止するための機器の構成およびそれらを用いた運転方法について説明する。

図１及び図２において、本実施例の重質油の改質装置では重質油改質装置１を構成する重質油の供給系統は、重質油１１aを貯蔵する重質油タンク３３と、該重質油タンク３３の重質油１１aを１３〜３０ＭＰaに加圧して送給する重質油ポンプ３１と、該重質油ポンプ３１から送給された重質油１１aを３５０℃に加熱する重質油加熱器４１と、この重質油加熱器４１で加熱された高温高圧の重質油１１aを供給する配管１０１を備えている。

ここで、重質油１１aはＡ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、オイルサンド、オイルシェール、ビチューメンおよびそれらと同等の粘性率を持つ燃料である。

一方、重質油改質装置１を構成する水の供給系統は、水１２aを貯蔵する水タンク３２と、該水タンク３２の水１２aを１３〜３０ＭＰaに加圧して送給する水ポンプ３０と、該水ポンプ３０から送給された水１２aを４５０℃まで加熱する水加熱器４０と、この水加熱器４０で加熱された高温高圧の水１２aを供給する配管１０２を備えている。

そして、前記重質油１１a及び水１２aは、配管１０１と配管１０２との接続点に設けられた重質油の改質装置１を構成する混合器４３に流入して重質油１１aと水１２aが混合した高温高圧の混合流体１３aとなり、配管１０３を通して流下して重質油改質装置１を構成する予熱器４２に流入する。

１３〜３０ＭＰaに昇圧された混合流体１３aは、この予熱器４２によって所望の温度である４００〜４８０℃に加熱され、配管１０４を通じて流下し、重質油改質装置１を構成する加熱ヒータ２０を備えた反応容器１００に流入する。

前記反応容器１００では加熱ヒータ２０で外部から加熱することによって、１３〜３０ＭＰaに昇圧された混合流体１３aの温度を所望の４００〜４８０℃に保持しており、この反応容器１００の内部にて重質油１１aと水１２aとの混合流体１３aは、圧力１３〜３０ＭＰa、温度４００〜４８０℃の高温高圧状態下の水熱反応によって重質油１１aを分解して改質されて改質燃料である軽質分１５aと、この軽質分１５aが分離した残りの重質分１６aとが生成される。

前記反応容器１００の内部の圧力は配管１０６を通じて反応容器１００と連通した減圧器５４と、配管１０６に設けた減圧バルブ１２を操作することによって調整される。

ここで、減圧器５４にはオリフィスを用い、反応容器１００の圧力変動を減圧バルブ１２の微小開閉によって抑制している。

水加熱器４０、重質油加熱器４１、予熱器４２、反応容器１００で水１２a及び重質油１１aを加熱する手段として、本実施例では電気ヒータを用いるが、高温蒸気との熱交換器を用いて水１２a及び重質油１１aを加熱しても良いし、重質油１１aを燃焼して得られた燃焼ガスを用いて加熱しても良い。

そして、反応容器１００の内部で生成され、金属類を除去された改質燃料の軽質分１５aは、配管１０６を通じて抜出され、配管１０６に設けた減圧バルブ１２で減圧された後に配管１０６が連通する減圧器５４に流入して減圧され、更に減圧器５４の下流にある気液分離器５５に供給されて０．１ＭＰaの圧力に減圧される。

前記の気液分離器５５では、この改質燃料の軽質分１５aを減圧して水蒸気、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等を含んだ炭化水素ガスの軽質ガス１７aと、液化した成分の軽質油１８aとに分離する。

気液分離器５５で分離された改質ガス１７aは重金属のバナジウムを含んでいないため、配管１０７を通じて供給され、配管１０７に備えられた流量制御バルブ１５によって流量を制御されて、火力発電設備を構成するガスタービン装置の燃焼器６４に燃料として供給される。

一方、気液分離器５５で分離された軽質油１８aは、配管１０８を通じて改質油タンク５６に供給され、燃料として貯蔵される。

改質ガス１７a及び軽質油１８aの用途としてはガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等の燃料に使用することが考えられる。

反応容器１００の内部で改質燃料の軽質分１５aを配管１０６を通じて外部に取り出した残りの重質分１６aは、高温高圧の水に溶解、混合せずに反応容器１００の内部に溜まり、重質油中に含まれる金属類は重質分１６aに濃縮されて反応容器１００の内部の底部に沈降する。

重質油中に含まれる金属類は重質分１６aに濃縮されて反応容器１００の内部の底部に沈降しているので、制御装置２００からの指令によって反応容器出口バルブ１３を開弁して、反応容器１００の内部に沈降した重質分１６aを配管１０５を通じて重質分抜出器５２の内部に排出する。

重質分抜出器５２には圧力計９６を設けてあり、反応容器１００の底部から重質分１６aを重質分抜出器５２の内部に排出させるための反応容器出口バルブ１３の開弁操作によって、重質分抜出器５２の内部の圧力が反応容器１００の圧力と同じ圧力になったことを圧力計９６によって確認した後に制御装置２００からの指令により反応容器出口バルブ１３を閉弁する。

次に制御装置２００からの指令によって重質分抜出器５２の下流側の配管１０９に設けた重質分抜出バルブ１４を開弁して、重質分抜出器５２の内部に排出した重質分１６aを配管１０９を通じて系外に抜出す。

本実施例では、重質分抜出器５２の内部に排出した重質分１６aは重質分抜出バルブ１４の開弁によって配管１０９を通じて重質分回収器５３に排出して回収している。

反応容器１００には高温高圧の重質油１１aと高温高圧の水１２aとの混合流体１３aが供給され、高温高圧状態下の反応容器１００の内部で混合流体の重質油１１aを水熱反応させることによって分解して改質燃料の軽質分１５aと、この軽質分１５aが分離した残りの重質分１６aとを生成する。

そこで、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位の検出と、重質分１６aの液位の上昇により重質分１６aが改質燃料の軽質分１５aに混入することを防止するために配管９５を設け、この配管９５の一端を反応容器１００の内部に配設すると共に配管９５の他端を気液分離器５に接続するように配設した。

反応容器１００の内部に配設した配管９５の端部位置は、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位の上限位置に設定しておく。

配管９５の途中にはオリフィス９１を設置し、更にオリフィス９１の前後の差圧を計測するための差圧計９２を設置する。

更に、上記した構成の重質油の改質装置１に制御装置２００を設置して、配管９５に設けた差圧計９２で検出した差圧の検出信号を制御装置２００に入力させる。

この制御装置２００では差圧計９２で検出した差圧の検出信号に基づいて、弁を開閉する操作信号を重質分抜出器５２の上流側の配管１０５に設けた反応容器出口バルブ１３及び重質分回収器５３の下流側に設けた重質分抜出バルブ１４に夫々出力するように構成されている。

そして、反応容器１００の内部では高温高圧の重質油１１aと高温高圧の水１２aとを水熱反応させて重質油１１aを分解して改質燃料の軽質分１５aと、軽質分１５aが分離した残りの重質分１６aとを生成するが、重質油１１aの水熱反応の継続に比例して重質分１６aが反応容器１の内部に溜まり、その液位が上昇する。

反応容器１の内部で重質分１６aの液位が上昇すると、溜まった重質分１６aが反応容器１の内部に配設された配管９５の一端から配管９５の内部に流れ込むので、重質分１６aはオリフィス９１を介して配管９５の他端が接続された気液分離器５５に流入する可能性がある。

そこで、配管９５にオリフィス９１とオリフィス９１の差圧を計測する差圧計９２とを設け、配管９５の内部に重質分１６aが流入した場合には軽質分１５aが流れる場合よりも重質分１６aの方が粘性が大きくオリフィス９１を流れる差圧が大きくなるのを利用して、この差圧計９２による差圧の検出信号に基づいて検出した差圧の検出信号が重質分１６aに対応した差圧の値を検出すれば、重質分１６aの液位が上限の水位以上に上昇して配管９５に重質分１６aが流入したことが検知できる。

上述した反応容器１００における高温高圧の重質油と高温高圧の水との水熱反応によって生成して反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位管理の方法について図２及び図３を加えて説明する。

図２は図１に示した重質油の改質装置１を構成する反応容器１００及び反応容器１００を含む周辺の機器の構成を示している。

図３は図１及び図２に示した重質油の改質装置１を構成する反応容器１００に溜まった重質分の液面上昇に伴う反応容器１００の周辺の機器を制御装置２００によって操作する操作状況を示している。

図１乃至図３において、高温高圧の重質油と高温高圧の水との混合流体１３aは配管１０４を通じて反応容器１００に供給される。

反応容器１００の内部は加熱ヒータ２０で外部から加熱することによって１３〜３０ＭＰaに昇圧された混合流体１３aの温度を所望の４００〜４８０℃の温度に保持しており、この反応容器１００の内部にて重質油１１aと水１２aとの混合流体１３aは、前記の高温高圧状態下での水熱反応によって重質油１１aを分解し、改質されて改質燃料である軽質分１５aと、この軽質分１５aが分離した残りの重質分１６aとに分離されて生成する。

反応容器１００の内部で生成した重質分１６aは反応容器１００の下部に沈降するので、反応容器出口バルブ１３を開閉することにより重質分抜出器５２へ排出して除去される。

一方、改質分１２aは減圧バルブ１２を介して配管１０６を通じて気液分離器５５へ供給される。

反応容器１００の内部に一端が開口するように配設された配管９５は、管路途中にオリフィス９１を設け、配管９５の他端は気液分離器５５に接続されている。

また、オリフィス９１の前後の差圧を計測するために差圧計９２を配管９５に設置して、この差圧計９２で検出した差圧の検出信号を制御装置２００に入力している。

反応容器１００の内部では水熱反応によって重質油１１aが分解されて改質した軽質分１５aと、の軽質分１５aの下方に溜まる重質分１６aとが生成されるが、反応容器１００に溜まった重質分１６aの生成が進んで重質分１６aの液位が配管９５の一端の入口高さである上限の所定の水位Ｌにまで上昇すると、重質分１６aは配管９５に流入するので重質分１６aの液位の上昇が続けば最終的にはオリフィス９１を通過して重質分１６aが気液分離器５５に流入するに至る。

配管９５に流入した重質分１６aが配管９５に設けたオリフィス９１を通過する際に、オリフィス９１での前後の差圧は軽質分１５aに比較して重質分１６aの方が粘性が大きいのでオリフィス９１の前後の差圧は上昇する。

よって、オリフィス９１に設けた差圧計９２によって重質分１６aに対応した高い値に上昇した差圧を検出できれば、配管９５の内部への重質分１６aの流入、即ち、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aが上限の水位Ｌにまで上昇したのが検出されることになる。

図３に反応容器１００に溜まった重質分の液面上昇に伴う反応容器１００の周辺の機器を制御装置２００によって操作する操作状況を示したように、制御装置２００では差圧計９２で検出したオリフィス９１を通過する流体の差圧を重質分１６aに対応した設定値ｄＰと比較し、差圧計９２で検出した流体の差圧が設定値ｄＰに達した場合には重質分１６aの液位が急上昇して所定の上限の液位Ｌに到達し、重質分１６aが配管９５に流入したものと判断して、重質分抜出バルブ１４を開弁状態から切り替えて閉弁するように操作信号を出力して重質分抜出バルブ１４を閉弁する。

次に、制御装置２００では重質分抜出バルブ１４が閉弁したことを確認した後に、反応容器出口バルブ１３を閉弁状態から切り替えて開弁するように操作信号を出力して反応容器出口バルブ１３を開弁し、反応容器１００の内部に溜まり底部に沈降した重質分１６aを配管１０５を通じて重質分抜出器５２の内部に排出させる。

次に、制御装置２００では、反応容器１００の内部に溜まり底部に沈降した重質分１６aを重質分抜出器５２に排出させることによって反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位が所定の水位Ｌから下降した場合に、重質分抜出器５２に設けた圧力計９６によって重質分抜出器５２の内部の圧力が反応容器１００の圧力と同等になったことを確認し、その後に指令信号を出力して反応容器出口バルブ１３を閉弁し、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位が配管９５への流入を開始する上限の液位Ｌに再び到達するまで配管１０５を通じて重質分抜出器５２に排出されることを防止する。

そして、次に制御装置２００では指令信号を出力して重質分抜出バルブ１４を開弁し、重質分抜出器５２の内部に排出された重質分１６aを重質分回収器５３に抜き出して回収する。

上記した制御装置２００に基づいた反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉操作によって、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位が低下して配管９５に設けた差圧計９２による差圧の検出信号が設定値ｄＰを下回るまで、上記の動作が繰り返される。

差圧計９２による差圧の検出信号が設定値ｄＰよりも低下した後は制御装置２００によって反応器出口バルブ１３は閉弁の状態を、重質分抜出バルブ１４は開弁の状態を夫々維持する。

ところで、重質分抜出器５２の容量が反応容器１００の容量に比較して小さい場合は、反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉制御による反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの排出操作を複数回繰り返し行なって重質分１６aを排出する必要がある。

この場合、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの排出操作は、重質分抜出器５２で収容できる重質分１６aの容量毎に区分けして前述した反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉制御を繰り返して行なって反応容器１００から重質分１６aを排出するようにすればよい。

図３に示した反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉制御は、丁度、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aを小容量に区分して複数回繰り返し行なって重質分１６aを排出する状況を示している。

また、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位が上昇して配管９５に設けた差圧計９２による差圧の検出信号が再度、設定値ｄＰを越えたことを確認した後には、上述したように重質分抜出バルブ１４を閉弁し、反応容器出口バルブ１３を開弁する制御操作を制御装置２００によって行う操作を繰り返す。

尚、反応容器１００の内部から配管９５を通じて気液分離器５５に重質分１６aが流入する量を極力少なくするために、配管９５の内径は細くすると良い。

また、配管９５の内径が細くて配管の圧力損失が大きい場合にはオリフィス９１を省略することも可能であり、オリフィス９１もフィルタによって代用することが可能となる。

差圧計９２の設定値ｄＰはオリフィス９１や配管９５の圧力損失によって変化するため、任意に設定することができる。

差圧計９２の測定レンジに合わせるように、重質分１６aの粘性とオリフィス９１の内径から設定値ｄＰを決定することが望ましい。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に変動が生じた場合に、反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できるという効果を奏する。

本発明の他の実施例である重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置及び重質油の改質装置の運転方法について図４及び図５を用いて説明する。

本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例である重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置とは基本構成とその制御操作が共通しているので、共通の構成と制御操作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

図４及び図５に示した本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例の重質油の改質装置と相違して、反応容器１００の周辺機器である反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位の検出と、重質分１６aの液位の上昇により重質分１６aが改質燃料の軽質分１５aに混入することを防止するために、反応容器１００の内部に配設され気液分離器５に接続した配管９５は備えられていない。

更に、本実施例では配管９５に設置されるオリフィス９１及び差圧計９２も備えられていない。

図５は図４に示した重質油の改質装置１を構成する反応容器１００に溜まった重質分の液面上昇に伴う反応容器１００の周辺の機器を制御装置２００によって操作する操作状況を示している。

本実施例では反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの温度を直接、或いは間接的に測定するために熱電対の温度計９３が反応容器１００に設置しており、この温度計９３で検出した温度の検出信号は制御装置２００に入力されるように構成されている。

制御装置２００では温度計９３で検出した温度の検出信号に基づいて、弁を開閉する操作信号を重質分抜出器５２の上流側の配管１０５に設けた反応容器出口バルブ１３及び重質分回収器５３の下流側に設けた重質分抜出バルブ１４に夫々出力するように構成されている。

温度計９３によって反応容器１００の内部の温度を測定した場合、図５の一番上のグラフに示すように反応容器１００の内部の温度は反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位に応じて変動する。

反応容器１００の内部では高温高圧の重質油１１aと高温高圧の水１２aとを水熱反応させて重質油１１aを分解して改質燃料の軽質分１５aと、軽質分１５aが分離した残りの重質分１６aとを生成するが、重質油１１aの水熱反応の継続に比例して重質分１６aが反応容器１の内部に溜まり、その液位が上昇する。

反応容器１の内部に溜まった重質分１６aの液位が上昇すると反応容器１００の内部の温度が上昇し、逆に重質分１６aの液位が減少すると反応容器１００の内部の温度も低下する。

これは軽質分１５aに比較して重質分１６aの方が高密度であるため熱伝導率が高いためである。

このことから、反応容器１００の内部に温度計９３を設置して温度を検出するようにすれば、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの液位の位置を測定、或いは推定することができる。

特に、温度計９３の位置を反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位の上限位置Ｌに設置しておけば、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの液位が上昇して温度計９３の位置と一致する液位の上限位置Ｌに達し、重質分１６aが温度計９３に直接接触すると、温度計９３で検出される温度の検出信号の値が急上昇する。

そこで、制御装置２００では温度計９３で検出される温度検出信号の温度の勾配をモニターしておき、例えば５分で１０℃上昇という形態の勾配の設定値を設定しておき、温度計９３で検出される温度検出信号の温度の勾配がこの勾配の設定値を越える場合には、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの液位が上限位置Ｌに到達したものと判断して、図１乃至図２に示した第１の実施例と同様に、反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉操作を行なっている。

即ち、反応容器１００の内部で生成された重質分１６aが反応容器１００で溜まって重質分１６aの液位が上昇して上限の液位Ｌにまで上昇すると、温度計９３で検出する温度信号が急上昇する。

反応容器１００に溜まる重質分１６aの液位の上昇を放置すると、重質分１６aは反応容器１００の上部に配設した改質燃料である軽質分１５aを導く配管１０６に混入してしまい、減圧器５４を経由して気液分離器５５に流入して気液分離器５５の内部の軽質分１５aの品質を著しく損なう恐れがある。

そこで、制御装置２００では温度計９３で検出した温度検出信号の温度の勾配をモニターしておき、例えば５分で１０℃上昇という形態の勾配の設定値と比較して、温度計９３で検出した温度が設定値を越えた場合には重質分１６aの液位が上限値Ｌに到達したものと判断して、重質分抜出バルブ１４を開弁状態から切り替えて閉弁するように操作信号を出力して重質分抜出バルブ１４を閉弁する。

次に、制御装置２００では重質分抜出器５２に設けた圧力計９６によって重質分抜出器５２の内部の圧力が反応容器１００の圧力と同等になったことを確認した後に指令信号を出力して反応容器出口バルブ１３を閉弁し、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位が上限の液位Ｌに到達するまで配管１０５を通じて重質分抜出器５２に排出されることを防止する。

上記した制御装置２００に基づいた反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉操作によって、反応容器１００の内部に溜まる重質分１６aの液位が低下して温度計９３で検出される温度の検出信号が設定値を下回って重質分１６aの液位が低下したことを確認するまで、上記の動作が繰り返される。

温度計９３による温度の検出信号が設定値よりも低下した後は制御装置２００によって反応器出口バルブ１３は閉弁の状態を、重質分抜出バルブ１４は開弁の状態を夫々維持する。

図５に示した反応容器出口バルブ１３及び重質分抜出バルブ１４の開閉制御は、丁度、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aを小容量に区分して複数回繰り返し行なって重質分１６aを排出する状況を示している。

温度計９３の測定値の測定は、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの温度を直接測定すると感度が良いが、鞘管等を配設してこの鞘管の外側から重質分１６aの温度を測定するようにしても良い。

また、温度計９３が設置されている反応容器１００の壁面の外面に温度調整装置２１を配置し、温度調整装置２１によって温度計９３を含めた温度計９３の周辺の反応容器１００の壁面温度を調節しておけば、温度計９３で検出される温度変化の勾配は大きくできるため、重質分１６aの液位の検知が容易になる。

即ち、反応容器１００の内部に溜まった重質分１６aの温度変化の勾配を熱電対の温度計９３でを測定する際に、温度調整装置２１による温度調節によって温度計９３を構成する熱電対の周辺の反応容器１００の重質分１６aを強制的に加熱して、検出する温度変化の勾配を大きくすれば良い。

即ち、温度調整装置２１によって反応容器１００に溜まった温度計９３の周辺の重質分１６aを強制的に加熱すれば、反応容器１００の内部で重質分１６aの上方に存在する軽質分１５aの温度と比較して重質分１６aの温度が高温に出来るので検出できる温度変化の勾配はより大きくなり、よって重質分１６aの液位の検知が容易になる。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に大きな変動が生じた場合に、コーキングの発生を防止すると共に反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できるという効果を奏する。

本発明は、高温高圧の重質油と高温高圧の水とを水熱反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法に適用可能である。

本発明の一実施例である重質油の改質装置の構成を示す概略系統図。図１に示した本発明の一実施例の重質油の改質装置に用いられる改質容器とその周辺機器の構成を示す概略系統図。図１に示した本発明の一実施例である重質油の改質装置による弁の制御状況を示す制御特性図。本発明の他の実施例である重質油の改質装置に用いられる改質容器とその周辺機器の構成を示す概略系統図。図４に示した本発明の他の実施例である重質油の改質装置による弁の制御状況を示す制御特性図。

符号の説明

１：重質油の改質装置、１１a：重質油、１２a：水、１２：減圧バルブ、１３：反応容器出口バルブ、１４：重質分抜出バルブ、１５a：改質分、１６a：重質分、１７a：炭化水素ガス、１８a：改質油、２０：加熱ヒータ、２１：温度調整装置、３０：水ポンプ、３１：重質油ポンプ、３２：水タンク、３３：重質油タンク、４０：水加熱器、４１：重質油加熱器、４２：予熱器、４３：混合器、５２：重質分抜出器、５３：重質分回収器、５４：減圧器、５５：気液分離器、５６：改質油タンク、６４：燃焼器、９１：オリフィス、９２：差圧計、９５：配管、９６：圧力計、１００：反応容器、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８：配管、２００：制御装置。

Claims

重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油の改質装置において、
反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる液位を検出する検出手段を備え、反応容器の内部に溜まった重質分を回収する重質分抜出器を反応容器の外部に設置し、
反応容器から重質分抜出器への重質分の排出操作を行う反応容器出口弁、及び重質分抜出器に収容された重質分を系外に排出する排出操作を行う重質分抜出弁を夫々備え、
検出手段で検出された反応容器の内部に溜まった重質分の液位に基づいて反応容器出口弁及び重質分抜出弁の開閉操作を行う制御装置を備え、
重質分の液位を検出する検出手段は反応容器に配設された温度計を備え、温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面を加熱或いは冷却する温度調節装置を備えたことを特徴とする重質油の改質装置。
重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油改質装置の運転方法において、
反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる重質分の液位を反応容器に配設された温度計によって検出し、反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位に上昇したことを検出した場合に反応容器の内部に溜まった重質分を排出して反応容器の外部に設置した重質分抜出器に回収する操作を行い、
次に重質分の排出によって反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位より下降したことを検出した場合に反応容器の内部から重質分を重質分抜出器に排出する操作を停止し、
しかる後に重質分抜出器に回収された重質分を系外に排出する操作を行うようにすると共に、温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面を加熱或いは冷却する温度調節装置を用いて温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面温度を調節しておくことを特徴とする重質油改質装置の運転方法。