JP5070205B2 - 重質油軽質化装置及び該方法 - Google Patents

Description

本発明は、重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法に関する。

近年の世界的な石油事情として製品の軽質化傾向がある。ガソリン、灯油及び軽油等のいわゆる軽質油（軽質炭化水素油）は、石油の常圧蒸留や減圧蒸留等の蒸留によって得られる他、いわゆる重質油（重質炭化水素油）を分解することによっても得られる。この重質油から軽質油を得る方法は、触媒を用いて重質油を分解する接触分解法、水素気流中で触媒を用いて水素を添加しながら重質油を分解する水素化分解法、及び、触媒を用いることなく重質油を熱分解する熱分解法等がある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

ところで、上記接触分解法や水素化分解法では、触媒が必要である上、重質油の接触分解に伴って触媒が不活性となるため、触媒の再生処理が必要である。さらに、水素化分解法では、温度５００℃以上及び圧力３０〜１００気圧の厳しい生成条件が必要である。一方、熱分解法でも温度４００℃〜５００℃及び圧力２〜３０気圧の厳しい生成条件が必要である。
特開平０７−０１１２５９号公報 特開平０９−１８３９８３号公報

本発明は、上記事情に鑑みて為された発明であり、触媒を用いることなく即ち触媒の再生処理を必要とすることなく、背景技術よりも緩やかな生成条件で水素を添加しながら重質な原料油を分解することによって原料油よりも軽質な生成油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る、重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法は、アルカリイオン水を原料油中に乳化することによって乳濁液を生成し、加熱した熱媒体の表面へこの乳濁液の液滴を滴下するものである。

このような重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法では、背景技術よりも緩やかな生成条件で重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は、実施形態に係る重質油軽質化装置の構成を示す図である。概略図である図１に示すように、重質油軽質化装置１Ａは、アルカリイオン水Ａを原料油Ｏ１中に乳化することによって乳濁液Ｅを生成し、加熱した熱媒体Ｏ２の表面Ｓへこの乳濁液Ｅの液滴Ｄを滴下することによって、重質な原料油Ｏ１からより軽質な生成油Ｏ３を生成する装置である。重質油軽質化装置１Ａは、例えば、乳濁液生成部１０と、生成槽部２０と、加熱部３０と、生成油処理部４０とを備えて構成される。

乳濁液生成部１０は、アルカリイオン水Ａを重質な原料油Ｏ１中に乳化することによって乳濁液（エマルジョン）Ｅを生成する装置である。乳濁液生成部１０は、生成した乳濁液Ｅの液滴Ｄが熱媒体Ｏ２の表面Ｓへ滴下されるように、生成槽部２０に連通されている。乳濁液Ｅは、アルカリイオン水Ａの微細粒子が原料油Ｏ１中に分散する油中水滴型である。

このような乳濁液生成部１０は、例えば、水槽１１と、原料油槽１２と、配管１３、１４と、ポンプ１５、１６と、撹拌機（ミキサ）１７とを備えて構成される。水槽１１は、アルカリイオン水Ａを貯留する容器である。水槽１１は、水槽１１から撹拌機１７へアルカリイオン水Ａを流出することができるように、配管１３によって撹拌機１７と接続されている。配管１３には、ポンプ１５が配設されており、ポンプ１５は、流量を調整しながらアルカリイオン水Ａを水槽１１から撹拌機１７へ流出する。原料油槽１２は、原料油Ｏ１を貯留する容器である。原料油槽１２は、原料油槽１２から撹拌機１７へ原料油Ｏ１を流出することができるように、配管１４によって撹拌機１７と接続されている。配管１４には、ポンプ１６が配設されており、ポンプ１６は、流量を調整しながら原料油Ｏ１を原料油槽１２から撹拌機１７へ流出する。撹拌機１７は、流入されたアルカリイオン水Ａと原料油Ｏ１とを撹拌する装置である。この撹拌によってアルカリイオン水Ａが原料油Ｏ１中に乳化され、油中水滴型の乳濁液Ｅが撹拌機１７内に生成される。撹拌機１７は、乳濁液Ｅの液滴Ｄを形成して生成槽部２０へ滴下する滴下口部１７１を備えている。

生成槽部２０は、熱媒体Ｏ２を貯留すると共に、乳濁液生成部１０で生成された乳濁液Ｅの液滴Ｄが熱媒体Ｏ２の表面Ｓへ滴下されるように乳濁液Ｅの液滴Ｄが導入される容器である。後述するように、乳濁液Ｅの液滴Ｄが熱媒体Ｏ２の表面Ｓへ滴下されることによって生成油Ｏ３が生成される。生成槽部２０は、この生成油Ｏ３が生成油処理部４０へ流出されるように、生成油処理部４０に連通されている。生成槽部２０は、例えば、比較的大きな内容積であって、底２１及び蓋２２を有する円筒形状の金属製の容器であり、蓋２２には、導入口部２４及び導出口部２５が開口されている。導入口部２４は、乳濁液生成部１０で生成された乳濁液Ｅの液滴Ｄが熱媒体Ｏ２の表面Ｓへ滴下されるように乳濁液Ｅの液滴Ｄを導入するための開口部であり、乳濁液生成部１０における撹拌機１７の滴下口部１７１に接続されている。導出口部２５は、原料油Ｏ１よりも軽質な生成油Ｏ３を導出するための開口部である。

加熱部３０は、生成槽部２０を加熱する装置である。生成槽部２０が加熱されることによって熱媒体Ｏ２が加熱される。加熱部３０は、例えば、一方端部にバーナ３２が配設され、このバーナ３２で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが流通される加熱ガス流路部３１を備える。加熱部３０は、バーナ３２で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが加熱ガス流路部３１を流れることによって生成槽部２０の底２１を加熱する。これによって燃焼ガスの熱が生成槽部２０を介して熱媒体Ｏ２に熱伝導し、熱媒体Ｏ２が加熱され、そして、対流する。バーナ３２の燃料油は、例えば安価なＣ重油等の重質油燃料等が使用される。

生成油処理部４０は、生成槽部２０で生成された生成油Ｏ３が収集され、貯留される容器である。生成油処理部４０は、導入口部４１及び大気開口部４２を備えている。導入口部４１は、生成槽部２０で生成された生成油Ｏ３を導入するための開口部であり、生成槽部２０における導出口部２５に接続されている。大気開口部４２は、大気が自由に流出入する開口部であり、大気に開放されている。この結果、生成油処理部４０に連通している生成槽部２０も大気に開放された状態となり、生成槽部２０内は、略大気圧となる。生成油処理部４０は、例えば、気体の生成油Ｏ３を液体に凝縮するコンデンサと、コンデンサで凝縮した液体の生成油Ｏ３を貯留する貯留槽とを備える。そして、この貯留槽が大気に開放されている。また例えば、生成油処理部４０は、生成油Ｏ３を分留する分留塔と、分留塔で分留した気体の油を液体に凝縮するコンデンサと、コンデンサで凝縮した液体の油を貯留する貯留槽とを備える。そして、この貯留槽が大気に開放されている。コンデンサでは、気体の油を液体に凝縮するため、生成油処理部４０に連通する生成槽部２０内では圧力変動が生じるが、その圧力変動は、±約１／１００程度である。従って、この場合でも生成槽部２０内は、略大気圧である。

このような構成の重質油軽質化装置１Ａでは、まず、水槽１１にアルカリイオン水Ａが投入されて貯留され、原料油槽１２に重質な原料油Ｏ１が投入されて貯留され、生成槽部２０に熱媒体Ｏ２がその液表面Ｓを形成する量に投入されて貯留される。

アルカリイオン水Ａは、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）を含むアルカリイオン水であり、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）の水溶液や、水とカルシウム（Ｃａ）とを混合することによって生成されたカルシウムの水溶液である。カルシウムイオンを含むアルカリイオン水Ａは、水素を活性化して後述の水蒸気爆発によって水分子が酸素原子と水素原子とに容易に分解されるように、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下に調製され、そして、この酸化還元電位の調製及び後述のキャビテーションによって生じた活性水素を比較的安定にして後述の水素添加反応が効率よく行われるように、ｐＨが１２以上に調製される。このように、アルカリイオン水Ａは、カルシウムイオンを含み、また、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下でｐＨが１２以上に調製されているので、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

原料油槽１２の原料油Ｏ１は、撹拌機１７の撹拌によって油中水滴型の乳濁液Ｅが生成可能であって液滴Ｄに形成可能であれば、どのような重質油でもよく、例えば、原油、常圧蒸留残油、減圧蒸留残油、熱分解残油、コールタール、Ａ重油、Ｂ重油及びＣ重油等である。これらの重質油は、単独で原料油Ｏ１として用いられてもよいし、これらの重質油の２種以上の混合物、あるいはこれらの重質油に軽質油が一部混合されたものも原料油Ｏ１として用いられてもよい。

熱媒体Ｏ２は、後述するように、その表面Ｓに滴下された乳濁液Ｅの液滴Ｄに熱を伝導する媒体であり、加熱部３０で所定の温度に加熱された場合に液状であれば、どのような油（炭化水素油）でもよく、本実施形態では、約２５０〜４００℃に加熱されるので、例えば重油等の重質油が用いられる。

次に、加熱部３０が稼働され、加熱部３０によって生成槽部２０が加熱され、生成槽部２０の熱媒体Ｏ２が加熱される。これによって熱媒体Ｏ２は、約２５０〜４００℃に加熱される。また、熱媒体Ｏ２が加熱されることによって、本実施形態では重質油が熱媒体Ｏ２に用いられているので熱媒体Ｏ２の一部が気化し、生成槽部２０の内部が、この気化した熱媒体Ｏ２を含むと共に、生成槽部２０に貯留されている熱媒体Ｏ２の温度に応じた温度のガス雰囲気となる。

次に、ポンプ１５及びポンプ１６がそれぞれ稼働され、水槽１１からアルカリイオン水Ａが撹拌機１７へ流出されると共に、原料油槽１２から原料油Ｏ１が撹拌機１７へ流出される。そして、撹拌機１７が稼働され、流入したアルカリイオン水Ａと原料油Ｏ１とが撹拌され、油中水滴型の乳濁液Ｅが生成される。乳濁液Ｅ中に分散しているアルカリイオン水Ａの微細粒子における粒径は、通常、１０μｍ以下であるが、好ましくは３〜５μｍである。この水の粒径が３μｍより小さい場合は、キャビテーションの発生が不充分となるため好ましくなく、また、この水の粒径が５μｍより大きい場合もキャビテーションの発生が不充分となるため好ましくない。

撹拌機１７で生成された乳濁液Ｅは、滴状とされ、液滴Ｄで導入口部２４から生成槽部２０の熱媒体Ｏ２の表面Ｓへ向けて滴下される。滴下された液滴Ｄは、熱媒体Ｏ２と反応し、原料油Ｏ１よりも軽質な生成油Ｏ３が生成される。

この滴下された液滴Ｄが重質な原料油Ｏ１からより軽質な生成油Ｏ３を生成する過程を発明者は、次のように推察している。導入口部２４から導入された乳濁液Ｅの液滴Ｄは、生成槽部２０内のガスから熱を受けることによって加熱される。これによって乳濁液Ｅの原料油Ｏ１が加熱され、原料油Ｏ１を介して微細粒子のアルカリイオン水Ａも加熱される。乳濁液Ｅの液滴Ｄは、降下に従ってこの加熱により液滴Ｄが分離して細かくなると共に、微細粒子のアルカリイオン水Ａが先に沸点に達して気化し、この気化したアルカリイオン水Ａが膨張しようとするが、周囲の油膜の張力によってその膨張が妨げられ、エネルギーが蓄積される。乳濁液Ｅの液滴Ｄは、さらに降下して熱媒体Ｏ２の表面に達すると、一気に加熱される。気化しているアルカリイオン水Ａがこれによって一気に膨張し、この膨張によって生じる圧力が周囲の油膜における張力の限界を超え、水蒸気爆発による微爆発が生じる。この際に、液滴Ｄの原料油Ｏ１は、飛散してその表面積が一気に数千倍（例えば約５０００倍）に拡大され、加熱が促進される。また、この微爆発によって熱媒体Ｏ２にキャビテーションが生じる。このキャビテーションによって、微爆発が生じた熱媒体Ｏ２の微小部分において温度が約１００００℃になると共にキャビテーションの圧力波が約３５０気圧になる。これによって原料油Ｏ１にクラッキングが生じ、アルカリイオン水の水分子が酸素原子と水素原子とに分解される。そして、水分子の分解によって生じた化学的に活性な水素原子がクラッキングによって生じた、開裂した炭素原子の結合手に結合し、原料油Ｏ１に水素が添加される。さらに、水分子の分解によって生じた化学的に活性な酸素原子がクラッキングによって生じた、開裂した炭素原子の結合手に結合し、原料油Ｏ１に酸素も添加される。これによって重質な原料油Ｏ１よりも軽質な生成油Ｏ３が生成される。さらに、この生成油Ｏ３には酸素も原料油Ｏ１より多く含有される。このように発明者は、滴下された液滴Ｄが重質な原料油Ｏ１からより軽質な生成油Ｏ３を生成する過程を推察している。

このため、乳濁液Ｅにおける、原料油Ｏ１の重量に対するアルカリイオン水における水の重量の割合（＝（水の重量／（原料油Ｏ１の重量）×１００）は、原料油Ｏ１における水素含有量と、生成すべき軽質油における水素含有量との差に応じて決定され、比重の大きい原料油Ｏ１ほど水分量が大きくなり、好ましくは５〜３０重量％である。重質な原料油Ｏ１を軽質化する点において、この水の割合が５重量％より小さい場合は、水素原子が不足するため好ましくなく、また、この水の割合が３０重量％より大きい場合は、水分量が過剰となるため好ましくない。このような割合の乳濁液Ｅが撹拌機１７で生成されるように、ポンプ１５でその流量が調節されて、水槽１１からアルカリイオン水Ａが撹拌機１７へ流出されると共に、ポンプ１６でその流量が調節されて、原料油槽１２から原料油Ｏ１が撹拌機１７へ流出される。

そして、この生成された軽質な生成油Ｏ３は、導出口部２５より導出され、導出口部２５に設けられた生成油処理部４０に収集され、貯留される。

このように、この重質油軽質化装置１Ａによって重質な原料油Ｏ１からより軽質な生成油Ｏ３が得られる。そして、本発明の一実施形態に係る重質油軽質化装置１Ａでは、熱媒体Ｏ２の温度が約２５０〜４００℃であり、背景技術よりも生成条件が緩和されている。このため、生成槽部２０には、背景技術よりも耐熱性の低い材料が採用可能である。さらに、上述の重質油軽質化装置１Ａでは、生成槽部２０が大気に開放されており、背景技術よりも生成条件がさらに緩和されている。このため、生成槽部２０は、背景技術よりも強度が低くてもよく、生成槽部２０には、背景技術よりも簡単な構造が採用可能である。また、上述の重質油軽質化装置１Ａでは、接触分解法や水素化分解法のような触媒を用いる必要がないので、触媒の再生処理が必要とされない。

なお、熱媒体Ｏ２は、油、本実施形態では特に重質油であるので、原料油Ｏ１のクラッキングと共に、熱媒体Ｏ２の油もその一部にクラッキングが生じ、水素が添加される。このため、熱媒体Ｏ２の油もその一部が軽質化し、生成槽部２０から生成油処理部４０へ流れ、徐々に消費されてゆく。このため、重質油軽質化装置１Ａの稼働に従って、熱媒体Ｏ２は、水素添加反応が良好に行われるように、適宜、補給される必要がある。

図２は、実施形態に係る重質油軽質化装置における加熱部の他の構成を示す図である。

なお、上述の実施形態では、生成槽部２０内の熱媒体Ｏ２が加熱されるように重油質軽質化装置１Ａが構成されたが、さらに生成槽部２０内のガスも加熱されるように重油質軽質化装置が構成されてもよい。このような構成の重油質軽質化装置１Ｂは、図１に示す重質油軽質化装置１Ａの加熱部３０の代わりに、概略図である図２に示す加熱部５０を備える。この加熱部５０は、例えば、一方端部にバーナ５２が配設され、このバーナ５２で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが流通される加熱ガス流路部５１を備える。加熱ガス流路部５１は、生成槽部２０の底２１に沿って略水平に延びる底面加熱部５１１と、底面加熱部５１１と連通し生成槽部２０の側壁２３に沿って略垂直上方に延びる側面加熱部５１２とを備えて構成される。側面加熱部５１２は、底面加熱部５１１に連通しながら略直角に上方に屈曲している。重質油軽質化装置１Ｂにおける乳濁液生成部１０、生成槽部２０及び生成油処理部４０は、上述と同様であるので、その説明を省略する。このような構成の加熱部５０は、バーナ５２で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが底面加熱部５１１を流れることによって生成槽部２０の底２１を加熱する。これによって燃焼ガスの熱が生成槽部２０を介して熱媒体Ｏ２に熱伝導し、熱媒体Ｏ２が加熱される。そして、加熱部５０は、燃焼ガスが底面加熱部５１１から側面加熱部５１２を流れることによって生成槽部２０の側壁２３を加熱する。これよって燃焼ガスの熱が生成槽部２０を介して生成槽部２０内のガスに熱伝導し、加熱部５０は、さらに生成槽部２０内のガスも加熱することができる。

図３は、実施形態に係る重質油軽質化装置における生成槽部及び加熱部の他の構成を示す図である。そして、上述の実施形態において、図１に示す重質油軽質化装置１Ａにおける加熱部３０及び生成槽部２０の代わりに、概略図である図３に示すように、加熱部７０及びこの加熱部７０の加熱によって熱媒体Ｏ２が循環する生成槽部６０を用いて重質油軽質化装置１Ｃを構成してもよい。図３において、生成槽部６０は、熱媒体Ｏ２が上下に循環可能な閉ループ状に構成された容器である。加熱部７０は、例えば、一方端部にバーナ７２が配設され、このバーナ７２で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが流通される加熱ガス流路部７１を備える。加熱ガス流路部７１は、生成槽部６０の閉ループ下部６１における熱媒体Ｏ２を加熱する下部加熱部７１１と、下部加熱部７１１と連通し、下部加熱部７１１で加熱されて生成槽部６０の閉ループ側部６２を上昇する熱媒体Ｏ２を加熱する側部加熱部７１２とを備えて構成される。

より具体的には、生成槽部６０は、その下部に比較的大きな内容積を有する下部貯溜部１１１を備えている。この下部貯溜部１１１は、閉ループの下側部を構成するものであり、上記閉ループ下部６１に相当する。

図３に示すように、下部貯溜部１１１には、その上面部における一端側（図３の左側）から上方に延びる第１側部１１２と、上面部における他端側（図３の右側）から上方に延びる第２側部１１３とが設けられている。第１側部１１２は、それぞれ細管からなる多数の伝熱管１１４ａによって構成された伝熱管部１１４と、この伝熱管部１１４の上端部に設けられた合流部１１５とを備えている。

上記伝熱管部１１４は、その下端部が下部貯溜部１１１の上面部に接続されており、各伝熱管１１４ａが上下に延びる姿勢に設置されている。各伝熱管１１４ａ内は、下部貯溜部１１１の上面に形成された連通孔を通して下部貯溜部１１１内と連通されている。上記合流部１１５は、全伝熱管１１４ａに跨るように設けられるもので、各伝熱管１１４ａの上端部から流出した熱媒体Ｏ２がこの合流部１１５で合流するようになっている。伝熱管部１１４と合流部１１５とにより、上記閉ループ側部６２が構成されている。即ち、伝熱管部１１４及び合流部１１５は、閉ループの一方の側部となっている。

一方、第２側部１１３は、例えば円筒状に形成されている。この第２側部１１３と上記合流部１１５とには、下部貯溜部１１１から上方に離間したところに配置された上部貯溜部１１７が架け渡されている。そして、下部貯溜部１１１と第１側部１１２と第２側部１１３と上部貯溜部１１７とで囲まれた空間が、紙面奥行き方向に貫通した貫通空間となっている。上部貯溜部１１７は、第１側部１１２から第２側部１１３に向かって僅かに降下する傾斜配置の例えば円筒状に形成されている。この上部貯溜部１１７は、閉ループの上側部となっている。

上記合流部１１５と第２側部１１３とは、上部貯溜部１１７を通して連通されている。この第２側部１１３は、下部貯溜部１１１の上面部に形成された連通孔を通して下部貯溜部１１１と連通されている。このように、生成槽部６０の内部は、下部貯溜部１１１と第１側部１１２と第２側部１１３と上部貯溜部１１７とが連通する閉ループ状に構成されていて、熱媒体Ｏ２が生成槽部６０内を上下に循環可能となっている。即ち、生成槽部６０内部が全体として熱対流の循環路となる閉回路となっている。本形態において、上部貯溜部１１７と第２側部１１３とにより、還流部が構成されている。即ち、第１側部１１２から流出した熱媒体Ｏ２が上部貯溜部１１７と第２側部１１３を通って下部貯溜部１１１へ向かうようになっている。生成槽部６０は、この形態で下部貯溜部１１１、第１側部１１２、第２側部１１３及び上部貯溜部１１７が一体的に構成されたものとなっていて、これら下部貯溜部１１１、第１側部１１２、第２側部１１３及び上部貯溜部１１７の全体に熱媒体Ｏ２が貯溜されている。

そして、加熱部７０には、生成槽部６０の熱媒体Ｏ２を加熱する燃焼ガスを流通させる加熱ガス流路部７１が設けられている。この加熱ガス流路部７１は、下部加熱部７１１と、側部加熱部７１２と、両加熱部７１１、７１２を連通する連通部７１３とを備えている。

上記下部加熱部７１１は、下部貯溜部１１１内の熱媒体Ｏ２を加熱するためのものであり、生成槽部６０の外部に配設された外側加熱部７１５と、生成槽部６０の内部に配設された内側加熱部７１６とを備えている。外側加熱部７１５は、端部にバーナ７２が配設され、略水平に延びる導入部７１５ａと、この導入部７１５ａの下流端に連通し、生成槽部６０の底面６１１に沿って略水平に延びる底面加熱部７１５ｂと、底面加熱部７１５ｂの下流端に連通し、下部貯溜部１１１の側壁６１２に沿って上方に延びる連絡部７１５ｃとからなる。外側加熱部７１５は、その外壁が耐火性の断熱材によって構成されており、この外側加熱部７１５内を流れる燃焼ガスの熱が外部に漏れないようになっている。

上記バーナ７２の燃焼により、燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスは、導入部７１５ａ、底面加熱部７１５ｂ及び連絡部７１５ｃをこの順に流れる。このとき底面加熱部７１５ｂでは、燃焼ガスの熱が生成槽部６０の底面６１１を介して下部貯溜部１１１内の熱媒体Ｏ２に伝わる。言い換えると、生成槽部６０の底面６１１は、燃焼ガスの熱を熱媒体Ｏ２に伝える伝熱面となっている。

上記内側加熱部７１６は、下部貯溜部１１１内に配置されるものであり、複数のＵ字管７１６ａによって構成されている。各Ｕ字管７１６ａは、両端部が上下に配置されるように下部貯溜部１１１の一方（図３に左側）の側壁６１２に固定されるとともに、この側壁６１２から対向する側壁６１３に向かって水平に延びるように配設されている。そして、Ｕ字管７１６ａの湾曲部は、対向側壁６１３の近傍に配置されている。このように湾曲部が側壁６１３から離間した状態に配設されることにより、Ｕ字管７１６ａが熱膨張してもそれに伴ってＵ字管７１６ａに熱応力が作用するのを抑制できるようになっている。

Ｕ字管７１６ａの下側の一端部は、側壁６１２に形成された連通孔を通して上記連絡部７１５ｃと連通されている。一方、Ｕ字管７１６ａの上側の一端部は、側壁６１２に形成された連通孔を通して上記連通部７１３と連通されている。この連通部７１３は、下端部で上記Ｕ字管７１６ａに連通されるともに、生成槽部６０の外側に配設されている。そして、連通部７１３は、その上端部において上記側部加熱部７１２の下端部に連通されている。連通部７１３は、断熱材によって被覆されている。

上記側部加熱部７１２は、上記第１側部１１２の熱媒体Ｏ２を加熱するためのものであり、伝熱管部１１４を取り囲むように配設され、第１側部１１２の下端部から第１側部１１２に沿って上方に延びる例えば円筒状の部材によって構成されている。そして、側部加熱部７１２の下端部で上記連通部７１３と連通されている。即ち、側部加熱部７１２内において、伝熱管１１４ａの外側を上方に向かって流れる燃焼ガスによって伝熱管部１１４内の熱媒体Ｏ２が加熱されるようになっている。

生成槽部６０には、貯留された熱媒体Ｏ２の液表面Ｓを検出するための図略の液面検出計（例えば液面センサ）が設けられている。この液面検出計は、例えば第２側部１１３の上端部に配設されており、生成槽部６０内の熱媒体Ｏ２量が、第２側部１１３の上側で熱媒体Ｏ２の液表面Ｓが形成されるように、かつ、正常な循環が生じる範囲内になるように、加熱部７０の加熱量及び図略の投入口部から投入される熱媒体Ｏ２の投入量を制御するために設けられる。

また、生成槽部６０には、この生成槽部６０内に停留する成分を排出するための排出管路１１８が設けられている。この排出管路１１８は、下部貯溜部１１１における下端部に設けられ、容器底部に停留する熱媒体Ｏ２（本実施形態では油分）を排出するのに使用される。

上記第１側部１１２の上端部には、上記生成油処理部４０が設けられ、上記第２側部１１３の上端部には、上記乳濁液生成部１０が設けられている。そして、この乳濁液生成部１０は、生成槽部６０の第２側部１１３を下降する熱媒体Ｏ２の表面Ｓに乳濁液Ｅの液滴Ｄが滴下されるように、配設されている。これら重質油軽質化装置１Ｃにおける乳濁液生成部１０及び生成油処理部４０は、上述と同様であるので、その説明を省略する。

このような構成の重質油軽質化装置１Ｃでは、乳濁液Ｅの液滴Ｄが第２側部１１３を下降する熱媒体Ｏ２の表面Ｓに滴下されると原料油Ｏ１から生成油Ｏ３が生成される。

より具体的には、重質油軽質化装置１Ｃでは、まず、水槽１１にアルカリイオン水Ａが投入されて貯留され、原料油槽１２に重質な原料油Ｏ１が投入されて貯留され、生成槽部２０に熱媒体Ｏ２がその液表面Ｓを形成する量に投入されて貯留される。次に、加熱部７０が稼働され、バーナ７２を燃焼させて発生する例えば７００〜８００℃程度の燃焼ガスによって生成槽部６０内が加熱される。即ち、バーナ７２の燃焼ガスは、導入部７１５ａを流れた後、底面加熱部７１５ｂで生成槽部底面６１１を加熱し、連絡部７１５ｃを通して内側加熱部７１６に流入する。この内側加熱部７１６において、燃焼ガスは下部貯溜部１１１内の熱媒体Ｏ２を加熱し、連通部７１３を通して側部加熱部７１２に流入する。この側部加熱部７１２において、燃焼ガスは、第１側部１１２内の熱媒体Ｏ２を加熱して排出される。一方、生成槽部６０内部では、燃焼ガスによって下部貯溜部１１１で加熱された熱媒体Ｏ２は、上昇して伝熱管部１１４の各伝熱管１１４ａに流入する。この熱媒体Ｏ２は、伝熱管１１４ａ内で一部が沸騰する程度に加熱される。このため、伝熱管１１４ａ内では気液混合のマクロな平均密度が低い流体となって強烈な上昇流が生じる。これにより、生成槽部６０内では、熱媒体Ｏ２が下部貯溜部１１１、第１側部１１２、上部貯溜部１１７及び第２側部１１３をこの順に循環する高速な循環流が生ずる。このため、第２側部１１３では、熱媒体Ｏ２が高速に下降しているため、第２側部１１３における熱媒体Ｏ２の表面Ｓでは、すり鉢状の渦が生じている。乳濁液生成部２０で生成された乳濁液Ｅの液滴Ｄがこの渦が生じている表面Ｓに滴下されると、液滴Ｄは、この渦に引き込まれて第２側部１１３を熱媒体Ｏ２と共に降下しながら熱媒体Ｏ２から熱が伝導され、一気に加熱される。これにより液滴Ｄは、第２側部１１３を下降する間に微爆発を起こし、キャビテーションが生じる。また、極一部の液滴Ｄが下部貯留部１１１を横流する間に微爆発を起こすこともある。このキャビテーションによって原料油Ｏ１は、より軽質な生成油Ｏ３となる。この生成油Ｏ３は、熱媒体Ｏ２と共に第１側部１１２へ流れ、熱媒体Ｏ２から第１側部１１２の上側へ分離し、第１側部１１２の上端部から生成油処理部４０へ導入される。そして、このような構成の重質油軽質化装置１Ｃでは、上述のように加熱部７０によって生成槽部６０内で効率的に自然対流が生じさせられ、熱媒体Ｏ２の加熱効率が向上され得る。

次に、一実験例について説明する。表１は、重質油軽質化の実験結果を示す表である。表２は、原料油の分留分析結果を示す表である。表３は、生成油の分留分析結果を示す表である。表４は、原料油における密度、引火点及び硫黄分の分析結果を示す表である。表５は、生成油における密度、引火点及び硫黄分の分析結果を示す表である。

まず、カルシウムイオンを含み、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下でｐＨが１２以上に調製されたアルカリイオン水１１．００ｋｇ（表１）が水槽１１に投入され貯留される。

また、表１に示すように、Ｃ重油３２．００ｋｇ、Ａ重油４．６３ｋｇ及び灯油２０．０２ｋｇの混合油である原料油Ｏ１が原料油槽１２に投入され貯留される。この原料油Ｏ１の分析を株式会社石油検定社（日本国兵庫県神戸市中央区元町通２丁目９番１号）に依頼したところ、表２及び表４の結果を得た。表２に示すように、５％留出から９５％留出までその温度が１１３．７℃〜４１３．３℃まで順次に上昇しており、表４に示すように、密度が１５℃で０．９６４８であり、引火点が７７．０℃であることから、原料油Ｏ１は、重質油であることが確認される。そして、硫黄も２．２８重量％含まれている。

そして、液表面Ｓが形成される嵩高で、例えば生成槽部２０の約１／３の深さで、熱媒体Ｏ２が生成槽部２０に投入されて貯留される。次に、熱媒体Ｏ２が加熱部３０で約２５０〜４００℃になるように加熱された。この場合における生成槽部２０の内部におけるガス（気化した熱媒体Ｏ２を含む）の温度は、約２８０〜４５０℃であった。そして、アルカリイオン水と原料油Ｏ１から乳濁液Ｅが生成されるようにポンプ１５、１６の流量が調整され、撹拌機１７で乳濁液Ｅが生成された。この生成された乳濁液Ｅの液滴Ｄが熱媒体Ｏ２の表面へ滴下され、これによって生成油６４．２４ｋｇ（表１）が得られた。この際に、生成槽部２０の底には、残渣０．６８ｋｇ（表１）が残り、気化損失として大気開放している部分から流出した水蒸気、原料油Ｏ１及び生成油Ｏ３等の物質は、２．７３ｋｇ（表１）であった。

このように生成した生成油Ｏ３の分析を上記株式会社石油検定社に依頼したところ、表３及び表５の結果を得た。表３に示すように、５％留出から９５％留出までその温度が順次に上昇しているが１５７．５℃〜２６１．０℃までであり、表５に示すように、密度が１５℃で０．７９２６であり、引火点が３２．５℃であることから、生成油Ｏ３は、軽質油、特に灯油であることが確認される。さらに硫黄も０．０６重量％に減少していることが確認される。

次に、一比較例について説明する。比較は、図１に示す重質油軽質化装置１Ａを用いて原料油Ｏ１から生成油Ｏ３を生成する場合と、図１に示す重質油軽質化装置１Ａの構成から乳濁液生成部１０を取り除いた装置を用いて背景技術に係る熱分解法によって原料油Ｏ１から生成油Ｏ３を生成する場合とで行った。各場合の原料油Ｏ１は、同一成分である。

図４は、本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成温度の時間経過を示す図である。図５は、本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける燃料使用量の時間経過を示す図である。図６は、本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成油量の時間経過を示す図である。図４乃至図６の横軸は、生成開始からの経過時間を表す。図４の縦軸は、℃単位で表す生成槽部２０内の温度（炉内温度）を表し、図５の縦軸は、リットル／１０分の単位で表す単位時間当たりの燃料使用量（１０分間当たりの燃料使用量）を表し、図６の縦軸は、リットル／１０分の単位で表す単位時間当たりの生成油量（１０分間当たりの生成油量）を表す。図４及び図５の◆は、本発明に係る重質油軽質化方法における生成温度を示し、図４及び図５の■は、背景技術に係る熱分解法における生成温度を示す。図６における一対の棒グラフのうち白抜きの棒グラフ（紙面左側）が本発明に係る重質油軽質化方法における生成油量を示し、斜め線の模様を付した棒グラフ（紙面右側）が背景技術に係る熱分解法における生成油量を示す。

図４から分かるように、生成開始から６０分経過するまでの間において、背景技術に係る熱分解法では、生成槽部２０内の温度は、５２４℃から５３９℃までの間であり、その平均温度が５３３℃である。一方、本発明に係る重質油軽質化方法では、生成槽部２０内の温度は、３３９℃から３５６℃までの間であり、その平均温度が３４７℃である。このように生成温度に関し、本発明に係る重質油軽質化方法の場合が背景技術に係る熱分解法の場合よりも低温であり、生成条件が緩やかである。平均温度で比較すると１８６℃も低温である。

この結果、図５から分かるように、背景技術に係る熱分解法では、生成開始から６０分経過するまでの間において、１０分間当たりの燃料使用量は、１リットル／１０分から１．２リットル／１０分までの間であり、その平均燃料使用量が１．０５リットル／１０分である。そして、１時間の燃料使用量は、６．３リットルであった。一方、本発明に係る重質油軽質化方法では、生成開始から６０分経過するまでの間において、１０分間当たりの燃料使用量は、０．４リットル／１０分から０．９リットル／１０分までの間であり、その平均燃料使用量が０．７リットル／１０分である。そして、１時間の燃料使用量は、４．２リットルであった。このように燃料使用量は、本発明に係る重質油軽質化方法の場合が背景技術に係る熱分解法の場合より少ない。平均燃料使用量で単位時間当たりの燃料使用量を比較すると０．３５リットル／１０分も少なく、そして、１時間の燃料使用量で比較すると、２．１リットルも少ない。

その一方で、図６から分かるように、背景技術に係る熱分解法では、生成開始から６０分経過するまでの間において、１０分間当たりの生成油Ｏ３の生成量は、０．３７リットル／１０分から０．４１リットル／１０分までの間である。そして、１時間の生成量は、２．３リットルであった。一方、本発明に係る重質油軽質化方法では、生成開始から６０分経過するまでの間において、１０分間当たりの生成油Ｏ３の生成量は、０．８２リットル／１０分から０．８６リットル／１０分までの間である。そして、１時間の生成量は、５．１リットルであった。このように本発明に係る重質油軽質化方法は、背景技術に係る熱分解法に較べて、少ない燃料使用量で多くの生成油Ｏ３を得ることができ、エネルギー効率がよい。背景技術に係る熱分解法では、１リットルの生成油Ｏ３を得るために約２．７４リットルの燃料が必要であるが、本発明に係る重質油軽質化方法では、１リットルの生成油Ｏ３を得るためには約０．８２４リットルの燃料でよい。

このように本発明に係る重質油軽質化装置１では、接触分解法や水素化分解法のような触媒を用いる必要がないので触媒の再生処理を必要とすることがなく、また、背景技術よりも比較的緩やかな生成条件で重質な原料油Ｏ１からより軽質な生成油Ｏ３を得ることができる。そして、生成油Ｏ３を得るためのエネルギー効率がよい。

さらに、本発明に係る重質油軽質化装置１は、原料油Ｏ１に硫黄が含まれている場合に、水分子の分解によって生じた水素原子が原料油Ｏ１中の硫黄と反応して硫化水素（Ｈ_２Ｓ）となって、脱硫もすることができる。

本明細書は、上記のように様々な発明を開示しているが、そのうち主な発明を以下に纏める。

本発明の一態様に係る、重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質化装置は、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下であってｐＨが１２以上であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する乳濁液生成部と、熱媒体を貯留すると共に、前記乳濁液の液滴が前記熱媒体の表面へ滴下されるように前記乳濁液の液滴が導入される生成槽部と、前記生成槽部を加熱する加熱部とを備えることを特徴とする。そして、本発明の他の一態様に係る、重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質化方法は、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下であってｐＨが１２以上であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する工程と、加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程とを備えることを特徴とする。

このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、比較的緩やかな生成条件で、重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。また、接触分解法や水素化分解法のような触媒を用いる必要がないので、触媒の再生処理を必要とすることがない。

また、上述の重質油軽質化装置において、前記生成槽部は、大気に開放されていることを特徴とする。上述の重質油軽質化方法において、大気に開放されている状態で、加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程が行われることを特徴とする。

このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、さらに緩やかな生成条件で、重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

そして、これら上述の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法において、前記乳濁液中に乳化している前記アルカリイオン水の粒径は、３〜５μｍであることを特徴とする。

このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

また、これら上述の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法において、前記乳濁液中における、原料油の重量に対する前記アルカリイオン水における水の重量の割合は、５〜３０重量％であることを特徴とする。

このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

さらに、これら上述の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法において、前記アルカリイオン水は、カルシウムイオンを含むことを特徴とする。

このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

そして、これら上述の重質油軽質化装置において、前記生成槽部の内部は、前記熱媒体が上下に循環可能な閉ループ状に構成され、前記加熱部は、前記生成槽部の閉ループ下部における前記熱媒体を加熱する下部加熱部と、前記下部加熱部で加熱されて前記生成槽部の閉ループ側部を上昇する前記熱媒体を加熱する側部加熱部とを備える、高温のガスが流通される加熱ガス流路部を備えることを特徴とする。

このような構成の重質油軽質化装置によれば、生成槽部内で効率的に自然対流が生じさせられ、熱媒体の加熱効率が向上され得る。

本願発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本願発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本発明によれば、重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供することができる。

実施形態に係る重質油軽質化装置の構成を示す図である。 実施形態に係る重質油軽質化装置における加熱部の他の構成を示す図である。 実施形態に係る重質油軽質化装置における生成槽部及び加熱部の他の構成を示す図である。 本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成温度の時間経過を示す図である。 本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける燃料使用量の時間経過を示す図である。 本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成油量の時間経過を示す図である。

Claims (6)

1. 重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質化装置において、
   酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下であってｐＨが１２以上であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する乳濁液生成部と、
   熱媒体を貯留すると共に、前記乳濁液の液滴が前記熱媒体の表面へ滴下されるように前記乳濁液の液滴が導入される生成槽部と、
   前記生成槽部を加熱する加熱部とを備え、
   前記生成槽部の内部は、前記熱媒体が上下に循環可能な閉ループ状に構成され、
   前記加熱部は、前記生成槽部の閉ループ下部における前記熱媒体を加熱する下部加熱部と、前記下部加熱部で加熱されて前記生成槽部の閉ループ側部を上昇する前記熱媒体を加熱する側部加熱部とを備える、高温のガスが流通される加熱ガス流路部を備えること
   を特徴とする重質油軽質化装置。
2. 前記生成槽部は、大気に開放されていること
   を特徴とする請求項１に記載の重質油軽質化装置。
3. 前記乳濁液中に乳化している前記アルカリイオン水の粒径は、３〜５μｍであること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の重質油軽質化装置。
4. 前記乳濁液中における、原料油の重量に対する前記アルカリイオン水における水の重量の割合は、５〜３０重量％であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の重質油軽質化装置。
5. 前記アルカリイオン水は、カルシウムイオンを含むこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の重質油軽質化装置。
6. 重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質化方法において、
   酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下であってｐＨが１２以上であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する工程と、
   加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程とを備えること
   を特徴とする重質油軽質化方法。