JP6741593B2 - 重油残留物を取り扱うためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１４年５月７日に出願された仮の特許出願番号米国特許出願第６１／９８９，６６５号の優先権を主張し、その内容は本出願において参照により組み込まれる。

発明の分野
本発明は、供給物として重油残留物を利用する燃焼又は他の工程とともに、重油残留物を取り扱うためのシステム及び方法に関する。

関連記述の記載
重油留分は、例えば、真空蒸留、ビスブレーキング、溶剤脱瀝及び流動接触分解など、製油所における様々な段階で製造される。これらの留分は、さらなる精製又は変換プロセスの原料として、並びに燃焼プラントの燃料として有用である。重油留分は、非常に高い粘度や例えば硫黄や金属などの高濃度の不純物を示す。従って、従来の方法は、燃焼効率を最大化し、燃焼バーナーにおける固形物の滞留を最小限にし、固体粒子の燃料排出を最小化できるように、液体原料を燃焼環境に適合させるためにかなりのエネルギー消費を必要とする。例えば、周囲条件で典型的な真空残留物は、同等の周囲条件下でいくつかの固体物と同様の５０，０００，０００センチストークの範囲の粘度を有し得る。従って、通常、ポンプ輸送や燃焼バーナーへの注入に適した状態に変えるために、加熱することにより残留物を調整しなければならない。

重油留分の加熱には、一般に水蒸気及び／又は電気の形態でエネルギーを必要とする。加熱システムは一般に、加熱した貯蔵タンク、ポンプ、加熱した輸送パイプを含む。必要な温度上昇は、全ての重油を流体状態で維持するため、電気式トレース又は水蒸気により達成される。重油の連続動作もまた、配管網におけるデッドゾーンを避けるために用いられる。全体のハンドリングシステムもまた、増粘やプラッギングを生じ得るコールドゾーンを避けるために一般に隔離される。

従って、さらなるエネルギー消費を燃焼プラント電力出力から減じると、全体の効率が低下する。

従って、流体や流動性状態に原料を維持するのに必要とされる外熱エネルギー量を減らすことにより、重油残留物原料を取り扱うためのより効率的な方法に対する要求がある。燃焼プラントの効率を向上させるために、燃焼工程において重油残留物の供給物を使用するためのより効率的な方法に対する要求もある。ＣＯ_２排出が低減された燃焼工程に対するさらなる要求がある。

１以上の実施態様の通り、本発明は、重油残留供給物の粘度を低下させるためにＣＯ_２を利用する方法及びシステムに関する。

１以上のさらなる実施態様の通り、１つ以上の貯蔵タンク及び１つ以上のポンプ及び重油残留物を飽和状態にし、該残留物の粘度を低下させるために供給される気体ＣＯ_２源を含み、これによって原料をポンプでくみ上げる、及び／又は輸送するために必要とされるエネルギーを減少させる重油残留物ハンドリングシステムが提供される。

本明細書に記載される方法及びシステムは、周囲条件（例えば、約２０℃〜約２５℃の範囲、又は加熱若しくは冷却システムによる外部適用のない周囲空気の他の条件）で噴霧し得ない重油留分を取り扱うためのＣＯ_２の使用を可能とする。特定の実施態様において、流体形態でそのような燃料を維持するために、必要なエネルギーの大幅な減少が達成される。本明細書に記載される残留物ハンドリングシステムによるエネルギーの減少は、燃焼プラントの効率向上、及びＣＯ_２排出の低減を容易にする。該残留物ハンドリングシステムは、製油所、発電プラント、及び供給物として重油残留物を利用する他の工程に有用である。

本明細書に記載される、統合されたシステム及び方法は、パイプラインを介する輸送、及び／又はバーナーを通じた噴射、及び関連する上流システムに適する流体形態で重油残留物を維持するため、エネルギー使用の低減を容易にする。そのような燃焼システムにおいて、１つ以上のＣＯ_２捕捉サブシステムが、捕捉したＣＯ_２の供給に用いられ、捕捉したＣＯ_２は重油残留物の粘度を低下させ、所定の流動特性を有する流体状態の原料の維持を容易にするために用いられる。ＣＯ_２の使用による粘度低下は、全体の残油ハンドリングシステムの蒸気及び／又は電気消費量を減少させることを可能にする。さらに、燃焼システムにおいて燃料を噴霧するのに使用される蒸気の温度及び圧力を下げることができ、省エネにつながる。

新しい、既存のＣＯ_２捕捉及び隔離技術は、全体のＣＯ_２排出を抑え、例えば、炭素クレジットなどのインセンティブを与えるために利用でき、原料、冷却剤などとしてＣＯ_２源を供給する。捕捉及び隔離プラントにおいて、捕捉したＣＯ_２は、大気中への放出を避けるために圧縮され、地下に隔離される。

それらの全ての参照により本明細書に援用される、米国特許第５０７６３５７号及び米国特許第２６２３５９６号は、原油がまだ地中にある間に原油の粘度を低下させることにより、地下にある石油貯留層に注入される際の石油回収を促進するためのＣＯ_２の使用を開示する。

本明細書に記載される残留物ハンドリングシステムは、重油残留物を、電力、蒸気又は熱を生み出すために燃焼する、燃焼プラントに適している。さらに、該残留物ハンドリングシステムは、使用するＣＯ_２の全部又は一部が既知の、及び商業的に利用できる源に由来する特定の実施態様並びに使用するＣＯ_２の全部又は一部が統合されたＣＯ_２捕捉及び隔離システムに由来する特定の実施態様を含み、これらは燃焼プラント及び／又は１つ以上のさらなるＣＯ_２生産工程、例えば、製油所、産業施設、商業用不動産又は居住用不動産の暖房装置などに統合され得る。

さらなる実施態様において、残留物ハンドリングシステムは、直接的又は付随的な燃料源として、重油残留物を使用する自動車、機関車、又は船舶に備え付けることができる。そのような実施態様において、残留物ハンドリングシステムは、例えば、詰め替え可能な搭載用の永久的な又は携帯用の貯蔵タンクなどの既知の源で使用されるＣＯ_２の全て又は一部を得ることができる。

さらに他の態様、実施態様、並びにこれらの例示の態様及び実施態様における利点を、以下詳細に議論する。さらに、前述の情報や以下の詳細な説明はいずれも、様々な態様や実施態様の例を単に説明しているにすぎず、特許請求された態様や実施態様の本質や特徴を理解するための概説又は構想を提供することを意図していると理解すべきである。

添付図面は、様々な態様や実施態様の説明やさらなる理解を与えるために含まれ、援用され、この明細書の一部を構成する。残りの明細書とともに該図面は、原理、並びに記載及び特許請求された態様や実施態様の実施を説明するために役立つ。

以下の詳細な説明と同様に前述の要約は、添付図面と併せて読む場合、最善に理解されるであろう。本発明を説明するために、現在好ましいとされる図面の実施態様について示される。しかし、本発明が示す詳細な配置や装置に制限されない。前記図面において、同じ数字は、同様又は類似の要素を参照するのに役立つ。

図１は、本明細書に記載される重油残留物ハンドリングシステムの工程系統図である。 図２は、本明細書に記載される重油残留物ハンドリングシステムの別の実施態様における工程系統図である。 図３は、本明細書に記載されるＣＯ_２粘度低下工程を統合した残留物ハンドリングシステムを含む燃焼システムの工程系統図である。 図４は、本明細書に記載されるＣＯ_２粘度低下工程を統合した残留物ハンドリングシステムを含む燃焼システムにおける、別の実施態様の工程系統図である。 図５は、本明細書に記載されるＣＯ_２粘度低下工程を統合した重油残留物ハンドリングシステムを含む燃焼システムにおける、さらなる実施態様の工程系統図である。

上記課題やさらなる利点は、粘度を低下させるためにＣＯ_２の添加を利用し、これによって他の工程への燃焼燃料又は原料としての重油残留物の取扱いを容易にする本明細書に記載される発明の方法やシステムによりもたらされる。本明細書に記載される残留物ハンドリングシステムは、空気、酸素を使用する燃焼室又は酸素富化空気燃焼室、その他の種類の燃焼工程又は原料として重油残留物を使用する改質工程に統合され得る。

図１は、本明細書に記載される重油残留物ハンドリングシステム８の工程系統図である。一般にＣＯ_２源１２からのＣＯ_２の流れ１０を、貯蔵タンク１８で重油残留物源１６からの重油残留物の流れ１４と混合する。特定の実施態様において、ＣＯ_２源１２は、適当な外部源及び／又は統合されたＣＯ_２捕捉サブシステムであり得る。適切な操作条件の温度及び圧力で、かつＣＯ_２を効率的に溶解するためにそれらが混合可能な純度で重油残留物の流れ１４と混合するために、十分な量のＣＯ_２が流れ１０に供給される。所定の種類の重油残留物に溶解し得るＣＯ_２の量は、温度及び圧力の様々な条件下で、実験室の試験において、当業者によって容易に決定することができる。例えば、約５バール〜約１００バール、特定の実施態様では約２０バール〜約７３バール、さらなる実施態様では約７３バール〜約１００バールの範囲の圧力；及び約０℃〜約４００℃、特定の実施態様では約３２℃〜約３００℃、さらなる実施態様では約３２℃〜約２００℃の範囲の温度において、約５０％〜約１００％、特定の実施態様では約７０％〜約１００％、さらなる実施態様では約９０％〜約１００％の純度を有するＣＯ_２の流れを供給することができる。これらの条件は、約５バール〜約１００バール、特定の実施態様では約２０バール〜約７３バール、さらなる実施態様では約７３バール〜約１００バールの範囲において、ＣＯ_２による重油残留物の飽和を可能にする。特定の実施態様において、ＣＯ_２の純度は、例えば、ＣＯ_２補足システム由来のＣＯ_２の９０％以上がＣＯ_２源として利用される技術に基づき選択され、７０％〜９０％は、オキシボイラ（oxyboiler）から排出される燃料ガスにみられる濃度である。ＣＯ_２の圧力について、２０バール以下は、ＣＯ_２がタンカー、例えば２０バールタンカーに貯蔵される実施態様において、油の貯蔵に適し得る低圧力範囲を示す。２０バール〜７３バールの範囲の圧力水準は、超臨界圧条件以下のＣＯ_２を維持するために適当な範囲である。７３バール以上の圧力は、超臨界条件下のＣＯ_２を示す。温度について、３２℃以下の範囲は、ＣＯ_２の臨界点温度以下の水準を示し；３２℃〜３００℃の範囲は、冷却が必要な又は必要としない圧縮機から生じるＣＯ_２を含み；３００℃以上の範囲は、より高圧又は高い再循環温度を採用する操作（operation）を含む。

重油残留の供給物を、流れ１４を通じて貯蔵タンク１８に供給する。貯蔵タンク１８中で、重油と溶解したＣＯ_２との混合物の粘度は、大幅な粘度低下を受ける。この段階で、ＣＯ_２と重油残留物との混合により達成される粘度低下は、原料輸送に必要なポンプエネルギー所要量を減少させる。貯蔵タンクＳＴにおいて、重油及びＣＯ_２混合物の粘度は、約１０センチストークス（ｃＳｔ）〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約１０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約１０ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲であり得る。特定の実施態様では、適切な粘度水準は２０ｃＳｔの範囲である。

本明細書で使用される粘度範囲は、適用の種類に基づいて選択することができる。１０ｃＳｔ〜１００ｃＳｔは、バーナーノズル中の油の輸送及び注入に効果的であり；１０ｃＳｔ〜３００ｃＳｔは、遠心ポンプ及び貯蔵に適する粘度範囲であり；３００ｃＳｔ〜２０００ｃＳｔは、貯蔵及びポンプ輸送に適する粘度範囲である。

重油と溶解したＣＯ_２との一つになった流れ、すなわち、流れ２０を、輸送用及び必要ならばＣＯ_２圧縮用ポンプ２２に充填し、重油と溶解したＣＯ_２との流れ２４をもたらす。重油残留物の最終使用に必要とされる最終粘度値に応じて、さらに粘度を低下させるために、混合物を加熱し得る。本発明の方法によると、望ましい粘度水準を達成するのに必要とされる加熱量は減少し、必要なポンプエネルギー所要量やヒートトレース装置もまた低減する。例えば、燃焼システムにおいて、適当な噴霧粘度、例えば、約１０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約１０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約１０ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲の水準に低下させることが望ましい。特定の実施態様では、適当な粘度水準は２０ｃＳｔの範囲である。

特定の実施態様において、もう１つの隔離又は直列（静的又は動的）混合ユニットを、例えば、所蔵タンク１８の下流に設けることができる。さらなる実施態様において、ポンプ２２における圧力は、重油残留物の粘度を低下させるために適当な混合をもたらす。例えば、本明細書に記載されるような燃焼システム、又は重油残留物を他の炭化水素生成物に変換するための改質又は変換工程において、圧縮した重油残留物／ＣＯ_２混合物２４は適当な供給物となる。

図２は、本明細書に記載される重油残留物ハンドリングシステム１０８のさらなる実施態様における工程系統図である。一般に、ＣＯ_２源１１２からのＣＯ_２の第１の流れ１１０を、重油残留物源１１６からの重油残留物の流れ１１４と貯蔵タンク１１８中で混合する。特定の実施態様において、ＣＯ_２源１１２は、適当な外部源及び／又は統合されたＣＯ_２捕捉サブシステムになり得る。本明細書に記載されているような適当な操作条件及びＣＯ_２を効率的に溶解するために相溶可能な純度で重油残留物の流れ１１４と混合するために、十分な量のＣＯ_２を流れ１１０に供給する。

重油残留物の供給物を、流れ１１４を通じて貯蔵タンク１１８に供給する。貯蔵タンク１１８中で、重油とＣＯ_２との混合物の粘度は大幅に低下する。この段階で、ＣＯ_２と重油残留物との混合により達成される粘度低下は、原料を輸送するために必要なポンプエネルギー所要量を減少させる。

重油とＣＯ_２の１つになった流れ、すなわち、流れ１２２を、輸送用及び必要ならばＣＯ_２の圧縮用の第１ポンプ１３２に充填する。その後、圧縮されて１つになった第１ポンプ１３２からの流れ１２６を、ＣＯ_２源１４４からの流れ１４２を介して、さらなるＣＯ_２と共に１つ以上の混合又は貯蔵ユニット１４０に充填する。特定の実施態様において、ユニット１４０は混合タンクである。さらなる実施態様において、ユニット１４０は直列の静的又は動的な混合機である。さらなる実施態様において、ＣＯ_２が重油残留物ブレンドに混合され得るタンク１１８と比較して、ユニット１４０は比較的小さな容量の貯蔵タンクである。ユニット１４０からの流出物１２８は、第２ポンプ１３４を介して例えば、本明細書に記載される燃焼システムに輸送され、適当な供給物となる重油残留物／ＣＯ_２混合物１２４を供給する。

一般に、約１０００から約２０００ｃＳｔの範囲内の粘度値を有するポンプ輸送用の流体を与えることが望ましい。石油に対しては、ポンプ輸送用に約１００ｃＳｔの粘度の流体を与えるのが一般的である。本明細書に記載されるように、本明細書に記載される粘度低下を用いることなく、１００ｃＳｔの所望する粘度を達するためには、温度が約１２４℃以上であるべきであるが、一方、本明細書に記載される方法を用いる場合、６０バールの飽和ＣＯ_２圧力ブレンドにおいては該温度を３５℃ぐらいに低くすることができる。特定の実施態様では、上記に記載されている条件範囲が効果的である。

図３は、重油残留物ハンドリングシステム２０８を含む燃焼システム（例えば、これは図１に関して示され、記載されたものと同様又は類似し得るようなシステム）における工程系統図である。該燃焼システムは、ＣＯ_２の粘度低下を統合し、一般に１つ以上のバーナー２５２を備える燃焼室２５０；１つ以上の燃料ガス取扱いユニット２６０；ＣＯ_２捕捉ユニット２７０；１つ以上の貯蔵タンク２１８及び１つ以上のポンプ２２２を含む、重油残留物ハンドリングシステム２０８：ＣＯ_２の隔離又は利用ユニット２８０；及び残留燃料ガスを放出する煙突２９０を含む。

空気、酸素又は酸素富化空気を、流れ２５４を介して、流れ２２４を介する重油残留物／ＣＯ_２混合物と燃料の噴霧に使用される蒸気流２５６と共に１つ以上のバーナー２５２に供給し、燃焼室２５０における燃料の適切な燃焼を確保する。特定の別の実施態様において、ＣＯ_２又は別の適当な噴霧ガスなどの蒸気以外の、又は蒸気を含む噴霧媒体を使用できる。

燃料ガスを燃焼室２５０から流出させ、流れ２６２を介して１つ以上の燃料ガス取扱いユニット２６０に流入させる。示されていないが、燃料ガス取扱いユニット２６０は、それぞれ１つ以上の粒子除去ユニット、硫黄酸化物除去ユニット、重金属除去ユニット、及び窒素酸化物除去ユニットを含み得ることを当業者は理解すべきである。

燃料ガス取扱いユニット２６０からの流出燃料ガス、流れ２７２を、ＣＯ_２捕捉ユニット２７０に充填し、ここで、必要量のＣＯ_２を燃料ガスの主流から除去する。（破線で示す流れ２７４に示されるように）、流れ２７２由来の燃料ガスの一部を場合により燃焼室にリサイクルでき、特に、該燃焼室が酸素又は酸素富化空気を利用する実施態様において、燃焼を向上させる。

ＣＯ_２の少ない燃料ガスの流れを、ＣＯ_２捕捉ユニット２７０、流れ２９２から流出させ、煙突２９０に通した後、流れ２９４を通じて既知のように大気に排出する。

捕捉されたＣＯ_２を、ＣＯ_２捕捉ユニット２７０から流出させ、流れ２７４を通じて、ＣＯ_２隔離又は利用ユニット（ＣＯ_２−Ｓ／Ｕ）に充填する流れ２８２と、重油残留物貯蔵タンク２１８に充填する流れ２１０とに分離する。

重油残留供給物を、流れ２１４を介して貯蔵タンク２１８に供給する。該ＣＯ_２を重油残留物と混合して、その粘度を低下させ、これにより、必要なポンプエネルギー所要量、ヒートトレース装置、及びブレンドを適当な噴霧粘度、例えば、約１０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約１０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約１０ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲）に到達させるために必要な加熱エネルギーを減少させる。特定の実施態様では、適当な粘度水準は２０ｃＳｔの範囲である。

吸引ライン２２０、ポンプ２２２により、重油残留物／ＣＯ_２混合物を貯蔵タンク２１８から流出させる。流れ２２４を、圧力下で燃焼室バーナー２５２に供給する。

図４は、残留物ハンドリングシステム３０８を含む燃焼システム（例えば、これは図２に関して示され、記載されたものと同様又は類似し得るようなシステム）における工程系統図である。該燃焼システムは、ＣＯ_２の粘度低下を統合し、一般に１つ以上のバーナー３５２を備える燃焼室３５０；１つ以上の燃料ガス取扱いユニット３６０；複数のＣＯ_２捕捉ユニット３７０及び３７５；１つ以上の貯蔵タンク３１８を含む重油残留物ハンドリングシステム３０８、１つ以上の混合又は貯蔵ユニット３４０、及び複数のポンプ（３３２及び３３４）：ＣＯ_２の隔離又は利用ユニット３８０；及び残留燃料ガスを放出する煙突３９０を含む。

図３に関して上記に記載されているように、空気、酸素又は酸素富化空気を流れ３５４を介して、流れ３２４を介する重油残留物／ＣＯ_２混合物と燃料の噴霧に使用される蒸気流３５６と共に１つ以上のバーナー３５２に供給し、燃焼室３５０における燃料の適切な燃焼を確保し、燃料ガスを燃焼室３５０から流出させ、流れ３６２を介して１つ以上の燃料ガス取扱いユニット３６０に流入させる。特定の別の実施態様において、ＣＯ_２又は別の適当な噴霧ガスなどの蒸気以外の、または蒸気を含む噴霧媒体を使用できる。

燃料ガス取扱いユニット３６０からの流出燃料ガス、流れ３７２を第１ＣＯ_２捕捉ユニット３７０に充填する。必要量のＣＯ_２、流れ３１０を貯蔵タンク３１８に導入する燃料ガスの主流から除去し、そこでバランスを保つ。第１ＣＯ_２捕捉ユニット３７０から除去される量は、必要な粘度低下量及び工程の経済的思考、例えばコスト又は所定量を超えたＣＯ_２の除去量によって決定される。ＣＯ_２捕捉率は、プロセス経済及び設計に効果的な水準であり、選択されるＣＯ_２捕捉技術に依存し得る。さらに、油の粘度を低減させるために、流れ３１０を介してシステム３７０から除去されるＣＯ_２の量が考慮される。ＣＯ_２捕捉率は、約４０％〜約１００％、特定の実施態様では約７０％〜約９９．９％、及びさらなる実施態様では約９０％〜約９９％であり得る。タンク３１８に再循環されるＣＯ_２の量に関し、この量は選択される燃料及び選択されるＣＯ_２捕捉率に依存し得る。ＣＯ_２は、上記で議論されるような所望の圧力に圧縮され（図示せず）、流れ３１０を介して貯蔵タンク３１８に輸送される。

該ＣＯ_２を流れ３１４からの重油残留物と混合して、その粘度を低下させ、これにより、必要なポンプエネルギー所要量、ヒートトレース装置、及びブレンドが所望の噴霧粘度
、例えば、約１０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約１０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約１０ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲に到達するのを確保するために必要な加熱エネルギーを減少させる。特定の実施態様では、適当な粘度水準は２０ｃＳｔの範囲である。

（破線で示す流れ３７４に示されるように）流れ３７２由来の燃料ガスの一部を場合により燃焼室３５０にリサイクルでき、特に、該燃焼室が酸素又は酸素富化空気を利用する実施態様において、燃焼を向上させる。残留ＣＯ_２の少ない燃料ガスの流れを第１ＣＯ_２捕捉ユニット３７０、流れ３７１から流出させ、第２ＣＯ_２捕捉ユニット３７５に通し、ここで該ＣＯ_２を回収し、必要な圧力に圧縮する。ＣＯ_２の少ない燃料ガスの流れ３９２を第２ＣＯ_２捕捉ユニット３７５から流出させ、煙突３９０に通した後、流れ３９４を通じて既知のように大気に排出する。

捕捉されたＣＯ_２を第２ＣＯ_２捕捉ユニット３７５から流出させ、流れ３７４を通じて、ＣＯ_２隔離又は利用ユニット３８０に充填する流れ３８２と、ユニット３４０に充填する流れ３４２に分離する。特定の実施態様において、ユニット３４０は静的又は動的混合機である。さらなる実施態様において、ユニット３４０は、ＣＯ_２が重油残留物ブレンドと混合されるタンク３１８と比較して、比較的小さな容量の貯蔵タンクである。

重油残留供給物を流れ３１４を介して貯蔵タンク３１８に供給する。該ＣＯ_２を重油残留物と混合して、その粘度を低下させ、これにより、必要なポンプエネルギー所要量、ヒートトレース装置、及びブレンドが所望の粘度に到達するのを確保するために必要な加熱エネルギーを減少させる。二段階の粘度低減スキームにおいて、第一段階の粘度低減は、約５０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では５０ｃＳｔ〜約１０００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約５０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔの範囲の粘度水準を得るために実施される。

吸引ライン３２２、ポンプ３３２により重油残留物／ＣＯ_２混合物を貯蔵タンク３１８から流出させ、圧縮し、流れ３２６を通じてユニット３４０に輸送する。重油残留物／ＣＯ_２混合物の流れ３２６を流れ３４２を通過したさらなるＣＯ_２と混合し、さらなる粘度低下を与え、加熱装置及びブレンドを適当な噴霧粘度、例えば、約１０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約１０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約１０ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲に到達させるために、エネルギー必要量をさらに減少させる。特定の実施態様では、適当な粘度水準は２０ｃＳｔの範囲である。

吸引ライン３２８、ポンプ３３４により重油残留物／ＣＯ_２混合物をユニット３４０から流出させ、圧縮し、流れ３２４を介して燃焼室バーナー３５２に輸送する。

図５は、残留物ハンドリングシステム４０８を含む燃焼システム（例えば、これは図２に関して示され、記載されたものと同様又は類似し得るようなシステム）におけるさらなる実施態様の工程系統図である。燃焼システムは、ＣＯ_２の粘度低下を統合し、一般に１つ以上のバーナー４５２を備える燃焼室４５０；１つ以上の燃料ガス取扱いユニット４６０；複数のＣＯ_２捕捉ユニット（４７０及び４７５）；１つ以上の貯蔵タンク４１８を含む重油残留物ハンドリングシステム４０８、１つ以上の混合又は貯蔵ユニット４４０、及び複数のポンプ（４３２及び４３４）：ＣＯ_２の隔離又は利用ユニット４８０；及び残留燃料ガスを放出する煙突４９０を含む。

図３について記載されているように、空気、酸素又は酸素富化空気を流れ４５４を介して、流れ４２４を介する重油残留物／ＣＯ_２混合物と燃料の噴霧に使用される蒸気流４５６と共に１つ以上のバーナー４５２に供給し、燃焼室４５０における燃料の適切な燃焼を確保し、燃料ガスを燃焼室４５０から流出させ、流れ４６２を介して、１つ以上の燃料ガス取扱いユニット４６０に流入させる。特定の別の実施態様において、ＣＯ_２又は別の適当な噴霧ガスなどの蒸気以外の、又は蒸気を含む噴霧媒体を使用できる。

燃料ガス取扱いユニット４６０からの流出燃料ガス、流れ４７２を第１ＣＯ_２捕捉ユニット４７０に充填する。オフガスの流れを流れ４９２を介して第１ＣＯ_２捕捉ユニット４７０から煙突４９０に通した後、流れ４９４を介して大気に流出させる。オフガスの流れ４９２は、本明細書に記載の流れ４７６と比べ、相対的にＣＯ_２が少ないことに留意すべきである。例えば、オフガスの流れ４９２は５５％のＣＯ_２を含むことができ、９９％のＣＯ_２を含み得る流れ４７６よりも少ない。しかしながら、該流れは、他の流れと比べ、ＣＯ_２リッチと見なされる。

（破線で示す流れ４７４に示されるように）流れ４７２由来の燃料ガスの一部を場合により燃焼室にリサイクルでき、特に、該燃焼室が酸素又は酸素富化空気を利用する実施態様において、燃焼を向上させる。

捕捉されたＣＯ_２を流れ４７６を通じて、第１ＣＯ_２捕捉ユニット４７０から流出させ、流れ４８２を介して、ＣＯ_２隔離又は利用ユニット４８０に、流れ４１０を介して重油残留物貯蔵タンク４１８に、流れ４７１を介して第２のＣＯ_２処理ユニット４７５に供給する。

重油残留物を流れ４１４を介して貯蔵タンク４１８に供給する。流れ４１０を介して第１ＣＯ_２捕捉ユニット４７０からのＣＯ_２供給物を重油残留物と混合する。該ＣＯ_２を重油残留物と混合して、その粘度を低下させ、これにより、必要なポンプエネルギー所要量、ヒートトレース装置、及び燃料が所望の粘度に到達するのを確保するために必要な加熱エネルギーを減少させる。二段階の粘度低減スキームにおいて、第一段階の粘度低減は、約５０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約５０ｃＳｔ〜約１０００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約５０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔの範囲の粘度水準を得るために実施される。

吸引ライン４２２、ポンプ４３２により重油残留物／ＣＯ_２混合物を貯蔵タンク４１８から流出させ、圧縮し、流れ４２６を通じてユニット４４０に輸送する。特定の実施態様において、ユニット４４０は静的又は動的混合機である。さらなる実施態様において、ユニット４４０は、ＣＯ_２が重油残留物ブレンドと混合されるタンク４１８に比べると、比較的小さな容量の貯蔵タンクである。重油残留物／ＣＯ_２混合物の流れ４２６をさらなるＣＯ_２と混合し、さらなる粘度低下を達成し、加熱装置及びブレンドが適当な噴霧粘度、例えば、約１０ｃＳｔ〜約２０００ｃＳｔ、特定の実施態様では約１０ｃＳｔ〜約３００ｃＳｔ、及びさらなる実施態様では約１０ｃＳｔ〜約１００ｃＳｔの範囲に達するのを確保するためにエネルギー必要量をさらに減少させる。特定の実施態様では、適当な粘度水準は２０ｃＳｔの範囲である。

ＣＯ_２の流れ４７１を第２のＣＯ_２捕捉ユニット４７５に流入させ、ユニット４４０で必要とする圧力に圧縮し、その後、第２ＣＯ_２捕捉ユニット４７５から流出させ、流れ４４２を介してユニット４７５に供給する。吸引ライン４２８、ポンプ４３４により重油残留物／ＣＯ_２混合物をユニット４４０から流出させ、圧縮し、流れ４２４を介して燃焼室バーナー４５２に輸送する。

特定の実施態様において、重油残留物／ＣＯ_２混合物の粘度は、外部加熱を必要とせず、噴霧化レベルの粘度を達成できる。そのような場合には、流れ（例えば、本明細書に記載された流れ２５６、３５６及び４５６からの流れ）を維持するために、機械的な噴霧燃料インゼクター又は補助のない噴霧流体（non-assisted atomization fluid）を蒸気噴霧インゼクターの代わりに又はこれとともに使用できる。特定の実施態様において、機械的な噴霧燃料インゼクターを使用しない実施態様のような噴霧化というよりむしろ、コークス化の可能性を回避又は最小限にするために、バーナーの温度を制御する主目的で、蒸気及び／又は別の適当な噴霧ガスを機械的な噴霧インゼクターと併せて使用できる。

このスキームの図面及び記載を簡略化するために、本明細書に記載されるユニット操作の当業者に通常使用され、周知の多数のバルブ、温度センサー、電子制御装置などは含んでいない。さらに、例えば、空気又は酸素供給、燃料ガスの取扱いなどの燃焼工程を含むユニット操作中にある付随的な構成要素は示されていない。

有利なことに、本明細書に記載されるようなＣＯ_２の使用は、そのような残留物を燃やす燃焼プラントにおいて、重油残留物の取扱いに必要とされるエネルギー量を減少させる課題を解決する。実際に、燃料として重油残留物を用いる従来の燃焼プラントにおいて、燃料の取扱いは、電子又は蒸気の形態でさらなるエネルギーの使用を必要とする。本発明のシステムと方法は、ＣＯ_２を使用して燃料の粘度を低下させ、その適切な取扱いを確保することにより、大幅なエネルギーの削減を可能にする。本明細書のさらなる実施態様において、重油残留物の取扱いに使用されるＣＯ_２は、統合されたＣＯ_２捕捉システムに由来する。燃料として重油残留物を使用する従来のＣＯ_２捕捉及び隔離方法において、該ＣＯ_２は貯蔵のため地下に注入される一方、さらなるエネルギーが燃料の取扱いに使用される。ＣＯ_２の捕捉を統合する燃焼プラントにおける本発明のシステム及び方法の使用は、効率的な原料の取扱いを容易にし、そのような取扱いのために必要なさらなるエネルギーを最小限化するために、捕捉された一部のＣＯ_２の使用を可能とする。

上記に記載した装置及び方法に用いる最初の原料は、様々な源から得られる、原油生成物又は部分的に精油生成物であり得る。原料の源は、天然原油、合成原油、ビチューメン、オイルサンド、シェール油、石炭液化油、又は前述の源の１つを含む組み合わせであり得る。例えば、原料は、ストレートのラン軽油、或いは真空軽油、溶剤脱瀝プロセスから得られる脱アスファルト油及び／又は脱金属油、コーカープロセスから得られる軽コーカー又は重コーカー軽油、本明細書に記載された、統合されたＦＣＣプロセスと異なるＦＣＣプロセスから得られる循環油、ビスブレーキングプロセスから得られる軽油又は前述の生成物の任意の組み合わせなどのその他の精製中間物質であり得る。特定の実施態様において、真空軽油は、統合された方法に適した原料である。適当な原料は、約３６℃〜約６５０℃、特定の実施態様においては約３５０℃〜約５６５℃の範囲の沸点を有する炭化水素を含む。

実施例１
仮想例において、典型的な重油残留物は、電気出力６００メガワット（ＭＷｅ）の範囲で出力を有する、重油残留物により燃焼させる発電プラントにおいて、本明細書に記載された方法を適用する場合に得られる潜在的利点を示すと考えられる。比較例として、最初の重油残留物は、２５℃で１０２０ｋｇ／ｍ^３の密度及び５０℃で１３２８０ｃＳｔの粘度を有する。表１は、従来のシステムの様々な粘度で重油残留物の温度、及び該重油残留物が本発明のシステム及び方法に従って、第１の実施例においては２０バールのＣＯ_２圧で、及び第２の実施例においては６０バールのＣＯ_２圧で飽和される場合に、同じ粘度に達するために必要な温度を示す。

表１に示されるように、重油残留物へのＣＯ_２の添加は、特定の温度においてその粘度を低下させる。従って、ＣＯ_２を添加する場合、低温で同じブレンド粘度に達することが可能である。特に、表１は、重油残留物にとって適当な貯蔵温度が、基本ケースのシナリオにおいては１２４℃を超えるが、２０バールの飽和ＣＯ_２圧ブレンドの場合、この温度を９３℃、６０バールの飽和ＣＯ_２圧ブレンドの場合３５℃に下げ得ることを示す。

従って、重油残留物の温度を維持するヒートトレース必要量、及び結果的にそれの粘度は、６０バールのＣＯ_２飽和状態でヒートトレースを必要としないくらい低下される。

適当な燃料の噴霧とそれゆえ完全かつ効果的な燃焼を容易にするために、一般に２０ｃＳｔの粘度がバーナーにより必要とされる。従来の方法によれば、この粘度低下を達成するために１８０℃の温度を必要とするが、一方、２０バールのＣＯ_２飽和状態においては１４０℃に低下し、６０バールのＣＯ_２飽和状態においてはさらに７５℃に低下する。

従って、必要とされる蒸気の特性は変更される。例えば、本明細書に記載される粘度低下なしでは、例えば１０バール、２３０℃の蒸気を使用する必要がある。対照的に、ＣＯ_２飽和状態が２０バールである場合、６バール、１６０℃の蒸気を使用でき、ＣＯ_２飽和状態が６０バールである場合、２バール、１２０℃の蒸気を使用できる。従って、これは蒸気循環における蒸気加熱及びより高い蒸気稼動のためのエネルギー使用の低下をもたらし、これにより発電プラントに対する正味の出力は高くなる。６００ＭＷｅの範囲の発電プラントにおける 典型的な実施例において、重油残留物の質量流量は、約３７．５ｋｇ／ｓであり、燃料の噴霧に必要とされる蒸気は燃料質量流量の３０％、従って約１１．２５ｋｇ／ｓである。蒸気の質／条件における相違は、ＣＯ_２飽和状態が２０バールである場合１３２８キロワットの電力（ｋＷｅ）、ＣＯ_２飽和状態が６０バールである場合３３００ｋＷｅの正味の節減を可能にするだろう。ＣＯ_２の圧縮エネルギーや２０及び６０バールの重油残留物を考慮する場合、正味の省エネルギーは、２０バール及び６０バールのＣＯ_２の飽和圧力で、それぞれ１１８３ｋＷｅ及び２７９８ｋＷｅであろう。

上記の検討と共に、噴霧のために考えられる蒸気圧は、重油残留物／ＣＯ_２混合物の蒸気よりも低いことに留意する。この場合は、より高い蒸気圧を検討するか、好ましくは考慮する温度や圧力において重燃料油の噴霧を可能とするために、インゼクター内に中間体拡張段階を加えるかのいずれか一方である。さらに、重燃料油／ＣＯ_２混合物を高い圧力で供給するために機械的な噴霧インゼクターを使用する場合、噴霧化蒸気エネルギーの全てを保存できる。

実施例２
燃料の噴霧に使用される蒸気量の節減に加えて、大幅な貯蓄は、加熱が蒸気循環から抽出される蒸気によって行われるため、貯蔵温度、例えば、１００ｃＳｔの粘度からバーナーにより２０ｃＳｔの粘度にする燃料の必要な加熱の減少により実現され得る。

この実施例において、該貯蔵温度は３つのケースで同じ、すなわち、比較例で必要とされた貯蔵温度である１２０℃であると考えられる。基本ケースにおいては、重油残留物を１８０℃に加熱すべきであるが、一方、それが２０バールのＣＯ_２飽和状態である場合、１４０℃に加熱すべきであり、６０バールでのＣＯ_２飽和状態ではさらなる加熱を必要としない。

燃料の加熱のための蒸気必要量における増分の貯蓄は、２０バールの飽和ＣＯ_２のケースでは１３３５ｋＷｅ、６０バールの飽和ＣＯ_２のケースでは１８５６ｋＷｅであると推測され、これは２０バールの飽和ＣＯ_２のケースでは総計２５１８ｋＷｅの正味の貯蓄をもたらし、６０バールの飽和ＣＯ_２のケースでは総計４６５４ｋＷｅの正味の貯蓄をもたらす。これらの貯蓄は、それぞれ０．４％及び０．７７％の正味の電力出力を示し、これは、それぞれ０．１７及び０．３２ポイントの発電プラントにおける正味の効率の増加に相当する。

本発明の方法とシステムは添付図面及び上記に記載されている；しかしながら、変更は当業者にとって明らかであり、本発明の保護範囲は、以下の請求の範囲によって定義されるべきである。

Claims (12)

1. 高粘度の重油残留燃料を利用する燃焼システムの効率を改善する方法であって、
   ａ．ＣＯ_２源又はＣＯ_２リッチ気体混合物源を供給すること；
   ｂ．所定条件の温度及び約７３バール以下の圧力下、ＣＯ_２又はＣＯ_２リッチ混合物を、重油残留物と密接に接触させること；
   ｃ．所定濃度の溶解したＣＯ_２を得て、重油残留物の粘度が低減するまで、約７３バール以下でＣＯ_２又はＣＯ_２リッチ混合物と重油残留物との接触を維持すること；
   ｄ．燃焼室で、燃焼用の低粘度重油残留物をポンプで輸送し、噴霧すること
   を含む、方法。
2. さらに、工程（ｃ）の後に、パイプラインを介して、低粘度重油残留物を燃焼システムに輸送すること
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 所定条件の温度及び圧力下で、加圧、加熱した貯蔵器中に、溶解したＣＯ_２を含む低粘度重油残留物を導入し、所定の粘度範囲内に重油残留物の粘度を維持すること、及び低粘度重油残留物を貯蔵器から流し、燃焼室で燃焼用にそれを噴霧することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＣＯ_２又はＣＯ_２リッチ混合物と重油残留物とを、加圧した気体ＣＯ_２の雰囲気下、撹拌混合器中で接触させる、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＣＯ_２又はＣＯ_２リッチ混合物を、重油残留物の移動流に導入し、静的又は動的な直列混合装置に通し、重油残留物にＣＯ_２を溶解させる、請求項１に記載の方法。
6. 前記低粘度重油残留物の噴霧を、蒸気及び／又はＣＯ_２を含む噴霧媒体により達成する、請求項１に記載の方法。
7. 前記低粘度重油残留物の噴霧を、１つ以上の機械的噴霧インゼクターにより達成する、請求項１に記載の方法。
8. ＣＯ_２源又はＣＯ_２リッチ気体混合物源を、統合されたＣＯ_２捕捉及び処理ユニットから供給する、請求項１に記載の方法。
9. ＣＯ_２源又はＣＯ_２リッチ気体混合物源を、少なくとも２段階のＣＯ_２捕捉及び処理ユニットから供給し、各段階が異なる圧力でＣＯ_２又はＣＯ_２リッチ気体混合物を供給する、請求項１に記載の方法。
10. 燃焼を空気、酸素又は酸素リッチ空気の存在下で行う、請求項１に記載の方法。
11. さらに、
    ｅ．燃料ガスを燃焼室から１つ以上の燃料ガス取扱いユニットに流すこと；
    ｆ．流出燃料ガスを１つ以上の燃料ガス取扱いユニットからＣＯ _２ 捕捉ユニットに流すこと；
    ｇ．ＣＯ _２ の少なくとも一部分をＣＯ _２ 捕捉ユニットから工程（ｂ）に流すこと
    を含む、請求項１に記載の方法。
12. ＣＯ _２ （またはＣＯ _２ リッチ混合物）および重油の混合物を、燃焼室にポンプで輸送する前に貯蔵タンクに維持する、請求項１に記載の方法。

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