JP7216606B2

JP7216606B2 - 原油予熱用熱交換器の洗浄方法

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Publication number: JP7216606B2
Application number: JP2019085215A
Authority: JP
Inventors: 直矢深津; 祐治土屋; 喜啓飯塚
Original assignee: Cosmo Oil Co Ltd
Current assignee: Cosmo Oil Co Ltd
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2023-02-01
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: JP2020180243A

Description

特許法第３０条第２項適用発行者公益社団法人石油学会刊行物名公益社団法人石油学会創立６０周年記念東京大会第４８回石油・石油化学討論会予稿集発行日平成３０年１０月１７日集会名公益社団法人石油学会創立６０周年記念東京大会第４８回石油・石油化学討論会開催日平成３０年１０月１７日

本発明は、原油予熱用熱交換器の洗浄方法に関する。

常圧蒸留装置は、常圧下で原油を蒸留し、異なる沸点範囲を有する石油留分に分離するための装置である。

上記常圧蒸留装置の処理対象となる原油は、熱交換器や加熱炉で３５０℃付近まで予熱されてから常圧蒸留装置に投入されている。

特開平３－１０１８０1号公報

しかしながら、本発明者が検討したところ、上述したとおり、常圧蒸留装置の処理対象となる原油は重質なものであることから、熱交換器を用いて予熱すると熱交換部位に堆積物（汚れ）が付着して熱交換効率が低下し易くなることが判明した。熱交換効率が低下すると常圧蒸留装置に投入される原油が十分に加温されないために、常圧蒸留装置で処理する際により大きなエネルギーが必要となり、急激な温度上昇に伴って触媒や反応装置の寿命を縮めたり、生産コストの上昇を招きやすくなる。

このような状況下、本発明は、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を運転中に低減することができ、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を十分にかつ簡便に抑制し得る洗浄方法を提供することを目的とするものである。

上記技術課題を解決するために本発明者等が鋭意検討したところ、予熱用熱交換器に付着する汚れ分の原因成分に対して溶解性を示す原料油基材を一定程度含む組成物であれば、熱交換器の壁面への汚れ分の付着を抑制するか、一旦付着した汚れ分を好適に溶解し得ることを着想した。

上記知見に基づいて本発明者等がさらに検討したところ、原油予熱用熱交換器の洗浄方法であって、１５℃における密度が０．７０～１．００ｇ／ｃｍ^３、アスファルテン含有量が２０．０質量％以下である原油を９０～９９容量％含有するとともに、接触分解軽油、潤滑油を製造する際のフルフラール抽出工程により得られるエキストラクトおよび混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエン留分から選ばれる少なくとも１種以上の炭化水素油を含み、芳香族分含有量が４０～８０質量％である燃料油基材を１～１０容量％含有する洗浄用原料油を、原油予熱用熱交換器に流通する洗浄方法により、上記目的を達成し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、
（１）原油予熱用熱交換器の洗浄方法であって、
１５℃における密度が０．７０～１．００ｇ／ｃｍ^３、アスファルテン含有量が２０．０質量％以下である原油を９０～９９容量％含有するとともに、
接触分解軽油、潤滑油を製造する際のフルフラール抽出工程により得られるエキストラクトおよび混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエン留分から選ばれる少なくとも１種以上の炭化水素油を含み、芳香族分含有量が４０～８０質量％である燃料油基材を１～１０容量％含有する洗浄用原料油を、
原油予熱用熱交換器に流通する
ことを特徴とする原油予熱用熱交換器の洗浄方法、
（２）前記原油予熱用熱交換器に対し、原油のみを流通させた後、前記洗浄用原料油を流通させる処理を繰り返し行う上記（１）に記載の洗浄方法、
（３）前記洗浄方法が以下の式（Ｉ）
｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝≧０．２０（Ｉ）
（ただし、Ｖ１は、洗浄用原料油を流通させる前に流通させた原油の流通量（Ｌ）、Ｖ２は前記洗浄用原料油を流通させたときの洗浄用原料油の流通量（Ｌ）、Ｃは前記洗浄用原料油中の燃料油基材の含有割合（容量％）である。）
を満たすように洗浄用原料油を流通させることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の洗浄方法
を提供するものである。

本発明によれば、原油予熱用交換器への汚れの付着を運転中に低減することができ、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を十分にかつ簡便に抑制し得る洗浄方法を提供することができる。

本発明の実施例および比較例で使用した熱交換器の汚れ評価装置の概念図である。

本発明に係る原油予熱用熱交換器の洗浄方法は、原油予熱用熱交換器の洗浄方法であって、
１５℃における密度が０．７０～１．００ｇ／ｃｍ^３、アスファルテン含有量が２０．０質量％以下である原油を９０～９９容量％含有するとともに、
接触分解軽油、潤滑油を製造する際のフルフラール抽出工程により得られるエキストラクトおよび混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエン留分から選ばれる少なくとも１種以上の炭化水素油を含み、芳香族分含有量が４０～８０容量％である燃料油基材を１～１０容量％含有する洗浄用原料油を、
原油予熱用熱交換器に流通する
ことを特徴とするものである。

本発明において、洗浄用原料油は、原油として、１５℃における密度が０．７０～１．００ｇ／ｃｍ^３、アスファルテン含有量が２０．０質量％以下であるものを含有する。

本発明おいて、洗浄用原料油を構成する原油の１５℃における密度は、０．７０～１．００ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは０．７１～１．００ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．７２～１．００ｇ／ｃｍ^３である。

なお、本出願書類において、１５℃における密度は、ＪＩＳＫ２２４９－１：２０１１により測定される値を意味する。

本発明において、洗浄用原料油を構成する原油のアスファルテン含有量は、２０．０質量％以下であり、１８．０質量％以下であることが好ましく、１５．０質量％以下であることがより好ましい。
洗浄用原料油を構成する原油のアスファルテン含有量が上記範囲内にあることにより、熱交換器に付着する汚れを低減または抑制し易くなる。

なお、本出願書類において、アスファルテン含有量は、ＪＰＩ－５Ｓ－２２－８３に準じて測定される値を意味する。

本発明において、洗浄用原料油を構成する原油の芳香族分含有量は、５～３０質量％であることが好ましく、８～３０質量％であることより好ましく、１０～３０質量％であることがさらに好ましい。

なお、本出願書類において、芳香族分含有量は、ＪＰＩ－５Ｓ－４９－９７で測定される値を意味する。

本発明において、洗浄用原料油を構成する原油の沸点範囲は、１０～７５０℃であることが好ましく、１５～７５０℃であることがより好ましく、２０～７５０℃であることがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、沸点範囲は、ＪＩＳＫ２２５４：１９９８により測定される値を意味する。

本発明において、洗浄用原料油を構成する原油の９０容量％留出温度は、４５０～７００℃であることが好ましく、４５５～７００℃であることがより好ましく、４６０～７００℃であることがさらに好ましい。
原油の９０容量％留出温度が上記範囲内であることにより、熱交換器の汚れ原因と考えられる重質なワックス留分の含有量が抑制され、効果的に汚れを低減することができる。
なお、本出願書類において、９０容量％留出温度は、ＪＩＳＫ２２５４：１９９８で測定される値を意味する。

本発明において、洗浄用原料油を構成する原油としては、上記特性を有するものであれば特に制限されないが、例えば、マヤ（Ｍａｙａ）原油、マーズ（Ｍａｒｓ）原油等から選ばれる一種以上を挙げることができる。

本発明において、洗浄用原料油は、接触分解軽油、潤滑油を製造する際のフルフラール抽出工程により得られるエキストラクトおよび混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエン留分から選ばれる少なくとも１種以上の炭化水素油を含み、芳香族分含有量が４０～８０質量％である燃料油基材を含有する。

本発明において、燃料油基材の芳香族分含有量は、４０～８０質量％であり、４２～８０質量％であることが好ましく、４５～８０質量％であることがより好ましい。
燃料油基材の芳香族分含有量が上記範囲内にあることにより、洗浄用原料油が優れた溶解力を発揮して、より効果的に熱交換器の汚れを低減することができる。

本発明において、燃料油基材の９０容量％留出温度は、７０～６００℃であることが好ましく、７２～６００℃であることがより好ましく、７５～６００℃であることがさらに好ましい。
燃料油基材の９０容量％留出温度が上記範囲内にあることにより、熱交換器の汚れ原因と考えられる重質なワックス留分の含有量が抑制され、効果的に汚れを低減することができる。

本発明において、燃料油基材のアスファルテン含有量は、１．０質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましく、０．５質量％以下であることがさらに好ましい。
燃料油基材のアスファルテン含有量が上記範囲内であることにより、原油予熱用熱交換器に付着する汚れを容易に低減または抑制することができる。

本発明において、燃料油基材は、接触分解軽油、潤滑油を製造する際のフルフラール抽出工程により得られるエキストラクトまたは混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエンから選ばれる少なくとも１種以上の留分を含む。
燃料油基材が上記留分を含むことにより、常圧蒸留処理への影響を抑制しつつ、原油の処理量をさほど落とすことなく、常圧蒸留装置の連続運転を止めずに原油予熱用熱交換器に付着した汚れを低減させることができる。

本発明において、接触分解軽油とは、重質油を接触分解処理したときに中間留分として得られる接触分解軽油、すなわちライトサイクルオイル（ＬＣＯ）を意味する。

本発明において、接触分解軽油の芳香族分含有量は、４０～８０質量％であることが好ましく、４２～８０質量％であることがより好ましく、４５～８０質量％であることがさらに好ましい。
接触分解軽油の芳香族分含有量が上記範囲内であることにより、混合された原油の溶解力が向上し、効果的に原油予熱用熱交換器に付着した汚れを低減することができる。

本発明において、接触分解軽油の９０容量％留出温度は、２８０～３９０℃であることが好ましく、２９０～３９０℃であることがより好ましく、３００～３９０℃であることがさらに好ましい。
接触分解軽油の９０容量％留出温度が上記範囲内にあることにより、原油に混合する際、重質なワックスの含有量が容易に抑制され、効果的に汚れを低減できる。

本発明において、接触分解軽油のアスファルテン含有量は、０．１質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがより好ましく、０．０１質量％以下であることがさらに好ましい。
接触分解軽油のアスファルテン含有量が上記範囲内にあることにより、原油予熱用熱交換器に付着する汚れを容易に低減または抑制することができる。

本発明において、エキストラクトとは、原油の常圧蒸留残渣油を減圧蒸留して得られる中質・重質の減圧蒸留留出油あるいは減圧蒸留残渣油の脱歴油（ブライトストック油）をフルフラール等で抽出分離した油を意味する。
上記フルフラール等で抽出した残分は、ラフィネートと称される潤滑油基油として使用されることから、エキストラクトは工業的には潤滑油製造工程で得られるものである。

本発明において、エキストラクトの芳香族分含有量は、４０～７０質量％であることが好ましく、４５～７０質量％であることがより好ましく、５０～７０質量％であることがさらに好ましい。
エキストラクトの芳香族分含有量が上記範囲内にあることにより、混合された原油の溶解力が向上し、効果的に原油予熱用熱交換器に付着した汚れを低減することができる。

本発明において、エキストラクトの９０容量％留出温度は、５００～６００℃であることが好ましく、５１０～６００℃であることがより好ましく、５２０～６００℃であることがさらに好ましい。
エキストラクトの９０容量％留出温度が上記範囲内にあることにより、原油に混合する際、重質なワックスの含有量が容易に抑制され、効果的に汚れを低減できる。

本発明において、エキストラクトのアスファルテン含有量は、１．０質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましく、０．５質量％以下であることがさらに好ましい。
エキストラクトのアスファルテン含有量が上記範囲内であることにより、原油予熱用熱交換器に付着する汚れを低減または抑制することができる。

本発明において、トルエン留分は、混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエンを主成分とした留分を意味し、沸点範囲が、７０～１３０℃であるものが好ましく、７２～１３０℃であるものがより好ましく、７５～１３０℃であるものがさらに好ましい。
混合キシレンを蒸留分離する装置とは、重質改質ナフサを蒸留して、ｏ－キシレン及びｐ－キシレンを主成分とした混合キシレンを得るための装置であり、副生物としてトルエンを蒸留分離することができる。

本発明において、トルエン留分の芳香族分含有量は、６０～８０質量％であることが好ましく、６２～８０質量％であることがより好ましく、６５～８０質量％であることがさらに好ましい。
トルエン留分の芳香族分含有量が上記範囲内にあることにより、混合された原油の溶解力が容易に向上し、効果的に原油予熱用熱交換器に付着した汚れを低減することができる。

本発明において、洗浄用原料油を構成する原油の含有割合は、９０～９９容量％であり、９０～９８．５容量％であることが好ましく、９０～９８容量％であることがより好ましい。

また、本発明において、洗浄用原料油を構成する燃料油基材の含有割合は、１～１０容量％であり、１．５～１０容量％であることが好ましく、２～１０容量％であることがより好ましい。

洗浄用原料油を構成する燃料油基材の含有割合が上記範囲内にあることにより、常圧蒸留装置の連続運転を止めずに原油予熱用熱交換器に付着した汚れを低減させることができ、常圧蒸留装置の連続運転を停止して熱交換器を解放洗浄するまでの期間を延長することができる。また、原油の処理量をさほど落とすことなく、さらに洗浄のために使用する付加価値の高い燃料油基材の使用量を抑えつつ、経済的に洗浄処理することができる。

本発明に係る洗浄方法においては、上記原油予熱用熱交換器に対し、常圧蒸留装置用被処理油（原油）のみを流通させた後、前記洗浄用原料油を流通させる処理を繰り返し行うことが好ましい。
常圧蒸留装置用被処理油としては、上述したものと同様の原油を挙げることができる。
常圧蒸留装置用被処理油（原油）流通後の洗浄用原料油の流通は定期的に行ってもよいし、非定期的に行ってもよいが、定期的に行うことが好ましい。
このように、常圧蒸留装置用被処理油（原油）の流通と、洗浄用原料油の流通を交互に行うことにより、常圧蒸留装置装置の連続運転を止めずに原油予熱用熱交換器に付着した十分にかつ簡便に低減することができる。

本発明に係る洗浄方法においては、以下の式（Ｉ）
｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝≧０．２０（Ｉ）
（ただし、Ｖ１は、洗浄用原料油を流通させる前に流通させた原油の流通量（Ｌ）、Ｖ２は前記洗浄用原料油を流通させたときの洗浄用原料油の流通量（Ｌ）、Ｃは前記洗浄用原料油中の燃料油基材の含有割合（容量％）である。）
を満たすように洗浄用原料油を流通させることが好ましい。

式（Ｉ）において、常圧蒸留装置用被処理油である原油の流通と、洗浄用原料油の流通を各々１回づつ行ったときは、Ｖ１およびＶ２は、各々の流通量（Ｌ）である。
式（Ｉ）において、原油のみを流通させた後、洗浄用原料油を流通させる処理を繰り返し行ったときは、原油のみの流通とその直後の洗浄用原料油の流通を１つの処理として、各処理時における、原油の流通量をＶ１（Ｌ）、洗浄用原料油の流通量をＶ２（Ｌ）として、上記比を算出する。

上記式｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝で表される値は、０．２０以上であり、０．２２以上が好ましく、０．２５以上がより好ましい。

本発明に係る洗浄方法において式（Ｉ）を満たすように定期的ないし非定期的に洗浄用原料油を流通させることにより、常圧蒸留装置装置の連続運転を止めずに原油予熱用熱交換器に付着した汚れを低減させることができ、常圧蒸留装置の連続運転を停止して熱交換器を解放洗浄するまでの期間を延長することができる。また、原油の処理量をさほど落とすことなく、さらに洗浄のために使用する付加価値の高い燃料油基材の使用量を抑えることができ、経済的な処理が可能となる。

本発明によれば、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を運転中に低減することができ、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を十分にかつ簡便に抑制し得るの洗浄方法を提供することができる。

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例により何ら制限されるものではない。

（実施例１）
（１）基材
常圧蒸留装置の被処理油として、表１に示す物性を有する原油を用意するとともに、洗浄用原料油を構成する基材として、表１に示す物性を有する接触分解軽油（ＬＣＯ）を用意した。
上記原油を９０容量％、ＬＣＯを１０容量％の割合で混合して洗浄用原料油とした。

（２）洗浄方法
図１に概略断面図で示すように、原料油タンクＴ１に貯蔵されホットプレートＨＰにより７０℃に加温された１．２Ｌの上記原油を、同じく（図示しない）リボンヒーターにより流路全体が７０℃に維持された流通配管ｃ（直径６．５ｍｍ）内に毎分１０ｍＬで送液しつつ、上記原料油の流通配管内に各々ヒーターロッドＲ（ステンレス鋼製、長さ２００ｍｍ、直径６ｍｍ）を配置した加熱ヒーターＨＴ１および加熱ヒーターＨＴ２でそれぞれ設定温度Ｔ１（１７０℃）、Ｔ２（３００℃）で順次加熱して上記原料油タンクＴ１に返送する操作を３７０分間継続した後、バルブＶ１を切り替え、洗浄タンクＴ２に貯蔵された洗浄用原料油を毎分１０ｍＬで１０分間通油した。この際バルブＶ２を開くことで洗浄用原料油が原料タンクに混入しないようにした。１０分後バルブＶ１を原料油タンクＴ１側に戻し、流路内の洗浄油が完全に排出されたのちバルブＶ２を閉じ、原料油の通油を再開し、２６０分間継続した。上記加熱ヒーターＨＴ２の原料油出口に配置された原料油温度計測手段ＴＭ２ｏｕｔで原料油のヒーター出口温度Ｔ３を測定したときの結果を表２に示す。

（実施例２）
原油の送液を運転開始から５００分間継続した後に、洗浄用原料油を毎分１０ｍＬで１０分間通油した以外は実施例１と同じ条件でヒーター出口温度Ｔ３を測定した。結果を表２に示す。

（実施例３）
原油の送液を運転開始から３００分間継続した後に、洗浄用原料油を毎分１０ｍＬで１０分間通油し、その後原油を６０分間通油した。その後、洗浄油原料油を毎分１０ｍＬで１０分間通油し、原油を６０分間通油した。さらにその後、洗浄用原料油を毎分１０ｍＬで１０分間通油し、原油を６０分間通油した。さらにその後、洗浄用原料油を毎分１０ｍＬで通油し、原油を１２０分間通油した以外は実施例１と同じ条件でヒーター出口温度Ｔ３を測定した。結果を表２に示す。

（比較例１）
洗浄用原料油を通油しない以外は実施例１と同じ条件でヒーター出口温度Ｔ３を測定した。結果を表２に示す。

また、各実施例および比較例における式｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝の算出結果を表３に示す。

表２より、実施例１は測定開始後３７０～３８０分の間に、実施例２は測定開始後５００～５１０分の間に、実施例３は測定開始後３００～３１０分、３７０～３８０分、４４０～４５０分、５１０～５２０分の間に洗浄用原料油が通油されたことにより、ヒーター出口温度Ｔ３がその前後で下降傾向から上昇傾向に転じていることが分かる。
一方、表２より、比較例１は洗浄用原料油を混合しないために、ヒーター出口温度が測定期間中にほぼ減少傾向にあり、測定開始時点から約３０℃も低下していることが分かる。

洗浄用原料油を混合した実施例１～実施例３では、測定終了時において比較例１と比べ、ヒーター出口温度が高いことから、原料油の通油によりヒーターロッドＲに付着した汚れが１０分間程度洗浄用原料油を流通させる洗浄により低減されたことを示している。
このため、原油予熱用熱交換器への原油の供給を極く短時間だけ洗浄用原料油に切り替えることにより、汚れの付着を運転中に低減することができ、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を十分にかつ簡便に抑制し得ることが分かる。
また実施例３のように洗浄用原料油を繰り返し通油することで、熱交換器による汚れ付着がより効果的に軽減され、常圧蒸留装置および原油予熱用熱交換器の連続運転の期間を容易に延長することができることが分かる。

また表２および表３より、式｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝≧０．２０を満たすように洗浄用原料油を流通した実施例１～実施例３は、ヒーター出口温度が洗浄用原料油の流通後すぐに上昇していることから、洗浄用原料油の流通前に付着した汚れを効果的に低減できていることがわかる。また最も汚れが付着している実施例２の式｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝により算出される値が０．２０であり所望の効果が得られていること、汚れの原因となる原料油の流通量がより少なく式｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝により算出される値が実施例２より大きい実施例１や実施例３でも所望の効果が得られていることから、洗浄用原料油の流通量と原料油の比である式｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝により算出される値が０．２０以上であれば所望の効果が得られることがわかる。
一方、比較例１では、洗浄油原料油を投入していないことにより、原料油の流通量が増えるとともに付着した汚れが低減されることなく、その結果、ヒーター出口温度が下降していることがわかる。

本発明によれば、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を運転中に低減することができ、原油予熱用熱交換器への汚れの付着を十分にかつ簡便に抑制し得る洗浄方法を提供することができる。

Ｔ１、Ｔ２：タンク
Ｖ１、Ｖ２：切り替えバルブ
ＨＰ：ホットプレート
ｃ：流通配管
ＨＴ１、ＨＴ２：加熱ヒーター
Ｒ：ヒーターロッド
Ｐ：ポンプ

Claims

原油予熱用熱交換器の洗浄方法であって、
１５℃における密度が０．７０～１．００ｇ／ｃｍ^３、アスファルテン含有量が２０．０質量％以下である原油を９０～９９容量％含有するとともに、
接触分解軽油、潤滑油を製造する際のフルフラール抽出工程により得られるエキストラクトおよび混合キシレンを蒸留分離する装置より得られるトルエン留分から選ばれる少なくとも１種以上の炭化水素油を含み、芳香族分含有量が４０～８０質量％である燃料油基材を１～１０容量％含有する洗浄用原料油を、
原油予熱用交換器に流通する
ことを特徴とする原油予熱用熱交換器の洗浄方法。
前記原油予熱用熱交換器に対し、原油のみを流通させた後、前記洗浄用原料油を流通させる処理を繰り返し行う請求項１に記載の洗浄方法。
前記洗浄方法が以下の式（Ｉ）
｛（Ｖ２×Ｃ）／Ｖ１｝≧０．２０（Ｉ）
（ただし、Ｖ１は、洗浄用原料油を流通させる前に流通させた原油の流通量（Ｌ）、Ｖ２は前記洗浄用原料油を流通させたときの洗浄用原料油の流通量（Ｌ）、Ｃは前記洗浄用原料油中の燃料油基材の含有割合（容量％）である。）
を満たすように洗浄用原料油を流通させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の洗浄方法。