WO2022176130A1 - 発電プラントおよび発電プラントの運転方法 - Google Patents

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尚登 青山
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日揮グローバル株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/08—Preparation of fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a technology for recovering metals from heavy hydrocarbons by burning heavy hydrocarbons, which are a by-product of the process of refining crude oil at an oil refinery, as fuel in a power plant for recovering heat and power. .
  • Crude oil produced from oil fields contains hydrocarbons, sulfur, and other metals such as nickel and vanadium. Many of these metals are unevenly distributed in heavy hydrocarbons, and these metals act as inhibitors in the process of catalytically refining heavy hydrocarbons. Combustion in utility equipment (e.g. power plants) to recover heat and power. Efforts have been made to recover these metals from combustion soot recovered from flue gas (for example, Patent Document 1).
  • This technology provides a technology that facilitates the recovery of metals from combustion soot produced by burning heavy hydrocarbons.
  • the present invention provides a power plant that generates electric power from steam obtained by burning fuel oil, or a power plant that burns fuel oil to produce steam and electric power at the same time.
  • a raw material for the fuel oil supplying heavy hydrocarbons obtained by concentrating vanadium and nickel contained in vacuum residue oil obtained by vacuum distillation of atmospheric residue oil obtained by atmospheric distillation of crude oil, a raw material enrichment unit that supplies the vacuum residual oil as heavy hydrocarbons; an emulsion fuel production unit for mixing the heavy hydrocarbons supplied from the raw material enrichment unit, water, and an emulsifier to obtain emulsion fuel oil, which is the fuel oil in which the heavy hydrocarbons are dispersed in water; , a power generation unit that drives a generator to generate power using the energy obtained by burning the emulsion fuel oil; a boiler section for generating steam by the energy obtained by burning the emulsion fuel oil; and an exhaust gas processing unit provided with a dust collector for collecting combustion soot contained in exhaust gas emitted by burning the emulsion fuel
  • the power plant may comprise the following features.
  • the raw material concentration unit supplies the heavy hydrocarbons containing the vanadium at a concentration such that the content of vanadium in the combustion soot collected by the dust collector is 10% by mass or more.
  • the concentrated heavy hydrocarbons are extraction residue oil after solvent deasphalting treatment of the vacuum residue oil, or thermal cracking residue after thermal cracking treatment of the vacuum residue oil. be oil.
  • the boiler section burns the emulsion fuel oil to generate steam, and the power generation section drives the generator with a steam turbine that operates using the steam generated in the boiler section.
  • the power generation unit includes an internal combustion engine that burns the emulsion fuel oil to drive the generator, and the boiler unit recovers heat from the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to obtain steam.
  • the present invention provides a method for operating a power plant that generates electric power from steam obtained by burning fuel oil, or a method for operating a power plant that burns fuel oil to produce steam and electric power at the same time,
  • a heavy hydrocarbon obtained by concentrating vanadium and nickel contained in vacuum residue obtained by vacuum distillation of atmospheric residue obtained by atmospheric distillation of crude oil, or a heavy hydrocarbon that is the vacuum residue The energy obtained by burning the emulsion fuel oil, which is the fuel oil obtained by mixing the hydrocarbon, water, and emulsifier and dispersing the heavy hydrocarbon in water, drives the generator.
  • the heavy hydrocarbon which is the raw material of the emulsion fuel oil, contains the nickel and the vanadium at a concentration such that the total content of nickel and vanadium in the collected combustion soot is 25% by mass or more. characterized by
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a power plant according to an embodiment
  • FIG. It is a block diagram of the exhaust gas processing part provided in the said power plant.
  • FIG. 2 is a diagram comparing the composition of combustion soot of conventional heavy oil and emulsion fuel oil;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of processing related to recovery of metal components from combustion soot.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a power plant according to another embodiment;
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a power plant according to the present embodiment.
  • the power plant of this example employs emulsion fuel oil in which heavy hydrocarbons with fine particle sizes are dispersed in water as the fuel for generating steam and electricity.
  • metal content nickel and vanadium (hereinafter also simply referred to as "metal content") contained in the combustion soot can be easily recovered.
  • This power plant can be exemplified by a case where it is installed in a refinery that refines crude oil.
  • the power plant shown in FIG. 1 includes a raw material concentration unit 12 that supplies heavy hydrocarbons, an emulsion fuel production unit 13 that produces emulsion fuel oil using the heavy hydrocarbons as a raw material, and an emulsion fuel that burns It is equipped with devices (boiler section 21, steam turbine 22, etc.) for generating steam and electric power, and an exhaust gas processing section 3 for processing combustion exhaust gas of emulsion fuel.
  • Vacuum residual oil obtained by atmospheric distillation and vacuum distillation of crude oil is supplied to the raw material concentration unit 12 .
  • Crude oils with a high metal content include conventional aromatic crude oils from the Middle East (Arabian heavy, Kuwait crude, Egyptian crude), heavy crudes from Mexico and Russia, Canadian oil sands, and ultra-heavy crudes from Venezuela. Crude oil etc. can be illustrated.
  • FIG. 1 an atmospheric distillation column for atmospheric distillation of crude oil and a vacuum distillation column for vacuum distillation of atmospheric residual oil distilled from the bottom of the atmospheric distillation column are collectively described as a distillation section 11.
  • I have The vacuum residual oil is distilled from the bottom of the vacuum distillation column and supplied to the raw material concentration section 12 via, for example, an intermediate tank (not shown).
  • the raw material enrichment unit 12 may be configured to perform a process of concentrating the metals contained in the vacuum residue oil supplied from the distillation unit 11 side and then supply it to the emulsion fuel production unit 13 .
  • the vacuum residual oil supplied from the distillation unit 11 side may be supplied to the emulsion fuel production unit 13 as it is.
  • Examples of metal content concentration treatment include solvent deasphalting treatment (SDA treatment) by a solvent deasphalting (SDA) plant 121 and thermal decomposition treatment by a thermal decomposition plant 122 .
  • SDA treatment solvent deasphalting treatment
  • SDA plant 121 contacts the solvent butane (C4) or pentane (C5) with the vacuum residual oil to extract the light components, and pulverize the unextracted heavy components SDA pitch (extraction residual oil).
  • a small amount of light oil is mixed for viscosity adjustment or viscosity adjustment, and supplied to the emulsion fuel production unit 13 as heavy hydrocarbons, which are raw materials for emulsion fuel.
  • Most of the metals contained in the crude oil are unevenly distributed in the vacuum residual oil, and the heavy hydrocarbons containing the metals are difficult to extract with solvents, and most of them remain on the SDA pitch side. Metal content is concentrated in the SDA pitch.
  • the thermal cracking plant 122 heats and decomposes the vacuum residual oil to about 400 to 500° C., then separates the light fraction and the heavy fraction by distillation, and thermally cracks the heavy fraction (thermal decomposition residual oil). It is supplied to the emulsion fuel production unit 13 as heavy hydrocarbons, which are raw materials for emulsion fuel.
  • a specific configuration example of the pyrolysis plant 122 a case of adopting a process that does not use a catalyst, such as a visbreaker process, can be exemplified. Even after thermal decomposition of the vacuum residual oil, most of the metal content is contained in the heavy content side, so that the metal content is concentrated in the pyrolysis pitch by the thermal decomposition treatment.
  • the metal content concentration treatment is not limited to the examples of the above-described SDA treatment and thermal decomposition treatment. Other types of treatment may be used as long as the treatment is capable of increasing the concentration of metals in the residual oil that has flowed out from the distillation section 11 .
  • the vacuum residue is supplied as it is as a heavy hydrocarbon, which is the raw material for emulsion fuel.
  • the vacuum distillation column in the distillation section 11 the pump for transferring the vacuum residual oil, and the transportation pipes constitute the raw material enrichment section 12.
  • the raw material concentration unit 12 shown in FIG. 1 includes an SDA plant 121 for concentrating the metal content of the vacuum residue oil, a thermal decomposition plant 122, and a transportation pipe for directly transporting the vacuum residue oil.
  • An example provided in parallel with the manufacturing department 13 is shown. This is a diagram shown for convenience in order to explain a configuration example of the raw material concentrating section 12.
  • the SDA plant 121 or the pyrolysis plant 122 may be provided, or the plants 121 and 122 and the vacuum residual oil transport piping may be provided in parallel or in tandem.
  • the vacuum residual oil to be concentrated may be mixed with atmospheric residual oil or lighter fractions. good.
  • emulsion fuel production unit 13 Heavy hydrocarbons that are vacuum residual oil that has been subjected to concentration processing for metals, or heavy hydrocarbons that use vacuum residual oil as it is, water, and an emulsifier are mixed. Processing is carried out to produce emulsion fuel oil.
  • the method for producing the emulsion fuel oil There is no particular limitation on the method for producing the emulsion fuel oil, and a known method can be used. For example, the temperature of the heavy hydrocarbons supplied from the raw material concentration section 12 is increased to reduce the viscosity to about 100 cSt. Thereafter, the heavy hydrocarbons, water, and an emulsifier are added to a stirring tank in which stirring blades are arranged and emulsion fuel oil is produced, and the finely divided heavy hydrocarbons are continuously added.
  • a water-dispersible, stable, storable, room temperature pumpable emulsion fuel oil is prepared. If the feed temperature to the stirred tank is increased to around 200° C.-250° C. to reduce the viscosity of the heavy hydrocarbons, high pressures are used to reduce evaporation of water, while emulsifiers that are not affected by heat are selected.
  • the content ratio of water to the entire emulsion fuel is set to 30 vol % within the range of 25 to 40 vol %.
  • water for the continuous phase it is possible to use wastewater containing water-soluble organic matter generated in refinery oil-water separation (CPI (Corrugated Plate Interceptor) separator), etc.
  • CPI refinery oil-water separation
  • the PH value is limited.
  • the chlorine concentration is limited by the specifications of the subsequent combustion equipment.
  • Emulsion fuels may also be produced using low quality hydrocarbons.
  • the emulsion fuel is continuously extracted from the stirring tank and stored at room temperature in a storage tank (not shown), for example.
  • FIG. 1 illustrates a configuration in which a steam turbine 22 operated by steam generated in a boiler section 21 drives a generator 221 to generate electric power.
  • the boiler unit 21 heats the boiler water with the heat obtained by burning the emulsion fuel to generate steam (step of generating steam).
  • the boiler section 21 is provided with a combustion nozzle 211 capable of burning emulsion fuel, other configurations may be the same as those of a normal heavy oil-fired boiler.
  • the emulsion fuel stored in the storage tank is supplied to the combustion nozzle 211 arranged in the boiler section 21 by a pump (not shown). From the combustion nozzle 211 , droplets in the form of fine particles are sprayed toward the flame formed by burning the emulsion fuel in the heating furnace of the boiler section 21 . When the sprayed droplets are exposed to high temperatures, the water content rapidly evaporates, micro-explosions occur, and the droplets become finer. As a result, the contact area between the finer heavy hydrocarbons and the high-temperature air is increased, and the formation of unburned carbon is suppressed, so that the heavy hydrocarbons can be efficiently burned.
  • the vacuum residual oil is sprayed into the combustion furnace using a large amount of atomizing steam, and the amount of surplus air required is also large compared to the emulsion fuel.
  • it is necessary to reduce the viscosity to about 500 cSt by piping tracing (energy consumption of steam or electricity) and heaters (steam or electricity, etc.) to keep the storage tank warm. energy consumption), consumes the fuel required as a heat source for the heater to reduce the viscosity to 20-30 cSt for good atomization of the vacuum residual oil in the combustion nozzle.
  • the water-containing emulsion fuel makes it possible to save electricity, steam, and fuel, and provides a thermal efficiency comparable to that of vacuum residual oil, which is a conventional fuel.
  • the combustion exhaust gas of the emulsion fuel is discharged to the atmosphere through the stack 4 after exhaust gas treatment is performed in the exhaust gas treatment unit 3 which will be described later.
  • the steam generated in the boiler section 21 is sent to the steam turbine 22 to rotate the steam turbine 22 and drive the generator 221 to generate power, which is the same as a normal steam turbine generator. Yes (the process of generating power).
  • the steam is liquefied in a condenser 222 provided on the outlet side of the steam turbine 22, subjected to predetermined boiler water treatment, and supplied to the boiler section 21 again.
  • the steam at the outlet of the steam turbine 22 is directly supplied to the refinery as utility.
  • the steam turbine 22, generator 221, and condenser 222 constitute the power generation section of the power plant of this example. Since the water vapor is generated by burning the emulsion fuel, the power generation section drives the generator 221 to generate power using the energy obtained by burning the emulsion fuel oil.
  • the exhaust gas processing unit 3 removes environmental pollutants contained in the exhaust gas generated by burning the emulsion fuel in the boiler unit 21 .
  • the exhaust gas treatment unit 3 shown in FIG. 2 includes a flue gas denitrification unit 31 that removes nitrogen oxides contained in the flue gas, an electrostatic precipitator 32 that removes combustion soot, and a flue gas desulfurization unit 33 that removes sulfur oxides. I have.
  • the flue gas denitrification unit 31 shown in FIG. 2 is an example that employs the ammonia selective catalytic reduction method. After ammonia is sprayed into the flue gas, it is brought into contact with a reduction catalyst to decompose nitrogen oxides into nitrogen and water.
  • the emulsion fuel Compared to combustion of conventional vacuum residual oil, the emulsion fuel has a lower flame temperature and a lower oxygen concentration, so that the amount of nitrogen oxides (thermal NOx) generated is reduced. For the same reason, the rate of conversion of sulfur oxides (sulfur dioxide) to sulfur trioxide is reduced, reducing the production of ammonium sulfate, which is a compound with ammonia, and reducing the operation of the electrostatic precipitator.
  • the electrostatic precipitator 32 electrifies the combustion soot contained in the flue gas after flue gas denitrification by electric discharge, and then adheres and deposits it on the dust collection electrode (step of collecting the combustion soot). After that, the combusted soot is removed from the dust collecting electrode by hammering or supplying washing water, and discharged toward the hopper. In the case of conventional combustion of vacuum residual oil, most of the combustion media adhering to the electrostatic precipitator are unburned coke and ammonium sulfate.
  • the method of collecting combustion soot is not limited to electric dust collection, and dust collection may be performed using, for example, a bag filter.
  • the flue gas desulfurization unit 33 sprays limestone slurry into the flue gas after dust collection to cause the limestone and sulfur oxide (oxygen disulfide) to react, resulting in gypsum (CaSO 3 0.5H 2 O, CaSO 4.2H 2 O). Furthermore, when removing the remaining sulfur oxide (oxygen trisulfide), it may be removed with a wet electrostatic precipitator.
  • the exhaust gas treatment unit 3 the exhaust gas is discharged to the atmosphere from the stack 4 after being subjected to a series of these exhaust gas treatments.
  • the combustion soot collected by the electric dust collector 32 contains metals such as nickel and vanadium.
  • the exhaust gas from which combustion soot has been collected is generated by combustion of emulsion fuel.
  • Fig. 3 shows an overview of changes in the composition of combustion soot in the case of burning heavy oil (depressurized residual oil), which is a conventional fuel, and in the case of burning emulsion fuel.
  • heavy oil depressurized residual oil
  • carbon unburned carbon
  • wt % mass %
  • 10 to 20 wt % of combustion soot is ammonium sulfate produced by the reaction between ammonia and sulfur oxides supplied during flue gas denitrification.
  • the content of metals such as nickel and vanadium is less than 10 wt % of combustion soot.
  • Pretreatment is required to burn off unburned carbon using fuel and additives.
  • Such pretreatment incurs additional costs and is a factor in reducing the commercial value of combustible soot as a source of nickel and vanadium. For this reason, in the transaction of combustion soot generated at power plants, etc., even when the metal content is recovered from the combustion soot, there are cases where payment of processing costs to the company that disposes of the combustion soot is required. many.
  • the power plant according to the present embodiment burns emulsion fuel in which heavy hydrocarbons supplied from the raw material enrichment unit 12 are dispersed in water to obtain steam and electric power.
  • the applicant of the present application has found that the combustion soot of this emulsion fuel can reduce the carbon content by more than 90% of the conventional amount.
  • emulsion fuel can reduce the amount of excess air required for combustion, resulting in a lower excess oxygen concentration, and because the flame temperature is lower than that of conventional fuel, the amount of nitrogen required for combustion is lower than that of heavy oil combustion.
  • the amount of oxides generated is also small. Therefore, the amount of ammonia supplied in the flue gas denitrification section 31 can be reduced. In addition, by reducing the amount of ammonia supplied, the amount of ammonium sulfate produced can also be significantly reduced compared to the conventional method.
  • the total content of nickel and vanadium in the combustion soot collected by the electric dust collector 32 is preferably 25 wt% or more, more preferably 50 wt% or more.
  • the content of vanadium in the combustion soot is preferably 10 wt % or more, more preferably 20 wt % or more.
  • the above content ratios be satisfied all the time during operation of the power plant.
  • the above content ratio is met in terms of the average value for each processing lot where metal recovery is performed, the content ratio of nickel and vanadium may fall below the above value at times during the operating period of the power plant. It is not forbidden to become
  • the adjustment of the content ratio of these nickel and vanadium is performed in the raw material concentration section 12 .
  • concentration treatment of metals for example, selection of crude oil, selection of vacuum residual oil supplied to the SDA plant 121 and the thermal decomposition plant 122, selection of the type of solvent in the SDA plant 121, reaction in the thermal decomposition plant 122
  • the content of nickel and vanadium in the combustion soot can be increased by adjusting the temperature and the method of recovering the pyrolyzed pitch after pyrolysis.
  • vacuum residue oil is used as it is as a heavy hydrocarbon
  • the content of nickel and vanadium is adjusted by, for example, selecting crude oil and cutting temperature between vacuum residue oil and lighter fractions. be done.
  • the total amount of nickel and vanadium is determined by the fact that the crude oil supplied to the SDA plant 121 and the pyrolysis plant 122 is aromatic and heavy.
  • the heavier the vacuum residual oil supplied directly to the emulsion fuel production unit 13 the heavier the SDA pitch and thermally decomposed pitch after concentration processing in the SDA plant 121 and the thermal decomposition plant 122.
  • the nickel and vanadium content in the combustion soot can be increased as the quality of the soot increases, and by increasing the combustibility by using emulsion fuel oil or the like.
  • the specific gravity indicating the degree of heavyness of crude oil, vacuum residue, SDA pitch, and pyrolyzed pitch, vacuum residue having a desired specific gravity, distillation section 11, SDA plant 121 for obtaining various pitches , the operating conditions of the pyrolysis plant 122, etc. as manipulated variables, it is possible to increase the content of nickel and vanadium in the combustion soot.
  • the relationship between these manipulated variables and the content ratio can be grasped based on preliminary experiments in experimental reactors and the like, operating results in power plants, and the like. Based on the relationship between each manipulated variable thus grasped and the content ratio of nickel and vanadium in the combustion soot, selection of crude oil and operation adjustment of the power plant are performed so that the content ratio exceeds the above-described value.
  • the fuel oil is burned to generate steam and electric power
  • the emulsion fuel oil in which heavy hydrocarbons are dispersed in water using an emulsifier, is used, so it is possible to increase the fuel oil combustion efficiency.
  • the content of unburned carbon is greatly reduced, and combustion soot containing nickel and vanadium at high concentrations can be obtained.
  • a boiler section 21 that directly burns emulsion fuel to generate steam, and a power generation section that operates a steam turbine 22 using the steam and drives a generator 221 to generate power are provided.
  • FIG. 5 shows an example in which a power generation unit is configured by a diesel engine 23, which is an internal combustion engine that operates by burning emulsion fuel, and a generator (first generator) 231 that is driven by the diesel engine 23 and generates power. is shown. Even when the emulsion fuel is directly burned in the internal combustion engine, it can be said that the energy obtained by burning the emulsion fuel oil drives the generator 231 to generate power.
  • the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are attached to the same constituent elements as those explained using FIG.
  • Exhaust gas generated by burning emulsion fuel in the diesel engine 23 described above is subjected to heat recovery to generate steam in an exhaust heat boiler 24 which is a boiler section.
  • This exhaust heat boiler 24 is the heat obtained by burning the emulsion fuel oil, or the heat obtained by completely burning the unreacted hydrocarbons and excess oxygen in the diesel engine 23 by additionally burning the emulsion fuel. It can be said that it has the function of generating steam using Further, the exhaust gas after heat recovery is performed in the exhaust heat boiler 24 is discharged to the outside through the exhaust gas processing section 3 and the stack 4 described above.
  • the electrostatic precipitator 32 collects combustion soot, which is the same as the example described with reference to FIGS. 1 and 2 .
  • the steam generated in the waste heat boiler 24 is supplied as a utility to the refinery where it is used, or is sent to the steam turbine 25 to rotate the steam turbine 25 and power the generator (second generator) 251. Electricity is generated by driving (the step of driving the second generator to generate electricity).
  • the steam is liquefied in a condenser 252 provided on the outlet side of the steam turbine 25, subjected to predetermined boiler water treatment, and supplied to the waste heat boiler 24 again.
  • the steam at the outlet of the steam turbine 25 is directly supplied to the refinery as utility.
  • the steam turbine 25, generator 251 and condenser 252 also constitute the power generation section of the power plant shown in FIG. Since the steam supplied to the steam turbine 25 is generated by utilizing the exhaust heat of the exhaust gas generated by burning the emulsion fuel, the power generation unit also generates power using the energy obtained by burning the emulsion fuel oil.
  • the generator 251 is driven to generate power, and by using the emulsion fuel as a combined power plant, higher power generation and energy efficiency can be achieved.
  • the power plant it is not an essential requirement for the power plant to have the raw material enrichment section 12 and the emulsion fuel production section 13 on the same site as in the examples shown in FIGS.
  • the power generation section and the boiler section may be provided at a location away from the refinery having the raw material enrichment section 12 and the emulsion fuel production section 13 .
  • the emulsion fuel produced by the emulsion fuel production unit 13 is transported by tanker or pipeline by using an emulsifier or the like suitable for ensuring long-term stability at room temperature, and is transported to the power plant side where it is consumed. After being stored in a storage tank provided in the , the combustion soot is collected after being used to generate steam and electricity.

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Abstract

【課題】重質炭化水素の燃焼により生成する燃焼煤について、金属回収を容易にする技術を提供する。 【解決手段】水蒸気および電力を発生させる発電プラントにおいて、原料濃縮部１２は、燃料油の原料である減圧残渣油に含まれるバナジウムとニッケルを濃縮処理した重質炭化水素を供給するか、当該減圧残渣油をそのまま重質炭化水素として供給し、エマルション燃料製造部１３は、重質炭化水素と、水と、乳化剤とを混合したエマルション燃料油を得る。発電部２２は、エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより発電機２２１を駆動して発電を行い、ボイラー部２１は、エマルション燃料油を燃焼して得られる熱により水蒸気を発生させる。原料濃縮部１２は、排ガス処理部３の集塵機３２にて集塵された燃焼煤中のニッケルとバナジウムの合計の含有割合が２５質量％以上となる濃度にてこれらの金属分を含む重質炭化水素を供給する。

Description

発電プラントおよび発電プラントの運転方法
　本発明は、製油所で原油を精製する過程で副生する重質炭化水素を燃料として、熱や動力を回収するための発電プラントにて燃焼させ、重質炭化水素から金属を回収する技術に関する。
　油田から産出される原油には、炭化水素や硫黄分などのほか、ニッケルやバナジウムなどの金属分が含まれている。これら金属分の多くは重質炭化水素に偏在すること、また重質炭化水素を触媒により精製する過程においてこれら金属分は阻害物質となることから、これら金属が含まれる重質炭化水素は製油所内の用役設備（例えば発電プラント）で燃焼して熱と動力を回収する。燃焼排ガスから回収された燃焼煤から、これらの金属を回収する取り組みがなされている（例えば特許文献１）。
　しかしながら、重質炭化水素は燃焼効率が低いため、この燃焼煤には、多量の未燃カーボンが含まれている。そこで、金属の回収を行う前に、ロータリーキルンなどの燃焼炉を用いて未燃カーボンを燃焼除去する処理が必要となる。このような前処理の実施に伴う設備の設置や、バナジウム腐食を回避するための燃焼炉内の温度管理や添加剤の消費などに伴い、重質炭化水素の燃焼煤からの金属の回収は、コストの観点で不利な金属回収法となってしまう。
特開２００３－２７５６１６号公報
　本技術は、重質炭化水素の燃焼により生成する燃焼煤について、金属回収を容易にする技術を提供する。
　本発明は、燃料油を燃焼させて得られた水蒸気により電力を発生させる発電プラント、または前記燃料油を燃焼させて蒸気と電力を併産する発電プラントにおいて、
　前記燃料油の原料として、原油を常圧蒸留して得られた常圧残渣油を減圧蒸留して得られる減圧残渣油に含まれるバナジウムとニッケルを濃縮処理した重質炭化水素を供給するか、前記減圧残渣油を重質炭化水素として供給する原料濃縮部と、
　前記原料濃縮部より供給された前記重質炭化水素と、水と、乳化剤とを混合し、前記重質炭化水素を水中に分散させた前記燃料油であるエマルション燃料油を得るエマルション燃料製造部と、
　前記エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、発電機を駆動して発電を行う発電部と、
　前記エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、水蒸気を発生させるボイラー部と、
　前記エマルション燃料油を燃焼して排出された排ガスに含まれる燃焼煤を集塵する集塵機を備えた排ガス処理部と、を備え
　前記原料濃縮部は、前記集塵機にて集塵された燃焼煤中のニッケルとバナジウムの合計の含有割合が２５質量％以上となる濃度にて前記ニッケルおよび前記バナジウムを含む前記重質炭化水素を供給することを特徴とする。
　前記発電プラントは、以下の特徴を備えてもよい。　
（ａ）前記原料濃縮部は、前記集塵機にて集塵された燃焼煤中のバナジウムの含有割合が１０質量％以上となる濃度にて前記バナジウムを含む前記重質炭化水素を供給すること。　
（ｂ）前記濃縮処理された前記重質炭化水素は、前記減圧残渣油の溶剤脱れき処理を行った後の抽出残渣油、または前記減圧残渣油の熱分解処理を行った後の熱分解残渣油であること。
（ｃ）前記ボイラー部は、前記エマルション燃料油を燃焼させて水蒸気を発生させ、前記発電部は、前記ボイラー部で発生させた水蒸気を用いて動作する蒸気タービンにより前記発電機を駆動すること。　
（ｄ）前記発電部は、前記エマルション燃料油を燃焼して前記発電機を駆動する内燃機関を備え、前記ボイラー部は、前記内燃機関から排出された前記排ガスから熱回収を行って水蒸気を得る排熱回収ボイラーであること。このとき、前記内燃機関により駆動される発電機を第１の発電機としたとき、
　前記排熱ボイラーにて得られた水蒸気を用いて動作し、前記第１の発電機とは異なる第２の発電機を駆動して発電を行うための蒸気タービンを備えること。
　また本発明は、燃料油を燃焼させて得られた蒸気により電力を発生させる発電プラントの運転方法、または前記燃料油を燃焼させて蒸気と電力を併産する発電プラントの運転方法において、
　原油を常圧蒸留して得られた常圧残渣油を減圧蒸留して得られる減圧残渣油に含まれるバナジウムとニッケルを濃縮処理した重質炭化水素であるか、前記減圧残渣油である重質炭化水素と、水と、乳化剤とを混合して、前記重質炭化水素を水中に分散させて得られた前記燃料油であるエマルション燃料油を燃焼させて得られるエネルギーにより、発電機を駆動して発電を行う工程と、
　前記エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、水蒸気を発生させる工程と、
　前記エマルション燃料油を燃焼して排出された排ガスに含まれる燃焼煤を集塵する工程と、を含み、
　前記エマルション燃料油の原料となる前記重質炭化水素は、前記集塵された燃焼煤中のニッケルとバナジウムの合計の含有割合が２５質量％以上となる濃度にて前記ニッケルおよび前記バナジウムを含むことを特徴とする。
　本技術によれば、燃料油を燃焼させて水蒸気および電力を発生させるにあたり、乳化剤を用いて重質炭化水素を水中に分散させたエマルション燃料油を用いるので、燃料油の燃焼効率を高めることが可能となる。この結果、未燃カーボンの含有量を大幅に低減し、ニッケルやバナジウムを高濃度で含む燃焼煤を得ることができる。
実施の形態に係る発電プラントの構成図である。 前記発電プラントに設けられている排ガス処理部の構成図である。 従来の重油およびエマルション燃料油の燃焼煤の組成を比較した図である。 燃焼煤からの金属分の回収に係る処理の説明図である。 他の実施の形態に係る発電プラントの構成図である。
　図１は、本実施の形態に係る発電プラントの構成例を示す模式図である。本例の発電プラントは、水蒸気および電気を発生させるための燃料として、重質炭化水素を微細な粒径にて水中に分散させたエマルション燃料油を採用する。これにより燃焼効率を高め、燃焼煤に含まれるニッケルおよびバナジウム（以下、単に「金属分」ともいう）の回収を容易にすることが可能な構成となっている。本発電プラントは、原油の精製を行う製油所に設ける場合を例示できる。
　図１に示す発電プラントは、重質炭化水素の供給を行う原料濃縮部１２と、当該重質炭化水素を原料としてエマルション燃料油の製造を行うエマルション燃料製造部１３と、エマルション燃料を燃焼して水蒸気や電力を発生させるための機器（ボイラー部２１や蒸気タービン２２など）と、エマルション燃料の燃焼排ガスを処理する排ガス処理部３とを備えている。
　原料濃縮部１２に対しては、原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られる減圧残渣油が供給される。金属分の含有量が多い原油としては、中東産など芳香族系の在来原油（アラビアンヘビー、クウェート産原油、イラン産原油）、メキシコやロシア産重質原油、カナダオイルサンドやベネズエラ産超重質原油などを例示することができる。　
　図１には、原油の常圧蒸留を行う常圧蒸留塔と、常圧蒸留塔の底部から留出した常圧残渣油の減圧蒸留を行う減圧蒸留塔とをまとめて蒸留部１１として簡略記載してある。減圧残渣油は、減圧蒸留塔の底部より留出し、例えば不図示の中間タンクを介して原料濃縮部１２に供給される。
　原料濃縮部１２は、蒸留部１１側から供給された減圧残渣油に対し、減圧残渣油に含まれる金属分を濃縮する処理を実施してからエマルション燃料製造部１３に供給する構成としてもよい。または、蒸留部１１側から供給された減圧残渣油をそのままエマルション燃料製造部１３に供給する構成としてもよい。
　金属分の濃縮処理としては、溶剤脱れき（ＳＤＡ：Solvent De-Asphalting）プラント１２１による溶剤脱れき処理（ＳＤＡ処理）や、熱分解プラント１２２による熱分解処理を例示することができる。　
　ＳＤＡプラント１２１は、溶剤であるブタン（Ｃ４）またはペンタン（Ｃ５）を減圧残渣油と接触させて、軽質分を抽出し、抽出されなかった重質分であるＳＤＡピッチ（抽出残渣油）を微粉化、あるいは粘度調整のために少量の軽質油を混合しエマルション燃料の原料である重質炭化水素としてエマルション燃料製造部１３に供給する。原油中に含まれる金属分の大半は減圧残渣油に偏在しており、その金属分を包含する重質炭化水素は溶剤に抽出されにくく、その大部分はＳＤＡピッチ側に残るため、ＳＤＡ処理によってＳＤＡピッチに金属分が濃縮されることになる。
　熱分解プラント１２２は、減圧残渣油を４００～５００℃程度に加熱して分解したのち、軽質分と重質分とを蒸留分離し、重質分である熱分解ピッチ（熱分解残渣油）をエマルション燃料の原料である重質炭化水素としてエマルション燃料製造部１３に供給する。熱分解プラント１２２の具体的な構成例としては、ビスブレーカープロセスなど、触媒を用いないプロセスを採用する場合を例示できる。減圧残渣油の熱分解後においても、ほとんどの金属分は重質分側に含まれるため、熱分解処理によって熱分解ピッチに金属分が濃縮されることになる。　
　なお、金属分の濃縮処理は、上述のＳＤＡ処理や熱分解処理の例に限定されるものではない。蒸留部１１から流出した減圧残渣油よりも金属分の濃度を高くすることが可能な処理であれば、他の種類の処理を利用してもよい。
　また、カナダオイルサンドやベネズエラ産超重質原油などのように、減圧残渣油中の金属分の含有量が高い原油においては、エマルション燃料の原料である重質炭化水素として減圧残渣油をそのまま供給してもよい。この場合には、蒸留部１１のうちの減圧蒸留塔や、減圧残渣油の送液を行うポンプや輸送配管が原料濃縮部１２を構成する機器となる。
　図１に記載の原料濃縮部１２には、減圧残渣油の金属分の濃縮処理を行うＳＤＡプラント１２１、熱分解プラント１２２、および減圧残渣油をそのまま輸送する輸送配管を、蒸留部１１とエマルション燃料製造部１３との間に並列に設けた例を示している。これは、原料濃縮部１２の構成例を説明するために、便宜的に示した図である。実際にはＳＤＡプラント１２１、熱分解プラント１２２のいずれかを設ける場合や、いずれかのプラント１２１、１２２と、減圧残渣油の輸送配管とを並列に設ける場合や、縦列に設ける場合を例示できる。　
　また、後述する規定量以上の金属分を燃焼煤中に含有した状態とすることができれば、濃縮処理される減圧残渣油には、常圧残渣油やより軽質の留分が混合されていてもよい。
　エマルション燃料製造部１３では、金属分の濃縮処理が行われた減圧残渣油である重質炭化水素、または減圧残渣油をそのまま用いた重質炭化水素と、水と、乳化剤とを混合して、エマルション燃料油を製造する処理が行われる。
　エマルション燃料油の製造法に特段の限定はなく、公知の手法を用いることができる。一例を挙げると、原料濃縮部１２から供給された重質炭化水素を昇温して粘度を１００ｃＳｔ程度まで低減させる。しかる後、攪拌翼が配置され、エマルション燃料油の製造がおこなわれている攪拌槽に対し、前記重質炭化水素と、水と、乳化剤とを添加して、微細化した重質炭化水素を連続相である水に分散化し、安定に貯蔵可能であり、常温でポンプ輸送が可能なエマルション燃料油を調製する。重質炭化水素の粘度低減のため攪拌槽への供給温度を２００℃～２５０℃程に上げる場合、水の蒸発を抑えるために高圧で操作すると同時に、熱により影響を受けない乳化剤を選択する。
　攪拌翼によって動的に攪拌されている槽内、あるいは静的に攪拌されるインラインに対し、重質炭化水素と乳化剤を含んだ水を加えることにより、当該重質炭化水素に高いせん断力が働き、平均１０μｍ程度の微細な油滴が形成される。この際、乳化剤の作用により、連続相である水中に微細な油滴が分散した状態のエマルション燃料が得られる。エマルション燃料の製造に用いる乳化剤に特段の限定はなく、数日～数か月程度、安定して油滴のエマルション状態を保つことができるものを選択する場合を例示できる。エマルション燃料全体に対する水の含有比率は、例えば２５～４０ｖｏｌ％の範囲内の３０ｖｏｌ％に設定する場合を例示できる。なお、連続相の水として製油所の油水分離（ＣＰＩ（Corrugated Plate Interceptor）セパレーター）などで発生した水溶性有機分などを含む排水を使用することも可能であるが、乳化剤によってはＰＨ値の制限、または塩素濃度は後段の燃焼設備の仕様により制限される。例えばＣ５（ペンタン）によるＳＤＡピッチなどの軟化点が高い重質炭化水素には、常温で重質炭化水素を分散させてエマルション燃料を構成する場合、重質炭化水素は微粉化処理した固体の重質炭化水素を用いてエマルション燃料を製造してもよい。　
　エマルション燃料は、攪拌槽から連続的に抜き出され、例えば不図示の貯蔵タンクに常温で貯蔵される。
　本例の発電プラントは、以上に説明した手法によって製造したエマルション燃料を燃焼して水蒸気および電力を発生させる。図１には、ボイラー部２１にて発生させた水蒸気により動作する蒸気タービン２２により発電機２２１を駆動して電力を発生させる構成を例示している。　
　ボイラー部２１は、エマルション燃料を燃焼して得られる熱によりボイラー水を加熱し、水蒸気を発生させる（水蒸気を発生させる工程）。ボイラー部２１は、エマルション燃料を燃焼させることが可能な燃焼ノズル２１１が設けられていれば、他の構成は通常の重油焚きボイラーと共通であってよい。
　貯蔵タンクに貯蔵されたエマルション燃料は、不図示のポンプにより、ボイラー部２１に配置された燃焼ノズル２１１へ供給される。燃焼ノズル２１１からは、ボイラー部２１の加熱炉内でエマルション燃料が燃焼して形成された炎へ向けて微粒子状の液滴が噴霧される。噴霧された液滴が高温に曝されると、水分が急激に蒸発し、ミクロ爆発が発生し、液滴の更なる微細化が進行する。この結果、さらに微細化した重質炭化水素と高温空気との接触面積が大きくなり、未燃カーボンの形成を抑えて、効率的に重質炭化水素を燃焼させることができる。
　なお、従来の減圧残渣油焚きボイラーにおいても、減圧残渣油は多量のアトマイジング用蒸気を用いて燃焼炉内に噴霧され、また必要となる余剰空気の量もエマルション燃料と比較して多い。また、従来のボイラー部までに減圧残渣油をポンプで送油するために５００ｃＳｔ程度に粘度を下げるため配管トレース（蒸気または電気のエネルギー消費）や貯蔵タンクの保温するためのヒーター（蒸気または電気などエネルギー消費）、燃焼ノズルで減圧残渣油が良好に噴霧されるために２０～３０ｃＳｔに粘度を低減するため加熱ヒーターの熱源として必要な燃料を消費する。一方、水を含んでいるエマルション燃料ではこれらの電気、蒸気、燃料を節約することが可能となり、従来の燃料である減圧残渣油に劣らない熱効率を得ることができる。
　エマルション燃料の燃焼排ガスは、後述する排ガス処理部３にて排ガス処理が行われた後、スタック４を介して大気へ放出される。
　ボイラー部２１にて発生した水蒸気は、蒸気タービン２２へと送気され、蒸気タービン２２を回転させて発電機２２１を駆動することにより発電が行われる点は、通常の蒸気タービン発電機と同様である（発電を行う工程）。水蒸気は、蒸気タービン２２の出口側に設けられた復水器２２２にて液化し、所定のボイラー水処理を行って、再びボイラー部２１に供給される。あるいは蒸気タービン２２の出口の蒸気をユーティリティーとしてそのまま製油所へ供給する。
　蒸気タービン２２、発電機２２１、復水器２２２は、本例の発電プラントの発電部を構成している。水蒸気は、エマルション燃料を燃焼して発生させているので、発電部は、エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、発電機２２１を駆動して発電を行っている。
　次に図２を参照して排ガス処理部３の構成を説明する。排ガス処理部３は、ボイラー部２１にてエマルション燃料を燃焼して発生した排ガスに含まれる環境汚染物質の除去を行う。図２に示す排ガス処理部３は、排ガスに含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝部３１と、燃焼煤を除去する電気集塵機３２と、硫黄酸化物を除去する排煙脱硫部３３とを備えている。　
　図２に記載の排煙脱硝部３１は、アンモニア選択接触還元法を採用した例であり、排ガス中にアンモニアを噴霧した後、還元触媒と接触させて窒素酸化物を窒素と水に分解する。なお、従来の減圧残渣油の燃焼に比べエマルション燃料は火炎温度が低く酸素濃度が低いため、窒素酸化物（サーマルＮＯｘ）の発生量が少なくなる。同上の理由により、硫黄酸化物（二酸化硫黄）が三酸化硫黄への転換する比率が低くなり、アンモニアとの化合物である硫酸アンモニウムの生成量が減り、電気集塵機の操作を軽減する。
　電気集塵機３２は、放電により、排煙脱硝後の排ガスに含まれる燃焼煤を帯電させた後、集塵電極に付着、堆積させ（燃焼煤を集塵する工程）る。その後、ハンマリングや洗浄水供給により集塵電極から燃焼煤を落として、ホッパーへ向けて排出する。従来の減圧残渣油の燃焼の場合、電気集塵機に付着する燃焼媒は未燃コークスと硫酸アンモニウムが大半であるが、エマルション燃料を燃焼した場合、これらの付着量は大幅に低減される。なお、燃焼煤を集塵する手法は電気集塵に限定されるものではなく、例えばバグフィルターを用いて集塵を行ってもよい。
　排煙脱硫部３３は、例えば湿式法の場合、集塵後の排ガスにスラリー状の石灰石を噴霧して石灰石と硫黄酸化物（二硫化酸素）とを反応させ、石こう（ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）として回収する。更に残りの硫黄酸化物（三硫化酸素）を除去する場合、湿式電気集塵機で除去することもある。　
　排ガス処理部３において、排ガスは、これら一連の排ガス処理が行われた後、スタック４より大気へと放出される。
　以上に説明した構成を備える排ガス処理部３において、電気集塵機３２にて集塵された燃焼煤には、金属分であるニッケルやバナジウムが含まれている。一方、既述のように、燃焼煤の集塵が行われた排ガスは、エマルション燃料の燃焼により発生したものである。
　ここで図３は、従来の燃料である重油（減圧残渣油）を燃焼した場合と、エマルション燃料を燃焼した場合とにおける燃焼煤の組成変化の概要を示している。重油を直接、燃焼した場合には、燃焼煤の７０～８０質量％（ｗｔ％）をカーボン（未燃カーボン）が占めている。また、燃焼煤の１０～２０ｗｔ％は、排煙脱硝の際に供給されるアンモニアと硫黄酸化物との反応により生成した硫酸アンモニウムとなっている。そして、ニッケルやバナジウムなどの金属分の含有量は、燃焼煤の１０ｗｔ％に満たない程度に過ぎない。
　このように大量のカーボンを含む燃焼煤から金属分を回収するためには、図４の左側の処理の流れに示すように、金属分の回収を行う前に、搬送コストと追加の燃焼設備、燃料および添加剤を使って未燃カーボンを燃焼除去する前処理が必要となる。このような前処理は追加のコストを発生するため、ニッケルやバナジウムの供給源としての燃焼煤の商品としての引取り価値の低下させる要因となっている。このため、発電所などで発生する燃焼煤の取引においては、これらの燃焼煤から金属分の回収を行う場合であっても、燃焼煤の処理を行う業者に対する処理費用の支払が発生する場合が多い。
　この点、本実施の形態に係る発電プラントは、原料濃縮部１２から供給された重質炭化水素を水に分散させたエマルション燃料を燃焼させて水蒸気や電力を得ている。本願の出願人は、このエマルション燃料の燃焼煤は、カーボンの含有量を従来の９０％以上、削減することができることを把握している。
　また、既述のように、エマルション燃料は、燃焼時に必要となる余剰空気量を低減できるので余剰酸素濃度が下がり、また火炎温度が従来燃料よりも低いため、重油燃焼の場合と比較して窒素酸化物の発生量も少ない。このため、排煙脱硝部３１にて供給するアンモニア量を低減することが可能となる。またアンモニアの供給量を低減することにより、硫酸アンモニウムの生成量についても従来よりも大幅に削減することもできる。
　上述のようにカーボンの含有量を大幅に削減することにより、図４の右側の処理の流れに示すように、従来必要であったカーボンの燃焼除去を行う前処理を省略することが可能となる。また、仮にカーボンの燃焼除去が必要な場合であっても、カーボンの燃焼時間と処理コストを削減することができ、前処理を簡素化できる。
　さらに、燃焼煤中の硫酸アンモニウムの含有量を削減することにより、金属分の回収プロセスにおける硫黄分除去の処理に係る負担も小さくなる。　
　さらに、不要な成分であるカーボンや硫酸アンモニウムの含有量を削減することにより、同量の金属分を含む燃焼煤の全体重量を大幅に低減できる。この結果、発電プラントから排出される燃焼煤の輸送費用の低減などにも寄与することができる。
　これらの効果が得られる燃焼煤の組成として、電気集塵機３２にて集塵された燃焼煤中のニッケルとバナジウムの合計の含有割合が２５ｗｔ％以上、より好適には５０ｗｔ％以上であることが好ましい。さらに、バナジウムのみに着目すると、燃焼煤中のバナジウムの含有割合が１０ｗｔ％以上、より好適には２０ｗｔ％以上であるとよい。
　なお、上記の含有割合は、発電プラントの稼働中、常時、満足していることが必須の要件となるものではない。例えば金属回収が行われる処理ロットごとの平均値で見て上記の含有割合を満たしていれば、発電プラントの稼働期間中の時々において、ニッケルやバナジウムの含有割合が、上記の値を下回る状態となることが禁じられるものではない。
　これらニッケルやバナジウムの含有割合の調節は、原料濃縮部１２にて行われる。金属分の濃縮処理が行われる場合には、例えば原油の選択、ＳＤＡプラント１２１や熱分解プラント１２２に供給される減圧残渣油と、ＳＤＡプラント１２１における溶剤の種類の選択、熱分解プラント１２２における反応温度と熱分解後の熱分解ピッチの回収方法などにより、燃焼煤中のニッケルやバナジウムの含有割合を増大させることができる。　
　また、減圧残渣油をそのまま重質炭化水素として用いる場合には、例えば原油の選択、減圧残渣油と、これよりも軽質の留分との間のカット温度により、ニッケルおよびバナジウムの含有割合が調節される。
　上記の各調節手法においては、ＳＤＡプラント１２１や熱分解プラント１２２に供給される原油が芳香族系で重質であることがニッケルやバナジウムの総量を決定する。このとき、エマルション燃料製造部１３に直接、供給される減圧残渣油が重質であるほど、また、ＳＤＡプラント１２１や熱分解プラント１２２にて濃縮処理された後のＳＤＡピッチや熱分解ピッチが重質であるほど、またエマルション燃料油などを用いて燃焼性を上げることにより燃焼煤中のニッケルやバナジウムの含有割合を増大させることができる。
　上記の知見によれば、原油、減圧残渣油、ＳＤＡピッチ、熱分解ピッチの重質度合いを示す比重や、所望の比重を有する減圧残渣油、各種ピッチを得るための蒸留部１１、ＳＤＡプラント１２１、熱分解プラント１２２の運転条件などを操作変数とすることにより、燃焼煤中のニッケル、バナジウムの含有割合を増大させることができる。これらの操作変数と含有割合との関係は、実験炉などにおける予備実験や、発電プラントにおける運転実績などに基づいて把握することができる。　
　こうして把握した各操作変数と、燃焼煤中のニッケル、バナジウムの含有割合との関係に基づき、当該含有割合が既述の値を上回るように、原油の選択や発電プラントの運転調節が行われる。
　本実施の形態によれば、以下の効果がある。燃料油を燃焼させて水蒸気および電力を発生させるにあたり、乳化剤を用いて重質炭化水素を水中に分散させたエマルション燃料油を用いるので、燃料油の燃焼効率を高めることが可能となる。この結果、未燃カーボンの含有量を大幅に低減し、ニッケルやバナジウムを高濃度で含む燃焼煤を得ることができる。
　さらには、燃焼煤に含まれる金属を回収するにあたっての前処理であるカーボンの燃焼除去を省略するか、その実施工程を大幅に削減することが可能となる。
　ここで図１では、エマルション燃料を直接、燃焼して蒸気を発生させるボイラー部２１と、当該蒸気を用いて蒸気タービン２２を動作させ、発電機２２１を駆動して発電を行う発電部とを設けて発電プラントを構成した実施の形態について説明した。但し、発電プラントを構成するボイラー部や発電部の構成は、上記の例に限定されるものではない。
　例えば図５は、エマルション燃料を燃焼して動作する内燃機関であるディーゼルエンジン２３と、当該ディーゼルエンジン２３によって駆動され発電を行う発電機（第１の発電機）２３１とにより発電部を構成した例を示している。内燃機関にてエマルション燃料を直接、燃焼する場合についても、エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、発電機２３１を駆動して発電を行っているといえる。　
　なお、図５において、図１を用いて説明したものと共通の構成要素には、図１に示したものと同じ符号を付してある。
　上述のディーゼルエンジン２３にてエマルション燃料を燃焼させて発生した排ガスは、ボイラー部である排熱ボイラー２４にて蒸気を発生させる熱回収が行われる。この排熱ボイラー２４は、エマルション燃料油を燃焼して得られる熱、あるいはエマルション燃料を追加で燃焼することによりディーゼルエンジン２３で未反応の炭化水素と余剰酸素を完全燃焼することで得られた熱を使って水蒸気を発生させる機能を備えているといえる。　
　また、排熱ボイラー２４にて熱回収が行われた後の排ガスは、既述の排ガス処理部３、スタック４を経て外部へ排出される。排ガス処理部３において、電気集塵機３２により燃焼煤の電気集塵が行われる点は、図１、図２を用いて説明した例と同様である。
　一方、排熱ボイラー２４にて発生した蒸気はユーティリティーとしてそのまま利用製油所へ供給する、または蒸気タービン２５へと送気され、蒸気タービン２５を回転させて発電機（第２の発電機）２５１を駆動することにより発電がおこなわれる（第２の発電機を駆動して発電を行う工程）。水蒸気は、蒸気タービン２５の出口側に設けられた復水器２５２にて液化し、所定のボイラー水処理を行って、再び排熱ボイラー２４に供給される。あるいは蒸気タービン２５の出口の蒸気をユーティリティーとしてそのまま製油所へ供給する。
　これら蒸気タービン２５、発電機２５１および復水器２５２についても、図５に示す発電プラントの発電部を構成している。そして、蒸気タービン２５に供給される水蒸気は、エマルション燃料を燃焼して発生した排ガスの排熱を利用して発生させているので、当該発電部もエマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより発電機２５１を駆動して発電を行っており、エマルション燃料を複合型発電プラントとして使用することにより、より高い発電量とエネルギー効率を達成できる。
　さらにここで、発電プラントは、図１、図５に示す例のように原料濃縮部１２やエマルション燃料製造部１３を同一敷地内に備えていることは必須の要件ではない。原料濃縮部１２、エマルション燃料製造部１３を備えた製油所から離れた場所に、発電部とボイラー部とを設けてもよい。この場合には、エマルション燃料製造部１３にて製造したエマルション燃料は常温で長期安定性を確保に適した乳化剤等を使用することにより、タンカーやパイプラインにより輸送され、消費地となる発電プラント側に設けられた貯蔵タンクに貯蔵された後、水蒸気および電力の発生に利用された後、燃焼煤の集塵が行われる。
１２　　　　原料濃縮部
１３　　　　エマルション燃料製造部
２１　　　　ボイラー部
２２　　　　蒸気タービン
２２１　　　発電機
３　　　　　排ガス処理部
３２　　　　電気集塵機

 

Claims (12)

  1. 　燃料油を燃焼させて得られた水蒸気により電力を発生させる発電プラント、または前記燃料油を燃焼させて蒸気と電力を併産する発電プラントにおいて、
    　前記燃料油の原料として、原油を常圧蒸留して得られた常圧残渣油を減圧蒸留して得られる減圧残渣油に含まれるバナジウムとニッケルを濃縮処理した重質炭化水素を供給するか、前記減圧残渣油を重質炭化水素として供給する原料濃縮部と、
    　前記原料濃縮部より供給された前記重質炭化水素と、水と、乳化剤とを混合し、前記重質炭化水素を水中に分散させた前記燃料油であるエマルション燃料油を得るエマルション燃料製造部と、
    　前記エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、発電機を駆動して発電を行う発電部と、
    　前記エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、水蒸気を発生させるボイラー部と、
    　前記エマルション燃料油を燃焼して排出された排ガスに含まれる燃焼煤を集塵する集塵機を備えた排ガス処理部と、を備え
    　前記原料濃縮部は、前記集塵機にて集塵された燃焼煤中のニッケルとバナジウムの合計の含有割合が２５質量％以上となる濃度にて前記ニッケルおよび前記バナジウムを含む前記重質炭化水素を供給することを特徴とする発電プラント。
  2. 　前記原料濃縮部は、前記集塵機にて集塵された燃焼煤中のバナジウムの含有割合が１０質量％以上となる濃度にて前記バナジウムを含む前記重質炭化水素を供給することを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
  3. 　前記濃縮処理された前記重質炭化水素は、前記減圧残渣油の溶剤脱れき処理を行った後の抽出残渣油、または前記減圧残渣油の熱分解処理を行った後の熱分解残渣油であることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
  4. 　前記ボイラー部は、前記エマルション燃料油を燃焼させて水蒸気を発生させ、前記発電部は、前記ボイラー部で発生させた水蒸気を用いて動作する蒸気タービンにより前記発電機を駆動することを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
  5. 　前記発電部は、前記エマルション燃料油を燃焼して前記発電機を駆動する内燃機関を備え、前記ボイラー部は、前記内燃機関から排出された前記排ガスから熱回収を行って水蒸気を得る排熱回収ボイラーであることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
  6. 　前記内燃機関により駆動される発電機を第１の発電機としたとき、
    　前記排熱ボイラーにて得られた水蒸気を用いて動作し、前記第１の発電機とは異なる第２の発電機を駆動して発電を行うための蒸気タービンを備えることを特徴とする請求項５に記載の発電プラント。
  7. 　燃料油を燃焼させて得られた蒸気により電力を発生させる発電プラントの運転方法、または前記燃料油を燃焼させて蒸気と電力を併産する発電プラントの運転方法において、
    　原油を常圧蒸留して得られた常圧残渣油を減圧蒸留して得られる減圧残渣油に含まれるバナジウムとニッケルを濃縮処理した重質炭化水素であるか、前記減圧残渣油である重質炭化水素と、水と、乳化剤とを混合して、前記重質炭化水素を水中に分散させて得られた前記燃料油であるエマルション燃料油を燃焼させて得られるエネルギーにより、発電機を駆動して発電を行う工程と、
    　前記エマルション燃料油を燃焼して得られるエネルギーにより、水蒸気を発生させる工程と、
    　前記エマルション燃料油を燃焼して排出された排ガスに含まれる燃焼煤を集塵する工程と、を含み、
    　前記エマルション燃料油の原料となる前記重質炭化水素は、前記集塵された燃焼煤中のニッケルとバナジウムの合計の含有割合が２５質量％以上となる濃度にて前記ニッケルおよび前記バナジウムを含むことを特徴とする発電プラントの運転方法。
  8. 　前記重質炭化水素は、前記集塵された燃焼煤中のバナジウムの含有割合が１０質量％以上となる濃度にて前記バナジウムを含むことを特徴とする請求項７に記載の発電プラントの運転方法。
  9. 　前記濃縮処理された前記重質炭化水素は、前記減圧残渣油の溶剤脱れき処理を行った後の抽出残渣油、または前記減圧残渣油の熱分解処理を行った後の熱分解残渣油であることを特徴とする請求項７に記載の発電プラントの運転方法。
  10. 　前記水蒸気を発生させる工程では、前記エマルション燃料油を燃焼させて水蒸気を発生させ、前記発電を行う工程では、前記水蒸気を発生させる工程で発生させた水蒸気を用いて動作する蒸気タービンにより前記発電機を駆動することを特徴とする請求項７に記載の発電プラントの運転方法。
  11. 　前記発電を行う工程では、前記エマルション燃料油を燃焼して動作する内燃機関を用いて前記発電機を駆動し、前記水蒸気を発生させる工程では、前記内燃機関から排出された前記排ガスから熱回収を行って水蒸気を得ることを特徴とする請求項７に記載の発電プラントの運転方法。
  12. 　前記内燃機関により駆動される発電機を第１の発電機としたとき、
    　前記水蒸気を発生させる工程にて得られた水蒸気を用いて動作する蒸気タービンにより、前記第１の発電機とは異なる第２の発電機を駆動して発電を行う工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の発電プラントの運転方法。
     
PCT/JP2021/006200 2021-02-18 2021-02-18 発電プラントおよび発電プラントの運転方法 WO2022176130A1 (ja)

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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5345728A (en) * 1976-10-08 1978-04-24 Taiho Kogyo Co Ltd Preventive device for corrosion at high temperature portion in boiler using heavy oil as combustion source
JPS58181712A (ja) * 1982-04-20 1983-10-24 Ube Ind Ltd 副生カ−ボンの処理法
JPH1135950A (ja) * 1996-12-26 1999-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電方法及び発電装置
JPH1180750A (ja) * 1997-09-03 1999-03-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd コンバインド・サイクル発電方法及び発電装置
JPH11114516A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Kansai Electric Power Co Inc:The 重質油燃料焚きボイラの集塵灰の処理方法
JPH11515037A (ja) * 1995-08-30 1999-12-21 クァドライズ・リミテッド エマルジョン燃料とそのガスタービンでの使用法
JP2000080905A (ja) * 1998-07-03 2000-03-21 Jgc Corp コンバインドサイクル発電システム
JP2000247644A (ja) * 1999-02-24 2000-09-12 Nippon Chem Ind Co Ltd 五酸化バナジウムの製造方法
JP2001140656A (ja) * 1999-11-15 2001-05-22 Jgc Corp 石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法
JP2002210433A (ja) * 2001-01-22 2002-07-30 Jgc Corp スーツの処理方法および処理設備
JP2006112666A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Jfe Engineering Kk エマルジョン燃料供給系を備えた燃焼装置
WO2007144661A2 (en) * 2006-06-16 2007-12-21 Quadrise Limited Method for the generation of electrical power
JP2015524547A (ja) * 2012-07-24 2015-08-24 イテア エス．ピー．エー．Ｉｔｅａ Ｓ．Ｐ．Ａ． バナジウム化合物を含む燃料のための燃焼法
JP2015528095A (ja) * 2012-07-24 2015-09-24 イテア エス．ピー．エー．Ｉｔｅａ Ｓ．Ｐ．Ａ． バナジウム化合物を含む燃料のための燃焼方法
JP2019522718A (ja) * 2016-10-18 2019-08-15 マウェタール エルエルシー 研磨タービン燃料

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5345728A (en) * 1976-10-08 1978-04-24 Taiho Kogyo Co Ltd Preventive device for corrosion at high temperature portion in boiler using heavy oil as combustion source
JPS58181712A (ja) * 1982-04-20 1983-10-24 Ube Ind Ltd 副生カ−ボンの処理法
JPH11515037A (ja) * 1995-08-30 1999-12-21 クァドライズ・リミテッド エマルジョン燃料とそのガスタービンでの使用法
JPH1135950A (ja) * 1996-12-26 1999-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電方法及び発電装置
JPH1180750A (ja) * 1997-09-03 1999-03-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd コンバインド・サイクル発電方法及び発電装置
JPH11114516A (ja) * 1997-10-16 1999-04-27 Kansai Electric Power Co Inc:The 重質油燃料焚きボイラの集塵灰の処理方法
JP2000080905A (ja) * 1998-07-03 2000-03-21 Jgc Corp コンバインドサイクル発電システム
JP2000247644A (ja) * 1999-02-24 2000-09-12 Nippon Chem Ind Co Ltd 五酸化バナジウムの製造方法
JP2001140656A (ja) * 1999-11-15 2001-05-22 Jgc Corp 石油燃料燃焼複合発電設備及びその方法
JP2002210433A (ja) * 2001-01-22 2002-07-30 Jgc Corp スーツの処理方法および処理設備
JP2006112666A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Jfe Engineering Kk エマルジョン燃料供給系を備えた燃焼装置
WO2007144661A2 (en) * 2006-06-16 2007-12-21 Quadrise Limited Method for the generation of electrical power
JP2015524547A (ja) * 2012-07-24 2015-08-24 イテア エス．ピー．エー．Ｉｔｅａ Ｓ．Ｐ．Ａ． バナジウム化合物を含む燃料のための燃焼法
JP2015528095A (ja) * 2012-07-24 2015-09-24 イテア エス．ピー．エー．Ｉｔｅａ Ｓ．Ｐ．Ａ． バナジウム化合物を含む燃料のための燃焼方法
JP2019522718A (ja) * 2016-10-18 2019-08-15 マウェタール エルエルシー 研磨タービン燃料

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