(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油を水と混合して、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分単独又は該軽質分とガスタービン向燃料との混合物をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電し、該残分単独又は該残分とボイラ専焼燃料の混合物をボイラに供給して燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動して発電するコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項２】
水がボイラから発生する超臨界域又は超臨界域近傍の水である請求項１に記載のコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項３】
軽質分と残分の比率が、熱量比率で２０〜６０％対８０〜４０％である請求項１又は２のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項４】
軽質分が、ナトリウム及びカリウム分の合計で０．５重量ｐｐｍ以下、バナジウム分０．５重量ｐｐｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項５】
ガスタービン排ガスをボイラに供給して再燃する請求項１〜４のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項６】
ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収する請求項１〜４のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項７】
排熱回収ボイラ排出ガスをボイラに供給する請求項６記載のコンバインド・サイクル発電方法。
【請求項８】
反応分解手段、ガスタービン、ガスタービン用発電機、ボイラ、スチームタービン及びスチームタービン用発電機からなり、反応分解手段により水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分単独又は該軽質分とガスタービン向燃料との混合物をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動してガスタービン用発電機により発電し、該残分単独又は該残分とボイラ専焼燃料の混合物をボイラに供給して、残分を燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動してスチームタービン用発電機により発電するコンバインド・サイクル発電装置。
【請求項９】
ガスタービン排ガスをボイラに供給して再燃する請求項８記載のコンバインド・サイクル発電装置。
【請求項１０】
さらに排熱回収ボイラからなり、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収する請求項８記載のコンバインド・サイクル発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重質油を分解して軽質分と残分に分離し、軽質分を発電のガスタービン用に、また残分をボイラ・スチームタービンシステムの蒸気を発生するボイラに使用するコンバインド・サイクル発電方法及び発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼によるエネルギーをタービン等の原動機を通じて電気エネルギーに変換する方法には、ボイラ及びスチームタービンによる発電方法、ガスタービンによる発電方法及びこれらを組み合わせたコンバインド・サイクル発電方法がある。
ボイラ及びスチームタービンによる発電方法は、燃料に重油、原油、残渣油又は超重質油等を使用し、ボイラで発生した高温、高圧のスチームによりタービンを駆動して発電するが、熱効率が３８〜４０％／ＨＨＶ基準（ＨＨＶ：高位発熱量、以下特に断らない限り発電の熱効率はＨＨＶ基準で示す）と比較的低い。
また、ガスタービンは、燃料に液化天然ガス（ＬＮＧ）、灯油、軽油等を使用して、燃料を圧縮空気で、さらに、圧縮空気を燃焼熱で加熱して燃焼させ、発生した高温、高圧のガスによりタービンを駆動して発電する。その発電効率は２０〜３５％であるが、ガスタービンの排ガスは、例えば、４５０〜７００℃と高温であるのでこの熱を利用することができる。
【０００３】
これらを組み合わせたコンバインド・サイクル発電では、燃料にＬＮＧを使用し、圧縮空気で燃料を燃焼させ、その高温高圧ガスでガスタービンを回転させて発電させ、さらにその排ガスを排熱回収ボイラに供給してスチームを発生させ、スチームタービンにより発電する方法が実施されており、熱効率が４６〜４７％と高いことが特徴である。従って発電設備の老朽化により設備を新設する際には、熱効率の高いコンバインド・サイクル発電への転換が進められている。
しかしながら、前記ＬＮＧによるコンバインド・サイクル発電では、燃料のＬＮＧは貯蔵にコストがかかり、供給に問題を生じるおそれがある。
【０００４】
欧米では、ＬＮＧや灯油、軽油以外に、原油や残渣油をガスタービンの燃料に使用している実績があるが、それらに含まれる不純物のためトラブルが多く発生し、軽油やＬＮＧを使用する場合に比べ保守費用がかさむ問題点が指摘されている。金属製ガスタービンに使用する燃料の不純物含有率として、ナトリウム及びカリウム分は合計で０．５ｐｐｍ以下、バナジウム分は０．５ｐｐｍ以下に制限することが望ましい。特にナトリウム、カリウム分とバナジウム分は相互に影響して金属製ガスタービンのブレード金属の溶融点を低下させたり、灰分のブレードへの付着の原因となる。
なお、金属製ガスタービンとはタービンノズル、ロータ、ブレード、熱交換器、高温ガス流路等の高温に接触する部分が金属材料で構成されているタービンである。
【０００５】
一方、火力発電では、石炭や灯油やＬＮＧの他に、重質油を燃料として使用することができる。しかしながら、重質油をコンバインド・サイクル発電に利用するには、重質油を一度ガスに変換する必要があり、さらにガスの精製が必要である。このため、重質油ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）が検討されているが、この方法では、重質油の全量をガス化するものであり、そのために過大の設備を必要としたり、特別な形式のガス化炉や酸素製造装置を必要としたり、操作条件が過酷であったり、ガス精製の設備が大きくなる等の問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、灯油、軽油等に比べて価格の安い重質油を利用して、発電用燃料を製造し、得られた燃料を使用して高効率の発電を行うことであり、燃料のエネルギーを有効に利用することであり、さらに、環境への悪影響が少なく、設備費の安い方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、重質油を利用した発電について鋭意検討した結果、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解することにより、ガス分及び／又は液体分のような沸点の低い軽質分と沸点の高い残分とに適切に分離することにより、軽質分の性質、品質、発生量及び熱量がガスタービンの燃料用に適するものであり、残分の性質、発生量及び熱量がスチームタービンの燃料用に適するものであることを見い出し、それぞれの量が、特にガスタービン発電とスチームタービン発電を結び付けたコンバインド・サイクル発電に適するものであることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の第１は、重質油を水と混合して、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分単独又は該軽質分とガスタービン向燃料との混合物をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電し、該残分単独又は該残分とボイラ専焼燃料の混合物をボイラに供給して燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動して発電するコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、安価な重質油からガスタービン用燃料とボイラ用燃料を得てコンバインド・サイクル発電を行うことが可能であり、重質油を単にボイラに供給して燃焼する場合に比べて発電効率を著しく向上させることができるし、他のガスタービン向燃料とボイラ専焼燃料も追加して利用することができる。
本発明の第２は、水がボイラから発生する超臨界域又は超臨界域近傍の水である本発明の第１に記載のコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、ボイラからの超臨界域又は超臨界域近傍の水を利用できるので、新たに超臨界域又は超臨界域近傍の水を発生させる設備が不要である。
本発明の第３は、軽質分と残分の比率が、熱量比率で２０〜６０％対８０〜４０％である本発明の第１又は２のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、ガスタービン用燃料とボイラ用燃料が適切な比率で得られ、燃料を有効に利用してコンバインド・サイクル発電を行うことができる。
本発明の第４は、軽質分が、ナトリウム及びカリウム分の合計で０．５重量ｐｐｍ以下、バナジウム分０．５重量ｐｐｍ以下である本発明の第１〜３のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、金属製ガスタービンのタービンブレード等の腐食が抑えられる。
本発明の第５は、ガスタービン排ガスをボイラに供給して再燃する本発明の１〜４のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、ボイラにおける残分燃焼時に、ガスタービン排ガス中の保有熱量と残存酸素が有効利用されるので、発電効率を約４６％に高めることができる。
本発明の第６は、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収する本発明の第１〜４のいずれかに記載のコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、ガスタービン排ガスの保有熱量を有効に利用することができる。
本発明の第７は、排熱回収ボイラ排出ガスをボイラに供給する本発明の第６に記載のコンバインド・サイクル発電方法に関するものである。
これにより、ボイラにおける残分燃焼時に、排熱回収ボイラ排出ガスの残りの保有熱量と残存酸素とが有効利用される。
本発明の第８は、反応分解手段、ガスタービン、ガスタービン用発電機、ボイラ、スチームタービン及びスチームタービン用発電機からなり、反応分解手段により水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分単独又は該軽質分とガスタービン向燃料との混合物をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動してガスタービン用発電機により発電し、該残分単独又は該残分とボイラ専焼燃料の混合物をボイラに供給して、残分を燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動してスチームタービン用発電機により発電するコンバインド・サイクル発電装置に関するものである。
本発明の第９は、ガスタービン排ガスをボイラに供給して再燃する本発明の第８に記載のコンバインド・サイクル発電装置に関するものである。
本発明の第１０は、さらに排熱回収ボイラからなり、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収する本発明の第８に記載のコンバインド・サイクル発電装置に関するものである。
【０００９】
本発明をさらに広く示すと以下のようになる。
すなわち本発明は、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービン用燃料とする発電用燃料の製造方法、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該残分をボイラ用燃料とする発電用燃料の製造方法、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービン用燃料とし、残分をボイラ用燃料とする発電用燃料の製造方法を示すものであり、重質油が、原油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、常圧残渣油、減圧残渣油、シェールオイル、タールサンド、オリノコ超重質油、オリマルジョン、アスマルジョン、ビチューメン又はこれらの混合物であり、軽質分と残分の比率が、熱量比率で２０〜６０％対８０〜４０％である発電用燃料の製造方法を示すものである。
【００１０】
また、本発明は、軽質分が、ナトリウム及びカリウム分の合計で０．５重量ｐｐｍ以下、バナジウム分０．５重量ｐｐｍ以下である発電用燃料を示すものである。
【００１１】
さらに、本発明は、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解処理し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電する発電方法、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該残分をボイラに供給して、残分を燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動して発電する発電方法、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電し、残分をボイラに供給して燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動して発電する発電方法を示すものである。
【００１２】
さらにまた、本発明は、ガスタービン排ガスをボイラに供給して再燃する発電方法、ガスタービン排ガスをボイラに供給して、空気を供給して前記残分を燃焼させる発電方法、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電し、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収する発電方法、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電し、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収し、残分をボイラに供給して燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動して発電する発電方法、排熱回収ボイラ排出ガスをボイラに供給する発電方法を示すものである。
【００１３】
さらに、本発明は、反応分解手段、ガスタービン、ガスタービン用発電機からなり、反応分解手段により水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動してガスタービン用発電機により発電する発電装置、反応分解手段、ボイラ、スチームタービン及びスチームタービン用発電機からなり、反応分解手段により水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該残分をボイラに供給して燃焼し、燃焼により発生したスチームによりスチームタービンを駆動してスチームタービン用発電機により発電する発電装置、反応分解手段、ガスタービン、ガスタービン用発電機、ボイラ、スチームタービン及びスチームタービン用発電機からなり、反応分解手段により水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動してガスタービン用発電機により発電し、残分をボイラに供給して、残分を燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆動してスチームタービン用発電機により発電する発電装置を示すものである。
【００１４】
本発明は、また、ガスタービン排ガスをボイラに供給して再燃する発電装置、ガスタービン排ガスをボイラに供給して、空気を供給して燃焼させる発電装置、反応分解手段、ガスタービン、ガスタービン用発電機、排熱回収ボイラからなり、反応分解手段により水の超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解し、蒸留して、軽質分並びに残分に分離し、該軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動してガスタービン用発電機により発電し、ガスタービン排ガスを排熱回収ボイラに供給して熱回収する発電装置を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明で原料として用いられる重質油とは従来の重質油、超重質油及びビチューメン（サンドオイル）を含む。
従来の重質油としては、原油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、常圧残渣油、減圧残渣油、シェールオイル、タールサンド、その他の重質油が挙げられる。
超重質油としては、比重が１．０以上（６０／６０゜Ｆ）で粘度が１００００ｃｐ（油層温度下）以下のものであり、オリノコ超重質油、その水エマルジョンであるオリマルジョン、あるいはアスファルト質の水エマルジョンであるアスマルジョン等が挙げられる。
ビチューメンとしては、比重が１．０以上（６０／６０゜Ｆ）で粘度が１００００ｃｐ（油層温度下）以上のものであり、アサバスカビチューメン、コールドレークビチューメン等が挙げられる。
これらの重質油は、必要であれば、反応分解を行う前に、水洗、アルカリ洗、酸洗、溶媒洗、吸着、交換、バイオ処理等によりナトリウム、カリウム、カルシウム等の塩分、その他の不純物の含有率を低下させておくことができる。
本発明でガスタービン向燃料とは、ガスタービンに使用できる燃料であり、可燃性の気体、可燃性の軽質液体（常圧沸点が５００℃（約９００゜Ｆ）以下の液体）をいい、具体的には、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、ブタン類、ブテン類、ヘキサン類、ヘプタン類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ＬＮＧ、ＬＰＧ、ナフサ、ガソリン、灯油、軽油、常圧沸点５００℃以下の重質油分解成分、天然ガス、炭層メタン、ランドフィルガス、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス、水素及び／又は一酸化炭素を含む各種プラント副生ガス、石炭又は重質油等のガス化ガス、石炭乾留ガス、石炭水性ガス化ガス、石炭部分燃焼ガス、重質油熱分解軽質油又はガス、重質油酸化分解軽質油又はガス、超重質油熱分解軽質油又はガス、超重質油酸化分解軽質油又はガス、発酵ガス、及びこれらの混合物等が挙げられる。
水素及び／又は一酸化炭素を含む各種プラント副生ガスとしては、例えば、炭化水素を酸化して得られる水素、又は、水素と一酸化炭素の混合ガス等の化学プラントからのガスが挙げられる。
本発明でボイラ専焼燃料とは、ガスタービンに使用できず、ボイラに使用できる燃料のことであり、可燃性の固体、可燃性の重質液体をいい、具体的には、石炭、チャー、コークス、重油（Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油）、残渣油（常圧残渣油、減圧残渣油）、ピッチ、ビチューメン、石油コークス、カーボン、タールサンド、タールサンドから得られるサンドオイル、オイルシェール、オイルシェールから得られるシェールオイル、オリノコタール、オリノコタールの水懸濁物であるオリマルジョン、アスファルト、アスファルトの水懸濁物であるアスマルジョン、石炭−油混合物（ＣＯＭ）、石炭−水混合物（ＣＷＭ）、石炭−メタノールスラリー、木、草、油脂、搾油滓等の天然物由来マス、廃プラスチック、可燃ゴミ、及びこれらの混合物等が挙げられる。
【００１６】
本発明では、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解処理するものである。水が超臨界域の媒体となるためには、臨界温度３７４℃以上、圧力が臨界圧力２２．１ＭＰａであることが必要であり、臨界域近傍の媒体となるためには、圧力が臨界圧力の０．８倍以上、温度が３００℃以上であることが必要であり、反応温度及び圧力は重質油の種類や量、反応時間、その他の条件によって、適宜、変更される。
【００１７】
重質油が分解するための反応時間は反応温度及び圧力に依存するが、０．５分〜１０分、好ましくは５分以下である。あまり反応時間を長くすると、処理量が少なくなったり、ガス分が多く発生したり、カーボンが発生して好ましくない。
【００１８】
分解反応に使用する水の添加量は、重質油との重量比率（水／重質油）で決定することができ、これが３より大きいと経済的に不利であり、逆に０．１より小さいと未分解物や高粘度の分解物が生じるので好ましくなく、０．２〜３、好ましくは０．２〜２．０の範囲である。
【００１９】
重質油を分解する反応分解手段の反応器としては、管型、塔型、槽型、多段槽型の種々のものを使用することができる。反応操作は連続式又は、半回分式、あるいは槽型切換えのような準連続回分式で行うことができる。
反応器として、管型の連続反応器を用いることにより、反応の高速化、大量処理、小型化を図ることができる。管型の連続反応器は、水が超臨界又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解するため、この条件の耐えることができる材料及び肉厚の管を使用する。この反応管としては直線状もあってもよく、コイル状に巻いたり、Ｕ字形に折り曲げたりした構造であってもよい。
【００２０】
重質油を分解する反応器の材質としては、炭素鋼、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ等の特殊鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、ハステロイ、チタン、又はこれらにガラス、セラミックス、カーボン等をライニング処理したもので、他の金属をクラッドしたもの等を使用することができる。
【００２１】
重質油を水と混合して、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で重質油を分解するには、ボイラから発生する超臨界域又は超臨界域近傍の水を利用することができるし、あるいは、外部から加熱手段によって反応器を加熱する方法によってもよい。
なお、本発明ではボイラ及び廃熱（排熱）回収ボイラなる用語が使用されるが、単にボイラというときにはボイラ燃料を燃焼させるボイラ・スチームタービンシステムのボイラを示す。他のボイラの場合には名前を付して区別する。
反応器を加熱するための加熱手段としては、電気ヒーター、バーナー、燃焼ガス、蒸気、熱媒体が挙げられる。加熱手段としては、重質油からの分解生成物であるガスや油分を燃料として使用できるように、バーナーを使用した加熱炉により燃焼ガスを使用して加熱する方式が好ましい。
【００２２】
コンバインド・サイクル発電において、ガスタービン用熱量対ボイラ用熱量の比率は２０〜６０％対８０〜４０％、フル稼働時では好ましくは３０〜４５％対６５〜６０％、さらに好ましくは３５〜４０％対６５〜６０％である。
このために、重質油の分解は、コンバインド・サイクル発電に使用する場合には、軽質分対残分の燃料として使用できる比率が上記範囲になるように行われる。この際に、軽質分の一部を残分に加えてボイラ用燃料とする場合も本発明に含まれる。
また、本発明で製造された軽質分対残分をコンバインド・サイクル発電に使用するほかに、その一部を外部の他の燃料、合成原料等に使用することも本発明の基本的考えに含まれるものである。
また、本発明で製造された軽質分対残分をコンバインド・サイクル発電に使用する場合に、発電時に使用する上記燃料の不足分を外部から供給することも本発明に含まれる。
【００２３】
本発明において、軽質分とは大気圧下における沸点が約５００℃（９００゜Ｆ）以下の気体又は液体の成分であり、従って、軽質分はガス分及び／又は液体分である。
本発明において、残分とは重質油を分解して生じた成分から、上記軽質分を分離した後の残りのものである。
本発明において、重質油を水と混合して、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる条件で分解して生じた分解生成物（反応マス）は、ガス成分と液成分であり、水が臨界状態とならない領域まで減圧及び／又は冷却して分離器内で静置することにより、液成分は水分と油分に分離される。従って、分離器の頂部からガス成分が得られ、底部から水分が分離され、中間部から油分が分離される。
【００２４】
油分は軽質分、未分解の重質油及び分解途中の高沸点成分を含む。油分から軽質分を分離するための分離手段としては、蒸留、抽出、デカンテーションが挙げられる。
蒸留では、油分が蒸留塔に供給され、減圧、常圧、又は加圧で蒸留され、各種沸点のガス又は液体成分に分離される。
抽出では、重質油を分解して生じた成分が、溶媒により粘度の高い成分又はコークス化した固体分から分離される。
デカンテーションでは、重質油を分解して生じた成分が、傾瀉により重い成分又はコークス化した固体分から分離される。
【００２５】
軽質分はそのままガスタービンの燃料として使用することもできるが、冷却して非凝縮性のガス成分と凝縮した液成分に分離したものを使用することができる。
【００２６】
軽質分の脱塵方法として、サイクロン、フィルターを使用し、脱硫方法として、乾式脱硫装置を使用すれば、留出物又はガスを高温、高圧の状態でガスタービン燃焼室に供給することができる。
【００２７】
液成分は油分と水分であり、水分を分離して油分のみをガスタービン燃料として利用する。水分にはナトリウム、カリウム分等の無機物が濃縮されるので、金属製ガスタービンを使用する場合にはできるだけ水分を除いて使用することが好ましい。分離された水分は、アルコールやカルボン酸、タール酸等も含むのでボイラの燃料に混入することができる。また、液成分、水分もしくは油分はストレーナー、フィルター等により固体分を除去して使用することができる。
【００２８】
油分は、主として、ナフサ、ガソリン等の沸点の低い成分、灯油、軽油等の沸点の中程度の成分及び未分解の重質油及び分解途中の高沸点成分等である。
油分は、原料重質油の種類、分解条件によってはそのままガスタービン燃料として使用することもできるが、好ましくは、蒸留等により軽質分を未分解の重質油及び分解途中の高沸点成分等の残分と分離してガスタービン燃料に使用される。
残分にはナトリウム、カリウム、カルシウム等の塩分、鉛、バナジウム分等の無機物が濃縮されるので、蒸留精製すれば好ましいガスタービン用燃料が得られる。
【００２９】
ガスタービン用燃料中の不純物含有率は、例えば、ナトリウム及びカリウム分の合計で０．５重量ｐｐｍ以下及びバナジウム分０．５重量ｐｐｍ以下であり、カルシウム分も硬い析出物を生じるので０．５重量ｐｐｍ以下が好ましく、鉛分は腐食を生じさらに腐食防止のためのマグネシウム添加物の効果を低下させるために０．５重量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
重質油の分解では、残分は原料の種類、分解の程度、処理条件によっては、液状、タール状、ピッチ状で得られるが、ボイラの形式により使い分けることができる。
【００３１】
以下、本発明のコンバインド・サイクル発電方法及びその装置を図１によって説明する。図では主要部のみ示し、ポンプ、熱交換器、サイクロン、ストレーナー、フィルター、貯槽、搬送手段、加熱用ガス発生設備等の装置及び付属装置や排煙脱硝、脱硫等の付帯設備は省略した。
【００３２】
図１において、重質油１は加熱器２内で加熱された後、ポンプ等の加圧器３によって加圧されて混合器４内に導入される。水５は、加圧器６で加圧された後、加熱器７で加熱されて混合器４に導入される。混合器４では、重質油１と水５とが撹拌、混合されて混合物８が反応器９に連続的に供給される。反応器９は加熱手段１０を有する加熱炉１１内で所定の温度に加熱され、混合物８内の水は超臨界域又は超臨界域近傍の水媒体となり、重質油が分解されて反応生成物１２を生じる。
【００３３】
この反応生成物１２はフラッシュバルブ１３を経て分離器１４に供給されてガス成分１５と、液成分とに分離される。ガス成分１５は、分離器１４の頂部から抜き出され、必要によりガス圧縮機１７で圧縮された後、ガスタービンの燃焼室２０に供給される。フラッシュバルブ１３によりガス圧を調節して、ガス成分圧縮機１７を不要にすることもできる。
ガスタービンは、ガスタービン本体１８、空気圧縮機１９及び燃焼室２０によって構成される。
【００３４】
分離器１４では、さらに液成分が比重差によって油分１６と水分３８とに分離される。水分３８は分離器１４の底部から取り出されて、混合器４にリサイクルして重質油との混合に使用することができる。水分の一部は必要に応じて系外に抜き出すことができる。
油分１６は、好ましくは、蒸留塔３２に供給され、蒸留によって留出油分３３と、残分３５とに分離される。蒸留は常圧、加圧又は減圧のいずれの操作でもよいし、単蒸留で残分と分離するのみでもよいし、必要な蒸留段数を設けて精留を行うこともできる。留出油分３３は蒸留塔３２の頂部から抜き出され、ガスタービンの燃焼室２０に供給される。
なお、本発明では、蒸留処理することによりガスタービンを使用した場合に、塩分、バナジウム分等による腐食が防止され、ガスタービンの寿命を長くすることができる。
【００３５】
ガスタービンの燃焼室２０では、分離器１４からのガス成分１５及び蒸留塔３２からの留出油分３３が圧縮空気（酸素富化空気でもよい）２１と混合されて、燃焼され、高温高圧の駆動用燃焼ガス２２が発生する。この駆動用燃焼ガス２２によりガスタービンを駆動し、ガスタービンの出力軸に取り付けられたガスタービン用発電機２３によって発電する。ガスタービンから排出されたガスタービン排ガス２４は、ボイラ２５に供給される。
【００３６】
本発明では、前記ガス成分１５及び留出油分３３が軽質分をなす。ガスタービンでは、ガス成分１５と留出油分３３（使用可能な場合には油分１６）を混合して燃焼させても、ガス成分専焼ガスタービン、液成分専焼ガスタービンを別々に設けて、別々に燃焼させてもよい。
【００３７】
一方、残分３５はボイラ２５に供給されて、空気３６を供給して燃焼され、スチーム２６を発生する。スチーム２６はスチームタービン２７に供給され、スチームタービン２７の出力軸に取り付けられたスチームタービン用発電機２８により発電する。スチームタービン２７には復水器３０が設けられ、負圧の状態でスチームを凝縮させ、スチームタービン排気２９を復水させて、メイクアップ水と共にボイラ給水３１としてボイラ２５へリサイクルする。
【００３８】
上記において、ガスタービンから排出された高温のガスタービン排ガス２４は、ボイラ２５に供給されるが、このガスタービン排ガス２４に酸素を１０〜１５容量％残し、この酸素により、残分３５をボイラ２５で燃焼させる方法（即ち排気再燃方法）は、ボイラ２５に対して新たに空気３６（通常大気温度）を送り込む必要がなく且つ高温（例えば４５０〜７００℃）であるために、コンバインド・サイクル発電の熱効率を高めることができるし、排ガス処理も経済的になるので好ましい。
もちろん、残分３５を燃焼させるためにボイラにガスタービン排ガス２４の他に空気を加えることもできる。
【００３９】
ガスタービン排ガス２４は、他の排熱回収ボイラに供給してスチーム発生等により熱回収してもよいし、排熱回収ボイラ排出ガスをボイラに供給して、排出ガス中の残余の熱と、１０〜１５容量％の残存酸素により、残分３５をボイラ２５で燃焼させる方法（即ち排気再燃方法）により処理することもできる。
【００４０】
本発明では、得られる燃料はコンバインド・サイクル発電で使用されて最も効果があるものであるから、本発明による重質油の熱分解処理は発電設備に併設して設けられて行われることが好ましく、また、石油精製工場、重質油採掘場所で行うこともできる。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
図１の装置を使用して、下記の重質油１０００ｋｇ／ｈｒと水３００ｋｇ／ｈｒとを混合した後、反応器に供給し、圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下で２分間反応させて分解し、ガス成分と油分と水分に分離して、油分を蒸留塔に供給し、留出油分と残分を得る。
原料重質油：イラニアンライト（Ｉｒａｎｉａｎ  Ｌｉｇｈｔ）減圧残渣油
比重：１．０１（１５／４℃）
粘度：１００，０００ｃＳｔ（５０℃）
硫黄分：３．６重量％
残分
生成量：６００ｋｇ／ｈｒ
比重：１．０３（１５／４℃）
粘度：５０，０００ｃＳｔ（５０℃）
硫黄分：４．５重量％
３５０℃以上高沸点分含有率：２０重量％
発熱量：９３００ｋｃａｌ／ｋｇ
軽質分：ガス成分及び留出油分
ガス成分
生成量：２０ｋｇ／ｈｒ
発熱量：１１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３
留出油分（ガソリン、灯油及び軽油）
生成量：３８０ｋｇ／ｈｒ
発熱量：９７００ｋｃａｌ／ｋｇ
軽質分はガスタービン用燃料とし、残分はボイラ用燃料とする。
図２は、この実施例で得られた分解物をガスクロマトグラフィによって測定して、炭素数に対する重量割合をプロットした結果である。
軽質分中のナトリウム及びカリウム分の合計は０．５重量ｐｐｍ以下であり、バナジウム分は０．５重量ｐｐｍ以下である。
【００４３】
（実施例２）
実施例１で得られた軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、残分はスチームタービン用ボイラに供給する。ガスタービン排ガスは、５８０℃であり、排熱回収ボイラにより熱を回収する。
【００４４】
（実施例３）
実施例１で得られた軽質分をガスタービンに供給して燃焼し、ガスタービン排ガスはスチームタービン用ボイラに供給する。ガスタービン排ガスは、５８０℃であり、酸素を１３容量％含んでいる。このガスにより残分を燃焼する。この結果、コンバインド・サイクル発電の熱効率は４６％（送電端）に達する。
【００４５】
（実施例４）
図１に示す装置を使用して、下記のビチューメン１０００ｋｇ／ｈｒを、コイルヒーターにより加熱し、流動状態にした後、水３００ｋｇ／ｈｒを混合する。そして、この混合物を反応器に供給して、圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下で反応させ、分離器によりガス成分、油分、水分に分離した後、油分を蒸留塔に供給してて留出油分と残分とに分離する。蒸留塔の底部から抜き出された残分は、さらにヒーター室に供給して空気を吹き込んで燃焼により加熱し、加熱されたコークスをヒーター室の底部から蒸留塔に循環する。ヒーター室の中間部からはコークスの一部を抜き出す。
原料ドライタール：グレートカナディアンオイルサンドビチューメン（Ｇｒｅａｔ  Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｏｉｌ  Ｓａｎｄ  Ｂｉｔｕｍｅｎ）
ラムスボトム残留炭素：１１重量％
比重：１．０１６（２０／４℃）
粘度：１１，０００ｃＳｔ（３８℃）
バナジウム分：１４０重量ｐｐｍ
硫黄分：４．７重量％
残分
ピッチ生成量：４００ｋｇ／ｈｒ
硫黄分：５．３重量％
発熱量：９０００ｋｃａｌ／ｋｇ
軽質分：ガス成分及び留出油分
ガス成分
生成量：２０ｋｇ／ｈｒ
発熱量：１２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３
留出油分（ガソリン、灯油、軽油）
生成量：５８０ｋｇ／ｈｒ
発熱量：９６００ｋｃａｌ／ｋｇ
軽質分はガスタービン用燃料とし、残分はボイラ用燃料とする。
軽質分中のナトリウム及びカリウム分の合計は０．５重量ｐｐｍ以下であり、バナジウム分は０．５重量ｐｐｍ以下である。
【００４６】
（実施例５）
下記のＣ重油１０００ｋｇ／ｈｒと、水３００ｋｇ／ｈｒとを反応器に供給し、圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下で２分間反応させて分解する。生成物から水分を分離する。油分を蒸留塔に供給して、沸点２９０℃以下の留出油分と残分（高粘度液体）を得る。
原料重質油：Ｃ重油２号
引火点：８０℃
粘度：１００ｃＳｔ（５０℃）
硫黄分：１．５重量％
発熱量：９，４００ｋｃａｌ／ｋｇ
残分
生成量：４００ｋｇ／ｈｒ
硫黄分：２．０重量％
発熱量：９１００ｋｃａｌ／ｋｇ
軽質分：留出油分
留出油分
生成量：６００ｋｇ／ｈｒ
比重：０．９３（１５／４℃）
発熱量：９６００ｋｃａｌ／ｋｇ
軽質分は、ガスタービン用燃料とし、残分はボイラ用燃料とする。
【００４７】
（実施例６）
上記のＣ重油１０００ｋｇ／ｈｒと、発電用のボイラーから超臨界水３００ｋｇ／ｈｒとを反応器に供給し、圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下で２分間反応させて分解する。生成物から水分を分離した後、油分を蒸留塔に供給して、沸点２９０℃以下の留出油分と残分（高粘度液体）を得る。
実施例５と同様の残分と軽質分が得られ、軽質分は、ガスタービン用燃料とし、残分はボイラ用燃料とできる。
超臨界水発生設備が即ち加熱装置が不要となり、設備費が安くて済む。
【００４８】
【発明の効果】
重質油を原料として、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下で分解することにより、必要な全ての基準を満たすガスタービン用燃料及びボイラ用燃料が得られる。これらの燃料を発電に使用することにより、全量をボイラで焚いてスチームタービンで発電する場合の熱効率約３８〜３９％に比べて、熱効率約４６％で発電することができる。この熱効率は重質油ガス化発電と同程度の効率であって、技術的に容易であり、しかも設備費が安く、ガスタービンを使用しても腐食が起こらず、原料の豊富さ、経済性、既存設備の利用、熱効率が高いため排ガス量が少なく地球環境の点で極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロセスフロー図の一例である。
【図２】本発明のプロセスフロー図の他の例である。
【図３】実施例１で得られた分解物を分析した成分の分布を示す図である。
【符号の説明】
１  重質油
２  加熱器
３  加圧器
４  混合器
５  水
５’超臨界域又は超臨界域近傍の水
６  加圧器
７  加熱器
８  混合物
９  反応器
１０  加熱手段
１１  加熱炉
１２  反応生成物
１３  フラッシュバルブ
１４  分離器
１５  ガス成分
１６  油分
１７  ガス圧縮機
１８  ガスタービン本体
１９  空気圧縮機
２０  燃焼室
２１  圧縮空気
２２  駆動用燃焼ガス
２３  ガスタービン用発電機
２４  ガスタービン用排ガス
２５  ボイラ
２６  スチーム
２７  スチームタービン
２８  スチームタービン用発電機
２９  スチームタービン排気
３０  復水器
３１  ボイラ給水
３２  蒸留塔
３３  留出油分
３４  熱交換器
３５  残分
３６  空気
３７  空気
３８  水分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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