(57)【要約】【課題】過剰な熱分解を抑制して、軽質油の収率を向上させることにある。【解決手段】重質油Ｗ（炭化水素系重質原料）の一部を燃焼させることによって加熱すると共に、重質油Ｗのガス化を行うガス化部３と、重質油Ｗを収容すると共に、ガス化部３から供給される熱のうち第１熱交換器１０で調整した後の熱を受けることにより内部の温度をガス化部３の温度より低い１次分解温度に維持する１次熱分解部１と、この１次熱分解部１で重質油Ｗから分離された軽質成分を収容すると共に、ガス化部３から供給される熱のうち第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０で調整した後の熱を受けることにより内部の温度をガス化部３の温度より低くかつ１次分解温度より高い２次分解温度に維持する２次熱分解部２とを備えた構成になっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系重質原料の一部を燃焼させることによって加熱すると共に、当該炭化水素系重質原料のガス化を行うガス化部と、
炭化水素系重質原料を収容すると共に、上記ガス化部から供給される熱のうち第１熱交換器で調整した後の熱を受けることにより内部の温度を上記ガス化部の温度より低い１次分解温度に維持する１次熱分解部と、
この１次熱分解部で炭化水素系重質原料から分離された軽質成分を収容すると共に、上記ガス化部から供給される熱のうち上記第１熱交換器及び第２熱交換器で調整した後の熱を受けることにより内部の温度を上記ガス化部の温度より低くかつ上記１次分解温度より高い２次分解温度に維持する２次熱分解部とを備えていることを特徴とする炭化水素系重質原料の改質装置。
【請求項２】
上記１次熱分解部は、反応容器内における上下方向の途中に位置し、当該反応容器外から供給される炭化水素系重質原料を収容する熱分解容器を備えており、
上記ガス化部は、上記反応容器内の下端部に位置し、上記１次熱分解部から流出する炭化水素系重質原料を上記下端部に収容すると共に、少なくとも酸化剤及び水の供給を受けて炭化水素系重質原料を一部燃焼によりガス化するようになっており、
上記２次熱分解部は、上記反応容器内の上記１次熱分解部の上方に位置し、当該１次熱分解部から上方に移動する上記軽質成分及び上記ガス化部から上記１次熱分解部の上方に移動する高温ガスを収容するようになっており、
上記第１熱交換器は、上記熱分解容器の外面に沿うように配置され、上記ガス化部及び上記高温ガスから上記１次熱分解部に供給される熱の一部を吸収することにより、当該１次熱分解部の内部の温度を上記１次分解温度に維持するようになっており、
上記第２熱交換器は、上記反応容器内における上記ガス化部と上記２次熱分解部との間に配置され、上記ガス化部から上記２次熱分解部内に流入する高温ガスの熱の一部及び上記ガス化部から２次熱分解部に供給される熱の一部を上記第１熱交換器と共同して吸収することにより、当該２次熱分解部の内部の温度を上記２次分解温度に維持するようになっており、
上記反応容器の上端部には、上記２次熱分解部で軽質成分を改質した後の改質生成物を回収する回収口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系重質原料の改質装置。
【請求項３】
上記第１熱交換器内を通ることにより上記ガス化部及び上記高温ガスから上記１次熱分解部に供給される熱の一部を吸収して水蒸気となった冷却水を、上記１次熱分解部内に収容された炭化水素系重質原料中に供給するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の炭化水素系重質原料の改質装置。
【請求項４】
上記熱分解容器には、当該熱分解容器内における炭化水素系重質原料の最高液面位置から当該炭化水素系重質原料をガス化部に流下させる液面調整管路が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の炭化水素系重質原料の改質装置。
【請求項５】
上記ガス化部は、反応容器内における上下方向の途中に位置し、当該反応容器外から供給される少なくとも炭化水素系重質原料、酸化剤及び水を受けて当該炭化水素系重質原料を一部燃焼によりガス化する閉じられた構造のガス化容器を備えており、
上記第１熱交換器及び上記第２熱交換器は、上記ガス化容器から排出される高温ガスの熱の一部を冷却水によって吸収するようになっており、
上記１次熱分解部は、上記反応容器内の下端部に位置し、当該反応容器外から供給される炭化水素系重質原料を上記下端部に収容すると共に、上記第１熱交換器で加熱されて水蒸気となった冷却水を炭化水素系重質原料内に注入することにより、上記１次分解温度を維持するようになっており、
上記２次熱分解部は、上記反応容器内の上記１次熱分解部の上方に位置し、上記１次熱分解部から上方に移動する上記軽質成分を収容すると共に、上記ガス化容器から排出され上記第１熱交換器及び上記第２熱交換器を通過後上記１次熱分解部の上端から上方に流出する高温ガスを収容することにより、上記２次分解温度を維持するようになっており、
上記反応容器の上端部には、２次熱分解部で軽質成分を改質した後の改質生成物を回収する回収口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系重質原料の改質装置。
【請求項６】
上記１次分解温度は、３８０〜４５０℃であり、上記２次分解温度は、４５０〜５５０℃であり、ガス化部の雰囲気温度は、８００から１２００℃であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の炭化水素系重質原料の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油精製において生じた蒸留残渣等の重質油、オイルシェール等の天然重質油、プラスチック廃棄物、石炭、コールタール等の炭化水素系重質原料を改質処理する炭化水素系重質原料に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の炭化水素系重質原料の改質装置としては、例えば高温ガスの熱を利用したものとして下記特許文献１に示すものが知られている。
この改質装置は、超臨界水雰囲気中で炭化水素系重質原料を燃焼させることによって生じた高温ガスの熱を利用して、順次供給される炭化水素系重質原料の予熱および加熱を行うことにより、当該炭化水素系重質原料のガス化、軽質油化等を行うようになっている。
したがって、高温ガスの熱を利用して、効率よく炭化水素系重質原料の改質を行うことができる利点がある。
【特許文献１】特開２００３−１３９２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記炭化水素系重質原料の改質装置においては、炭化水素系重質原料が熱分解によって軽質化されながら、順次高温のガス化領域に移動するため、温度の高い領域では過剰に熱分解され軽質化されすぎることになる。このため、ガス成分が多くなってしまい、中間留分としての灯油や軽油等の基材となる軽質油の収率を上げるのが難しいという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、過剰な熱分解を抑制して、軽質油の収率を向上させることのできる炭化水素系重質原料の改質装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、炭化水素系重質原料の一部を燃焼させることによって加熱すると共に、当該炭化水素系重質原料のガス化を行うガス化部と、炭化水素系重質原料を収容すると共に、上記ガス化部から供給される熱のうち第１熱交換器で調整した後の熱を受けることにより内部の温度を上記ガス化部の温度より低い１次分解温度に維持する１次熱分解部と、この１次熱分解部で炭化水素系重質原料から分離された軽質成分を収容すると共に、上記ガス化部から供給される熱のうち上記第１熱交換器及び第２熱交換器で調整した後の熱を受けることにより内部の温度を上記ガス化部の温度より低くかつ上記１次分解温度より高い２次分解温度に維持する２次熱分解部とを備えていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記１次熱分解部は、反応容器内における上下方向の途中に位置し、当該反応容器外から供給される炭化水素系重質原料を収容する熱分解容器を備えており、上記ガス化部は、上記反応容器内の下端部に位置し、上記１次熱分解部から流出する炭化水素系重質原料を上記下端部に収容すると共に、少なくとも酸化剤及び水の供給を受けて炭化水素系重質原料を一部燃焼によりガス化するようになっており、上記２次熱分解部は、上記反応容器内の上記１次熱分解部の上方に位置し、当該１次熱分解部から上方に移動する上記軽質成分及び上記ガス化部から上記１次熱分解部の上方に移動する高温ガスを収容するようになっており、上記第１熱交換器は、上記熱分解容器の外面に沿うように配置され、上記ガス化部及び上記高温ガスから上記１次熱分解部に供給される熱の一部を吸収することにより、当該１次熱分解部の内部の温度を上記１次分解温度に維持するようになっており、上記第２熱交換器は、上記反応容器内における上記ガス化部と上記２次熱分解部との間に配置され、上記ガス化部から上記２次熱分解部内に流入する高温ガスの熱の一部及び上記ガス化部から２次熱分解部に供給される熱の一部を上記第１熱交換器と共同して吸収することにより、当該２次熱分解部の内部の温度を上記２次分解温度に維持するようになっており、上記反応容器の上端部には、上記２次熱分解部で軽質成分を改質した後の改質生成物を回収する回収口が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記第１熱交換器内を通ることにより上記ガス化部及び上記高温ガスから上記１次熱分解部に供給される熱の一部を吸収して水蒸気となった冷却水を、上記１次熱分解部内に収容された炭化水素系重質原料中に供給するようになっていることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、上記熱分解容器には、当該熱分解容器内における炭化水素系重質原料の最高液面位置から当該炭化水素系重質原料をガス化部に流下させる液面調整管路が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ガス化部は、反応容器内における上下方向の途中に位置し、当該反応容器外から供給される少なくとも炭化水素系重質原料、酸化剤及び水を受けて当該炭化水素系重質原料を一部燃焼によりガス化する閉じられた構造のガス化容器を備えており、上記第１熱交換器及び上記第２熱交換器は、上記ガス化容器から排出される高温ガスの熱の一部を冷却水によって吸収するようになっており、上記１次熱分解部は、上記反応容器内の下端部に位置し、当該反応容器外から供給される炭化水素系重質原料を上記下端部に収容すると共に、上記第１熱交換器で加熱されて水蒸気となった冷却水を炭化水素系重質原料内に注入することにより、上記１次分解温度を維持するようになっており、上記２次熱分解部は、上記反応容器内の上記１次熱分解部の上方に位置し、上記１次熱分解部から上方に移動する上記軽質成分を収容すると共に、上記ガス化容器から排出され上記第１熱交換器及び上記第２熱交換器を通過後上記１次熱分解部の上端から上方に流出する高温ガスを収容することにより、上記２次分解温度を維持するようになっており、上記反応容器の上端部には、２次熱分解部で軽質成分を改質した後の改質生成物を回収する回収口が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、上記１次分解温度は、３８０〜４５０℃であり、上記２次分解温度は、４５０〜５５０℃であり、ガス化部の雰囲気温度は、８００から１２００℃であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成された請求項１〜６に記載の発明によれば、ガス化部から供給される熱を第１熱交換器で調整することにより、１次分解温度を、ガス化部の温度より低いある特定の狭い温度範囲内に安定的に制御することができる。また、２次分解温度についても、ガス化部から供給される熱を第１熱交換器及び第２熱交換器で調整することにより、ガス化部の温度より低く、かつ１次分解温度より高いある特定の狭い温度範囲内に安定的に制御することができる。即ち、種々の炭化水素系重質原料の特性に応じた１次分解温度及び２次分解温度を選定することができる。
【００１２】
このため、１次熱分解部において炭化水素系重質原料が過度に熱分解されるのを防止することができ、また２次熱分解部においても、軽質成分が過度に熱分解されるのを防止することができるので、灯油や軽油等の基材となる軽質油を多く含む改質生成物を得ることができる。即ち、軽質油の収率を向上させることができる。
【００１３】
また、１次分解温度及び２次分解温度を第１熱交換器及び第２熱交換器によって制御しているので、当該第１熱交換器及び第２熱交換器で吸収した熱をエネルギ源として利用することができる。従って、炭化水素系重質原料の改質装置及びその周辺の設備全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、ガス化部において、少なくとも酸化剤及び水の供給を受けて、炭化水素系重質原料を一部燃焼（即ち、炭化水素系重質原料を完全燃焼させる理論酸素量より少ない酸素量の下で行う不完全燃焼）により高温ガスを発生させているので、このガス化により、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ等の有用ガスを発生させることができる。
【００１５】
更に、上記ＣＯについては、反応容器内を水蒸気の亜臨界（高圧水蒸気）あるいは超臨界の雰囲気状態まで加熱及び加圧した場合に、次の式（１）で示す反応により、水素が活発に生じる。即ち、ＣＯは、水素の発生に寄与することができる。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2  …（１）
【００１６】
しかも、一部燃焼によって発生したＨ2、ＣＨ4、ＣＯ等は、燃料電池やガスタービンなどに利用可能な有用な燃料の基材となる改質生成物として回収口から回収することもできる。
【００１７】
更に、ガス化部に供給する例えば空気や酸素等の酸化剤の供給量を調整することにより、炭化水素系重質原料の燃焼を抑制して、ガス化部の温度をある一定の範囲に安定的に制御することができる。
【００１８】
また、１次熱分解部は炭化水素系重質原料を収容する熱分解容器を有し、第１熱交換器は熱分解容器の外面に沿うように配置され高温ガス等からの熱を吸収するようになっているので、１次分解温度を特定の狭い温度範囲内により正確に制御することができる。
【００１９】
更に、２次熱分解部は反応容器内の１次熱分解部の上方に位置し、当該１次熱分解部から上方に移動する軽質成分及びガス化部から上方に移動する高温ガスを収容するようになっており、第２熱交換器は反応容器内におけるガス化部と２次熱分解部との間に配置され、ガス化部から２次熱分解部内に流入する高温ガスの熱の一部及びガス化部から２次熱分解部に供給される熱の一部を第１熱交換器と共同して吸収するようになっているので、２次分解温度を特定の狭い温度範囲内により正確に制御することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、第１熱交換器を通って水蒸気となった冷却水を１次熱分解部内に収容された炭化水素系重質原料中に供給しているので、上記水蒸気によって、炭化水素系重質原料を加熱することができると共に、当該炭化水素系重質原料を充分に撹拌することができる。従って、１次熱分解部内に蓄えられた炭化水素系重質原料の全体を１次分解温度にほぼ均一に加熱することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、熱分解容器内における炭化水素系重質原料の最高液面位置から当該炭化水素系重質原料をガス化部に流下させる液面調整管路が設けられているので、炭化水素系重質原料を１次熱分解部に一定時間滞留させた後、当該１次熱分解部から排出することができる。従って、炭化水素系重質原料が１次熱分解部において過度に熱分解されるのを防止することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、ガス化部において、少なくとも酸化剤及び水の供給を受けて、炭化水素系重質原料を一部燃焼によりガス化するようになっているので、請求項２に記載の発明と同様にＨ2、ＣＨ4、ＣＯ等の有用ガスを発生させることができると共に、ガス化部の温度をある一定の範囲に安定的に制御することができる。
【００２３】
また、ガス化部がガス化容器によって閉じられた空間を構成するようになっているので、当該ガス化部で発生した高温ガスの熱量のうち一定の熱量を第１熱交換器及び第２熱交換器を介して冷却水側に移動させることができる。
【００２４】
そして、１次熱分解部に収容された炭化水素系重質原料には第１熱交換器で加熱されて水蒸気となった冷却水であって、上述のように熱量が制御された冷却水を注入するようになっているので、１次分解温度を特定の狭い温度範囲内により正確に制御することができる。
【００２５】
また、２次熱分解部にはガス化部で熱量が制御された高温ガスであって、第１熱交換器及び第２熱交換器で更に熱量が制御された後の高温ガスが１次熱分解部の上端から上方に流入することになるので、２次分解温度を特定の狭い温度範囲内により正確に制御することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、１次分解温度が３８０〜４５０℃であるので、炭化水素系重質原料から沸点の比較的低い軽質成分を熱分解により取り出すことができる。この場合、１次分解温度が３８０℃以上であるので、充分な量の軽質成分を取り出すことができる。また、１次分解温度が４５０℃以下であるので、炭化水素系重質原料に含有されている硫黄、窒素、種々の金属等の不純物や、コークスの発生しやすい成分が軽質成分に混入する割合を低減することができる。
【００２７】
そして、１次熱分解部で分離した軽質成分を２次熱分解部に移行させることにより、当該軽質成分をさらに熱分解して軽質化した改質生成物を得ることができる。この場合、２次分解温度が４５０℃以上であるので、軽質成分の軽質化、脱硫等の改質がなされた改質生成物を得ることができる。従って、灯油や軽油等の基材となる価値の高い軽質油を多く含む改質生成物を得ることができる。
【００２８】
また、２次分解温度が５５０℃以下であるので、軽質成分におけるコーキングの発生を充分抑えることができる。なお、このコーキングの発生については、上述した１次熱分解部においてコークスの発生しやすい成分が軽質成分に混入する割合が低減されていることからも、抑えることができる。従って、上述した不純物及びコークスの極めて少ない改質生成物を得ることができる。
【００２９】
更に、ガス化部の温度が８００〜１２００℃であるので、十分な量の有用ガスを発生させることができると共に、ガス化部を囲むべく構成する部材に耐熱不足や耐用期間の低下等の問題が生じるのを防止することができる。即ち、ガス化部の温度が８００℃未満であると、酸化反応速度が十分でなく、未反応の残渣が残りやすくなるからであり、１２００℃を超えると、ガス化部を構成する部材に耐熱不足や耐用期間の低下等の問題が生じるおそれがあるからである。
【００３０】
なお、１次分解温度、２次分解温度及びガス化部の温度は、上述した３８０〜４５０℃、４５０〜５５０℃及び８００〜１２００℃のそれぞれの温度範囲より極めて狭い特定の温度範囲に制御することができ、種々の炭化水素系重質原料の種類に応じた最適な温度で、炭化水素系重質原料及び軽質成分の改質を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１の実施の形態）
本発明を実施するための最良の形態としての第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
この第１の実施の形態で示す炭化水素系重質原料の改質装置は、図１に示すように、重質油（炭化水素系重質原料）Ｗに対して軽質化を伴う改質処理を行うものであり、重質油Ｗの一部を燃焼させることによって加熱すると共に、当該重質油Ｗのガス化を行うガス化部３と、重質油Ｗを収容すると共に、ガス化部３から供給される熱のうち第１熱交換器１０で調整した後の熱を受けることにより内部の温度を上記ガス化部３の温度より低い１次分解温度に維持する１次熱分解部１と、この１次熱分解部１で重質油Ｗから分離された軽質成分を収容すると共に、上記ガス化部３から供給される熱のうち第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０で調整した後の熱を受けることにより内部の温度をガス化部３の温度より低くかつ１次分解温度より高い２次分解温度に維持する２次熱分解部２とを備えている。また、重質油Ｗは、この例では石油精製設備において減圧蒸留した後のアスファルトに相当するものを示している。
【００３３】
１次熱分解部１は、反応容器４内における上下方向の途中に配置された重質油Ｗを収容する熱分解容器１１を備えた構成になっている。反応容器４は、上下方向に長い円筒状の側壁部４ａを有し、当該側壁部４ａの上下の各端部がそれぞれ底板部４ｂ及び天板部４ｃによって閉じられた構造になっている。また、反応容器４は、耐熱性を有する断熱性素材によって構成されている。
【００３４】
熱分解容器１１は、円筒状の周壁部１１ａと、当該周壁部１１ａの下端部を覆う底板部１１ｂとを有し、開口部を上方に向けた状態で、反応容器４の軸心部に配置されている。また、熱分解容器１１には、底板部１１ｂの軸心部を上下に貫通するようにして円筒状の液面調整管（液面調整管路）１１ｃが設けられ、液面調整管１１ｃの下端部に仕切板１１ｄが設けられている。
【００３５】
液面調整管１１ｃは、熱分解容器１１内に供給された重質油Ｗの最高液面位置から当該重質油Ｗをガス化部３に流下させることによって、上記最高液面位置を一定に維持するようになっている。
また、反応容器４の天板部４ｃには、熱分解容器１１における周壁部１１ａと液面調整管１１ｃとの間に重質油Ｗを滴下させるノズル４１が設けられていると共に、２次熱分解部２で軽質成分を改質した後の改質生成物を回収する回収口４２が設けられている。
【００３６】
仕切板１１ｄは、液面調整管１１ｃから半径方向外側に円板状に広がるように形成されており、反応容器４と同軸状の位置にあって熱分解容器１１の底板部１１ｂを超える広がりを有すると共に、ガス化部３の上端を画する位置に配置されている。この仕切板１１ｄは、耐熱性を有する断熱性素材で構成されている。
【００３７】
ガス化部３は、反応容器４内の下端部であって仕切板１１ｄの下側に位置し、１次熱分解部１から液面調整管１１ｃを通って流出する重質油Ｗを底板部４ｂ上に収容すると共に、１つ又は複数の燃焼用ノズル３ａから酸化剤及び水の供給を受けて底板部４ｂ上に溜まった重質油Ｗを一部燃焼によりガス化するようになっている。
【００３８】
各燃焼用ノズル３ａは、反応容器４の側壁部４ａに設けられており、酸化剤及び水を底板部４ｂ上の重質油Ｗに向けて噴出するようになっている。なお、燃焼用ノズル３ａからは、酸化剤及び水に加えて燃焼が容易な燃料を供給してもよい。酸化剤としては、酸素、空気等が用いられる。
【００３９】
２次熱分解部２は、反応容器４内における１次熱分解部１の上方に位置し、当該１次熱分解部１から上方に移動する上記軽質成分及びガス化部３から仕切板１１ｄの周囲を通り、更に１次熱分解部１の周囲を通って当該１次熱分解部１の上方に移動する高温ガスを収容するようになっている。また、２次熱分解部２には、水憤ノズル２ａから水が噴射されるようになっている。水憤ノズル２ａは、反応容器４の側壁部４ａに設けられており、高温の水蒸気となった水を、２次熱分解部２の下方位置から上方に向けて噴出するようになっている。
【００４０】
第１熱交換器１０は、熱分解容器１１の周壁部１１ａ及び底板部１１ｂの外面に沿うように配置されていると共に、液面調整管１１ｃの外面に沿うように配置された伝熱管を備えたもので構成されており、ガス化部３及び高温ガスから１次熱分解部１に供給される熱の一部を吸収することにより、当該１次熱分解部１の内部の温度（即ち、重質油Ｗの温度）を１次分解温度に維持するようになっている。
【００４１】
また、第１熱交換器１０は、その伝熱管の端部が底板部１１ｂに連結されることによって当該熱分解容器１１内に連通しており、当該伝熱管内でガス化部３及び高温ガスから熱を受けて水蒸気となった冷却水が重質油Ｗ中に下方から供給されるようになっている。従って、重質油Ｗの温度は、冷却水によっても制御され、上述した１次分解温度に維持されることになる。
【００４２】
第２熱交換器２０は、反応容器４内におけるガス化部３と２次熱分解部２との間における反応容器４の側壁部４ａに沿う高温ガスの通路に配置された伝熱管を備えたもので構成されており、ガス化部３から２次熱分解部２内に流入する高温ガスの熱の一部及びガス化部３から２次熱分解部２に供給される熱（例えば放射熱）の一部を第１熱交換器１０と共同して吸収することにより、２次熱分解部２内の温度を２次分解温度に維持するようになっている。なお、２次熱分解部２内の温度は、水憤ノズル２ａから噴出される水によっても、２次分解温度に制御されるようになっている。
【００４３】
第２熱交換器２０の伝熱管内を通って加熱され例えば水蒸気となった冷却水は、ノズル４１から滴下させる重質油Ｗの予熱や、ガス化部３に供給される酸化剤、水、燃料などの予熱や、水憤ノズル２ａから噴出する水の予熱や、その他の関連設備のエネルギ源としてに有効に使われるようになっている。
【００４４】
また、上記１次分解温度は、３８０〜４５０℃に制御され、上記２次分解温度は、４５０〜５５０℃に制御され、ガス化部３の雰囲気温度は、８００から１２００℃に制御されるようになっている。
【００４５】
このように、反応容器４内は、高圧水蒸気あるいは超臨界水の高温高圧状態になる。ただし、反応容器４を囲むように図示しない圧力容器を設け、この圧力容器と反応容器４との間に、例えば水蒸気を供給し、この水蒸気の圧力を反応容器４内の圧力と同程度の圧力に制御することにより、内圧を保持するための強度を反応容器４にもたせる必要のない構造になっている。これにより、反応容器４については、強度の低い安価な耐熱性材料で構成することが可能である。
【００４６】
上記のように構成された炭化水素系重質原料の改質装置においては、ガス化部３において、少なくとも酸化剤及び水の供給を受けて、重質油Ｗを一部燃焼（即ち、不完全燃焼）により高温ガスを発生させているので、このガス化により、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ等の有用ガスを発生させることができる。
【００４７】
更に、上記ＣＯについては、反応容器４内を水蒸気の亜臨界あるいは超臨界の雰囲気状態まで加熱及び加圧することにより、上述した式（１）に示す反応により、水素が活発に生じる。即ち、ＣＯは、水素の発生に寄与することができる。
【００４８】
ここで発生したＨ2は、活性度が高いことから、重質油Ｗに含まれている通常の水素では分解し得ない硫黄の芳香環化合物であるチオフェン系硫黄、例えばジベンゾチオフェン（ＤＢＴ）、ジメチルジベンゾチオフェン等を硫化水素（Ｈ2Ｓ）に転換することができる。従って、例えば２次熱分解部２に移動した軽質成分を上記水素で改質することができるので、硫黄分の少ない改質生成物を得ることができると共に、当該改質生成物を回収口４２から回収することができる。
【００４９】
しかも、一部燃焼によって発生したＨ2、ＣＨ4、ＣＯ等は、燃料電池やガスタービンなどに利用可能な有用な燃料の基材となる改質生成物として回収口４２から回収することができる。
【００５０】
更に、ガス化部３に供給する例えば空気や酸素等の酸化剤の供給量を調整することにより、重質油Ｗの燃焼を抑制して、ガス化部３の温度を８００〜１２００℃の範囲のある一定の狭い範囲の温度に安定的に制御することができる。
【００５１】
また、１次熱分解部１は重質油Ｗを収容する熱分解容器１１を有し、第１熱交換器１０は熱分解容器１１や液面調整管１１ｃの外面に沿うように配置された伝熱管を有し、当該伝熱管で加熱されて水蒸気となった冷却水を重質油Ｗ中に注入するようになっているので、１次分解温度を、３８０〜４５０℃の温度範囲のうちの特定の狭い温度範囲内に安定的に制御することができる。
【００５２】
更に、２次熱分解部２は反応容器４内の１次熱分解部１の上方に位置し、当該１次熱分解部１から上方に移動する軽質成分及びガス化部３から上方に移動する高温ガスを収容するようになっており、第２熱交換器２０は反応容器４内におけるガス化部３と２次熱分解部２との間に配置され、ガス化部３から２次熱分解部２内に流入する高温ガスの熱の一部及びガス化部３から２次熱分解部２に供給される熱の一部を第１熱交換器１０と共同して吸収するようになっており、更に水憤ノズル２ａは加熱されて水蒸気となった水を２次熱分解部２内に供給するようになっているので、２次分解温度を４５０〜５５０℃の温度範囲のうちの特定の狭い温度範囲内に安定的に制御することができる。
【００５３】
このため、１次熱分解部１において重質油Ｗが過度に熱分解されるのを防止することができ、また２次熱分解部２においても、軽質成分が過度に熱分解されるのを防止することができるので、灯油や軽油等の基材となる軽質油を多く含む改質生成物を得ることができる。即ち、軽質油の収率を向上させることができる。
【００５４】
また、１次分解温度及び２次分解温度を第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０によって制御しているので、当該第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０で吸収した熱をエネルギ源として利用することができる。従って、重質油Ｗの改質装置及びその周辺の設備全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００５５】
一方、１次分解温度が３８０〜４５０℃であるので、重質油Ｗから沸点の比較的低い軽質成分を熱分解により取り出すことができる。この場合、１次分解温度が３８０℃以上であるので、充分な量の軽質成分を取り出すことができる。また、１次分解温度が５００℃以下であるので、重質油Ｗに含有されている硫黄、窒素、種々の金属等の不純物や、コークスの発生しやすい成分が軽質成分に混入する割合を低減することができる。
【００５６】
そして、１次熱分解部１で分離した軽質成分を２次熱分解部２に移行させることにより、当該軽質成分をさらに熱分解して軽質化した改質生成物を得ることができる。この場合、２次分解温度が４５０℃以上であるので、軽質成分の軽質化、脱硫等の改質がなされた改質生成物を得ることができる。従って、この点からも灯油や軽油等の基材となる価値の高い軽質油を多く含む改質生成物を得ることができる。
【００５７】
また、２次分解温度が５５０℃以下であるので、軽質成分におけるコーキングの発生を充分抑えることができる。なお、このコーキングの発生については、上述した１次熱分解部１においてコークスの発生しやすい成分が軽質成分に混入する割合が低減されていることからも、抑えることができる。従って、上述した不純物及びコークスの極めて少ない改質生成物を得ることができる。
【００５８】
更に、ガス化部３の温度が８００〜１２００℃であるので、十分な量の有用ガスを発生させることができると共に、ガス化部３を構成する反応容器４に耐熱不足や耐用期間の低下等の問題が生じるのを防止することができる。即ち、ガス化部３の温度が８００℃未満であると、酸化反応速度が十分でなく、未反応の残渣が残りやすくなるからであり、１２００℃を超えると、ガス化部３を構成する反応容器４の耐熱不足や耐用期間の低下等の問題が生じるおそれがあるからである。
【００５９】
また、第１熱交換器１０の伝熱管を通って水蒸気となった冷却水を１次熱分解部１内の重質油Ｗ中に下方から供給しているので、水蒸気によって、当該重質油Ｗを充分に撹拌することができる。従って、１次熱分解部１内に蓄えられた重質油Ｗの全体を１次分解温度にほぼ均一に加熱することができる。
【００６０】
更に、熱分解容器１１内における重質油Ｗの最高液面位置から当該重質油Ｗをガス化部３に流下させる液面調整管１１ｃが設けられているので、重質油Ｗを１次熱分解部１に一定時間滞留させた後、当該１次熱分解部１から排出することができる。従って、重質油Ｗが１次熱分解部１において過度に熱分解されるのを防止することができる。
【００６１】
｛発明を実施するための異なる形態｝
【００６２】
次に、本発明を実施するための異なる形態としての第２の実施の形態について図２を参照しながら説明する。ただし、第１の実施の形態で示し構成要素と共通する要素には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
（第２の実施の形態）
【００６４】
この第２の実施の形態で示す炭化水素系重質原料の改質装置におけるガス化部３は、反応容器４内における上下方向の途中に位置するガス化容器３１を備えている。ガス化容器３１は、上下方向に長い円筒状の側壁部３１ａを有し、当該側壁部３１ａの上下の各端部がそれぞれ底板部３１ｂ及び天板部３１ｃによって閉じられた構造になっている。このガス化容器３１は、耐熱性を有する断熱性素材によって構成されている。
【００６５】
また、ガス化容器３１は、反応容器４の軸心部に当該反応容器４と同軸状に設けられており、当該ガス化容器３１の軸心部には、天板部３１ｃから円筒管３１ｄが垂下するように設けられている。そして、反応容器４の天板部４ｃ及びガス化容器３１の天板部３１ｃを貫通して円筒管３１ｄ内に達するように、重質油供給管３２及び酸化剤供給管３３が設けられている。
【００６６】
重質油供給管３２は、重質油Ｗと水を、円筒管３１ｄを介してガス化容器３１内に供給するようになっており、酸化剤供給管３３は、酸素や空気等の酸化剤を、円筒管３１ｄを介してガス化容器３１内に供給するようになっている。重質油供給管３２から供給された重質油Ｗは、酸化剤によって一部燃焼しながら降下し、未燃焼分が底板部３１ｂ上に蓄えられるようになっている。なお、重質油供給管３２からは、重質油Ｗ及び水に加えて燃焼が容易な燃料を供給してもよい。
【００６７】
また、ガス化容器３１には、酸素、空気等の酸化剤及び水を底板部３１ｂ上の重質油Ｗに向けて噴出することにより、当該重質油Ｗを一部燃焼によりガス化する１つ又は複数の燃焼用ノズル３１ｅが側壁部３１ａに設けられている。なお、燃焼用ノズル３１ｅからは、酸化剤及び水に加えて燃焼が容易な燃料を供給してもよい。
【００６８】
更に、ガス化容器３１の天板部３１ｃには、当該ガス化容器３１内で発生した高温ガスを排出するガス排出口３１ｆが設けられている。
【００６９】
第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０は、ガス排出口３１ｆに連結されたガス排出管３４を介して直列に連結されており、ガス化容器３１から排出される高温ガスの熱の一部を冷却水によって吸収するようになっている。なお、ガス排出管３４には、ガス排出口３１ｆに近い側に第２熱交換器２０が連結されている。
【００７０】
１次熱分解部１は、反応容器４内の下端部に位置し、当該反応容器４外から供給される重質油Ｗを底板部４ｂ上に収容するようになっている。また、１次熱分解部１内には、第１熱交換器１０で加熱されて水蒸気となった冷却水を重質油Ｗ内に注入するための管材１２が設けられている。即ち、１次熱分解部１における１次分解温度は、第１熱交換器１０から重質油Ｗ中に供給される冷却水によって維持されるようになっている。
【００７１】
また、反応容器４内には、ガス化容器３１から排出され第２熱交換器２０及び第１熱交換器１０を通過した後の高温ガスを１次熱分解部１の上端から上方に噴出する管材２１が設けられている。
【００７２】
２次熱分解部２は、反応容器４内の１次熱分解部１の上方に位置し、１次熱分解部１から上方に移動する軽質成分を収容すると共に、ガス化容器３１から排出され第２熱交換器２０及び第１熱交換器１０を通過後１次熱分解部１の上端から上方に流出する高温ガスを収容することにより、２次分解温度を維持するようになっている。なお、２次分解温度は、水憤ノズル２ａから噴出される水によっても、維持されるようになっている。水憤ノズル２ａは、第１の実施の形態と同様のものである。
【００７３】
１次熱分解部１において重質な成分として底板部４ｂ上に残った残渣油は、ピッチとして底板部４ｂから排出されるようになっている。
【００７４】
上記のように構成された炭化水素系重質原料の改質装置においては、ガス化部３において、少なくとも酸化剤及び水の供給を受けて、重質油Ｗを一部燃焼（不完全燃焼）によりガス化するようになっているので、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ等の有用ガスを発生させることができると共に、酸化剤等の供給量を調整することによりガス化部３の温度を８００〜１２００℃内のある特定の範囲に安定的に制御することができる。
【００７５】
また、ガス化部３がガス化容器３１によって閉じられた空間を構成するようになっているので、当該ガス化部３で発生した高温ガスの熱量のうち一定の熱量を第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０を介して冷却水側に移動させることができる。
【００７６】
そして、１次熱分解部１に収容された重質油Ｗには第１熱交換器１０で加熱されて水蒸気となった冷却水であって、上述のように熱量が制御された冷却水が注入されるようになっているので、１次分解温度を３８０〜４５０℃内のある特定の狭い温度範囲内により正確に制御することができる。
【００７７】
また、２次熱分解部２にはガス化部３で熱量が制御された高温ガスであって、第１熱交換器１０及び第２熱交換器２０で更に熱量が制御された後の高温ガスが１次熱分解部１の上端から上方に流入することになるので、２次分解温度を４５０〜５５０℃内のある特定の狭い温度範囲内により正確に制御することができる。
【００７８】
なお、上記各実施の形態においては、炭化水素系重質原料として、石油精製設備において減圧蒸留した後のアスファルトに相当する重質油Ｗを示したが、この炭化水素系重質原料としては、オイルシェール等の天然重質油、プラスチック廃棄物、石炭、コールタール、その他の炭化水素系重質原料であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の第１実施の形態として示した炭化水素系重質原料の改質装置の概略構成図である。
【図２】この発明の第２実施の形態として示した炭化水素系重質原料の改質装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  １次熱分解部
２  ２次熱分解部
３  ガス化部
４  反応容器
１０  第１熱交換器
１１  熱分解容器
１１ｃ  液面調整管
２０  第２熱交換器
３１  ガス化容器
４２  回収口
Ｗ  重質油（炭化水素系重質原料）
【図１】
2006104260.tif 000003
【図２】
2006104260.tif 000004