(57)【要約】電気および脱塩水を作製するユーティリティーにより使用される大規模な陸上ベースのタービン、ならびに液体燃料のみが利用可能な海洋および遠隔用途の大型モバイルエンジンやタービンのために提供されるタービン燃料。この燃料の使用は、汚染された重質原油、精製残油、または高硫黄燃料油を燃焼する場合に比べ、腐食、灰形成および排気（ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ2および有害金属）の削減を導く。その製造は、原油、従来にない原油、および他の精製残油や高硫黄燃料油などの高汚染供給物を浄化することにより行われる。各燃料は、様々な精製所製品をプラント外で配合するのではなく、しかも従来の原油精製よりも複雑ではない装置構成を使用して、ユニット操作の単一製品として作製される。これらの燃料は、熱流路や、腐食を受け易く、したがって汚染重質原油または精製残油を使用することができない熱回収蒸気発生システムを有する、複合サイクル発電所の高度な高効率タービンシステムにより燃焼させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの炭化水素の液体の流れ（１０、６０、７０）の組み合わせにより形成される、硫黄含有量制限を有する燃料（６００）であって、
ａ．前記組み合わせ（６００）への前記各流れ（１０、６０、７０）の流速は、他の２つの前記流れそれぞれの流速および硫黄含有量を考慮のうえ、前記各流れの硫黄含有量およびこれに伴う前記組み合わせの全体的な最終硫黄含有量制限への寄与度により決定され、
ｂ．前記流れは、添加された流れの有無にかかわらず、原油（２）を３つの液体画分Ｆ１（１０）、Ｆ２（２０）およびＦ３（３０）に分画する（１００）ことにより形成され、前記各画分の原油供給の重量％としての産物取り出しは、前記画分Ｆ１（１０）の硫黄含有量が、前記画分Ｆ３（３０）よりも硫黄含有量の少ない前記画分Ｆ２（２０）の硫黄含有量よりも小さくなるよう、前記各画分の硫黄含有量に基づいて決定され、
ｃ．その後、前記画分Ｆ２（２０）が処理（３００）され、その後、前記画分Ｆ３（３０）の２つの部位（４０、８０）であって、その内の１つは溶剤分離（５００）による部位（８０）である、２つの部位が処理（４００）され、前記各処理後流れ（６０、７０）が燃料硫黄含有量制限より低い硫黄含有量を有するようにし、
ｄ．前記画分Ｆ１（１０）の産物取り出しは、前記画分Ｆ２における軽質留分量を最小化するため、前記画分Ｆ１において普通ならばより軽質の灯油範囲の物質に属しうる部分を最大化する形で、前記画分Ｆ２およびＦ３との関連において最大化されたうえ、未処理のままとされ、処理後前記画分Ｆ２（６０）および前記画分Ｆ３（３０）の処理部分（７０）と合わせた場合、前記組み合わせ（６００）の最終硫黄含有量制限を超えないようにする
ことを特徴とする燃料。
【請求項２】
前記画分Ｆ１（１０）の前記産物取り出しが、ブタンおよび他の軽質成分を除去するための追加の安定化ステップを伴うことなく、凝縮可能な同伴軽質ガスのオーバーヘッド部分凝縮により、軽質のオーバーヘッド不安定化全ナフサから灯油範囲成分までまたは他の軽質留分の少なくとも一部を含む範囲内で最大化される
請求項１に記載の燃料。
【請求項３】
前記原油が金属またはアスファルテンを含有する汚染物質を有し、原油供給量および分画条件は、実質的に前記汚染物質の全てが前記画分Ｆ３に濃縮されるように、および、
ａ．前記画分Ｆ１は、硫黄含有量X１および１ｐｐｍｗｔ以下の金属を有する未処理流れＳ１を形成し、
ｂ．その後、前記画分Ｆ２は、触媒の存在下で、調整された条件において水素で処理された場合、低減された硫黄含有量X２および１重量ｐｐｍ未満の金属を有する流れＳ２を形成し、
ｃ．その後、前記画分Ｆ３は、少なくとも一部を、触媒の存在下で、調整された条件において水素で処理された場合、低減された硫黄含有量X３および１重量ｐｐｍ未満の金属を有する流れＳ３を形成し、
ｄ．X１＞X２およびX３＞X２であり、前記流れＳ１、Ｓ２およびＳ３を合わせて該燃料を形成する、
ように調整される
請求項１に記載の燃料。
【請求項４】
前記組み合わせ（６００）は、原油を未処理の直接画分Ｆ１と処理後間接画分Ｆ２と処理後間接画分Ｆ３とを有するユニット操作の単一製品に加工して形成される
請求項１に記載の燃料。
【請求項５】
前記組み合わせ（６００）は、０．１重量％以下の硫黄を含有するが、その燃料硫黄含有量は、より多くまたは少なくなるよう、ユニット操作により調整することが可能な
請求項１に記載の燃料。
【請求項６】
前記画分Ｆ３（３０）を、
ａ．添加された流れの有無にかかわらず、低炭化水素分圧で減圧蒸留（２００）し、
（ｉ）その後の処理の前の時点において原油の質量％で約０．１〜５重量％の範囲の硫黄含有量を有する、１つまたは複数の軽質および重質減圧軽油副流（４０）であって、水素化処理（４００）へ導かれ、次いで触媒の存在下、前記画分Ｆ２と異なるゾーン（４００）で、前記画分Ｆ２とは異なる水素化処理条件により、それぞれ水素で処理され、１重量ｐｐｍ未満の金属を有する流れＳ３（７０）を形成する、１つまたは複数の軽質および重質減圧軽油（４０）、ならびに、
（ｉｉ）該減圧で沸騰しない減圧残渣油（５０）であって、溶剤脱アスファルト化（５００）へ導かれ、パラフィン系溶剤、アスファルテン、その他の残渣の１つまたは複数と混合され、重質成分は溶液から沈殿して、
（Ａ）（ｉ）に記載の１つまたは複数の減圧軽油副流（４０）と別々にまたは一緒に画分Ｆ３水素化処理装置（４００）に供給される、汚染物質を低減した脱アスファルト化油（８０）、および
（Ｂ）最初の原油供給物（２）の金属、アスファルテン、その他の汚染物質の大部分を含有する非常に汚染されたピッチ流（９０）、
を作成する、減圧残渣油（５０）
を形成し、
ｂ．このように形成された前記流れＳ３（７０）を流れＳ１（１０）およびＳ２（６０）と合わせて、前記燃料を形成する
請求項１に記載の燃料。
【請求項７】
該ピッチ流がガス化ユニット、ボイラーまたはアスファルト製品への供給物として使用される
請求項６に記載の燃料。
【請求項８】
前記ピッチ流が、前記ピッチ流を水素および一酸化炭素からなる合成ガスに変換し、前記流れＳ２およびＳ３を形成する成分の水素化に向けられる水素を生成するガス化ユニットに供給される
請求項６に記載の燃料。
【請求項９】
前記流れＳ１、Ｓ２およびＳ３の組み合わせにより形成され、最大０．１重量％の硫黄含有量を有し、金属の含有量が１重量ｐｐｍ未満である研磨タービン燃料である
請求項６に記載の燃料。
【請求項１０】
海上または陸上用エンジン、燃焼ガスタービンまたは燃焼加熱器において、
請求項１に記載の方法により製造された燃料を燃焼させることによる、汚染された原油を燃焼させることによる腐食、灰の生成および排出の削減。
【請求項１１】
硫黄および金属を有する汚染された原油（２）を、添加された供給蒸気の有無にかかわらず、硫黄含有量制限を有する燃料に変換する方法であって、原油を３つの液体画分Ｆ１（１０）、Ｆ２（２０）およびＦ３（３０、４０）に分画し、少なくとも前記画分Ｆ２（６０）の一部および前記画分Ｆ３の一部を水素化処理（７０）するものであり、分画化（１００、２００）条件および水素化処理（３００、４００）条件は、
ａ．凝縮可能な同伴軽質ガス（４）のオーバーヘッド部分凝縮が、分画（１００）中に、ブタンおよび他の軽質成分を除去する追加の安定化ステップを伴うことなく起こって、前記画分Ｆ１（８、１０）の一部を形成し、
ｂ．前記原油の前記各画分は、前記画分Ｆ１（１０）の硫黄含有量が、前記画分Ｆ３（３０）の硫黄含有量よりも低い前記画分Ｆ２（２０）の硫黄含有量よりも低くなるように、前記各画分の重量％硫黄含有量に基づいて決定し、
ｃ．全金属が実質的に前記画分Ｆ３（３０）内に濃縮され、
ｄ．前記画分Ｆ１（１０）の産物取り出しは、以下の流れ、すなわち（ｉ）水素化処理（３００）されて硫黄含有量を２５重量ｐｐｍ未満に低減され、流れＳ２（６０）を形成する、前記画分Ｆ２（２０）の一部、および（ｉｉ）水素化処理（４００）されて硫黄含有量を０．１２〜０．１８重量％未満に低減され、流れＳ３（７０）を形成する、前記画分Ｆ３（４０、８０）の一部、および（ｉｉｉ）０．２５重量％未満の硫黄含有量を有し、流れＳ１（１０）を形成する未処理の前記画分Ｆ１、を結合することにより作成される組み合わせ産物流れの硫黄含有量に基づいて最大化され、前記流れＳ１（１０）、Ｓ２（２０）およびＳ３（３０）の組み合わせ（６００）の最終硫黄含有量制限が、前記燃料の全硫黄含有量制限を超えないように調整される
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記画分Ｆ３の任意の部分を水素化処理する前に、
実質的に前記画分Ｆ３の全てを、添加された流れの有無にかかわらず、低炭化水素分圧で減圧蒸留し、
ａ．その後の処理の前の時点において、原油の質量％で約０．１重量％〜５重量％の範囲の硫黄含有量を有する少なくとも１つの減圧軽油流出物流れ（４０）であって、水素化処理（４００）へ導かれ、画分Ｆ２水素化処理装置（３００）と異なるゾーン内で、前記画分Ｆ２よりも激しい水素化処理条件下で水素化処理されて、０．１２重量％〜０．１８重量％の範囲の硫黄含有量を有しかつ１重量ｐｐｍ未満の金属を含有する流れＳ３（７０）の少なくとも一部を形成する、少なくとも１つの減圧軽油流出物流れ（４０）、および
ｂ．該低炭化水素分圧で実質的に沸騰しない、減圧残渣油流出物流れ（５０）であって、溶剤脱アスファルト化（５００）へ導かれ、１つまたは複数の溶剤と混合されて、溶液を形成し、前記溶液からアスファルテンおよび他の残渣重質成分を沈殿させて、
（ｉ）最初の汚染原油供給物の金属のほとんどを含有する、非常に汚染されたピッチ流（５０）、および
（ｉｉ）流れＳ３（７０）の一部を形成する脱アスファルト化油であって、
（Ａ）前記画分Ｆ３の水素化未処理部分と組み合わせられ、前記組み合わせを水素化処理して、前記流れＳ３の少なくとも一部を形成するか、または
（Ｂ）水素化処理され、別途水素化処理された前記画分Ｆ３の一部と組み合わせられて、前記流れＳ３の少なくとも一部を形成する、
脱アスファルト化油（８０）、
を形成する、減圧軽油残渣流出物流れ（５０）、を形成する
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ａ．前記画分Ｆ１の硫黄含有量を測定し、さらに処理することなく、前記画分Ｆ１を前記組み合わせへ連続的に導き、
ｂ．前記画分Ｆ２の硫黄含有量を測定し、前記画分Ｆ２を水素化処理ゾーンへ導き、水素化処理条件を前記画分Ｆ２用に調整して１０重量ｐｐｍ未満の硫黄含有量を有する処理後の前記流れＳ２を作成し、処理後の前記流れＳ２の全てまたは一部を前記組み合わせゾーンへ連続的に導き、
ｃ．前記画分Ｆ３の硫黄含有量を測定し、前記画分Ｆ３を分離ゾーンへ導き、１つまたは複数の処理ステップにより、前記画分Ｆ３を、２つ以上の部分、すなわち
（ｉ）水素化処理される第１部分であって、水素化処理ゾーンへ導かれ、該部分から０．１８重量％未満の硫黄含有量を有する処理後の前記流れＳ３を作製するための水素化処理条件を調整し、処理後の前記流れＳ３を上記組み合わせゾーンへ連続的に導く、第１部分と
（ｉｉ）水素化処理されない第２部分
に分離し、
ｄ．前記組み合わせゾーン中で、前記流れＳ１、Ｓ２およびＳ３を連続的に合わせ、その際
（ｉ）前記組み合わせへの前記各流れの流速は、他の２つの流れのそれぞれの流速およびそれぞれの硫黄含有量を考慮して、前記各流れの硫黄含有量およびこれに伴う前記組み合わせの全体的な最終硫黄含有量への寄与度により決定され、
（ｉｉ）未処理の前記画分Ｆ１の産物取り出しは、前記組み合わせの最終硫黄含有量制限を超えないように最大化される、
ことを有する
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記原油が、アスファルテンを含有する汚染物質を有し、原油供給量および分画条件は、実質的に全てのアスファルテンが前記画分Ｆ３の水素化処理されていない最後の部分に濃縮されるように調整される
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
該ピッチ流を、ガス化ユニット、ボイラーまたはアスファルト製品への供給物として使用する
請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
該ピッチを一酸化炭素および水素から成る合成ガスに変換するガス化ユニットへの供給物として、該ピッチ流を使用し、該水素は、前記流れＳ２およびＳ３を形成する前記画分Ｆ２およびＦ３の一部の水素化に向けられる
請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
燃焼場所における規制要件以下になるように選択された硫黄含有量制限を有する
請求項１１の方法に従って製造された燃料。
【請求項１８】
最大０．１重量％の硫黄含有量および０．１重量ｐｐｍ未満の金属含有量を有する研磨タービン燃料として有用な、前記流れＳ１、Ｓ２およびＳ３の組み合わせによって形成された
請求項１１の方法により製造される燃料。
【請求項１９】
海上もしくは陸上用エンジン、燃焼ガスタービンまたは燃焼加熱器において
請求項１１の方法に従って製造される燃料の使用。
【請求項２０】
単一製品液体燃料（６００）を製造する工程であって、以下、すなわち
ａ．１つもしくは複数の原油、精製所残留油、高硫黄燃料油、バイオマス液、またはコークス、石炭、泥炭もしくは灰の粒子を含有する炭化水素油スラリーからなる群から選択された汚染炭化水素の流れ供給物（２）を、第一浄化装置として働く基本分離ゾーンに供給すること、
ｂ．炭化水素組成の測定、温度範囲または他の非汚染物質関連の分離基準ではなく、流出物流れの汚染レベルの測定に基づいて、前記液体供給物を前記ゾーン内で最小数の基本的セグメント（１０、２０、３０）に分離すること、
ｃ．供給物の分離を制御し、以下の異なる汚染レベルを有するセグメント、すなわち
（ｉ）その後の処理を実質的に行うことなく燃料組成物流（１０）を形成する、汚染レベルを減少させたセグメント（１００）、
（ｉｉ）触媒の存在下、水素による処理（３００）により１つまたは複数の汚染レベルが低減されている燃料組成物流（６０）を形成する、汚染されたセグメント（２０）、および
（ｉｉｉ）１つまたは複数の分離ステップ（２００、５００）をさらに行って１つまたは複数の汚染レベルが低減されている流れ（４０、８０）を形成し、前記各流れは分離または結合されて触媒の存在下、水素により処理（４００）されて１つまたは複数の汚染レベルが低減されている燃料組成物流（７０）を形成する、汚染物質リッチセグメント（３０）
を形成するため、前記分離ゾーン（１００）の稼働条件を調整すること、ならびに
ｄ．前記燃料（６００）を形成するため、ｃ．（ｉｉ）（６０）における普通ならばより軽質の灯油範囲の物質に属しうる部分を最大化して、セグメントｃ．（ｉｉ）（６０）の軽質留分の量を最小にすることによって、ｃ．（ｉ）（１０）の量が処理後のセグメントｃ．（ｉｉ）（６０）およびｃ．（ｉｉｉ）（７０）との関連において最大となるように、ｃ．（ｉ）（１０）、ｃ．（ｉｉ）（６０）およびｃ．（ｉｉｉ）（７０）の燃料組成物流を結合することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
海上もしくは陸上用エンジン、燃焼ガスタービンまたは燃焼加熱器において、
請求項２０に記載の方法に従って製造された燃料を燃焼させることによる、汚染された原油を燃焼させることによる腐食、灰の生成および排出の削減。
【請求項２２】
原油供給物を分離するための上部、中間および下部ゾーンを有する蒸留塔（１００）であって、温度、炭化水素組成または他の非汚染物質関連の分離基準に基づいて的確な目標とする取り出しのための分画効率を達成するのではなく、各画分について一回の取り出しまたは複数の取り出しを組み合わせて各画分を形成するように、目標画分Ｆ１、Ｆ２およびＦ３の汚染物質レベルに基づいて前記画分Ｆ１（１０）、Ｆ２（２０）およびＦ３（３０）それぞれの供給物分離を達成することを特徴とする蒸留塔であって、該蒸留塔は、従来の原油蒸留処理で同じ原油を処理する場合と比較すると、上部ゾーンにおいてより高い温度分布を有し、前記温度分布は、
ａ．従来の原油蒸留の上部ゾーンでの回収蒸気の凝縮および過度の液体形成につながる、過冷却およびそれに伴う圧変化による、従来の原油蒸留の上位部において発生する過度の蒸気凝縮および充満を回避し、
ｂ．画分Ｆ２およびＦ３との関連において上記上部ゾーン内で画分Ｆ１の量を最大化し、画分Ｆ１は、従来の蒸留の範囲にある場合には、軽質のオーバーヘッド不安定化全ナフサから灯油範囲成分の範囲内または他の軽質留分分画の少なくとも一部を有し、画分Ｆ１の該最大化は、画分Ｆ２の軽質留分量を最小化し、軽質のオーバーヘッド不安定化全ナフサから灯油範囲成分の範囲内または他の軽質留分の少なくとも一部の範囲内の該物質を画分Ｆ１内に合併させ、一回の停止にすることができ、そのような物質のための複数の停止を有する従来の原油蒸留ユニットよりも停止システムを少なくすることができ、
ｃ．画分Ｆ３との関連において上記中間ゾーン内の画分Ｆ２の量を最大化し、画分Ｆ２は、従来の蒸留の範囲にある場合には、軽質留分の残留した重い部分中重質留分の範囲内の物質を有し、該最大化は、上記軽質留分の残留した重い部分中重質留分の範囲内の物質を一回の停止により画分Ｆ２内で組み合わせることができ、そのような物質のための複数の停止を有する従来の原油蒸留ユニットよりも停止システムを少なくすることができ、または
ｄ．停止およびトレー数の減少による蒸留塔カラム中の圧力低下を減らし、それにより供給フラッシュゾーン圧力を下げ、よってフラッシュゾーン温度を下げ、塔炉の負荷の低減に対応して、従来の原油蒸留に比較して、エネルギー消費を低減させる
ことを特徴とする蒸留塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガス駆動タービン用の浄化された超清浄液体燃料、および原油、精製残油およびその他の汚染液体供給物からそのような燃料を製造する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原油や、精製残油などの他の重質液体から、低コスト燃焼ガスタービン燃料を製造するために、改良された方法が必要とされている。タービン腐食、汚れ、排気の発生がより少ない、または全く発生させない安価な液体タービン燃料もまた、必要とされている。
【０００３】
燃焼ガス駆動タービンは、大規模な電力生産のために、様々な単一サイクルおよび複合サイクル用途に広く使用されている。タービン燃焼器のための燃料供給の選択は、プラント全体の効率、有効性、排気を決定する。
【０００４】
大規模なタービン駆動発電所への投資には、燃焼供給の量と質の確実性が求められる。消費者や企業は、タービン駆動の電力源からの信頼できる電力供給を要求している。
【０００５】
燃料汚染に関連する問題によるタービンの劣化や故障は、多岐に及ぶ。汚染された燃料は、深刻なタービンの汚れや腐食、排気ガスの排出といった問題を引き起こす。劣悪な燃料により、大規模な機器の故障や、グリッドへの電力供給の長期的な中断や環境破壊が引き起こされる。
【０００６】
タービンの設計者は、汚染物質の存在を避けるために、可能であればメタンに富む天然ガス（ＮＧ）を燃料として選択することが多い。しかし、ＮＧは、同伴硫化水素や硫化カルボニルなどの炭化水素系固体やその他の汚染物質に加え、燃焼に影響を与える空気、水、ならびに窒素および二酸化炭素のような不活性ガスを含有し得る。さらに、メタンが大気温暖化にもたらす潜在的影響はＣＯ2の２０倍以上であると推定している人々の間では、メタン漏れに対し、環境をめぐる懸念が高まっている。
【０００７】
ＮＧは、使用できないことが多い。特定の地域では、ＮＧの蓄えがわずかである、もしくは実質的に全くないか、またはＮＧの探査、生産、もしくは輸送が禁止されている。液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）などのＮＧへのガス代替物が考えられるが、圧縮、保管、出荷に関する長期的な不確実性が、タービン駆動の運用に対して、許容できない投資リスクを生み出し得る。同様の要因が、高炉ガス、コークス炉ガス、精製所燃料ガスなどの工業排気ガスの使用、またはトウモロコシ、サトウキビ、その他の植物由来のエタノールを含有するバイオ燃料、または脂肪もしくはその他の材料からのバイオディーゼルなどの現地で自然に得られる液体の使用にも当てはまる。
【０００８】
現実には、ＮＧが使用できない、または他の選択肢は供給要件を満たすことができない場合には、「手に入るうち最も廉価な」液体が、たとえそれが腐食、汚れ、操作性および排気の問題を引き起こすとしても、タービン燃料として使用されている。原油または精製残油に点火したときのタービンの有効性は、腐食および灰形成によりＮＧのものと釣り合わない。
【０００９】
例えば、米国ハワイ諸島では、ＮＧ供給が極めてわずかであり、先行技術文献には、ハワイでは精製残油をタービン燃料として使用してきたことが報告されている。また、様々な地域的理由や優先順位により、サウジアラビア王国、クウェート、イラク、アフリカの一部など世界の特定の地域で、相当量の原油、精製残油または汚染留出物がタービン燃料として使用されている。
【００１０】
しかし、エネルギー効率が犠牲になっており、燃料ＢＴＵが浪費されている。汚染された重質液体燃料は、高度なクラスの高効率タービンでは使用されず、代わりにそれほど複雑でない、低効率タービンで燃焼されるに過ぎない。また、そのような汚染された燃料は、蒸気生成のための排熱回収が可能な効率的な複合サイクルプラントでは使用されず、したがって、原油を燃焼する旧式の炉またはタービンを使用する非効率な既存の単一サイクルプラントは、より効率的な複合サイクルプラントへと変換されていない。
【００１１】
原油および残留燃料中の汚染物質は、数ある中でも、硫黄、ナトリウム、バナジウム、カルシウム、ケイ素、ニッケルおよびアルミニウムの様々な形態、ならびにアスファルテンやその他の高分子、高粘性、タール状の凝集体などといった粒子状物質および炭素質を含む。
【００１２】
汚染物質は、高温ガス通路部品の腐食につながる。ナトリウムと硫黄が存在すると、タービン高温ガス通路金属を腐食する硫酸ナトリウムにつながる。カリウムなどの原油や残留物中の他のアルカリ金属は、同様のアルカリ硫酸塩タイプの腐食を引き起こし、ナトリウムと非常に類似した挙動を示す。このような攻撃は、まとめて「硫化」と呼ばれることが多い。高温ガス通路では、硫化は急速であり、また比較的低硫黄燃料であっても、アルカリ金属が共存する場合に高温ゾーン腐食を可能とするのに十分な硫黄を含有している。硫化による腐食は、全アルカリ金属を除去することにより防止できるが、それは、先行技術による原油または残留燃料の処理工程では不可能である。
【００１３】
汚染物質は、複合サイクルプラントの排熱回収ボイラー（ＨＲＳＧ）の腐食を引き起こす。硫黄化合物は、酸素と反応して二酸化硫黄を形成し、その後の酸化により三酸化硫黄を形成する。三酸化硫黄は、存在する水と反応して硫酸を形成し、この硫酸は、ＨＲＳＧ排気ガスの冷却中に凝縮し得る。そのように形成された硫酸は、ＨＲＳＧ金属やその他の表面を腐食する。ＨＲＳＧを露点温度より高い温度で運転すると、熱回収が最小限に抑えられ、発電所の熱効率が低下する。
【００１４】
汚染物質は、灰形成につながる。バナジウム、ニッケル、鉛または亜鉛などの汚染物質を含有する原油または残留油のタービン燃焼は、タービンブレード上で凝縮し、表面酸化および灰の堆積を誘発する金属酸化物複合体を形成する。ナトリウムまたは他のアルカリ金属および酸素の存在下、バナジウム、鉛、または亜鉛などの金属は、混合金属酸化物複合体、例えば、バナジウム、鉛、または亜鉛のバナジン酸塩を形成する。そのような複合体は、比較的低い融点を有し、灰混合物として堆積し、タービン腐食を促進するかもしれないが、高融点複合体は、燃焼排気ガスによって大気に逃げ、ガスタービンおよびＨＲＳＧ部品に付着することはない。
【００１５】
燃焼中に灰粒子状物質を形成する汚染物質は、ＨＲＳＧの資材の変更や装置の追加、そしてそれに伴う資本および操業コストを必要とする、操業上の問題を引き起こす。例えば、灰形成により、灰堆積物の減少や冷却表面上の灰回収の減少を目的としたＨＲＳＧ関連送風機の変更や管やフィンの変更を強いられることとなる。
【００１６】
汚染物質は、排気を引き起こす。硫黄の存在や燃焼器における燃焼の問題は、ＳＯｘ、ＮＯｘの形成および粒子状物質の排気につながる。規制上の排出制限は、現地で利用可能な液体タービン燃料の選択を低減または排除することが多い。
【００１７】
先行技術の燃料汚染物質問題は、タービン稼働時間、整備費用および発電所の有効性を著しく低下させ、繰り返される停電を引き起こす。
【００１８】
汚染物質および灰形成の問題を改善するための従来技術の取り組みには、以下のことが含まれる。
（ｉ）影響を受けた燃焼器、ブレードおよび他の高温ゾーン要素の迅速な洗浄およびその他の清掃を行うための、頻繁な、時には週一回の操業停止
しかし、先行技術では、このような頻繁な停止、清掃および再始動手順が、タービンに繰り返し熱応力、金属疲労ショック、過度の摩耗がかかる原因となることが議論されている。そのような短時間の定期的な清掃のための停止時間では、通常、主要な機械の修理、または腐食もしくは汚れた部品の交換には不十分である。
【００１９】
（ｉｉ）影響を受け腐食し汚れたユニットのメンテナンス停電のための、準備状態の予備のユニットを保管または保持する必要性
しかし、そのような予備システムは、資本集約的であり、非常にまれである。また、影響を受けるユニットの復旧には、依然として大きな費用が掛かる。
【００２０】
（ｉｉｉ）水洗浄燃料の使用およびタービン側での抑制剤の添加
そのような先行技術による汚染された液体燃料の処理は、容易に溶解または他の方法で除去される水溶性汚染物質を除去するために、物理的な水洗および分離工程（例えば、遠心分離）を含む。洗浄は、特定の水溶性アルカリ塩と水抽出可能な粒子状物質のみを対象とする。洗浄および分離ステージの数は、各処理燃料の契約仕様を満たすことを目標とし、燃料要求量および各異なる未処理燃料の種類ごとのアルカリ含有量に依存する。また、処理は、通常、マグネシウム、クロムまたはケイ素化合物などの高価な化学抑制剤の添加を含む。その目的は、洗浄後に燃料中に残存して普通ならば燃焼中に灰形成に寄与する油溶性微量金属によって引き起こされる腐食作用および灰堆積を減少させることである。抑制剤は、汚染物質と反応し、灰の組成を変えることによってその融点を上げ、灰を固体状態に保つようにし、灰が溶けてタービンに堆積することを回避しようとするものである。
【００２１】
さらに述べれば、このような先行技術の処理は包括的なものではなく、代わりに、各処理工程は、処理された供給材料を使用することとなる個々のタービンにつき、未処理の供給材料の分析および契約仕様書に基づいてなされなければならない。予期されない供給材料の変動を分析が捉えられない場合には、短時間の稼働間隔中に大きな腐食問題を引き起こす可能性がある。また、高負荷稼働での大規模発電施設では、要求される燃料供給量は非常に大きく、限られた処理施設に負担をかける可能性がある。
【００２２】
（ｉｖ）蒸留物グレード燃料油、灯油型ジェット燃料またはその他の軽質液体燃料の燃焼
しかし、これは代替物としては高価である。これらの燃料は、需要が高く、代替物が容易に入手できない、トラック、バス、飛行機、電車、船舶、ディーゼル自動車およびその他の移動目的の輸送市場向けに主に生産されている。従来の原油精製では、そのような燃料は、一般的に、原油の各バレルからの総生産量の４０％未満である。
【００２３】
（v）炉や特定の船舶用途に使用されるような低価な残留燃料油の燃焼
しかし、これは汚染や、それに伴う腐食、灰形成および排気を増加させる。従来の精製では、蒸留へ送られる原油供給物中にみられる汚染物質は、この残留油から除去されるのではなく、蒸留物底部残留物中で濃縮される。この濃縮機構によって、精製残留物中の汚染物質レベルは、精製所蒸留セクションへ送られる初期原油供給物の汚染物質レベルよりも高くなる。
【００２４】
（ｖｉ）全体の汚染物質レベルおよび費用を低減するための配合、例えば、高い汚染物質含有量を有する低コストでより重質の残留燃料油と、より低いレベルの汚染物質を有するより高価な留出物との配合
例えば、先行技術の複合サイクルプラントの説明では、精製残油は、受け取り時に試験され、そしてタービン燃料として使用される最終配合物を、地で許容される最大硫黄含有量である２．７５％まで減少させるため、（仕様に対して試験されたとおりに）第２ディーゼル油と配合される（非特許文献１）。
【００２５】
しかし、精製残油および留出物配合成分は、スポット市場で販売されている。それぞれの残留物および留出物は、精製所の構成およびその出発原油供給原料に基づいて変化する。燃料購入者は、精製残油および留出物配合成分の原油源および精製所を特定することができず、出荷ごとに、納入される製品間の変動が著しくなることは避けられない。したがって、タービン燃料用途のための残留物と留出物との配合物を一貫して均一に供給することはできない。
【００２６】
そのような各混合物成分の出荷分を納入されるごとに分析するのは費用が掛かり、試料採取は物流管理の点で複雑である。燃焼器効率の制御および最適化のために比較的安定な燃料組成物が必要であることを考えると、異なる精製所および異なる原油源から送られてくる、さまざまな異なる組成物が著しく変動する配合成分を見込んで配合プラントを運転することは、困難な課題である。
【００２７】
加えて、配合には重要な基本的な技術上の障害も存在する。異なる原油供給原料または異なる原油供給原料由来の精製残油を配合することは、自然の過程による安定化を中断する可能性がある（例えば、高芳香族組成物と高パラフィン性組成物の配合）。結果として生じる不安定性は、配合物からアスファルテンおよび重質樹脂の粒子の析出をもたらし、貯蔵、供給配管、フィルター、タービンバーナーノズルおよび他の装置に影響を及ぼす堆積物を形成させる。
【００２８】
さらに、配合は、配合物中に残っている汚染物質を効率的に処理するわけではない。このような汚染物質は残存し、腐食、灰形成および排気に寄与する。
【００２９】
燃料に起因する不具合に関する上記の背景から、原油や精製残油などの他の重質液体の燃焼ガスタービンでの直接燃焼を避ける必要性、および腐食、汚れおよび排気を少なくする燃料の必要性がなおのこと確認される。
【００３０】
従来の精製は、非特許文献２の２．１節に記載されている。その中に引用されている論文及び参考文献には、従来の原油蒸留ユニット（ＣＤＵ）および他の従来の精製所装置、操作および複数の製品のスレートが記載されている。このような論文には、「精製所には３つの基本的な種類、すなわちトッピング精製所、水素化スキミング精製所およびアップグレーディング精製所（「転換型」または「複合型」精製所とも称される）がある」と記されている。トッピング精製所は、原油蒸留塔を有し、ナフサおよび他の中間生成物を製造するが、ガソリンは製造しない。米国内のトッピング精製所は少数のみであり、主にアラスカに存在する。水素化スキミング精製所は、精製ガソリン製品を製造するための水素化処理ユニットおよび／または改質ユニットなどの比較的穏やかな変換ユニットを有するが、原油蒸留塔の底部付近に存在する原油のより重質な成分を改質しない。ある種のトッピング／水素化スキミング精製所は、アスファルトを製造するための重質原油の処理に特化している。アップグレーディング／転換型精製所は、長鎖、高分子量の炭化水素系重質留分をガソリン製品、留出物、その他の高付加価値製品や石油化学供給原料を製造するために使用できるより小さな炭化水素に変換するためのクラッキングまたはコーキング操作を有する。このような論文に記載されているように、このような従来の精製システムは、複数の精製所製品を製造するために、多数の高価なユニットを有し、資本集約的であり、電力を供給し、運転し、および維持するのに費用がかかる。原油精製における長期にわたるアプローチは、原油の単一生成物の代わりに、原油を多数の生成物または生成物の前身流れに分離することに焦点を当ててきており、様々な等級のガソリン、灯油、ディーゼル、ジェット航空燃料および化学製品用の供給原料を製造するための多くの下流工程で、この多数の流れを処理した後、他の多量に汚染された残留油を主にアスファルトやコークス製造用に適用しており、または一部の地域では、環境に対してより優しくない、炉や船舶用途のための残渣油や高硫黄燃料油などに適用する。
【００３１】
非特許文献３は、「原油常圧蒸留塔の第一の目的は、脱塩された原油（特定の供給温度）を成分の沸点範囲に基づいて、画分または取り出しに分離することである」という原油蒸留ユニットを含む従来の精製所の稼働について説明している。そのような目標とする留分境界点の範囲は温度に基づいており、最終製品の仕様によって変わることはないが、ユニットの設計により異なる原油供給が使用される場合には、流速を変更しなければならない。このような横部取り出しそれぞれは、例えば、減圧蒸留ユニットに供給される軽質直留ナフサ、重質直留ナフサ、灯油／ジェット範囲、軽質常圧軽油、重質常圧軽油及び残留油または常圧蒸留残油などといった下流ユニットそれぞれの能力に合致する、目標初留点および終点を有する。原油供給の各バレルの従来技術の取り出しの比較的小さな部分のみが、タービン燃料として効率的に有用であり、実質的にはバレル全体ではない。原油蒸留ユニットは、事実上、全ての石油精製所において最初の処理ユニットである。原油蒸留ユニットは、大気圧よりわずかに高い気圧で稼働するので、常圧蒸留ユニットまたは蒸留塔と呼ばれることが多い。
【００３２】
超重質原油の品質を特別に上げるための従来技術の方法は、タービン燃料製造のためのものではない。このような方法は、あまり望ましくない供給物の品質を上げて、従来の精製所で処理できる商業的により望ましい原油にするための工程に、非常に低品質の原油の供給を組み込むという、一般的なテーマを有する。これらは、カナダのタールサンド、ベネズエラのモナガスベルト、その他の供給源からの粘性の高い油の合成または改質原油への変換を処理する。これは、世界市場で入手可能な通常の標準等級の市販原油との有利な競合を目指している。これらの変換物は、次いで標準または通常範囲の原油粘度、硫黄レベルなどを有する原油用に構成された従来の原油精製所に提供される。例示的な先行技術は、Ｂｒｏｗｎらの特許文献１、特許文献１を引用している文献、および特許文献１に引用されている引用文献が挙げられる。このような改質または合成原油工程は、従来の精製所による製品消費を考慮しており、燃焼ガスタービンでの使用に合わせたものではない。
【００３３】
上記の精製の背景によって確認された、このような従来のアプローチは、原油およびタービン燃料の分野において、著しい技術的および経済的空隙を残している。そのような空隙は、ＮＧが入手できない、または他の代替物が供給要件を満たさない場合、タービン設計者に、タービン燃料として「手に入るうち最も廉価な」液体を、たとえその使用が腐食、汚れ、操作性および排気の問題を引き起こす場合であっても、使用させることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】米国特許第４，８８５，０８０号
【特許文献２】米国特許第６，２２８，２５４号
【非特許文献】
【００３５】
【非特許文献１】Ｂａｓｌｅｒ，Ｂ．およびＭａｒｘ，Ｄ．著「Ｈｅａｖｙ  Ｆｕｅｌ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｔ  Ｌｉｍａｙ  Ｂａｔａａｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔａｔｉｏｎ」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＡＳＭＥ  ＩＧＴＩ  Ｔｕｒｂｏ  Ｅｘｐｏ，Ｎｅｗ  Ｏｒｌｅａｎｓ，Ｌｏｕｉｓｉａｎａ，ＡＳＭＥ  Ｐａｐｅｒ  Ｎｏ．２００１−ＧＴ−０２１３、２００１
【非特許文献２】「Ａｖａｉｌａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｅｍｅｒｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ  Ｇａｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｒｅｆｉｎｉｎｇ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」，ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ（ＵＳ  ＥＰＡ）
【非特許文献３】「Ａｎ  Ｏｉｌ  Ｒｅｆｉｎｅｒｙ  Ｗａｌｋ−ｔｈｒｏｕｇｈ」，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，２０１４年５月
【非特許文献４】Ｃｏｌｏｒａｄｏ  Ｓｃｈｏｏｌ  ｏｆ  Ｍｉｎｅｓ「Ｒｅｆｉｎｉｎｇ  Ｓｅｒｉｅｓ」，第７章
【非特許文献５】Ｓｏｎｇ著「Ｎｅｗ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｔｏ  Ｄｅｅｐ  Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａ−Ｃｌｅａｎ  Ｇａｓｏｌｉｎｅ  ａｎｄ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｆｕｅｌｓ：Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ」、Ｆｕｅｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ  ２００２，４７（２），４３９
【非特許文献６】Ｘｉａｏｌｉａｎｇ  Ｍａら著「Ｃｌｅａｎ  Ｆｕｅｌｓ  ａｎｄ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｐｒｏｇｒａｍ，Ｔｈｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ａｎｄ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ  ＆  Ｇｅｏ−Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，Ｔｈｅ  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＡＡＤ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｍ／Ｓ  ９２１−１０７  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｅｎｔｅｒ，ＵＳ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【非特許文献７】Ａｃｋｅｒｓｏｎら著「Ｒｅｖａｍｐｉｎｇ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｈｙｄｒｏｔｒｅａｔｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａ−Ｌｏｗ  Ｓｕｌｆｕｒ  Ｕｓｉｎｇ  ＩｓｏＴｈｅｒｍｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」
【非特許文献８】Ｓｈｉｆｌｅｔら著「Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  Ｈｙｄｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｈｙｄｒｏｃｒａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｈｙｄｒｏｔｒｅａｔｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｃａｔａｌｙｓｔ」，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｒｅｆｉｎｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃａｔａｌａｇｒａｍ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  Ｉｓｓｕｅ  Ｎｏ．１１３／２０１３  ６頁
【発明の概要】
【００３６】
本発明者らは、原油をタービンまたはエンジン燃料として有用な燃料に変換するための、それほど複雑ではない方法および装置を発見した。本発明者らはまた、従来の精製の複雑な遣り方で原油から複数の生成物を抽出するのではなく、原油から単一の液体炭素質タービン燃料を製造することができることを見出した。本発明者らは、本発明の方法に従って製造された燃料は、海上もしくは陸上用エンジン、燃焼ガスタービンまたは燃焼加熱器に有用であることを見出した。
【００３７】
本発明者らは、清浄な燃料をどのように作製するかにおいて、厳しい温度留分境界点または長年の標準的な複数の取り出し分類ではなく、硫黄含有量に基づいて原油を経済的に分離するというパラダイムシフトを開発した。本発明者らは、汚染レベルについて目標燃料仕様を満たすにあたって現実的なだけのできるだけ少ない数と量で、成分取り出しの数をできるだけ減らし、そのような少ない取り出しをさらに処理するのみとする。本発明の燃料の硫黄および金属の目標は、船舶の沿岸および海上での燃焼に対しては国際海事機関（ＩＭＯ）規則、ならびに陸上燃焼に対しては各地域の排気規制当局などの、燃焼地点での規制要件を含む。
【００３８】
本発明の研磨タービン燃料（ＰＴＦ）は、原油は生物の新規組成クラスであり、タービンおよび環境にとって問題となる腐食物、汚染物およびその他の汚染物質の濃度が低い。タービン内の原油を直接燃焼する代わりに、原油を本発明によって研磨し、有害金属、硫黄および他の汚染物質を効果的に除去して、単一の製品タービン燃料を製造する。本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「本質的に含まない」または「本質的に金属を含まない」とは、全金属量として無金属（ゼロ）から１００重量ｐｐｍまで含有する燃料を意味する。しかし、本発明の方法は、微量金属含有量がわずかに１００重量ｐｐｂ以下、また、金属を含有する場合であっても、オンライン計測器によって正確に測定することができないレベルの金属含有量である、燃料を製造することができる。
【００３９】
研磨タービン燃料の燃焼は、原油の直接燃焼に比べて、タービンの有効性を高め、整備費用を低減し、排気を減少させるので、研磨タービン燃料は、天然ガスおよびディーゼル燃料と競合可能であり、多くの等級の天然ガスまたは高価な等級のディーゼル燃料の燃焼における信頼性および排気量に近い効果を有する。
【００４０】
このように、本発明者らは、タービンの燃焼に好適な超清浄燃料の製造に適合させた、非常に効率的な方法で原油を浄化可能であることを発見した。
【００４１】
原油からなるこの単一の燃料製品は、最少のユニット操作および装置により製造される。燃料は、本明細書中では、原油研磨複合体（ＣＰＣ）として低コストの装置構成を有するものとして説明される、新規の原油研磨工程（ＣＰＰ）により製造される。
【００４２】
従って、本発明の実施は、従来の精製所複合体よりも少ない資本および稼働コストを可能にする。本発明は単一製品を製造するので、原油の精製において複数の分離された流れを作成するために使用される多くの追加ユニットおよび追加ユニット操作は、本発明によって排除される。
【００４３】
しかし、本発明のＣＰＣは、非特許文献２に論じられているような「トッピング精製所」、「水素化スキミング精製所」および「アップグレーディング精製所」（あるいは、『転換型』または『複合型』精製所）とは明確に異なる。そのような精製所の全てが、多数の炭化水素系液体生成物を作製するが、本発明のＣＰＰは、１つの製品燃料のみを製造する。本発明の装置構成は、比較的簡単で、従来の精製所とは非常に異なるものである。従来の精製所は、多数の流れを作成し、タービン燃料としての使用に適しているのは、その中のいくつかのみである。これに対して、本発明の方法は、１つまたは複数の原油供給により、燃料製品として有用な、単一の液体研磨タービン燃料のみを作成するための新規装置を使用する。
【００４４】
本発明は、全ての原油供給材料がタービン燃料に変換されることを要求するものではない。一定量の原油は、その工程を操作するためのユーティリティーを生成するために使用されても良い。本発明は、原油から汚染物質を分離し、研磨タービン燃料を作製する簡単な方法を提供するものであるので、本発明は、プラント運転および輸出のために電力を供給するためのエネルギー源として使用できる、汚染物質に富む流れを残している。例えば、酸化システムが、工程内の汚染物質に富む流れの一部を受け取っても良い。そのような汚染物質に富む流れは燃料比が高いので、代わりに他のプラントの要求に使用することができる。ユーティリティーに加えて、本工程は、副生成物として硫黄を作製することもできる。
【００４５】
本発明の方法の異なるユニット操作の操作条件は、原油炭化水素分析、または原油の組み合わせ、または操作のために選択された他の代替物に基づいて調整することができ、各装置構成要素の大きさは、それぞれの処理原料量および予想される稼働の過酷さに影響される。
【００４６】
本発明の研磨タービン燃料は、実質的に排気を低減しながらより効率的な稼働を可能にする、単純サイクル発電所（ＳＣＰＰ）および単純サイクル発電及び水設備（ＳＣＰＷＰ）として構成された原油、残留油、マスト（ｍａｓｕｔ）および／または高硫黄燃料油（ＨＳＦＯ）を消費するユーティリティー作製設備のための代替燃料として特に適している。
【００４７】
本発明の方法の変形は、本発明の工程の複合体内の様々な位置に様々な種類の供給物を導くことにより、いかなる実質的に液体の炭素質源の材料をも、使用可能な液体タービン燃料に変換することができる。一変形例では、適切な炭素源には、異なる原油の組み合わせ、または単一原油と１つもしくは複数の残留油、もしくはさまざまな等級の高硫黄燃料油との組み合わせが含まれる。他の変形例では、このような代替物の供給場所のための好適な炭素源には、例えば、他の稼働からのコークス、石炭、泥炭または灰の粒子と混合された基礎分離ゾーン底部または減圧残留物のスラリーを供給されるガス化装置を有する変形が含まれる。また、任意の炭素源は、バイオマスのスラリーを含んでよく、木材、茎、トウモロコシ屑、一般廃棄物を含んでよい。
【００４８】
本発明の原油研磨方法の実施形態の変形を、供給の例示として単一原油を使用して説明する。しかし、本発明の他の実施形態では、１つもしくは複数の原油または異なる汚染炭化水素系液体を単独で、または１つもしくは複数の原油供給と組み合わせて使用してもよい。本明細書において言及される「原油」には、汚染された原油ならびに、例えば、精製残油または高硫黄燃料油などの他の汚染重質液体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。汚染物質としては、複合体や塩としての金属に加え、硫黄、窒素、酸素を含有する化合物を含んでよい。本明細書で使用される「硫黄」は、硫黄元素を含有する化合物を意味し、例えば、チオール（ＲＳＨ）、硫化物（ＲＳＲ）、ポリスルフィド（ＲＳＳＲ）、様々な数の芳香族環、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾナフトチオフェンなどの多環式芳香族硫黄ヘテロ環を含有するチオフェン化合物のアルキル置換異性体、および他の硫黄含有炭化水素からなる群から選択される１つまたは複数の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４９】
本発明では、稼働条件を、汚染物質に無関係な性能基準ではなく、流出物流れの硫黄またはその他の汚染レベルに基づいて目標を設定するように制御する。それに対して、従来の精製所蒸留の目的は、様々な特定の異なる用途のための異なる流出物流れ生成物性能仕様である。このような汚染物質に関係しない従来の仕様は、例えば、（ｉ）ガソリンの場合、揮発性に関連する蒸気圧、もしくはノッキングを抑えるためのオクタン、（ｉｉ）第２ディーゼルの場合、燃焼速度のセタン価、もしくは引火点もしくは蒸留初留点、または（ｉｉｉ）灯油の場合、煙点、引火点もしくは１０％蒸留極大沸点もしくは最終沸点、を含む。
【００５０】
一実施形態では、原油は、基本分離ユニット（ＢＳＵ）に供給される。ＢＳＵは、分画ユニット操作であり得るが、いくつかの理由により、ＣＰＰのＢＳＵは従来技術の精製所の常圧転換型蒸留ユニット（ＣＤＵ）と多くの点で異なる。第一に、ＢＳＵは、目標とする汚染レベルに基づいて原油を基本的な３つのセグメントのみに分割する。すなわち、（ａ）ＢＳＵの稼働条件の調整に応じて、目標レベルまで浄化することを優先する、許容される低レベルの汚染物質を含む画分、（ｂ）例えば、０．０８〜４重量％の範囲の硫黄によりやや汚染されている画分、および（ｉｉｉ）例えば、２〜８重量％の範囲の硫黄を含む汚染物質リッチ画分である。これに対し、従来のＣＤＵは、所望の画分または稼働温度の目標炭化水素組成に基づいて、原油を多数の画分に分画する。第二に、ＢＳＵ稼働条件は、非汚染関連性能基準ではなく、流出物流れの汚染レベルに基づいて目標を設定するように制御されている。一実施形態では、タービン燃料としての使用に適した汚染レベルが低い液体燃料は、以下、すなわち（ａ）原油、精製残油、高硫黄燃料油、バイオマス液およびコークス、石炭、泥炭もしくは灰の粒子を含有する炭化水素スラリーからなる群から選択される１つまたは複数の汚染された炭素質液体供給物を、第一浄化装置として働く基本分離ゾーンに供給すること、（ｂ）炭化水素組成の測定、温度範囲または他の非汚染物質関連の分離基準ではなく、流出物流れの汚染レベルの測定に基づいて、前記液体供給物を前記ゾーン内で最小数の基本的セグメントに分離すること、（ｃ）供給物の分離を制御し、以下の異なる汚染レベルを有するセグメント、すなわち（１）その後の処理を実質的に行うことなく燃料組成物流を形成する、汚染レベルを減少させたセグメント、（２）触媒の存在下、水素処理により１つまたは複数の汚染レベルが低減されている燃料組成物流れを形成するやや汚染されたセグメント、および（３）１つまたは複数の分離ステップをさらに行って１つまたは複数の汚染レベルが低減されている流れを形成し、各流れは分離または結合されて触媒の存在下、水素により処理されて１つまたは複数の汚染レベルが低減されている燃料組成物流れを形成する、汚染物質リッチセグメント、を形成するため、前記分離ゾーンの稼働条件を調整すること、ならびに（ｄ）前記製品燃料を形成するため、（ｃ）の（１）、（２）および（３）の燃料組成物流れを結合させること、を含む方法の生成物である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明によるタービン燃料として有用な単一の液体生成物を製造するための原油処理の工程配置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の一実施形態において、燃料は、硫黄化合物を有する原油由来の３種の炭化水素系流体流れの組み合わせにより形成される。好適な変形例では、燃料を次のような流体流れとしての流れを実質的に連続して組み合わせることにより形成する。本明細書および特許請求の範囲に使用されるように、流れの「実質的に連続的な」組み合わせは、流れを、製造ユニットから直接に、または個々の流れの予備貯蔵から、互いに混合することを可能とする方法で組み合わせることを意味し、「流速」または「流量」は、水流が別々に加えられた場合のバッチへの流れの量を含む。該組み合わせに対する各流れの流速は、他の２つの流れのそれぞれの流速および硫黄含有量を考慮に入れて、各流れの硫黄含有量および該組み合わせの全体的な最終硫黄含有量制限に対する相対的な寄与度によって決定される。一変形例では、そのような流れは、添加された流れの存在の有無にかかわらず、原油を少なくとも３つの液体画分Ｆ１、Ｆ２およびＦ３に分画することによって、組み合わせのための前身として形成され、各画分の原油供給の重量％または他の測定値としての産物取り出しは、画分Ｆ１の硫黄含有量が、画分３よりも硫黄含有量の少ない画分Ｆ２の硫黄含有量よりも小さくなるよう、各画分の硫黄含有量に基づいて決定される。その後、このような流れの硫黄含有量を少なくとも目標値以下に低下させるのに十分な温度、水素分圧、水素流速、触媒活性および空間速度の条件で、触媒の存在下、画分Ｆ２およびＦ３の全部または一部を水素で処理する。
【００５３】
本発明の第１のユニット操作は、１つまたは複数の蒸留塔からなる基本分離ユニットである。好ましい実施形態では、大気圧付近で操作され、蒸留能力を有することが好ましいが、第１のユニット操作は、塔の内部により多くのステージを有し、より高い分画効率を有する従来の精製所の原油常圧蒸留ユニットとは異なる。本発明の方法による最終生成物は単一の組成物、すなわち、研磨タービン燃料であるので、側部取り出しの数、ひいては溢流の量および質は、典型的な原油蒸留物に対する本発明の基本的な分離ユニット操作とは異なる。
【００５４】
第１のユニット操作の供給フラッシュゾーン温度は、好ましくは、重質物の引き込みを最小にし、第１ユニットの底部からの画分Ｆ３の量を最小にしながら、画分Ｆ２の取り出しを最大にするように設計する。好ましい変形例では、第３の画分Ｆ３は、減圧下で作動する第２蒸留塔ユニットの減圧オーバーヘッド排出システムへの負担を避けるために、そのような第３画分Ｆ３中の軽質留分を最小にする、第１ユニットの回収部に回収された蒸気である。本発明の一変形例では、第１蒸留塔のオーバーヘッドおよび側部第１画分Ｆ１の流速は、燃料へ至る組み合わせのための未処理流れＳ１となる画分Ｆ１の硫黄含有量が最終燃料生成物の硫黄制限を超える０．２０重量％の範囲になるように、第１蒸留塔沸騰を増加させることによって最大化され、その際、最終燃料生成物の硫黄制限は、好ましくは０．０５重量％未満または０．０５〜０．１重量％の範囲である。しかし、本変形例では、比較的低い硫黄含有量を有する流れＳ２およびＳ３の希釈流量には、Ｓ１硫黄レベルに基づく組み合わせが加えられる。減圧軽油水素化処理からのＳ３液体の硫黄レベルは、条件の厳しさに応じて０．１８重量％以下とすることができるが、環飽和および発熱量の損失を引き起こす激しい条件を避けるために、Ｓ３は好ましくは０．１２〜０．１８重量％の範囲である。留出物水素化処理によるＳ２は、穏やかな条件では、たやすく０．０５重量％未満であり得るが、水素化処理技術で知られている選択された条件を用いれば、２５重量ｐｐｍ未満のＳ２硫黄レベルに達することが可能であり、さらに８重量ｐｐｍ未満のレベルに達することが可能である。だが好ましくは、Ｓ２は、６〜１２重量ｐｐｍの範囲内である。このように、処理されたＳ２およびＳ３を、それぞれの硫黄含有量に基づいて適用可能な量の未処理流れＳ１と組み合わせ、最終の燃料組み合わせが製品燃料仕様を満たすようにする。画分Ｆ２およびＦ３を処理する水素化処理装置の工程エネルギー消費は、画分Ｆ１が水素化処理装置を迂回する量に、それがいかほどの量であれ、伴って、低減される。また、側部取り出しまたは溢流の最小化によって、第１および第２蒸留塔の資本コストが最小化される。
【００５５】
本発明は、従来の原油蒸留物とは異なり、原油などの供給原料から単一の完成燃料製品を製造するためのものであって、異なる沸点範囲により細かく分離された複数の産物を製造するためのものではないため、分画効率または取り出しの明確さ、および複数の溢流は、本発明の方法または装置の仕様ではない。本発明の蒸留塔の一実施形態では、蒸留塔は、原油供給物を画分Ｆ１、Ｆ２およびＦ３のそれぞれに分離するための上部、中間および下部ゾーンを有する。該蒸留塔は、温度、炭化水素組成またはその他の非汚染物質関連の分離基準に基づいて的確な取り出しのための分画効率を達成するのではなく、各画分について一回の取り出しまたは複数の取り出しを組み合わせて各画分を形成するように、目的とする画分Ｆ１、Ｆ２およびＦ３の汚染物質レベルに基づいて分離を行う。該蒸留塔は、従来の原油蒸留処理で同じ原油を処理する場合と比較すると、本発明の蒸留塔は、上部ゾーンにおいてより高い温度プロファイルで稼働できる。そのような異なる温度プロファイルは、過冷却およびそれに伴う圧変化による、従来の原油蒸留の上位部において発生する過度の蒸気凝縮およびフラッディングを回避し、使用の際、回収蒸気の凝縮につながり、従来の原油蒸留において発生する過度の液体形成およびフラッディングを回避する。本実施形態の蒸留塔は、画分Ｆ２およびＦ３との関連において前記上部ゾーン内で、従来の蒸留の範囲にある場合には軽質のオーバーヘッド不安定化全ナフサから灯油範囲成分の範囲または他の軽質留分の少なくとも一部を含む範囲の物質を含む、画分Ｆ１の量を、画分Ｆ２およびＦ３との関連において最大化することを可能とする。そのような画分Ｆ１の最大化は、画分Ｆ２の軽質留分量を最小化して画分Ｆ２の水素化処理または他の処理の負荷を軽減し得る。さらに、軽質のオーバーヘッド不安定化全ナフサから灯油範囲成分の範囲または他の軽質留分の少なくとも一部を含む範囲の物質の全てを画分Ｆ１内で組み合わせて一回の取り出しにすることができ、そのような範囲の物質のための複数の取り出しを有する従来の原油蒸留ユニットよりも溢流システムを少なくすることも可能とする。また、該蒸留塔は、前記中間ゾーン内で、従来の蒸留の範囲にある場合には軽質留分の残留したより重質の部分ならびに中質および重質留分の範囲内の物質を含む、画分Ｆ２の量を、画分Ｆ３との関連において最大化し、そのような最大化は、前記軽質留分の残留したより重質の部分ならびに中質および重質留分を一回の取り出しにより画分Ｆ２に組み合わせること、それにより、そのような物質のための複数回の取り出しを有する従来の原油蒸留ユニットよりも溢流システムを少なくすることを可能とする。そのようなより少ない数の溢流は、溢流およびトレー数の減少によって蒸留塔カラム全体の圧力低下を減らし、それにより供給フラッシュゾーン圧力を下げ、よってフラッシュゾーン温度を下げ、これに伴うカラム炉の負荷の低減によって、従来の原油蒸留と比較して、エネルギー消費を低減させる。  
【００５６】
一変形例では、画分Ｆ１は流れＳ１の前身であり、画分Ｆ２は流れＳ２の前身であり、画分Ｆ３は流れＳ３の前身である。流れＳ１、Ｓ２およびＳ３は、組み合わされて、硫黄含有量が最大０．１重量％であり、金属の全量が１００重量ｐｐｍ未満、より好ましくは０．１〜１．０重量ｐｐｍである、研磨タービン燃料として有用な燃料を形成する。好ましい分画は、原油源からの液化可能な石油ガスの凝縮可能な部分を最終燃料製品の一部とすることを意図して、少なくとも画分Ｆ１部分を形成するための凝縮可能な同伴軽質ガスのオーバーヘッド部分の凝縮を含むが、ブタンおよび他の軽質成分を除去するための安定化ステップに追加の投資をする必要はない。そのような安定化の追加は、許容される変更であるが、一次タービン燃料製品の製造に不可欠とは言えない資本コストの追加となる。好ましくは、画分Ｆ１の産物取り出しは、画分Ｆ１が硫黄除去または削減のためのその後の処理を受けないが、硫黄を除去または硫黄含有量を低減させる処理を受けた画分Ｆ２およびＦ３のそれぞれの少なくとも一部と結合される場合、最終硫黄含有量目標仕様または組み合わせの硫黄制限を超えないように、最大化される。画分Ｆ１は、本質的に硫黄、金属および他の汚染物質を含まないか、または比較的低レベルの硫黄を含有することができる。変形例では、画分Ｓ２およびＳ３の少なくとも一部のそれぞれをその後、水素化処理または他の脱硫化法により処理して硫黄含有量を下げて、各処理された部分の硫黄含有量を５０重量ｐｐｍ未満とする。他の変形例では、画分Ｓ２およびＳ３の少なくとも一部のそれぞれをその後水素化処理または他の脱硫化法により処理して硫黄含有量を下げ、処理した画分Ｆ２の硫黄を、極めて低い１０重量ｐｐｍ未満の範囲とし、処理した画分Ｆ３の硫黄を約０．１２〜０．１８重量％として画分Ｆ２よりも高くする。有用な従来の水素化処理装置、触媒、工程の構成および条件は、非特許文献４に記載されており、水素化処理技術の当業者は、本発明の水素化処理態様の実施において、硫黄および金属の含有量を低減した目標流れＳ２およびＳ３を達成するために、触媒の存在下、水素化処理条件下で、画分Ｓ２およびＳ３の適用可能部分、およびそのような画分由来の流れを、水素で水素化処理するために適用および調整してもよい。
【００５７】
硫黄に加えて、原油は、アスファルテンファミリーの汚染物だけでなく、バナジウム、ニッケル、鉛、亜鉛などの金属や、腐食を引き起こすか、汚染物を形成するその他の汚染物質を有していても良く、本発明の変形例では、原油供給量および分画条件を調整して、実質的に全てのそのような汚染物質を画分Ｆ３内に濃縮する。本発明の一実施形態においては、分画条件は、（ｉ）画分Ｆ１は、硫黄含有量X１を有し本質的に金属を含まない未処理の流れＳ１を形成し、（ｉｉ）画分Ｆ２は、その後触媒の存在下で、調整された条件下において水素で処理された場合、低減された硫黄含有量X２を有し、本質的に金属を含まない流れＳ２を形成し、分画処理は、凝縮可能な同伴軽質ガスのオーバーヘッド部分凝縮を含むが、ブタンおよび他の軽質成分を除去する安定化ステップは追加されず、硫黄は非常に低レベルであり、他の汚染物質はほとんどゼロレベルであり、（ｉｉｉ）画分Ｆ３の少なくとも一部は、その後触媒の存在下で、画分Ｆ２の処理よりも厳しい条件下において水素で処理された場合、非常に低減された硫黄含有量X３および非常に低い金属レベルを有する流れＳ３を形成する、ように調整される。このように水素処理された流れ２および３を未処理の流れＳ１と結合した場合、該組み合わせは、全硫黄含有量ＳTと、硫黄含有量X１の流れＳ１の流速、硫黄含有量X２の流れＳ２の流速および硫黄含有量X３の流れＳ３の流速により決定される流速を有する、研磨タービン燃料としての使用に好適な燃料を形成する。一変形例では、画分Ｆ１は、約０．２重量％〜０．２５重量％の範囲の硫黄含有量を有し、流れＳ１を形成し、画分Ｆ２は、処理後の硫黄含有量が約１０重量ｐｐｍ未満の範囲の流れＳ２を形成し、処理後の画分Ｆ３は、約０．１２〜０．１８重量％の範囲の硫黄含有量を有する流れＳ３を形成する。
【００５８】
他の変形例では、燃料は、水素化処理に先立ち、添加された流れの有無にかかわらず、画分Ｆ３を低炭化水素分圧下に減圧蒸留し、１つまたは複数の（ｉ）軽質または重質減圧軽油副流またはその組み合わせ、および（ｉｉ）該減圧下で沸騰しない減圧残渣油、を形成することにより形成される。上記（ｉ）軽質または重質減圧軽油副流、またはその組み合わせの１つまたは複数は、その後の処理の前の時点における硫黄含有量は、約０．１〜５．０重量％の範囲内でよく、水素化処理に導かれた後、画分Ｆ２とは異なるゾーンで、画分Ｆ２よりも激しい水素化処理条件下で別々に水素化処理されて、約０．１２〜０．１８重量％の範囲内に硫黄含有量を有し、本質的に金属を含まないか、または約０．１重量ｐｐｍの実質的にゼロである金属含有量を有する流れＳ３を形成する。別の例では、最も軽い減圧軽油副流の硫黄含有量が、その後の処理前の画分Ｆ２の硫黄含有量より低いか、またはその範囲内であるならば、そのような軽油流は次いで、その後の処理のために画分Ｆ２と組み合わせることができ、流れＳ２に加えられる。
【００５９】
一変形例では、減圧残渣油は溶剤脱アスファルト化に向かい、溶液からアスファルテンまたは他の残渣重質成分を析出させられるよう、１つまたは複数の溶剤、好ましくは３〜７の炭素を有するパラフィン系溶剤と混合され、それにより（ｉ）１つまたは複数の低汚染物質レベルである脱アスファルト化油、および（ｉｉ）最初の原油供給物中のほとんどの金属、アスファルテンおよび他の汚染物質を含有する、非常に汚染されたピッチ流、を作製する。変形例では、少なくとも１つの脱アスファルト化油流れが、画分Ｆ３水素化処理装置に供給された１つまたは複数の減圧軽油副流とは別々にまたはともに水素化処理され、流れＳ３の一部を形成する。このように形成された流れＳ３を流れ１および２と結合する場合には、タービン燃料として有用な燃料が形成される。ピッチ流は、ディレイドコーカーまたは連続コーカー、ガス化ユニットまたはアスファルト製造の供給物として有用である。好ましい変形例では、ピッチ流をガス化ユニットに供給し、ピッチ流を水素および一酸化炭素からなる合成ガスに変換し、流れ２および３を形成する成分の水素化に向けられる水素を精製する。
【００６０】
水素化処理の「穏やかな条件」の様々な条件は、Ｊｏｓｓｅｎｓらの特許文献２に記載されており、本明細書で使用されるこのような用語は、硫黄を５０重量ｐｐｍ未満まで低減するのに十分なように調整された温度、水素分圧、水素流速、触媒活性および空間速度の条件を意味する。水素化処理のより「厳しい条件」、および本明細書で使用される同様の用語は、穏やかな条件よりもはるかに低いレベルまで硫黄を低減するに足り、かつ環飽和を実質的に回避できるように調整された、温度、水素分圧、水素流速、触媒活性および空間速度の条件を意味する。硫黄化合物構造の検討事項は、非特許文献５に記載されている。非常に大量の硫黄除去は、非特許文献６に記載の代替方法によっても可能であり得る。しかし、本明細書で使用される「大量の硫黄除去」レベルとは、水素化処理条件が、穏やかな条件であれ、厳しい条件であれ、硫黄のレベルを１０重量ｐｐｍ以下の範囲に低下させるのに適切な水素量および分圧を含むよう調整されていることを意味する。非特許文献７には、水素化により硫黄を除去し、高活性Ｎｉ／Ｍｏ触媒の使用により、８ｐｐｍ未満の硫黄を含む製品を製造するためのユニット設計、触媒の選択、水素消費および他の稼働条件が記載されている。非特許文献８もまた、高活性ＣｏＭｏ触媒を使用して立体障害のない硫黄を、高活性ＮｉＭｏ触媒により残存する立体障害硫黄を除去して１０ｐｐｍまでとする水素化処理を記載している。
【００６１】
図は、本発明の他の実施形態の概要を示し、燃料としての使用に適した単一の液体製品の製造のための工程操作の主な構成要素を簡略化して示している。硫黄および金属を含む汚染された原油の流れは原油にとって好適な脱塩などの前処理を受けたのち、ライン２を経て工程に入る。本実施例では、原油供給２は、単一の原油、１つもしくは複数の原油の混合物、または原油と高硫黄燃料油との混合物であってよい。
【００６２】
上記原油は、添加された流れの有無にかかわらず、３つの液体画分Ｆ１、Ｆ２およびＦ３に分画される。図に示す実施形態では、画分Ｆ１は、処理されることなく、ライン１０を通り、組み合わせゾーン６００に入る。画分Ｆ２は、ライン２０を通り、水素化処理ユニット３００に入り、処理後流れＳ２となり、ライン６０を通り組み合わせゾーン６００へ導かれる。水素化処理ユニット３００への供給量および水素化処理ユニット３００の状態は、水素化処理の厳しさに応じて、処理後流れＳ２が硫黄含有量１０重量ｐｐｍ未満かつ全金属含有量が１００重量ｐｐｍ未満であるか、または本質的に金属不含であるように調整する。画分Ｆ３は、ライン３０を通り、減圧分画ユニット２００内で追加の分離ステップに導かれる。基本分離ユニット１００から、同伴軽質ガスは、ライン４を通りオーバーヘッドを通過し、ブタンおよび他の軽質成分を除去する安定化ステップを追加することなく、凝縮可能な同伴軽質ガスのオーバーヘッド部分凝縮が分画中に起こり、ライン８を通り、ライン１０の流れと組み合わせられて画分Ｆ１の一部を形成する。ユニット１００の上部ゾーンからのライン４の軽質炭化水素ガスは、ライン６を介して濃縮されてよく、必要に応じて分離、分配されてよい。例えば、一連の蒸留塔により湿性ガス（プロパン、ブタンなど）または液化石油ガスと乾性ガス（エタン、メタンなど）とに分離され、それらのガスの１つまたは複数を使用して、他の工程ユニットの稼働のために炉を燃やすことができる。補助装置の詳細は示さないが、例えば、必要に応じてユニット１００の底部ゾーンおよび任意の関連する側部回収機に供給された回収蒸気から主にもたらされるオーバーヘッドに関連する凝縮蒸気を除去する還流ドラムおよび関連するウォーターブート、および該還流ドラムから供給されていてもよい還流を用いてオーバーヘッド温度を調整する還流制御装置を有し得る。ライン１０では、画分１は、オーバーヘッド蒸気を生成するライン４および８のオーバーヘッドステージよりも低いライン１０のステージで引き出された第一側部取り出しを含み、例えば、ライン４および６で最初の取り出しが凝縮オーバーヘッド８と組み合わされる。非凝縮性軽質ガスは、ライン６を通りオーバーヘッドを通過するが、その際、炉の稼働に使用するために回収されてもよい。図に示す変形例では、基本分離は減圧分画を有し、画分Ｆ３はライン３０を通り、添加された流れの有無にかかわらず、ユニット２００内で低炭化水素分圧での減圧蒸留を受け、ライン４０に少なくとも１つの減圧軽油流出物流れを形成し、ライン５０に少なくとも１つの減圧残留物流れを形成する。硫黄レベルを調整するために、ライン３０の画分Ｆ３は、高硫黄燃料油（図示せず）を混合することによって補充することができ、ライン５０の減圧残留物流れは、高硫黄燃料油または図示されない別の供給源からの残留油を混合することによって補充することができる。
【００６３】
他の変形例（図示せず）では、画分Ｆ３の少なくとも一部を、直接、水素化処理ユニット４００に送ることができる。図に示す変形例では、画分Ｆ３の減圧軽油流れ部は、ライン４０を経て水素化処理ユニット４００に導かれ、画分Ｆ２とは異なるゾーンで、画分Ｆ２よりも激しい水素化処理条件下において、別々に水素化処理され、流れＳ３の少なくとも一部を形成する。ユニット２００の分画条件を、ライン４０での減圧軽油流出物流れが、ユニット４００でのその後の処理の前の時点で約０．５重量％〜５重量％の範囲の硫黄含有量を有するように調整する。画分Ｆ３の水素化処理された部分はライン７０を通り、ライン７０を通って組み合わせゾーン６００に送られる水素化処理装置流出物流れＳ３の一部となる。ユニット４００への供給量およびユニット４００の状態は、流れＳ３の硫黄含有量が約０．１２〜０．１８重量％の範囲であり、全金属含有量が本質的に金属不含である０．１重量ｐｐｍ〜１重量ｐｐｍ未満の範囲となるように調整される。減圧分画ユニット２００もまた、ライン５０において、上記低炭化水素分圧では実質的に沸騰せず、ライン５０を介して溶剤脱アスファルト化ユニット操作５００に導かれる、画分Ｆ３の減圧残渣油流出物流れ部を形成する。図では、減圧残渣油は、ユニット５００内で１つまたは複数の溶剤と混合されて、溶液を形成し、該溶液からアスファルテンおよび他の残渣重質成分の多くを沈殿させて、（１）ライン９０に、最初の汚染原油供給物の金属のほとんどを含有し、ライン９０を介して他の使用へ導かれる、または廃棄される、非常に汚染されたピッチ流、（２）ライン８０に、実質的に溶液に溶解する脱アスファルト化油であって、アスファルテン含有量が低減され、全金属含有量が約２重量ｐｐｍ以上、２０重量ｐｐｍ以下であり、ライン８０を介して水素化処理装置４００に送られ、水素化処理されて、流れＳ３の少なくとも一部を形成する画分Ｆ３の処理された部分を形成する、脱アスファルト化油、を形成する。一変形例（図示せず）では、高硫黄燃料油または他の重質残留油を単独でまたは他の減圧残渣油とともに溶剤分離ユニットに添加する。
【００６４】
分画ユニット１００では、ライン１０の画分Ｆ１、ライン２０の画分Ｆ２およびライン３０の画分Ｆ３のそれぞれの産物取り出しは、原油供給２の重量％または他の測定値として、ライン１０の画分Ｆ１の硫黄含有量が、ライン３０画分Ｆ３の硫黄含有量よりも低いライン２０の画分Ｆ２よりも低くなるよう、各画分の硫黄含有量に基づいて決定する。また、分画ユニット１００および２００の稼働条件を調整することにより、実質的に全ての金属が、ライン５０の画分Ｆ３の部分に濃縮される。ライン１０における画分Ｆ１の産物取り出しは、以下の流れ、すなわち（ｉ）水素化処理されて硫黄含有量を約１０重量ｐｐｍ未満に低減され、ライン６０に流れ２を形成する、画分Ｆ２の一部、（ｉｉ）ゾーン４００で水素化処理されて約０．１２〜０．１８重量％未満に低減された硫黄含有量を有する、ライン７０に流れＳ３を形成する、ライン４０および８０における画分Ｆ３の１つまたは複数の部分、および（ｉｉｉ）約０．２〜０．２５重量％未満の硫黄含有量を有し、ライン１０に流れＳ１を形成する、未処理の画分Ｆ１、を結合することにより作成される組み合わせ産物流れ６００の硫黄含有量に基づいて最大化され、ライン１０の流れＳ１、ライン６０の流れＳ２、およびライン７０の流れＳ３の組み合わせ６００の最終硫黄含有量が、全硫黄含有量制限の仕様または上記燃料の目標を超えない、組み合わせ６００とする。硫黄含有量の迅速な分析のための適切なオンライン測定装置が市販されており、限定するものではないが、例えば、０．０２〜６．０重量％の範囲で硫黄を測定する「硫黄用ＥＤＸＲＦ／ＸＲＦ」やその他装置が、テキサス、オースチンのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｒｉｇａｋｕ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００６５】
本実施形態の変形例では、ライン１０の画分Ｆ１の硫黄含有量を測定し、その稼動仕様制限を超えていないことを確実にし、画分Ｆ１は、さらに処理されることなく、ライン１０の流れＳ１として連続的に組み合わせゾーン６００に導かれる。また、ライン２０および３０の未処理の流れの硫黄含有量を測定する。例えばライン３０の画分Ｆ３の硫黄含有量を測定した後、画分Ｆ３は１つまたは複数の追加の分離ゾーン２００および５００に導かれてよく、１つまたは複数の工程ステップにより２つ以上の部分に分画される。各部分は、その後硫黄除去のために処理でき、処理の種類および程度は、供給硫黄含有量に基づいて選択される。他の変形例では、流れ４０および８０の硫黄含有量を測定し、ユニット３００および４００の水素化処理条件を調整して、１０重量ｐｐｍ未満、好ましくは約５〜１０重量ｐｐｍの範囲内に目標硫黄含有量を有する、ライン６０の処理後流れＳ２を製造し、０．１８重量ｐｐｍ未満かつ約０．１２〜０．１８重量％の範囲内である目標硫黄含有量を有する、ライン７０の処理後流れＳ３を製造する。ライン１０の流れＳ１、ライン６０の流れＳ２およびライン７０の流れＳ３は、上記組み合わせゾーン６００において実質的に連続的に組み合わせられる。その際、（ｉ）該組み合わせへの各流れの流速は、他の２つの流れのそれぞれの流速および硫黄含有量を考慮して、各流れの硫黄含有量およびそれに伴う該組み合わせの全体的な最終目標硫黄含有量制限に対する寄与度により決定し、（ｉｉ）未処理画分Ｆ１の分画ユニット１００の産物取り出しを、ライン６００の組み合わせの最終硫黄含有量制限を超えないように最大化する。
【００６６】
図にも示す変形例では、画分Ｆ１の産物取り出しは、画分Ｆ２およびＦ３の流速、およびそれらに伴って水素化処理ユニット３００にかけられる負荷を低減するように、最大化される。原油供給量２、ユニット１００および２００での分画条件、および画分Ｆ１、Ｆ２およびＦ３の相対的流出速度は、画分Ｆ１がその後硫黄の除去または低減処理を受けないが、ユニット３００および４００において処理され硫黄を除去または含有量を低減された画分Ｆ２およびＦ３のそれぞれの処理部分と組み合わされ、ライン６０に処理後流れＳ２、ライン７０に処理後流れＳ３を形成する場合、組み合わされた流れＳ１、Ｓ２およびＳ３のライン６００での製品燃料が最終硫黄含有量の目標仕様または硫黄制限を超えないように調整される。最終燃料配合組み合わせ物６００の硫黄含有量、または流れＳ２およびＳ３の硫黄含有量および流速を考慮する場合において組み合わせで用いるための画分Ｆ１の目標硫黄制限を超過した場合、画分１００もしくは２００の条件、または水素化処理ユニット３００もしくは４００の、もしくは溶剤分離による代替処理ユニット５００のいずれかのその後の処理条件が、中間および最終目標硫黄使用制限以下の、例えば約０．０５〜０．１重量％の最終燃料製品の全硫黄含有量制限に相当する硫黄レベルを達成するにあたりどの条件調整が最も経済的であるかを踏まえて、調整される。あるいは、画分Ｆ１の硫黄含有量により、最終製品６００の硫黄含有量が硫黄制限に近づいてしまうか、またはそれを超えてしまうならば、画分Ｆ１の一部または画分Ｆ１を形成する側部取り出しの１つをライン１０からライン１４を介して水素化処理ユニット３００に送り、水素化処理して全体的な最終製品の硫黄含有量６００をその目標値に戻すことができる。好ましい変形例では、水素化処理装置３００および４００はそれぞれ、当業者に知られているような大きさの脱金属器具または保護床を有する。このような保護床の目的は、汚染物質を捕捉、低減または弱め、燃焼時の灰形成に寄与する油溶性の微量金属による腐食作用や灰堆積を減少させることである。
【００６７】
図はまた、２００における減圧蒸留は、ライン３０の画分Ｆ３をライン４０とライン５０の２つの部分に分離し、そのような部分の１つであるライン５０の部分はさらに溶剤分離ユニット５００によりライン８０と９０の２つの部分に分離される、他の変形例を示す。ライン４０と８０の画分Ｆ３の部分は水素化処理ゾーン４００に送られ、ゾーン４００の水素化処理条件は該部分から約０．１２〜０．１８重量％の範囲に硫黄含有量を有する処理後流れＳ３を作成するように調整される。処理された部分は組み合わされて、または流れＳ３の一部としてライン７０を介して組み合わせゾーン６００に送られる。画分Ｆ３の残りの汚染物質リッチ部分は、ピッチ流９０を形成し、水素化処理されることなく、ライン９０を介して、水素、電力またはその他のユーティリティー生成のための下流ユニットまたはアスファルトなどの他の用途等の代替処理に送られる。
【００６８】
好ましい変形例では、原油がアスファルテンを含有する汚染物質を有する場合、ユニット１００および２００への原油供給量２および分画条件またはユニット５００の溶剤分離や脱アスファルト化などの代替分離工程条件は、実質的に全てのアスファルテンまたは他の汚染された残留物がライン９０の画分Ｆ３の残りの部分に濃縮され、その部分は水素化処理触媒の汚染または他の悪影響を回避するために水素化処理に向かわないように調整される。また、水素化処理のために、画分Ｆ２の一部を、ライン４４を介して水素化処理ゾーン４００に送り、ライン７０で流れＳ３の一部とすることもできる。好ましくは，ピッチ流９０はガス化ユニット、アスファルト製造またはボイラーへの供給物として使用される。一変形例では、重質残留油または溶剤脱アスファルト化から生じるより重質のピッチとしての、水素化処理されない画分Ｆ３の一部は、該部分を一酸化炭素および水素から成る合成ガスに変換するガス化ユニットへの供給物として使用され、該水素は、次いで、精製され、ゾーン３００および４００において、ライン６０に流れＳ２、ライン７０に流れＳ３を形成する画分Ｆ２およびＦ３の水素化へ導かれる。変形例では、ガス化ユニットの操作は、副産物としての溶融硫黄を回収するための酸性ガス処理ステップと、合成ガスを使用して発電する複合サイクル発電所を含むことができる。
【００６９】
図に示す実施形態の他の変形例も、本発明の一部である。一変形例では、分画ユニット１００は、ライン１０に画分１を形成する複数の取り出しまたは溢流、ライン２０に分画Ｆ２を形成する複数の溢流、またはライン３０に画分Ｆ３を形成する溢流および底流を有することができる。
【００７０】
画分Ｆ１を形成するそのような複数の取り出しや溢流は、経済的に行うことができ、残りの基本分離ゾーンまたは分画ユニット１００および２００からの取り出しの残りに比較して、画分Ｆ１は本質的に金属を含有せず、硫黄および窒素の含有量は非常に低く、さらなる処理に付されることなく最終製品流れ６００に直接送られても良い。例えば、限定するものではないが、ユニット１００または２００あるいは両者の分画条件を調整して、汚染物質レベルの低いまたは汚染除去された画分Ｆ１の上部ゾーンの量を最大化すると、画分Ｆ３を最小にするために画分Ｆ２の高沸点部分を最大にしながら、水素化処理装置３００に負荷をかける汚染された中位の画分Ｆ２の低沸点部分の量を最小限に抑えられる。そのように調整することにより、画分Ｆ２の単一側部取り出しを容易にし、溢流システムの削減、および複数の取り出しに対するコスト削減につながる。
【００７１】
図に示すように、本発明では、１つの目標液体燃料は原油供給物の製品である。これに対し、本格的な精製所の一部としての従来の原油蒸留ユニットには、多数の製品および関連する多数の蒸留物仕様が存在し、そのような多数の製品の取り出しおよび仕様を達成するために不可欠な分画効率を達成するためのより多くのトレーが必要である。分画効率は本発明の重要性の焦点ではないので、本発明の蒸留塔は、基本的な大まかな取り出し分離または分画を達成するために従来ほど多数のトレーは必要なく、したがってトレーが少なくなり得、また複雑さや価格が低減したトレーを有し得る。数が低減された分離トレーは、カラムの高さを低くし、必要な取り出し数を減らし、これら全てが資本コストを下げることになる。第１蒸留塔上部ゾーンにおける量を最大にする本発明の方法および装置を操作することにより、従来の原油蒸留の上部ゾーン内に比較して、画分Ｆ１は、従来の蒸留ではより軽質のオーバーヘッド不安定化全ナフサである物質およびより重質の灯油成分の一部を含み、その後の水素化処理または他の処理を迂回する。画分Ｆ１内のそのような広い範囲は、同じ処理原油を比較すると、従来の原油蒸留ユニット塔と比較して、本発明の第１蒸留塔の上部ゾーンにおいてより高い温度プロファイルが可能となる。本発明のそのようなより高い温度プロファイルの他の利点は、従来の原油塔の上部ステージでの回収蒸気の凝縮につながる過冷却および圧力変化に起因する、従来の蒸留塔の上部セクションで行われる凝縮を回避することである。加えて、ナフサ安定化塔のコストを回避することによって、設備投資がさらに削減される。上部ゾーンのこのようなより高い温度プロファイルは、より低い画分ゾーンにおける原油の異なる取り出しを可能にする。従来の蒸留と比較すると、例えば、画分Ｆ１において普通ならばより軽質の灯油範囲の物質に属しうる部分を最大にすることにより、軽質留分の量を最小にし、残りの軽質、中質および重質留出物範囲物質を画分Ｆ２内で組み合わせて単一の取り出し物とすることが可能であり、複数回の取り出しを有する従来の原油蒸留ユニットよりも溢流システムを少なくすることができ、コストを下げることができる。また、より高い温度プロファイルを有する第１分画ユニットは、溢流を排除または最小化することができ、それに関与するシステム周りのポンプおよび関与するトレー周りのポンプを、中位の硫黄含有取り出し分を組み合わせることによって排除または最小化できる。例えば、普通ならば従来の原油蒸留物の範囲内にあり得る重質の灯油範囲物質、軽質留分、中重質留出物の炭化水素流れを、画分Ｆ２として１つの共通の取り出し物に組み合わせてもよく、そのようにして第１蒸留塔の設備リストが減少し、さらにタービン燃料製品への投資コストを低減できる。側部取り出しの数およびそれらに関与するポンプを少なくすることによって、溢流の低減による蒸留塔カラム全体の圧力低下を減少させ、それにより供給フラッシュゾーン圧力、そしてフラッシュゾーン温度を下げ、それに伴うカラム炉の負荷の低減によって、従来の原油蒸留と比較して、エネルギー消費を低減する。
【００７２】
好ましい最終燃料製品は、０．１重量％以下の硫黄を含有するが、そのような燃料硫黄含有量は、より多くまたは少なくなるよう、ユニット操作によって調整することができる。図に示すようなユニット操作の組み合わせによる硫黄の除去は、硫黄含有量を０．１重量％よりもはるかに低くすることが可能であり、または３．５重量％以下の範囲である船舶用途など、０．１重量％を超える硫黄含有量を有する燃料の市場ニーズを満たすこともできる。燃料硫黄含有量の調整は、許容可能な硫黄供給量制限か、は本発明の燃料を燃やすタービンシステムからの硫黄排気レベルか、またはそのような燃料を使用するタービンの腐食問題に基づいて本発明の方法のユニット操作を調整することによって行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の様々な実施形態を説明したが、それらは例示に過ぎず限定的なものではないことを理解すべきである。本発明は、硫黄および他の汚染物質の少ない燃料の製造に広く適用される。特定の特徴は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく変更され得る。したがって、本発明は、説明された特定の実施形態または実施例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲または特許請求の範囲と実質的に同等のもののみに限定される。
【図１】
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【国際調査報告】
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