(57)【要約】【課題】緩和された条件で重質油を軽質化させて良質な軽質油が得られるとともに、軽質化に用いる触媒を短時間で再生できる重質油軽質化装置を提供する。【解決手段】重質油軽質化装置１００は、重質油貯留器１０と、重質油貯留器１０から送液された重質油を軽質化させる第１触媒２２を内部に有し、質量比〔重質油／第１触媒〕４．０超の条件で重質油と第１触媒２２とを１５０℃〜３００℃で接触させて重質油を軽質化させて軽質化ガスを得る第１反応を行い、質量比〔重質油／第１触媒〕４．０以下の条件で重質油と第１触媒２２とを接触させて第１触媒２２を再生する再生反応を行う反応器２０と、加熱器４０と、反応器２０中の未反応の重質油を重質油貯留器１０に戻す戻し配管３０と、軽質化ガスと接触して第２反応を行う第２触媒３４と、第２触媒との接触後の軽質化ガスを液化して軽質油を得る液化器５０と、軽質油収容器６０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状態の重質油を貯留する重質油貯留器と、
前記重質油貯留器から送液された前記重質油を軽質化させる第１触媒を内部に有し、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える条件では、前記重質油と前記第１触媒とを１５０℃〜３００℃の条件下で接触させることにより前記重質油を軽質化させて軽質化ガスを生成する第１反応を行い、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件では、前記重質油と前記第１触媒とを接触させることにより前記第１触媒を再生する再生反応を行う反応器と、
前記第１触媒を加熱するための加熱器と、
前記反応器中の未反応の重質油を前記重質油貯留器に戻す戻し配管と、
前記軽質化ガスと接触することにより前記軽質化ガス中の成分の少なくとも一部を軽質化又は異性化させる第２反応を行う第２触媒と、
前記第２触媒との接触後の軽質化ガスを液化して軽質油を得る液化器と、
前記軽質油を収容する軽質油収容器と、
を備えた重質油軽質化装置。
【請求項２】
前記第１触媒の総質量に対する前記第２触媒の総質量の比率が、１．０以下である請求項１に記載の重質油軽質化装置。
【請求項３】
前記第２触媒の温度が、１５０℃以上であり前記第１触媒の温度以下である請求項１又は請求項２に記載の重質油軽質化装置。
【請求項４】
内部に前記第２触媒を有し、前記反応器から供給された前記軽質化ガスと前記第２触媒とを接触させる触媒室を備えた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項５】
前記反応器が、前記重質油が存在する液相部と、前記第２触媒が存在する気相部と、を有する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項６】
前記反応器は、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える状態を維持したまま未反応の重質油を排出する重質油排出口Ａと、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下となるまで重質油を排出する重質油排出口Ｂと、を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項７】
前記第１触媒及び前記第２触媒が、メソポーラスシリカ及びゼオライトの少なくとも一方を含む請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項８】
更に、
前記再生反応により生成した分解生成物を収容する分解生成物収容器と、
前記分解生成物収容器中の分解生成物を前記加熱器及び前記重質油貯留器の少なくとも一方に供給する供給配管と、
を備えた請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重質油軽質化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、重質油を軽質化する方法（重質油軽質化方法）としては、触媒を用いる接触分解法や、水素を添加しながら重質油を分解させる水素化分解法、熱のみで分解する熱分解法が用いられている（例えば、特許文献１及び２参照）。
従来の重質油軽質化方法では、水素化分解法では例えば５００℃以上及び３０〜１００気圧の高温高圧条件が、接触分解法では例えば５００℃程度の高温条件が、熱分解法では例えば４００〜５００℃及び２〜３０気圧の高温高圧条件が、それぞれ必要であり、反応場を形成するのに多量のエネルギーが必要である。
【０００３】
従来よりも緩和された条件での重質油軽質化方法としては、重質油と水とを３８０℃〜４５０℃、２５〜３５ＭＰａに維持された反応器で反応させて前記重質油を軽質化して軽質油を生成する工程と、前記軽質油とガスと水を含む混合物から軽質油とガスと水とにそれぞれ分離する工程と、を含み、前記反応器に一酸化炭素を２５〜３５ＭＰａの圧力で供給する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。また、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下であってｐＨが１２以下であるアルカリイオン水を重質油（原料油）中に乳化することによって乳濁液を精製する工程と、加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程と、を備えた重質油軽質化方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−０１１２５９号公報
【特許文献２】特開平９−１８３９８３号公報
【特許文献３】特開２００１−１３９９６０号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１２５５７６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献３に記載の方法でも、依然として３８０℃〜４５０℃、２５〜３５ＭＰａといった高温高圧条件が必要であるため、更なる条件の緩和が求められている。
また、特許文献３及び４に記載の方法では、重質油に添加物質（水）を加えているため、例えば生成される軽質油に酸素が含まれる等、生成される軽質油の品質に劣る傾向がある。
【０００６】
一方、従来に比べて緩和された条件（低温、低圧）で、液体状態の重質油と前記重質油を軽質化させる触媒とを接触させることにより重質油を軽質化させて軽質油を得る方法も考えられる。この軽質油の生成方法における簡易な触媒再生方法として、上記軽質化時よりも質量比〔重質油／触媒〕を下げた状態で重質油と触媒とを接触させて触媒を再生する方法が考えられる。
しかし、この触媒再生方法は、再生にある程度の時間を要する場合があるため、この再生の時間を更に短くすることが望まれる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、従来に比べて緩和された条件で重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができるとともに、軽質化に用いる触媒を短時間で再生することができる重質油軽質化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
即ち、本発明の重質油軽質化装置は、液体状態の重質油を貯留する重質油貯留器と、前記重質油貯留器から送液された前記重質油を軽質化させる第１触媒を内部に有し、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える条件では、前記重質油と前記第１触媒とを１５０℃〜３００℃の条件下で接触させることにより前記重質油を軽質化させて軽質化ガスを生成する第１反応を行い、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件では、前記重質油と前記第１触媒とを接触させることにより前記第１触媒を再生する再生反応を行う反応器と、前記第１触媒を加熱するための加熱器と、前記反応器中の未反応の重質油を前記重質油貯留器に戻す戻し配管と、前記軽質化ガスと接触することにより前記軽質化ガス中の成分の少なくとも一部を軽質化又は異性化させる第２反応を行う第２触媒と、前記第２触媒との接触後の前記軽質化ガスを液化して軽質油を得る液化器と、前記軽質油を収容する軽質油収容器と、を備えて構成される。
【０００９】
本発明の重質油軽質化装置では、反応器内で、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える条件で、かつ、従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃の条件で、重質油と第１触媒とを接触させることにより重質油を軽質化させて軽質化ガスを生成する第１反応を行う。
このとき、戻し配管により、反応器中の未反応の重質油が重質油貯留器に戻されるので、重質油を循環させながら繰り返し第１触媒と接触させることができる。更に、重質油を流しながら第１触媒と接触させることができるので、重質油と第１触媒との接触頻度を高めることができる。
即ち、本発明の重質油軽質化装置では、従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃の条件としたことによる反応速度の低下を、重質油と第１触媒との接触頻度を高めることで補うことができる。更に、重質油を循環させながら繰り返し第１触媒と接触させることで、未反応の重質油が無駄となることを防止できる。
このため、反応の条件を高圧とする必要もなく、大気圧程度（例えば、０．０８〜０．１２ＭＰａ程度）の圧力で軽質化を行うことができる。また、重質油に対し水などの添加物質を混入させる必要がないので、良質な軽質油を得ることができる。また、重質油に対し水などの添加物質を混入させる必要がないので、脱酸素のための工程（水素化処理工程など）を付加する必要もない。
【００１０】
上記第１反応（即ち、重質油の分解反応）が継続されると、触媒活性が低下し、単位時間当たりの軽質油の収量が低下する。この理由は、第１反応が継続されると、触媒の活性点の周りに重質油由来の成分（重質油が分解した分解生成物及び未反応の重質油自体を含む；以下、「付着成分」ともいう）が付着し、活性点の周りでの物質交換が抑制されて反応量が低下するため、と考えられる。
そこで、本発明の重質油軽質化装置では、この反応器内で、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件で重質油と第１触媒とを接触させることにより第１触媒を再生する再生反応を行う。これにより、軽質化が継続されたときの単位時間当たりの軽質油の収量の低下が抑制される。
この再生反応によって触媒が再生される理由は、４．０以下という低い質量比〔重質油／第１触媒〕の条件で重質油と触媒とを接触させることにより、触媒と付着成分との反応が集中的に起こり、この反応によって付着成分の少なくとも一部が除去されて触媒の反応活性が回復するため、と考えられる。
【００１１】
上記再生反応についてはある程度の時間が必要であるため、この再生の時間をより短くすることが望ましい。
この点に鑑み、本発明の重質油軽質化装置では、重質油との接触により軽質化ガスを生成させる第１反応を行う第１触媒に加え、更に、軽質化ガスとの接触によりこの軽質化ガス中の成分の少なくとも一部を軽質化又は異性化させる第２反応を行う第２触媒を備えている。即ち、本発明の重質油軽質化装置では、出発物質である重質油を軽質化させて目的物質である軽質油を得るまでの軽質化反応全体を、第１触媒による液相中での第１反応と、第２触媒による気相中での第２反応と、に分けて行うように構成されている。
これにより、同じ総触媒量の条件で第１触媒のみを用いて軽質化反応全体を行う場合と比較して、（再生に時間を要する）第１触媒の量を減少させることができるので、第１触媒の再生を行う第１再生反応の時間を短くすることができる。一方、気相中での第２反応に用いられる第２触媒は、軽質化ガスと接触するのみであるためほとんど再生を要さず、また、再生を要する場合でも、第１触媒と比較すれば短時間の再生で済む。
従って、本発明の重質油軽質化装置では、触媒の総再生時間を短くすることができる。
【００１２】
以上により、本発明の重質油軽質化装置によれば、従来に比べて緩和された条件で重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができるとともに、軽質化に用いる触媒を短時間で再生することができる。
【００１３】
本発明の重質油軽質化装置において、前記反応器は、上述した再生反応（以下では、「第１再生反応」ともいう）だけでなく、補助的に、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件において、更に、第１触媒に付着した重質油由来の成分を、酸素を含む雰囲気下、３００℃を超える温度で燃焼させることにより第１触媒を再生する第２再生反応を行えるように構成されていてもよい。この燃焼（酸化）を利用した第２再生反応は、大きなエネルギーを要する点及び第１触媒への負担が大きい点で第１再生反応よりも劣るものの、第１触媒を再生させる効果自体は第１再生反応よりも高い。従って、第１再生反応だけでなく、補助的に第２再生反応を行う態様では、第１触媒の触媒活性をより効果的に回復させることができる。
【００１４】
本発明の重質油軽質化装置において、前記第１触媒の総質量に対する前記第２触媒の総質量の比率が、１．０以下である態様が好ましい。
この態様では、第１触媒のみを用いた場合とほぼ同様の性状の軽質油が得られ（例えば、図５中の実施例と比較例との対比参照）、かつ、同じ総触媒量の条件において比率が１．０を超える場合と比較して、単位時間当たりの軽質油の収量が増大する。
【００１５】
本発明の重質油軽質化装置において、前記第２触媒の温度が、１５０℃以上であり前記第１触媒の温度以下である態様が好ましい。
第２触媒の温度が１５０℃以上であると、第２触媒の温度が１５０℃未満である場合と比較して、第１触媒のみを用いた場合の軽質油性状に近い性状の軽質油が得られる。
第２触媒の温度が第１触媒の温度以下であることは、第２触媒の温度が第１触媒の温度を超える場合と比較して、軽質化ガスの熱を利用して第２触媒を加熱することができるという利点を有する。
【００１６】
本発明の重質油軽質化装置において、内部に前記第２触媒を有し、前記反応器から供給された前記軽質化ガスと前記第２触媒とを接触させる触媒室を備える態様（以下、「態様Ａ」ともいう）が好ましい。この触媒室は、反応器と液化器との間に配置される。
この態様Ａは、第１触媒のみを用いる場合に対して反応器の構成を変えることなく、第２触媒を追加できるため、構成が簡易であるという利点を有する。更に、この形態Ａでは、第１触媒を加熱するための加熱器の熱を利用して、（第１触媒だけでなく）第２触媒を加熱できるので、加熱の効率に優れるという利点を有する。
【００１７】
この態様Ａとは別の態様として、前記反応器が、前記重質油が存在する液相部と、前記第２触媒が存在する気相部と、を有する態様（以下、「態様Ｂ」ともいう）も好ましい。
この態様Ｂは、第１触媒を加熱するための加熱器の熱を利用して、（第１触媒だけでなく）第２触媒を加熱できるので、加熱の効率に優れるという利点を有する。更に、この形態Ｂは、第１触媒及び第２触媒とも反応器に収容するため、装置の構成がよりコンパクトになるという利点も有する。
【００１８】
なお、本発明の重質油軽質化装置は、態様Ａと態様Ｂとを組み合わせた態様であってもよい。この組み合わせた態様の場合、反応器の気相部に配置される第２触媒と、触媒室に配置される第２触媒と、は同種であっても異種であってもよい。
【００１９】
本発明の重質油軽質化装置において、前記反応器は、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える状態を維持したまま未反応の重質油を排出する重質油排出口Ａと、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下となるまで重質油を排出する重質油排出口Ｂと、を有する態様が好ましい。この態様では、重質油排出口の選択により、第１反応と第１再生反応とをより簡易に切り替えることができる。
【００２０】
本発明の重質油軽質化装置において、軽質化反応における触媒性能の観点から、前記第１触媒及び前記第２触媒が、シリカ（好ましくはメソポーラスシリカ）、ゼオライト、シリカ−アルミナ、アルミナ、これらの複合材料を含むことが好ましく、メソポーラスシリカ及びゼオライトの少なくとも一方を含むことが特に好ましい。
【００２１】
本発明の重質油軽質化装置において、更に、前記再生反応により生成した分解生成物を収容する分解生成物収容器と、前記分解生成物収容器中の分解生成物を前記加熱器及び前記重質油貯留器の少なくとも一方に供給する供給配管と、を備えた態様が好ましい。
この態様では、省エネルギー性をより向上させることができる。
例えば、分解生成物を加熱器に供給する態様では、分解生成物を加熱器の燃料として再利用することができる。また、分解生成物を重質油貯留器に供給する態様では、もともと重質油由来の成分である分解生成物を、第１反応に再利用することができる。
【００２２】
また、本発明の重質油軽質化装置は、前記軽質油収容器に収容される前記軽質油の単位時間当たりの収量を検出する検出手段と、前記収量が閾値Ｑ１を超えるときは質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える条件を維持し、前記収量が閾値Ｑ１以下であるときは質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下に低下するように、前記反応器における前記重質油の給排量を制御して前記第１反応と前記第１再生反応とを切り替える制御手段と、を備える態様とすることもできる。
この態様では、第１反応と第１再生反応との切り替えを、軽質油収量に応じて効果的に行うことができる。
【００２３】
この態様において、前記制御手段は、前記収量が閾値Ｑ１以下であるときは、質量比〔重質油／触媒〕が４．０以下となるまで前記反応器から前記重質油を排出する制御を行う態様とすることもできる。これにより、反応器からの重質油の排出という簡単な操作で、軽質化反応から第１再生反応への切り替えを行うことができる。
【００２４】
本発明の重質油軽質化装置において、前記反応器は、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件において、前記第１触媒に付着した重質油由来の成分を、酸素を含む雰囲気下、３００℃を超える温度で燃焼させることにより前記第１触媒を再生する第２再生反応を行い、前記制御手段は、前記収量が閾値Ｑ２以下（但し、閾値Ｑ１＞閾値Ｑ２の関係を満たす）であるときは、前記反応器から前記重質油を排出するとともに前記反応器内に酸素を含むガスを供給し、触媒温度を上昇させることで、前記第２再生反応が行われるように制御する態様とすることもできる。
この態様では、軽質油収量の低下の度合いに応じ、第１再生反応と第２再生反応とを選択することができるので、軽質油収量の低下の更なる抑制、触媒の長寿命化、及び省エネルギー性を同時に満足させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来に比べて緩和された条件で重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができるとともに、軽質化に用いる触媒を短時間で再生することができる重質油軽質化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る重質油軽質化装置を模式的に示した概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の制御ルーチンの一例を示す流れ図である。
【図３】本発明の第１実施形態の制御ルーチンの一例を示す流れ図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る重質油軽質化装置を模式的に示した概略構成図である。
【図５】実験例１（実施例及び比較例）において、質量比〔追加量／基準量〕と、軽質油中の各成分（飽和分、不飽和分、及びアロマ分）の濃度と、の関係を示すグラフである。
【図６】実験例２において、第２触媒の温度と、軽質油中の各成分（飽和分、不飽和分、及びアロマ分）の濃度と、の関係を示すグラフである。
【図７】実験例３において、再生時間と、触媒に付着した付着成分の除去割合と、の関係（第１触媒と第２触媒との対比）を示すグラフである。
【図８】実験例４において、再生時間と、第１触媒に付着した付着成分の除去割合と、の関係（第１触媒の質量が１．０の場合と第１触媒の質量が２．５の場合との対比）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の各実施形態に係る重質油軽質化装置について、図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されることはない。なお、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符合を付与し、その説明を省略する場合がある。また、図面では、同一形状の部材や空間が多数並んでいる場合には、一部の部材や空間のみに符号を付す場合がある。
【００２８】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る重質油軽質化装置１００を模式的に示した概略構成図である。
図１に示すように、重質油軽質化装置１００は、液体状態の重質油ＨＯを貯留する重質油貯留器１０と、この液体状態の重質油ＨＯを軽質化させる第１触媒２２を内部に有する反応器２０と、を備えている。
重質油貯留器１０と反応器２０とは、バルブＶ１を備えた配管３２によって連通されており、バルブＶ１を開いたときに、重質油貯留器１０から反応器２０に重質油ＨＯを送液できるようになっている。
また、重質油軽質化装置１００は、上記配管３２とは別に、反応器２０から排出された未反応の重質油ＨＯを戻す戻し配管３０を備えている。この戻し配管３０には送液手段Ｐ１が設けられている。これにより、反応器２０から排出された未反応の重質油ＨＯを戻すことができる。
なお、送液手段及びバルブは、図１の位置に限らず、配管３２及び戻し配管３０の任意の位置に設けることができる。
【００２９】
戻し配管３０は、その一端が重質油貯留器１０に接続されるとともに、他端が、配管２６の一端及び配管２８の一端に接続されている。
配管２６の他端及び配管２８の他端は、それぞれ、反応器２０から未反応の重質油を排出するための重質油排出口２４Ａ及び重質油排出口２４Ｂとなっている。
重質油排出口２４Ａ（配管２６の他端）は、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える状態を維持しながら重質油を排出できる位置に配置されている。
一方、重質油排出口２４Ｂ（配管２８の他端）は、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下となるまで重質油を排出できる位置（好ましくは反応器２０の下部）に配置されている。
配管２６にはバルブＶ２が、配管２８にはバルブＶ３が、それぞれ設けられている。
この重質油軽質化装置１００では、これらのバルブの操作により、反応器から重質油を排出するための排出口として、重質油排出口２４Ａ及び重質油排出口２４Ｂのいずれかを選択できる。
【００３０】
重質油軽質化装置１００は、上述した構成により、重質油貯留器１０と反応器２０と間で重質油を循環させながら、反応器２０内で、重質油と触媒とを接触させることができるようになっている。
【００３１】
ここで、反応器２０内で行われる第１反応について説明する。
第１反応は、反応器２０内における質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える条件において、重質油ＨＯと第１触媒２２とを従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃（以下、「反応温度」ともいう）の条件下で接触させることにより重質油ＨＯを軽質化させて（即ち、分解して）軽質化ガスを生成する反応である。
ここでいう軽質化ガスは、上記第１反応による重質油の分解によって生じた分解生成物のうち、常温で液体の成分であって、主に、反応温度付近又は反応温度以下の沸点を有する成分である。但し、軽質化ガスには、反応温度を超える沸点を有する成分が含まれていてもよい。
【００３２】
上記第１反応は、重質油貯留器１０と反応器２０と間で重質油を循環させながら行う。これにより、重質油と触媒とを繰り返し接触させることができ、重質油と触媒との接触頻度を高めることができるので、従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃の条件としたことによる反応速度の低下が補われる。
この第１反応は、大気圧程度（例えば、０．０８ＭＰａ〜０．１２ＭＰａ程度）の圧力下で行うことができる。
【００３３】
上記第１反応によって生成された軽質化ガスは、反応器２０内において、重質油及び第１触媒２２を含む液相部から気相部に分離され、この気相部を経由して配管４２に排出される。排出された軽質化ガスは、配管４２の途中に設けられた触媒室３６内で第２触媒３４と接触した後、液化器５０によって液化されて軽質油ＬＯとなり、軽質油収容器６０に収容される。この第２触媒３４は、上記軽質化ガスに含まれる成分の少なくとも一部を軽質化又は異性化させる第２反応を行う。
即ち、重質油軽質化装置１００では、出発物質である重質油を軽質化させて目的物質である軽質油を得るまでの軽質化反応全体を、第１触媒による液相中での第１反応と、第２触媒による気相中での第２反応と、に分けて行う構成となっている。
この構成による効果については後述する。
【００３４】
上記第１反応では、反応器２０内における質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０超であるが、質量比〔重質油／第１触媒〕は、好ましくは４．５以上であり、より好ましくは５．０以上であり、更に好ましくは５．５以上であり、特に好ましくは６．０以上である。一方、上記第１反応時における質量比〔重質油／第１触媒〕は、好ましくは２０．０以下であり、より好ましくは１５．０以下であり、特に好ましくは１２．０以下である。
【００３５】
また、この第１反応は、好ましくは、反応器２０の気相部にキャリアガスＣＧを流通させながら行う。この形態では、キャリアガスがスイープガスとして機能し、重質油及び第１触媒を含む液相部からの軽質化ガスの分離効率を向上させることができる。これにより、第１反応における反応平衡を軽質化が進む方向にずらすことができる。
【００３６】
また、第１反応をより効果的に行う観点から、上述した送液手段Ｐ１は、重質油貯留器１０から反応器２０への送液量を調整する送液量調整機能を有することが好ましい。
これにより、反応器２０における、重質油の触媒への拡散促進による反応性向上効果、並びに、重質油と触媒との接触時間調整による、過分解抑制効果及び生成物同士の重合の抑制効果により、重質油からより多くの軽質油を得ることができる。
ここで、送液量を増大させたときには、触媒との接触時間が減少するため、液の触媒通過一回あたりの反応量は減少する。しかし、時間あたりの送液量は増加するため、得られる軽質油量は、一回あたりの反応量と時間あたりの送液量との積となる。一般的に、反応速度は反応開始時付近が速く、反応が進行するにつれ低下する。つまり、条件次第では、一回あたりの反応量の低下よりも送液量増加の効果が大きく、結果的に、得られる軽質化ガスの量は増加する。一回あたりの反応量の低下により未反応油の量が増加するが、未反応油は、循環により再利用されるので無駄にはならない。
【００３７】
次に、反応器２０内で行われる再生反応（第１再生反応）について説明する。
第１再生反応は、反応器２０内における質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件において、重質油ＨＯと第１触媒２２とを接触させることにより第１触媒２２を再生する反応である。
この第１再生反応によって第１触媒２２が再生される理由は、４．０以下という低い質量比〔重質油／第１触媒〕の条件では、第１触媒と、この第１触媒の活性点の周りに付着している重質油由来の付着成分と、の反応が集中的に起こり、この反応によって付着成分の少なくとも一部が除去されて第１触媒の反応活性が回復するため、と考えられる。
この第１再生反応では、付着成分と第１触媒との反応によって付着成分が分解し、気体状態で配管４２に排出される。排出された分解生成物（炭化水素）は、炭素数が大きい成分が多くなる傾向がある点で、第１反応を経て生成される軽質油と比較して品質に劣る可能性がある。従って第１実施形態では、第１反応を経て生成された軽質油ＬＯと、第１再生反応を経て生成された分解生成物ＣＰと、を別個に回収する（後述の軽質油収容器６０及び分解生成物収容器７０参照）。
第１再生反応時における第１触媒の温度には特に制限はないが、第１反応時と同様に１５０℃〜３００℃とすることが好ましい。これにより、第１反応と第１再生反応との切り替えを効率よく行うことができる。第１再生反応時における触媒温度は、軽質化反応時における触媒温度と同程度であることが特に好ましい。
また、この第１再生反応は、好ましくは、反応器２０の気相部にキャリアガスを流通させながら行う。これにより、反応器２０内での分解生成物の生成（即ち、第１再生反応）、及び、反応器２０からの分解生成物の排出を効率的に行うことができる。
【００３８】
この第１再生反応は、質量比〔重質油／第１触媒〕以外は第１反応と同様にして行えるため、触媒を移動させる必要がない点（操作が簡易である点）、水蒸気など別の物質を導入する必要がない点、（水蒸気などを用いて再生する場合と比較して）再生による触媒劣化が少ない点、触媒への耐熱水性要求が不要である点、等の利点を有している。
特に、この第１再生反応は、高温酸化による触媒の再生（例えば、後述の第２再生反応）と比較して、省エネルギーである点、及び、触媒への負担が小さいため触媒寿命を長くすることができる点で有利である。
従って、第１再生反応を行う第１実施形態の重質油軽質化装置によれば、高温酸化による触媒の再生の回数を減らすことができる。このため、第１実施形態の重質油軽質化装置は、省エネルギーの点、かつ、触媒の長寿命化の点でも有利である。
更に、第１実施形態の重質油軽質化装置は、流動床で作動する接触分解法による重質油軽質化装置と比較して、固定床で作動できるという利点も有する。
【００３９】
第１再生反応では、前述のとおり質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下であるが、質量比〔重質油／第１触媒〕は、好ましくは３．５以下である。また、第１再生反応は、反応の進行（分解生成物の生成）に伴って質量比〔重質油／第１触媒〕が減少する態様が好ましい。この態様とするためには、重質油貯留器１０から反応器２０への重質油の送液を停止した状態で第１再生反応を行うことが好ましい。
第１再生反応開始時における質量比〔重質油／第１触媒〕は、好ましくは１．０以上であり、より好ましくは１．５以上である。
【００４０】
第１触媒の再生を行う上記第１再生反応は、上述の利点を有するものの、ある程度の時間を要する反応である。
この点に鑑み、重質油軽質化装置１００では、前述のとおり、出発物質である重質油を軽質化させて目的物質である軽質油を得るまでの軽質化反応全体を、第１触媒２２による液相中（反応器２０中）での第１反応と、第２触媒３４による気相中（触媒室３６中）での第２反応と、に分けて行う構成となっている。
これにより、同じ総触媒量の条件で第１触媒のみを用いた場合と比較して、（第１再生反応に時間を要する）第１触媒の量を減少させることができるので、第１触媒の再生を行う第１再生反応の時間を短くすることができる。一方、気相中での反応に用いられる第２触媒３４は、軽質化ガスと接触するのみであるためほとんど再生を要さず、また、仮に再生を要したとしても、第１触媒２２と比較して短時間の再生で済む。
従って、重質油軽質化装置１００では、触媒の総再生時間を短くすることができる。
【００４１】
次に、反応器２０内で、上記第１再生反応に対して補助的に行われることがある第２再生反応について説明する。
第２再生反応は、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下である条件において、触媒に付着した重質油由来の成分を、酸素を含む雰囲気下、３００℃を超える温度で燃焼させる反応である。この燃焼（酸化）を利用した第２再生反応は、大きなエネルギーを要する点及び触媒への負担が大きい点で第１再生反応よりも劣るものの、触媒再生の効果自体は第１再生反応よりも高い。従って、第１再生反応だけでなく、補助的に第２再生反応を行うことにより、触媒活性をより効果的に回復させることができる。
この第２再生反応は、後述のガス供給管４８及びガス供給管４４を通じ、反応器２０内に酸素含有ガスＯＧを供給しながら行う。
第２再生反応時における触媒温度は、好ましくは３５０℃以上、より好ましくは４００℃以上、更に好ましくは４５０℃以上である。一方、第２再生反応時における触媒温度は、６００℃以下が好ましい。
第２再生反応時における質量比〔重質油／第１触媒〕の好ましい範囲は、上述した第１再生反応時における質量比〔重質油／第１触媒〕の好ましい範囲と同様である。
【００４２】
重質油軽質化装置１００において、第１反応及び第２反応を行う時（以下、単に「軽質化反応時」ともいう）には、バルブＶ１及びバルブＶ２を開き、送液手段Ｐ１をオン状態とする。これにより、反応器２０内での質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える状態を維持しながら重質油貯留器１０−反応器２０間で重質油が循環され、反応器２０内で第１反応が行われる。
【００４３】
また、重質油軽質化装置１００において、第１再生反応時には、バルブＶ１及びバルブＶ２を閉じ、バルブＶ３を開く。これにより、反応器２０内の重質油が排出され、反応器内での質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下となる。反応器２０から重質油を排出する際には、送液手段Ｐ１をオン状態とすること、及び、バルブＶ４を開いた状態としてキャリアガスＣＧを導入することの少なくとも一方により、上記排出の効率がより向上する。
【００４４】
また、重質油軽質化装置１００において、第２再生反応時には、第１再生反応時と同様にして、反応器２０内の重質油を、反応器２０内での質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下となるまで排出する。更に、バルブＶ４を閉じ、バルブＶ５を開くことで、反応器２０内に酸素含有ガスＯＧを供給する。更に、加熱器４０による加熱温度の調整により、触媒温度を３００℃を超える温度に上昇させる。
【００４５】
第１実施形態では、送液手段Ｐ１、バルブＶ１、バルブＶ２、バルブＶ３、バルブＶ４、バルブＶ５、及び加熱器４０は、それぞれ制御装置８０に電気的に接続されており、この制御装置８０によって、軽質化反応と第１再生反応との切り替え、及び、軽質化反応と第２再生反応との切り替えを行えるようになっている。
【００４６】
第１実施形態において、重質油貯留器１０としては、液体状態の重質油を貯留できる内部空間を有する重質油貯留器（例えば、重質油貯留タンク）を用いる。
ここで重質油としては、例えば、Ａ重油（ＪＩＳ  Ｋ２２０５（１９９１）で規定されている「１種」の重油）またはＢ重油（ＪＩＳ  Ｋ２２０５（１９９１）で規定されている「２種」の重油）に相当する重質油を用いる。
本発明における重質油は、石油由来の重質油であっても、動物由来の重質油であっても、植物由来の重質油であってもよい。中でも、軽質化効果の観点から、重質油としては、動物由来の炭化水素油又は植物由来の炭化水素油が好ましく、植物由来の炭化水素油がより好ましく、その中でも、藻類（ボトリオコッカス、オーランチオキトリウム等）が産生する炭化水素油が特に好ましい。
また、重質油中における炭化水素の含有比率は、好ましくは９０質量％以上（より好ましくは９５質量％以上、特に好ましくは９８質量％以上）である。
【００４７】
第１実施形態において、反応器２０としては、液体状態の重質油ＨＯと、気体（キャリアガス、第１反応で生じた軽質化ガス、各再生反応で生じた気体状態の分解生成物、第２再生反応で用いる酸素含有ガス、等）と、が存在する内部空間を有する反応器を用いる。この内部空間は、上記液体状態の重質油ＨＯ（及び第１触媒２２）が存在する液相部と、上記気体が存在する気相部と、から構成される。
【００４８】
この反応器２０内には、重質油を軽質化させる第１触媒２２が収容されている。
第１触媒２２としては、粉末状、顆粒状、塊状（ペレット状）等の固体触媒を用いることができる。
また、第１触媒２２は、第１反応における触媒性能の観点から、シリカ（例えばメソポーラスシリカ等）、ゼオライト（例えば、Ｙ型ゼオライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト等）、シリカ−アルミナ、アルミナ、これらの複合材料を（好ましくは主成分として）含むことが好ましく、メソポーラスシリカ及びゼオライトの少なくとも一方を（好ましくは主成分として）含むことがより好ましい。また、これらを基材として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属類を付加してもよい。
ここで、「主成分」とは、含有比率が最も高い成分を指し、好ましくは含有比率が５０質量％以上（より好ましくは７０質量％以上、特に好ましくは９０質量％以上）の成分である。
【００４９】
反応器２０には、重質油の量を検出する検出手段Ｓ１が設けられている。
検出手段Ｓ１としては、例えば、重質油の液面の高さを検出する液面センサーを用いることができる。
液面センサーを用いた場合、重質油の密度（既知の値）、重質油の液面の高さ、反応器２０の内部空間の面積（詳細には、液面の高さ方向に直交する面の面積）、及び第１触媒２２の総質量に基づき、質量比〔重質油／第１触媒〕を検出することができる。
第１実施形態では、第１反応時には、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０を超える状態に調整され、第１再生反応時及び第２再生反応時には、質量比〔重質油／第１触媒〕が４．０以下の状態に調整される。
また、第１実施形態では、検出手段Ｓ１は、制御装置８０に電気的に接続されており、この制御装置８０により、質量比〔重質油／第１触媒〕の制御を行えるようになっている。
なお、検出手段Ｓ１としては、液面センサー以外にも、反応器２０内の重質油の質量を直接的に測定する質量センサーや質量計を用いることもできる。
【００５０】
反応器２０には、第１触媒２２の温度を検出する検出手段Ｓ２（温度センサー）が設けられている。
また、重質油軽質化装置１００は、反応器２０に対向する位置に、反応器２０を加熱するための加熱器４０（例えばヒーターやバーナー）を備えている。これにより、反応器２０を加熱することで第１触媒２２及び重質油ＨＯを加熱し、第１反応時、第１再生反応時、及び第２再生反応時における第１触媒の温度を調整できる。
【００５１】
第１実施形態では、検出手段Ｓ２及び加熱器４０が制御装置８０に電気的に接続されており、これにより、第１反応時、第１再生反応時、及び第２再生反応時における第１触媒の温度を制御できるようになっている。
【００５２】
また、前述のとおり、反応器２０には、気体を供給するためのガス供給管４４の一端が接続されている。
ガス供給管４４の他端は、ガス供給管４６の一端及びガス供給管４８の一端に接続されている。
ガス供給管４６はその他端からキャリアガスＣＧを供給するための供給管となっており、ガス供給管４８はその他端から酸素含有ガスＯＧを供給するための供給管となっている。そして、ガス供給管４６にはバルブＶ４が、ガス供給管４８にはバルブＶ５が、それぞれ設けられている。
この重質油軽質化装置１００では、これらのバルブの操作により、反応器２０に供給されるガスとして、キャリアガスＣＧ及び酸素含有ガスＯＧのいずれかを選択できるようになっている。
【００５３】
第１実施形態では、バルブＶ４及びバルブＶ５は、制御装置８０に電気的に接続されており、この制御装置８０によって、反応器２０に供給されるガスの種類を選択できるようになっている。
【００５４】
ここで、キャリアガスＣＧとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを用いることができる。また、キャリアガスＣＧとしては、液化器５０において液化されずに分離されたガス成分を利用してもよい。
また、酸素含有ガスＯＧとしては酸素を含むガスであれば特に制限されず、酸素ガスであっても酸素と他の気体との混合ガス（空気を含む）であってもよい。
【００５５】
また、反応器２０には、配管４２の一端が接続されており、この配管４２を通じて上述の気体を排出できるようになっている。
配管４２の他端は、液化器５０（クーラー等）内に配置されている。
【００５６】
この配管４２の途中には、第２触媒３４を含む触媒室３６が設けられている。
これにより、この触媒室３６の一端側（反応器２０側）から供給された軽質化ガスと第２触媒３４とを接触させて第２反応を行い、第２反応後の軽質化ガスをこの触媒室３６の他端側（液化器５０側）に排出できるようになっている。
ここで、第２反応は、軽質化ガス中の成分の少なくとも一部を軽質化又は異性化させる反応である。
第２触媒３４としては、既述の第１触媒２２と同様の触媒を用いることができる。第１触媒２２と第２触媒３４とは、同種であっても異種であってもよい。
【００５７】
重質油軽質化装置１００では、第２反応を行う触媒室３６（第２触媒３４）が設けられていることにより、上述したとおり、触媒（第１触媒及び第２触媒）の総再生時間を短縮することができる。
【００５８】
更に、重質油軽質化装置１００を用いた重質油の軽質化では、第１触媒のみを用いる場合の軽質化反応全体を、第１触媒２２による液相中での第１反応と、第２触媒３４による気相中での第２反応と、に分けて行うに過ぎない。このため、第１触媒のみを用いる場合に得られる軽質油の性状（成分組成）に比較的近い軽質油を得ることができる。
【００５９】
ここで、第２触媒３４の温度は、得られる軽質油ＬＯの性状と、第１触媒のみを用いた場合の軽質油の性状と、の差異を小さくする観点から、１５０℃以上が好ましい。
第２触媒３４の温度は、より好ましくは１８０℃以上であり、更に好ましくは１９０℃以上であり、特に好ましくは２００℃以上である。
【００６０】
第２触媒３４の温度を１５０℃以上とする具体的な方法としては、図１に示すように触媒室３６を反応器２０の出口の近傍に設ける方法（即ち、反応器２０から排出された軽質化ガスの熱を利用して第２触媒３４を加熱する方法）や、触媒室３６と対向する位置に触媒室３６（第２触媒３４）を加熱するための加熱器（不図示）を設ける方法が挙げられる。これらの方法は、組み合わせることもできる。
【００６１】
一方、第２触媒３４の温度は、第１触媒２２の温度以下であることが好ましい。第２触媒３４の温度が第１触媒２２の温度以下であることは、第２触媒３４の温度が第１触媒２２の温度を超える場合と比較して、軽質化ガスの熱を利用して第２触媒３４を加熱することができる（即ち、触媒室３６（第２触媒３４）を加熱するための加熱器が不要である）という利点を有する。
【００６２】
また、触媒室３６（第２触媒３４）が設けられた重質油軽質化装置１００は、第１触媒のみを用いる重質油軽質化装置と比較して、第２反応の条件（第２触媒の温度等）の調整により、最終的に得られる軽質油ＬＯの性状（成分組成等）を調整できるという利点も有している。
【００６３】
また、重質油軽質化装置１００において、第１触媒２２の総質量に対する第２触媒３４の総質量の比率が、１．０以下である態様が好ましい。
この態様では、第１触媒のみを用いた場合とほぼ同様の性状の軽質油が得られ（例えば、図５中の実施例と比較例との対比参照）、かつ、同じ総触媒量の条件において比率が１．０を超える場合と比較して、単位時間当たりの軽質油の収量が増大する。
一方、上記比率は、第２触媒を設けたことによる効果（触媒の総再生時間の短縮化の効果）をより効果的に奏する点から、０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましく、０．３以上が特に好ましい。
【００６４】
なお、第１再生反応時及び第２再生反応時には、これらの再生によって反応器２０内で生成した分解生成物が、触媒室３６を経由して液化器５０に供給される。
即ち、この第１実施形態は、軽質化ガスの流通経路（配管及び液化器。以下同じ。）と分解生成物の流通経路とが一部重複している。しかし本発明はこの形態に限定されず、軽質化ガスの流通経路と分解生成物の流通経路とが別個に設けられていてもよい。
【００６５】
液化器５０は、第１反応時における第２触媒３４との接触後の軽質化ガス、及び、第１再生反応時における第２触媒３４との接触後の分解生成物を液化する。液化されなかった気体（キャリアガス等）は、配管５６を通って系外に排出される。排出された気体は、キャリアガスとして、配管４６、配管４４、又は反応器２０に戻されてもよい。
配管４２の他端は、液化器５０内で、配管５２の一端、配管５４の一端、及び配管５６の一端に接続されている。
配管５２の他端には、軽質化ガスの液化により得られた軽質油ＬＯを収容する軽質油収容器６０が接続されている。
配管５４の他端には、液化された分解生成物ＣＰを収容する分解生成物収容器７０が接続されている。
配管５２にはバルブＶ６が、配管５４にはバルブＶ７が、それぞれ設けられている。
この重質油軽質化装置１００では、これらのバルブの操作により、収容器として、軽質油収容器６０及び分解生成物収容器７０のいずれかを選択できるようになっている。
【００６６】
重質油軽質化装置１００では、軽質化反応時にバルブＶ６を開くことにより、液化器５０での液化により生成した軽質油ＬＯが、軽質油収容器６０に収容される。
一方、重質油軽質化装置１００では、第１再生反応時にバルブＶ７を開くことにより、液化器５０で液化された分解生成物ＣＰが、分解生成物収容器７０に収容される。
また、第２再生反応時には、好ましくは、バルブＶ６及びバルブＶ７を閉じておく。
【００６７】
また、軽質油収容器６０は、単位時間当たりの軽質油の収量を検出する検出手段Ｓ３が設けられている。
この検出手段Ｓ３は制御装置８０に電気的に接続されており、これにより、軽質化反応時の軽質油収量に応じ、反応器２０での軽質化反応と第１再生反応との切り替え、及び、軽質化反応と第２再生反応との切り替えを行えるようになっている。
【００６８】
第１実施形態では、分解生成物収容器７０は、配管６４及び配管６６により加熱器４０に接続されており、かつ、配管６４及び配管６８により重質油貯留器１０に接続されている。ここで、配管６６にはバルブＶ１０が、配管６８にはバルブＶ９が、それぞれ設けられている。また、配管６４には、送液手段Ｐ２が設けられている。
第１実施形態では、送液手段Ｐ２を作動させ、かつ、バルブＶ１０を開くことにより、分解生成物収容器７０中の分解生成物ＣＰが加熱器４０に送液される。これにより、分解生成物ＣＰが加熱器４０の燃料として再利用される。
また、第１実施形態では、送液手段Ｐ２を作動させ、かつ、バルブＶ９を開くことにより、分解生成物収容器７０中の分解生成物ＣＰが重質油貯留器１０に送液される。これにより、分解生成物ＣＰが軽質油の原料として再利用される。
第１実施形態では、送液手段Ｐ２を作動させ、かつ、バルブＶ９及びバルブＶ１０を開くことにより、上記２つの再利用を並行して行うこともできる。
【００６９】
重質油軽質化装置１００は、制御手段としての制御装置８０を備える。
制御装置８０は、上述のとおり、バルブＶ１〜Ｖ７、送液手段Ｐ１、検出手段Ｓ１〜Ｓ３に電気的に接続されている。
制御装置８０は、軽質化反応と第１再生反応との切り替え、及び、軽質化反応と第２再生反応との切り替えを、反応器における重質油の給排量を制御することによって行う。
制御装置８０による制御ルーチンの具体例については後述する。
【００７０】
なお、第１実施形態の変形例として、分解生成物収容器７０中に分解生成物の量を検出する検出手段を設け、この検出手段、送液手段Ｐ２、バルブＶ９、及びバルブＶ１０をそれぞれ制御装置８０に電気的に接続することにより、分解生成物収容器７０中に所定量の分解生成物が溜まった時に、重質油貯留器１０及び加熱器４０の少なくとも一方に分解生成物を送液できるようになっていてもよい。
【００７１】
次に、第１実施形態の制御装置８０による制御ルーチンの一例を、図２及び図３を参照しながら説明する。本ルーチンの説明では、第１反応と第２反応とを総称し、単に「軽質化反応」と称することがある。
本ルーチンは、送液手段Ｐ１がオフされ、バルブＶ１〜Ｖ１０が閉じた状態からスタートする。この状態で、重質油軽質化装置１００の電源がオンされることにより、制御装置８０の電源がオンされる。
【００７２】
次に、図２中のステップ２００として、送液手段Ｐ１をオンし、バルブＶ１、バルブＶ２、バルブＶ４、及びバルブＶ６を開く。
これにより、重質油貯留器１０から反応器２０へ重質油が送液され、重質油貯留器１０−反応器２０間での重質油の循環が開始される。反応器２０内には、キャリアガスＣＧが供給される。
次に、ステップ２１０に移行する。
【００７３】
ステップ２１０では、検出手段Ｓ１（この一例では液面センサーとする）により重質油の液面の位置を検出し、液面の位置が第１反応に必要な位置に達しているか否かが判定される。この判定は、質量比〔重質油／第１触媒〕が予め定めた閾値（例えば６．０）以上であるか否かを判定することによって行う。この閾値は、４．０を超える範囲の値として設定される。
ステップ２１０において、液面の位置が第１反応に必要な位置に達していないと判定された場合、ステップ２００に戻る。
ステップ２１０において、液面の位置が第１反応に必要な位置に達している（液面ＯＫ）と判定された場合には、ステップ２２０に移行する。
【００７４】
ステップ２２０では、加熱器４０をオンする。その後、第１触媒の温度が第１反応に必要な温度に達すると、反応器２０内で第１反応が開始される。次いで、触媒室３６で第２反応が開始される。ステップ２２０では、このようにして軽質化反応が開始される。
詳細には、第１反応によって反応器２０内で生成された軽質化ガスは、キャリアガスＣＧとともに配管４２に排出され、触媒室３６内で第２反応によって軽質化又は異性化された後、液化器５０によって液化されて軽質油ＬＯとなる。軽質油ＬＯは、軽質油収容器６０内に収容される。軽質油収容器６０内では、検出手段Ｓ３により軽質油収量Ｚ（液体状態の軽質油ＬＯの単位時間当たりの収量）が検出される。なお、キャリアガスＣＧは、配管５６を通って系外に排出される。排出されたキャリアガスＣＧは、その後、必要に応じ、配管４６、配管４４、又は反応器２０に戻されてもよい。
このステップ２２０では、軽質化反応開始後に直ちに次のステップ２３０に移行してもよいし、軽質化反応（第１反応及び第２反応）を予め定めた時間（例えば１時間〜１０時間、好ましくは３時間〜８時間）行い、その後ステップ２３０に移行してもよい。
【００７５】
ステップ２３０では、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ１を満たすか否かが判定される。
閾値Ｑ１は、第１再生反応が必要かどうかを判定するための指標であり、軽質油生成のためのトータルの所要時間等を考慮して任意に設定できるが、例えば、軽質化反応開始時（即ち、未使用の触媒を使用した時）における軽質油収量を１．００としたとき、０．７５〜０．９５の範囲の値として設定することができる。
【００７６】
ステップ２３０において、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ１を満たさないと判定された場合には、ステップ２２０に戻り、軽質化反応が継続される。
一方、ステップ２３０において、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ１を満たすと判定された場合には、第１触媒の再生が必要であるので、ステップ２４０に移行する。
【００７７】
ステップ２４０では、バルブＶ１、バルブＶ２、及びバルブＶ６を閉じ、バルブＶ３及びバルブＶ７を開く。これにより反応器２０内から重質油が排出される。排出された重質油は重質油貯留器１０に戻る。
次に、ステップ２５０として、質量比〔重質油／第１触媒〕が予め定めた閾値（例えば３．０）以下となるまで重質油が排出された後、バルブＶ３を閉じ、送液手段Ｐ１をオフする。この閾値は、４．０以下の範囲の値として設定される。
このステップ２５０において、第１再生反応が行われる。
【００７８】
次に、ステップ２６０に移行し、第１再生反応が完了したか否かが判定される。
第１再生反応が完了したことは、例えば、質量比〔重質油／第１触媒〕が予め定めた閾値以下（例えば、１．０以下）となるまで減少したことにより判定する。
また、第１再生反応が完了したことの判定は、第１再生反応に必要な時間を設定しておき、第１再生反応が設定された時間行われたことを判定することによって行ってもよい。
第１再生反応に必要な時間は、第１触媒の量や触媒に付着した付着成分の状況等を考慮して適宜設定できるが、例えば、１時間〜１０時間とすることができ、３時間〜６時間が好ましい。また、第１再生反応に必要な時間は、第１反応を実施した時間以下であることが好ましい。
例えば、第１反応によって第１触媒に付着成分が付着すると、第１触媒の色の変化が視認される場合がある。従って、まず、使用開始時の第１触媒の色を目視で観察し、次いで第１再生反応を行って第１触媒の色を目視で観察し、第１触媒の色が使用開始時の色に近い状態まで戻れば、第１再生反応が十分に行われたこととなる。この目視観察（予備実験）の結果に基づき、第１再生反応に必要な時間を設定してもよい。
【００７９】
ステップ２６０において、第１再生反応が完了していないと判定された場合には、第１再生反応が継続される。
ステップ２６０において、第１再生反応が完了したと判定された場合には、ステップ２７０に移行する。
【００８０】
ステップ２７０では、バルブＶ１、バルブＶ２、及びバルブＶ６を開き、バルブＶ７を閉じ、送液手段Ｐ１をオンする。これにより、ステップ２００及び２１０と同様に、液面の位置が第１反応に必要な位置に達するまで、反応器２０に重質油が供給される。
これにより、再び軽質化反応が行われ、生成された軽質油が軽質油収容器６０に収容される。軽質油収容器６０内では、検出手段Ｓ３により軽質油収量Ｚ（液体状態の軽質油ＬＯの単位時間当たりの収量）が検出される。
このステップ２７０では、軽質化反応開始後に直ちに次のステップ２８０に移行してもよいし、軽質化反応を予め定めた時間（例えば１時間〜１０時間、好ましくは３時間〜８時間）行い、その後ステップ２８０に移行してもよい。
【００８１】
ステップ２８０では、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ２を満たすか否かが判定される。
閾値Ｑ２は、第２再生反応が必要かどうかを判定するための指標であり、閾値Ｑ１＞閾値Ｑ２の関係を満たす値として設定される。
閾値Ｑ２は、軽質油生成のためのトータルの所要時間や触媒寿命等を考慮して任意に設定できるが、例えば、軽質化反応開始時（即ち、第１触媒の使用開始時）における軽質油収量を１．００としたとき、０．７０〜０．９０の値として設定することができる。
【００８２】
ステップ２８０において、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ２を満たさないと判定された場合には、第２再生反応は必要ないため、ステップ２２０に戻り、軽質化反応が継続される。
ステップ２８０において、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ２を満たすと判定された場合には、第２再生反応が必要であるため、図３中のステップ２９０に移行する。
【００８３】
図３中のステップ２９０では、バルブＶ１、バルブＶ２、及びバルブＶ６を閉じ、バルブＶ３を開く。これにより反応器２０内から重質油が排出され、排出された重質油は重質油貯留器１０に戻る。
次に、ステップ３００として、質量比〔重質油／第１触媒〕が予め定めた閾値（例えば３．０）以下となるまで重質油が排出された後、バルブＶ３を閉じ、送液手段Ｐ１をオフする。この閾値は、４．０以下の範囲の値として設定される。
次に、ステップ３１０に移行する。
【００８４】
ステップ３１０では、バルブＶ４を閉じ、バルブＶ５を開く。これにより、反応器２０に酸素含有ガスＯＧが供給される。
次に、ステップ３２０に移行し、加熱器４０による加熱温度を上昇させ、これにより、第１触媒の温度を第２再生反応に必要な温度まで上昇させる。
【００８５】
このステップ３２０において、第２再生反応が行われる。
第２再生反応では、酸素を含む雰囲気の下、第１触媒に付着している重質油由来の成分（付着成分）が燃焼し、この燃焼により付着成分が分解して気体状態の分解生成物を生じる。気体状態の分解生成物は反応器２０から配管４２に排出される。分解生成物は、その後、触媒室３６及び液化器５０を経由し、配管５６を通って系外に排出される。
【００８６】
次に、ステップ３３０に移行し、第２再生反応が行われた時間ｔと予め定めた閾値Ｔとが、ｔ＞Ｔを満たすか否かが判定される。
閾値Ｔは、第２再生反応に必要な時間を示す指標であり、第１触媒の量や第１触媒に付着した付着成分の状況等を考慮して適宜設定できるが、例えば、２時間〜６時間がより好ましく、３時間〜５時間が特に好ましい。また、第２再生反応に必要な時間は、第１反応を実施した時間以下であることが好ましい。
例えば、第１反応によって第１触媒に付着成分が付着すると、第１触媒の色の変化が視認される場合がある。従って、まず、使用開始時の第１触媒の色を目視で観察し、次いで第２再生反応を行って第１触媒の色を目視で観察し、第１触媒の色が使用開始時の色に近い状態まで戻れば、第２再生反応が十分に行われたこととなる。この目視観察（予備実験）の結果に基づき、閾値Ｔを定めることもできる。
【００８７】
ステップ３３０において、ｔ＞Ｔを満たさないと判定された場合には、第２再生反応が継続される。
ステップ３３０において、ｔ＞Ｔを満たすと判定された場合には、第２再生反応が十分に行われたため、ステップ３４０に移行する。
【００８８】
ステップ３４０では、バルブＶ５を閉じ、バルブＶ４を開く。すると、反応器２０内への酸素含有ガスの供給が停止され、代わりに、反応器２０内にキャリアガスが供給される。これにより、第２再生反応（付着成分の燃焼）が終了する。
次に、ステップ３５０に移行し、加熱器４０による加熱温度を低下させ、これにより、触媒温度を第１反応に必要な温度にまで低下させる。
【００８９】
次に、ステップ３６０に移行し、バルブＶ１、バルブＶ２、及びバルブＶ６を開き、送液手段Ｐ１をオンする。このステップ３６０では、ステップ２００及び２１０と同様に、質量比〔重質油／第１触媒〕が予め定めた閾値以上となるまで、反応器２０に重質油が供給される。
その後、再び軽質化反応（反応器２０内での第１反応及び触媒室３６内で第２反応）が開始され、生成された軽質油が軽質油収容器６０に液体状態で収容される。
【００９０】
次に、ステップ３７０に移行し、重質油軽質化装置１００の停止要求があるかどうかを判断する。
停止要求が無いと判断された場合には、図２中のステップ２２０に戻り、軽質化反応が継続される。
停止要求があると判断された場合には、本ルーチンを終了する。
【００９１】
以上で説明した制御ルーチンの一例では、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ１を満たすか否かの判定（ステップ２３０）と、軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ２を満たすか否かの判定（ステップ２８０）と、を別個に行っているが、ステップ２３０で軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ１を満たすか否か及び軽質油収量Ｚ≦閾値Ｑ２を満たすか否かを同時に判定し、軽質化反応継続、第１再生反応への移行、及び第２再生反応への移行の判断を同時に行う制御ルーチンに変更してもよい。
【００９２】
以上、第１実施形態における一連の動作を、制御装置８０における制御ルーチンによって実行する場合について説明したが、上記一連の動作は、制御ルーチンではなく手動によって実行してもよいことはもちろんである。この場合、制御装置８０は省略されていてもよい。また、検出手段Ｓ１〜Ｓ３の少なくとも一つを省略することもできる。
【００９３】
また、第１実施形態における反応器は、第２再生反応（高温酸化による触媒再生）を行う形態には限定されず、この第２再生反応は、重質油軽質化装置外で行ってもよい。
この場合、第１実施形態における配管４８及びバルブＶ５を省略することができる。
【００９４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照しながら説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る重質油軽質化装置４００を模式的に示した概略構成図である。
図４に示すように、第２実施形態に係る重質油軽質化装置４００は、第１実施形態に係る重質油軽質化装置１００において、途中に触媒室３６が設けられた配管４２が、触媒室が設けられていない配管４４２に変更されている点、及び、気相部に触媒が設けられていない反応室２０が、気相部に第２触媒３４が配置された反応室４２０に変更されている点以外は重質油軽質化装置１００と同様の構成である。
重質油軽質化装置４００における好ましい態様や変形例も、重質油軽質化装置１００における好ましい態様や変形例と同様である。
このため、第２実施形態に係る重質油軽質化装置４００も第１実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様にして作動（制御手段による作動又は手動による作動）し、第１実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様の効果（触媒の総再生時間の短縮ほか）が奏される。
重質油軽質化装置４００は、特に、反応室４２０の気相部に第２触媒３４が配置されたことにより、軽質化ガスの熱を直接的に利用して第２触媒３４を加熱できるという利点を有する。また、装置をコンパクトに構成可能であるという利点を有する。
反応室４２０の気相部に第２触媒３４を配置する方法には特に制限はないが、気相部にメッシュ状の触媒支持部材（不図示）を設け、この触媒支持部材に第２触媒３４を支持させる方法や、気相部の壁面に第２触媒３４を付着させる方法等が挙げられる。
【００９５】
本発明の重質油軽質化装置のその他の実施形態としては、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた実施形態も挙げられる。この実施形態では、反応器の気相部に配置される第２触媒と、触媒室に配置される第２触媒と、は同種であっても異種であってもよい。
【実施例】
【００９６】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に示す実施例に限定されるものではない。
以下の実施例では、図１に示す重質油軽質化装置１００を、制御手段８０による制御ルーチンによってではなく、手動によって作動させて実験を行った。
【００９７】
〔実験例１〕
実験例１として、重質油軽質化装置１００を用い、反応器２０に収容された基準量の第１触媒２２に対して触媒を追加する場合における、触媒を追加する位置の影響を調査した。
詳細には、触媒を追加する位置を反応器２０の液相部とした比較例、及び、触媒を追加する位置を触媒室３６とした実施例について、それぞれ、基準量に対する追加量（触媒を追加した量）の比率（質量比〔追加量／基準量〕）と、軽質油収容器に収容された軽質油ＬＯの性状（成分組成）と、の関係を調べ、両者を対比した。
軽質油ＬＯの性状（成分組成）の測定は、石油学会規格（ＪＰＩ−５Ｓ−４９−２００７）のタイプ分析により、軽質油ＬＯ中に含まれる、飽和分、不飽和分、及びアロマ分（芳香族分）の各濃度（％）を測定することにより行った。
ここで、濃度の単位である「％」は、体積％である
重質油ＨＯとしては、動粘度が１５ｃＳｔ（２５℃）であり、蒸留特性が０〜９０％留出温度３２０〜４５０℃の物性を有するＢ重油相当の重質油（具体的には、藻類（オーランチオキトリウム）産生オイルの主成分であるスクアレン）を用いた。
基準量の第１触媒２２及び追加する触媒としては、いずれも、メソポーラスシリカを主成分とする、直径２〜３ｍｍのペレット状の触媒を用いた。
【００９８】
＜反応器の液相部への触媒の追加（比較例）＞
まず、反応器２０に基準量の第１触媒２２に収容した状態とし、かつ、触媒室３６を空とした状態（触媒を収容していない状態）として、質量比〔追加量／基準量〕＝０の場合の軽質油の性状の測定を行った。
具体的な操作は以下のとおりである。
送液手段Ｐ１（ここでは送液ポンプを用いた）をオンし、バルブＶ１、バルブＶ２、バルブＶ４、及びバルブＶ６を開き、反応器２０内における質量比〔重質油／第１触媒〕を６．０に維持し、キャリアガスＣＧとして窒素ガスを供給しながら、反応器２０内で軽質化ガスを生成し（第１反応）、生成した軽質化ガスを液化器５０（冷却温度を０℃とした）で液化して軽質油ＬＯを生成し、生成した軽質油ＬＯを軽質油収容器６０内に収容した。
このとき、反応器２０内における反応温度（第１触媒の温度）は２５０℃とした。
また、反応器２０内の気相部の圧力は、０．１ＭＰａとした。
また、キャリアガスＣＧの流量は、反応器２０内の重質油質量流量（ｇ／ｓ）と同程度となるように調整した。
【００９９】
軽質油収容器６０内に収容された軽質油ＬＯについて、上述した測定を行った。
測定結果を図５に示す。
【０１００】
次に、反応器２０の液相部に所定量の触媒を追加したこと以外は上記と同様にして軽質油ＬＯを生成し、軽質油収容器６０内に収容された軽質油ＬＯについて、上述した測定を行った。
測定結果を図５に示す。
【０１０１】
＜触媒室への触媒の追加（実施例）＞
上記比較例において、反応器２０の液相部に所定量の触媒を追加する操作を、触媒室３６に所定量の触媒を追加する操作に変更したこと以外は上記比較例と同様にして軽質油ＬＯを生成し、軽質油収容器６０内に収容された軽質油ＬＯについて、上述した測定を行った。
即ち、この実施例における軽質油ＬＯは、基準量の第１触媒２２を含む反応器２０による第１反応、及び、追加された触媒（即ち、第２触媒）を含む触媒室３６における第２反応を経て得られた軽質油である。
この実施例において、触媒室３６における第２触媒の温度は、２００℃であった。
測定結果を図５に示す。
【０１０２】
図５は、本実験例１（実施例及び比較例）において、質量比〔追加量／基準量〕と、軽質油中の各成分（飽和分、不飽和分、及びアロマ分）の濃度と、の関係を示すグラフである。
図５に示すように、反応器の液相部への触媒の追加（比較例）と、触媒室への触媒の追加（実施例）とでは、軽質油中の各成分（飽和分、不飽和分、及びアロマ分）の濃度の有意な差は見られなかった。
この結果より、第１反応及び第２反応によって軽質油を得る方法（実施例）により、第１反応のみによって軽質油を得る方法（比較例）とほぼ同じ性状（成分組成）の軽質油を生成できることが確認された。
【０１０３】
〔実験例２〕
実験例２として、触媒室３６中の触媒温度の影響を調査した。
具体的には、実験例１中の実施例において、触媒室３６中の触媒（第２触媒）の量を、反応器２０の液相部中の触媒（第１触媒）の量の２／３に固定し、かつ、触媒室３６における第２触媒の温度を図６に示すように変化させたこと以外は実験例１中の実施例と同様にして軽質油ＬＯを生成し、軽質油収容器６０内に収容された軽質油ＬＯについて、実験例１と同様の測定を行った。
実験例２において、第２触媒の温度の変更は、触媒室３６の保温度合いを変更することにより行った。
測定結果を図６に示す。
【０１０４】
図６は、本実験例２において、第２触媒の温度と、軽質油中の各成分（飽和分、不飽和分、及びアロマ分）の濃度と、の関係を示すグラフである。
図６に示すように、第２触媒の温度を上げること、具体的には１５０℃以上とすることにより、軽質油中の飽和分の濃度を上昇させ、かつ、不飽和分の濃度を低下させることができた。
特に、第２触媒の温度が１８０℃以上（更には１９０℃以上、更には２００℃以上）である領域では、ほぼ同じ性状（成分組成）の軽質油が得られた。
【０１０５】
〔実験例３〕
実験例３として、軽質化反応後の第１触媒及び第２触媒について、それぞれ、第１再生反応による再生を行い、再生時間と付着成分の除去割合との関係を調査した。
以下、具体的な操作を説明する。
【０１０６】
（第１触媒の第１再生反応による再生）
実験例２と同様の軽質化反応（第２触媒の温度は２００℃とした）を６時間行い、軽質化反応後の第１触媒及び第２触媒を準備した。
次に、バルブＶ１及びバルブＶ２を閉じ、バルブＶ３を開き、反応器２０内の重質油を、質量比〔重質油／第１触媒〕が１．５となるまで排出した。その後、送液手段Ｐ１をオフした。第２触媒は取り出した。その他の条件は、軽質化反応の条件と同様にして、反応器２０内で第１触媒の第１再生反応を行った。
【０１０７】
上記第１再生反応の時間（再生時間）と、第１触媒に付着した付着成分の除去割合との関係を調べた。測定結果を図７に示す。
付着成分の除去割合は、以下のようにして求めた。
第１再生反応前、及び、第１再生反応の時間（再生時間）が１時間経過するごとに、第１触媒及び第１触媒に付着した付着成分の合計質量を測定した。第１再生反応終了後、第１触媒を５００℃で６時間酸化再生して第１触媒に付着した付着成分を全て除去し、第１触媒のみの質量を測定した。
以上の結果に基づき、再生時間１時間経過ごとに、付着成分の質量（第１再生反応前の付着成分の質量を１．０としたときの相対値）を求めた。次いでこの相対値に基づき、下記式により、再生時間１時間経過ごとに、付着成分の除去割合をそれぞれ求めた。
付着成分の除去割合  ＝  １．０−付着成分の質量（第１再生反応前の付着成分の質量を１．０としたときの相対値）
【０１０８】
（第２触媒の第１再生反応による再生）
実験例２と同様の軽質化反応（第２触媒の温度は２００℃とした）を６時間行い、軽質化反応後の第１触媒及び第２触媒を準備した。
次に、反応器２０から重質油及び第１触媒を取り出した。触媒室３６内の第２触媒はそのままとした。質量比〔重質油／第２触媒〕は１．１であった。
この状態で、上記「第１触媒の第１再生反応による再生」と同様の操作を行うことにより、第２触媒の第１再生反応による再生を行った。
次に、上記「第１触媒の第１再生反応による再生」と同様にして、上記第１再生反応の時間と、第２触媒に付着した付着成分の除去割合との関係を調べた。測定結果を図７に示す。
【０１０９】
図７は、実験例３において、第１再生反応の再生時間と、触媒に付着した付着成分の除去割合と、の関係（第１触媒と第２触媒との対比）を示すグラフである。
図７に示すように、第２触媒は第１触媒と比較して、短時間の再生時間で付着成分を除去できた。これにより、第１触媒は第２触媒と比較して、長い再生時間が必要であることが確認された。
【０１１０】
〔実験例４〕
実験例４として、軽質化反応後の第１触媒について、第１再生反応の再生時間と、第１触媒に付着した付着成分の除去割合と、の関係を調査した。
具体的には、第１触媒を１．０質量部とした条件、及び、第１触媒を２．５質量部とした条件（第１触媒を１．０質量部とした条件に対し、第１触媒の量を増量した条件）の２条件について、それぞれ、実験例３の「第１触媒の第１再生反応による再生」と同様の操作を行った。
【０１１１】
図８は、実験例４において、第１再生反応の再生時間と、触媒に付着した付着成分の除去割合と、の関係（第１触媒を１．０質量部とした条件と第１触媒を２．５質量部とした条件との対比）を示すグラフである。
図８に示すように、第１触媒を１．０質量部とした条件では、第１触媒を２．５質量部とした条件と比較して、短時間の再生時間で付着成分を除去できた。
これにより、第１触媒の量を減らすことで、第１触媒の再生時間を短くできることが確認された。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  重質油貯留器
２０、４２０  反応器
２２  第１触媒
２４Ａ  重質油排出口（重質油排出口Ａ）
２４Ｂ  重質油排出口（重質油排出口Ｂ）
３０  戻し配管
３４  第２触媒
３６  触媒室
４０  加熱器
５０  液化器
６０  軽質油収容器
７０  分解生成物収容器
８０  制御装置
１００、４００  重質油軽質化装置
ＣＧ  キャリアガス
ＣＰ  分解生成物
ＨＯ  重質油
ＬＯ  軽質油
ＯＧ  酸素含有ガス
Ｐ１、Ｐ２  送液手段
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  検出手段
【図１】
2015067710.tif 000003
【図２】
2015067710.tif 000004
【図３】
2015067710.tif 000005
【図４】
2015067710.tif 000006
【図５】
2015067710.tif 000007
【図６】
2015067710.tif 000008
【図７】
2015067710.tif 000009
【図８】
2015067710.tif 000010