(57)【要約】      （修正有）【課題】タール液位を簡易な設備で計測し、タールと軽質油分の良好な分離を実現する重油改質装置及び重油改質装置のタール液位調整方法を提供する。【解決手段】改質器６から改質油２又はタール４を抜き出すサンプル系統１６と、サンプル系統１６を流れる流体の物性値を計測する計測装置と、タール排出系統１０を流れるタール４の流量を調整するタール調整バルブ８、９と、計測装置から入力された物性値に基づきタール調整バルブ８、９の開度を制御する制御装置１２を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重油と水を高温・高圧の条件で混合して改質油及びタールを生成する改質器と、該改質器で生成した前記タールを該改質器の外部に抜き出すタール排出系統とを備えた重油改質装置であって、
前記改質器から前記改質油又は前記タールを抜き出すサンプル系統と、
該サンプル系統を流れる流体の物性値を計測する計測装置と、
前記タール排出系統を流れるタールの流量を調整するタール調整バルブと、
前記計測装置から入力された物性値に基づき前記タール調整バルブの開度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする重油改質装置。
【請求項２】
請求項１記載の重油改質装置であって、
前記計測装置が流体の粘度計であることを特徴とする重油改質装置。
【請求項３】
請求項１記載の重油改質装置であって、
前記計測装置が流体の温度計であることを特徴とする重油改質装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の重油改質装置であって、
前記改質器の下部の径を上部の径より小さくし、かつ前記サンプル系統を前記改質器の底面より挿入したことを特徴とする重油改質装置。
【請求項５】
請求項２記載の重油改質装置であって、
前記粘度計より上流側の前記サンプル系統に冷却器を設けたことを特徴とする重油改質装置。
【請求項６】
請求項５記載の重油改質装置であって、
前記冷却器に供給する冷媒の量を、流体の粘度により制御することを特徴とする重油改質装置。
【請求項７】
重油と水を高温・高圧の条件で改質して改質油及びタールを生成する改質器と、該改質器で生成した前記タールを該改質器の外部に抜き出すタール排出系統とを備えた重油改質装置のタール液位調整方法であって、
前記改質器から抜き出された前記改質油又は前記タールの物性値を計測し、
該物性値に基づき前記タール排出系統を流れるタール流量を制御することを特徴とする重油改質装置のタール液位調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油改質装置及び重油改質装置のタール液位調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高温・高圧水を用いて重油を軽質化し、改質燃料とする改質装置が開示されている。この改質装置では、内部に溜まる残渣油の液位を計測しなければ、改質装置の上部から残渣油が溢れる可能性がある。そのため、特許文献１の改質装置では、改質装置からタールを排出する排出管に超音波センサを用いる。
【０００３】
また、本発明と類似の技術分野として、製油所で使用する重油熱分解装置がある。当該装置では、反応炉の外側に設置した放射線式液位計を使用する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、改質装置の液位を直接計測する方法は開示しない。
【０００６】
また、重油改質装置に放射線式液位計を用いた場合、製油所で使用する重油熱分解装置に比べてその使用条件が厳しいために、改質器の材料肉厚が厚くなる。そのため、強い放射線源が必要となり、重油改質装置付近を立ち入り制限区域等に指定する必要が生じる。また、放射源も、製油所で使用する重油熱分解装置に比べて、更に強力な放射源が必要となる課題があった。
【０００７】
本発明は、タール液位を簡易な設備で計測し、タールと軽質油分の良好な分離を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、改質器から改質油又はタールを抜き出すサンプル系統と、サンプル系統を流れる流体の物性値を計測する計測装置と、タール排出系統を流れるタールの流量を調整するタール調整バルブと、計測装置から入力された物性値に基づきタール調整バルブの開度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タール液位を簡易な設備で計測し、タールと軽質油分の良好な分離を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、改質器内部の液位を、サンプル系統から得られる液体の物性値により、識別するものである。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の重油改質装置及びその構成を図１によって説明する。
【００１２】
図１は、流体の物性値として、粘性を用いた場合の実施例である。図において、高温・高圧条件での水と重油の混合流体１は改質器６に供給され、タール及び改質油を生成する。改質油２は改質器６の上部から抜き出され、タール４は改質器６の下部に滞留する。改質器６の底面にはタール排出系統１０を備え、改質器６からタールが排出される。タール排出系統１０には、２つのタール調整バルブ８，９が設けられており、２つのタール調整バルブを開閉することにより、改質器６内のタール液位を調整する。
【００１３】
改質器６の側面には、改質油又はタールを抜き出すサンプル系統１６の一端が設けられており、他端はタール排出系統１０と合流する。なお、サンプル系統１６は、タール排出系統１０に設けられたタール調整バルブ８，９の間の流路と合流している。また、サンプル系統１６には、流体の物性値を計測する計測装置が設けられている。本実施例では計測装置として粘度計１１を使用する。
【００１４】
タール調整バルブ８，９は、制御装置１２によって開度を調整する。具体的には、粘度計１１で計測した流体の粘度値１３を制御装置１２に送信する。制御装置１２は、流体の粘度に基づいて、タール調整バルブ８，９にそれぞれ開度信号１４，１５を送信して、バルブの開度を調整する。
【００１５】
次に、改質器の液位を調整する方法について、以下説明する。図１において、高温・高圧条件での水と重油の混合流体１は、改質器６へ流入する。重油を改質する際には、350〜５５０℃，５〜３０ＭＰａの条件下で行う。その際、混合流体１中のタール分は比重が重いため、重力他の作用により液滴５と軽質油分３に分離し、タール液滴５は容器下部に落下、滞留し、タール液層４を形成する。一方、軽質分３は、容器上部から流出する。そして、改質器６の内部には、予め設定されたタール液位の位置にサンプル系統１６の入口部を設置する。サンプル系統１６からは、改質器内の流体１７が抜き出される。タールと軽質油では、最大１０倍以上の粘度の差異が生じる。そこで、サンプル系統１６を流れる流体の粘度を監視することで、サンプル系統１６の入口部にタール液位が達しているか否か判断している。
【００１６】
具体的には、粘度計１１により計測された流体粘度の信号は信号線１３により、制御装置１２に送られる。制御装置１２は、予め規定されたタール粘度と、粘度計１１から得られた流体粘度とを比較し、サンプル系統１６を流れる流体がタールであるか否か、判定する。そして、サンプル系統１６を流れる流体の粘度がタール粘度と一致した場合、サンプル系統１６の入口部にタール液位が到達していることを意味する。従って、制御信号線
１４を経て、タール調整バルブ８に開指令を出す。なお、タール調整バルブ９には閉指令を出し、改質器６の内部圧力を維持する。そして、タール調整バルブ８に閉指令を出すとともに、タール調整バルブ９に開指令をだして、タールを排出する。
【００１７】
反対に、流体１７の粘度がタールよりも低い場合には、サンプル系統の入口部にタール４の液位が来ていないことを示すため、タール調整バルブ８に閉指令を出す。タール調整バルブ９は、タール調整バルブ８の開閉と逆に稼動する。
【００１８】
なお、サンプル系統１６の流体１７は粘度計１１にて粘度計測を終了した後に、圧力差によりタール排出系統１０へ送られる。これにより、流体１７の粘度を介して、改質器内のタール液位を一定にできる。また、放射線を用いなくとも、タール液位をサンプル系統という簡易な設備で計測することが出来る。そして、タール液位を常時一定にしておくことができるため、タールと軽質油分の良好な分離が可能である。
【実施例２】
【００１９】
図２は、流体の物性値として、温度を用いた場合の実施例である。以下、実施例１と異なる部分のみ、説明する。図２では、熱電対による流体の温度計１９を用いている。
【００２０】
本実施例では、タールと軽質油では、タールの温度が軽質油の温度より高く、最大５０−７０℃程度の温度の差異が生じることを利用している。温度計１９により計測された流体温度の信号は信号線１３により、制御装置１２に送られる。予め設定されたタールの温度と信号線１３からの温度信号を比較し、流体温度がタール温度に一致すれば、サンプル系統の入口部にタール４の液位が到達していることを示す。そのため、制御信号線１４を経て、タール調整バルブ８に開指令を出す。
【００２１】
反対に、流体１７の温度がタール温度よりも低い場合には、サンプル系統１６の入口部にタール４の液位が到達していないことを示すので、タール調整バルブ８に閉指令を出す。
【００２２】
なお、タール調整バルブ９は、実施例１と同様にタール調整バルブ８の開閉と逆に稼動する。また、抜き出された流体１７は温度計１９にて温度計測を終了した後に、圧力差によりタール排出系統１０へと送られる。これにより、流体１７の温度を介して、容器内のタール液位を一定にできる。
【実施例３】
【００２３】
図３は、流体の物性値として、実施例１と同様に粘性を用いた場合を示す。本実施例では、改質器６の形状及びサンプル系統の入口を配置する位置が、実施例１と異なっている。
【００２４】
改質器６は、径が異なる２つの円柱を縦方向に繋げた形状をしており、上部６ａ，下部６ｂに分かれる。上部６ａの直径が、下部６ｂの直径よりも大きく、両者の中心軸は一致している。また、下部６ｂ及び上部６ａの一部にタールが貯留する。
【００２５】
容器下部を、上部６ａより径の小さい形状にすることで、下部６ｂを形成する部材の肉厚を薄くできる。また、サンプル系統１６を肉厚の薄い下部６ｂから挿入することにより、容器の強度上の信頼性を増大できる。なお、本実施例では、タール排出系統１０を設けた面と同じ面からサンプル系統１６を挿入する。改質器の内部に設けられたサンプル系統１６の入口は、予め設定したタール液位の位置に設けられている。そして、改質器内の流体がサンプル系統１６に流入する。
【００２６】
図３では、流体の計測装置として、粘度計１１を用いている。タールと軽質油では、最大１０倍以上の粘度の差異が生じる。粘度計１１により計測された流体粘度の信号は、信号線１３により制御装置１２に送られる。予め設定されたタールの粘度と信号線１３からの粘度信号を比較し、流体粘度がタール粘度に一致すれば、サンプルライン設置箇所にタール４の液位が来ていることを示す。そのため、制御信号線１４を経て、タール調整バルブ８に開指令を出す。反対に、流体１７の粘度がタール粘度よりも低い場合には、サンプルライン設置箇所にタール４の液位が来ていないことを示すので、タール調整バルブ８に閉指令を出す。タール調整バルブ９は、タール調整バルブ８の開閉と逆に稼動する。
【００２７】
また、サンプルされた流体１７は粘度計１１にて粘度計測を終了した後に、圧力差によりタール排出系統１０へと送られる。これにより、流体１７の粘度を介して、容器内のタール液位を一定にできる。
【実施例４】
【００２８】
図４は、流体の物性値として、実施例１と同様に粘性を用いた場合を示す。本実施例では、サンプル系統に流体の冷却器２０を設けた点が、実施例１と異なっている。
【００２９】
タールと軽質油では、最大１０倍以上の粘度の差異が生じる。特に、流体温度が低い場合、その差異は顕著となる。そこで、本実施例では粘度計１１によってサンプル系統１６を流れる流体の粘度を計測する前に、流体を冷却する冷却器２０を設けている。差異が顕著となる温度は１５０℃程度が好ましい。
【００３０】
粘度計１１により計測された流体粘度の信号は、信号線１３により制御装置１２に送られる。そして、予め設定されたタールの粘度と信号線１３からの粘度信号を比較し、流体粘度がタール粘度に一致すれば、サンプル系統の設置箇所にタール４の液位が来ていることを示す。そのため、制御信号線１４を経て、タール調整バルブ８に開指令を出す。反対に、流体１７の粘度がタールよりも低い場合には、サンプル系統の設置箇所にタール４の液位が来ていないことを示すので、タール調整バルブ８に閉指令を出す。タール調整バルブ９は、タール調整バルブ８の開閉と逆に稼動する。
【００３１】
流体１７は粘度計１１にて粘度計測を終了した後に、圧力差によりタール排出系統１０へと送られる。これにより、流体１７の粘度を介して、容器内のタール液位を一定にできる。また、粘度を計測する前に、冷却器２０により、タールと軽質油の粘度の差異を大きくすることにより、より効果的に液位計測が可能となる。
【実施例５】
【００３２】
図５は、実施例４と同様に、サンプル系統に冷却器を設けている。本実施例では、冷却器に冷却媒体を供給するポンプの動作を制御する点が、実施例４と異なっている。
【００３３】
サンプル系統１６に流入する液体は、冷却器２０を経て、粘度計１１ａに至る。タールと軽質油では、最大１０倍以上の粘度の差異が生じる。特に、流体温度が低い場合、その差異は顕著となる。しかし、タールを一定温度以下に冷却すると、逆に粘度が高くなり過ぎ、サンプル系統１６を閉塞する可能性が生じる。そこで、本実施例では、冷却器２０によって冷却された流体１７の粘度が一定値を超えないように、冷却器２０に供給する冷媒の供給量を制御する。
【００３４】
粘度計１１ａにより計測された流体粘度の信号は、信号線１３ａにより制御装置１２に送られる。制御装置１２には、サンプル系統１６を流れる流体粘度の上限値が設定されている。そして、予め設定された流体粘度の上限値と信号線１３ａからの粘度信号を比較し、流体粘度が設定値より高い場合、冷媒を供給するポンプ２３の圧力を減少させる。また、流体粘度が設定値より低い場合、冷媒を供給するポンプ２３の圧力を増加させる。このように、流体粘度に応じて、冷却器２０に供給する冷媒の供給量を変化させるため、サンプル系統１６に流体１７が閉塞することを抑制することが出来る。
【００３５】
また、制御装置１２には、前述の流体粘度の上限値とは別に、タールの粘度についても設定されている。そして、予め設定されたタールの粘度と信号線１３ａからの粘度信号を比較し、タール粘度に一致すれば、サンプル系統１６の設置箇所にタール４の液位が来ていることを示す。そのため、制御信号線１４を経て、タール調整バルブ８に開指令を出す。反対に、流体１７の粘度がタールよりも低い場合には、サンプル系統の設置箇所にタール４の液位が来ていないことを示すので、タール調整バルブ８に閉指令を出す。タール調整バルブ９は、タール調整バルブ８の開閉と逆に稼動する。
【００３６】
図６は、制御装置１２の内部構成を示す。制御装置１２は、物性値計測部３２，粘度上限判定器３３，液位判定器３４，バルブ開閉指令部３５，ポンプ駆動部３６よりなる。物性値計測部３２は、サンプル系統１６を流れる流体の粘度を粘度計１１ａから取得する。粘度上限判定器３３は、事前に設定された粘度上限値３０と比較して、サンプル系統１６を流れる流体の粘度が適正かどうか、判定する。流体粘度が粘度上限値３０を超えている場合、ポンプ駆動部３６に信号を出す。ポンプ駆動部３６は、冷却器２０に供給する冷媒２１の供給量を減少させる。一方、流体粘度が粘度上限値３０を超えていない場合、冷却器２０への冷媒量を増やすように、ポンプ駆動部３６に信号を送信する。同時に、液位判定器３４においてサンプル系統１６を流れる流体の粘度がタール粘度と同等であるか、判定する。具体的には、サンプル系統１６に設けられた温度計１１ｂから得られた流体温度と、事前に設定されたタール粘度データベース３１から読み出したタール粘度に基づき、流体粘度がタール粘度と同等であるか、判定する。その結果、流体粘度がタール粘度より低いと判定した場合、バルブ開閉指令部３５に対して、タール調整バルブ８を閉じる信号を送信する。また、流体粘度がタール粘度と同等と判定した場合、バルブ開閉指令部３５に対して、タール調整バルブ８を開き、タールを抜き出すように信号を送信する。
【００３７】
なお、流体１７は粘度計１１ａにて粘度計測を終了した後に、圧力差によりタール排出系統１０へと送られる。これにより、流体１７の粘度を介して、容器内のタール液位を一定にできる。冷却器２０により、タールと軽質油の粘度の差異量を大きくすることにより、より効果的に液位計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】サンプル系統に粘度計を設けた実施例である。
【図２】サンプル系統に温度計を設けた実施例である。
【図３】サンプル系統に粘度計を設けると共に、改質器の形状を変えた実施例である。
【図４】サンプル系統に冷却器と粘度計を設けた実施例である。
【図５】サンプル系統に冷却器と粘度計を設けると共に、冷却器の冷媒供給量を制御する実施例である。
【図６】制御装置の内部構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  混合流体
２  改質油
３  軽質油分
４  タール液層
５  タール液滴
６  改質器
８，９  タール調整バルブ
１０  タール排出系統
１１  粘度計
１２  制御装置
１６  サンプル系統
１９  温度計
２０  冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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