(57)【要約】      （修正有）【課題】重油加熱器において重油からのコークス発生を抑制する改質反応装置を提供する。【解決手段】重油を供給する系統の上流側から順に、重油を加熱する低圧の重油予熱器と６ａ、前記加熱させた後の重油を更に昇温する高圧の重油予熱器１２を備え、前記供給系統からの加熱重油を高温高圧水により改質反応させて改質油とタールとに分離する改質器３２を備えたことを特徴とする。【効果】重油加熱器において重油からのコークス発生を抑制することができる。【選択図】図１
2008239655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重油を供給する系統の上流側から順に、重油を加熱する低圧の重油予熱器と、前記加熱させた後の重油を更に昇温する高圧の重油予熱器を備え、前記供給系統からの加熱重油を高温高圧水により改質反応させて改質油とタールとに分離する改質器を備えたことを特徴とする改質反応装置。
【請求項２】
請求項１に記載の改質反応装置において、前記低圧の重油予熱器を並列に複数設けたことを特徴とする改質反応装置。
【請求項３】
請求項１に記載の改質反応装置において、前記低圧の重油予熱器に酸素と不活性ガスを供給するガス供給系統が設けられたことを特徴とする改質反応装置。
【請求項４】
重油を供給する系統の上流側から順に、重油を加熱する温度帯を異ならしめた低温側の低圧の重油予熱器及び高温側の低圧の重油予熱器と、前記加熱させた後の重油を更に昇温する高圧の重油予熱器を備え、前記供給系統からの加熱重油を高温高圧水により改質反応させて改質油とタールとに分離する改質器を備えたことを特徴とする改質反応装置。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の改質反応装置を備え、前記改質油をガスタービン燃料として使用することを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項６】
重油を加熱する低圧の重油予熱器と、前記加熱させた後の重油を更に昇温する高圧の重油予熱器を上流側から順に備え、前記加熱された重油を高温高圧水により改質反応させて改質油とタールとに分離する改質器を備えた改質反応装置の制御方法であって、
前記低圧の重油予熱器を並列に複数設け、
前記低圧の重油予熱器に設けられた伝熱管内部の性能が低下した場合に、残る前記低圧の重油予熱器に切り替えて使用することを特徴とする改質反応装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質反応装置，ガスタービン発電設備及び改質反応装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油をガスタービン発電設備の燃料に用いるためには、ガスタービン翼の腐食の原因となるバナジウムを除去すると共に、油の粘性を低下させる必要がある。
【０００３】
これを実現する方法として、重油と高温高圧水との混合流体を３５０〜５５０℃，５〜３０ＭＰａの条件下で改質反応させて重油を改質し、改質燃料を製造する技術が知られている。
【０００４】
特開２００３−２８６８５８号公報には、高温高圧条件下の改質器において重油と水を混合して改質反応させ、重油から軽質化した改質油を製造し、この改質燃料をガスタービン燃料として使用するガスタービン発電設備が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、高温高圧条件下で重油を加熱する重油加熱器では、熱分解により軽質成分と重質成分とに分離する反応が進む。重質成分は重合を繰返すことにより粘性の高いタールへと変化する。タールは、温度が高くなって重合が進みすぎると、重質成分の一部が固体であるコークスに変化して重油加熱器の伝熱管内面に付着する。そして、重油への伝熱を阻害する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、重油加熱器において重油からのコークス発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
重油を供給する系統の上流側から順に、重油を加熱する低圧の重油予熱器と、前記加熱させた後の重油を更に昇温する高圧の重油予熱器を備え、前記供給系統からの加熱重油を高温高圧水により改質反応させて改質油とタールとに分離する改質器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、重油加熱器において重油からのコークス発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
重油を改質反応させて改質燃料を製造する本発明の改質反応装置及び改質反応装置を備えたガスタービンシステム、その制御方法について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は重油と高温高圧水を改質反応させ、重油から改質燃料を製造する改質反応装置
１００を示すものである。
【００１２】
重油を供給する系統は、重油タンク１の重油を改質器３２に供給するために設けたポンプなどを含めた系統であり、改質器３２の上流側に位置する。以下、重油を供給する系統に設けられた各装置について説明する。
【００１３】
まず、重油タンク１と、この重油タンク１から供給された重油を加圧する低圧の重油ポンプ２と、加圧された重油４を昇温する改質油冷却器５を備える。重油４は、改質油冷却器５にて昇温した後に低圧の重油予熱器６ａに供給し、高温高圧の水との改質反応に適した重油組成まで熱分解させるために３５０℃〜５５０℃まで昇温する。高温高圧水は、超臨界水又は亜臨界水を使用することが出来る。
【００１４】
低圧の重油予熱器６ａで昇温した後、熱分解した重油は重油冷却器７に供給して冷却し、熱分解の過程で生じたガス成分８と液成分（熱分解重油）９とに分離する。熱分解重油９は高圧の重油ポンプ１０で供給され、高圧の重油予熱器１２において改質反応に適した３５０〜４５０℃，５〜３０ＭＰａまで昇温，昇圧する。このように、重油を加熱する際に、低圧の重油予熱器と高圧の重油予熱器に分けることで、コークスの発生を抑制することができる。尚、重油冷却器７での熱分解重油８の冷却温度は、高圧の重油ポンプ１０の使用許容温度までで十分である。使用許容温度が低圧の重油予熱器６ａ出口での重油温度よりも高い場合は、重油冷却器７を必ずしも設ける必要はない。
【００１５】
一方、水タンク２１と、この水タンク２１から高圧の水ポンプ２２によって高圧水系統２３を通して供給した水２４は、重油冷却器７にて昇温した後、高圧水予熱器２５にて改質反応に適した３５０〜４５０℃，５〜３０ＭＰａまで昇温，昇圧する。
【００１６】
昇温，昇圧した熱分解重油９と水２４は、混合器３１にて混合させた後、改質器３２に供給する。そして、高温高圧の水２４により熱分解重油中の軽質成分である改質燃料３３を抽出する。重力により改質器３２下部に存在する重質成分のタール３４は、タール系統３５より抜き出し、タールタンク３６に貯蔵する。
【００１７】
改質器３２で抽出した軽質成分の改質燃料２３と水２４は、改質燃料系統３７に設けた減圧器３８にて減圧した後に気液分離器３９に供給する。気液分離器３９の内部には、常温の水２４ａを流した冷却用伝熱管４０を設ける。そして、水の飽和温度以下まで改質燃料３３と水２４の温度を下げることにより、改質燃料２３と水２４は、気体の改質ガス
４１と水２４を含む液体の改質油４２に分離する。液体の水２４と改質油４２は油水分離器５１にて分離し、それぞれ改質油タンク４３と水タンク２１にて貯蔵する。改質油４２は必要に応じて、改質ガス４１との併用又は単独で使用することができる。
【００１８】
重油中のバナジウム等の重金属は、重質成分のタールの中に主に含まれる。そのため、改質燃料のバナジウム濃度は低減し、改質油の粘性も低下する。よって、バナジウム等の重金属を含むこと、又は粘性が高いことで燃料油として使用できない重油から改質油を製造することで、重油の適用範囲が広くなる。
【００１９】
また、重油の供給系統３には、通常使用する低圧の重油予熱器６ａとは別の低圧の重油予熱器６ｂを並列して接続している。そして、低圧の重油予熱器６ａの上流側・下流側の重油供給系統に切替弁６１ａ，６１ｂを設けており、切替弁６１ａ，６１ｂに挟まれた区間を特に低圧重油供給系統３ａとする。本実施例では、切替弁６１ａ，６１ｂに挟まれた区間に、異なる低圧重油供給系統３ｂを設けている。
【００２０】
重油４は、低圧の重油予熱器６ａで３５０〜５５０℃まで加熱され、高温高圧での改質反応に適した重油組成まで熱分解する。この熱分解により重油の軽質成分と重質成分が生じる。そのため、重油の熱分解が進みすぎると、重質成分が重合して固体であるコークスが発生する。そして、重油予熱器の伝熱管内にコークスが付着し、伝熱性能を低下させる可能性がある。
【００２１】
本実施例では、低圧の重油予熱器６ａの伝熱性能が低下した場合には、切替弁６１ａ，６１ｂにより低圧の重油予熱器６ｂを作動させる。このような運転によって、連続的に重油の供給を可能としている。
【００２２】
低圧の重油予熱器６ａにおける伝熱性能の低下は、伝熱管外面に取り付けた温度計６２の示度により容易に判断することができる。コークスが伝熱管内面に付着すると、コークスが熱抵抗体となるため、加熱量一定条件（例えば電気ヒータを使用）の場合は伝熱管外表面の温度が上昇するためである。コークス付着に伴う伝熱管外面温度の上昇を温度計
６２によりモニタリングし、所定の設定値以上、例えば初期より３０℃以上上昇した時に、低圧の重油予熱器６ｂを昇温して、切替弁６１ａ，６１ｂにて低圧の重油供給系統３ｂに切替えればよい。
【００２３】
また、系統から切り離された低圧の重油予熱器６ａの出入口には、窒素６３と酸素６４を供給するガス供給系統６５を設けている。ガス供給系統６５には、窒素６３の供給量を調整する弁６６ａ，酸素６４の供給量を調整する弁６６ｂ，窒素や酸素を外部へ排出する弁６６ｃを設けている。これらの弁は、重油４を低圧の重油予熱器６ａで昇温する時には閉止しておく。そして、切替弁６１ａ，６１ｂにて重油供給系統３ａが系統から切り離された時に、弁６６ａ，６６ｃは開口して切替弁６１ａと６１ｂに挟まれた区間に窒素６３を供給する。その後、弁６６ｂを開口して酸素６４を供給し、伝熱管温度と酸素濃度を調整することにより、伝熱管内のコークスを徐々に燃焼させて除去する。そして、燃料ガス６７を外部へ放出する。
【００２４】
低圧重油供給系統３ａと、並列配置した低圧重油供給系統３ｂの配管等の構成は同じであり、低圧の重油予熱器６ｂで同様に伝熱管内面へのコークス付着により伝熱性能が低下した場合にも、同様の手順で伝熱管内のコークスを除去する。本実施例により、たとえコークスが発生して重油予熱器の伝熱管内面に付着しても、重油改質反応装置を停止することなく改質燃料を製造することができる。
【００２５】
本実施例では、低圧の重油予熱器６，高圧の重油予熱器１２，高圧水予熱器２５，改質器３２は電気ヒータ６８により昇温又は保温している。但し、高温蒸気又は高温燃焼ガスを用いて昇温又は保温することも可能である。また、熱エネルギーを有効使用するために、改質器冷却器５に重油４，重油冷却器７に水２４を供給して昇温しているが、熱交換せずに直接、低圧の重油予熱器６，高圧水予熱器２５に供給してもよい。更に、気液分離器３９内の改質燃料３３と水２４の冷却のために冷却用伝熱管４０を配置しているが、気液分離器内に低温の水を噴霧して、噴霧水の潜熱と顕熱により冷却することも可能である。
【実施例２】
【００２６】
次に、重油を改質反応させて改質燃料を製造する本発明の別の実施例である改質反応装置１００を図２に示す。本実施例の改質反応装置は図１に示した実施例と基本構成は同じである。ここでは相違する低圧の重油予熱器の構成について説明する。
【００２７】
本実施例では、重油を昇温する温度帯を異ならしめた２つの低圧の重油予熱器を備える。具体的には、重油４を３５０〜４００℃まで昇温する低温側の低圧の重油予熱器１３と、その下流には３５０〜５５０℃まで昇温する高温側の低圧の重油予熱器１４ａと１４ｂが配置されている。高温側の低圧の重油予熱器１４ａは並列に配置されている。重油４の熱分解により重質成分が過剰に重合することによって生じるコークスは、３５０〜４００℃の温度では長時間保持されなければ生じない。一方、重合によって生じるコークスは、重油４の温度が高くなるほど短時間で生じるようになる。そこで本実施例では、重油４を３５０〜５５０℃まで昇温する高温側の低圧の重油予熱器１４を並列に配置している。そのため、例えコークスが発生して伝熱管内面に付着して重油予熱器の伝熱性能が低下しても、高温側の低圧の重油予熱器１４ａの出入口に設けた切替弁６１ａ，６１ｂを切り替えることにより、高温側の低圧の重油予熱器１４ｂを作動させて連続的に重油の供給を可能としている。
【００２８】
高温側の低圧の重油予熱器１４ａの伝熱性能の低下は、伝熱管外面に取り付けた温度計６２の示度により容易に判断することができる。コークス付着に伴う伝熱管外面温度の上昇を温度計６２によりモニタリングしている。そして、所定の設定値以上、例えば初期より３０℃以上上昇した時に、別の高温側の低圧の重油予熱器１４ｂを昇温して、切替弁
６１ａ，６１ｂによって低圧重油供給系統３ｂに切替えることにより、連続した重油の供給運転が可能となる。
【００２９】
また、系統から切り離された高温側の低圧の重油予熱器１４ａの出入口には、窒素６３と酸素６４を供給するガス供給系統６５を設けている。実施例１と同様に、ガス供給系統６５には弁６６ａ，６６ｂ，６６ｃを設けている。そして、重油４を高温側の低圧の重油予熱器１４ａにて昇温する時には閉止しておく。切替弁６１ａ，６１ｂにて低圧重油供給系統３ａが系統から切り離された時に、弁６６ａ,６６ｃは開口して切替弁６１ａ,６１ｂで閉止した区間の伝熱管内に窒素６３を供給する。その後、弁６６ｂを開口して酸素６４を供給し、伝熱管温度と酸素濃度を調整することにより、伝熱管内のコークスを徐々に燃焼させて除去し、燃料ガス６７を外部へ放出する。本実施例では、コークスが発生して伝熱管内面に付着して性能が低下するポテンシャルの高い、高温側の低圧の重油予熱器を並列配置する。そのため、常時使用しない重油予熱器の容量を小さくできると共に、酸素供給によりコークスを燃焼して除去する伝熱管の範囲を小さくできる。
【００３０】
本実施例により、たとえコークスが発生して高温側の低圧の重油予熱器における伝熱管内面に付着しても、改質反応装置を停止することなく改質燃料を製造することができる。
【実施例３】
【００３１】
次に、本発明の他の実施例である改質反応装置を備えたガスタービン発電設備２００について図３を参照して説明する。図３において、本実施例の改質反応装置は図１に示した実施例と基本構成は共通であり、詳細な説明は省略する。
【００３２】
本実施例では、改質器３２からの改質燃料３３と水２４は、減圧器３８にてガスタービンの燃焼器７１での燃焼に適切な圧力まで減圧し、気液分離器３９に供給する。気液分離器３９に設けられた冷却用伝熱管は、気液分離器内の設定圧力における水の飽和温度より高くなるように温度を調節する。そして、気液分離器３９の改質燃料３３と水２４は、水２４を含まない改質油４２を改質油タンク４３に供給する。改質油タンク４３内の改質油４２は、ガスタービンの燃焼器７１に必要な量を改質油ポンプ４５にて改質油系統４６を通じて燃焼器７１に供給する。また気液分離器３９内で生成されたガス状の改質ガス４１と水（蒸気）２４は、改質ガス系統４４を通して直接ガスタービンの燃焼器７１に供給する。燃焼器７１では圧縮器７２によって圧縮された空気も供給されており、改質油４２及び改質ガス４１はこの圧縮された空気と共に燃焼器７１にて燃焼される。燃焼器７１で燃焼して発生した燃焼ガスはタービン７３を駆動し、このタービン７３の駆動によって発電機７４を回転させて発電し、電力を得る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は高温高圧の条件下で重油と水を混合して改質反応させ、軽質成分の改質燃料と重質成分のタールとに分離して改質燃料を製造する重油の改質反応装置、並びに改質燃料を燃料とする改質反応装置を備えたガスタービンシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例である重油を改質反応させて改質燃料を製造する改質反応装置を示す図。
【図２】本発明の他の実施例である重油を改質反応させて改質燃料を製造する改質反応装置を示す図。
【図３】本発明の更に別の実施例である重油から改質燃料を製造する改質反応装置を備えたガスタービンシステムを示すプラント系統図。
【符号の説明】
【００３５】
１  重油タンク  
２  低圧の重油ポンプ
６ａ，６ｂ  低圧の重油予熱器
１２  高圧の重油予熱器
１３  低温側の低圧の重油予熱器
１４  高温側の低圧の重油予熱器
２１  水タンク
３１  混合器
３２  改質器
３３  改質燃料
３４  タール
３５  タール系統
３６  タールタンク
３７  改質燃料系統
３８  減圧器
３９  気液分離器
４０  冷却用伝熱管
４１  改質ガス
４２  改質油
４３  改質油タンク
６１ａ，６１ｂ  切替弁
６２  温度計
６５  ガス供給系統
６６ａ，６６ｂ，６６ｃ  弁
７１  燃焼器
７２  圧縮機
７３  ガスタービン
７４  発電機
１００  改質反応装置
２００  ガスタービン発電設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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