(57)【要約】【課題】超臨界水と重油を混合して反応させ、重油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給する。【解決手段】重油と超臨界水を重油改質装置内で混合・反応させて改質燃料を製造し、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する場合に、前記改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して改質装置内に酸化剤を注入する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重油と超臨界水を重油改質装置内で混合・反応させて改質燃料を製造し、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する重油改質方法であって、前記改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して改質装置内に酸化剤を注入することを特徴とする重油改質方法。
【請求項２】
請求項１において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを、改質装置前後の差圧から検出する重油改質方法。
【請求項３】
請求項１において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを、改質装置反応管壁と内部流体の温度差から検出する重油改質方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、コークスの酸化分解時に改質装置の反応管内温度、圧力を超臨界状態（３７４℃、２２ＭＰａ以上）にする重油改質方法。
【請求項５】
重油と超臨界水を混合・反応させて改質燃料を製造する手段と、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する手段とを有する重油改質装置であって、前記生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して酸化剤を注入する構成としたことを特徴とする重油改質装置。
【請求項６】
請求項５において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出する手段は、改質装置前後の差圧を検出して指示する差圧指示計である重油改質装置。
【請求項７】
請求項５において、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出する手段は、改質装置反応管壁と内部流体の温度差を検出して指示する温度差指示計である重油改質装置。
【請求項８】
重油と超臨界水を混合・反応させて改質燃料を製造する手段と、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する手段とを有する重油改質装置と、
前記改質装置によって改質された改質燃料を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器より発生した燃焼ガスにより駆動されるガスタービンとを有し、
かつ前記請求項５〜７のいずれか１項に記載の重油改質装置を備えたことを特徴とするガスタービン発電システム。
【請求項９】
請求項８において、重油改質装置を複数とし、システム運転中は改質装置のうち少なくとも１基を休止状態とし、休止状態にある改質装置内に酸化剤を注入してコークスを酸化分解する構成としたガスタービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重油改質方法とその装置、および改質された重油を燃料として使用するガスタービン発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
重油は廉価であるが、高粘度であり、高濃度の硫黄分や重金属分を含有しているため、ガスタービン燃料には適さない。
【０００３】
このため、重油を軽質化、脱硫黄化、脱金属し、ガスタービンにも使用できる燃料とする技術が先に提案されている。これらはいずれも基本構成として、超臨界水と重油を２２ＭＰａ以上、４００℃程度の反応条件（超臨界状態）で反応させ、熱分解、加水分解を起こさせている。
【０００４】
しかし、このような反応過程では、超臨界水に溶解不可能な分子量の大きな炭化水素からなる重質分が加熱され、固体のコークス（炭素）が生成して反応管内部、特に反応管内壁に固着し、運転の継続に伴い、流路を小さくし、最終的には流路を閉塞する。
【０００５】
前記流路の閉塞を解消する手段として、定期的に重油改質装置を分解して内部のコークスを除去し、除去したコークスを埋立地に運搬して処分する方法がある。
【０００６】
しかし、この方法によれば、改質装置の分解作業とコークスの除去作業、さらにはコークスの埋立地への運搬作業というように手間がかかり、またそれらの作業に費用が嵩むことになる。
【０００７】
これに対し、超臨界水と重質油を混合して反応させ、重質油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に酸化剤を流通させる技術が先に提案されている（特許文献１，２，３）。
【０００８】
そして、超臨界水と重質油を混合して反応させるにあたり、重油改質装置内に酸化剤を流通させることにより、改質装置内で生成されたコークスを酸化分解し、無害な気体として大気中に排出することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２９４２５７号公報
【特許文献２】
特開平１１−２４６８７６号公報
【特許文献３】
特開２００２−２４８３３４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来技術においては、超臨界水と重質油を混合して反応させるにあたり、重油改質装置内に酸化剤を供給するタイミングについて開示されていない。
【００１１】
ガスタービン発電システムの運転中、常に重油改質装置内に酸化剤を供給し続けるのであれば、酸化剤を供給する加圧ポンプの負担は大きく、損耗による寿命も短くなり、運転費用も嵩むことになる。
【００１２】
本発明の目的は、超臨界水と重油を混合して反応させ、重油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、重油と超臨界水を重油改質装置内で混合・反応させて改質燃料を製造し、前記反応によって生成されたコークスに酸化剤を接触させて酸化分解する場合に、前記改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して改質装置内に酸化剤を注入することによって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態１におけるシステム構成図である。
【００１６】
図１において、１は重油タンク、２は重油加圧ポンプ、３は重油供給系統、４は重油熱交換器、５は水タンク、６は水加圧ポンプ、７は水供給系統、８は水熱交換用伝熱管、９は排熱回収ボイラー、１０はガスタービン、１１は重油改質装置、１２はコンデンサ、１３は改質燃料供給系統、１４は減圧弁、１５は燃焼器、１６は重油、１７は水、１８は排ガス、１９は発電機、２０は蒸気タービン用の蒸気、２１は蒸気タービン、２２は発電機、２３は加圧水、２４はドラムである。
【００１７】
重油タンク１より供給された重油１６は、加圧ポンプ２により２５ＭＰａ程度に昇圧され、重油熱交換器４で５５０℃程度の排ガスと熱交換することにより、３５０℃程度に昇温される。
【００１８】
同様に水タンク５より供給された水１７は、加圧ポンプ６により２５ＭＰａ程度に昇圧され、排熱回収ボイラー９内に設置された伝熱管８で５５０℃程度の排ガスと熱交換することにより、４５０℃程度に昇温される。
【００１９】
それぞれ昇温昇圧された重油１６および超臨界状態の水１７を改質装置１１で混合し、改質燃料４１を製造する。
【００２０】
改質装置１１は複数の円筒容器から構成され、前記各円筒容器内部で超臨界状態の水１７と重油１６が混合する。超臨界状態の水１７が持つ作用として、重油１６との均一層を形成し、重油１６中の比較的高分子の油を分解、軽質化するとともに、油分子中に結合しているバナジウムなどの重金属を分離させる働きがある。改質装置１１内で前記超臨界水の作用が生じ、重油改質、重金属除去が行われる。分離された重金属は、改質装置１１中に充填した捕捉剤と反応し、改質油中に再び溶出することはない。
【００２１】
改質燃料４１は減圧弁１４で減圧され、燃焼器１５に供給される。
【００２２】
燃焼器１５内で改質燃料４１が燃焼することにより、ガスタービン１０を駆動する。さらに、排熱回収ボイラー９で生成された蒸気２０により、蒸気タービン２１を駆動する。
【００２３】
改質装置１１の内部にコークスが堆積した場合は、酸化剤タンク２５から弁２７を介して酸化剤、例えば過酸化水素水を加圧ポンプ２６により供給する。すると改質装置１１内のコークスが下記の反応で分解される。
【００２４】
Ｃ＋２Ｈ２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
したがってコークスを無害な二酸化炭素と水蒸気として大気中に放出することができる。
【００２５】
このとき、反応管内部を高温高圧に保つことにより反応速度を高め、コークスの分解を促進することができる。改質装置１１は高温高圧の超臨界状態に耐える構造となっているので、反応管内部を超臨界状態（３７４℃以上、２２ＭＰａ以上）に保つことにより、コークス分解を促進することができる。
【００２６】
図１の実施例は、改質装置１１の前後の差圧を計測する差圧計２８を設置したことに特徴がある。
【００２７】
改質装置１１内の反応管にコークスが堆積し、流路が狭くなると、差圧計２８によって計測された差圧指示計２９の指示値が大きくなり、コークスの堆積を知ることができ、差圧指示計２９の指示値が予め定めた所定の値に至ったならば、改質装置１１内に酸化剤を注入することによりコークスを酸化分解し、無害な二酸化炭素と水蒸気として大気中に放出することができる。
【００２８】
このように本実施例によれば、超臨界状態の水１７と重油１６を混合して反応させ、重油１６から改質燃料を製造するにあたり、改質装置１１内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することができる。
【００２９】
その結果、ガスタービン発電システムの運転中、常に改質装置１１内に酸化剤を供給し続ける必要はなく、酸化剤を供給する加圧ポンプ２６の負担は小さく、損耗を少なくして長寿命化を図り、運転費用も少なくて済むものであり、本発明は前記実施例に示すように、改質装置内で生成されたコークスの堆積量が予め定めた所定の値に至ったのを検出して酸化剤を注入するというものである。
【００３０】
なお、酸化剤の注入時期を知らせる手段は、前記差圧指示計２９にさらに表示灯やアラームを接続して表示灯の点滅、アラームの作動など、適宜の手段を選択することができる。
【００３１】
図２は本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態２におけるシステム構成図である。
【００３２】
図２の実施例が図１の実施例と異なる点を中心に説明する。
【００３３】
図２の実施例は、改質装置１１内の反応管内流体と反応管外壁の温度を計測する温度センサ３０，３１を設置したことに特徴がある。
【００３４】
改質装置１１内の反応管内壁にコークスが堆積すると、反応管内から反応管外壁までの熱抵抗が大きくなり、伝熱量が小さくなる。したがって反応管内流体と反応管外壁の温度差が増す。すると温度差指示計３２の指示値が大きくなり、コークスの堆積を知ることができ、温度差指示計３２の指示値が予め定めた所定の値に至ったならば、第１の実施例と同様、改質装置１１内に酸化剤を注入することによりコークスを酸化分解し、無害な二酸化炭素と水蒸気として大気中に放出することができる。
【００３５】
このように本実施例によっても、超臨界状態の水１７と重油１６を混合して反応させ、重油１６から改質燃料を製造するにあたり、改質装置１１内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することができる。
【００３６】
なお、酸化剤の注入時期を知らせる手段は、前記温度差指示計３２にさらに表示灯やアラームを接続して表示灯の点滅、アラームの作動など、適宜の手段を選択することができる。
【００３７】
図３は本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態３におけるシステム構成図である。
【００３８】
図３の実施例が図１の実施例と異なる点を中心に説明する。
【００３９】
図３の実施例は、改質装置を複数（実施例では１１，３３の２基）とし、システム運転中は改質装置のうち少なくとも１基を休止状態とし、休止状態にある改質装置内に酸化剤を注入してコークスを酸化分解するようにしたものである。
【００４０】
図３の実施例において、改質装置１１内の反応管にコークスが堆積して流路が狭くなり、差圧指示計２９の指示値が予め定めた所定の値に至ったならば、弁３５，３７，３９を閉じ、弁２７を開いて改質装置１１内に酸化剤を注入することによりコークスを酸化分解する。このとき弁３６，３８，４０を開き、弁３４を閉じて改質装置３３を運転する。
【００４１】
改質装置３３内の反応管にコークスが堆積して流路が狭くなり、差圧指示計２９の指示値が予め定めた所定の値に至った場合は、前記と逆の操作を行って改質装置１１を運転し、改質装置３３内のコークスを酸化分解する。
【００４２】
図３の実施例によれば、コークスを酸化分解するためにシステムの運転を中止する必要がなくなり、稼働率を向上させることができる。
【００４３】
なお、図３の実施例においては、改質装置１１，３３の前後の差圧を計測する差圧計２８を設置した場合について例示したが、これに代えて、改質装置１１，３３のそれぞれに、図２の実施例と同様、反応管内流体、反応管外壁の温度を計測する温度センサ３０，３１を設置するようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、超臨界水と重油を混合して反応させ、重油から改質燃料を製造するにあたり、重油改質装置内に堆積したコークスを酸化分解して除去する酸化剤の供給タイミングを計り、酸化剤を過不足なく供給することができる。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態１におけるシステム構成図である。
【００４６】
【図２】本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態２におけるシステム構成図である。
【００４７】
【図３】本発明による改質重油焚きガスタービン発電の実施形態３におけるシステム構成図である。
【００４８】
【符号の説明】
１…重油タンク、２…重油加圧ポンプ、３…重油供給系統、４…重油熱交換器、５…水タンク、６…水加圧ポンプ、７…水供給系統、８…水熱交換用伝熱管、９…排熱回収ボイラー、１０…ガスタービン、１１…重油改質装置、１２…コンデンサ、１３…改質燃料供給系統、１４…減圧弁、１５…燃焼器、１６…重油、１７…水、１８…排ガス、１９…発電機、２０…蒸気タービン用の蒸気、２１…蒸気タービン、２２…発電機、２３…加圧水、２４…ドラム、２５…酸化剤タンク、２６…ポンプ、２７…弁、２８…差圧計、２９…差圧指示計、３０…温度センサ、３１…温度センサ、３２…温度差指示計、３３…重油改質装置、３４…弁、３５…弁、３６…弁、３７…弁、３８…弁、３９…弁、４０…弁、４１…改質燃料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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