(57)【要約】【課題】脱硫処理に要する装置の装置規模を小型化して処理コストを低減する。【解決手段】少なくてもその一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水を用いて処理対象物Ｘを水熱処理する水熱反応器４と、該水熱反応器４の処理物から水分を除去する分離器８とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくてもその一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水を用いて処理対象物を水熱処理する水熱反応器と、
該水熱反応器の処理物から水分を除去する分離器と
を具備することを特徴とする改質装置。
【請求項２】
水熱反応器と分離器との間に、水熱反応器の処理物を水熱反応によって低粘度化する低粘度化水熱反応器を備えることを特徴とする請求項１記載の改質装置。
【請求項３】
処理対象物は非在来型石油資源であることを特徴とする請求項１または２記載の改質装置。
【請求項４】
非在来型石油資源は石油アスファルトであることを特徴とする請求項３記載の改質装置。
【請求項５】
少なくてもその一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水を用いて処理対象物を水熱処理する水熱処理工程と、
該水熱処理工程の処理物から水分を除去する水分除去工程と
を有することを特徴とする改質方法。
【請求項６】
水熱処理工程と水分除去工程との間に、水熱処理工程の処理物を水熱反応によって低粘度化する低粘度化水熱処理工程を有することを特徴とする請求項５記載の改質方法。
【請求項７】
処理対象物は非在来型石油資源であることを特徴とする請求項５または６記載の改質方法。
【請求項８】
非在来型石油資源は石油アスファルトであることを特徴とする請求項７記載の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば特開２０００−２１２５７３号公報には、流動性が低く、かつ硫黄含有量が多いために、そのまま燃焼させることが困難な粗悪燃料の改質技術が開示されている。この技術では、水熱反応器を２段構成とし、粗悪燃料を前段で軽質化した後、後段で脱硫することによって改質するものであり、従来、個別の処理として行われていた粗悪燃料の軽質化処理と脱硫処理とを一連の処理設備として実現することにより、低コスト及び処理効率の向上を図るものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２１２５７３号公報
【０００４】
しかしながら、このような従来技術では、十分な脱硫率の脱硫処理を実現するためには、前処理としての軽質化処理が必要であり、この分、装置規模が大型化するため処理コストが上昇するという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、脱硫処理に要する装置の装置規模を小型化して処理コストを低減することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、改質プラントに係わる手段として、少なくてもその一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水を用いて処理対象物を水熱処理する水熱反応器と、該水熱反応器の処理物から水分を除去する分離器とを具備する、という構成を採用する。
【０００７】
また、本発明では、改質方法に係わる手段として、少なくてもその一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水を用いて処理対象物を水熱処理する水熱処理工程と、該水熱処理工程の処理物から水分を除去する水分除去工程とを有する、という構成を採用する。
【０００８】
従来の知見では、例えば粗悪燃料のように高粘度の処理対象物を水熱反応によって直接処理することによって十分な脱硫率は得られないと考えられていた。しかしながら、本願の発明者らは、少なくても一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水（液相超臨界水）を用いることにより十分な脱硫率が得られることを見出した。すなわち、本願の発明者らは、液相超臨界水は、気相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水（気相超臨界水）とは異なり、処理対象物から硫黄分を分離させる能力が極めて高いことを見出した。
【０００９】
従来の脱硫処理では、処理対象物に添加した水分を完全に気化させた上で加熱することにより水分を気相超臨界水とし、このような気相超臨界水用いて処理対象物を水熱処理していたために十分な脱硫率が得られなかったが、本発明によれば、液相超臨界水を用いるので、十分な脱硫率を得ることができる。
【００１０】
また、このような本発明の基本的な手段に加えて、水熱処理と水分除去との間に、水熱処理の処理物を水熱反応によって低粘度化する低粘度化水熱処理を行うという手段を追加することにより、脱硫に加えて低粘度化も実現することができる。なお、このような本発明は、高粘度かつ不要な硫黄分を含む非在来型石油資源を処理対象物とした場合に特に有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、非在来型石油資源の１つである石油アスファルトを処理対象物とするものである。
【００１２】
図１は、本実施形態における非在来型石油資源改質プラントのシステム構成図である。この図に示すように、本改質プラントは、混合器１、加圧ポンプ２、第１熱交換器３、脱硫反応器４、低粘度化反応器５、第２熱交換器６、圧力調節弁７、油分分離器８等から構成されている。
【００１３】
混合器１は、添加剤としての水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が含まれた水（すなわち水酸化ナトリウム水）を処理対象物としての石油アスファルトＸに加熱しつつ混合させるものである。より具体的には、混合器１は、２５°Ｃ、１気圧（ａｔｍ）、１ｔｏｎ／ｈで供給される石油アスファルトＸと２５°Ｃ、１気圧（ａｔｍ）、１０ｔｏｎ／ｈで供給される水酸化ナトリウム水とを６８２．５×１０３ｋｃａｌ／ｈの熱量で加熱しつつ攪拌することにより混合させて加圧ポンプ２に供給する。
【００１４】
すなわち、本改質プラントでは、石油アスファルトＸに対して約１０倍（重量比率）となる多量の水を添加する。なお、上記水酸化ナトリウム水における水酸化ナトリウムの濃度（ＮａＯＨ濃度）は、３ｍｏｌ／ｌ（モル／リットル）である。このような添加剤としての水酸化ナトリウムは、脱硫反応器４及び低粘度化反応器５における各反応を促進させるためのものである。
【００１５】
加圧ポンプ２は、混合器１から９０°Ｃ、１気圧（ａｔｍ）、１１ｔｏｎ／ｈで供給される水添加石油アスファルトＸ１（水及び水酸化ナトリウムが添加されたもの）を３８０ａｔｍまで加圧して第１熱交換器３に出力する。この加圧ポンプ２によって設定される圧力（つまり３８０ａｔｍ）は、水添加石油アスファルトＸ１に含まれる水分を液相状態に維持するために十分な値である。
【００１６】
すなわち、この加圧ポンプ２は、上述したように水分比率が極めて高い水添加石油アスファルトＸ１を３８０ａｔｍという高圧力下に置くことにより、当該水添加石油アスファルトＸ１に含まれる水の密度を所望値以上に設定する。この結果、水添加石油アスファルトＸ１に含まれる水分は、少なくてもその一部が液相状態に状態設定される。
【００１７】
第１熱交換器３は、水混合石油アスファルトＸ１を３７８°Ｃまで加熱して脱硫反応器４に供給するものである。より具体的には、第１熱交換器３は、加圧ポンプ２から供給された水混合石油アスファルトＸ１と低粘度化反応器５から排出される低粘度石油アスファルトＸ３とを熱交換することにより、水混合石油アスファルトＸ１を３７８°Ｃまで加熱する。
【００１８】
脱硫反応器４は、上記第１熱交換器３から供給された水混合石油アスファルトＸ１をさらに加熱することにより石油アスファルトＸから硫黄分を脱離し、脱硫石油アスファルトＸ２として低粘度化反応器５に供給するものである。
【００１９】
より具体的には、脱硫反応器４は、水混合石油アスファルトＸ１に１４４０×１０３ｋｃａｌ／ｈの熱量を加えて４３０°Ｃまで加熱することにより、水混合石油アスファルトＸに含まれると共に少なくてもその一部が液相状態にある水分を超臨界水（液相超臨界水）に状態変化させる。そして、このような液相超臨界水を用いることにより水混合石油アスファルトＸに含まれる石油アスファルトＸから硫黄分を脱離させる。
【００２０】
低粘度化反応器５は、脱硫反応器４から供給される脱硫石油アスファルトＸ２をさらに加熱することにより脱硫石油アスファルトＸ２を低粘度化し、低粘度石油アスファルトＸ３として第１熱交換器３に供給するものである。この低粘度化反応器５は、脱硫石油アスファルトＸ２に１３００×１０３ｋｃａｌ／ｈの熱量を加えることにより４３０°Ｃの脱硫石油アスファルトＸ２を４８０°Ｃまで加熱して水分をさらに高温の超臨界水状態とし、この高温の超臨界水を用いて脱硫石油アスファルトＸ２を軽質化して粘度を低下させる。
【００２１】
第１熱交換器３は、上記低粘度化反応器５から供給された低粘度石油アスファルトＸ３を３２５°Ｃまで冷却して第２熱交換器６に供給する。第２熱交換器６は、低粘度石油アスファルトＸ３から２７４０×１０３ｋｃａｌ／ｈの熱量を奪うことにより９０°Ｃまで冷却して圧力調節弁７に供給する。すなわち、第２熱交換器６は、９０°Ｃ、３８０ａｔｍの低粘度石油アスファルトＸ３を１１ｔｏｎ／ｈの流量で圧力調節弁７に供給する。
【００２２】
圧力調節弁７は、このような低粘度石油アスファルトＸ３を１ａｔｍに減圧して油分分離器８に供給する。油分分離器８は、低粘度石油アスファルトＸ３から油分と水分と固形物とを分離して外部に排出するものである。より具体的には、油分分離器８は、９０°Ｃ、１ａｔｍ、１０ｔｏｎ／ｈの水分（硫黄分を含む水）、９０°Ｃ、１ａｔｍ、０．４ｔｏｎ／ｈの固形物、及び９０°Ｃ、１ａｔｍ、０．６ｔｏｎ／ｈの油分を改質燃料Ｘ４として排出する。この改質燃料Ｘ４は、硫黄含有率及び粘度においてＡ重油と同等の性状を持つものである。
【００２３】
次に、このように構成された本改質プラントの動作について、図２をも参照して詳しく説明する。
【００２４】
本改質プラントでは、石油アスファルトＸは、混合器１で水酸化ナトリウム水が混合されることによって水混合石油アスファルトＸ１となる。この水混合石油アスファルトＸ１は、石油アスファルトＸと水酸化ナトリウム水との重量比率が１対１０に設定されており、水分比率が極めて高いものである。
【００２５】
このような水分比率が極めて高い水混合石油アスファルトＸ１は、加圧ポンプ２によって３８０ａｔｍまで加圧されることにより、水の密度が所望値以上、つまり少なくてもその一部が液相状態に状態設定された後、第１熱交換器３を経由して脱硫反応器４に供給される。
【００２６】
すなわち、加圧ポンプ２から出力された９０°Ｃの水混合石油アスファルトＸ１は、第１熱交換器３において４８０°Ｃの低粘度石油アスファルトＸ３と熱交換することによって３７８°Ｃまで予熱される。
【００２７】
つまり、水混合石油アスファルトＸ１は、第２熱交換器６によって冷却されるばかりの低粘度石油アスファルトＸ３が有する利用性のない熱量を利用して予熱される。このような予熱によって、脱硫反応器４で水混合石油アスファルトＸ１に加える熱量を節約することが可能であり、よって石油アスファルトＸの改質に要する消費エネルギーを節約できる。
【００２８】
そして、このような水混合石油アスファルトＸ１は、脱硫反応器４に供給されてさらに加熱される。この結果、水混合石油アスファルトＸ１に含まれる水分（少なくてもその一部が液相状態にある水分）は、液相超臨界水に状態変化して石油アスファルトＸから硫黄分を硫化水素（Ｈ２Ｓ）として脱離させる。この硫化水素（Ｈ２Ｓ）は、さらに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を反応して水溶性の硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）となる。
【００２９】
すなわち、従来技術では低粘度化処理の後でなければ十分な脱硫率が得られないという観点から低粘度化処理の後に脱硫処理を行っているが、本改質プラントでは、水分比率が極めて高い状態に設定された水混合石油アスファルトＸ１を高圧下に置くことにより当該水添加石油アスファルトＸ１に含まれる水分の少なくても一部が液相状態とし、この状態からさらに加熱することにより脱硫反応器４内で液相超臨界水を生成させ、この液相超臨界水を石油アスファルトＸに作用させて硫黄分の脱離を実現する。
【００３０】
このような液相超臨界水を用いた水熱反応によって、石油アスファルトＸの硫黄分は、硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）として水分中に脱離・溶解した状態となる。このような状態の脱硫反応器４の処理物は、低粘度化反応器５においてさらに加熱されて水熱反応処理されることにより、油分が低粘度化される。
【００３１】
図２は、脱硫反応器４における水の密度に対する脱硫率の依存性（実験結果）を示すグラフである。この実験結果から、３０％以上の脱硫率を実現するためには、水の密度を約０．２３ｇ／ｃｍ３以上に設定する必要があることが判る。石油アスファルトＸの場合、３０％程度の脱硫率が得られれば、Ａ重油相当の硫黄含有量に改質することができる。
【００３２】
このように液相超臨界水を用いることにより、石油アスファルトＸに対して十分な脱硫率が得られる。石油アスファルトＸは非在来型石油資源の中でも脱硫し難いものである。したがって、石油アスファルトＸについて十分な脱硫率が得られたので、他の非在来型石油資源についても十分な脱硫率が得られる。
【００３３】
そして、処理温度が４３０°Ｃに設定された脱硫反応器４において硫黄分が十分に脱離された脱硫石油アスファルトＸ２は、処理温度が４８０°Ｃに設定された低粘度化反応器５の水熱反応によって低粘度化されて、さらに第１熱交換器３に供給される。
【００３４】
すなわち、本改質プラントでは、処理温度が低粘度化反応器５よりも低温の脱硫反応器４で脱硫処理した後に、低粘度化反応器５で軽質化処理するので、低粘度化反応器５では、脱硫石油アスファルトＸ２の熱量を有効利用して４８０°Ｃの処理温度を実現することが可能であり、これによっても石油アスファルトＸの改質に要する消費エネルギーを節約できる。
【００３５】
このようにしてエネルギー効率良く改質処理された低粘度石油アスファルトＸ３は、第１熱交換器３及び第２熱交換器６で冷却され、さらに圧力調節弁７で大気圧まで減圧された後、油分分離器８において油分と固形分と水分とに分離される。油分分離器８は、油分を改質燃料Ｘ４として出力する一方、脱硫反応器４において石油アスファルトＸから脱離された硫黄分が硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）として溶解している水分を上記油分とは別に出力するので、改質燃料Ｘ４は、Ａ重油と同等の硫黄含有量かつ粘度を有するものとなる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では石油アスファルトＸと水との重量比率を約１対１０に設定すると共に脱硫反応器４における処理圧力を３８０ａｔｍに設定したが、本願発明はこれに限定されるものではない。本発明は、脱硫のための超臨界水として液相超臨界水を用いることを要旨とするものであり、この液相超臨界水を実現可能な石油アスファルトＸと水との重量比率及び処理圧力の条件設定であれば、他の設定値であっても良い。
【００３７】
（２）また、上記実施形態は処理対象物を石油アスファルトとしたものであるが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、石油アスファルト以外の非在来型石油資源、さらには一般に燃料と認定されているものの中で高粘度かつ硫黄分を含むものについても適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくても一部が液相状態にある水分を超臨界状態として得られる超臨界水（液相超臨界水）を用いることにより１つの反応器で十分な脱硫率を実現することができる。すなわち、従来のように軽質化用の反応器を別途設ける必要がないので、脱硫処理に要する装置の装置規模を小型化することが可能であり、よって脱硫に関する処理コストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる非在来型石油資源改質プラントのシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態において水の密度に対する脱硫率の依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１……  混合器
２……  加圧ポンプ
３……  第１熱交換器
４……  脱硫反応器
５……  低粘度化反応器
６……  第２熱交換器
７……  圧力調節弁
８……  油分分離器
【図１】
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【図２】
2004337815.tif 000004