(57)【要約】【課題】  高温高圧の蒸気と重質油を混合・反応させ改質する水熱反応による重質油改質装置において、脱塩装置を不用とし、経済的で省スペース化を図る。【解決手段】  水熱反応改質器１にて高温高圧の蒸気と重質油を混合し反応させ、改質油と蒸気を気液分離器７へ送る。ここで、気液分離器７の温度を調節（冷却）し、蒸気の一部もしくは全量を水に凝縮させ、含まれる塩類を凝縮水に溶解させて改質油から分離させ、遠心分離器１７により油水分離し、水中に含まれる塩類は、純水装置２０にて脱塩する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油を加圧供給する加圧器と、この重質油を加熱する加熱器と、水を加圧する加圧器と、この水を加熱する加熱器と、加圧・加熱された水と重質油を混合し高温高圧下で反応させる改質器と、この改質器から取り出された改質燃料を気液分離する気液分離器とを備えた重質油改質システムにおいて、前記気液分離器内の改質燃料に含まれる水蒸気の一部もしくは全量を凝縮させる温度調節手段を備えたことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項２】
請求項１において、前記気液分離器から取り出された水及び改質油を油水分離する遠心分離器を備えたことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項３】
請求項１において、前記気液分離器から取り出された水及び改質油を冷却する冷却器と、冷却後の改質油を油水分離する遠心分離器を備えたことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項４】
請求項１において、前記気液分離器から取り出された水及び改質油を油水分離する遠心分離器と、前記遠心分離器から抽出された水から水中に含まれる塩類を脱塩する純水装置を備えたことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項５】
請求項１において、前記気液分離器から取り出された水及び改質油を冷却する冷却器と、冷却後の水及び改質油を油水分離する遠心分離器と、この遠心分離器から抽出された水から水中に含まれる塩類を脱塩する純水装置を備えたことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項６】
請求項１において、前記水を加熱する加熱器は、前記気液分離器内の高温改質油で水を加熱する熱交換器を含むことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項７】
請求項１において、前記気液分離器内を冷却するように、水を吹き付ける冷却水ポンプを備えたことを特徴とする重質油改質システム。
【請求項８】
請求項１において、前記改質器と前記気液分離器との間に、前記改質燃料の圧力を下げる減圧装置を備えたことを特徴とする重油改質システム。
【請求項９】
重質油を加圧供給する加圧器と、この重質油を加熱する加熱器と、水を加圧する加圧器と、この水を加熱する加熱器と、加圧・加熱された水と重質油を混合し高温高圧下で反応させる改質器と、この改質器から取り出された改質燃料を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器内の改質燃料に含まれる水蒸気の一部もしくは全量を凝縮させる温度調節手段と、前記気液分離器から取り出した改質油と凝縮水を油水分離する遠心分離器と、前記気液分離器から取り出した改質ガスと前記遠心分離器で分離した改質油を燃焼させる燃焼器と、この燃焼器により発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンとを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項１０】
重質油を加圧供給する工程と、この重質油を加熱する工程と、水を加圧する工程と、この水を加熱する工程と、加圧・加熱された水と重質油を混合する工程と、混合された重質油と水を高温高圧下で反応させる改質工程と、この改質工程で取り出された改質燃料を気液分離する気液分離工程とを備えた重質油改質方法において、前記気液分離工程で、水蒸気の一部もしくは全量を凝縮して液化し、この水溶液中に塩分を溶解させる工程を備えたことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１１】
請求項１０において、前記気液分離工程で取り出した水及び改質油を油水分離する工程を備えたことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１２】
請求項１０において、前記気液分離工程で取り出した水及び改質油を冷却する工程と、冷却後の改質油を油水分離する工程とを備えたことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１３】
請求項１０において、前記気液分離工程で取り出した水及び改質油を油水分離する工程と、この油水分離工程で抽出した水を脱塩する工程とを備えたことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１４】
請求項１０において、前記気液分離工程で取り出した水及び改質油を冷却する工程と、冷却後の水及び改質油を油水分離する工程と、この油水分離工程で抽出した水を脱塩する工程とを備えたことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１５】
請求項１０において、前記水を加熱する加熱工程は、前記気液分離工程中の高温改質油で水を加熱する熱交換工程を含むことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１６】
請求項１０において、前記気液分離工程中の改質油と水蒸気を冷却するように、水を吹き付ける工程を備えたことを特徴とする重質油改質方法。
【請求項１７】
請求項１０において、前記改質工程と前記気液分離工程との間に、前記改質燃料の圧力を下げる減圧工程を備えたことを特徴とする重油改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気と重質油を混合し、高温高圧下で反応させて重質油を改質する重質油改質システム、重質油改質方法及びガスタービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
重質油改質システムにおいては、塩類を多く含んだ重質油を燃料として使用する場合、燃焼灰の増加やタービン翼の腐食を引起こすなどの悪影響を及ぼす。このため、例えば、特許文献１に開示されているように、重質油改質前又は改質後に、脱塩する必要がある。
【０００３】
脱塩装置としては、その一例として、例えば、特許文献２に開示されているように、大掛かりな脱塩装置がある。
【０００４】
また、特許文献３には、硫酸を加えることにより、改質カラム内で塩分を硫酸に溶解させて、改質タールと、硫酸塩水溶液を分けて回収し、専用の脱塩装置を必要としない重質油改質装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８０７５０号公報（段落００１５，００３４ほか）
【特許文献２】特開平１１−１３７９０６号公報（全体）
【特許文献３】特開平９−１３７１７７号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の重質油改質装置では、重質油に含まれる塩類を取り除くためには、例えば、特許文献２に開示されたような脱塩設備が必要となり、設備費が嵩む欠点がある。
【０００７】
一方、特許文献３の重質油改質装置では、硫酸の取り扱いが難しく、また、高価な脱硫装置が必要となる欠点がある。
【０００８】
本発明の目的は、硫酸のような取り扱いの難しい薬品を用いることなく、しかも、従来の脱塩装置を必要としない水熱反応を用いた重質油改質システム、重質油改質方法又はガスタービンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はその一面において、重質油を未脱塩のまま供給して水熱反応により改質し、改質後の気液分離の温度を調節することにより、重質油との水熱反応に用いた蒸気の一部もしくは全量を水に凝縮し、重油中に含まれる塩類を凝縮水中に溶解させ、改質油と分離させることを特徴とする。
【００１０】
より具体的には、重質油を加圧供給する加圧器と、この重質油を加熱する加熱器と、水を加圧する加圧器と、この水を加熱する加熱器と、加圧・加熱された水と重質油を混合し高温高圧下で反応させる改質器と、この改質器から取り出された改質燃料を気液分離する気液分離器とを備えた重質油改質システムにおいて、気液分離器内の改質燃料に含まれる水蒸気の一部もしくは全量を凝縮させる温度調節手段を備えるのである。
【００１１】
本発明は他の一面において、気液分離により改質ガスと分離した改質油と水の混合液は、遠心分離により油水分離し、水中に含まれる塩類は、純水装置にて脱塩させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の望ましい実施態様によれば、重質油を高温高圧の蒸気で改質する水熱反応による重質油改質装置において、取り扱いの難しい薬品類や、重質油からの脱塩装置を用いる必要なく、経済的に、重質油中に含まれる塩類を取り除くことができる。
【００１３】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、気液分離器において、高温の改質燃料と常温の水を熱交換することによって、改質器での最適な反応条件にまで水を加熱するために必要な熱量を減らし、システム効率を向上できる。
【００１４】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、重質油からの脱塩装置を用いないことにより、重質油改質システム全体の設備費及び設備面積を低減することができる。
【００１５】
さらに、本発明の望ましい実施態様によれば、殆どの水を純水タンクに回収することができ、水使用量を減少でき、純水タンクの小型化及びランニングコストの低い重質油改質システムを実現できる。
【００１６】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による重質油改質システムの全体システム構成図である。
【００１９】
このシステムは、重質油を、高温高圧の水蒸気による水熱反応を用いて重質油改質器１で改質燃料に改質する。重質油は、重質油タンク２から、脱塩処理を行わないまま重質油ポンプ３によって、１０〜３０ＭＰａ程度に昇圧し、重質油／純水予熱器４に供給される。一方、純水タンク５からの純水を、純水ポンプ６によって１０〜３０ＭＰａ程度に昇圧し、気液分離器７において、高温の改質油との熱交換により予熱した後、前記重質油／純水予熱器４に供給する。
【００２０】
重質油と予熱された水は、重質油／純水予熱器４で混合され、改質反応に適した３５０〜５００℃程度の温度に予熱される。このとき、水は相変化して蒸気になる。
【００２１】
その後、単筒もしくは複数の円筒容器から構成された重質油改質器１において、各円筒容器内部で、高温高圧の蒸気と重質油が混合される。所定時間反応させると、水熱反応により、重質油中の比較的高分子の油を分解、軽質化するとともに、重質油中の除去対象物質であるバナジウムを炭化水素化合物中から脱離させる反応が進行する。
【００２２】
生成した改質燃料は、改質燃料配管８から取り出され、減圧装置９で減圧され、気液分離器７でガス成分と液体成分に分離される。改質ガスは、改質ガス配管１０により、例えば、燃焼器１１に供給され、ガスタービン１２の駆動に使用される。一方、バナジウム等を含んだタールは、除去物質放出配管１３から排出される。
【００２３】
従来、改質反応に用いた蒸気は、改質ガスに含めて燃焼器１１に供給していたが、本実施例では、気液分離器７の温度を調節することで、一部もしくは全量の蒸気を凝縮させ液体として改質油配管１４内の改質油に混合させる。このため、従来よりも改質燃料を冷却させることが必要である。
【００２４】
そこで、気液分離器７の温度は、まず第１に、純水タンク５から気液分離器冷却ポンプ１５によって供給される水をスプレーし、そのスプレー量を調節することによって制御される。第２に、重質油の改質に用いる水を、その前段階で高温の改質燃料と熱交換させる。すなわち、純水タンク５から純水ポンプ６によって、気液分離器７に純水を通し、高温の改質燃料と熱交換して予熱するのである。これによって、気液分離器７内の温度を下げ、水蒸気の全部又は適当量を凝縮（液化）することができる。
【００２５】
したがって、改質燃料中に含まれる塩類は、全て凝縮水中に溶解するので、改質ガスに塩類は含まれずに、塩類を含んだ水は改質油とともに、改質油配管１４から改質油冷却器１６を介して遠心分離器１７に供給される。
【００２６】
気液分離器７によって分離された改質ガス及び改質油は減圧されているが、温度は高温である。高温の改質油を遠心分離器１７に供給するには、高温用遠心分離器が必要であるが、一般に高温用遠心分離器は、特殊であるため高価である。そのため、常温状態（約７０℃以下）で使用する遠心分離器１７を使用できるように、高温の改質油を改質油冷却器１６によって、７０℃以下に冷却する。その後、遠心分離器１７で油水分離する。分離された改質油は、改質油配管１８から改質油タンク１９に導かれ、この改質油タンク１９に貯蔵、あるいは燃焼器１１に供給され、ガスタービン１２の駆動に使用される。一方、油水分離後の塩分を含んだ水は、純水装置２０によって脱塩処理され、純水配管２１を介して純水タンク５へ戻る。
【００２７】
この実施形態では、改質された燃料を燃焼器１１において燃焼し、発生した燃焼ガスをガスタービン１２に供給してこれを駆動し、ガスタービンに接続した発電機で発電する発電システムを構成している。
【００２８】
以上により、水熱反応を用いた重質油改質システムにおいて、簡単に重質油に含まれる塩類を取り除き、改質燃料を生成することができる。
【００２９】
この実施例によれば、塩分を水に溶解させるための蒸気から水溶液への凝縮熱の大半を、重質油の改質に用いる純水の予熱源として利用することにより、熱の回収が可能となる。すなわち、気液分離器７において、高温の改質燃料と常温の純水を熱交換することによって、高温の改質燃料は冷却され、反対に常温の純水は加熱される。これより、高温の改質燃料の熱エネルギーが常温の純水の加熱源となって熱回収されることとなり、その分、改質器１での必要な熱量を減らすことができる。
【００３０】
また、気液分離器７において、蒸気の一部もしくは全量を取り除くことにより、従来よりも改質ガス量を減らし、改質油量を増加することができる。この結果、改質ガスの供給不要時における改質ガスの貯蔵の難しさや、改質ガスを無理に燃焼炉で燃すなどの必要性を軽減できる。また、ガスタービンに改質油と改質ガスを供給する場合は、蒸気を含んだガスと油を混焼させることになるので、蒸気の一部もしくは全量を取り除くことで、ガスタービン燃焼器において、ガスタービン低負荷域でのより安定した燃焼を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による重質油改質システムの全体システム構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１…重質油改質器、２…重質油タンク、３…重質油ポンプ、４…重質油／純水予熱器、５…純水タンク、６…純水ポンプ、７…気液分離器、８…改質燃料配管、９…減圧装置、１０…改質ガス配管、１１…燃焼器、１２…ガスタービン、１３…除去物質放出配管、１４，１８…改質油配管、１５…気液分離器冷却水ポンプ、１６…改質油冷却器、１７…遠心分離器（油水分離器）、１９…改質油タンク、２０…純水（脱塩）装置、２１…純水配管。
【図１】
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