(57)【要約】【課題】従来に比べて緩和された条件で、重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができる重質油軽質化装置を提供する。【解決手段】重質油軽質化装置１００は、液体状態の重質油を貯留する重質油貯留器１０と、前記重質油を軽質化させる触媒２２を内部に有し、前記重質油貯留器１０から送液された液体状態の前記重質油と触媒２２とを１５０℃〜３００℃の条件下で接触させることにより重質油を軽質化させて軽質油を生成するとともに未反応の重質油ＨＯを排出する反応器２０と、反応器２０を加熱するための加熱器３０と、反応器２０から排出された未反応の重質油を反応器２０に戻す重質油配管７０、４０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状態の重質油を貯留する重質油貯留器と、
前記重質油を軽質化させる触媒を内部に有し、前記重質油貯留器から送液された液体状態の前記重質油と前記触媒とを１５０℃〜３００℃の条件下で接触させることにより前記重質油を軽質化させて軽質油を生成するとともに未反応の重質油を排出する反応器と、
前記反応器を加熱するための加熱器と、
前記反応器から排出された前記未反応の重質油を前記反応器に戻す重質油配管と、
を備えた重質油軽質化装置。
【請求項２】
更に、前記重質油貯留器から前記反応器への送液量を調整する送液量調整機能を有する送液手段を備えた請求項１に記載の重質油軽質化装置。
【請求項３】
前記反応器は、前記重質油及び前記触媒を含む液相部と、生成された軽質油の少なくとも一部が気体状態となって前記液相部から分離される気相部と、該気相部から気体状態の軽質油を排出する排出口と、を有する請求項１又は請求項２に記載の重質油軽質化装置。
【請求項４】
更に、前記重質油貯留器から前記反応器への送液量を、前記反応器内における触媒量（ｇ）に対する前記反応器内における重質油の流量（ｇ／ｈ）の比［反応器内における重質油の流量（ｇ／ｈ）／反応器内における触媒量（ｇ）］（１／ｈ）が０．５〜５０（１／ｈ）となるように調整する送液量調整機能を有する送液手段を備えた請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の重質油軟質化装置。
【請求項５】
前記重質油貯留器は、前記重質油配管の途中に設けられている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項６】
前記反応器は、キャリアガスを前記気相部に供給するキャリアガス供給口を有し、前記キャリアガス供給口から供給されたキャリアガスを前記気体状態の軽質油とともに前記排出口から排出する請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項７】
前記加熱器が、外部から供給された高温ガスの熱を蓄熱し、蓄熱された熱で前記反応器を加熱する熱交換器である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項８】
前記加熱器が、前記重質油貯留器に連通され、前記重質油貯留器から供給された前記重質油を燃焼させ、燃焼により生じた熱で前記反応器を加熱する請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項９】
更に、前記反応器の気相部から排出された前記気体状態の軽質油から高沸点成分を分離する分離器を備え、
前記加熱器が、前記分離器に連通され、前記分離器から供給された高沸点成分を燃焼させ、燃焼により生じた熱で前記反応器を加熱する請求項３〜請求項６、及び請求項８のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項１０】
更に、前記反応器の気相部から排出された前記キャリアガス及び前記気体状態の軽質油が供給され、前記キャリアガスを排出するとともに前記気体状態の軽質油を液化する液化器を備えた請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項１１】
更に、前記反応器と前記液化器とを連通し、前記液化器から排出されたキャリアガスを前記反応器に戻すキャリアガス配管を備えた請求項１０に記載の重質油軽質化装置。
【請求項１２】
液体状態の重質油を循環させながら、前記液体状態の重質油と該重質油を軽質化させる触媒とを１５０℃〜３００℃の条件下で接触させることにより、前記重質油を軽質化させて軽質油を生成する工程を有する重質油軽質化方法。
【請求項１３】
前記接触は、前記重質油及び前記触媒を含む液相部と、生成された軽質油の少なくとも一部が気体状態となって前記液相部から分離される気相部と、該気相部から気体状態の軽質油を排出する排出口と、を有する反応器の前記液相部で行う請求項１２に記載の重質油軽質化方法。
【請求項１４】
前記接触は、重質油の流量（ｇ／ｈ）と触媒量（ｇ）との比［重質油の流量（ｇ／ｈ）／触媒量（ｇ）］（１／ｈ）が０．５〜５０（１／ｈ）となる条件で行う請求項１２又は請求項１３に記載の重質油軽質化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、重質油を軽質化する方法（重質油軽質化方法）としては、触媒を用いる接触分解法や、水素を添加しながら重質油を分解させる水素化分解法、熱のみで分解する熱分解法が用いられている（例えば、特許文献１及び２参照）。
従来の重質油軽質化方法では、水素化分解法では例えば５００℃以上及び３０〜１００気圧の高温高圧条件が、接触分解法では例えば５００℃程度の高温条件が、熱分解法では例えば４００〜５００℃及び２〜３０気圧の高温高圧条件が、それぞれ必要であり、反応場を形成するのに多量のエネルギーが必要である。
【０００３】
従来よりも緩和された条件での重質油軽質化方法としては、重質油と水とを３８０℃〜４５０℃、２５〜３５ＭＰａに維持された反応器で反応させて前記重質油を軽質化して軽質油を生成する工程と、前記軽質油とガスと水を含む混合物から軽質油とガスと水とにそれぞれ分離する工程と、を含み、前記反応器に一酸化炭素を２５〜３５ＭＰａの圧力で供給する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。また、酸化還元電位が−８５０ｍＶ以下であってｐＨが１２以下であるアルカリイオン水を重質油（原料油）中に乳化することによって乳濁液を精製する工程と、加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程と、を備えた重質油軽質化方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−０１１２５９号公報
【特許文献２】特開平９−１８３９８３号公報
【特許文献３】特開２００１−１３９９６０号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１２５５７６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献３に記載の方法でも、依然として３８０℃〜４５０℃、２５〜３５ＭＰａといった高温高圧条件が必要であるため、更なる条件の緩和が求められている。
また、特許文献３及び４に記載の方法では、重質油に添加物質（水）を加えているため、例えば生成される軽質油に酸素が含まれる等、生成される軽質油の品質に劣る傾向がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、従来に比べて緩和された条件で、重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、液体状態の重質油を貯留する重質油貯留器と、前記重質油を軽質化させる触媒を内部に有し、前記重質油貯留器から送液された液体状態の前記重質油と前記触媒とを１５０℃〜３００℃（以下、「反応温度」ともいう）の条件下で接触させることにより前記重質油を軽質化させて軽質油を生成するとともに未反応の重質油を排出する反応器と、前記反応器を加熱するための加熱器と、前記反応器から排出された前記未反応の重質油を前記反応器に戻す重質油配管と、を備える。
【０００８】
請求項１に記載の重質油軽質化装置では、軽質化の対象となる液体状態の重質油が、重質油貯留器から反応器に送液される。そして、反応器において、液体状態の重質油と触媒とが接触し、該液体状態の重質油が軽質化されて軽質油が生成する。このため、気体状態の重質油を軽質化させる重質油軽質化装置と比較して、重質油ガス化装置が不要であり、かつ、反応器内の温度を従来に比べて低くすることができる。
【０００９】
更に、請求項１に記載の重質油軽質化装置では、反応器から未反応の重質油（以下、「未反応油」ともいう）が排出され、排出された未反応の重質油が重質油配管を通って再度反応器に戻される。
これにより、未反応の重質油を循環させながら繰り返し触媒と接触させることができる。更に、重質油を流しながら触媒と接触させることができるので、重質油と触媒との接触頻度を高めることができる。
従って、請求項１に記載の重質油軽質化装置では、従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃の条件とすることによって反応速度が低下し、得られる軽質油の収量は低下するものの、重質油の軽質化効率（反応した重質油から得られる軽質油の収率。以下同じ。）は低下しない。
このため、反応の条件を高圧とする必要もなく、大気圧程度（例えば、０．０８〜０．１２ＭＰａ程度）の圧力で軽質化を行うことができる。また、重質油に対し水などの添加物質を混入させる必要がないので、良質な軽質油を得ることができる。また、重質油に対し水などの添加物質を混入させる必要がないので、脱酸素のための工程（水素化処理工程など）を付加する必要もない。
【００１０】
以上により、請求項１に記載の重質油軽質化装置によれば、従来に比べて緩和された条件で（即ち、従来に比べて低温かつ低圧の条件で）重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１に記載の重質油軽質化装置において、更に、前記重質油貯留器から前記反応器への送液量を調整する送液量調整機能を有する送液手段を備える。
これにより、反応器における、重質油の触媒への拡散促進による反応性向上効果、並びに、重質油と触媒との接触時間調整による、過分解抑制効果及び生成物同士の重合の抑制効果により、重質油からより多くの軽質油を得ることができる。
ここで、送液量を増大させたときには、触媒との接触時間が減少するため、液の触媒通過一回あたりの反応量は減少する。しかし、時間あたりの送液量は増加するため、得られる軽質油量は、一回あたりの反応量と時間あたりの送液量との積となる。一般的に、反応速度は反応開始時付近が速く、反応が進行するにつれ低下する。つまり、条件次第では、一回あたりの反応量の低下よりも送液量増加の効果が大きく、結果的に、得られる軽質油量は増加する。一回あたりの反応量の低下により未反応油の量が増加するが、未反応油は、循環により再利用されるので無駄にはならない。
【００１２】
請求項３に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１又は請求項２に記載の重質油軽質化装置において、前記反応器は、前記重質油及び前記触媒を含む液相部と、生成された軽質油の少なくとも一部が気体状態となって前記液相部から分離される気相部と、該気相部から気体状態の軽質油を排出する排出口と、を有する。
これにより、液体状態の重質油と触媒との反応場（液相部）から、生成された軽質油の少なくとも一部（反応温度以下の沸点を有する成分）が気体状態で分離される。即ち、触媒周りの反応場は常に重質油で満たされるため、軽質化の反応における反応平衡を軽質化が進む方向にずらすことができる。このため、反応中に前記分離を行わない場合と比較して、軽質化の反応速度を向上でき、従来に比べて低温の条件としたことにより生じる軽質化収量の低下を緩和できる。更に、軽質油は反応場に留まらないため、過度の分解が抑制され、常温において液体で回収できる量が減らない。
以上により、請求項３に記載の重質油軽質化装置によれば、重質油からより多くの軽質油を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、更に、前記重質油貯留器から前記反応器への送液量を、前記反応器内における触媒量（ｇ）に対する前記反応器内における重質油の流量（ｇ／ｈ）の比［反応器内における重質油の流量（ｇ／ｈ）／反応器内における触媒量（ｇ）］（１／ｈ）が０．５〜５０（１／ｈ）となるように調整する送液量調整機能を有する送液手段を備える。
これにより、反応器における重質油と触媒との接触時間が好適な範囲に調整されるので、重質油から得られる軽質油の量をより増大させることができる。
即ち、前記比が０．５以上であると、重質油と触媒との接触頻度向上の効果がより効果的に奏される。一方、前記比が５０以下であると、軽質油が、反応場から分離される前に未反応油とともに排出されてしまう現象をより抑制できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、前記重質油貯留器は、前記重質油配管の途中に設けられている。
これにより、軽質化の対象となる液体状態の重質油が、重質油貯留器、反応器、重質油貯留器、反応器、の順に循環されるので、請求項１に記載の発明に係る重質油軽質化装置と同様に、従来に比べて緩和された条件で（即ち、従来に比べて低温かつ低圧の条件で）重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、前記反応器は、キャリアガスを前記気相部に供給するキャリアガス供給口を有し、前記キャリアガス供給口から供給されたキャリアガスを前記気体状態の軽質油とともに前記排出口から排出する。
これにより、キャリアガスをスイープガスとして用いることで重質油からの軽質油の分離効率をより向上させることができるので、軽質化反応における反応平衡を軽質化が進む方向に更にずらすことができ、軽質化の反応速度をより向上させることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、前記加熱器が、外部から供給された高温ガスの熱を蓄熱し、蓄熱された熱で前記反応器を加熱する熱交換器である。
これにより、工場廃熱など、外部の未利用エネルギーを有効利用して反応器の加熱を行うことができるので、省エネルギー性に優れる。
【００１７】
請求項８に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、前記加熱器が、前記重質油貯留器に連通され、前記重質油貯留器から供給された前記重質油を燃焼させ、燃焼により生じた熱で前記反応器を加熱する。
これにより、もともと系内（重質油軽質化装置内）に存在していた重質油を反応器の加熱に利用できるので、反応温度の微調整や反応変動などに対応できる。
【００１８】
請求項９に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項３〜請求項６、及び請求項８のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、更に、前記反応器の気相部から排出された前記気体状態の軽質油から高沸点成分を分離する分離器を備え、前記加熱器が、前記分離器に連通され、前記分離器から供給された高沸点成分を燃焼させ、燃焼により生じた熱で前記反応器を加熱する。
これにより、もともと系内（重質油軽質化装置内）に存在していた重質油を反応器の加熱に利用できるので、反応温度の微調整や反応変動などに対応できる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項６〜請求項９のいずれか１項のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置において、更に、前記反応器の気相部から排出された前記キャリアガス及び前記気体状態の軽質油が供給され、前記キャリアガスを排出するとともに前記気体状態の軽質油を液化する液化器を備える。
この液化器により、軽質油を液体状態で回収できる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明に係る重質油軽質化装置は、請求項１０に記載の重質油軽質化装置において、更に、前記反応器と前記液化器とを連通し、前記液化器から排出されたキャリアガスを前記反応器に戻すキャリアガス配管を備える。
これにより、キャリアガスを繰り返し使用できるので、キャリアガスの使用量をより低減できる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、液体状態の重質油を循環させながら、前記液体状態の重質油と該重質油を軽質化させる触媒とを１５０℃〜３００℃の条件下で接触させることにより、前記重質油を軽質化させて軽質油を生成する工程を有する。
これにより、重質油と触媒との接触頻度を高めることができるので、従来に比べて低温の条件としたことによる反応速度の低下によって増加する未反応重質油を、無駄にすることなく利用できる。また、重質油に対し水などの添加物質を混入させる必要がないので、良質な軽質油を得ることができる。
従って、請求項１２に記載の発明に係る重質油軽質化方法によれば、従来に比べて低温の条件で、重質油を良質な軽質油に軽質化させることができる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、請求項１２に記載の重質油軽質化方法において、前記接触は、前記重質油及び前記触媒を含む液相部と、生成された軽質油の少なくとも一部が気体状態となって前記液相部から分離される気相部と、該気相部から気体状態の軽質油を排出する排出口と、を有する反応器の前記液相部で行う。
これにより、液体状態の重質油と触媒との反応場（液相部）から、生成された軽質油の少なくとも一部（反応温度以下の沸点を有する成分）が気体状態で分離される。即ち、触媒周りの反応場は常に重質油で満たされるため、軽質化の反応における反応平衡を軽質化が進む方向にずらすことができる。このため、反応中に前記分離を行わない場合と比較して、軽質化の反応速度を向上でき、従来に比べて低温の条件としたことにより生じる軽質化収量の低下を緩和できる。更に、軽質油は反応場に留まらないため、過度の分解が抑制され、常温において液体で回収できる量が減らない。
以上により、請求項１３に記載の重質油軽質化方法によれば、重質油からより多くの軽質油を得ることができる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、請求項１２又は請求項１３に記載の重質油軽質化方法において、前記接触は、重質油の流量（ｇ／ｈ）と触媒量（ｇ）との比［重質油の流量（ｇ／ｈ）／触媒量（ｇ）］（１／ｈ）が０．５〜５０（１／ｈ）となる条件で行う。
これにより、反応器における重質油と触媒との接触時間が好適な範囲に調整されるので、重質油から得られる軽質油の量をより増大させることができる。
即ち、前記比が０．５以上であると、重質油と触媒との接触頻度向上の効果がより効果的に奏される。一方、前記比が５０以下であると、軽質油が、反応場から分離される前に未反応油とともに排出されてしまう現象をより抑制できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、従来に比べて緩和された条件で、重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る重質油軽質化装置を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る重質油軽質化装置を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る重質油軽質化装置を模式的に示した図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に係る重質油軽質化装置を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の各実施形態に係る重質油軽質化装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００を模式的に示した図である。
図１に示すように、重質油軽質化装置１００は、液体状態の重質油を貯留する重質油貯留器１０と、内部に重質油を軽質化させる触媒２２を有する反応器２０と、反応器２０を加熱するための加熱器３０と、重質油貯留器１０と反応器２０とを連通し、重質油貯留器１０から反応器２０へ重質油ＨＯを送液する送液手段Ｐ１を備えた第１の重質油配管４０と、重質油貯留器１０と反応器２０とを連通し、反応器２０から排出された未反応の重質油ＨＯを重質油貯留器１０に戻す第２の重質油配管７０と、を備えて構成されている。
この第一の実施形態では、重質油貯留器１０が重質油配管（第１の重質油配管４０及び第２の重質油配管７０）の途中に設けられており、重質油配管（第１の重質油配管４０及び第２の重質油配管７０）により、反応器２０から排出された未反応の重質油ＨＯを、重質油貯留器１０を経由させて反応器２０に戻すことができるように構成されている。
但し、本発明はこの形態には限定されず、例えば後述する第四の実施形態に示すように、反応器２０から排出された未反応の重質油ＨＯを、重質油貯留器１０を経由させずに直接反応器２０に戻すことができるように構成されていてもよい（後述の第二、第三の実施形態においても同様である）。
【００２８】
重質油貯留器１０としては、液体状態の重質油が貯留できる内部空間を有する重質油貯留器（例えば、重質油貯留タンク）を用いる。
ここで重質油としては、例えば、Ａ重油（ＪＩＳ  Ｋ２２０５（１９９１）で規定されている「１種」の重油）またはＢ重油（ＪＩＳ  Ｋ２２０５（１９９１）で規定されている「２種」の重油）に相当する重質油を用いる。
重質油貯留器１０は、送液ポンプ等の送液手段Ｐ１を備える第１の重質油配管４０を介して反応器２０に連通されている。これにより、重質油貯留器１０内の重質油を反応器２０に向けて排出できるようになっている。
また、重質油貯留器１０は、第２の重質油配管７０を介して反応器２０に連通されている。これにより、未反応の重質油（軽質化されなかった重質油）を反応器２０から重質油貯留器１０に戻すことができるようになっている。
【００２９】
反応器２０としては、キャリアガスＣＧ、気体状態の軽質油ＬＯ、及び液体状態の重質油ＨＯを流通できる内部空間を有する反応器を用いる。
即ち、反応器２０は、キャリアガスＣＧ及び気体状態の軽質油ＬＯが流通される気相部と、液体状態の重質油ＨＯが流通される液相部と、を有する構成となっている。
ここで、気体状態の軽質油ＬＯは、重質油の軽質化によって得られた軽質油のうち、反応温度（重質油と触媒との接触温度、具体的には１５０℃〜３００℃）以下の沸点を有する成分である。
また、キャリアガスＣＧとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、等を用いることができる。
【００３０】
また、反応器２０の液相部には、液体状態の重質油との接触により該液体状態の重質油を軽質化させる触媒２２が収容されている。
これにより、反応器２０内で、重質油貯留器１０から送液された重質油ＨＯと触媒２２とを接触させることにより重質油ＨＯを軽質化させて軽質油（反応温度では気体状態の軽質油ＬＯを含む）を生成できるようになっている。
触媒２２としては、粉末状、顆粒状、塊状等の固体触媒を用いることができる。
触媒２２としては、ゼオライト、シリカ−アルミナ、アルミナ、これらの複合材料を主成分とした材料等を用いることができる。
【００３１】
また、図示しないが、反応器２０は、液相部の温度、気相部の圧力、重質油の流量等を測定する各種の測定手段を備えていてもよい。
【００３２】
また、反応器２０は、第１の重質油配管４０を介して重質油貯留器１０と連通されるとともに、（第１の重質油配管４０とは異なる）第２の重質油配管７０を介して重質油貯留器１０と連通されている。第１の重質油配管４０には、重質油貯留器１０から反応器２０への重質油を送液するための送液手段Ｐ１（例えば、送液ポンプ等）が設けられている。
これらの構成により、重質油軽質化装置１００では、重質油貯留器１０→第１の重質油配管４０→反応器２０→第２の重質油配管７０→重質油貯留器１０の順に、液体状態の重質油ＨＯを循環できるようになっており、重質油ＨＯを流しながら触媒２２と接触させることができるようになっている。
【００３３】
ここで、第１の重質油配管４０に設けられた送液手段Ｐ１は、重質油貯留器１０から反応器２０への送液量を調整する送液量調整機能を備えていることが好ましい。
これにより、送液量の調整によって、反応器における重質油と触媒との接触時間を調整できる。前記接触時間を調整することにより、重質油からより多くの軽質油を得ることができる。
例えば、送液量を、反応器内における触媒量（ｇ）に対する前記反応器内における重質油の流量（ｇ／ｈ）の比［反応器内における重質油の流量（ｇ／ｈ）／反応器内における触媒量（ｇ）］（１／ｈ）（以下、空間速度（ＳＶ）ともいう）が０．５以上５０以下となるように調整することで、重質油から得られる軽質油の量（軽質油収量）を増大させることができる。
即ち、前記比が０．５以上であると、重質油と触媒との接触頻度がより向上し、軽質化反応をより促進させることができ、ひいては軽質油収量を増大させることができる。
一方、前記比が５０以下であると、軽質油が、反応場から分離される前に未反応油とともに排出されてしまう現象をより抑制でき、ひいては軽質油収量を増大させることができる。
前記空間速度は、より好ましくは０．５以上２０以下、更に好ましくは２以上１０以下、特に好ましくは２以上５以下である。
【００３４】
また、第２の重質油配管７０にはバルブＶ１が設けられており、これにより、反応器２０からの重質油ＨＯの排出量を調整できるようになっている。
前記送液量の調整に加え、この排出量の調整により、反応器における重質油と触媒との接触時間を調整できる。
但し、このバルブＶ１は省略されていてもよい。
また、送液手段Ｐ１（例えば、前記送液量調整機能を備えた送液手段）は、第１の重質油配管４０に代えて、または第１の重質油配管４０に加えて、第２の重質油配管７０に配置されていてもよい。
【００３５】
また、この実施形態では、反応器２０にキャリアガス配管２４が接続されている。これにより、不図示のキャリアガス供給手段（例えば、ガスボンベ等）から、キャリアガス配管２４を通して反応器２０内にキャリアガスＣＧを供給できるようになっている。
【００３６】
また、この実施形態では、反応器２０に対向する位置に、反応器２０を加熱するための加熱器３０（ヒーター）が設けられている。
これにより、反応器２０を加熱することで、反応器２０内での重質油ＨＯと触媒２２との接触を、１５０℃〜３００℃の温度条件下で行えるようになっている。
【００３７】
また、この実施形態では、反応器２０から排出された気体状態の軽質油ＬＯを液化させる液化器５０と、反応器２０と液化器５０とを連通する軽質油配管６０と、が設けられている。
これにより、反応器２０から排出された気体状態の軽質油ＬＯを、液化器５０内で液化できるようになっている。
液化器５０としては、気体状態の軽質油ＬＯを該軽質油ＬＯの沸点以下にまで冷却できる冷却器（クーラー等）を用いることができる。
【００３８】
また、この実施形態では、液化器５０には配管８６が連通されており、液化器５０からキャリアガスＣＧを排出できるようになっている。
また、この実施形態では、配管８４によって液化器５０と連通された軽質油貯留器８０が設けられている。液化器５０で生じた液体状態の軽質油ＬＯは、この軽質油貯留器８０に貯留される。
軽質油貯留器８０としては、例えば、液体状態の軽質油ＬＯを貯留できる内部空間を有する貯留タンクを用いる。
【００３９】
次に、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００における、重質油の軽質化の動作の一例について説明する。
【００４０】
まず初期状態として、重質油貯留器１０内に、軽質化の対象となる液体状態の重質油を入れるとともに、反応器２０にキャリアガスＣＧを流通させる。第２の重質油配管７０に備えられたバルブＶ１は開放させておく。
【００４１】
次に、送液手段Ｐ１を作動させて、重質油貯留器１０から反応器２０に向けて重質油を送液し、反応器２０内で重質油ＨＯと触媒２２とを接触させる。
この接触は、加熱器３０による加熱により１５０℃〜３００℃の条件で行う。この加熱温度（反応温度）は、生成したい軽質油の蒸留温度の上限とすることが好ましい。
接触時の反応器２０内の圧力には特に限定はないが、大気圧程度（例えば、０．０８〜０．１２ＭＰａ程度。以下同じ。）とすることができる。
【００４２】
反応器２０における前記接触により、液体状態の重質油ＨＯが軽質化されて気体状態の軽質油ＬＯが生成される。
生じた気体状態の軽質油ＬＯ及び外部から供給されたキャリアガスＣＧは、反応器２０から排出され、軽質油配管６０を通って液化器５０に至る。
液化器５０では、気体状態の軽質油ＬＯ及びキャリアガスＣＧが、例えば−２０〜３０℃程度（より好ましくは１〜１０℃程度）に冷却され、気体状態の軽質油ＬＯが液体状態の軽質油ＬＯに液化される。
液体状態の軽質油ＬＯは配管８４を通って軽質油貯留器８０に回収される。
一方、液化器５０に供給されたキャリアガスＣＧは、配管８６を通って外部に排出される。
【００４３】
反応器２０において、軽質化されなかった未反応の重質油ＨＯは反応器２０から第２の重質油配管７０に排出され、第２の重質油配管７０を通って重質油貯留器１０に戻される。
重質油貯留器１０に戻された未反応の重質油ＨＯは、再び、反応器２０に送液され、反応器２０内で触媒２２と１５０℃〜３００℃の条件下で接触する。
【００４４】
重質油軽質化装置１００における、重質油の軽質化では、以上の動作が繰り返される。
このように、重質油軽質化装置１００では、液体状態の重質油ＨＯを、重質油貯留器１０→第１の重質油配管４０→反応器２０→第２の重質油配管７０→重質油貯留器１０の順に循環させながら、重質油ＨＯと触媒２２との接触を連続的に行う。これにより、反応器２０における重質油ＨＯと触媒２２との接触頻度を高めることができるので、軽質化の条件を従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃としたことによる反応速度低下により増加する未反応油を無駄にすることなく軽質化に繰り返し利用することができる。
更に、反応器２０では、生成された気体状態の軽質油ＬＯを排出しながら重質油ＨＯの軽質化を行うので、過度の軽質化を抑制することにより軽質油の収率を向上させることができる。また、軽質化反応における反応平衡を軽質化が進む方向にずらすことができ、軽質化の反応速度を向上させることができる。
【００４５】
従って、重質油軽質化装置１００によれば、従来に比べて緩和された条件で（即ち、従来に比べて低温かつ低圧の条件で）重質油を軽質化させて良質な軽質油を得ることができる。また、重質油に対し水などの添加物質を混入させる必要がないので、良質な軽質油を得ることができる。
重質油軽質化装置１００では、軽質化の反応の条件が従来に比べて低温であるため、例えば太陽熱や工場廃熱などの未利用のエネルギーを反応熱源として有効利用して重質油の軽質化を行うことができる。
【００４６】
以上で説明した重質油の軽質化では、更に、反応器２０における空間速度（ＳＶ）（比［反応器内における重質油の流量／反応器内における触媒量］；単位１／ｈ）を前述の好ましい範囲に調整することで、軽質油収量を更に増大させることができる。
反応器２０における空間速度（ＳＶ）の調整は、例えば、送液手段Ｐ１として送液量調整機能を備えた送液手段を用い、該送液手段による重質油の送液量の調整によって行うことができる。
【００４７】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
なお、上記第一の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については、上記第一の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００４８】
［第二の実施形態］
図２は、本発明の第二の実施形態に係る重質油軽質化装置２００を模式的に示した図である。
図２に示すように、第二の実施形態に係る重質油軽質化装置２００の構成は、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００の構成において、ヒーターである加熱器３０を熱交換器である加熱器１２０に変更したこと以外は第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同一の構成である。
加熱器１２０は、外部から供給された高温ガスＨＧの熱を蓄熱し、蓄熱された熱で前記反応器を加熱する熱交換器である。
ここで、高温ガスとしては、例えば１５０〜３５０℃の高温ガス（但し反応温度と熱交換器の性能とに依存する）を用いることができる。高温ガスとしては、工場排ガス等から得られた高温ガスや水蒸気を利用することができる。
【００４９】
第二の実施形態に係る重質油軽質化装置２００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様である。重質油を軽質化させる基本的な動作も、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様である。
【００５０】
［第三の実施形態］
図３は、本発明の第三の実施形態に係る重質油軽質化装置３００を模式的に示した図である。
図３に示すように、第三の実施形態に係る重質油軽質化装置３００は、以下の点で、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と異なる。
即ち、重質油軽質化装置３００は、重質油軽質化装置１００におけるキャリアガス配管２４と同様の、外部から反応器２０にキャリアガスを供給するためのキャリアガス配管１２４を備えているが、更に、このキャリアガス配管１２４と液化器５０とを連通するキャリアガス配管１８６を備えている。これにより、キャリアガス配管１２４及びキャリアガス配管１８６によって、反応器２０と液化器５０とが連通されている。
また、キャリアガス配管１８６には送気手段Ｐ２（例えば、送気ブロア等）が設けられており、これにより、液化器５０から反応器２０に向けてキャリアガスＣＧを送気できるようになっている。
なお、送気手段Ｐ２は省略することもできる。
【００５１】
更に、重質油軽質化装置３００は、重質油軽質化装置１００における軽質油配管６０と同様の、反応器２０と液化器５０とを連通する軽質油配管１６０を備えているが、更に、この軽質油配管１６０の途中に分離器１５０が備えられている。
分離器１５０は、気体状態の軽質油ＬＯから高沸点成分ＨＢを分離するものである。分離器１５０としては、高沸点成分ＨＢを該高沸点成分ＨＢの沸点以下にまで冷却できる冷却器（クーラー等）を用いることができる。
【００５２】
更に、重質油軽質化装置３００は、重質油軽質化装置１００と同様に、反応器２０を過熱するための加熱器１３０を有しているが、この加熱器１３０が燃焼器（バーナー、触媒燃焼器、等）となっている。
そして、加熱器１３０が、配管１３２によって分離器１５０と連通されるとともに、配管１３４によって重質油貯留器１０と連通されている。
加熱器１３０は、外部から配管１３６を通して空気を供給しながら、分離器１５０から供給された高沸点成分及び重質油貯留器１０から供給された重質油ＨＯを燃焼させることができるようになっている。この燃焼により生じた熱により、反応器２０を加熱する。
【００５３】
第三の実施形態に係る重質油軽質化装置３００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様である。重質油を軽質化させる基本的な動作も、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様である。
【００５４】
次に、第三の実施形態に係る重質油軽質化装置３００における、重質油の軽質化の動作の一例について、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５５】
重質油軽質化装置３００における重質油の軽質化では、反応器２０から排出された気体状態の軽質油ＬＯがキャリアガスＣＧとともに分離器１５０に送気される。分離器１５０では、気体状態の軽質油ＬＯ及びキャリアガスＣＧが、反応温度より２０℃程度低い温度（例えば１３０〜２８０℃程度）に冷却され、気体状態の軽質油ＬＯから高沸点成分ＨＢが分離される。得られた高沸点成分ＨＢは配管１３２を介して加熱器１３０に供給される。
更に、加熱器１３０には重質油貯留器１０から重質油ＨＯが供給される。
更に、加熱器１３０には、外部から配管１３６を介して空気が供給される。
加熱器１３０は、上記で供給された高沸点成分ＨＢ及び重質油ＨＯを燃焼させ、燃焼により生じた熱で反応器２０を加熱する。
以上のように、重質油軽質化装置３００では、もともと系内に存在していた重質油ＨＯ及び該重質油ＨＯから軽質油ＬＯを経て生成された高沸点成分ＨＢを反応器の加熱に利用するので、反応温度の微調整や反応変動への対応を行うことができる。
【００５６】
更に、分離器１５０からは、高沸点成分ＨＢが除かれた気体状態の軽質油ＬＯと、キャリアガスと、が排出される。キャリアガスＣＧは、予め作動させておいた送気手段Ｐ２の作用により、分離器１５０→軽質油配管１６０→液化器５０→キャリアガス配管１８６→キャリアガス配管１２４→反応器２０→軽質油配管１６０→分離器１５０の経路で輸送される。
以上のように、重質油軽質化装置３００では、上記経路でキャリアガスを循環させてキャリアガスを繰り返し使用できるので、重質油の軽質化に用いるキャリアガスの使用量をより低減できる。
【００５７】
更に、重質油軽質化装置３００では、高沸点成分ＨＢが除かれた気体状態の軽質油ＬＯが液化器５０で液化されるので、より良質な軽質油を得ることができる。
【００５８】
以上、第三の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、第三の実施形態では、一端が液化器５０に接続されたキャリアガス配管１８６の他端は、外部からキャリアガスを供給するためのキャリアガス配管１２４に接続されているが（即ち、外部からのキャリアガスの供給経路とキャリアガスの循環経路とが一部重複しているが）、キャリアガス配管１８６の他端は、反応器２０に直接接続されていてもよい。即ち、外部からのキャリアガスの供給経路と、キャリアガスの循環経路と、が分離されていてもよい。
また、第三の実施形態では、加熱器１３０が、分離器１５０及び重質油貯留器１０の両方に連通されているが、加熱器１３０は、分離器１５０及び重質油貯留器１０のいずれか一方に連通されていてもよい。
【００５９】
また、第三の実施形態に係る重質油軽質化装置３００の変形例として、分離器１５０で分離された高沸点成分ＨＢを反応器２０に戻す戻し配管を備えた構成の重質油軽質化装置が挙げられる。この変形例によれば、反応器２０の反応温度を、生成したい軽質油の蒸留温度の上限よりも高く設定することで反応速度を増加させることができる。この変形例では、生成された軽質油は蒸留温度上限よりも沸点が高い成分を含むが、この成分は分離器１５０で分離されるため、最終的に得られる軽質油の蒸留性状を変えずに収量を増加させることができる。
【００６０】
［第四の実施形態］
図４は、本発明の第四の実施形態に係る重質油軽質化装置４００を模式的に示した図である。
図４に示すように、第四の実施形態に係る重質油軽質化装置４００の構成は、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００の構成において、反応器２０から排出された重質油ＨＯ（未反応油）を重質油貯留器１０に供給する重質油配管７０を、反応器２０から排出された重質油ＨＯ（未反応油）を再び反応器２０に戻す重質油配管７１に変更したこと以外は第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同一の構成である。
重質油配管７１には送液手段Ｐ４（例えば、送液ポンプ等）が設けられており、この送液手段Ｐ４を作動させることにより、重質油を循環させることができるようになっている。
【００６１】
重質油軽質化装置４００では、送液手段Ｐ４を作動させることにより、液体状態の重質油ＨＯを、反応器２０→重質油配管７１→反応器２０の順に循環させながら、重質油ＨＯと触媒２２との接触を連続的に行うことができる。
このとき、反応器２０における液相部の体積を一定に保つために、重質油貯留器１０から反応器２０への重質油ＨＯの送液量を減少させることや、重質油貯留器１０から反応器２０への重質油ＨＯの送液を止めることも好ましい。
【００６２】
第四の実施形態に係る重質油軽質化装置４００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様である。重質油を軽質化させる基本的な動作も、第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同様である。
なお、重質油軽質化装置４００では、一端が反応器２０に接続された重質油配管７１の他端は、反応器２０に接続されているが、重質油配管７１の他端は重質油配管４０に接続されていてもよい。即ち、重質油貯留器１０から反応器２０への重質油の供給経路と、重質油の循環経路と、が一部重複していてもよい。
【００６３】
以上、本発明の第一〜第四の実施形態に係る重質油軽質化装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
また、第一〜第四の実施形態（各変形例を含む）は、適宜組み合わせてもよい。
例えば、重質油軽質化装置１００における加熱器３０として、重質油軽質化装置３００における加熱器１３０のような燃焼器（重質油貯留器に配管を介して連通され、重質油貯留器から供給された重質油を燃焼させる燃焼器）を用いてもよい。
また、第二の実施形態に係る重質油軽質化装置２００又は第三の実施形態に係る重質油軽質化装置３００の構成において、反応器２０から排出された重質油ＨＯ（未反応油）を重質油貯留器１０に供給する重質油配管７０を、反応器２０から排出された重質油ＨＯ（未反応油）を再び反応器２０に戻す重質油配管（例えば、図４中の重質油配管７１）に変更してもよい。
また、本発明における、重質油貯留器、反応器、液化器、分離器、重質油配管や軽質油配管等の各種配管の材質には特に限定はなく、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等、公知の材質から適宜選択することができる。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００６５】
〔実施例１〕
図１に示す重質油軽質化装置１００を用い、重質油の軽質化を行った。
重質油ＨＯとしては、動粘度が８ｃＳｔ（５０℃）であり、蒸留特性が０〜９０％留出温度３２０〜４５０℃の物性となるＡ重油相当の重質油を用いた。
触媒２２としては、ゼオライトを主成分とする触媒を０．７５ｇ用いた。
反応器２０における反応温度（重質油の温度）は２５０℃とした。
反応器２０の反応圧力は、０．１ＭＰａとした。
加熱器３０としては、ヒーターを用いた。
キャリアガスＣＧとしては窒素を用いた。
液化器５０における冷却温度は２５℃とした。
反応時間（重質油軽質化装置の作動時間）は、６時間とした。
【００６６】
上記条件の下、送液量調整機能を備えた送液手段Ｐ１による重質油の送液量の調整により、反応器２０における空間速度（ＳＶ）［１／ｈ］を種々変化させて重質油の軽質化を行った。
表１に、空間速度（ＳＶ）と軽質油量（最終的に得られた軽質油の質量）との関係を示す。軽質油量は、空間速度（ＳＶ）が０．０［１／ｈ］の場合の軽質油量を１．００としたときの相対値である。
【００６７】
【表１】
2013091690.tif 000003
【００６８】
表１に示すように、空間速度（ＳＶ）が０．０［１／ｈ］である条件１と比較して、空間速度（ＳＶ）が０．０［１／ｈ］を超える条件２〜７では、軽質油量が増大することが確認された。
【００６９】
〔実施例２〕
実施例１において、Ａ重油相当の重質油を、動粘度が２０ｃＳｔ（５０℃）であるＢ重油相当の重質油に変更したこと以外は実施例１と同様にして重質油の軽質化を行ったところ、実施例１と同様の効果が確認された。
【符号の説明】
【００７０】
１０  重質油貯留器
２０  反応器
２２  触媒
２４、１２４、１８６キャリアガス配管
３０、１２０、１３０  加熱器
４０  第１の重質油配管
５０  液化器
６０、１６０  軽質油配管
７０  第２の重質油配管
８０  軽質油貯留器
１００、２００、３００  重質油軽質化装置
１２４、１８６キャリアガス配管
１５０  分離器
ＣＧ  キャリアガス
ＨＢ  高沸点成分
ＨＯ  重質油
ＬＯ  軽質油
ＨＧ  高温ガス
Ｐ１  送液手段
Ｐ２  送気手段
【図１】
2013091690.tif 000004
【図２】
2013091690.tif 000005
【図３】
2013091690.tif 000006
【図４】
2013091690.tif 000007