(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、重質油貯留器１０と、重質油ＨＯ及び触媒２２を含む液相部２３、軽質油の少なくとも一部（軽質油ＬＯ）が液相部２３から分離される気相部２１、並びに気相部２１にキャリアガスＣＧを供給するキャリアガス供給口２４ａを有し、キャリアガスＣＧ及び重質油ＨＯを、重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対するキャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕となるように流通させながら重質油ＨＯと触媒２２とを１５０℃〜３００℃で接触させて軽質油を生成する反応器２０と、加熱器３０と、を備える。【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、
前記重質油貯留器から送液された重質油及び該重質油を軽質化させる触媒を含む液相部、前記重質油の軽質化により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、並びに前記気相部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給口を有し、前記気相部に前記キャリアガスを、前記液相部に前記重質油を、前記重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対する前記キャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕となるようにそれぞれ流通させながら、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反応器と、
前記反応器を加熱する加熱器と、
を備えた重質油軽質化装置。
【請求項２】
前記反応器は、前記気相部から前記気体状態の軽質油及び前記キャリアガスを排出するガス排出口を有する請求項１に記載の重質油軽質化装置。
【請求項３】
前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、２５≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を満たす請求項１又は請求項２に記載の重質油軽質化装置。
【請求項４】
前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たす請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の重質油軽質化装置。
【請求項５】
前記反応器から未反応の重質油を排出し、排出された未反応の重質油を前記反応器に戻す重質油配管を備えた請求項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５に記載の重質油軽質化装置。
【請求項７】
前記ガス排出口は、前記キャリアガス供給口に対し、前記重質油の流通方向についての上流側に設けられている請求項２〜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】
液体状態の重質油及び該重質油を軽質化させる触媒を含む液相部と、前記重質油の軽質化により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、を有する反応器の前記気相部にキャリアガスを、前記液相部に前記重質油を、前記重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対する前記キャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕となるようにそれぞれ流通させながら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工程を有する重質油軽質化方法。
【請求項９】
前記軽質油の生成は、前記気相部から気体状態の軽質油及び前記キャリアガスを排出しながら行う請求項８に記載の重質油軽質化方法。
【請求項１０】
前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、２５≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を満たす請求項８又は請求項９に記載の重質油軽質化方法。
【請求項１１】
前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たす請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の重質油軽質化方法。
【請求項１２】
前記軽質油の生成は、前記反応器から前記未反応の重質油を排出し、排出された未反応の重質油を前記反応器に戻しながら行う請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の重質油軽質化方法。
【請求項１３】
前記反応器は、前記気相部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給口と、前記キャリアガス供給口に対し前記重質油の流通方向についての上流側に設けられ、前記気相部から前記気体状態の軽質油及び前記キャリアガスを排出するガス排出口と、を有する請求項８〜請求項１２のいずれか１項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、前記重質油貯留器から送液された重質油及び該重質油を軽質化させる触媒を含む液相部、前記重質油の軽質化により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、並びに前記気相部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給口を有し、前記気相部に前記キャリアガスを、前記液相部に前記重質油を、前記重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対する前記キャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕となるようにそれぞれ流通させながら、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反応器と、前記反応器を加熱する加熱器と、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、反応器の液相部において、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、軽質化の反応温度を従来に比べて低く、具体的には１５０℃〜３００℃とすることができる。
【０００９】
請求項１に記載の重質油軽質化装置では、軽質化の反応温度を従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃とすることによる反応速度の低下及び軽質油収量の低下を、以下のようにして緩和できる。
即ち、反応器の液相部において、重質油を流通させながら触媒と接触させることにより、重質油と触媒との接触頻度を高めることができるので、重質油の軽質化の反応（以下、「軽質化反応」ともいう）を促進できる。
更に、反応器に、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液相部から分離される気相部を設けることにより、液相部（反応場）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、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、軽質油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、過度の分解や重合が抑制されるので、軽質油の収率が向上する。
更に、キャリアガスを気相部に流通させながら軽質油を生成することにより、キャリアガスがスイープガスとして機能し、液相部からの軽質油の分離効率を向上させることができ、ひいては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る。このとき、重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対する前記キャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を満たすことにより、キャリアガスと重質油とのスリップが生じるので、液相部からの軽質油の分離が更に促進される。
【００１０】
以上により、請求項１に記載の重質油軽質化装置では、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。
【００１１】
従って、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。
【００１２】
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、前記反応器は、前記気相部から前記気体状態の軽質油及び前記キャリアガスを排出するガス排出口を有する。
これにより、液相部（反応場）からの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）の分離の効率をより向上させることができる。
【００１３】
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、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、２５≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を満たす。
これにより、キャリアガスと重質油とのスリップが増すので、液相部からの軽質油の分離がより促進され、軽質油の収量をより増大させることができる。
【００１４】
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、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たす。
これにより、液相部から分離される軽質油中に高カーボン数成分が混入する現象をより抑制できるので、より良質な軽質油を得ることができる。
【００１５】
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、前記反応器から未反応の重質油を排出し、排出された未反応の重質油を前記反応器に戻す重質油配管を備える。
これにより、未反応の重質油を無駄にすることなく利用できる。
【００１６】
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５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、重質油を、重質油貯留器、反応器、重質油貯留器、反応器の順に循環させながら触媒と接触させることができるので、未反応の重質油を無駄にすることなく利用できる。
【００１７】
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２〜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、前記ガス排出口は、前記キャリアガス供給口に対し、前記重質油の流通方向についての上流側に設けられている。
これにより、重質油の流れとキャリアガスの流れとが対向流となり、並行流とした場合と比較してキャリアガスと重質油とのスリップが増すので、液相部からの軽質油の分離効率がより向上し、ひいては軽質油の収量をより増大させることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、液体状態の重質油及び該重質油を軽質化させる触媒を含む液相部と、前記重質油の軽質化により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、を有する反応器の前記気相部にキャリアガスを、前記液相部に前記重質油を、前記重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対する前記キャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕となるようにそれぞれ流通させながら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工程を有する。
【００１９】
請求項８に記載の発明に係る重質油軽質化方法によれば、請求項１に記載の重質油軽質化装置と同様に、軽質化の反応温度を従来に比べて低温の１５０℃〜３００℃とすることによる反応速度の低下及び軽質油収量の低下を緩和できるので、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。
【００２０】
請求項９に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、請求項８に記載の重質油軽質化方法において、前記軽質油の生成は、前記気相部から気体状態の軽質油及び前記キャリアガスを排出しながら行う。
これにより、液相部（反応場）からの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）の分離の効率をより向上させることができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、請求項８又は請求項９に記載の重質油軽質化方法において、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、２５≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を満たす。
これにより、キャリアガスと重質油とのスリップが増すので、液相部からの軽質油の分離がより促進され、軽質油の収量をより増大させることができる。
【００２２】
請求項１１に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の重質油軽質化方法において、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たす。
これにより、液相部から分離される軽質油中に高カーボン数成分が混入する現象をより抑制でき、より良質な軽質油を得ることができる。
【００２３】
請求項１２に記載の発明に係る重質油軽質化方法は、請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の重質油軽質化方法において、前記軽質油の生成は、前記反応器から前記未反応の重質油を排出し、排出された未反応の重質油を前記反応器に戻しながら行う。
これにより、未反応の重質油を無駄にすることなく利用できる。
【００２４】
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８〜請求項１２のいずれか１項に記載の重質油軽質化方法において、前記反応器は、前記気相部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給口と、前記キャリアガス供給口に対し前記重質油の流通方向についての上流側に設けられ、前記気相部から気体状態の軽質油及び前記キャリアガスを排出するガス排出口と、を有する。
これにより、重質油の流れとキャリアガスの流れとが対向流となり、並行流とした場合と比較してキャリアガスと重質油とのスリップが増すので、液相部からの軽質油の分離効率がより向上し、ひいては軽質油の収量をより増大させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
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】
【００２６】
【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】本実施例１において、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と軽質油量及び軽質成分割合との関係を示すグラフである。
【図４】本実施例１（ＳＶ２．５）、本実施例２（ＳＶ４．１７）、及び本実施例３（ＳＶ０．８３）において、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と軽質油量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［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、重質油の軽質化反応を行う反応器２０と、反応器２０を加熱するための加熱器３０と、を備えている。
重質油貯留器１０と反応器２０とは、重質油配管４０によって連通されるとともに送液手段Ｐ１を備えた重質油配管７０によっても連通されており、送液手段Ｐ１を作動させることにより、重質油貯留器１０と反応器２０との間で重質油ＨＯを循環できるようになっている。
即ち、重質油軽質化装置１００では、重質油貯留器１０が重質油配管（重質油配管４０及び重質油配管７０）の途中に設けられており、重質油配管（重質油配管４０及び重質油配管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。即ち、重質油貯留器１０から反応器２０への重質油ＨＯの供給経路と、重質油ＨＯの循環経路と、が一部重複している。
但し、本発明はこの形態には限定されず、重質油の供給経路と重質油の循環経路とが全く重複しない形態（即ち、重質油貯留器から反応器への重質油を供給するための重質油配管とは別に、反応器から排出された未反応の重質油を重質油貯留器を経由させずに直接反応器に戻す重質油配管を備えた形態）であってもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
反応器２０は、重質油貯留器１０から送液された重質油ＨＯ及び触媒２２を含む液相部２３と、後述する気相部２１と、を有する。
これにより、液相部２３において、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、具体的には、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。
反応器２０には、重質油配管４０に連通され反応器２０に重質油を供給するための重質油供給口２６ａ、及び重質油配管７０に連通され反応器２０から重質油を排出するための重質油排出口２７ａが、それぞれ設けられている。
【００３１】
液相部２３は、気相部２１に隣接する領域であって重質油ＨＯの流通方向において触媒２２が存在しない領域２３Ａ（以下、「触媒不存在領域２３Ａ」ともいう）と、重質油ＨＯの流通方向において触媒が存在する領域２３Ｂ（以下、「触媒存在領域２３Ｂ」ともいう）と、から構成されている。
反応器２０の内部空間を高さ方向（深さ方向）について見ると、上部が気相部２１、下部が液相部２３となっており、液相部２３は、上部（図１中の想像線（二点鎖線）よりも上の領域）が触媒不存在領域２３Ａ、下部（図１中の想像線（二点鎖線）以下の領域）が触媒存在領域２３Ｂとなっている。
このような構成とするための方法としては、図１に示すように、重質油排出口２７ａを、反応器２０における触媒存在領域２３Ｂよりも高い位置に設ける方法が好適である。
反応器２０において、重質油ＨＯは、軽質化反応で生成した軽質油と入れ替わって触媒存在領域２３Ｂ中に存在するとともに、一部は触媒不存在領域２３Ａ中を流通する。
【００３２】
また、反応器２０は、液相部２３上に、気体状態の軽質油ＬＯが流通される気相部２１を有する。
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、主には反応温度（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って、液相部２３から分離された成分である。
【００３３】
気相部２１の重質油流通方向についての上流側の端部にはキャリアガス供給口２４ａが設けられており、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６２ａを通じて気相部２１にキャリアガスＣＧを供給し、気相部２１にキャリアガスＣＧを流通できるようになっている。
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。
【００３４】
また、気相部２１の重質油流通方向についての下流側の端部には、ガス排出口２５ａが設けられており、これにより、気体状態の軽質油ＬＯ及びキャリアガスＣＧを、気相部２１から軽質油配管６０ａに排出できるようになっている。
この実施形態では、ガス排出口２５ａが、キャリアガス供給口２４ａに対し、重質油流通方向についての下流側に設けられており、これにより、反応器２０において、重質油ＨＯの流れとキャリアガスＣＧの流れとが並行流となるように構成されている。
【００３５】
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、重質油の流速、キャリアガスの流速等を測定する各種の測定手段（センサー等）を備えていてもよい。
【００３６】
また、前述のとおり、反応器２０と重質油貯留器１０とを連通する重質油配管７０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。但し、送液手段は重質油配管７０ではなく重質油配管４０に設けられていてもよいし、重質油配管４０及び重質油配管７０の両方に設けられていてもよい。
ここで、送液手段Ｐ１は、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。この送液量の調整によって、反応器２０における重質油の流速や、下記の空間速度（ＳＶ）を調整できる。
【００３７】
本実施形態においては、反応器２０内における触媒量（単位；ｇ）に対する反応器２０内における重質油の流量（単位；ｇ／ｈ）の比［反応器内における重質油の流量（単位；ｇ／ｈ）／反応器内における触媒量（単位；ｇ）］（単位；１／ｈ）（以下、空間速度（ＳＶ）ともいう）は、０．５以上５０以下であることが好ましい。
この空間速度（ＳＶ）（単位；１／ｈ）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、軽質化反応がより促進される。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。
従って、空間速度（ＳＶ）（単位；１／ｈ）が０．５以上５０以下であると、軽質油の収量をより増大させることができる。
前記空間速度（ＳＶ）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。
前記空間速度（ＳＶ）の調整は、例えば、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や、後述するバルブＶ１による重質油の排出量の調整によって行うことができる。
【００３８】
また、反応器２０において、重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対するキャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕は、１＜〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕であることが必要である。これにより、重質油とキャリアガスとのスリップが生じるので、キャリアガスの流通による、液相部からの軽質油の分離効率向上の効果がより効果的に奏され、最終的に得られる軽質油の収量がより増大する。
前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕は、重質油とキャリアガスとのスリップをより増大させる観点から、２５≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が好ましく、４０≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕がより好ましく、１００≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が特に好ましい。
また、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕は、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たすことが好ましく、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦３００を満たすことがより好ましく、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦２００を満たすことが特に好ましい。〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たすことにより、液相部から分離される軽質油中に高カーボン数成分が混入する現象をより抑制できるので、より良質な軽質油を得ることができる。更に、〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たす場合には、高カーボン数成分を除去する工程を設ける必要がないので、装置の構成をより簡易なものとすることができる。軽質油中に含まれる高カーボン数成分の含有量は、軽質油を軽油等として利用する観点からは、１０質量％以内であることが好ましい。
本実施形態において、液相部からの軽質油の分離効率向上の効果と、軽質油中に高カーボン数成分が混入する現象を抑制する効果と、のバランスの観点からは、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕は、２５≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たすことが好ましく、４０≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦６００を満たすことがより好ましく、１００≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦３００を満たすことが更に好ましく、１００≦〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕≦２００を満たすことが特に好ましい。
【００３９】
前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を調整する方法には特に限定は無いが、例えば、空間速度（ＳＶ）の調整や、気相部２１や液相部２３の体積の調整によって行うことができる。
以下、気相部２１及び液相部２３の体積の調整によって、前記比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を増大させる場合の一例を示す。
例えば、一定の空間速度（ＳＶ）の下では、液相部２３の体積を増大させることにより、ｖｏｉｌを低下させることができる。一方、一定のキャリアガス流量の下では、気相部２１の体積を縮小させることにより、ｖｃｇを増大させることができる。
従って、一定の空間速度（ＳＶ）及び一定のキャリアガス流量の下では、液相部２３の体積を増大させ、かつ、気相部２１の体積を縮小させることにより、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を増大させることができる。
【００４０】
また、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っても、反応器２０における重質油ＨＯの流速（ｖｏｉｌ）を調整できる。
【００４１】
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の液相部２３において、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。
加熱器３０としては公知のものを用いることができ、例えば、ヒーター、燃焼器（バーナー）、熱交換器、等を用いることができる。
【００４２】
前記熱交換器としては、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が好適である。前記高温ガスとしては、例えば２００〜３５０℃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、工場排気の高温ガスを利用することができる。
【００４３】
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６０ａ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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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収容するとともに、反応器２０の気相部２１にキャリアガスＣＧを流通させる。重質油配管７０に備えられたバルブＶ１は開放させておく。
【００４７】
次に、送液手段Ｐ１を作動させて、重質油貯留器１０、重質油配管４０、反応器２０、重質油配管７０、重質油貯留器１０の順に重質油を循環させる。
このとき、反応器２０内の液相部２３では、重質油ＨＯが流通しながら触媒２２と接触する。
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（気相部２１）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。
【００４８】
前記接触により、液体状態の重質油ＨＯが軽質化されて軽質油が生成される。
生成された軽質油の少なくとも一部（気体状態の軽質油ＬＯ）は、気体状態となって液相部２３から気相部２１に分離される。
気体状態の軽質油ＬＯ及びキャリアガスＣＧは、気相部２１からガス排出口２５ａを通じて排出され、軽質油配管６０ａ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。
【００４９】
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の液相部２３から重質油配管７０に排出され、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の液相部２３で触媒２２と１５０℃〜３００℃の条件下で接触する。
【００５０】
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→重質油配管４０→反応器２０→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、過度の軽質化や重合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。
【００５１】
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利用して重質油の軽質化を行うことができる。
【００５２】
上記重質油の軽質化において、反応器２０における、重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対するキャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕については前述のとおりである。
【００５３】
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。
【００５４】
［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、キャリアガス供給口及びガス排出口の重質油流通方向についての配置が異なること以外は第一の実施形態に係る重質油軽質化装置１００と同一である。
図２に示すように、重質油軽質化装置２００の反応器２０（気相部２１）において、キャリアガス配管６２ｂに通じるキャリアガス供給口２４ｂは重質油流通方向についての下流側に設けられており、軽質油配管６０ｂに通じるガス排出口２５ｂは重質油流通方向についての上流側に設けられている。即ち、この実施形態では、ガス排出口２５ｂが、キャリアガス供給口２４ｂに対し、重質油流通方向についての上流側に設けられており、これにより、反応器２０において、重質油ＨＯの流れとキャリアガスＣＧの流れとが対向流となるように構成されている。
これにより、重質油ＨＯの流れとキャリアガスＣＧの流れとを並行流とした場合と比較して重質油ＨＯとキャリアガスＣＧとのスリップが増すので、重質油からの軽質油の分離効率が向上し、ひいては軽質油の収量をより増大させることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
以上、本発明の第一及び第二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。
例えば、上記各実施形態では、反応器２０における液相部２３が触媒不存在領域２３Ａを有する形態を示したが、触媒不存在領域２３Ａは必須ではなく、液相部２３が触媒存在領域２３Ｂのみから構成されていてもよい。但し、軽質油収量をより増大させる観点からは、上記各実施形態のように、触媒不存在領域２３Ａが存在する形態が好ましい。
【００５７】
また、上記各実施形態において、加熱器３０として燃焼器を用いる場合、燃焼器と重質油貯留器とを連通させ、重質油貯留器内の重質油の一部を燃焼器における燃料として利用できるように構成されていてもよい。また、加熱器３０として燃焼器を用いる場合、反応器２０と液化器５０との間に、気体状態の軽質油ＬＯから高沸点成分を分離する分離器（例えば冷却器）を設け、更に分離器と燃焼器とを連通させ、高沸点成分を燃焼器における燃料として使用できるように構成されていてもよい。これらの構成によれば、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（及び該重質油から生じた軽質油の一部）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。
【００５８】
また、上記各実施形態において、一端が液化器５０に連通されたキャリアガス配管８６の他端は、キャリアガス供給管６２ａ若しくは６２ｂ又は反応器２０の気相部２１に連通されていてもよい。このとき、キャリアガス配管８６には、必要に応じキャリアガスを送気するための送気手段が設けられていてもよい。これにより、キャリアガスを循環させて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。
【００５９】
なお、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】
【００６０】
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。
【００６１】
〔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。
反応器２０における空間速度（ＳＶ）［１／ｈ］は、２．５［１／ｈ］に固定した。
【００６２】
上記条件の下、気相部及び液相部の体積の調整により、反応器２０における重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対するキャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を種々変化させて重質油の軽質化を行った。
【００６３】
重質油の軽質化により得られた軽質油の量は、軽質油貯留器８０に回収された液体状態の軽質油の質量を測定することにより確認した。
更に、この液体状態の軽質油を、ガスクロマトグラフィーによって、この軽質油を軽質成分と高カーボン成分とに分類し、軽質油中に含まれる軽質成分の割合（質量比）を求めた。
ここで軽質成分とは、一分子に含まれる総炭素数が２３以下である成分を指し、高カーボン成分とは、一分子に含まれる総炭素数が２４以上である成分を指す。
【００６４】
表１に、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と軽質油量との関係を示す。
また、図３は、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と、軽質油量及び軽質油に含まれる軽質成分の割合と、の関係を示すグラフである。
【００６５】
【表１】
2013091689.tif 000003
【００６６】
表１及び図３に示すように、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が大きくなるにつれ、軽質油量が増大することが確認された。
また、図３に示すように、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が６００以下のときに、軽質油中における軽質成分の割合（質量比）を０．９以上に維持できることが確認された。
【００６７】
〔実施例２〕
実施例１において、空間速度（ＳＶ）［１／ｈ］を４．１７［１／ｈ］に固定したこと以外は実施例１と同様にして、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と軽質油量との関係を調べた。
【００６８】
〔実施例３〕
実施例１において、空間速度（ＳＶ）［１／ｈ］を０．８３［１／ｈ］に固定したこと以外は実施例１と同様にして、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と軽質油量との関係を調べた。
【００６９】
図４は、実施例１（ＳＶ２．５）、実施例２（ＳＶ４．１７）、及び実施例３（ＳＶ０．８３）における、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕と軽質油量との関係を示すグラフである。
図４に示すように、実施例１（ＳＶ２．５）、実施例２（ＳＶ４．１７）、及び実施例３（ＳＶ０．８３）のいずれにおいても、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕が大きくなるにつれ、軽質油量が増加することが確認された。
【００７０】
〔実施例４〕
図１に示す重質油軽質化装置１００（重質油ＨＯの流れとキャリアガスＣＧの流れとが並行流である形態；条件２−１）、及び、図２に示す重質油軽質化装置２００（重質油ＨＯの流れとキャリアガスＣＧの流れとが対向流である形態；条件２−２）を用い、重質油の軽質化を行った。
条件２−１及び条件２−２におけるその他の条件は下記のとおりとした。
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。
反応器２０における重質油の流速（ｖｏｉｌ）に対するキャリアガスの流速（ｖｃｇ）の比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕は、１０７とした。
反応器２０における空間速度（ＳＶ）［１／ｈ］は、２．５［１／ｈ］とした。
【００７１】
表２に、方向（並行流又は対向流）と軽質油量との関係を示す。
軽質油量は、下記条件２−１（並行流）における軽質油量を１．００としたときの相対値である。
【００７２】
【表２】
2013091689.tif 000004
【００７３】
表２に示すように、条件２−２（対向流）では条件２−１（並行流）と比較して、得られる軽質油量が１．０８倍となっていた。
【００７４】
〔実施例５〕
実施例４において、比〔ｖｃｇ／ｖｏｉｌ〕を１８３としたこと以外は実施例４と同様にして軽質油量を測定した。
その結果、実施例４と同様に、対向流とした場合には、並行流とした場合と比較して、得られる軽質油量が１．０８倍となっていた。
【００７５】
以上、実施例１〜５を示したが、実施例１〜５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１〜５と同様にして重質油の軽質化を行ったところ、実施例１〜５と同様の効果が確認された。
【符号の説明】
【００７６】
１０  重質油貯留器
２０  反応器
２１  気相部
２２  触媒
２３  液相部
２３Ａ  触媒不存在領域
２３Ｂ  触媒存在領域
２４ａ、２４ｂ  キャリアガス供給口
２５ａ、２５ｂ  ガス排出口
２６ａ  重質油供給口
２７ａ  重質油排出口
３０  加熱器
４０、７０  重質油配管
５０  液化器
６０ａ、６０ｂ  軽質油配管
６２ａ、６２ｂ  キャリアガス配管
８０  軽質油貯留器
１００、２００  重質油軽質化装置
ＣＧ  キャリアガス
ＨＯ  重質油
ＬＯ  軽質油
Ｐ１  送液手段
【図１】
2013091689.tif 000005
【図２】
2013091689.tif 000006
【図３】
2013091689.tif 000007
【図４】
2013091689.tif 000008