(57)【要約】【課題】高価な水素の代替物質として安価な超臨界水を用いて重質油から安定した品質を有する軽質油を得ると共に、改質処理コストが安く、スケールアップが容易な重油改質装置を提供する。【解決手段】重質油と水とを混合し混相流体とする混合器と、混相流体をエマルジョンとする乳化機と、エマルジョンを加圧する高圧ポンプと、高圧ポンプから送られるエマルジョンを加熱するエマルジョンヒータと、エマルジョンに含まれる油分を低分子化する超臨界水改質反応器と、を備えた重質油の改質装置であって、乳化機は、エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように制御される。【選択図】図１
2016210884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油と水とを混合し混相流体とする混合器と、
前記混相流体をエマルジョンとする乳化機と、
前記エマルジョンを加圧する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプから送られる前記エマルジョンを加熱するエマルジョンヒータと、
前記エマルジョンに含まれる油分を低分子化する超臨界水改質反応器と、を備え、
前記乳化機は、前記エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように制御される、重質油の改質装置。
【請求項２】
さらに、前記超臨界水改質反応器で低分子化された有機物及び廃水を分離する分離槽を備えた、請求項１記載の重質油の改質装置。
【請求項３】
さらに、前記エマルジョンの平均粒径を検出するエマルジョン粒径検出部を備えた、請求項１又は２に記載の重質油の改質装置。
【請求項４】
さらに、前記重質油を予熱する重質油プレヒータと、その温度に前記水を予熱する水プレヒータと、を備え、
前記重質油の粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下になる温度に前記重質油及び前記水を予熱する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の重質油の改質装置。
【請求項５】
前記高圧ポンプは、前記エマルジョンを２５〜４０ＭＰａに加圧する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の重質油の改質装置。
【請求項６】
前記エマルジョンヒータは、前記高圧ポンプから送られる前記エマルジョンを４００〜４５０℃に加熱する、請求項５記載の重質油の改質装置。
【請求項７】
前記超臨界水改質反応器は、その内部で前記エマルジョンを所定の時間保持する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の重質油の改質装置。
【請求項８】
前記乳化機は、ステーターと、ローターと、を有し、
前記ローターの回転により前記混相流体に剪断力を与える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の重質油の改質装置。
【請求項９】
低分子化された前記有機物の粘度若しくは流出量、廃水に含まれる油分の濃度又は前記重質油の粘度を検出し、これらのデータのうち少なくとも１つを用いて前記ローターの回転数を調整する、請求項８記載の重質油の改質装置。
【請求項１０】
前記乳化機は、ステーターと、ローターと、を有し、
前記分離槽から流出する前記廃水に含まれる油分の濃度が１００ｐｐｍ以下になるように前記ローターの回転数を調整する、請求項２記載の重質油の改質装置。
【請求項１１】
前記乳化機は、隘路を有し、
前記混相流体は、前記隘路を通過することにより前記エマルジョンとなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の重質油の改質装置。
【請求項１２】
重質油と水とを混合し混相流体とする混合工程と、
前記混相流体をエマルジョンとする乳化工程と、
前記エマルジョンを加圧する加圧工程と、
前記高圧ポンプから送られる前記エマルジョンを加熱する加熱工程と、
前記エマルジョンに含まれる油分を低分子化する超臨界水改質反応工程と、を含み、
前記乳化工程は、前記エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるようにするものである、重質油の改質方法。
【請求項１３】
さらに、前記超臨界水改質反応工程で低分子化された有機物と廃水とを分離する分離工程を含む、請求項１２記載の重質油の改質方法。
【請求項１４】
さらに、前記エマルジョンの平均粒径を検出するエマルジョン粒径検出工程を含み、請求項１２又は１３に記載の重質油の改質方法。
【請求項１５】
重質油の改質に用いる乳化機を制御する装置であって、
前記乳化機は、前記重質油と水とを含む混相流体をエマルジョンとするものであり、
前記エマルジョンの平均粒径を検出し、このデータを用いて前記エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように調整する、乳化機の制御装置。
【請求項１６】
前記エマルジョン粒径検出部は、前記エマルジョンの一部を通過させる光学フローセルと、光源と、受光素子と、を有し、
前記光学フローセルは、前記光源と前記受光素子との間に配置され、
前記エマルジョンの平均粒径は、前記受光素子で検出された透過画像の画像処理、又は前記光学フローセルにおける吸光度の測定により算出する、請求項１５記載の乳化機の制御装置。
【請求項１７】
前記エマルジョンの平均粒径のデータは、間欠的に検出し、最新の前記エマルジョンの平均粒径のデータを検出した際に検出した前記重質油の粘度と、その後に検出した前記重質油の粘度と、が１０％以上異なる場合には、再度前記エマルジョンの平均粒径のデータを検出する、請求項１５又は１６に記載の乳化機の制御装置。
【請求項１８】
重質油の改質に用いる乳化機を制御する装置であって、
前記乳化機は、前記重質油と水とを含む混相流体をエマルジョンとするものであり、
前記重質油の粘度を検出し、このデータを用いて前記エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように調整する、乳化機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重質油の改質装置及び改質方法並びに乳化機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界中に埋蔵されているオイルサンドから得られる重質原油（以後、「重質油」もしくは「ビチューメン」とも呼ぶ。）は、従来、原油の２倍以上と推定されており、近年の原油価格の高騰から石油燃料代替資源として注目されている。
【０００３】
この重質原油は、一般に、分子量が高いゆえに粘度が高く、そのため、これをそのままパイプライン等で輸送することが困難であった。一般に、井戸下でナフサ・ケロシンのような希釈剤を添加して、粘性を低下させた後に、パイプラインで製油所に輸送される。この希釈剤は、製油所で分離・回収され、再びパイプラインで井戸下に返送されるが、パイプライン設置が必要になると共に、希釈剤の蒸留・精製が必要になる問題がある。
【０００４】
一方、重質原油は、ＬＣ−Ｆｉｎｉｎｇプロセス、Ｈ−Ｏｉｌプロセス等の水素化分解法により軽質化される例もある。この水素化分解法は、重質油の改質方法として実績があるプロセスであるが、課題として以下のものが挙げられる。
【０００５】
（１）重質原油に硫黄やバナジウム、ニッケル等の金属が含まれるため、それらの除去に非常に高価な水素を大量に使用しなければならない。
【０００６】
（２）水素の原料であるＬＮＧをパイプラインでアップグレーダー輸送しなければならず、パイプラインを設置するための多額の初期投資が必要となる。
【０００７】
（３）水素改質触媒にはＭｏ、Ｎｉ等の高価な触媒が使用されるが、触媒上へのＮｉ、Ｖの析出や、コークスの析出により触媒が失活するため、触媒を使い捨てにしなければならない。
【０００８】
このため、近年、高価な水素や触媒を用いずに、安価な代替物質である超臨界水を用いて重質原油を改質する方法が研究されている。
【０００９】
特許文献１には、超臨界水を用いて重質油を低分子化する技術が記載されている。この方法は、反応器の上部から３００〜４５０℃、２２．１ＭＰａ以上の重質油を供給し、反応部の下部から４５０〜６００℃、２２．１ＭＰａ以上の超臨界水を供給することで、両者を接触させて重質油を軽質化する方法である。
【００１０】
特許文献２には、このコーキングを抑制するために、超臨界水と重質油を乳化して超臨界状態にすることで低分子化する技術が記載されている。この方法は、重質油と水を１５０℃以上に加熱した後に、乳化タンク内で１０〜１５０ｋＨｚの超音波を１０〜１２０分照射してバッチ処理にて乳化した後に、２２．１ＭＰａ以上、１５０〜３５０℃に加圧・加熱した後に、３７４℃以上に加熱することで、重質油を改質するプロセスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−８８９６４号公報
【特許文献２】特許５２０２６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の方法では、反応器が大きいため、超臨界水と重質油との混合が十分でないため、温度ムラが生じる。また、超臨界水と重質油との接触界面が小さいため、超臨界水による重質油の軽質化と並行して、軽質化した重油が再重合して重質化するコーキングと呼ばれる現象が発生し、軽質油の収率が低下する。また、反応器内のみでなく、出口配管でコークスが析出して配管閉塞を生じる可能性が高い。
【００１３】
特許文献２に記載の方法のように乳化タンクの内部に超音波振動子を入れて乳化する場合、超音波が水中で減衰するため、乳化タンクのスケールアップをすると、乳化効率が低下し、改質収率が低下する。また、採掘する井戸が異なる原油は、一般に、原油の組成が異なる。このため、上記の方法のように乳化機が一定制御の場合、組成の異なる重質原油が原料になった場合、エマルジョンの粒径が変化し、均一な製品品質を維持することが難しい。
【００１４】
本発明は、高価な水素の代替物質として安価な超臨界水を用いて重質油から安定した品質を有する軽質油を得ると共に、改質処理コストが安く、スケールアップが容易な重油改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、重質油と水とを混合し混相流体とする混合器と、混相流体をエマルジョンとする乳化機と、エマルジョンを加圧する高圧ポンプと、高圧ポンプから送られるエマルジョンを加熱するエマルジョンヒータと、エマルジョンに含まれる油分を低分子化する超臨界水改質反応器と、を備えた重質油の改質装置であって、乳化機は、エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように制御される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、超臨界水を用いて重質油から安定した品質を有する軽質油を得ると共に、コーキングで発生する炭素の量を低減し、高付加価値の有機物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の重質油の改質装置の一例を示す概略構成図である。
【図２Ａ】図１の改質装置に用いるインライン型連続乳化機の一例を示す概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの乳化機のステーターを示す正面図である。
【図２Ｃ】図２ＢのＡ−Ａ’断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａの乳化機のローターを示す正面図である。
【図２Ｅ】図２ＤのＢ−Ｂ’断面図である。
【図３】図１の改質装置に用いる乳化機の変形例を示す断面図である。
【図４】重質油の粘度の温度依存性を示すグラフである。
【図５】エマルジョン粒径分布測定部の構造を示す概略図である。
【図６】原料のＣ重油及びその改質油の分子量分布の違いを示すグラフである。
【図７】比較例の改質装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明の重質油の改質方法の例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、オイルサンドに含まれるビチューメン等の重質油を、超臨界水により低粘度、低分子にする方法およびその方法に用いる装置に関する。
【００１９】
本発明の重質油の改質方法は、重質油に超臨界水を作用させるための以下の工程を有し、連続的に重質油を改質する。
【００２０】
（１）重質油の粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下になる温度に、水および重質油を予熱する。
【００２１】
（２）上記予熱した水、重質油を混合する。
【００２２】
（３）上記混合した流体を連続乳化機で乳化する。
【００２３】
（４）上記連続乳化機の後段の液をサンプリングする。
【００２４】
（５）上記サンプリング液の中のエマルジョン粒子の粒度分布（粒径分布）を測定する。
【００２５】
（６）上記粒度分布が５〜１０μｍになるように連続乳化機の回転数を調整する。
【００２６】
（７）連続乳化機の出口側流体を高圧ポンプで２５〜４０ＭＰａに昇圧する。
【００２７】
（８）高圧ポンプの出口側流体をヒーターで３７４〜４５０℃に昇温する。
【００２８】
（９）上記流体を所定の反応時間だけ反応器内で保持する。
【００２９】
（１０）上記反応塔の塔上部から軽質油および水を含む流体を排出すると共に、塔下部から重質油を含む流体を排出する。
【００３０】
さらに、重質油の粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下になる温度に、水および重質油を予熱することが望ましい。
【００３１】
また、重質油の粘度の測定結果が、前回測定時と１０％以上異なる場合のみ、連続乳化機の後段の液をサンプリングして、サンプリング液の中のエマルジョン粒子の粒度分布を測定してもよい。言い換えると、エマルジョンの平均粒径のデータは、間欠的に検出し、最新のエマルジョンの平均粒径のデータを検出した際に検出した重質油の粘度と、その後に検出した重質油の粘度と、が１０％以上異なる場合には、再度エマルジョンの平均粒径のデータを検出してもよい。
【００３２】
軽質油および水を含む流体を冷却した後、フラッシュした後、静置してガス、軽質油、廃水に分離することが望ましい。
【００３３】
分離した廃水中に含まれる油分が１００ｐｐｍ以下になるように連続乳化機の回転数を調整することが望ましい。
【００３４】
乳化機は、次のように制御することが望ましい。
【００３５】
エマルジョンの平均粒径を検出し、このデータを用いて前記エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように調整する。
【００３６】
また、重質油の粘度を検出し、このデータを用いて前記エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるように調整する。
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係る重質油の改質装置について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の重質油の改質装置の一例を示したものである。
【００３９】
本図に示す重質油の改質装置１００は、混合器３１と、インライン型連続乳化機３２（単に「乳化機」ともいう。）と、高圧ポンプ３７と、加熱炉３８（エマルジョンヒータ）と、超臨界水改質反応器４１と、を主たる構成要素として有するものである。ここで、超臨界水改質反応器４１は、超臨界水の反応性を利用して重質油の分子鎖を切断し、分子量が小さい炭化水素、軽質油等の有機物を生成するための装置である。
【００４０】
水１１は、水ポンプ１２により水プレヒータ１３に送られ、所定の温度に加熱され、混合器３１に流入する。一方、重質油２１は、重質油ポンプ２２により重質油プレヒータ２３に送られ、所定の温度に加熱され、混合器３１に流入する。水１１及び重質油２１は、混合器３１で混合され、混相流体となる。この混相流体は、インライン型連続乳化機３２にて乳化され、エマルジョン（乳化液）となる。
【００４１】
このエマルジョンは、高圧ポンプ３７により所定の圧力（例えば３０ＭＰａ）に加圧され、加熱炉３８に送られ、所定の温度（例えば４００℃）に加熱される。そして、高温・高圧となったエマルジョンに含まれる油分は、超臨界水改質反応器４１で低分子化される。
【００４２】
超臨界水改質反応器４１の上部からは、比較的分子量が小さい油分を含むものが流出する。一方、超臨界水改質反応器４１の下部からは、比較的分子量が大きい油分を含むものが流出する。
【００４３】
超臨界水改質反応器４１の上部から流出した流体（軽質成分）は、熱交換器（図示していない）で冷却され、圧力調節弁５１で減圧され、フラッシュタンク５２に送られる。そして、この流体のうちフラッシュタンク５２の上部から流出した成分は、比重分離槽７１（単に「分離槽」ともいう。）で所定の時間保持された後、ガス７２、改質油７３及び廃水７４に分離される。また、フラッシュタンク５２の下部から流出した成分は、比重分離槽８１で（単に「分離槽」ともいう。）改質油８２及び廃水８３に分離される。
【００４４】
一方、超臨界水改質反応器４１の下部から流出した流体（重質成分）は、熱交換器（図示していない）で冷却され、圧力調節弁６１で減圧され、フラッシュタンク６２に送られる。重質成分のうち、比較的軽い成分は改質油６３として回収され、比較的重い成分はタール・コーク６４として回収される。この成分は、製油所内で燃料として使用してもよい。
【００４５】
なお、インライン型連続乳化機３２で乳化されたエマルジョンの一部は、サンプリング用分岐管３４からサンプリングされ、エマルジョン粒径分布測定部３５（エマルジョン粒径検出部）にて粒径分布が測定される。この粒径分布のデータを用いてインライン型連続乳化機３２のモータの回転数を調整する制御をすることができる。
【００４６】
つぎに、インライン型連続乳化機について説明する。
【００４７】
図２Ａは、図１のインライン型連続乳化機の一例を示す概略断面図である。
【００４８】
図２Ａにおいて、乳化機２００は、モータを有する駆動部２０１と、ステーター２０３及びローター２０４を有する乳化室２０２と、水及び重質油の混相流体が流入する流入口２０５と、混相流体がエマルジョンとなって流出する流出口２０６と、を備えている。
【００４９】
図２Ｂは、図２Ａの乳化機のステーターを示す正面図である。また、図２Ｃは、図２ＢのＡ−Ａ’断面図である。
【００５０】
図２Ｂ及び２Ｃに示すように、ステーター２０３は、円板の表面に垂直に立設された多数の歯（突起物）を有する。これらの歯は、回転軸方向から見たとき、破線の同心円を形成するように配置されている。
【００５１】
図２Ｄは、図２Ａの乳化機のローターを示す正面図である。また、図２Ｅは、図２ＤのＢ−Ｂ’断面図である。
【００５２】
図２Ｄ及び２Ｅに示すように、ローター２０４は、円板の表面に垂直に立設された多数の歯（突起物）を有する。これらの歯は、回転軸方向から見たとき、破線の同心円を形成するように配置されている。
【００５３】
これらの同心円は、ステーター２０３とローター２０４とで直径が異なっている。
【００５４】
図２Ａにおいて、ローター２０４は、駆動部２０１の回転軸に歯車により連結された回転軸に付設されている。ステーター２０３は、乳化室２０２の内壁に固定されている。ステーター２０３とローター２０４とは、接触しないようにかみ合わされ、これらの間に狭い隙間を形成する。ローター２０４は、この状態で回転可能である。
【００５５】
混相流体は、ローター２０４の回転により発生する遠心力により、乳化室２０２の内壁面に向かって移動する。そして、ローター２０４の回転によりステーター２０３の歯とローター２０４の歯との隙間に発生する剪断力（剪断流れ）により、水又は重質油の粒子が微細化し、エマルジョンとなる。なお、この例においては、望ましい流速０．５〜１ｍ／ｓが得られるように、ローター２０４の回転数を３０００〜１００００ｒｐｍとした。
【００５６】
図３は、図１の改質装置に用いるインライン型連続乳化機の変形例を示したものである。
【００５７】
本図においては、乳化機３００は、モータにより回転するローターを有しない構成であり、オリフィス３０１（隘路）を有する。オリフィス３０１により混相流体の流路が絞られ、オリフィス３０１を通過する際の剪断力により、下流側に噴出した混相流体がエマルジョンとなる。
【００５８】
図４は、代表的な重質油の粘度の温度依存性を示すグラフである。横軸に温度の逆数をとり、縦軸に粘度（対数目盛）をとっている。
【００５９】
本図から、温度が高いほど粘度が低下することがわかる。
【００６０】
インライン型の連続乳化機の処理可能粘度は２００ｍＰａ・ｓ以下であるため、混相流体は７０℃以上に加熱することが望ましい。
【００６１】
図１に示すように、重質油は、重質油プレヒータ２３により７０℃以上に加熱される。水１１も、水プレヒータ１３により７０℃以上に加熱される。加熱された２つの流体が混合器３１で合流し、インライン型連続乳化機３２に送られ、乳化される。これにより、７０℃以上の混相流体が得られる。
【００６２】
図５は、エマルジョン粒径分布測定部の構成を示したものである。
【００６３】
本図において、エマルジョン粒径分布測定部は、エマルジョンを通過させるフローセル５０１（光学フローセル）と、光源５０２と、受光素子５０３と、を備えている。フローセル５０１は、光源５０２と受光素子５０３との間に配置されている。光源５０２から照射された光は、フローセル５０１を横切る形で通過し、受光素子５０３で検出される。フローセル５０１の光路長は、１ｍｍ以下である。ここで、受光素子５０３は、カメラであってもよい。
【００６４】
受光素子５０３で検出された透過画像を画像処理することにより、平均粒径を算出してもよい。
【００６５】
インライン型連続乳化機を通過して生成したエマルジョンは、フローセル５０１に送液される。フローセル５０１の一方に設置された光源５０２からの透過光をカメラ（受光素子５０３）で撮影し、画像処理を用いて粒径分布の測定を行う。この場合において、予め測定された粒径の乳化流体を用いて、吸光度と粒径との検量線を作成しておき、吸光度により粒径を評価してもかまわない。この場合に、平均粒径を算出し、これを検出データ（代表値）として用いてもよい。なお、光学フローセルの光路長が１ｍｍと短い理由は、重質油自体が着色しており、吸光度が高いためである。
【００６６】
なお、エマルジョンの形態は、重質油と水との比率によって異なる。水のマトリックスの中に重質油の微粒子が分散していてもよいし、重質油のマトリックスの中に水の微粒子が分散していてもよい。また、水のマトリックスの中に、水の微粒子を含む重質油の粒子が分散していてもよいし、重質油のマトリックスの中に、重質油の微粒子を含む水の粒子が分散していてもよい。上述の粒径分布は、いずれの粒子分散状態であっても測定可能である。
【００６７】
エマルジョン粒径分布測定部で測定された粒径分布が所定の範囲になるように、インライン型連続乳化機のモータの回転数を制御する。エマルジョンの平均粒径は５〜１０μｍが望ましい。これは、以下の検討から算出される結果である。
【００６８】
微粒子の合体によりエマルジョンの数密度ｎ０が半減する時間ｔ１／２（単位：秒）は、下記式（１）で表わされる。
【００６９】
【数１】
2016210884.tif 000003
【００７０】
ここで、η（Ｐａ・ｓ）は粘度、ｋ（Ｊ／Ｋ）はボルツマン定数、Ｔ（Ｋ）は絶対温度、ｎ０（＃／ｍ３）はエマルジョンの数密度とする。
【００７１】
分散媒を水として７０℃とした場合、上記式（１）は、下記式（２）で表わされる。
【００７２】
【数２】
2016210884.tif 000004
【００７３】
超臨界水による改質反応時間は５〜３０分であるため、この時間をエマルジョンが安定に存在する時間（エマルジョン数密度半減期）と仮定する。コーキングの抑制及び加熱コストの低減の観点から、超臨界水／油の体積比は０．５程度が望ましい。このため、エマルジョンの体積と水の体積とが同等と考えると、下記式（３）が成立する。
【００７４】
【数３】
2016210884.tif 000005
【００７５】
上記式（２）及び（３）からエマルジョンの直径２ｒを算出すると、５〜１０μｍになる。
【００７６】
このため、図１に示すインライン型連続乳化機３２の回転数は、エマルジョンの平均粒径がこの範囲内になるように制御することが望ましい。なお、エマルジョンの平均粒径が５μｍ未満となると、改質後における比重による分離が困難となる。平均粒径が１０μｍを超えると、エマルジョン数密度半減期が短くなり、反応の進行速度が低下する。
【００７７】
図１に示す重質油の改質装置は、制御部（図示していない）を有し、制御部は、エマルジョン粒径検出部等からのデータ信号を用いて、エマルジョンの平均粒径が５〜１０μｍとなるようにインライン型連続乳化機３２の回転数を調整する。
【００７８】
インライン型連続乳化機３２で乳化された液は、一度、バランスタンク（図示していない）で短時間保管した後、高圧ポンプ３７で所定の圧力に昇圧される。圧力は、２５〜４０ＭＰａが望ましく、３５ＭＰａが最適である。その後、加熱炉３８にて所定の温度に昇温される。加熱温度は、３７４〜４５０℃が望ましく、４００℃が最適である。
【００７９】
この超臨界状態に加熱された流体は、超臨界水改質反応器４１に送られ、所定の時間その内部で保持される。滞留時間は５〜３０分が望ましく、最適反応時間は１０分である。言い換えると、間欠的なバッチ処理をすることが望ましい。
【００８０】
軽質化されたガス、油等及び超臨界水は、比重が低いため、超臨界改質反応器４１の塔上部から排出される。この流体は、冷却された後、圧力調節弁５１で減圧され、フラッシュタンク５２に送られる。その後、軽質成分は、比重分離槽７１で所定の時間保持された後、ガス７２、改質油７３及び廃水７４に分離される。また、重質分は、比重分離槽８１で、改質油８２及び廃水８３に分離される。
【００８１】
一方、超臨界水改質反応器４１で改質されなかった重質成分は、塔底部から流出され、冷却された後、圧力調節弁６１で減圧され、フラッシュタンク６２に送られる。重質成分のうち、軽質分は改質油６３で回収され、重質分はタール・コーク６４として製油所内で使用される燃料になる。
【００８２】
図８は、重質油の改質方法の例を示すフロー図である。
【００８３】
本図を用いて、改質プロセスの観点から説明する。
【００８４】
まず、重質油と水とを混合し、混相流体とする（Ｓ１０１：混合工程）。そして、混相流体を乳化機により平均粒径５〜１０μｍのエマルジョンとする（Ｓ１０２：乳化工程）。このとき、エマルジョンの平均粒径を測定し（エマルジョン粒径検出工程）、平均粒径が５〜１０μｍとなるように乳化機の回転数を調整する制御を行うことが望ましい。
【００８５】
その後、エマルジョンを加圧し（Ｓ１０３：加圧工程）、更に加熱し（Ｓ１０４：加熱工程）、超臨界水改質反応器にて低分子化する（Ｓ１０５：超臨界水改質反応工程）。その後、得られた改質油及び水を比重の差を利用して分離する（Ｓ１０６：分離工程）。
【００８６】
なお、制御のための検出データは、平均粒径に限定されるものではなく、改質油（低分子化された有機物）の粘度、流出量等、廃水に含まれる油分の濃度等のデータを用いてフィードバック制御をしてもよいし、原料となる重質油の粘度を検出し、このデータを用いてフィードフォワード制御をしてもよい。原料となる重質油の粘度は、重質油ポンプの回転トルクから検出してもよい。
【００８７】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００８８】
図１に記載した装置を用いて、重質油の改質実験を行った。オイルサンドから得られるビチューメンの模擬重質油として、３０℃での粘度が２０００ｍＰａ・ｓのＣ重質油を利用した。これにＣ重質油と超臨界水とを１：１の割合で混合・乳化し、平均粒径を５〜１０μｍに調整し、温度４００℃、圧力３０ＭＰａ、滞留時間１０分で反応させた結果、改質油の粘度は２０ｍＰａ・ｓに低下し、３時間の連続運転においても反応管閉塞は見られなかった。
【００８９】
図６は、本実施例で改質したＣ重油の分子量分布を改質前後で比較して示したものである。図中、改質前のＣ重油を一点鎖線で示し、改質後のものを実線で示している。
【００９０】
本図に示すように、改質前のＣ重油の分子量の最頻値は約１０００であるのに対し、改質後は、分子量の最頻値が約１５０となっている。
【００９１】
（比較例）
同様に、図７に示す装置を用いて、重質油の改質実験を行った。
【００９２】
本図においては、超臨界水改質反応器７０１には、圧力調節弁７０２を介して重質油を供給し、圧力調節弁７０３を介して超臨界水を供給する。言い換えると、重質油と超臨界水とは、別々の経路で供給され、超臨界水改質反応器７０１で初めて接触するように構成されている。この場合、乳化機を用いないため、重質油及び超臨界水の滴径は大きく、流体同士の接触面積は小さい。なお、圧力調節弁７０３、７０４を間欠的に開閉することにより、超臨界水改質反応器７０１の圧力及び下流側の流量を調整している。
【００９３】
Ｃ重質油と超臨界水とを１：１の割合で混合し、乳化させずに、温度４００℃、圧力３０ＭＰａ、滞留時間１０分で反応させた結果、改質油の粘度は２００ｍＰａ・ｓに低下したが、３０分の連続運転で反応管が閉塞した。
【符号の説明】
【００９４】
１１：水、１２：水ポンプ、１３：水プレヒータ、２１：重質油、２２：重質油ポンプ、２３：重質油プレヒータ、３１：混合器、３２：インライン型連続乳化機、３４：サンプリング用分岐管、３５：エマルジョン粒径分布測定部、３７：高圧ポンプ、３８：加熱炉、４１：超臨界水改質反応器、５１、６１：圧力調節弁、５２：フラッシュタンク、６２：フラッシュタンク、６３：改質油、６４：タール・コーク、７１、８１：比重分離槽、７２：ガス、７３：改質油、７４：廃水、８２：改質油、８３：廃水。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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