(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗悪燃料（Ｘ）を温度３５０゜Ｃ〜４００゜Ｃかつ圧力３０ＭＰaの環境下で生じる水熱反応によって流動化する前段反応器（１１）と、
該前段反応器（１１）によって流動化された流動化燃料（Ｘａ）を温度４００゜Ｃ〜４５０゜Ｃ、圧力３０ＭＰaの環境下で生じる水熱反応によって脱硫する後段反応器（１２）と、
該後段反応器（１２）によって脱硫された脱硫化燃料（Ｘｂ）から燃料成分のみを分離して改質燃料（Ｘｃ）を出力する燃料成分分離手段（１６）と、
を具備することを特徴とする粗悪燃料改質プラント。
【請求項２】
前段反応器（１１）の入口における粗悪燃料（Ｘ）の前段反応器入口トルクを計測するトルクメータ（９）と、前段反応器（１１）の出口における流動化燃料（Ｘａ）の前段反応器出口トルクを計測するトルクメータ（１０）と、前段反応器入口トルクと前段反応器出口トルクの差量に基づいて流動化燃料（Ｘａ）の流動化状態が基準状態を維持するように前段反応器（１１）における水熱反応の進行を制御する制御装置（１８）を具備することを特徴とする請求項１記載の粗悪燃料改質プラント。
【請求項３】
改質燃料（Ｘｃ）の硫黄含有量を計測する硫黄分監視センサ（１７）と、後段反応器（１２）から流出した脱硫化燃料（Ｘｂ）を後段反応器（１２）の入口に戻す再循環ポンプ（１３）とを備え、制御装置（１８）は、前記硫黄含有量と前段反応器出口トルクとに基づいて硫黄含有量が基準値を維持するように再循環ポンプ（１３）を制御することを特徴とする請求項１または２記載の粗悪燃料改質プラント。
【請求項４】
温度３５０゜Ｃ〜４００゜Ｃかつ圧力３０ＭＰaの環境下で生じる前段水熱反応によって粗悪燃料（Ｘ）を流動化し、該流動化された流動化燃料（Ｘａ）を温度４００゜Ｃ〜４５０゜Ｃ、圧力３０ＭＰaの環境下で生じる後段水熱反応によって脱硫して脱硫化燃料（Ｘｂ）とし、該脱硫化燃料（Ｘｂ）から燃料成分のみを分離して改質燃料（Ｘｃ）を得ることを特徴とする粗悪燃料の改質方法。
【請求項５】
前段水熱反応前の粗悪燃料（Ｘ）の前段反応前トルクと前段水熱反応後の流動化燃料（Ｘａ）の前段反応後トルクを計測し、前段反応前トルクと前段反応後トルクの差量に基づいて流動化燃料（Ｘａ）の流動化状態が基準状態を維持するように前段水熱反応の進行を調節することを特徴とする請求項４記載の粗悪燃料の改質方法。
【請求項６】
改質燃料（Ｘｃ）の硫黄含有量を計測すると共に、後段水熱反応後の脱硫化燃料（Ｘｂ）の一部を再度後段水熱反応させるようにし、該硫黄含有量と前段反応後トルクとに基づいて硫黄含有量が基準値を維持するように再度後段水熱反応させる脱硫化燃料（Ｘｂ）の量を調節することを特徴とする請求項４または５記載の粗悪燃料の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗悪燃料改質プラント及び粗悪燃料の改質方法に係わり、特に流動性が低いあるいは硫黄含有量が多い粗悪燃料の品質を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
重質油等の粗悪燃料は、流動性が低く、また硫黄含有量が多いため、そのままの状態で燃焼させる場合には、加温流動化装置及び過大な排ガス脱硫装置が必要になる。一方、燃料の流動化技術あるいは脱硫技術としては、オイルサンド，オイルシェール等の超重質油の軽質化技術、あるいは石炭中の硫黄分を低減する技術等が知られている。
【０００３】
しかし、このような従来の技術は、超重質油の軽質化技術あるいは硫黄分の低減化技術の個別技術であり、一連の処理として粗悪燃料を流動化及び脱硫する技術ではなく、事業化しようとした場合に処理効率が悪いと共に、設備コストが高いという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）低コストかつ処理効率の良い粗悪燃料改質プラント及び粗悪燃料の改質方法を提供する。
（２）粗悪燃料から品質の安定した改質燃料を得ることができる粗悪燃料改質プラント及び粗悪燃料の改質方法を提供する。
【０００５】
【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、粗悪燃料改質プラントに係わる第１の手段として、粗悪燃料を温度３５０゜Ｃ〜４００゜Ｃかつ圧力３０ＭＰaの環境下で生じる水熱反応によって流動化する前段反応器と、該前段反応器によって流動化された流動化燃料を温度４００゜Ｃ〜４５０゜Ｃ、圧力３０ＭＰaの環境下で生じる水熱反応によって脱硫する後段反応器と、該後段反応器によって脱硫された脱硫化燃料から燃料成分のみを分離して改質燃料を出力する燃料成分分離手段とを具備する手段を採用する。
【０００６】
また、粗悪燃料改質プラントに係わる第２の手段として、上記第１の手段において、前段反応器の入口における粗悪燃料の前段反応器入口トルクを計測するトルクメータと、前段反応器の出口における流動化燃料の前段反応器出口トルクを計測するトルクメータと、前段反応器入口トルクと前段反応器出口トルクの差量に基づいて流動化燃料の流動化状態が基準状態を維持するように前段反応器における水熱反応の進行を制御する制御装置を具備する手段を採用する。
【０００７】
さらに、粗悪燃料改質プラントに係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、改質燃料の硫黄含有量を計測する硫黄分監視センサと、後段反応器から流出した脱硫化燃料を後段反応器の入口に戻す再循環ポンプとを備え、前記硫黄含有量と前段反応器出口トルクとに基づいて硫黄含有量が基準値を維持するように再循環ポンプを制御するように制御装置を構成するという手段を採用する。
【０００８】
一方、本発明では、粗悪燃料の改質方法に係わる第１の手段として、温度３５０゜Ｃ〜４００゜Ｃかつ圧力３０ＭＰaの環境下で生じる前段水熱反応によって粗悪燃料を流動化し、該流動化された流動化燃料を温度４００゜Ｃ〜４５０゜Ｃ、圧力３０ＭＰaの環境下で生じる後段水熱反応によって脱硫して脱硫化燃料とし、該脱硫化燃料から燃料成分のみを分離して改質燃料を得るという手段を採用する。
【０００９】
また、粗悪燃料の改質方法に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、前段水熱反応前の粗悪燃料の前段反応前トルクと前段水熱反応後の流動化燃料の前段反応後トルクを計測し、前段反応前トルクと前段反応後トルクの差量に基づいて流動化燃料の流動化状態が基準状態を維持するように前段水熱反応の進行を調節するという手段を採用する。
【００１０】
さらには、粗悪燃料の改質方法に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、改質燃料の硫黄含有量を計測すると共に、後段水熱反応後の脱硫化燃料の一部を再度後段水熱反応させるようにし、該硫黄含有量と前段反応後トルクとに基づいて硫黄含有量が基準値を維持するように再度後段水熱反応させる脱硫化燃料の量を調節するという手段を採用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる粗悪燃料改質プラント及び粗悪燃料の改質方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、火力発電所において燃料用に供される重質油（粗悪燃料）の改質に係わるものである。
【００１２】
図１は、本実施形態における粗悪燃料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、本粗悪燃料改質プラントは、重質油Ｘを貯留する燃料タンク１、予熱器２、燃料払出ポンプ３、添加装置４，５、ミキシングヒータ６、加圧ポンプ７、加熱器８、トルクメータ９，１０、前段反応器１１、後段反応器１２、再循環ポンプ１３、オリフィス１４，１５、油分分離器１６（燃料成分分離手段）、硫黄分監視センサ１７及び制御装置１８等から構成されている。
【００１３】
このように構成された粗悪燃料改質プラントは、火力発電所の付属設備として設けられており、以下に説明するように火力発電所のボイラの排ガスを有効利用することにより、重質油の改質に係わるエネルギ消費量を極力低減させるように構成されている。
【００１４】
燃料タンク１は、上記火力発電所の燃料消費量に見合った量の重質油Ｘを貯留するものである。なお、この重質油Ｘは、例えば硫黄分が５％前後含まれたものである。当該火力発電所には、硫黄分がある範囲内つまり５％前後の重質油Ｘのみが外部から供給されるようになっている。
【００１５】
予熱器２は、燃料タンク１の外周に備えられ、重質油Ｘを約７０゜Ｃに予熱するものである。燃料払出ポンプ３は、このように予熱状態にある重質油Ｘを燃料タンク１から払い出すものであり、その動作は制御装置１８によって制御されるようになっている。
【００１６】
添加装置４は、燃料払出ポンプ３から吐出された重質油Ｘに添加剤を加えるものである。この添加剤は、エタノール、アセトン、トルエンあるいはヘキサン等の有機溶媒とアンモニア（ＮＨ3）であり、以降の前段反応器１１及び後段反応器１２における反応を促進させるためのものである。
【００１７】
添加装置５は、気体添加剤を燃料払出ポンプ３から吐出された重質油Ｘに添加するものである。この気体添加剤は、例えば一酸化炭素（ＣＯ）であり、前段反応器１１及び後段反応器１２における反応を促進させるためのものである。
【００１８】
ミキシングヒータ６は、上記有機溶媒と一酸化炭素とが重質油Ｘに均一に混入するように加熱する共に該重質油Ｘに水分を添加するために設けられたものである。このミキシングヒータ６は、当該火力発電所のボイラからの補助蒸気を有機溶媒と一酸化炭素とが添加された重質油Ｘに添加することにより、重質油Ｘの加熱と水分の添加とを行う。
【００１９】
加圧ポンプ７は、ミキシングヒータ６から出力された重質油Ｘ（水分、有機溶媒及び一酸化炭素が添加されたもの）を３０ＭＰa程度の圧力まで加圧するためのものであり、その動作は制御装置１８によって制御されるようになっている。
【００２０】
加熱器８は、熱源として当該火力発電所のボイラからの補助蒸気及び油分分離器１６から排出された蒸気を用いることにより、加圧ポンプ７から吐出された重質油Ｘを約３３０゜Ｃまで加熱するものである。
【００２１】
トルクメータ９は、このように加熱された重質油Ｘの加熱器出口（つまり前段反応器１１の入口）における重質油Ｘの流量トルクを計測し、その計測値（前段反応器入口トルク，前段反応前トルク）を制御装置１８に出力するものである。また、トルクメータ１０は、前段反応器１１の出口（つまり後段反応器１２の入口）における重質油Ｘの流量トルクを計測し、その計測値（前段反応器出口トルク，前段反応後トルク）を制御装置１８に出力するものである。
【００２２】
前段反応器１１は、内部に加熱器８から流入された重質油Ｘを送通させる所定長さの管路を備えると共に、該管路内の重質油Ｘを火力発電所のボイラの排ガスによって約３５０゜Ｃ〜４００゜Ｃまで加熱するように構成されたものである。
【００２３】
すなわち、前段反応器１１において、入口から流入した重質油Ｘ（水、有機溶媒、アンモニア及び一酸化炭素が添加されたもの）は、上記管路内において温度３５０゜Ｃ〜４００゜Ｃかつ圧力３０ＭＰaの環境下で生じる水熱反応（前段水熱反応）により重質油Ｘを組成する高分子成分が低分子化され、軽質化つまり流動性が向上した軽質化油Ｘａ（流動化燃料）として前段反応器１１の出口から出力される。
【００２４】
後段反応器１２は、上記前段反応器１１と同様に内部に加熱器８から流入された軽質化油Ｘａを送通させる所定長さの管路を備えると共に、該管路内の軽質化油Ｘａを火力発電所のボイラの排ガスによって約４００゜Ｃ〜４５０゜Ｃまで加熱するものである。
【００２５】
この後段反応器１２において、前段反応器１１から流入した軽質化油Ｘａは、温度４００゜Ｃ〜４５０゜Ｃ、圧力３０ＭＰaの環境下で生じる管路内の水熱反応（後段水熱反応）により炭素（Ｃ）と硫黄（Ｓ）との分子結合が切断され、脱硫された脱硫化油Ｘｂ（脱硫化燃料）として後段反応器１２の出口から出力される。この際、軽質化油Ｘａから分離した硫黄（Ｓ）は、水（Ｈ2Ｏ）と一酸化炭素（ＣＯ）の反応によって生成された水素（Ｈ2）と反応することにより、硫化水素（Ｈ2Ｓ）となる。
【００２６】
再循環ポンプ１３は、このようにして後段反応器１２から出力された脱硫化油Ｘｂを後段反応器１２の入口に戻すものである。オリフィス１４は、後段反応器１２から出力された脱硫化油Ｘｂを１０ＭＰaまで減圧して油分分離器１６に供給するものである。一方、オリフィス１５は、上記加熱器８に熱源として供給された火力発電所のボイラからの補助蒸気及び油分分離器１６から排出された蒸気を大気圧に減圧して放出するものである。
【００２７】
油分分離器１６は、オリフィス１４によって１０ＭＰa程度に減圧された脱硫化油Ｘｂから油分（燃料成分）のみを分離し、６ＭＰa程度の送圧で火力発電所に送出するものである。脱硫化油Ｘｂには、水、上記後段反応器１２において生成された硫化水素（Ｈ2Ｓ）、アンモニア（ＮＨ3）と硫黄（Ｓ）との反応によって生成された硫化アンモニウム〔（ＮＨ3）2Ｓ〕等が含まれるが、オリフィス１４において１０ＭＰa程度に減圧することにより、水、硫化水素（Ｈ2Ｓ）及び硫化アンモニウム〔（ＮＨ3）2Ｓ〕等の硫黄分と水とが気体となり、油分のみが液体状態になる。
【００２８】
この油分分離器１６は、このような脱硫化油Ｘｂから液体状の油分のみを分離し改質油Ｘｃ（改質燃料）として火力発電所に送出すると共に、その他の硫黄分を含む水（水蒸気）を加熱器８に供給する。ここで、脱硫化油Ｘｂから分離された硫黄（Ｓ）は、水（Ｈ2Ｏ）と一酸化炭素（ＣＯ）の反応によって生成された水素（Ｈ2）と反応することにより、最終的に硫酸アンモニウムとして加熱器８に供給される。
【００２９】
硫黄分監視センサ１７は、このように生成された改質油Ｘｃに含まれる硫黄の含有量を検出するためのものであり、この検出値（硫黄含有量）を制御装置１８に出力する。制御装置１８は、本粗悪燃料改質プラントの運転を監視・制御するものである。
【００３０】
この制御装置１８は、例えば上記トルクメータ９から入力された前段反応器入口トルク、トルクメータ１０から入力された前段反応器出口トルク、及び硫黄分監視センサ１７から入力された改質油Ｘｃの硫黄含有量に基づいて燃料払出ポンプ３、加圧ポンプ７及び再循環ポンプ１３の動作を制御する。なお、制御装置１８の制御動作については以下に詳説する。
【００３１】
次に、本粗悪燃料改質プラントの動作について詳しく説明する。
本粗悪燃料改質プラントの定常運転時において、制御装置１８は、火力発電所の消費量に応じた流量の重質油Ｘを燃料タンク１から払い出すように燃料払出ポンプ３を制御すると共に、加圧ポンプ７と再循環ポンプ１３については以下のように制御する。なお、添加装置４，５における有機溶媒及び一酸化炭素の各添加量並びにはミキシングヒータ６における水蒸気の添加量は、重質油Ｘの払出量に応じて所定の値が設定されている。
【００３２】
まず、加圧ポンプ７について、制御装置１８は、トルクメータ９の前段反応器入口トルクとトルクメータ１０の前段反応器出口トルクとの差量に基づいて重質油Ｘの吐出量（圧縮量）及び前段反応器１１の温度を制御する。すなわち、前段反応器入口トルクと前段反応器出口トルクとの差量は、前段反応器１１における重質油Ｘの流動化の程度、つまり前段反応器１１における水熱反応の進行状態を示す量である。
【００３３】
前段反応器１１における水熱反応が十分に進行している場合は、前段反応器１１の出口における前段反応器出口トルクは低下し、前段反応器１１における水熱反応が十分に進行していない場合には、前段反応器出口トルクは上昇する。したがって、前段反応器入口トルクと前段反応器出口トルクとの差量は、前段反応器１１における重質油Ｘの流動化の度合いを示す量である。
【００３４】
制御装置１８は、前段反応器入口トルクと前段反応器出口トルクとの差量が基準値よりも小さい場合つまり前段反応器１１において重質油Ｘの流動化が十分に行われていない場合には、重質油Ｘの吐出量（圧縮量）を増加させて圧力を上昇させるように加圧ポンプ７を制御する。この結果、前段反応器１１における水熱反応がこれまで以上に進行し、前段反応器１１の出口における重質油Ｘの流動化状態は基準状態に維持される。なお、前段反応器１１の温度を上昇させることによっても、水熱反応の進行を促進することができる。
【００３５】
一方、制御装置１８は、トルクメータ１０の前段反応器出口トルクと硫黄分監視センサ１７の硫黄含有量とに基づいて再循環ポンプ１３を制御する。すなわち、硫黄含有量が基準値を越える場合つまり後段反応器１２における水熱反応が十分に進行しておらず、かつ、前段反応器出口トルクが基準値に維持されている場合は、前段反応器１１における水熱反応は十分であるが、後段反応器１２における水熱反応が不十分な状態である。
【００３６】
このような場合、制御装置１８は、後段反応器１２の出口の脱硫化油Ｘｂを基準量よりも多く入口に戻すように再循環ポンプ１３を制御する。この結果、より多くの脱硫化油Ｘｂが後段反応器１２に再度流入するので硫黄成分の分離が促進されて、硫黄分監視センサ１７の硫黄含有量は基準値に維持される。
【００３７】
火力発電所の消費量に応じて燃料タンク１から払い出される重質油Ｘの流量、つまり前段反応器１１に流入する重質油Ｘ及び後段反応器１２に流入する軽質化油Ｘａの流量は変動するが、上述したように制御装置１８によって加圧ポンプ７及び再循環ポンプ１３を制御することにより、火力発電所に送出される改質油Ｘｃの流動化状態及び硫黄含有量は、所定の基準値に維持される。
【００３８】
本実施形態によれば、前段反応器１１における水熱反応によって重質油Ｘを流動化し、かつこの流動化された軽質化油Ｘａを後段反応器１２において水熱反応させることにより硫黄分を分離する。すなわち、前段反応器１１において重質油Ｘを低分子化（流動化）して水と重質油Ｘとの混合性を向上させ、水と重質油Ｘとの接触面積を向上させた状態で、後段反応器１２の水熱反応によって硫黄分を分離するので、後段反応器１２において容易に硫黄分を分離することができる。したがって、重質油Ｘを直接脱硫する場合に比較して後段反応器１２における反応時間つまり脱硫に係わる反応時間を短縮することができるので、より短時間で重質油Ｘを改質（流動化及び脱硫）することができる。
【００３９】
また、前段反応器１１と後段反応器１２との連続処理によって重質油Ｘを改質するものなので、設備コストを低減することが可能である。さらに、火力発電所の補助蒸気及び排ガスを利用しているので、エネルギ消費量を低減することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる粗悪燃料改質プラント及び粗悪燃料の改質方法によれば、以下のような効果を奏する。
（１）粗悪燃料を水熱反応によって流動化する前段反応器と、該前段反応器によって流動化された流動化燃料を水熱反応によって脱硫する後段反応器と、該後段反応器によって脱硫された脱硫化燃料から燃料成分のみを分離して改質燃料を出力する燃料成分分離手段とを具備するので、粗悪燃料の流動化及び脱硫化という改質を一連の処理設備として実現することができる。したがって、低コストかつ処理効率の向上を図ることができる。
（２）前段反応器の入口における粗悪燃料の前段反応器入口トルクを計測するトルクメータと、前段反応器の出口における流動化燃料の前段反応器出口トルクを計測するトルクメータと、前段反応器入口トルクと前段反応器出口トルクの差量に基づいて流動化燃料の流動化状態が基準状態を維持するように前段反応器における水熱反応の進行を制御する制御装置を具備するので、流動化品質の均一な改質燃料を得ることができる。
（３）改質燃料の硫黄含有量を計測する硫黄分監視センサと、後段反応器から流出した脱硫化燃料を後段反応器の入口に戻す再循環ポンプとを備え、硫黄含有量と前段反応器出口トルクとに基づいて硫黄含有量が基準値を維持するように再循環ポンプを制御するように制御装置を構成することにより、脱硫化品質の均一な改質燃料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係わる粗悪燃料改質プラントのシステム構成図である。
【符号の説明】
１……燃料タンク
２……予熱器
３……燃料払出ポンプ
４，５……添加装置
６……ミキシングヒータ
７……加圧ポンプ
８……加熱器
９，１０……トルクメータ
１１……前段反応器
１２……後段反応器
１３……再循環ポンプ
１４，１５……オリフィス
１６……油分分離器（燃料成分分離手段）
１７……硫黄分監視センサ
１８……制御装置
Ｘ……重質油（粗悪燃料）
Ｘａ……軽質化油（流動化燃料）
Ｘｂ……脱硫化油（脱硫化燃料）
Ｘｃ……改質油（改質燃料）
【図１】
0004211112.tif 000002