(57)【要約】【課題】設備コストの低減を図りつつ、軽質油分を生成することができる重油の不純物分離装置を提供する。【解決手段】重油に含まれるアスファルテン分を除去する重油の不純物分離装置１であって、アスファルテン分の臨界半径より大きくなるようにサブミクロンオーダからナノオーダの範囲における予め設定された大きさの油滴として重油を水中に分散させる超音波分散器３と、この超音波分散器３で分散された臨界半径より大きな油滴が合体して形成する分離油相と超音波分散器３で分散された臨界半径より小さな油滴及び水からなるエマルジョン相とを分離する沈殿分離器５と、この沈殿分離器５で分離されたエマルジョンに含まれる油分と水とを分離する遠心分離器６とを備える。【選択図】図１
2009067951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重油に含まれるアスファルテン分を除去する重油の不純物分離装置であって、
アスファルテン分の臨界半径より大きくなるようにサブミクロンオーダからナノオーダの範囲における予め設定された大きさの油滴として重油を水中に分散させる分散器と、
前記分散器で分散された臨界半径より大きな油滴が合体して形成する分離油相と前記分散器で分散された臨界半径より小さな油滴及び水からなるエマルジョン相とを分離する第１の分離器と、
前記第１の分離器で分離されたエマルジョンに含まれる油分と水とを分離する第２の分離器とを備えたことを特徴とする重油の不純物分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の重油の不純物分離装置において、前記分散器は、重油と水との混合物に超音波を透過させることによって重油を水中に分散させる超音波分散器であることを特徴とする重油の不純物分離装置。
【請求項３】
請求項１記載の重油の不純物分離装置において、前記分散器で重油を水中に分散させる前に重油及び水を水の沸点未満の条件で加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする重油の不純物分離装置。
【請求項４】
請求項１記載の重油の不純物分離装置において、重油及び水を加圧する加圧手段と、前記分散器で重油を水中に分散させる前に前記加圧手段で加圧された重油及び水を水の沸点未満の条件で加熱する加熱手段とを設けたことを特徴とする重油の不純物分離装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の重油の不純物分離装置において、前記第２の分離器で分離された油分をガスタービン装置の燃焼器に供給する供給系統を設けたことを特徴とする重油の不純物分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油に含まれるアスファルテン分を除去する重油の不純物分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油は、一般に、分子量の小さい油成分から分子量の大きな油成分まで幅広く含有しており、分子量の小さな順（言い換えれば、軽質な順）で飽和分、芳香族分、レジン分、及びアスファルテン分から構成されている。
【０００３】
ここで従来、重油から軽質油分を生成してガスターンの燃料に用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の従来技術では、加熱・加圧された重油及び加圧・加熱された水を撹拌混合する混合器と、この混合器で混合された混合物を所定の温度に加熱し、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下（例えば圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下）で重油を熱分解させる反応器と、この反応器からフラッシュバルブを介し供給された生成物をガス成分、油分（液成分）、及び水分（液成分）にそれぞれ分離する分離器と、この分離器で分離された油分をさらに留出分（軽質油分）と残分に分離する蒸留塔とを備えている。そして、分離器で分離されたガス成分と蒸留塔で分離された軽質油分をガスタービン装置の燃焼器（燃焼室）に供給し、圧縮空気と混合して燃焼し、発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動し、ガスタービン用発電機で発電する。一方、蒸留塔で分離された残分をボイラに供給して燃焼し、これによって生成したスチームによりスチームタービンを駆動し、スチームタービン用発電機で発電するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８０７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術では、水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下（例えば圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下）で重油を熱分解させるため、反応器等の構造物にインコネルなどの高価な耐熱性材料を用いる必要が生じ、設備コストが高くなっていた。
【０００６】
本発明の目的は、設備コストの低減を図りつつ、軽質油分を生成することができる重油の不純物分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、重油に含まれるアスファルテン分を除去する重油の不純物分離装置であって、アスファルテン分の臨界半径より大きくなるようにサブミクロンオーダからナノオーダの範囲における予め設定された大きさの油滴として重油を水中に分散させる分散器と、前記分散器で分散された臨界半径より大きな油滴が合体して形成する分離油相と前記分散器で分散された臨界半径より小さな油滴及び水からなるエマルジョン相とを分離する第１の分離器と、前記第１の分離器で分離されたエマルジョンに含まれる油分と水とを分離する第２の分離器とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、設備コストの低減を図りつつ、軽質油分を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
本発明の第１の実施形態を図１により説明する。図１は、本実施形態による重油の不純物分離装置の構成をガスタービン装置とともに表す概略図である。
【００１１】
この図１において、不純物分離装置１は、重油に含まれるアスファルテン分（詳細には、縮合多環芳香族が層状構造をなしたもので分子量が千〜十万程度の高分子化合物）を除去して、軽質油分を生成するものである。不純物分離装置１は、重油と水を混合する混合器２と、この混合器２からの混合物に超音波を透過させて重油を予め設定された液滴として水中に分散させる超音波分散器３と、この超音波分散器３からの混合物を撹拌する撹拌器４と、この撹拌器４からの混合物を沈殿分離する沈殿分離器５（第１の分離器）と、この沈殿分離器５で分離されたエマルジョンを遠心分離する遠心分離器６（第２の分離器）とを備えている。
【００１２】
ここで本発明の基本概念を説明する。図２に示すように、各重油成分（飽和分、芳香族分、レジン分、及びアスファルテン分）は、エマルジョンを形成するための臨界半径（限界半径）が存在する。すなわち、例えば臨界半径以下の油滴を水中に分散させると、図３（ａ）に示すような安定したエマルジョン相を形成し、一方、例えば臨界半径より大きな油滴を水中に分散させると、図３（ｂ）に示すように油滴が適宜合体を繰り返し、最終的には水から密度分離した分離油相を形成する。そして、各重油成分の臨界半径は、分子量に依存し、分子量が大きいほど臨界半径が小さくなる傾向にある。
【００１３】
そこで、例えば図３に示すナノオーダの半径Ａ（例えば１ｎｍ程度）の油滴として重油を水中に分散させれば、アスファルテン分の油滴は、対応する臨界半径より大きいので最終的に分離油相を形成し、他の重油成分（飽和分、芳香族分、及びレジン分）の油滴は、対応する臨界半径より小さいので水とともにエマルジョン相を形成する。このような観点に基づき、超音波分散器３は、例えば予め設定されたナノオーダの半径Ａの油滴として重油を水中に分散させるため、周波数が制御された超音波を透過させるようになっている。また、撹拌器４は、超音波分散器３で水中に分散された油滴の合体を抑制するため、流れの速度勾配を極力小さくして混合物を撹拌するようになっている。
【００１４】
沈殿分離器５は、撹拌器４からの混合物をエマルジョン相と分離油相とに沈殿分離し、沈殿した分離油相をタール（本実施形態では、アスファルテン分及びこれに含まれる重金属類など）として排出系統７から排出するようになっている。排出系統７には開閉弁（図示せず）が設けられており、沈殿分離器５内の検出器（図示せず）で検出された分離油相の液位が予め設定された所定値を超えないように開閉弁の動作が制御されている。なお、排出系統７から排出されたタールは、適宜処理されている。
【００１５】
遠心分離器６は、沈殿分離器５で分離されたエマルジョンを油分（本実施形態では、飽和分、芳香族分、及びレジン分からなる軽質油分）と水に遠心分離するようになっている。遠心分離器６で分離された軽質油分は、供給系統８を介しガスタービン装置９の燃焼器１０に供給される。燃焼器１０は圧縮機１１から供給された圧縮空気とともに軽質油分を燃焼し、発生した燃焼ガスによりガスタービン１２を駆動し、発電機１３で発電するようになっている。一方、遠心分離器６で分離された水は、浄化装置１４で浄化処理されて水タンク１５に貯留され、再び、混合器２へ供給されるようになっている。
【００１６】
以上のように構成された本実施形態においては、例えば水が超臨界域又は超臨界域近傍となる反応条件下（例えば圧力３０ＭＰａ、温度５００℃の条件下）で重油を熱分解させて分離する場合とは異なり、例えば常温常圧の条件下で重油に含まれるアスファルテン分を除去することができる。このとき、バナジウム等の重金属類はアスファルテン分に９９％以上含有されているので、重金属類も除去することができ、ガスタービン装置９に適用可能な燃料を生成することができる。また、例えば常温常圧の条件とすることにより、構造物に高価な耐熱部材を用いる必要がないので、設備コストの低減を図ることができる。また、従来の装置実績や経験則を用いることができ、耐久性等に対する信頼性を高めることができる。
【００１７】
なお、上記第１の実施形態においては、重油を水中に分散させる分散器として、混合器２で混合された重油と水との混合物に超音波を透過させる超音波分散器３を設けた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば多孔質膜等を用いて重油を水中に分散させつつ混合させるような構成としてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００１８】
また、上記第１の実施形態においては、超音波分散器３により予め設定されたナノオーダの半径Ａ（前述の図３参照）の油滴として重油を水中に分散させ、沈殿分離器５によりアスファルテン分を分離して除去し、遠心分離器６により飽和分、芳香族分、及びレジン分からなる軽質油分を得る場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、超音波分散器３により予め設定されたサブミクロンオーダの半径Ｂ（前述の図３参照、例えば１０μｍ程度）の油滴として重油を水中に分散させてもよい。この場合には、沈殿分離器５によりアスファルテン分だけでなくレジン分も分離して除去することができ、遠心分離器６により飽和分及び芳香族分からなる軽質油分を得ることができる。また、水中に分散させる油滴の大きさはサブミクロンオーダからナノオーダの範囲（言い換えれば、例えば１ｎｍ〜１０μｍ程度）で設定すればよく、このような場合も上記同様の効果を得ることができる。
【００１９】
また、上記第１の実施形態においては、遠心分離器６により得られた軽質油分をガスタービン装置９の燃料として用いる場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば船舶用ディーゼルエンジンの燃料として用いるようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００２０】
本発明の第２の実施形態を図４により説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の構成に、分散器で重油を水中に分散させる前に重油及び水を水の沸点未満の条件で加熱する加熱手段を設けた実施形態である。
【００２１】
図４は、本実施形態による重油の不純物分離装置の構成を表す概略図である。なお、この図４において、上記第１の実施形態と同等の部分には同一の符号を付すとともに、図示及び説明を適宜省略する。
【００２２】
本実施形態では、混合器２に供給する重油及び水を水の沸点未満の条件下（例えば常圧下で７０℃〜９９℃程度）でそれぞれ加熱する重油加熱器１６及び水加熱器１７を設けている。これにより、重油の粘度が低減するので、超音波発生器３で効率よく重油を水中に分散させることができる。
【００２３】
このような本実施形態においても、上記第１の実施形態同様、設備コストの低減を図りつつ、軽質油分を生成することができる。
【００２４】
本発明の第３の実施形態を図５により説明する。本実施形態は、上記第２の実施形態の構成に、重油及び水を加圧する加圧手段を設けた実施形態である。
【００２５】
図５は、本実施形態による重油の不純物分離装置の構成を表す概略図である。なお、この図５において、上記第１及び第２の実施形態と同等の部分には同一の符号を付すとともに、図示及び説明を適宜省略する。
【００２６】
本実施形態では、重油加熱器１６に供給する重油を加圧する重油ポンプ１８と、水加熱器１７に供給する水を加圧する水ポンプ１９とを設けている。これにより、上記第２の実施形態に比べ、水の沸点を高めることができ、重油加熱器１６及び水加熱器１７の加熱温度を高めることができる。したがって、重油の粘度をさらに低減することができる（例えば１５０℃程度では、軽油なみの粘度に低減することができる）ので、超音波発生器３でさらに効率よく重油を水中に分散させることができる。
【００２７】
このような本実施形態においても、上記第１及び第２の実施形態同様、設備コストの低減を図りつつ、軽質油分を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の重油の不純物分離装置の第１の実施形態の構成をガスタービン装置とともに表す概略図である。
【図２】重油成分の臨界半径を表す特性図である。
【図３】臨界半径より小さな油滴の状態を表す図、及び臨界半径より大きな油滴の状態を表す図である。
【図４】本発明の重油の不純物分離装置の第２の実施形態の構成を表す概略図である。
【図５】本発明の重油の不純物分離装置の第３の実施形態の構成を表す概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１Ａ，１Ｂ  不純物分離装置
３    超音波分散器
５    沈殿分離器（第１の分離器）
６    遠心分離器（第２の分離器）
８    供給系統
９    ガスタービン装置
１０    燃焼器
１６  重油加熱器（加熱手段）
１７  水加熱器（加熱手段）
１８  重油ポンプ（加圧手段）
１９  水ポンプ（加圧手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009067951.tif 000006
【図５】
2009067951.tif 000007