(57)【要約】      （修正有）【課題】組成の異なる重質油から改質油を生成する際に改質装置を適切な改質条件で運転して所望の品質の改質油を連続して製造する重質油改質装置を提供する。【解決手段】重質油改質装置は、高温高圧の水１ａと高温高圧の重質油４ａとを混合した混合流体を高温高圧の反応条件下で反応させて改質油５１ａを生成する改質器９と、前記改質器で生成した改質油の吸光度を測定する改質油分析器１７と、この測定した吸光度に基づいて前記改質油中のアスファルテン濃度を演算する演算器、及びこのアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値との比較に基づいて指令信号を演算する操作指令演算器を有する制御器２１を備え、この操作指令演算器の指令信号に基づいて前記水の供給量又は加熱量、及び前記重質油の供給量又は加熱量のうち、少なくとも１つを制御することによって前記改質器で生成される改質油の性状を所望の品質の範囲に調節するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を高圧に加圧する水ポンプと、この水ポンプで加圧された高圧の水を高温に加熱する水加熱器と、重質油を高圧に加圧する重質油ポンプと、この重質油ポンプで加圧された高圧の重質油を高温に加熱する重質油加熱器と、水加熱器で加熱された高温高圧の水と重質油加熱器で加熱された高温高圧の重質油とを混合した混合流体を高温高圧の反応条件下で反応させて改質油を生成する改質器と、前記改質器で生成した改質油に含まれた改質油ガスと水とを分離した改質液体燃料を生成する油水分離器と、この油水分離器を経た改質液体燃料の吸光度を測定する改質油分析器と、前記改質油分析器で測定した該改質液体燃料の吸光度に基づいて前記改質液体燃料中のアスファルテン濃度を演算する演算器及びこの演算器で演算したアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値との比較に基づいて指令信号を演算する操作指令演算器を有する制御器とを備え、前記制御器の操作指令演算器で演算された指令信号に基づいて前記水ポンプの供給量、水加熱器の加熱量、前記重質油ポンプの供給量、及び重質油加熱器の加熱量のうち、少なくとも１つを制御することによって前記改質器で生成される改質油の性状を所望の品質の範囲に調節するように構成したことを特徴とする重質油改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載された重質油改質装置において、前記制御器に備えた演算器では、改質油分析器で検出した改質液体燃料の吸光度の検出値に基づいて演算する改質液体燃料中のアスファルテン濃度と、このアスファルテン濃度に基づいて演算するバナジウム濃度のうち、少なくともアスファルテン濃度を演算するように構成したことを特徴とする重質油改質装置。
【請求項３】
請求項１に記載された重質油改質装置において、前記改質油分析器は、該改質油分析器を流下する改質液体燃料にレーザ光を照射するレーザ光源と、このレーザ光源から照射されて該改質液体燃料を透過したレーザ光を受光して改質液体燃料の吸光度を測定する受光器と、前記レーザ光源を保持すると共にレーザ光の光路長が可変となるように該レーザ光源の保持位置を調節する調節手段を有する保持部材とを備えていることを特徴とする重質油改質装置。
【請求項４】
請求項１に記載された重質油改質装置において、前記制御器に備えられた演算器は前記改質油分析器で検出した改質液体燃料の吸光度の検出値に基づいて改質液体燃料中のアスファルテン濃度を演算すると共に、このアスファルテン濃度に基づいてバナジウム濃度を演算するように構成し、前記制御器に備えられた操作指令演算器は前記演算器で演算した該改質液体燃料のバナジウム濃度と所望の品質の範囲を定めた前記設定値との比較に基づいて前記指令信号を演算するように構成されていることを特徴とする重質油改質装置。
【請求項５】
請求項１に記載された重質油改質装置において、前記改質油分析器によってアスファルテン濃度を演算した改質液体燃料を改質油タンク又は廃液タンクに切り替えて供給する切替弁を設置し、前記制御器に備えた演算器は改質油分析器による改質液体燃料の吸光度の測定値に基づいて改質液体燃料中のアスファルテン濃度を演算するように構成し、前記制御器に備えた操作指令演算器は前記演算器で演算された改質液体燃料中のアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値との比較に基づいて水ポンプの供給量、水加熱器の温度、重質油ポンプの供給量、及び重質油加熱器の温度のうちの少なくとも一つを調節する指令信号を演算するように構成すると共に、前記演算器で演算された改質液体燃料中のアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値との比較に基づいてこの改質油分析器によってアスファルテン濃度を演算した改質液体燃料の供給先を切り替える前記切替弁に操作信号を出力するように構成したことを特徴とする重質油改質装置。
【請求項６】
請求項１に記載された重質油改質装置において、前記改質器によって生成された改質油を分離した残渣油をこの改質器から引き出して燃焼させる燃焼手段と、この燃焼手段で残渣油を燃焼させて生じた燃焼ガスを燃焼手段から送り出すブロアと、このブロアによって送り出された燃焼ガスを水加熱器、重質油加熱器、及び改質器にそれぞれ配設した熱交換器に加熱媒体として供給するように配設された加熱媒体の供給配管と、これらの熱交換器に供給される前記燃焼ガスの供給量を調節する流量調節弁を前記加熱媒体の供給配管にそれぞれ備えたことを特徴とする重質油改質装置。
【請求項７】
請求項１に記載された重質油改質装置において、前記改質器で生成した改質油から油水分離器によって分離した改質油ガス及び改質液体燃料とを燃料として供給して燃焼するガスタービン燃焼器と、このガスタービン燃焼器に燃焼用空気を供給する圧縮機と、前記ガスタービン燃焼器で改質油ガス及び改質液体燃料を燃焼して生じた燃焼ガスによって駆動されるタービンとを有するガスタービン装置を備えたことを特徴とする重質油改質装置。
【請求項８】
水ポンプで加圧された高圧の水を水加熱器で加熱して高温高圧の水を生成し、重質油ポンプで加圧された高圧の重質油を重質油加熱器で加熱して高温高圧の重質油を生成し、この高温高圧の水と高温高圧の重質油とを混合した混合流体を改質器に供給してこの改質器にて高温高圧の反応条件下で反応させて改質油を生成し、前記改質器で生成した改質油に含まれた改質油ガスと水とを油水分離器にて分離して改質液体燃料を生成し、この生成した改質液体燃料に対して改質油分析器からレーザ光を照射して該改質油分析器の吸光度を測定し、この測定した該改質液体燃料の吸光度に基づいて前記改質液体燃料中のアスファルテン濃度を制御器に備えた演算器で演算し、制御器に備えた操作指令演算器によって前記の演算したアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値とを比較して指令信号を演算し、前記制御器の操作指令演算器で演算した指令信号に基づいて前記水ポンプによる水の供給量又は水加熱器の加熱量、及び前記重質油ポンプによる重質油の供給量又は重質油加熱器の加熱量のうち、少なくとも１つを制御することによって前記改質器で生成される改質油の性状を所望の品質の範囲に調節することを特徴とする重質油改質装置の運転方法。
【請求項９】
請求項８に記載された重質油改質装置の運転方法において、前記制御器に備えた演算器では演算した前記改質液体燃料中のアスファルテン濃度に基づいてバナジウム濃度を演算し、前記制御器に備えられた操作指令演算器ではこの演算器で演算した該改質液体燃料のバナジウム濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値との比較に基づいて前記指令信号を演算するように構成し、前記改質器で生成した改質油から油水分離器で分離した改質油ガス及び改質液体燃料とを燃料としてガスタービン燃焼器に供給し、このガスタービン燃焼器に圧縮機から燃焼用空気を供給し、前記ガスタービン燃焼器によって改質油ガス及び改質液体燃料を燃焼して生じた燃焼ガスをタービンに供給して駆動するようにしたことを特徴とする重質油改質装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の重質油と高温高圧水とを高温高圧の反応条件下で混合させて重質油から炭化水素の軽質ガス及び軽質油を分離して生成すると共に、重質分と重金属分を含んだ残渣油を分離除去する重質油改質装置、及び重質油改質装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重質油は廉価であるが、高粘度であるだけでなく高濃度の硫黄分や重金属分を含有しているために、この重質油をそのままで燃焼させると燃焼用機器の高温部分に深刻な高温腐食をもたらす。
【０００３】
このため、重質油を軽質化や脱硫黄化、及び脱金属化させるために重質油から改質燃料を生成し、この生成した改質燃料を使用すれば、重質油の産業上の利用の用途が増大する。
【０００４】
そこで、重質油から改質燃料を生成して使用する一例として、高温高圧の水を利用して重質油を高温高圧の条件下で改質反応させて改質燃料を生成し、この改質燃料をガスタービンの燃料として燃焼させて発電を行なう技術が特開２００５−５３９６２号公報に開示されている。
【０００５】
即ち、この特開２００５−５３９６２号公報に記載された技術は、水加熱器により加熱された高温高圧の水と、重質油加熱器により加熱された高温高圧の重質油とを燃料改質器で混合して高温高圧の反応条件下で反応させて重質油の熱分解と加水分解を行なって改質燃料を生成し、この改質燃料を燃料改質器から抽出してガスタービンの燃料として燃焼させるように構成されている。
【０００６】
また、特開平０７−３０６１９７号公報には、重油の安定性の限界を示すアスファルテンが凝縮する条件を知るために、重油であるコロイド流体と希釈液混合物中に凝固が生じるコロイド流体に対する希釈液の比を連続的に測定する発光手段と受光手段を有するモニター手段を備えて、このモニター手段によって検出したコロイド流体と希釈液混合物の透過光強度の検出信号に基づいてコロイド流体と希釈液混合物中に凝固が生じるコロイド流体に対する希釈液の比を計算して測定する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−５３９６２号公報
【特許文献２】特開平０７−３０６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、重質油は産地、及び製造過程によってその組成が異なるが、前記の特開２００５−５３９６２号公報に記載された重質油の改質装置に関する技術では、この重質油の組成の相違に対して改質装置を構成する重質油加熱器で加熱する重質油の温度の調節や、重油の滞留時間の調節は全く考慮されていない。
【０００９】
また、特開平０７−３０６１９７号公報に記載された技術は、重質油の安定性の限界を示すアスファルテンが凝縮する条件をコロイド流体と希釈液混合物の透過光強度の検出値に基づいてコロイド流体に対する希釈液の比を測定することによって検知しているが、この重質油の安定性の限界条件を検知する技術を、改質装置によって重質油から生成した改質油の品質の管理に利用することは全く考慮されていない。
【００１０】
従って、産地や製造過程の状況によって組成の異なる重質油から改質装置で改質油を生成した場合に、重質油の組成の相違に起因して適切な改質条件から外れて改質装置が長期間運転される場合も考えられることから、重質油から所望の品質を満たしていない改質油が製造されてしまう可能性を否定できない。
【００１１】
本発明の目的は、産地や製造過程の状況によって組成の異なる重質油から改質油を生成する場合に、改質装置が適切な改質条件で運転されるようにして所望の品質を有する改質油を連続して製造することが可能な重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の重質油改質装置は、水を高圧に加圧する水ポンプと、この水ポンプで加圧された高圧の水を高温に加熱する水加熱器と、重質油を高圧に加圧する重質油ポンプと、この重質油ポンプで加圧された高圧の重質油を高温に加熱する重質油加熱器と、水加熱器で加熱された高温高圧の水と重質油加熱器で加熱された高温高圧の重質油とを混合した混合流体を高温高圧の反応条件下で反応させて改質油を生成する改質器と、前記改質器で生成した改質油に含まれた改質油ガスと水とを分離した改質液体燃料を生成する油水分離器と、この油水分離器を経た改質液体燃料の吸光度を測定する改質油分析器と、前記改質油分析器で測定した該改質液体燃料の吸光度に基づいて前記改質液体燃料中のアスファルテン濃度を演算する演算器及びこの演算器で演算したアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値との比較に基づいて指令信号を演算する操作指令演算器を有する制御器とを備え、前記制御器の操作指令演算器で演算された指令信号に基づいて前記水ポンプの供給量、水加熱器の加熱量、前記重質油ポンプの供給量、及び重質油加熱器の加熱量のうち、少なくとも１つを制御することによって前記改質器で生成される改質油の性状を所望の品質の範囲に調節するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
また重質油改質装置の運転方法は、水ポンプで加圧された高圧の水を水加熱器で加熱して高温高圧の水を生成し、重質油ポンプで加圧された高圧の重質油を重質油加熱器で加熱して高温高圧の重質油を生成し、この高温高圧の水と高温高圧の重質油とを混合した混合流体を改質器に供給してこの改質器にて高温高圧の反応条件下で反応させて改質油を生成し、前記改質器で生成した改質油に含まれた改質油ガスと水とを油水分離器にて分離して改質液体燃料を生成し、この生成した改質液体燃料に対して改質油分析器からレーザ光を照射して該改質油分析器の吸光度を測定し、この測定した該改質液体燃料の吸光度に基づいて前記改質液体燃料中のアスファルテン濃度を制御器に備えた演算器で演算し、制御器に備えた操作指令演算器によって前記の演算したアスファルテン濃度と所望の品質の範囲を定めた設定値とを比較して指令信号を演算し、前記制御器の操作指令演算器で演算した指令信号に基づいて前記水ポンプによる水の供給量又は水加熱器の加熱量、及び前記重質油ポンプによる重質油の供給量又は重質油加熱器の加熱量のうち、少なくとも１つを制御することによって前記改質器で生成される改質油の性状を所望の品質の範囲に調節することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、産地や製造過程の状況によって組成の異なる重質油から改質油を生成する場合に、改質装置が適切な改質条件で運転されるようにして所望の品質を有する改質油を連続して製造することが可能な重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施例である重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法について、図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の一実施例である重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法について、図１を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施例である重質油改質装置の全体構成を示す概略構成図であるが、この図１に示した本実施例の重質油改質装置の構成を説明すると、水タンク１に貯蔵した水は、水ポンプ２によって好ましくは亜臨界〜超臨界条件の圧力に加圧して水加熱器３に必要な流量の水を供給する。
【００１８】
水加熱器３では、図示していない加熱手段によって好ましくは亜臨界〜超臨界条件近傍に加熱し、３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した高温高圧の水１ａを生成する。
【００１９】
重質油タンク４に貯蔵した重質油は、産地や製造過程によって組成が異なることになるが、この重質油を重質油ポンプ５によって好ましくは亜臨界〜超臨界条件の圧力に加圧して必要な流量の重質油を重質油加熱器６に供給する。
【００２０】
重質油加熱器６では、図示していない加熱手段によって好ましくは亜臨界〜超臨界条件近傍に加熱して、２００〜４００℃、１０〜３０ＭＰａに加圧加熱した高温高圧の重質油４ａを生成する。
【００２１】
前記水加熱器３及び重質油加熱器６に設置される加熱手段は、電気ヒーターを用いても良いし、外部から燃焼ガス等の熱源を導く熱交換を用いても良い。
【００２２】
前記水加熱器３で加熱された高温高圧の水１ａ及び重質油加熱器６で加熱された高温高圧の重質油４ａは配管６１及び配管６２を通じて混合器７にそれぞれ供給され、この混合器７にて高温高圧の水１ａと高温高圧の重質油４ａとを混合させて高温高圧の混合流体を形成させる。
【００２３】
混合器７を経た高温高圧の混合流体は配管６３を通じて混合流体加熱器８に供給され、この混合流体加熱器８にて３５０〜５００℃の所定の温度になるように加熱された高温高圧の水と重質油との混合流体は改質器９に供給される。
【００２４】
そして、改質器９の内部に供給された高温高圧の水と高温高圧の重質油との混合流体は、この改質器９にて３５０〜５００℃、１０〜３０ＭＰａの高温高圧の反応条件下で重質油と水とを反応させて重質油の熱分解と加水分解が行なわれる。
【００２５】
その結果、重質油に含まれるバナジウム等の重金属を除去して軽質化した炭化水素ガス及び軽質油分の改質油５１ａが生成され、この改質油５１ａを改質器９の上部から配管６４を通じて抜き出される。
【００２６】
また、改質器９の内部で重質油から改質油５１ａが抽出された残りの重質油分と重金属分を含んだ残渣油５４ａは、高温高圧の水には溶解しないため分離器９の下部に沈降する。
【００２７】
この残渣油５４ａは、残渣油抜き出し弁１０を備えた配管６８を通じて前記改質器９の底部から抜き出されて残渣油タンク１１に排出される。
【００２８】
改質器９から抽出された改質油５１ａは配管６４に設置された減圧弁１２により所定の圧力に減圧された後に、この配管６４を通じて気液分離器１３に供給される。
【００２９】
気液分離器１３では、供給された改質油５１ａを炭化水素ガスから成る改質ガス５２ａと水分を含む改質液体燃料５３ａとに分離して、改質ガス５２ａは配管６５を通じて改質ガスタンク１４に供給され、水分を含む改質液体燃料５３ａは配管を通じて油水分離器１５に供給される。
【００３０】
油水分離器１５では改質液体燃料５３ａと水とを分離して、水は配管６５を通じて水タンク１６に排出されて改質操作に用いる水として再利用され、水が分離された改質液体燃料５３ａは配管３４を通じて改質油分析器１７に供給される。
【００３１】
前記改質油分析器１７では、詳細は後述するが改質液体燃料５３ａの性状を表すアスファルテン濃度を測定するもので、改質油分析器１７によって性状を測定した結果、改質液体燃料５３ａが所望の品質条件を満たしている場合は該改質油分析器１７を経た改質液体燃料５３ａは三方弁１８を操作して配管６９を通じて改質油タンク１９に供給して貯蔵する。
【００３２】
また、改質油分析器１７による測定の結果、改質液体燃料５３ａが所望の品質条件を満たしていない場合は該改質油分析器１７を経た改質液体燃料５３ａは三方弁１８を切り替え操作して配管７１を通じて廃油タンク２０に排出して貯蔵する。
【００３３】
また、制御器２１が設置されており、改質油分析器１７による改質液体燃料５３ａの測定値に基づいて前記改質液体燃料５３ａが所望の品質条件の範囲を満たすために必要な制御操作量を演算して、この制御操作量に応じた指令信号をそれぞれの制御操作端である、例えば水ポンプ２、水加熱器３、重質油ポンプ５、重質油加熱器６、減圧弁１２、残渣油抜き出し弁１０、三方弁１８や、その他の調節弁等のうちで必要な制御操作端に指令して操作するように構成されている。
【００３４】
次に、図１の本発明の実施例である重質油改質装置に使用されている改質油分析器１７の構成について図２及び図３を用いて説明する。
【００３５】
改質油分析器１７の斜視図を示す図２及び改質油分析器１７の断面図を示す図３において、改質油分析器１７は油水分離器１５で水を分離した改質液体燃料５３ａを流下させる配管３４に設置された本体部材３５と、レーザ光を照射するレーザ光源３７を設置したステージ３６と、このステージ３６を本体部材３５に対して取り付ける光路長調節ネジ３８の位置調節によって前記レーザ光源３７の光路長を調節している。
【００３６】
更に本体部材３５には、前記レーザ光源３７から照射されたレーザ光を受光する受光器３９が該レーザー光源３７に対面する位置に設置され、石英ガラス４０及び４１が前記レーザ光源３７から照射されたレーザ光が通過するように本体部材３５の内部に形成した空間部に面した配管３４の領域を覆うようにそれぞれ設置されている。
【００３７】
前記改質油分析器１７において、配管３４を流下する改質液体燃料５３ａの性状を測定するために、レーザ光源３７から改質液体燃料５３ａの流れ方向と直行する方向にレーザ光を照射する。
【００３８】
レーザ光は石英ガラス４０を隔てて配管３４の内部を流れる改質液体燃料５３ａに照射され、石英ガラス４１を経て受光器３９によって受光されることでレーザ光強度を測定する。
【００３９】
改質油分析器１７では、この受光器３９で測定するレーザ光強度に基づいて改質液体燃料５３ａの吸光度を測定し、制御器１にてこの計測した吸光度から改質液体燃料５３ａ中のアスファルテン濃度を算出する。
【００４０】
改質油分析器１７においては、光路長調節ねじ３８を調節して改質液体燃料５３ａの流れ方向と直行する方向にレーザ光源３７を備えたステージ３６を移動させることによってレーザ光源３７から照射するレーザ光の光路長を可変にしている。
【００４１】
ここで、重質油から改質した改質油に含まれるアスファルテンはヘプタンに可溶でトルエンに不溶な成分と定義されるものであって、アスファルテンはバナジウムなどの重金属原子を含んでいるだけでなく、コークスの前駆体である。
【００４２】
よって、改質油に含まれるアスファルテンは、金属の高温腐食を引き起こすバナジウム酸化物の生成源となるだけでなく、コークス生成に伴い長時間の燃焼処理を妨げるといった問題をもたらすので、改質油を燃料油として使用する場合に改質油中のアスファルテン濃度を測定する必要がある。
【００４３】
図４は改質油中のアスファルテン濃度と吸光度との関係を示す特性グラフであり、アスファルテン濃度０（体積％）から１（体積％）の改質油に対して６５０ｎｍのレーザ光を照射して測定した吸光度（無次元）を示す。
【００４４】
ここで、吸光度はｌｏｇ（Ｉ０／Ｉ）とし、Ｉ０は入射光強度、Ｉは透過光強度である。
【００４５】
図４では横軸に改質油のアスファルテン濃度（体積％）を、縦軸に改質油の吸光度（無次元）を示している。
【００４６】
この図４に示した改質油中のアスファルテン濃度と吸光度との関係を表した特性グラフから明らかなように、改質油中のアスファルテン濃度と吸光度との特性が比例関係となることから、任意のアスファルテン濃度の改質油に対して吸光度を測定することによってアスファルテン濃度を求めることができる。
【００４７】
これは、改質油においてもアスファルテン濃度に対してＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則が適用可能であることを示唆している。
【００４８】
Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則では、濃度Ｃの溶質を含む溶液の吸光度は（１）式で与えられる。
【００４９】
ここでεは溶質の吸光係数、Ｌは光路長である。
【００５０】
ｌｏｇ（Ｉ０／Ｉ）＝εＣＬ・・・（１）
（１）式より光路長一定の条件では、アスファルテン濃度の高い改質油では吸光度が大きいために測定範囲が限定されてしまうが、光路長を可変とすることで測定範囲を拡張可能であり、改質油を有機溶媒で希釈する必要がない。
【００５１】
また、アスファルテンに含まれる重金属原子としてバナジウムが挙げられる。
【００５２】
図５は改質油のアスファルテン濃度（体積％）とバナジウム濃度（重量ｐｐｍ）との相関関係を示す特性グラフである。
【００５３】
図５では横軸に改質油のアスファルテン濃度（体積％）を、縦軸に改質油のバナジウム濃度（重量ｐｐｍ）を示している。
【００５４】
図５に示したように、アスファルテン濃度とバナジウム濃度との特性グラフが比例関係にあることを表していることから、改質油のアスファルテン濃度の値から前記図５のバナジウム濃度の値を算出することができる。
【００５５】
以上のことから、図１に示した本発明の実施例である重質油改質装置に使用されている改質油分析器１７によって、配管３４を流下する改質液体燃料５３ａの吸光度を測定することにより、改質液体燃料５３ａ中のアスファルテン濃度とバナジウム濃度を求めることが可能となる。
【００５６】
改質油分析器１７で測定した改質液体燃料５３ａの吸光度の測定値を制御器２１に入力する。
【００５７】
制御器２１では、この入力された改質液体燃料５３ａの吸光度の測定値に基づいて演算器２１ａによってこの改質液体燃料５３ａに含まれているアスファルテン濃度、及び該アスファルテン濃度からバナジウム濃度をそれぞれ演算する。
【００５８】
即ち、演算器２１ａには図４に示した吸光度とアスファルテン濃度との関係を表した特性グラフと同じ第一の関数発生器が備えられており、改質油分析器１７で測定した改質液体燃料５３ａの吸光度の測定値に基づいたアスファルテン濃度の値を演算する。
【００５９】
前記演算器２１ａには更に、図５に示したアスファルテン濃度とバナジウム濃度との関係を表した特性グラフと同じ第二の関数発生器が備えられており、第一の関数発生器で演算したアスファルテン濃度の値に基づいて改質液体燃料５３ａのバナジウム濃度の値を演算する。
【００６０】
この制御器２１には設定器２１ｂが設置されており、改質液体燃料５３ａとして許容される所望のバナジウム濃度の範囲を予め設定する。
【００６１】
更に制御器２１には操作指令演算器２１ｃが設置されており、演算器２１ａで演算されたバナジウム濃度と、設定器２１ｂで予め設定した改質液体燃料５３ａのバナジウム濃度の設定値とを比較演算し、その差信号に基づいて改質液体燃料５３ａのバナジウム濃度を調節する制御端末となる機器である水ポンプ２の流量、重質油ポンプ５の流量、減圧弁１２の開度、及び調節弁２５〜２９の開度の中から、優先度に応じた制御端末の機器を制御することによって、改質液体燃料５３ａのバナジウム濃度を所望の濃度範囲となるように調節している。
【００６２】
また前記制御器２１に設置した操作指令演算器２１ｃでは、前記した演算器２１ａで演算されたバナジウム濃度と、設定器２１ｂのバナジウム濃度の許容範囲の設定値とを比較演算した差信号に基づいて、重質油改質装置の主要機器の運転を制御する混合流体加熱器８、改質器９、残渣油抜き出し弁１０のうち、少なくとも１つを制御するように構成され、また三方弁１８も後述するように制御される。
【００６３】
具体的には、改質油分析器１７によって測定された改質液体燃料５３ａの吸光度に基づいて前記制御器２１では、演算器２１ａによってこの改質液体燃料５３ａに含まれているアスファルテン濃度及び或いは該アスファルテン濃度からバナジウム濃度を演算し、操作指令演算器２１ｃではこの演算されたアスファルテン濃度及び或いはバナジウム濃度と設定器２１ｂで設定された所望の許容範囲との比較に基づいて重質油改質装置の主要機器の運転を制御する水ポンプ２、重質油ポンプ５、水加熱器３、重質油加熱器６のうち、少なくとも１つを制御するように構成されている。
【００６４】
例えばアスファルテン濃度及び或いはバナジウム濃度が所望の範囲よりも高くなった場合は、前記制御器２１によって、まず、水ポンプ２の回転数を上げて水加熱器３に供給される水の流量を増加させる制御を行なう。
【００６５】
但し、何らかの要因で水加熱器３に供給される水の流量を増すことができない場合は重質油ポンプ５の回転数を下げて重質油加熱器６に供給される重質油の流量を減少させる。
【００６６】
そして前記制御器２１では水加熱器３の温度を一定となるように制御し、重質油加熱器６の温度は重質油の供給量が減少する場合には温度が下がるように制御する。
【００６７】
また、例えばアスファルテン濃度及び或いはバナジウム濃度が所望の範囲よりも低くなった場合は、前記制御器２１によって、まず、水ポンプ２の回転数を下げて水加熱器３に供給される水の流量を減少させる制御を行なう。
【００６８】
但し、何らかの要因で水加熱器３に供給される水の流量を減少させることができない場合は重質油ポンプ５の回転数を上げて重質油加熱器６に供給される重質油の流量を増加させる。
【００６９】
そして前記制御器２１では水加熱器３の温度を一定となるように制御し、重質油加熱器６の温度は重質油の供給量が増加する場合には温度が上がるように制御する。
【００７０】
また、改質器９及び混合流体加熱器８について、改質器９は３５０〜５００℃の所望の温度となるように温度制御され、混合流体加熱器８も３５０〜５００℃の所望の温度となるように温度制御される。
【００７１】
また、減圧弁１２は配管６４を流通する改質油５１ａの圧力が一定となるように制御され、残渣油抜き出し弁１０は改質器９の内部に溜まった残渣油５４ａが所定値より増加した場合に開弁して外部に排出するように制御される。
【００７２】
ところで、前記した制御器２１の演算器２１ａでは、改質油分析器１７で測定された改質液体燃料５３ａの吸光度からアスファルテン濃度及びバナジウム濃度が演算され、操作指令演算器２１ｃにて予め設定されたバナジウム濃度の許容範囲と比較演算される。
【００７３】
そして、改質液体燃料５３ａの性状が設定器２１ｂで定めた所望のバナジウム濃度の許容基準を満たしていると判断された場合には、この操作指令演算器２１ｃから改質油分析器１７の下流側の三方弁１８に対して切り替え操作の操作信号を出力して該改質液体燃料５３ａが配管６９を通じて改質油タンク１９に供給され貯蔵される。
【００７４】
一方、操作指令演算器２１ｃにて改質液体燃料５３ａの性状が設定器２１ｂで定めた所望のバナジウム濃度の許容基準を満たしていないと判断された場合には、前記三方弁１８に対して切り替え操作の操作信号を出力して該改質液体燃料５３ａが配管７１を通じて廃液タンク２０に排出される。
【００７５】
上記した実施例では前記制御器２１に設置した演算器２１ａで改質液体燃料５３ａのアスファルテン濃度とバナジウム濃度の双方を演算する場合を説明したが、改質液体燃料５３ａを燃焼させる燃焼装置がガスタービン装置のような高級機器でない場合には、改質液体燃料５３ａの少なくともアスファルテン濃度について演算するように構成しても良い。
【００７６】
即ち、重質油から改質した改質液体燃料５３ａを一般のボイラの燃料として使用する場合には、改質液体燃料５３ａのアスファルテン濃度に基づいて改質液体燃料５３ａの性状を調整するようにしても良い。
【００７７】
一般のボイラの燃料として使用する場合は、改質液体燃料５３ａのバナジウム濃度まで演算する必要性は特にない。
【００７８】
上記した本実施例の重質油改質装置では、改質器９において生成した改質油５１aと分離した残渣油５４aを、改質器９の底部から残渣油抜き出し弁１０を開操作して配管６８を通じて残渣油タンク１１に排出した後に、この残渣油５４aを廃棄処理しているが、残渣油５４aは燃焼により焼却処理してもよい。
【００７９】
また、改質器９の内部で高温高圧の反応条件下で重質油と水とを反応させて重質油の熱分解と加水分解を行なわせた際に、重質油からコークスの生成が開始する温度および時間は重質油の種類（例えばＡ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、減圧残油、オリマルジョン、オイルサンド、オイルシェルおよび廃油等）によって異なるが、上記した本実施例の重質油改質装置によれば、改質油のアスファルテン濃度、及びバナジウム濃度を算出して重質油の改質操作における水及び重質油の供給量、温度、及び滞留時間等を調節することで、産地や製造過程によって組成が異なる重質油から常に所望の燃料油基準を満たす改質油を連続して製造することが可能となる。
【００８０】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施例によれば、産地や製造過程の状況によって組成の異なる重質油から改質油を生成する場合であっても、改質装置が適切な改質条件で運転されるようにして所望の品質を有する改質油を連続して製造することが可能な重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できる。
【実施例２】
【００８１】
次に本発明の他の実施例である重質油改質装置について、図６を用いて説明する。
【００８２】
本実施例の重質油改質装置の構成は、図１乃至図５に記載された先の実施例の重質油改質装置の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【００８３】
図６に示した本実施例の重質油改質装置では、改質器にて高温高圧の反応条件下で重質油と水とを反応させて重質油の熱分解と加水分解を行ない、重質油から改質油と残渣油を生成、分離させる重質油の処理工程を備えている。
【００８４】
そして本実施例は、この重質油の処理工程で重質油から分離した残渣油を燃焼させた燃焼ガスを熱源に利用して、水加熱器３、重質油加熱器６、混合流体加熱器８、及び改質器９をそれぞれ加熱するように構成した重質油改質装置である。
【００８５】
本実施例の重質油改質装置を詳細に説明すると、改質器９にて高温高圧の反応条件下で重質油と水とを反応させて重質油から生成した改質油５１aを分離した残りの残渣油５４aは、改質器９の底部から残渣油抜き出し弁１０を有する配管６８を通じて残渣油タンク１１に排出される。
【００８６】
この残渣油タンク１１に貯蔵された残渣油５４aは残渣油燃焼器２３に供給され、この残渣油燃焼器２３にて燃焼されて高温の燃焼ガスを生成する。
【００８７】
残渣油燃焼器２３で生成した高温の燃焼ガスは、ブロア２４によって送給されて流量調節弁２６〜２９を備えた配管７２を通じて前記水加熱器３、重質油加熱器６、混合流体加熱器８、及び改質器９に配設された熱交換器３ｂ、６ｂ、８ｂ、９ｂに熱源としてそれぞれ供給されて、これらの水加熱器３、重質油加熱器６、混合流体加熱器８、及び改質器９を一定温度に制御して加熱する。
【００８８】
前記水加熱器３、重質油加熱器６、混合流体加熱器８、及び改質器９における燃焼ガスによる加熱温度の調節は、制御器２１に設置された運転制御器２１ｄからの指令信号に基づいて前記各流量調節弁２６〜２９の開度を制御し、燃焼ガスの流量を変化させて一定温度となるように制御する。
【００８９】
また、改質器９における重質油の改質条件の調節は、この改質器９に配設した熱交換器９ｂに供給する燃焼ガスの流量を流量調節弁２９ｂの開度を調節するだけでなく、改質器９の底部から残渣油タンク１１に残渣油５４aを排出する配管６８に設けた残渣油抜き出し弁１０の開度、及び改質器９にて生成した改質油５１aを改質器９から気液分離器１３に導く配管６４に設けた減圧弁１２の開度を、制御器２１に設置された運転制御器２１ｄからの指令信号に基づいてそれぞれ調節することによって行なわれる。
【００９０】
前記水加熱器３、重質油加熱器６、混合流体加熱器８、及び改質器９に配設された熱交換器３ｂ、６ｂ、８ｂ、９ｂでそれぞれ熱交換された燃焼ガスは、配管７３を通じて流下して煙突３０から大気中に放出される。
【００９１】
また、前記ブロア２４から配管７２に供給されなかった不要な燃焼ガスは、配管７２から分岐して流量調節弁２５を備えた配管７７を通じて流下し、煙突３０から大気中に放出される。
【００９２】
本実施例によれば、前述した先の実施例と同様な効果を得ることができるだけでなく、残渣油を燃焼させて水、重質油、混合流体、分離器を加熱するように構成したので、残渣油の有効利用を行なうことができる。
【００９３】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施例によれば、産地や製造過程の状況によって組成の異なる重質油から改質油を生成する場合であっても、改質装置が適切な改質条件で運転されるようにして所望の品質を有する改質油を連続して製造することが可能な重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できる。
【実施例３】
【００９４】
次に本発明の更に他の実施例である重質油改質装置について、図７を用いて説明する。
【００９５】
本実施例の重質油改質装置の構成は、図１乃至図５に記載された先の実施例の重質油改質装置の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【００９６】
図７に示した本実施例の重質油改質装置では、改質器にて高温高圧の反応条件下で重質油と水とを反応させて重質油の熱分解と加水分解を行ない、重質油から生成した改質油を燃料として駆動する原動機のガスタービン装置１００を備えている。
【００９７】
前記ガスタービン装置１００は、シンプルサイクルだけでなくコンバインドサイクルでもよい。
【００９８】
本実施例の重質油改質装置を詳細に説明すると、ガスタービン装置１００は、空気を加圧する圧縮機３２と、この圧縮機３２で加圧された空気を前記改質器９で生成した改質油５１aの燃料と共に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器３１と、このガスタービン燃焼器３１にて空気と燃料の改質油５１ａとを燃焼させて生成した燃焼ガスによって駆動されるガスタービン３３と、このガスタービン３３によって駆動される発電機等の負荷８０とを備えている。
【００９９】
前記ガスタービン燃焼器３１に供給される燃料の改質油５１aは、具体的には改質器９から所定の圧力に減圧する減圧弁１２を設けた配管６４を通じて気液分離器１３に供給され、この気液分離器１３にて該改質油５１ａを炭化水素ガスから成る改質ガス５２ａと水分を含む改質液体燃料５３ａとに分離し、分離した改質ガス５２ａは配管６５を通じて改質ガスタンク１４に供給して貯蔵される。
【０１００】
そして改質ガスタンク１４に貯蔵された改質ガス５２ａは、配管７４を通じて前記ガスタービン燃焼器３１に気体燃料として供給して燃焼するように構成している。
【０１０１】
気液分離器１３にて改質ガス５２ａが分離された水分を含む改質液体燃料５３ａは油水分離器１５に供給されてこの油水分離器１５によって改質液体燃料５３ａと水とに分離し、分離した改質液体燃料５３ａは配管３４、三方弁１８及び配管６９を通じて改質油タンク１９に供給して貯蔵される。
【０１０２】
そして改質油タンク１９に貯蔵された改質液体燃料５３ａは、配管７５を通じて前記ガスタービン燃焼器３１に液体燃料として供給して燃焼するように構成している。
【０１０３】
上記した本実施例の重質油改質装置によれば、ガスタービン装置１００の燃料基準を満たすバナジウム濃度の改質油の製造と供給が可能となるため、この改質油をガスタービン装置１００の燃料として使用した場合にはガスタービン高温部品の高温腐食を防止することができる。
【０１０４】
なお、本実施例の重質油改質装置では、重質油から改質した改質ガス５２ａと改質液体燃料５３ａとをガスタービン燃焼器３１に燃料として供給するガスタービン装置１００を示しているが、ガスタービン装置以外にも原動機に高温蒸気を供給するボイラ装置等に燃料として供給して発電又は動力を発生させるプラントシステムにも適用可能である。
【０１０５】
また、図７に示した前記本実施例の重質油改質装置のガスタービン装置１００は、前述した図１及び図６の各実施例の重質油改質装置に設置させて、各実施例の改質ガスタンク１４から改質ガス５２ａを、改質油タンク１９から改質液体燃料５３ａを、このガスタービン装置１００のガスタービン燃焼器３１に燃料として供給することも可能である。
【０１０６】
前述した本実施例の重質油改質装置においては、改質油分析器で測定した改質油の吸光度に基づいて改質油中のアスファルテン濃度を算出しているが、これ以外の方法を補完的に使用してアスファルテン濃度を算出することも可能である。
【０１０７】
例えば、従来の測定方法を用いて改質油のアスファルテン濃度とバナジウム濃度を分析し、この分析値を本実施例の改質油分析器１７による吸光度測定で求めた改質油のアスファルテン濃度の補正に用いることも可能である。
【０１０８】
また前記した本発明の実施例である改質油分析器１７と制御器２１を備えた重質油改質装置によれば、次のような効果を奏することができる。
【０１０９】
１）改質油中のアスファルテン濃度を即時に測定できるため、所定の燃料基準に対する改質油の適合性判定と迅速な改質条件の調節が可能となる。
【０１１０】
２）改質油の性状を測定しながら改質条件を調節可能であるため、組成の異なる重質油に対しても改質条件の調節が可能となる。
【０１１１】
３）吸光度を用いた改質油中のアスファルテン濃度の測定に際して、光路長を可変にして測定することで改質油を有機溶媒で希釈する工程が不要なので測定が簡便となり、幅広いアスファルテン濃度の改質油に対しても即時に測定が可能となる。
【０１１２】
４）重質油から改質油を分離した残渣油の燃焼処理と、この残渣油を燃焼させた燃焼ガスを熱源として有効利用することができるので、改質油装置の効率を向上できる。
【０１１３】
５）改質油中のアスファルテン濃度の測定に基づいて算出した改質油中のバナジウム濃度に基づいて所定の燃料基準に対する改質油の適合性判定と迅速な改質条件の調節が可能であるため、ガスタービン高温部品の高温腐食を防止し得る燃料基準を満たした改質燃料を安価な重質油から製造してガスタービン装置に燃料として供給できる。
【０１１４】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施例によれば、産地や製造過程の状況によって組成の異なる重質油から改質油を生成する場合であっても、改質装置が適切な改質条件で運転されるようにして所望の品質を有する改質油を連続して製造することが可能な重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、高温高圧の重質油と高温高圧水とを高温高圧の反応条件下で混合させて重質油から改質ガス及び改質液体燃料を分離して生成すると共に残渣油を分離除去する重質油改質装置、及び重質油改質装置の運転方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施例である重質油改質装置の構成を示す概略図。
【図２】図１に示した本発明の実施例である重質油改質装置に設置された改質油分析器の斜視図。
【図３】図２に示した改質油分析器の概略断面図。
【図４】改質油中のアスファルテン濃度と吸光度との関係を示すグラフ。
【図５】改質油中のアスファルテン濃度とバナジウム濃度との関係を示すグラフ。
【図６】本発明の他の実施例である重質油改質装置の構成を示す概略図。
【図７】本発明の更に他の実施例である重質油改質装置の構成を示す概略図。
【図８】図１に示した本発明の実施例である重質油改質装置に設置された制御器の詳細図。
【符号の説明】
【０１１７】
１：水タンク、１ａ：高温高圧の水、２：水ポンプ、３：水加熱器、４：重質油タンク、４ａ：高温高圧の重質油、５：重質油ポンプ、６：重質油加熱器、７：混合器、８：混合流体加熱器、９：改質器、１０：残渣油抜き出し弁、１１：残渣油タンク、１２：減圧弁、１３：気液分離器、１４：改質ガスタンク、１５：油水分離器、１６：水、１７：改質油分析器、１８：三方弁、１９：改質油タンク、２０：廃液タンク、２１：制御器、２１ａ：演算器、２１ｂ：設定器、２１ｃ：操作指令演算器、２１ｄ：運転制御器、２２：残渣油タンク、２３：残渣油燃焼器、２４：ブロア、２５：燃焼ガス流量調節弁、２５〜２９：流量調節弁、３０：煙突、３１：ガスタービン燃焼器、３２：圧縮機、３３：タービン、３４：改質油流路管、３５：本体、３６：ステージ、３７：レーザ光源、３８：光路長調節ねじ、３９：受光器、４０、４１：石英ガラス、５１ａ：改質油、５２ａ：改質ガス、５３ａ：改質液体燃料、５４ａ：残渣油、６１〜６９：配管、７１〜７５、７７：配管、８０：負荷、１００：ガスタービン装置。
【図１】
2009067865.tif 000003
【図２】
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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】
2009067865.tif 000009
【図８】
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