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【発明の名称】 重質油改質装置及び重質油改質装置の運転方法
【発明者】 【氏名】高橋 宏和

【氏名】西田 浩二

【氏名】横田 修

【氏名】稲毛 真一

【氏名】林 明典

【氏名】小久保 慎介

【氏名】穂刈 信幸

【要約】 【課題】重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位が急激に上昇した場合に、該重質分が軽質分に混合して反応容器の外部に取り出されるのを防止する重質油改質装置の提供。

【構成】高温高圧の重質油と水とを水熱反応させて軽質分を生成する反応容器100の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器100に溜まる液位を検出する検出手段を備え、反応容器100の内部に溜まった重質分を回収する重質分抜出器52を反応容器100の外部に設置し、反応容器100から重質分抜出器52への重質分の排出操作を行う反応容器出口弁13、及び重質分抜出器52に収容した系外に排出する排出操作を行う重質分抜出弁14を備え、検出手段で検出した反応容器100に溜まった重質分の液位に基づいて反応容器出口弁13及び重質分抜出弁14の開閉操作を行う制御装置200から構成される重質油の改質装置1。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油の改質装置において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる液位を検出する検出手段を備え、反応容器の内部に溜まった重質分を回収する重質分抜出器を反応容器の外部に設置し、反応容器から重質分抜出器への重質分の排出操作を行う反応容器出口弁、及び重質分抜出器に収容された重質分を系外に排出する排出操作を行う重質分抜出弁を夫々備え、検出手段で検出された反応容器の内部に溜まった重質分の液位に基づいて反応容器出口弁及び重質分抜出弁の開閉操作を行う制御装置を備えたことを特徴とする重質油の改質装置。
【請求項2】
請求項1に記載の重質油の改質装置において、重質分の液位を検出する検出手段は、反応容器の内部にその一端が配設された配管と、この配管に設置された圧力抵抗体と、圧力抵抗体の前後の差圧を測定する差圧計とを備えていることを特徴とする重質油の改質装置。
【請求項3】
請求項1に記載の重質油の改質装置において、重質分の液位を検出する検出手段は、反応容器に配設された温度計を備えていることを特徴とする重質油の改質装置。
【請求項4】
請求項3に記載の重質油の改質装置において、温度計或いは温度計の周囲の反応容器の壁面を加熱或いは冷却する温度調節装置を備えていることを特徴とする重質油の改質装置。
【請求項5】
重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油改質装置の運転方法において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる重質分の液位を検出し、反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位に上昇したことを検出した場合に反応容器の内部に溜まった重質分を排出して反応容器の外部に設置した重質分抜出器に回収する操作を行い、次に重質分の排出によって反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位より下降したことを検出した場合に反応容器の内部から重質分を重質分抜出器に排出する操作を停止し、しかる後に重質分抜出器に回収された重質分を系外に排出する操作を行う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。
【請求項6】
請求項5に記載の重質油改質装置の運転方法において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる重質分の液位の検出は、反応容器の内部に一端を配設して圧力抵抗体を備えた配管の圧力抵抗体の差圧を測定する差圧計によって検出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7】
請求項5に記載の重質油改質装置の運転方法において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる重質分の液位の検出は、反応容器に配設された温度計によって検出することを特徴とする重質油の改質装置運転方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の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】
水を高温高圧化した高温高圧水は誘電率が低くなるために水に溶解しない有機物を混入でき、また、高温で分子運動が激しい水分子を高圧により高密度にするために有機物の水分解や酸化剤の存在下で酸化分解する反応に適した反応溶媒となる。
【0003】
よって、これらの特徴を活用して高温高圧水を用いた有機廃棄物処理や、その水熱反応を利用して重質油を改質し改質燃料を生成する改質技術が研究されている。
【0004】
高温高圧水による水熱反応を利用した重質油改質装置では、反応容器内に重質油と高温高圧の水との混合流体を供給し、水熱反応によって重質油を重質分と改質分に分離することでバナジウム等の金属が含まれない改質燃料として利用可能な軽質分を生成することができる。
【0005】
ところで、重質油改質装置においては反応容器の内部での水熱反応で生成した軽質分は反応容器の上部から抜き出されて燃料供給系統に供給され、軽質分より下部に溜まる重質分は反応容器の下部から抜き出されて排出されるが、重質油の組成の違いで重質分と改質分の割合が変化するので反応容器の内部に溜まる重質分の液位が大きく変化する。
【0006】
また、反応容器の内部に溜まる重質分の液位が大幅に変動により反応容器の内部に重質分が滞留する滞留時間も変動して、滞留時間が長くなると重質分の一部がコークスとなるコーキングが発生して重質油の改質装置の反応容器や配管系統を閉塞させる可能性がある。
【0007】
特開2005−154536号公報には、反応容器にコークス生成の防止、或いはコークスを除去するため、重質油改質装置に複数基の反応容器を設置して洗浄運転する反応容器と改質運転する反応容器とを交互に切り替えて使用する技術が開示されている。
【0008】
【特許文献1】特開2005−154536号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
重質油改質装置の反応容器の水熱反応によって軽質分と重質分が生成されるが、重質油の組成の違いによって重質分と改質分の割合が変化して反応容器の内部に溜まる重質分の液位が変化する。
【0010】
反応容器の内部に溜まる重質分の液位が上限の液位より上昇してしまうと反応容器の上部から軽質分と共に重質分が抜け出して軽質分に混入してしまい、改質燃料としての軽質分の品質を低下させる可能性がある。
【0011】
また、反応容器に溜まる重質分を反応容器の下部から抜き出しすぎると、せっかく生成した軽質分までも重質分と共に反応容器の下部から抜き出されて排出されてしまうことになるので、重質油改質装置で生成する改質燃料としての軽質分の生産量の減少に至る可能性がある。
【0012】
一方、反応容器の内部に溜まる重質分の液位が大幅に変動すると重質分の滞留時間も変化して重質分の温度が大きく上下するので、重質分中の特に重質な成分が残滓として機器に付着したり、高温反応環境下で重質分の一部が固体炭素、即ちコークスとなるコーキングが発生して反応容器や配管系統を閉塞すると、重質油の改質装置の運転を停止に至らしめるという可能性がある。
【0013】
コーキングの発生によって重質油の改質装置の反応容器や系統が閉塞すると反応容器や配管系統を解体してコークスを除去した後でないと重質油の改質装置の運転を再開することができない。
【0014】
よって、ガスタービンを備えた火力発電装置の燃料として重質油の改質装置で生成する軽質分を用いる場合に、重質油の改質装置の運転が停止することが火力発電装置の発電停止に直結するので、発電所の安定した運転を図る火力発電装置を構築する上で大きな障害となり得る。
【0015】
本発明の目的は、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に大きな変動が生じた場合に、コーキングの発生を防止すると共に反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の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】
【0016】
本発明の重質油の改質装置は、重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油の改質装置において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる液位を検出する検出手段を備え、反応容器の内部に溜まった重質分を回収する重質分抜出器を反応容器の外部に設置し、反応容器から重質分抜出器への重質分の排出操作を行う反応容器出口弁、及び重質分抜出器に収容された重質分を系外に排出する排出操作を行う重質分抜出弁を夫々備え、検出手段で検出された反応容器の内部に溜まった重質分の液位に基づいて反応容器出口弁及び重質分抜出弁の開閉操作を行う制御装置を備えるように構成したことを特徴とする。
【0017】
また、本発明の重質油改質装置の運転方法は、重質油の供給系統に設置され加圧された重質油を加熱する重質油加熱器と、水の供給系統に設置され加圧された水を加熱する水加熱器と、重質油加熱器で加熱された高温の重質油と水加熱器で加熱された高温の水とを混合した混合流体を加熱する予熱器と、予熱器で加熱された高温高圧の混合流体を水熱反応させて混合流体中の重質油を改質した軽質分を生成する反応容器を備えた重質油改質装置の運転方法において、反応容器の内部での軽質分の生成に伴って生じる重質分が反応容器の内部に溜まる重質分の液位を検出し、反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位に上昇したことを検出した場合に反応容器の内部に溜まった重質分を排出して反応容器の外部に設置した重質分抜出器に回収する操作を行い、次に重質分の排出によって反応容器の内部に溜まった重質分の液位が所定の水位より下降したことを検出した場合に反応容器の内部から重質分を重質分抜出器に排出する操作を停止し、しかる後に重質分抜出器に回収された重質分を系外に排出する操作を行うように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に大きな変動が生じた場合に、コーキングの発生を防止すると共に反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油の改質装置の運転方法を提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
次に、本発明の実施例である重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の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】
【0020】
本発明の一実施例である重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の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。
【0021】
本実施例では、重質油改質装置の運転時に重質分と改質分を分離する反応容器で、反応容器中に溜められた重質分が改質分と一緒に反応容器の上部から溢れることを防止するための機器の構成およびそれらを用いた運転方法について説明する。
【0022】
図1及び図2において、本実施例の重質油の改質装置では重質油改質装置1を構成する重質油の供給系統は、重質油11aを貯蔵する重質油タンク33と、該重質油タンク33の重質油11aを13〜30MPaに加圧して送給する重質油ポンプ31と、該重質油ポンプ31から送給された重質油11aを350℃に加熱する重質油加熱器41と、この重質油加熱器41で加熱された高温高圧の重質油11aを供給する配管101を備えている。
【0023】
ここで、重質油11aはA重油、B重油、C重油、オイルサンド、オイルシェール、ビチューメンおよびそれらと同等の粘性率を持つ燃料である。
【0024】
一方、重質油改質装置1を構成する水の供給系統は、水12aを貯蔵する水タンク32と、該水タンク32の水12aを13〜30MPaに加圧して送給する水ポンプ30と、該水ポンプ30から送給された水12aを450℃まで加熱する水加熱器40と、この水加熱器40で加熱された高温高圧の水12aを供給する配管102を備えている。
【0025】
そして、前記重質油11a及び水12aは、配管101と配管102との接続点に設けられた重質油の改質装置1を構成する混合器43に流入して重質油11aと水12aが混合した高温高圧の混合流体13aとなり、配管103を通して流下して重質油改質装置1を構成する予熱器42に流入する。
【0026】
13〜30MPaに昇圧された混合流体13aは、この予熱器42によって所望の温度である400〜480℃に加熱され、配管104を通じて流下し、重質油改質装置1を構成する加熱ヒータ20を備えた反応容器100に流入する。
【0027】
前記反応容器100では加熱ヒータ20で外部から加熱することによって、13〜30MPaに昇圧された混合流体13aの温度を所望の400〜480℃に保持しており、この反応容器100の内部にて重質油11aと水12aとの混合流体13aは、圧力13〜30MPa、温度400〜480℃の高温高圧状態下の水熱反応によって重質油11aを分解して改質されて改質燃料である軽質分15aと、この軽質分15aが分離した残りの重質分16aとが生成される。
【0028】
前記反応容器100の内部の圧力は配管106を通じて反応容器100と連通した減圧器54と、配管106に設けた減圧バルブ12を操作することによって調整される。
【0029】
ここで、減圧器54にはオリフィスを用い、反応容器100の圧力変動を減圧バルブ12の微小開閉によって抑制している。
【0030】
水加熱器40、重質油加熱器41、予熱器42、反応容器100で水12a及び重質油11aを加熱する手段として、本実施例では電気ヒータを用いるが、高温蒸気との熱交換器を用いて水12a及び重質油11aを加熱しても良いし、重質油11aを燃焼して得られた燃焼ガスを用いて加熱しても良い。
【0031】
そして、反応容器100の内部で生成され、金属類を除去された改質燃料の軽質分15aは、配管106を通じて抜出され、配管106に設けた減圧バルブ12で減圧された後に配管106が連通する減圧器54に流入して減圧され、更に減圧器54の下流にある気液分離器55に供給されて0.1MPaの圧力に減圧される。
【0032】
前記の気液分離器55では、この改質燃料の軽質分15aを減圧して水蒸気、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等を含んだ炭化水素ガスの軽質ガス17aと、液化した成分の軽質油18aとに分離する。
【0033】
気液分離器55で分離された改質ガス17aは重金属のバナジウムを含んでいないため、配管107を通じて供給され、配管107に備えられた流量制御バルブ15によって流量を制御されて、火力発電設備を構成するガスタービン装置の燃焼器64に燃料として供給される。
【0034】
一方、気液分離器55で分離された軽質油18aは、配管108を通じて改質油タンク56に供給され、燃料として貯蔵される。
【0035】
改質ガス17a及び軽質油18aの用途としてはガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等の燃料に使用することが考えられる。
【0036】
反応容器100の内部で改質燃料の軽質分15aを配管106を通じて外部に取り出した残りの重質分16aは、高温高圧の水に溶解、混合せずに反応容器100の内部に溜まり、重質油中に含まれる金属類は重質分16aに濃縮されて反応容器100の内部の底部に沈降する。
【0037】
重質油中に含まれる金属類は重質分16aに濃縮されて反応容器100の内部の底部に沈降しているので、制御装置200からの指令によって反応容器出口バルブ13を開弁して、反応容器100の内部に沈降した重質分16aを配管105を通じて重質分抜出器52の内部に排出する。
【0038】
重質分抜出器52には圧力計96を設けてあり、反応容器100の底部から重質分16aを重質分抜出器52の内部に排出させるための反応容器出口バルブ13の開弁操作によって、重質分抜出器52の内部の圧力が反応容器100の圧力と同じ圧力になったことを圧力計96によって確認した後に制御装置200からの指令により反応容器出口バルブ13を閉弁する。
【0039】
次に制御装置200からの指令によって重質分抜出器52の下流側の配管109に設けた重質分抜出バルブ14を開弁して、重質分抜出器52の内部に排出した重質分16aを配管109を通じて系外に抜出す。
【0040】
本実施例では、重質分抜出器52の内部に排出した重質分16aは重質分抜出バルブ14の開弁によって配管109を通じて重質分回収器53に排出して回収している。
【0041】
反応容器100には高温高圧の重質油11aと高温高圧の水12aとの混合流体13aが供給され、高温高圧状態下の反応容器100の内部で混合流体の重質油11aを水熱反応させることによって分解して改質燃料の軽質分15aと、この軽質分15aが分離した残りの重質分16aとを生成する。
【0042】
そこで、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位の検出と、重質分16aの液位の上昇により重質分16aが改質燃料の軽質分15aに混入することを防止するために配管95を設け、この配管95の一端を反応容器100の内部に配設すると共に配管95の他端を気液分離器5に接続するように配設した。
【0043】
反応容器100の内部に配設した配管95の端部位置は、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位の上限位置に設定しておく。
【0044】
配管95の途中にはオリフィス91を設置し、更にオリフィス91の前後の差圧を計測するための差圧計92を設置する。
【0045】
更に、上記した構成の重質油の改質装置1に制御装置200を設置して、配管95に設けた差圧計92で検出した差圧の検出信号を制御装置200に入力させる。
【0046】
この制御装置200では差圧計92で検出した差圧の検出信号に基づいて、弁を開閉する操作信号を重質分抜出器52の上流側の配管105に設けた反応容器出口バルブ13及び重質分回収器53の下流側に設けた重質分抜出バルブ14に夫々出力するように構成されている。
【0047】
そして、反応容器100の内部では高温高圧の重質油11aと高温高圧の水12aとを水熱反応させて重質油11aを分解して改質燃料の軽質分15aと、軽質分15aが分離した残りの重質分16aとを生成するが、重質油11aの水熱反応の継続に比例して重質分16aが反応容器1の内部に溜まり、その液位が上昇する。
【0048】
反応容器1の内部で重質分16aの液位が上昇すると、溜まった重質分16aが反応容器1の内部に配設された配管95の一端から配管95の内部に流れ込むので、重質分16aはオリフィス91を介して配管95の他端が接続された気液分離器55に流入する可能性がある。
【0049】
そこで、配管95にオリフィス91とオリフィス91の差圧を計測する差圧計92とを設け、配管95の内部に重質分16aが流入した場合には軽質分15aが流れる場合よりも重質分16aの方が粘性が大きくオリフィス91を流れる差圧が大きくなるのを利用して、この差圧計92による差圧の検出信号に基づいて検出した差圧の検出信号が重質分16aに対応した差圧の値を検出すれば、重質分16aの液位が上限の水位以上に上昇して配管95に重質分16aが流入したことが検知できる。
【0050】
上述した反応容器100における高温高圧の重質油と高温高圧の水との水熱反応によって生成して反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位管理の方法について図2及び図3を加えて説明する。
【0051】
図2は図1に示した重質油の改質装置1を構成する反応容器100及び反応容器100を含む周辺の機器の構成を示している。
【0052】
図3は図1及び図2に示した重質油の改質装置1を構成する反応容器100に溜まった重質分の液面上昇に伴う反応容器100の周辺の機器を制御装置200によって操作する操作状況を示している。
【0053】
図1乃至図3において、高温高圧の重質油と高温高圧の水との混合流体13aは配管104を通じて反応容器100に供給される。
【0054】
反応容器100の内部は加熱ヒータ20で外部から加熱することによって13〜30MPaに昇圧された混合流体13aの温度を所望の400〜480℃の温度に保持しており、この反応容器100の内部にて重質油11aと水12aとの混合流体13aは、前記の高温高圧状態下での水熱反応によって重質油11aを分解し、改質されて改質燃料である軽質分15aと、この軽質分15aが分離した残りの重質分16aとに分離されて生成する。
【0055】
反応容器100の内部で生成した重質分16aは反応容器100の下部に沈降するので、反応容器出口バルブ13を開閉することにより重質分抜出器52へ排出して除去される。
【0056】
一方、改質分12aは減圧バルブ12を介して配管106を通じて気液分離器55へ供給される。
【0057】
反応容器100の内部に一端が開口するように配設された配管95は、管路途中にオリフィス91を設け、配管95の他端は気液分離器55に接続されている。
【0058】
また、オリフィス91の前後の差圧を計測するために差圧計92を配管95に設置して、この差圧計92で検出した差圧の検出信号を制御装置200に入力している。
【0059】
反応容器100の内部では水熱反応によって重質油11aが分解されて改質した軽質分15aと、の軽質分15aの下方に溜まる重質分16aとが生成されるが、反応容器100に溜まった重質分16aの生成が進んで重質分16aの液位が配管95の一端の入口高さである上限の所定の水位Lにまで上昇すると、重質分16aは配管95に流入するので重質分16aの液位の上昇が続けば最終的にはオリフィス91を通過して重質分16aが気液分離器55に流入するに至る。
【0060】
配管95に流入した重質分16aが配管95に設けたオリフィス91を通過する際に、オリフィス91での前後の差圧は軽質分15aに比較して重質分16aの方が粘性が大きいのでオリフィス91の前後の差圧は上昇する。
【0061】
よって、オリフィス91に設けた差圧計92によって重質分16aに対応した高い値に上昇した差圧を検出できれば、配管95の内部への重質分16aの流入、即ち、反応容器100の内部に溜まった重質分16aが上限の水位Lにまで上昇したのが検出されることになる。
【0062】
図3に反応容器100に溜まった重質分の液面上昇に伴う反応容器100の周辺の機器を制御装置200によって操作する操作状況を示したように、制御装置200では差圧計92で検出したオリフィス91を通過する流体の差圧を重質分16aに対応した設定値dPと比較し、差圧計92で検出した流体の差圧が設定値dPに達した場合には重質分16aの液位が急上昇して所定の上限の液位Lに到達し、重質分16aが配管95に流入したものと判断して、重質分抜出バルブ14を開弁状態から切り替えて閉弁するように操作信号を出力して重質分抜出バルブ14を閉弁する。
【0063】
次に、制御装置200では重質分抜出バルブ14が閉弁したことを確認した後に、反応容器出口バルブ13を閉弁状態から切り替えて開弁するように操作信号を出力して反応容器出口バルブ13を開弁し、反応容器100の内部に溜まり底部に沈降した重質分16aを配管105を通じて重質分抜出器52の内部に排出させる。
【0064】
次に、制御装置200では、反応容器100の内部に溜まり底部に沈降した重質分16aを重質分抜出器52に排出させることによって反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が所定の水位Lから下降した場合に、重質分抜出器52に設けた圧力計96によって重質分抜出器52の内部の圧力が反応容器100の圧力と同等になったことを確認し、その後に指令信号を出力して反応容器出口バルブ13を閉弁し、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が配管95への流入を開始する上限の液位Lに再び到達するまで配管105を通じて重質分抜出器52に排出されることを防止する。
【0065】
そして、次に制御装置200では指令信号を出力して重質分抜出バルブ14を開弁し、重質分抜出器52の内部に排出された重質分16aを重質分回収器53に抜き出して回収する。
【0066】
上記した制御装置200に基づいた反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉操作によって、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が低下して配管95に設けた差圧計92による差圧の検出信号が設定値dPを下回るまで、上記の動作が繰り返される。
【0067】
差圧計92による差圧の検出信号が設定値dPよりも低下した後は制御装置200によって反応器出口バルブ13は閉弁の状態を、重質分抜出バルブ14は開弁の状態を夫々維持する。
【0068】
ところで、重質分抜出器52の容量が反応容器100の容量に比較して小さい場合は、反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉制御による反応容器100の内部に溜まった重質分16aの排出操作を複数回繰り返し行なって重質分16aを排出する必要がある。
【0069】
この場合、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの排出操作は、重質分抜出器52で収容できる重質分16aの容量毎に区分けして前述した反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉制御を繰り返して行なって反応容器100から重質分16aを排出するようにすればよい。
【0070】
図3に示した反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉制御は、丁度、反応容器100の内部に溜まった重質分16aを小容量に区分して複数回繰り返し行なって重質分16aを排出する状況を示している。
【0071】
また、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が上昇して配管95に設けた差圧計92による差圧の検出信号が再度、設定値dPを越えたことを確認した後には、上述したように重質分抜出バルブ14を閉弁し、反応容器出口バルブ13を開弁する制御操作を制御装置200によって行う操作を繰り返す。
【0072】
尚、反応容器100の内部から配管95を通じて気液分離器55に重質分16aが流入する量を極力少なくするために、配管95の内径は細くすると良い。
【0073】
また、配管95の内径が細くて配管の圧力損失が大きい場合にはオリフィス91を省略することも可能であり、オリフィス91もフィルタによって代用することが可能となる。
【0074】
差圧計92の設定値dPはオリフィス91や配管95の圧力損失によって変化するため、任意に設定することができる。
【0075】
差圧計92の測定レンジに合わせるように、重質分16aの粘性とオリフィス91の内径から設定値dPを決定することが望ましい。
【0076】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に変動が生じた場合に、反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できるという効果を奏する。
【実施例2】
【0077】
本発明の他の実施例である重質油と高温高圧水を反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置及び重質油の改質装置の運転方法について図4及び図5を用いて説明する。
【0078】
本実施例では、図1及び図2に示した第1の実施例である重質油から改質燃料を生成する重質油の改質装置とは基本構成とその制御操作が共通しているので、共通の構成と制御操作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【0079】
図4及び図5に示した本実施例では、図1及び図2に示した第1の実施例の重質油の改質装置と相違して、反応容器100の周辺機器である反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位の検出と、重質分16aの液位の上昇により重質分16aが改質燃料の軽質分15aに混入することを防止するために、反応容器100の内部に配設され気液分離器5に接続した配管95は備えられていない。
【0080】
更に、本実施例では配管95に設置されるオリフィス91及び差圧計92も備えられていない。
【0081】
図5は図4に示した重質油の改質装置1を構成する反応容器100に溜まった重質分の液面上昇に伴う反応容器100の周辺の機器を制御装置200によって操作する操作状況を示している。
【0082】
本実施例では反応容器100の内部に溜まる重質分16aの温度を直接、或いは間接的に測定するために熱電対の温度計93が反応容器100に設置しており、この温度計93で検出した温度の検出信号は制御装置200に入力されるように構成されている。
【0083】
制御装置200では温度計93で検出した温度の検出信号に基づいて、弁を開閉する操作信号を重質分抜出器52の上流側の配管105に設けた反応容器出口バルブ13及び重質分回収器53の下流側に設けた重質分抜出バルブ14に夫々出力するように構成されている。
【0084】
温度計93によって反応容器100の内部の温度を測定した場合、図5の一番上のグラフに示すように反応容器100の内部の温度は反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位に応じて変動する。
【0085】
反応容器100の内部では高温高圧の重質油11aと高温高圧の水12aとを水熱反応させて重質油11aを分解して改質燃料の軽質分15aと、軽質分15aが分離した残りの重質分16aとを生成するが、重質油11aの水熱反応の継続に比例して重質分16aが反応容器1の内部に溜まり、その液位が上昇する。
【0086】
反応容器1の内部に溜まった重質分16aの液位が上昇すると反応容器100の内部の温度が上昇し、逆に重質分16aの液位が減少すると反応容器100の内部の温度も低下する。
【0087】
これは軽質分15aに比較して重質分16aの方が高密度であるため熱伝導率が高いためである。
【0088】
このことから、反応容器100の内部に温度計93を設置して温度を検出するようにすれば、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの液位の位置を測定、或いは推定することができる。
【0089】
特に、温度計93の位置を反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位の上限位置Lに設置しておけば、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの液位が上昇して温度計93の位置と一致する液位の上限位置Lに達し、重質分16aが温度計93に直接接触すると、温度計93で検出される温度の検出信号の値が急上昇する。
【0090】
そこで、制御装置200では温度計93で検出される温度検出信号の温度の勾配をモニターしておき、例えば5分で10℃上昇という形態の勾配の設定値を設定しておき、温度計93で検出される温度検出信号の温度の勾配がこの勾配の設定値を越える場合には、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの液位が上限位置Lに到達したものと判断して、図1乃至図2に示した第1の実施例と同様に、反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉操作を行なっている。
【0091】
即ち、反応容器100の内部で生成された重質分16aが反応容器100で溜まって重質分16aの液位が上昇して上限の液位Lにまで上昇すると、温度計93で検出する温度信号が急上昇する。
【0092】
反応容器100に溜まる重質分16aの液位の上昇を放置すると、重質分16aは反応容器100の上部に配設した改質燃料である軽質分15aを導く配管106に混入してしまい、減圧器54を経由して気液分離器55に流入して気液分離器55の内部の軽質分15aの品質を著しく損なう恐れがある。
【0093】
そこで、制御装置200では温度計93で検出した温度検出信号の温度の勾配をモニターしておき、例えば5分で10℃上昇という形態の勾配の設定値と比較して、温度計93で検出した温度が設定値を越えた場合には重質分16aの液位が上限値Lに到達したものと判断して、重質分抜出バルブ14を開弁状態から切り替えて閉弁するように操作信号を出力して重質分抜出バルブ14を閉弁する。
【0094】
次に、制御装置200では重質分抜出バルブ14が閉弁したことを確認した後に、反応容器出口バルブ13を閉弁状態から切り替えて開弁するように操作信号を出力して反応容器出口バルブ13を開弁し、反応容器100の内部に溜まり底部に沈降した重質分16aを配管105を通じて重質分抜出器52の内部に排出させる。
【0095】
次に、制御装置200では重質分抜出器52に設けた圧力計96によって重質分抜出器52の内部の圧力が反応容器100の圧力と同等になったことを確認した後に指令信号を出力して反応容器出口バルブ13を閉弁し、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が上限の液位Lに到達するまで配管105を通じて重質分抜出器52に排出されることを防止する。
【0096】
そして、次に制御装置200では指令信号を出力して重質分抜出バルブ14を開弁し、重質分抜出器52の内部に排出された重質分16aを重質分回収器53に抜き出して回収する。
【0097】
上記した制御装置200に基づいた反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉操作によって、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が低下して温度計93で検出される温度の検出信号が設定値を下回って重質分16aの液位が低下したことを確認するまで、上記の動作が繰り返される。
【0098】
温度計93による温度の検出信号が設定値よりも低下した後は制御装置200によって反応器出口バルブ13は閉弁の状態を、重質分抜出バルブ14は開弁の状態を夫々維持する。
【0099】
ところで、重質分抜出器52の容量が反応容器100の容量に比較して小さい場合は、反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉制御による反応容器100の内部に溜まった重質分16aの排出操作を複数回繰り返し行なって重質分16aを排出する必要がある。
【0100】
この場合、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの排出操作は、重質分抜出器52で収容できる重質分16aの容量毎に区分けして前述した反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉制御を繰り返して行なって反応容器100から重質分16aを排出するようにすればよい。
【0101】
図5に示した反応容器出口バルブ13及び重質分抜出バルブ14の開閉制御は、丁度、反応容器100の内部に溜まった重質分16aを小容量に区分して複数回繰り返し行なって重質分16aを排出する状況を示している。
【0102】
また、反応容器100の内部に溜まる重質分16aの液位が上昇して配管95に設けた差圧計92による差圧の検出信号が再度、設定値dPを越えたことを確認した後には、上述したように重質分抜出バルブ14を閉弁し、反応容器出口バルブ13を開弁する制御操作を制御装置200によって行う操作を繰り返す。
【0103】
温度計93の測定値の測定は、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの温度を直接測定すると感度が良いが、鞘管等を配設してこの鞘管の外側から重質分16aの温度を測定するようにしても良い。
【0104】
また、温度計93が設置されている反応容器100の壁面の外面に温度調整装置21を配置し、温度調整装置21によって温度計93を含めた温度計93の周辺の反応容器100の壁面温度を調節しておけば、温度計93で検出される温度変化の勾配は大きくできるため、重質分16aの液位の検知が容易になる。
【0105】
即ち、反応容器100の内部に溜まった重質分16aの温度変化の勾配を熱電対の温度計93でを測定する際に、温度調整装置21による温度調節によって温度計93を構成する熱電対の周辺の反応容器100の重質分16aを強制的に加熱して、検出する温度変化の勾配を大きくすれば良い。
【0106】
即ち、温度調整装置21によって反応容器100に溜まった温度計93の周辺の重質分16aを強制的に加熱すれば、反応容器100の内部で重質分16aの上方に存在する軽質分15aの温度と比較して重質分16aの温度が高温に出来るので検出できる温度変化の勾配はより大きくなり、よって重質分16aの液位の検知が容易になる。
【0107】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、重質油改質装置の反応容器で生成した重質分の液位に大きな変動が生じた場合に、コーキングの発生を防止すると共に反応容器で生成した軽質分と重質分とが混合して反応容器の外部に取り出されることを防止して軽質分の品質の低下や生産量の減少を回避し、重質油改質装置の安定な運転を実現する重質油の改質装置及び重質油改質装置の運転方法が実現できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【0108】
本発明は、高温高圧の重質油と高温高圧の水とを水熱反応させて重質油から改質燃料を生成する重質油の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】
【0109】
【図1】本発明の一実施例である重質油の改質装置の構成を示す概略系統図。
【図2】図1に示した本発明の一実施例の重質油の改質装置に用いられる改質容器とその周辺機器の構成を示す概略系統図。
【図3】図1に示した本発明の一実施例である重質油の改質装置による弁の制御状況を示す制御特性図。
【図4】本発明の他の実施例である重質油の改質装置に用いられる改質容器とその周辺機器の構成を示す概略系統図。
【図5】図4に示した本発明の他の実施例である重質油の改質装置による弁の制御状況を示す制御特性図。
【符号の説明】
【0110】
1:重質油の改質装置、11a:重質油、12a:水、12:減圧バルブ、13:反応容器出口バルブ、14:重質分抜出バルブ、15a:改質分、16a:重質分、17a:炭化水素ガス、18a:改質油、20:加熱ヒータ、21:温度調整装置、30:水ポンプ、31:重質油ポンプ、32:水タンク、33:重質油タンク、40:水加熱器、41:重質油加熱器、42:予熱器、43:混合器、52:重質分抜出器、53:重質分回収器、54:減圧器、55:気液分離器、56:改質油タンク、64:燃焼器、91:オリフィス、92:差圧計、95:配管、96:圧力計、100:反応容器、101、102、103、104、105、106、107、108:配管、200:制御装置。
【出願人】 【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】590000455
【氏名又は名称】財団法人石油産業活性化センター
【出願日】 平成18年7月31日(2006.7.31)
【代理人】 【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人


【公開番号】 特開2008−31346(P2008−31346A)
【公開日】 平成20年2月14日(2008.2.14)
【出願番号】 特願2006−208122(P2006−208122)