JP5239226B2

JP5239226B2 - 重質燃料の改質方法及びその改質装置

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Publication number: JP5239226B2
Application number: JP2007170389A
Authority: JP
Inventors: 宏明大原; 哲也平田; 博之鎌田; 健太郎成相
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2009007479A

Description

本発明は、ビチューメン等の重質燃料を改質する重質燃料の改質方法及びその改質装置に関するものである。

近年、ビチューメン、ペトロコーク、オイルサンド、オイルシェール等の重質燃料を改質し、改質燃料油及び燃料ガスとして回収することが考えられている。

ビチューメンを改質する際には、熱分解装置のフールドコーカや、水素を付加し得るＬＣファイナを用いてビチューメンを低粘度化し、更に水素化処理装置を用いてビチューメンを改質及び脱硫処理している。

又、オイルサンドやオイルシェールを処理する際には、前処理段階として、掘削したオイルサンド等にスチームや温水を加えて軟質化し、分離器によりビチューメンを抽出する工程が必要となっている（非特許文献１、２等参照）。

ここで、ビチューメンを水素化処理するための水素は、天然ガスの水蒸気改質により生成され、オイルサンド等を軟質化するためのスチームや温水は、天然ガスを熱源として生成されている。
三菱石油技術資料ＮＯ．８４，Ｐ７１−８１分離技術第３６巻３号Ｐ１１−１５

しかしながら、重質燃料を改質する際には、熱分解のコーキング処理等により低粘度化する工程や、水素化により軟質化及び脱硫する工程を組み合わせて処理されるため、全体の工程が非常に複雑になるという問題があった。又、重質燃料の改質における水素化処理の水素や、軟質化のためのスチームは、天然ガスを用いるため、コストがかさむと共に、天然ガスのインフラが整備できない地域では、オイルサンドの掘削やビチューメンの改質処理ができないという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、全体の工程を簡素化すると共に、水素化やスチームの熱源のために天然ガスを用いることを不要にする重質燃料の改質方法及びその改質装置を提供することを目的とする。

本発明は、ビチューメン、オイルサンド、オイルシェールである重質燃料を改質する重質燃料の改質方法であって、前記重質燃料及びエアを流動層反応器に投入して流動層により前記重質燃料を改質し、改質時に生じたコーク及びピッチを流動層反応器から取り出して燃焼器に導入し、該燃焼器に導入したコーク及びピッチを燃焼してスチームを取り出し、該スチームを前記流動層反応器に供給して前記重質燃料の改質に利用し、改質時に生じた揮発油又はガスから改質ビチューメンを取り出すことを特徴とする重質燃料の改質方法、にかかるものである。

本発明の重質燃料の改質方法において、重質燃料の改質にスチームの顕熱を利用することが好ましい。

本発明の重質燃料の改質方法において、脱硫剤を投入して重質燃料の脱硫を行うことが好ましい。

本発明の重質燃料の改質方法において、改質時に生じた揮発油又はガスから炭化水素類のオフガスを取出し、オフガスから水素化処理の水素を生成することが好ましい。

本発明は、ビチューメン、オイルサンド、オイルシェールである重質燃料を改質する重質燃料の改質装置であって、前記重質燃料及びエアを投入して流動層により前記重質燃料を改質する流動層反応器と、該流動層反応器で改質により生じたコーク及びピッチを移送流路を介して導入する燃焼器と、該燃焼器内へ導入したコーク及びピッチを燃焼して取り出したスチームを前記流動層反応器に供給するスチーム供給流路と、前記流動層反応器で改質時に生じた揮発油又はガスから改質ビチューメンを取り出す処理手段とを備えたことを特徴とする重質燃料の改質装置、にかかるものである。

本発明の重質燃料の改質装置において、処理手段は、揮発油又はガスを凝縮する凝縮器と、凝縮した揮発油又はガスから改質ビチューメンを分離する分離器とを備えることが好ましい。

本発明の重質燃料の改質装置において、流動層反応器に脱硫剤を投入する投入手段を備えることが好ましい。

このように、本発明によれば、流動層反応器内で重質燃料からコーク及び／又はピッチを生じ、コーク及び／又はピッチを流動層反応器から燃焼器に導入して燃焼し、燃焼により生じたスチームを流動層反応器に供給して重質燃料を改質し、改質時に生じた揮発油及び／又はガスから改質ビチューメンを取り出すので、重質燃料の改質で必要となるスチームを、重質燃料から生じたコーク及び／又はピッチの燃焼により発生させ、結果的に、重質燃料を改質する工程を簡素化することができる。又、重質燃料をスチームや温水により軟質化する前処理が必要な場合であっても、当該重質燃料を流動層反応器に直接投入して処理し得るので、スチームや温水を加えて軟質化する前処理する工程を不要にし、全体の工程を簡素化することができる。更に、重質燃料の改質で必要となるスチームを、天然ガスを用いることなく、コーク及び／又はピッチにより発生させるため、コストを低減すると共に、天然ガスのインフラが整備できない地域であっても重質燃料を改質することができる。

本発明において、脱硫剤を投入して重質燃料の脱硫を行うと、流動層反応器で重質燃料の改質と脱硫とを同時に行い得るので、脱硫のための別の工程を不要にし、全体の工程を簡素化することができる。

本発明において、改質時に生じた揮発油及び／又はガスから炭化水素類のオフガスを取出し、オフガスから水素化処理の水素を生成すると、重質燃料の水素化処理に必要な水素を、天然ガスを用いることなく発生させるので、コストを低減すると共に、天然ガスのインフラが整備できない地域であっても重質燃料を改質することができる。

本発明の重質燃料の改質方法及びその改質装置によれば、重質燃料を改質する工程を簡素化すると共に、水素化やスチームの熱源のための天然ガスを不要にすることができる等の優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の重質燃料の改質方法及びその改質装置を実施する形態例である。

重質燃料の改質装置は、砂等の流動媒体を加熱して３００℃から９００℃の気泡の流動層を生じる流動層反応器１が備えられており、流動層反応器１の中途部には、外部からビチューメン、オイルサンド、オイルシェールの重質燃料や、ＣａＯやＣａＣＯ_３等の脱硫剤を投入し得るスクリューポンプ等の投入手段２が備えられている。流動層反応器１の底部には、風箱３を配置して流動用エア流路のエア管４が接続され、エア管４から供給されるエアを下部の風箱３から吹き出すようになっている。

又、流動層反応器１には、移送流路の移送管５を介して燃焼器６が備えられており、燃焼器６には、流動層反応器１から砂等の流動媒体が移送されるようになっている。燃焼器６の底部には、風箱７を配置してエア流路のエア管８が接続され、エア管８から供給されるエアを下部の風箱７から吹き出すようになっている。燃焼器６の上部には燃焼ガスを排出する排出流路の第一排出管９が備えられると共に、燃焼器６の中途位置には砂等の流動媒体を排出する排出流路の第二排出管１０を備えられている。ここで第一排出管９には、排ガスをガス分と灰分とに分離するサイクロン１１が配置されており、サイクロン１１は、ガス分を分離してエア管４へ戻すと共に、残りの灰分を外部へ排出するようになっている。

更に、流動層反応器１の上部には、導出流路の導出管１２を介して処理手段の凝縮器１３が備えられており、凝縮器１３の下部には連絡流路の連絡管１４を介して処理手段の分離器１５が備えられている。又、分離器１５には、内部で分離したガス分を排気するガス排気流路のガス管１６と、比重分の軽い分離液を送給する第一分離流路の第一送給管１７と、比重分の重い分離液を送給する第二分離流路の第二送給管１８とが備えられている。ここで、凝縮器１３は、温度を下げてガス等を凝縮する構成を備えると共に、分離器１５は、比重により分離する構成を備えている。

一方、流動層反応器１の風箱３には、ポンプ１９から凝縮器１３の熱交換部１３ａ及び燃焼器６の熱交換部６ａを介して延在するスチーム供給流路のスチーム配管２０が接続されており、スチーム配管２０は、ポンプ１９の駆動により送給された水を、熱交換部１３ａ，６ａで加熱してスチームにし、流動層反応器１にスチームを供給するようになっている。

以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。

本発明の重質燃料の改質方法において、重質燃料を改質する際には、最初に、ビチューメン、オイルサンド、オイルシェールの重質燃料を、投入手段２により流動層反応器１に投入すると共に、ＣａＯやＣａＣＯ_３等の脱硫剤を、投入手段２により流動層反応器１に投入する。

ここで、流動層反応器１は、エア管４より風箱３を介してエア等が供給されると共に、スチーム配管２０より風箱３を介してスチームが供給され、内部に、スチームの顕熱等により３００〜９００℃の気泡の流動層を形成している。又、流動層を形成する流動媒体は、ビチューメンやペトロコークに含まれる不純固形分や、オイルサンドやオイルシェールの砂分で構成されている。なお、流動媒体は、適宜、外部から砂を追加して調整するようにしても良い。

次に、流動層反応器１の流動層内では、重質燃料を、スチーム、エア等により改質反応（吸熱反応）を介して改質すると共に、脱硫剤により脱硫反応を介して脱硫し、揮発油及び／又はガスを発生させると同時に、コーク及び／又はピッチを発生させる。ここで、重質燃料の改質は吸熱反応で行われており、重質燃料の軟質化は、改質剤及びエアの発熱やスチームの顕熱により生じている。

続いて、流動層反応器１で発生したコーク及び／又はピッチを、流動層反応器１から、流動媒体に含まれた状態で移送管５より取り出し、燃焼器６に移送してエアと共に燃焼する。この時、スチーム配管２０の水は、燃焼器６の熱交換部６ａで加熱されてスチームとなり、改質剤及び顕熱（熱源）として流動層反応器１に供給され、改質反応（吸熱反応）に用いられる。又、燃焼器６で排出された排ガスのうちガス分は、エア管４に戻されて流動層反応器１の改質反応（吸熱反応）の熱源として利用される。ここで、重質燃料に含まれる硫黄分は、流動層反応器１で熱分解によりコーキングされ且つ脱硫剤により回収された後に、流動媒体と共にＣａＳとして燃焼器６に移送され、最終的に燃焼器６で酸化された後、砂の流動媒体と共にＣａＳＯ_４として回収される。又、流動層反応器１から取り出される流動媒体は、定期的に取り出されるものであるが、適宜取り出すようにしても良い。

同時に、流動層反応器１で発生した揮発油及び／又はガスを、流動層反応器１から導出管１２を介して取り出し、凝縮器１３に移送して凝縮する。続いて、凝縮器１３で凝縮された揮発油等を、連絡管１４を介して分離器１５に送給し、炭化水素類のオフガス、改質ビチューメン、重質化したビチューメンに分離する。

分離された改質ビチューメンは、第一送給管１７を介して取り出され、改質燃料油等として利用先に供給されると共に、重質化したビチューメンは、第二送給管１８を介して取り出され、更に適宜処理して利用先に供給される。又、オフガスは、分離器１５からガス管１６を介して排気され、他の反応等により水素が取り出され、重質燃料の水素化処理に適用される。ここで、水素化処理は、流動層反応器１で行うようにすることが好ましいが、他の工程で行うようにしても良い。

而して、このような重質燃料の改質方法及びその改質装置によれば、流動層反応器１内で重質燃料からコーク及び／又はピッチを生じ、コーク及び／又はピッチを流動層反応器１から燃焼器６に導入して燃焼し、燃焼により生じたスチームを流動層反応器１に供給して重質燃料を改質し、改質時に生じた揮発油及び／又はガスから改質ビチューメンを取り出すので、重質燃料の改質で必要となるスチームを、重質燃料から生じたコーク及び／又はピッチの燃焼より発生させ、結果的に、重質燃料を改質する工程を簡素化することができる。

又、重質燃料をスチームや温水により軟質化する前処理が必要な場合であっても、当該重質燃料を流動層反応器１に直接投入して処理し得るので、スチームや温水を加えて軟質化する前処理する工程を不要にし、全体の工程を簡素化することができる。更に、重質燃料の改質で必要となるスチームを、天然ガスを用いることなく、コーク及び／又はピッチにより発生させるため、コストを低減すると共に、天然ガスのインフラが整備できない地域であっても重質燃料を改質することができる。

更に又、流動層反応器１に、スチーム等の改質剤や脱硫剤等を投入すると共に、気泡の流動層を用いて重質燃料を処理するので、重質燃料に対する軟質化、脱硫化、水素化の工程を１段の工程で実施することができる。

実施の形態例において、重質燃料の改質にスチームの顕熱を利用すると、流動層反応器１の流動層を好適に形成するので、重質燃料を適切に改質することができる。

実施の形態例において、投入手段２により脱硫剤を投入して重質燃料の脱硫を行うと、流動層反応器１で重質燃料の改質と脱硫とを同時に行い得るので、脱硫のための別の工程を不要にし、全体の工程を簡素化することができる。

実施の形態例において、改質時に生じた揮発油及び／又はガスから炭化水素類のオフガスを取出し、オフガスから水素化処理の水素を生成すると、重質燃料の水素化処理に必要な水素を、天然ガスを用いることなく発生させるので、コストを低減すると共に、天然ガスのインフラが整備できない地域であっても重質燃料を改質することができる。

実施の形態例において、重質燃料が、ビチューメン、オイルサンド、オイルシェールであると、流動層反応器１により軟質化、水素化、脱硫化の工程を１段の工程で容易に実施し得るので、全体の工程を極めて簡素化することができる。

実施の形態例において、処理手段は、揮発油及び／又はガスを凝縮する凝縮器１３と、凝縮器１３で凝縮した揮発油及び／又はガスから改質ビチューメンを分離する分離器１５とを備えると、流動層反応器１で生じた揮発油及び／又はガスを好適に処理して、オフガス、改質ビチューメン等を得るので、重質燃料を適切に改質することができる。

尚、本発明の重質燃料の改質方法及びその改質装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施例を示す概念図である。

符号の説明

１流動層反応器
２投入手段
６燃焼器
１３凝縮器
１５分離器
２０スチーム配管（スチーム供給流路）

Claims

ビチューメン、オイルサンド、オイルシェールである重質燃料を改質する重質燃料の改質方法であって、前記重質燃料及びエアを流動層反応器に投入して流動層により前記重質燃料を改質し、改質時に生じたコーク及びピッチを流動層反応器から取り出して燃焼器に導入し、該燃焼器に導入したコーク及びピッチを燃焼してスチームを取り出し、該スチームを前記流動層反応器に供給して前記重質燃料の改質に利用し、改質時に生じた揮発油又はガスから改質ビチューメンを取り出すことを特徴とする重質燃料の改質方法。
重質燃料の改質にスチームの顕熱を利用する請求項１に記載の重質燃料の改質方法。
脱硫剤を投入して重質燃料の脱硫を行う請求項１又は２に記載の重質燃料の改質方法。
改質時に生じた揮発油又はガスから炭化水素類のオフガスを取り出し、オフガスから水素化処理の水素を生成する請求項１〜３のいずれか１つに記載の重質燃料の改質方法。
ビチューメン、オイルサンド、オイルシェールである重質燃料を改質する重質燃料の改質装置であって、前記重質燃料及びエアを投入して流動層により前記重質燃料を改質する流動層反応器と、該流動層反応器で改質により生じたコーク及びピッチを移送流路を介して導入する燃焼器と、該燃焼器内へ導入したコーク及びピッチを燃焼して取り出したスチームを前記流動層反応器に供給するスチーム供給流路と、前記流動層反応器で改質時に生じた揮発油又はガスから改質ビチューメンを取り出す処理手段とを備えたことを特徴とする重質燃料の改質装置。
処理手段は、揮発油又はガスを凝縮する凝縮器と、凝縮した揮発油又はガスから改質ビチューメンを分離する分離器とを備えた請求項５に記載の重質燃料の改質装置。
流動層反応器に脱硫剤を投入する投入手段を備えた請求項５又は６に記載の重質燃料の改質装置。