WO2007125576A1

WO2007125576A1 - 重質油軽質化装置及び該方法

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Publication number: WO2007125576A1
Application number: PCT/JP2006/308862
Authority: WO
Inventors: Taishi Kurata
Original assignee: SUNFUU Co Ltd
Current assignee: SUNFUU Co Ltd
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2008-10-27
Also published as: PT2011850T; BRPI0621601B1; EP2011850B1; ES2581599T3; US8088273B2; JPWO2007125576A1; EP2011850A4; US20120043179A1; BRPI0621601A2; PL2011850T3; US8298377B2; EP2011850A1; CN101421377B; US20100187157A1; JP5070205B2; CA2650466A1; CN101421377A; CA2650466C; DK2011850T3; HUE030330T2

Abstract

　本発明は、比較的緩やかな生成条件で水素を添加しながら重質な原料油を分解することによって原料油よりも軽質な生成油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供する。本発明の一態様に係る重質油軽質化装置は、乳濁液生成部１０と生成槽部２０と加熱部３０とを備え、乳濁液生成部１０でアルカリイオン水Ａを原料油Ｏ１中に乳化することによって乳濁液Ｅを生成し、加熱部３０で加熱した生成槽部２０内の熱媒体Ｏ２の表面Ｓへこの乳濁液Ｅの液滴Ｄを滴下するものである。

Description

明細書

重質油軽質化装置及び該方法

技術分野

[0001] 本発明は、重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる重質油軽質ィ匕装置及び重質油軽質化方法に関する。

背景技術

[0002] 近年の世界的な石油事情として製品の軽質化傾向がある。ガソリン、灯油及び軽油等のいわゆる軽質油 (軽質炭化水素油）は、石油の常圧蒸留や減圧蒸留等の蒸留によって得られる他、 Vヽゎゆる重質油（重質炭化水素油）を分解することによつても得られる。この重質油から軽質油を得る方法は、触媒を用いて重質油を分解する接触分解法、水素気流中で触媒を用いて水素を添加しながら重質油を分解する水素化分解法、及び、触媒を用いることなく重質油を熱分解する熱分解法等がある (例えば特許文献 1及び特許文献 2参照)。

[0003] ところで、上記接触分解法や水素化分解法では、触媒が必要である上、重質油の接触分解に伴って触媒が不活性となるため、触媒の再生処理が必要である。さらに、水素化分解法では、温度 500°C以上及び圧力 30〜： LOO気圧の厳しい生成条件が必要である。一方、熱分解法でも温度 400°C〜500°C及び圧力 2〜30気圧の厳しい生成条件が必要である。

特許文献 1 :特開平 07— 011259号公報

特許文献 2：特開平 09 - 183983号公報

発明の開示

[0004] 本発明は、上記事情に鑑みて為された発明であり、触媒を用いることなく即ち触媒の再生処理を必要とすることなぐ背景技術よりも緩や力な生成条件で水素を添加しながら重質な原料油を分解することによって原料油よりも軽質な生成油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供することを目的とする。

[0005] 本発明の一態様に係る、重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質ィ匕装置及び重質油軽質ィ匕方法は、アルカリイオン水を原料油中に乳化することによって乳濁液を生成し、加熱した熱媒体の表面へこの乳濁液の液滴を滴下するものである。

[0006] このような重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法では、背景技術よりも緩やかな生成条件で重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]実施形態に係る重質油軽質化装置の構成を示す図である。

[図 2]実施形態に係る重質油軽質ィ匕装置における加熱部の他の構成を示す図である

[図 3]実施形態に係る重質油軽質ィ匕装置における生成槽部及び加熱部の他の構成を示す図である。

[図 4]本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成温度の時間経過を示す図である。

[図 5]本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける燃料使用量の時間経過を示す図である。

[図 6]本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成油量の時間経過を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

[0009] 図 1は、実施形態に係る重質油軽質化装置の構成を示す図である。概略図である図 1に示すように、重質油軽質ィ匕装置 1Aは、アルカリイオン水 Aを原料油 Ol中に乳化することによって乳濁液 Eを生成し、加熱した熱媒体 02の表面 Sへこの乳濁液 Eの液滴 Dを滴下することによって、重質な原料油 Olからより軽質な生成油 03を生成する装置である。重質油軽質化装置 1Aは、例えば、乳濁液生成部 10と、生成槽部 20 と、加熱部 30と、生成油処理部 40とを備えて構成される。

[0010] 乳濁液生成部 10は、アルカリイオン水 Aを重質な原料油 Ol中に乳化することによつて乳濁液 (ェマルジヨン) Eを生成する装置である。乳濁液生成部 10は、生成した乳濁液 Eの液滴 Dが熱媒体 02の表面 Sへ滴下されるように、生成槽部 20に連通されている。乳濁液 Eは、アルカリイオン水 Aの微細粒子が原料油 Ol中に分散する油中水滴型である。

[0011] このような乳濁液生成部 10は、例えば、水槽 11と、原料油槽 12と、配管 13、 14と、ポンプ 15、 16と、撹拌機 (ミキサ） 17とを備えて構成される。水槽 11は、アルカリィォン水 Aを貯留する容器である。水槽 11は、水槽 11から撹拌機 17へアルカリイオン水 Aを流出することができるように、配管 13によって撹拌機 17と接続されている。配管 1 3には、ポンプ 15が配設されており、ポンプ 15は、流量を調整しながらアルカリイオン水 Aを水槽 11から撹拌機 17へ流出する。原料油槽 12は、原料油 Olを貯留する容器である。原料油槽 12は、原料油槽 12から撹拌機 17へ原料油 Olを流出することができるように、配管 14によって撹拌機 17と接続されている。配管 14には、ポンプ 16 が配設されており、ポンプ 16は、流量を調整しながら原料油 Olを原料油槽 12から撹拌機 17へ流出する。撹拌機 17は、流入されたアルカリイオン水 Aと原料油 Olとを撹拌する装置である。この撹拌によってアルカリイオン水 Aが原料油 Ol中に乳化され、油中水滴型の乳濁液 Eが撹拌機 17内に生成される。撹拌機 17は、乳濁液 Eの液滴 Dを形成して生成槽部 20へ滴下する滴下口部 171を備えて、る。

[0012] 生成槽部 20は、熱媒体 02を貯留すると共に、乳濁液生成部 10で生成された乳濁液 Eの液滴 Dが熱媒体 02の表面 Sへ滴下されるように乳濁液 Eの液滴 Dが導入される容器である。後述するように、乳濁液 Eの液滴 Dが熱媒体 02の表面 Sへ滴下されることによって生成油 03が生成される。生成槽部 20は、この生成油 03が生成油処理部 40へ流出されるように、生成油処理部 40に連通されている。生成槽部 20は、例えば、比較的大きな内容積であって、底 21及び蓋 22を有する円筒形状の金属製の容器であり、蓋 22には、導入口部 24及び導出口部 25が開口されている。導入口部 24 は、乳濁液生成部 10で生成された乳濁液 Eの液滴 Dが熱媒体 02の表面 Sへ滴下されるように乳濁液 Eの液滴 Dを導入するための開口部であり、乳濁液生成部 10における撹拌機 17の滴下口部 171に接続されている。導出口部 25は、原料油 Olよりも軽質な生成油 03を導出するための開口部である。

[0013] 加熱部 30は、生成槽部 20を加熱する装置である。生成槽部 20が加熱されることによって熱媒体 02が加熱される。加熱部 30は、例えば、一方端部にパーナ 32が配設され、このパーナ 32で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが流通される加熱ガス流路部 31を備える。加熱部 30は、パーナ 32で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが加熱ガス流路部 31を流れることによって生成槽部 20の底 21を加熱する。これによつて燃焼ガスの熱が生成槽部 20を介して熱媒体 02 に熱伝導し、熱媒体 02が加熱され、そして、対流する。パーナ 32の燃料油は、例えば安価な C重油等の重質油燃料等が使用される。

[0014] 生成油処理部 40は、生成槽部 20で生成された生成油 03が収集され、貯留される容器である。生成油処理部 40は、導入口部 41及び大気開口部 42を備えている。導入口部 41は、生成槽部 20で生成された生成油 03を導入するための開口部であり、生成槽部 20における導出口部 25に接続されている。大気開口部 42は、大気が自由に流出入する開口部であり、大気に開放されている。この結果、生成油処理部 40に連通している生成槽部 20も大気に開放された状態となり、生成槽部 20内は、略大気圧となる。生成油処理部 40は、例えば、気体の生成油 03を液体に凝縮するコンデンサと、コンデンサで凝縮した液体の生成油 03を貯留する貯留槽とを備える。そして、この貯留槽が大気に開放されている。また例えば、生成油処理部 40は、生成油 03 を分留する分留塔と、分留塔で分留した気体の油を液体に凝縮するコンデンサと、コンデンサで凝縮した液体の油を貯留する貯留槽とを備える。そして、この貯留槽が大気に開放されている。コンデンサでは、気体の油を液体に凝縮するため、生成油処理部 40に連通する生成槽部 20内では圧力変動が生じるが、その圧力変動は、士約 1Z100程度である。従って、この場合でも生成槽部 20内は、略大気圧である。

[0015] このような構成の重質油軽質ィ匕装置 1 Aでは、まず、水槽 11にアルカリイオン水 A が投入されて貯留され、原料油槽 12に重質な原料油 Olが投入されて貯留され、生成槽部 20に熱媒体 02がその液表面 Sを形成する量に投入されて貯留される。

[0016] アルカリイオン水 Aは、カルシウムイオン（Ca²⁺)を含むアルカリイオン水であり、水酸ィ匕カルシウム（Ca (OH) )の水溶液や、水とカルシウム（Ca)とを混合することによ

2

つて生成されたカルシウムの水溶液である。カルシウムイオンを含むアルカリイオン水

Aは、水素を活性ィ匕して後述の水蒸気爆発によって水分子が酸素原子と水素原子とに容易に分解されるように、酸化還元電位が 850mV以下に調製され、そして、この酸ィ匕還元電位の調製及び後述のキヤビテーシヨンによって生じた活性水素を比較的安定にして後述の水素添加反応が効率よく行われるように、 pHが 12以上に調製される。このように、アルカリイオン水 Aは、カルシウムイオンを含み、また、酸化還元電位が— 850mV以下で pHが 12以上に調製されているので、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

[0017] 原料油槽 12の原料油 Olは、撹拌機 17の撹拌によって油中水滴型の乳濁液 Eが生成可能であって液滴 Dに形成可能であれば、どのような重質油でもよぐ例えば、原油、常圧蒸留残油、減圧蒸留残油、熱分解残油、コールタール、 A重油、 B重油及び C重油等である。これらの重質油は、単独で原料油 Olとして用いられてもよいし、これらの重質油の 2種以上の混合物、あるいはこれらの重質油に軽質油が一部混合されたものも原料油 01として用、られてもよ、。

[0018] 熱媒体 02は、後述するように、その表面 Sに滴下された乳濁液 Eの液滴 Dに熱を伝導する媒体であり、加熱部 30で所定の温度に加熱された場合に液状であれば、どのような油（炭化水素油）でもよぐ本実施形態では、約 250〜400°Cに加熱されるので、例えば重油等の重質油が用いられる。

[0019] 次に、加熱部 30が稼働され、加熱部 30によって生成槽部 20が加熱され、生成槽部 20の熱媒体 02が加熱される。これによつて熱媒体 02は、約 250〜400°Cにカロ熱される。また、熱媒体 02が加熱されることによって、本実施形態では重質油が熱媒体 02に用いられているので熱媒体 02の一部が気化し、生成槽部 20の内部が、この気化した熱媒体 02を含むと共に、生成槽部 20に貯留されている熱媒体 02の温度に応じた温度のガス雰囲気となる。

[0020] 次に、ポンプ 15及びポンプ 16がそれぞれ稼働され、水槽 11からアルカリイオン水 Aが撹拌機 17へ流出されると共に、原料油槽 12から原料油 Olが撹拌機 17へ流出される。そして、撹拌機 17が稼働され、流入したアルカリイオン水 Aと原料油 Olとが撹拌され、油中水滴型の乳濁液 Eが生成される。乳濁液 E中に分散しているアルカリイオン水 Aの微細粒子における粒径は、通常、 10 /z m以下であるが、好ましくは 3〜 5 μ mである。この水の粒径が 3 μ mより小さい場合は、キヤビテーシヨンの発生が不充分となるため好ましくなぐまた、この水の粒径が 5 /z mより大きい場合もキヤビテーシヨンの発生が不充分となるため好ましくない。

[0021] 撹拌機 17で生成された乳濁液 Eは、滴状とされ、液滴 Dで導入口部 24から生成槽部 20の熱媒体 02の表面 Sへ向けて滴下される。滴下された液滴 Dは、熱媒体 02と反応し、原料油 Olよりも軽質な生成油 03が生成される。

[0022] この滴下された液滴 Dが重質な原料油 Olからより軽質な生成油 03を生成する過程を発明者は、次のように推察している。導入口部 24から導入された乳濁液 Eの液滴 Dは、生成槽部 20内のガス力も熱を受けることによって加熱される。これによつて乳濁液 Eの原料油 Olが加熱され、原料油 Olを介して微細粒子のアルカリイオン水 Aも加熱される。乳濁液 Eの液滴 Dは、降下に従ってこの加熱により液滴 Dが分離して細力べなると共に、微細粒子のアルカリイオン水 Aが先に沸点に達して気化し、この気化したアルカリイオン水 Aが膨張しょうとするが、周囲の油膜の張力によってその膨張が妨げられ、エネルギーが蓄積される。乳濁液 Eの液滴 Dは、さらに降下して熱媒体 02の表面に達すると、一気に加熱される。気化しているアルカリイオン水 A力 Sこれによって一気に膨張し、この膨張によって生じる圧力が周囲の油膜における張力の限界を超え、水蒸気爆発による微爆発が生じる。この際に、液滴 Dの原料油 Olは、飛散してその表面積が一気に数千倍 (例えば約 5000倍）に拡大され、加熱が促進される。また、この微爆発によって熱媒体 02にキヤビテーシヨンが生じる。このキヤビテーシヨンによって、微爆発が生じた熱媒体 02の微小部分において温度が約 10000 °Cになると共にキヤビテーシヨンの圧力波が約 350気圧になる。これによつて原料油 Olにクラッキングが生じ、アルカリイオン水の水分子が酸素原子と水素原子とに分解される。そして、水分子の分解によって生じた化学的に活性な水素原子がクラツキングによって生じた、開裂した炭素原子の結合手に結合し、原料油 Olに水素が添加される。さらに、水分子の分解によって生じたィ匕学的に活性な酸素原子がクラッキングによって生じた、開裂した炭素原子の結合手に結合し、原料油 Olに酸素も添加される。これによつて重質な原料油 Olよりも軽質な生成油 03が生成される。さらに、この生成油 03には酸素も原料油 Olより多く含有される。このように発明者は、滴下された液滴 Dが重質な原料油 Olからより軽質な生成油 03を生成する過程を推察している。 [0023] このため、乳濁液 Eにおける、原料油 Olの重量に対するアルカリイオン水における水の重量の割合（= (水の重量 Z (原料油 Olの重量） X 100)は、原料油 Olにおける水素含有量と、生成すべき軽質油における水素含有量との差に応じて決定され、比重の大きい原料油 Olほど水分量が大きくなり、好ましくは 5〜30重量％である。重質な原料油 Olを軽質化する点において、この水の割合が 5重量％より小さい場合は、水素原子が不足するため好ましくなぐまた、この水の割合が 30重量％より大きい場合は、水分量が過剰となるため好ましくない。このような割合の乳濁液 Eが撹拌機 1 7で生成されるように、ポンプ 15でその流量が調節されて、水槽 11からアルカリィォン水 Aが撹拌機 17へ流出されると共に、ポンプ 16でその流量が調節されて、原料油槽 12から原料油 01が撹拌機 17へ流出される。

[0024] そして、この生成された軽質な生成油 03は、導出口部 25より導出され、導出口部 2 5に設けられた生成油処理部 40に収集され、貯留される。

[0025] このように、この重質油軽質ィ匕装置 1Aによって重質な原料油 Olからより軽質な生成油 03が得られる。そして、本発明の一実施形態に係る重質油軽質化装置 1Aでは、熱媒体 02の温度が約 250〜400°Cであり、背景技術よりも生成条件が緩和されている。このため、生成槽部 20には、背景技術よりも耐熱性の低い材料が採用可能である。さらに、上述の重質油軽質化装置 1Aでは、生成槽部 20が大気に開放されており、背景技術よりも生成条件がさらに緩和されている。このため、生成槽部 20は、背景技術よりも強度が低くてもよぐ生成槽部 20には、背景技術よりも簡単な構造が採用可能である。また、上述の重質油軽質化装置 1Aでは、接触分解法や水素化分解法のような触媒を用いる必要がな、ので、触媒の再生処理が必要とされな、。

[0026] なお、熱媒体 02は、油、本実施形態では特に重質油であるので、原料油 Olのクラッキングと共に、熱媒体 02の油もその一部にクラッキングが生じ、水素が添加される。このため、熱媒体 02の油もその一部が軽質ィ匕し、生成槽部 20から生成油処理部 4 0へ流れ、徐々に消費されてゆく。このため、重質油軽質ィヒ装置 1Aの稼働に従って、熱媒体 02は、水素添加反応が良好に行われるように、適宜、補給される必要がある。

[0027] 図 2は、実施形態に係る重質油軽質化装置における加熱部の他の構成を示す図である。

[0028] なお、上述の実施形態では、生成槽部 20内の熱媒体 02が加熱されるように重油質軽質ィ匕装置 1Aが構成されたが、さらに生成槽部 20内のガスも加熱されるように重油質軽質化装置が構成されてもよい。このような構成の重油質軽質ィ匕装置 1Bは、図 1に示す重質油軽質ィ匕装置 1Aの加熱部 30の代わりに、概略図である図 2に示すカロ熱部 50を備える。この加熱部 50は、例えば、一方端部にパーナ 52が配設され、このパーナ 52で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが流通される加熱ガス流路部 51を備える。加熱ガス流路部 51は、生成槽部 20の底 21に沿って略水平に延びる底面加熱部 511と、底面加熱部 511と連通し生成槽部 20の側壁 23に沿つて略垂直上方に延びる側面加熱部 512とを備えて構成される。側面加熱部 512は、底面加熱部 511に連通しながら略直角に上方に屈曲して、る。重質油軽質化装置 1 Bにおける乳濁液生成部 10、生成槽部 20及び生成油処理部 40は、上述と同様であるので、その説明を省略する。このような構成の加熱部 50は、パーナ 52で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが底面加熱部 511を流れることによって生成槽部 20の底 21を加熱する。これによつて燃焼ガスの熱が生成槽部 20を介して熱媒体 02に熱伝導し、熱媒体 02が加熱される。そして、加熱部 50は、燃焼ガスが底面加熱部 511から側面加熱部 512を流れることによって生成槽部 20の側壁 23を加熱する。これよつて燃焼ガスの熱が生成槽部 20を介して生成槽部 20内のガスに熱伝導し、加熱部 50は、さらに生成槽部 20内のガスも加熱することができる。

[0029] 図 3は、実施形態に係る重質油軽質ィ匕装置における生成槽部及び加熱部の他の構成を示す図である。そして、上述の実施形態において、図 1に示す重質油軽質ィ匕装置 1Aにおける加熱部 30及び生成槽部 20の代わりに、概略図である図 3に示すように、加熱部 70及びこの加熱部 70の加熱によって熱媒体 02が循環する生成槽部 6 0を用いて重質油軽質ィ匕装置 1Cを構成してもよい。図 3において、生成槽部 60は、熱媒体 02が上下に循環可能な閉ループ状に構成された容器である。加熱部 70は、例えば、一方端部にパーナ 72が配設され、このパーナ 72で燃料油を燃焼することによって生じた高温の燃焼ガスが流通される加熱ガス流路部 71を備える。加熱ガス流路部 71は、生成槽部 60の閉ループ下部 61における熱媒体 02を加熱する下部加熱部 711と、下部加熱部 711と連通し、下部加熱部 711で加熱されて生成槽部 60の閉ループ側部 62を上昇する熱媒体 02を加熱する側部加熱部 712とを備えて構成される。

[0030] より具体的には、生成槽部 60は、その下部に比較的大きな内容積を有する下部貯溜部 111を備えている。この下部貯溜部 111は、閉ループの下側部を構成するものであり、上記閉ループ下部 61に相当する。

[0031] 図 3に示すように、下部貯溜部 111には、その上面部における一端側（図 3の左側）力上方に延びる第 1側部 112と、上面部における他端側（図 3の右側）から上方に延びる第 2側部 113とが設けられている。第 1側部 112は、それぞれ細管からなる多数の伝熱管 114aによって構成された伝熱管部 114と、この伝熱管部 114の上端部に設けられた合流部 115とを備えて、る。

[0032] 上記伝熱管部 114は、その下端部が下部貯溜部 111の上面部に接続されており、各伝熱管 114aが上下に延びる姿勢に設置されている。各伝熱管 114a内は、下部貯溜部 111の上面に形成された連通孔を通して下部貯溜部 111内と連通されて!/ヽる。上記合流部 115は、全伝熱管 114aに跨るように設けられるもので、各伝熱管 114a の上端部力も流出した熱媒体 02がこの合流部 115で合流するようになって、る。伝熱管部 114と合流部 115とにより、上記閉ループ側部 62が構成されている。即ち、伝熱管部 114及び合流部 115は、閉ループの一方の側部となって、る。

[0033] 一方、第 2側部 113は、例えば円筒状に形成されている。この第 2側部 113と上記合流部 115とには、下部貯溜部 111から上方に離間したところに配置された上部貯溜部 117が架け渡されている。そして、下部貯溜部 111と第 1側部 112と第 2側部 11 3と上部貯溜部 117とで囲まれた空間が、紙面奥行き方向に貫通した貫通空間となつている。上部貯溜部 117は、第 1側部 112から第 2側部 113に向力つて僅かに降下する傾斜配置の例えば円筒状に形成されている。この上部貯溜部 117は、閉ループの上側部となっている。

[0034] 上記合流部 115と第 2側部 113とは、上部貯溜部 117を通して連通されている。この第 2側部 113は、下部貯溜部 111の上面部に形成された連通孔を通して下部貯溜部 111と連通されている。このように、生成槽部 60の内部は、下部貯溜部 111と第 1側部 112と第 2側部 113と上部貯溜部 117とが連通する閉ループ状に構成されていて、熱媒体 02が生成槽部 60内を上下に循環可能となっている。即ち、生成槽部 6 0内部が全体として熱対流の循環路となる閉回路となっている。本形態において、上部貯溜部 117と第 2側部 113とにより、還流部が構成されている。即ち、第 1側部 112 力流出した熱媒体 02が上部貯溜部 117と第 2側部 113を通って下部貯溜部 111 へ向力ようになっている。生成槽部 60は、この形態で下部貯溜部 111、第 1側部 11 2、第 2側部 113及び上部貯溜部 117がー体的に構成されたものとなっていて、これら下部貯溜部 111、第 1側部 112、第 2側部 113及び上部貯溜部 117の全体に熱媒体 02が貯溜されている。

[0035] そして、加熱部 70には、生成槽部 60の熱媒体 02を加熱する燃焼ガスを流通させる加熱ガス流路部 71が設けられている。この加熱ガス流路部 71は、下部加熱部 711 と、側部加熱部 712と、両加熱部 711、 712を連通する連通部 713とを備えている。

[0036] 上記下部加熱部 711は、下部貯溜部 111内の熱媒体 02を加熱するためのものであり、生成槽部 60の外部に配設された外側加熱部 715と、生成槽部 60の内部に配設された内側加熱部 716とを備えている。外側加熱部 715は、端部にパーナ 72が配設され、略水平に延びる導入部 715aと、この導入部 715aの下流端に連通し、生成槽部 60の底面 611に沿って略水平に延びる底面加熱部 715bと、底面加熱部 715b の下流端に連通し、下部貯溜部 111の側壁 612に沿って上方に延びる連絡部 715c とカゝらなる。外側加熱部 715は、その外壁が耐火性の断熱材によって構成されており、この外側加熱部 715内を流れる燃焼ガスの熱が外部に漏れないようになつている。

[0037] 上記パーナ 72の燃焼により、燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスは、導入部 715a、底面加熱部 715b及び連絡部 715cをこの順に流れる。このとき底面加熱部 715bでは、燃焼ガスの熱が生成槽部 60の底面 611を介して下部貯溜部 111内の熱媒体 O 2に伝わる。言い換えると、生成槽部 60の底面 611は、燃焼ガスの熱を熱媒体 02に伝える伝熱面となって！/ヽる。

[0038] 上記内側加熱部 716は、下部貯溜部 111内に配置されるものであり、複数の U字管 716aによって構成されている。各 U字管 716aは、両端部が上下に配置されるように下部貯溜部 111の一方（図 3に左側）の側壁 612に固定されるとともに、この側壁 6 12から対向する側壁 613に向かって水平に延びるように配設されている。そして、 U 字管 716aの湾曲部は、対向側壁 613の近傍に配置されている。このように湾曲部が側壁 613から離間した状態に配設されることにより、 U字管 716aが熱膨張してもそれに伴って U字管 716aに熱応力が作用するのを抑制できるようになつている。

[0039] U字管 716aの下側の一端部は、側壁 612に形成された連通孔を通して上記連絡部 715cと連通されている。一方、 U字管 716aの上側の一端部は、側壁 612に形成された連通孔を通して上記連通部 713と連通されている。この連通部 713は、下端部で上記 U字管 716aに連通されるともに、生成槽部 60の外側に配設されている。そして、連通部 713は、その上端部において上記側部加熱部 712の下端部に連通されている。連通部 713は、断熱材によって被覆されている。

[0040] 上記側部加熱部 712は、上記第 1側部 112の熱媒体 02を加熱するためのものであり、伝熱管部 114を取り囲むように配設され、第 1側部 112の下端部から第 1側部 1 12に沿って上方に延びる例えば円筒状の部材によって構成されている。そして、側部加熱部 712の下端部で上記連通部 713と連通されている。即ち、側部加熱部 712 内において、伝熱管 114aの外側を上方に向力つて流れる燃焼ガスによって伝熱管部 114内の熱媒体 02が加熱されるようになって、る。

[0041] 生成槽部 60には、貯留された熱媒体 02の液表面 Sを検出するための図略の液面検出計 (例えば液面センサ）が設けられている。この液面検出計は、例えば第 2側部 113の上端部に配設されており、生成槽部 60内の熱媒体 02量が、第 2側部 113の上側で熱媒体 02の液表面 Sが形成されるように、かつ、正常な循環が生じる範囲内になるように、加熱部 70の加熱量及び図略の投入口部から投入される熱媒体 02の投入量を制御するために設けられる。

[0042] また、生成槽部 60には、この生成槽部 60内に停留する成分を排出するための排出管路 118が設けられている。この排出管路 118は、下部貯溜部 111における下端部に設けられ、容器底部に停留する熱媒体 02 (本実施形態では油分)を排出するのに使用される。

[0043] 上記第 1側部 112の上端部には、上記生成油処理部 40が設けられ、上記第 2側部 113の上端部には、上記乳濁液生成部 10が設けられている。そして、この乳濁液生成部 10は、生成槽部 60の第 2側部 113を下降する熱媒体 02の表面 Sに乳濁液 Eの液滴 Dが滴下されるように、配設されている。これら重質油軽質ィ匕装置 1Cにおける乳濁液生成部 10及び生成油処理部 40は、上述と同様であるので、その説明を省略する。

[0044] このような構成の重質油軽質ィ匕装置 1Cでは、乳濁液 Eの液滴 Dが第 2側部 113を下降する熱媒体 02の表面 Sに滴下されると原料油 Olから生成油 03が生成される。

[0045] より具体的には、重質油軽質化装置 1Cでは、まず、水槽 11にアルカリイオン水 A が投入されて貯留され、原料油槽 12に重質な原料油 Olが投入されて貯留され、生成槽部 20に熱媒体 02がその液表面 Sを形成する量に投入されて貯留される。次に、加熱部 70が稼働され、パーナ 72を燃焼させて発生する例えば 700〜800°C程度の燃焼ガスによって生成槽部 60内が加熱される。即ち、パーナ 72の燃焼ガスは、導入部 715aを流れた後、底面加熱部 715bで生成槽部底面 611を加熱し、連絡部 71 5cを通して内側加熱部 716に流入する。この内側加熱部 716において、燃焼ガスは下部貯溜部 111内の熱媒体 02を加熱し、連通部 713を通して側部加熱部 712に流入する。この側部加熱部 712において、燃焼ガスは、第 1側部 112内の熱媒体 02を加熱して排出される。一方、生成槽部 60内部では、燃焼ガスによって下部貯溜部 11 1で加熱された熱媒体 02は、上昇して伝熱管部 114の各伝熱管 114aに流入する。この熱媒体 02は、伝熱管 114a内で一部が沸騰する程度に加熱される。このため、伝熱管 114a内では気液混合のマクロな平均密度が低、流体となって強烈な上昇流が生じる。これにより、生成槽部 60内では、熱媒体 02が下部貯溜部 111、第 1側部 1 12、上部貯溜部 117及び第 2側部 113をこの順に循環する高速な循環流が生ずる。このため、第 2側部 113では、熱媒体 02が高速に下降しているため、第 2側部 113 における熱媒体 02の表面 Sでは、すり鉢状の渦が生じている。乳濁液生成部 20で生成された乳濁液 Eの液滴 Dがこの渦が生じている表面 Sに滴下されると、液滴 Dは、この渦に引き込まれて第 2側部 113を熱媒体 02と共に降下しながら熱媒体 02から熱が伝導され、一気に加熱される。これにより液滴 Dは、第 2側部 113を下降する間に微爆発を起こし、キヤビテーシヨンが生じる。また、極一部の液滴 Dが下部貯留部 1 11を横流する間に微爆発を起こすこともある。このキヤビテーシヨンによって原料油 O 1は、より軽質な生成油 03となる。この生成油 03は、熱媒体 02と共に第 1側部 112 へ流れ、熱媒体 02から第 1側部 112の上側へ分離し、第 1側部 112の上端部から生成油処理部 40へ導入される。そして、このような構成の重質油軽質ィ匕装置 1Cでは、上述のように加熱部 70によって生成槽部 60内で効率的に自然対流が生じさせられ、熱媒体 02の加熱効率が向上され得る。

[0046] 次に、一実験例について説明する。表 1は、重質油軽質化の実験結果を示す表である。表 2は、原料油の分留分析結果を示す表である。表 3は、生成油の分留分析結果を示す表である。表 4は、原料油における密度、引火点及び硫黄分の分析結果を示す表である。表 5は、生成油における密度、引火点及び硫黄分の分析結果を示す表である。

[0047] [表 1]

重質油軽質化の実験結果

[0048] [表 2] 原料油の分留分析結果

5%留出温度 113. 7°C

10%留出温度 141. 3°C

20%留出温度 166. 7°C

30%留出温度 190. 5°C

40%留出温度 221. 3°C

50%留出温度 250. 4°C

60%留出温度 276. 7°C

70%留出温度 309. 2°C

80%留出温度 349. 4。C

90%留出温度 390. 1。C

95%留出温度 413. 3°C

[表 3]

生成油の分留分析結果

5%留出温度 157. 5°C

10%留出温度 163. 5°C

20%留出温度 171. 0。C

30%留出温度 178. 0°C

40%留出温度 185. 5°C

50%留出温度 193. 5°C

60%留出温度 202. 5°C

70%留出温度 212. 0。C

80%留出温度 221. 0。C

90%留出温度 244. 0。C

95%留出温度 261. 0。C [表 4]

原料油における密度、引火点及び硫黄分の分析結果

[表 5]

生成油における密度、引火点及び硫黄分の分析結果

[0052] まず、カルシウムイオンを含み、酸化還元電位が— 850mV以下で pHが 12以上に調製されたアルカリイオン水 11. OOkg (表 1)が水槽 11に投入され貯留される。

[0053] また、表 1〖こ示すよう〖こ、 C重油 32. OOkg, A重油 4. 63kg及び灯油 20. 02kgの混合油である原料油 01が原料油槽 12に投入され貯留される。この原料油 01の分析を株式会社石油検定社（日本国兵庫県神戸市中央区元町通 2丁目 9番 1号）に依頼したところ、表 2及び表 4の結果を得た。表 2に示すように、 5%留出から 95%留出までその温度が 113. 7°C〜413. 3°Cまで順次に上昇しており、表 4に示すように、密度が 15°Cで 0. 9648であり、引火点が 77. 0°Cであることから、原料油 Olは、重質油であることが確認される。そして、硫黄も 2. 28重量％含まれている。

[0054] そして、液表面 Sが形成される嵩高で、例えば生成槽部 20の約 1Z3の深さで、熱媒体 02が生成槽部 20に投入されて貯留される。次に、熱媒体 02が加熱部 30で約 250〜400°Cになるように加熱された。この場合における生成槽部 20の内部におけるガス (気化した熱媒体 02を含む）の温度は、約 280〜450°Cであった。そして、ァルカリイオン水と原料油 Olから乳濁液 Eが生成されるようにポンプ 15、 16の流量が調整され、撹拌機 17で乳濁液 Eが生成された。この生成された乳濁液 Eの液滴 Dが熱媒体 02の表面へ滴下され、これによつて生成油 64. 24kg (表 1)が得られた。この際に、生成槽部 20の底には、残渣 0. 68kg (表 1)が残り、気化損失として大気開放している部分力も流出した水蒸気、原料油 Ol及び生成油 03等の物質は、 2. 73kg (表 1)であった。

[0055] このように生成した生成油 03の分析を上記株式会社石油検定社に依頼したところ、表 3及び表 5の結果を得た。表 3に示すように、 5%留出から 95%留出までその温度が順次に上昇しているが 157. 5°C〜261. 0°Cまでであり、表 5に示すように、密度が 15°Cで 0. 7926であり、引火点が 32. 5°Cであることから、生成油 03は、軽質油、特に灯油であることが確認される。さらに硫黄も 0. 06重量％に減少していることが確認される。

[0056] 次に、一比較例について説明する。比較は、図 1に示す重質油軽質ィ匕装置 1Aを用いて原料油 Olから生成油 03を生成する場合と、図 1に示す重質油軽質化装置 1 Aの構成力も乳濁液生成部 10を取り除いた装置を用いて背景技術に係る熱分解法によって原料油 Olから生成油 03を生成する場合とで行った。各場合の原料油 Ol は、同一成分である。

[0057] 図 4は、本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成温度の時間経過を示す図である。図 5は、本発明に係る重質油軽質化方法と背景技術に係る熱分解法とにおける燃料使用量の時間経過を示す図である。図 6は、本発明に係る重質油軽質ィ匕方法と背景技術に係る熱分解法とにおける生成油量の時間経過を示す図である。図 4乃至図 6の横軸は、生成開始からの経過時間を表す。図 4の縦軸は、 °C単位で表す生成槽部 20内の温度 (炉内温度）を表し、図 5の縦軸は、リットル Z10分の単位で表す単位時間当たりの燃料使用量（10分間当たりの燃料使用量)を表し、図 6の縦軸は、リットル Z10分の単位で表す単位時間当たりの生成油量（10分間当たりの生成油量)を表す。図 4及び図 5の♦は、本発明に係る重質油軽質化方法における生成温度を示し、図 4及び図 5の國は、背景技術に係る熱分解法における生成温度を示す。図 6における一対の棒グラフのうち白抜きの棒グラフ (紙面左側）が本発明に係る重質油軽質化方法における生成油量を示し、斜め線の模様を付した棒グラフ (紙面右側）が背景技術に係る熱分解法における生成油量を示す。

[0058] 図 4から分力るように、生成開始力も 60分経過するまでの間において、背景技術に係る熱分解法では、生成槽部 20内の温度は、 524°Cから 539°Cまでの間であり、その平均温度が 533°Cである。一方、本発明に係る重質油軽質化方法では、生成槽部 20内の温度は、 339°Cから 356°Cまでの間であり、その平均温度が 347°Cである。このように生成温度に関し、本発明に係る重質油軽質化方法の場合が背景技術に係る熱分解法の場合よりも低温であり、生成条件が緩やかである。平均温度で比較すると 186°Cも低温である。

[0059] この結果、図 5から分かるように、背景技術に係る熱分解法では、生成開始から 60 分経過するまでの間において、 10分間当たりの燃料使用量は、 1リットル Z10分から 1. 2リットル Z10分までの間であり、その平均燃料使用量が 1. 05リットル Z10分である。そして、 1時間の燃料使用量は、 6. 3リットルであった。一方、本発明に係る重質油軽質ィ匕方法では、生成開始から 60分経過するまでの間において、 10分間当たりの燃料使用量は、 0. 4リットル Z10分力ら 0. 9リットル Z10分までの間であり、その平均燃料使用量が 0. 7リットル Z10分である。そして、 1時間の燃料使用量は、 4. 2 リットルであった。このように燃料使用量は、本発明に係る重質油軽質化方法の場合が背景技術に係る熱分解法の場合より少ない。平均燃料使用量で単位時間当たりの燃料使用量を比較すると 0. 35リットル Z10分も少なぐそして、 1時間の燃料使用量で比較すると、 2. 1リットルも少ない。

[0060] その一方で、図 6から分力るように、背景技術に係る熱分解法では、生成開始から 6 0分経過するまでの間において、 10分間当たりの生成油 03の生成量は、 0. 37リットル Z10分力も 0. 41リットル Z10分までの間である。そして、 1時間の生成量は、 2. 3リットルであった。一方、本発明に係る重質油軽質化方法では、生成開始力も 60分経過するまでの間において、 10分間当たりの生成油 03の生成量は、 0. 82リットル Z10分から 0. 86リットル Z10分までの間である。そして、 1時間の生成量は、 5. 1リットルであった。このように本発明に係る重質油軽質化方法は、背景技術に係る熱分解法に較べて、少ない燃料使用量で多くの生成油 03を得ることができ、エネルギー効率がよい。背景技術に係る熱分解法では、 1リットルの生成油 03を得るために約 2 . 74リットルの燃料が必要である力本発明に係る重質油軽質ィ匕方法では、 1リットルの生成油 03を得るためには約 0. 824リットルの燃料でょ、。

[0061] このように本発明に係る重質油軽質化装置 1では、接触分解法や水素化分解法のような触媒を用いる必要がないので触媒の再生処理を必要とすることがなぐまた、背景技術よりも比較的緩や力な生成条件で重質な原料油 Olからより軽質な生成油 03 を得ることができる。そして、生成油 03を得るためのエネルギー効率がよい。

[0062] さらに、本発明に係る重質油軽質ィ匕装置 1は、原料油 Olに硫黄が含まれている場合に、水分子の分解によって生じた水素原子が原料油 Ol中の硫黄と反応して硫ィ匕水素 (H S)となって、脱硫もすることができる。

2

[0063] 本明細書は、上記のように様々な発明を開示している力そのうち主な発明を以下に纏める。

[0064] 本発明の一態様に係る、重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質ィ匕装置は、酸ィ匕還元電位が— 850mV以下であって pHが 12以上であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する乳濁液生成部と、熱媒体を貯留すると共に、前記乳濁液の液滴が前記熱媒体の表面へ滴下されるように前記乳濁液の液滴が導入される生成槽部と、前記生成槽部を加熱する加熱部とを備えることを特徴とする。そして、本発明の他の一態様に係る、重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質化方法は、酸化還元電位が 850mV以下であって pHが 12以下であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによつて乳濁液を生成する工程と、加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程とを備えることを特徴とする。

[0065] このような構成の重質油軽質ィヒ装置及び重質油軽質ィヒ方法によれば、比較的緩やかな生成条件で、重質な原料油力もより軽質な生成油を得ることができる。また、接触分解法や水素化分解法のような触媒を用いる必要がないので、触媒の再生処理を必要とすることがない。

[0066] また、上述の重質油軽質ィ匕装置において、前記生成槽部は、大気に開放されていることを特徴とする。上述の重質油軽質ィ匕方法において、大気に開放されている状態で、加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程が行われることを特徴とする。

[0067] このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、さらに緩やかな生成条件で、重質な原料油力より軽質な生成油を得ることができる。

[0068] そして、これら上述の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法にお!、て、前記乳濁液中に乳化している前記アルカリイオン水の粒径は、 3〜5 mであることを特徴とする。

[0069] このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

[0070] また、これら上述の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法にお!、て、前記乳濁液中における、原料油の重量に対する前記アルカリイオン水における水の重量の割合は、 5〜30重量％であることを特徴とする。

[0071] このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

[0072] さらに、これら上述の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法において、前記ァルカリイオン水は、カルシウムイオンを含むことを特徴とする。

[0073] このような構成の重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法によれば、効果的に重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる。

[0074] そして、これら上述の重質油軽質化装置において、前記生成槽部の内部は、前記熱媒体が上下に循環可能な閉ループ状に構成され、前記加熱部は、前記生成槽部の閉ループ下部における前記熱媒体を加熱する下部加熱部と、前記下部加熱部で加熱されて前記生成槽部の閉ループ側部を上昇する前記熱媒体を加熱する側部加熱部とを備える、高温のガスが流通される加熱ガス流路部を備えることを特徴とする。

[0075] このような構成の重質油軽質ィ匕装置によれば、生成槽部内で効率的に自然対流が生じさせられ、熱媒体の加熱効率が向上され得る。

[0076] 本願発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本願発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

産業上の利用可能性

本発明によれば、重質な原料油からより軽質な生成油を得ることができる重質油軽質化装置及び重質油軽質化方法を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質ィ匕装置において、酸化還元電位が 850mV以下であって pHが 12以上であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する乳濁液生成部と、

熱媒体を貯留すると共に、前記乳濁液の液滴が前記熱媒体の表面へ滴下されるように前記乳濁液の液滴が導入される生成槽部と、

前記生成槽部を加熱する加熱部とを備えること

を特徴とする重質油軽質化装置。

[2] 前記生成槽部は、大気に開放されていること

を特徴とする請求項 1に記載の重質油軽質化装置。

[3] 前記乳濁液中に乳化して、る前記アルカリイオン水の粒径は、 3〜5 μ mであることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載の重質油軽質化装置。

[4] 前記乳濁液中における、原料油の重量に対する前記アルカリイオン水における水の重量の割合は、 5〜30重量％であること

を特徴とする請求項 1乃至請求項 3の何れか 1項に記載の重質油軽質化装置。

[5] 前記アルカリイオン水は、カルシウムイオンを含むこと

を特徴とする請求項 1乃至請求項 4の何れか 1項に記載の重質油軽質化装置。

[6] 前記生成槽部の内部は、前記熱媒体が上下に循環可能な閉ループ状に構成され前記加熱部は、前記生成槽部の閉ループ下部における前記熱媒体を加熱する下部加熱部と、前記下部加熱部で加熱されて前記生成槽部の閉ループ側部を上昇する前記熱媒体を加熱する側部加熱部とを備える、高温のガスが流通される加熱ガス流路部を備えること

を特徴とする請求項 1乃至請求項 5の何れか 1項に記載の重質油軽質化装置。

[7] 重質な原料油からより軽質な生成油を生成する重質油軽質ィ匕方法において、酸化還元電位が 850mV以下であって pHが 12以下であるアルカリイオン水を前記原料油中に乳化することによって乳濁液を生成する工程と、

加熱された熱媒体の表面へ前記乳濁液の液滴を滴下する工程とを備えることを特徴とする重質油軽質化方法。