JP6421633B2 - Cooling method for heavy oil - Google Patents
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Description
本発明は、重質油の冷却方法及び重質油用の熱交換器に関する。より詳細には、本発明は、高温状態のコールタール、コールタールピッチ類又は石油系ピッチ類等の重質油を迅速に冷却することが可能な冷却方法及び熱交換器に関する。 The present invention relates to a method for cooling heavy oil and a heat exchanger for heavy oil. More specifically, the present invention relates to a cooling method and a heat exchanger that can rapidly cool heavy oil such as coal tar, coal tar pitch, or petroleum pitch in a high temperature state.
コークス炉において石炭を乾留してコークスを製造する際には、コークスとともにコールタールや、コールタール誘導体であるコールタールピッチ類(ソフトピッチ、中ピッチ、硬ピッチ、各種作業工程中のピッチを含む。)が副生されるが、これらは種々の用途に使用される原料として利用されている。
コールタール等は何れも混合物であるが、これらを原料として利用する場合、目的や用途によって所望とする成分割合は異なる。例えば、含浸ピッチ、ニードルコークス、炭素繊維などの原料として使用する場合は、高分子樹脂状物質の含有量の指針であるキノリン不溶成分割合(以下、QI(Quinoline Insoluble)と略す場合がある。)の低いものが要求される。一方、特殊炭素材原料やバインダーピッチなどの原料として使用する場合は、QIの高いものが要求される。
When coke is produced by dry distillation of coal in a coke oven, coal tar and coal tar pitches that are a coal tar derivative (including soft pitch, medium pitch, hard pitch, and pitch during various work processes) are included. ) Are produced as by-products, but these are used as raw materials for various purposes.
Coal tar or the like is a mixture, but when these are used as raw materials, the desired component ratio varies depending on the purpose and application. For example, when used as a raw material for impregnation pitch, needle coke, carbon fiber, etc., a quinoline insoluble component ratio (hereinafter sometimes abbreviated as QI (Quinoline Insoluble)), which is a guideline for the content of the polymer resinous substance. Is required. On the other hand, when used as a raw material for a special carbon material or a binder pitch, a material having a high QI is required.
コークス炉から発生するコールタール等は、コークス炉の構造や方式、原料である石炭の品質や乾留条件等によってその成分比率が変化する。また、コークス製造の乾留工程においては、経時的にも成分比率が変化する。
このため、コールタール等を様々な用途の原料として利用するに際し、QIに代表される成分比率や性状等の特性を正確に測定することが製品管理・工程管理において重要である。
The component ratio of coal tar and the like generated from the coke oven varies depending on the structure and method of the coke oven, the quality of coal as a raw material, the dry distillation conditions, and the like. In the dry distillation process of coke production, the component ratio also changes over time.
For this reason, when using coal tar or the like as a raw material for various applications, it is important in product management and process management to accurately measure the characteristics such as the component ratio and properties represented by QI.
従来、コールタール又はコールタールピッチ類の溶剤不溶分の測定は手作業で行われていたが、近年では、連続的かつ迅速、簡便に測定を行うためインライン化やオンライン化が進められつつあり、様々な測定手法が提案されている。
例えば、コールタールピッチ類のQIの測定に液中微粒子計数器(パーティクル・カウンター)を用いる方法(特許文献1)、コールタール等の溶剤不溶分濃度の測定に積分球式濁度計を用いる方法(特許文献2)、コールタール等の溶剤不溶分濃度の測定を特定波長の可視、近赤外又は赤外光の吸光度に基づいて測定する方法(特許文献3)等が開示されている。
Conventionally, the measurement of solvent-insoluble components of coal tar or coal tar pitch has been performed manually, but in recent years, in-line and on-line operations are being promoted for continuous, quick, and simple measurement. Various measurement methods have been proposed.
For example, a method using a fine particle counter (particle counter) for measuring QI of coal tar pitches (Patent Document 1), and a method using an integrating sphere turbidimeter for measuring the concentration of solvent insoluble components such as coal tar. (Patent Document 2), a method of measuring the concentration of solvent insoluble components such as coal tar based on the absorbance of a specific wavelength of visible, near infrared, or infrared light (Patent Document 3) is disclosed.
通常、コークス炉から副生されるコールタールを蒸留して得られるコールタールピッチは200〜340℃程度で生成されるが、このような重質油の溶剤不溶分を特許文献1〜3の様な方法で測定する際には、60〜140℃程度の温度に冷却して行われる。従って、100℃以上の温度差をもって重質油を冷却する必要がある。
また、コールタールやコールタールピッチ類等の重質油は一般に高粘度の流体であり、しかも固形分(懸濁成分)を多量に含有している。従って、冷却された重質油の溶剤不溶
分を測定する際には、通常100〜3000倍程度の高い希釈倍率で溶剤と正確に混合する必要がある。
Normally, coal tar pitch obtained by distilling coal tar by-produced from a coke oven is produced at about 200 to 340 ° C. Such solvent insoluble components of heavy oil are treated as in
Heavy oils such as coal tar and coal tar pitch are generally highly viscous fluids and contain a large amount of solids (suspension components). Therefore, when measuring the solvent insoluble content of the cooled heavy oil, it is necessary to accurately mix with the solvent at a high dilution ratio of usually about 100 to 3000 times.
このため、本来、測定をインライン化、オンライン化する目的の1つは迅速化にあるのだが、測定の対象とする重質油の冷却工程に長い時間を要していると、所期の目的を達成することが困難となる。
一般に流体を冷却する際には、冷却管等の熱伝導体を介して流体と冷媒の双方を流動させて熱交換させることによってなされる場合が多いが、本発明者らの検討によれば、コールタールやコールタールピッチ類等の重質油に対してこの方法を用いても、インライン測定が可能な程度の急速冷却が困難であることが判明した。更には、管状の熱伝導体を冷却管として用いた場合、冷却後の重質油の温度が不均一となる場合のあることも判明した。更には、急速に冷却するために冷却管を長くすると、重質油を移送するためにポンプ等の動力源が必要となること等の支障も生じることが判明した。
For this reason, one of the objectives of making measurement inline and online is to speed up the process. However, if a long time is required for the cooling process of the heavy oil to be measured, Is difficult to achieve.
Generally, when cooling a fluid, it is often done by flowing both the fluid and the refrigerant through a heat conductor such as a cooling pipe to exchange heat, but according to the study by the present inventors, Even when this method is used for heavy oil such as coal tar and coal tar pitch, it has been found that rapid cooling to the extent that in-line measurement is possible is difficult. Furthermore, it has been found that when a tubular heat conductor is used as a cooling pipe, the temperature of the heavy oil after cooling may become uneven. Furthermore, it has been found that if the cooling pipe is lengthened for rapid cooling, troubles such as the need for a power source such as a pump for transferring heavy oil occur.
しかしながら、特許文献1〜3に例示される従来技術としては、種々の測定装置を適用したインライン測定の方法についての開示はあるものの、何れの文献にもインライン測定に供する重質油の温度を如何にすれば急速かつ安定的に冷却し得るかについては、何ら開示されていない。
本発明は、上記実状に鑑み、コールタール、コールタールピッチ又は石油系ピッチ等の重質油の温度を、簡便な方法でありながら急速かつ安定的に冷却することが可能な方法及び装置を提供することを課題とする。
However, as the prior art exemplified in
In view of the above circumstances, the present invention provides a method and apparatus capable of rapidly and stably cooling the temperature of heavy oil such as coal tar, coal tar pitch or petroleum-based pitch, while being a simple method. The task is to do.
上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者らは、インライン、即ち配管内を連続的に流れる重質油を冷却することを目的としながらも、冷却過程はその流れを遮断して行うことによって解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は下記[1]〜[11]に存する。
[1] 配管内を流れる重質油を熱交換器を用いて冷却する方法であって、該重質油が流動しない状態で冷却が行われ、重質油が冷却された後に当該重質油を熱交換器から排出することを特徴とする重質油の冷却方法。
[2] 前記熱交換器が、管径Dに対する管長Lの比(L/D)が5以上である伝熱管を有することを特徴とする[1]に記載の重質油の冷却方法。
[3] 伝熱管の内部に重質油が、伝熱管の外部に冷媒が存在する状態で熱交換がなされる、[2]に記載の重質油の冷却方法。
[4] 重質油の粘度が、100℃において15〜15000mPa・sである[1]〜[3]の何れかに記載の重質油の冷却方法。
[5] 冷却前と冷却後の重質油の温度差が40〜300℃である[1]〜[4]の何れかに記載の重質油の冷却方法。
[6] 前記遮断が閉止弁により行われる[1]〜[5]の何れかに記載の重質油の冷却方法。
[7] 前記排出が、重質油又は気体の圧入による[1]〜[6]の何れかに記載の重質油の冷却方法。
[8] 重質油が、コールタール、コールタールピッチ又は石油系ピッチから選択される少なくとも1種である[1]〜[7]の何れかに記載の重質油の冷却方法。
[9] 冷媒として植物油、動物油、鉱物油、化学合成油、空気、水又は蒸気から選択される何れかを含有する、[1]〜[8]の何れかに記載の重質油の冷却方法。
[10] 管径Dに対する管長Lの比(L/D)が5以上である伝熱管を用いて重質油を冷却する熱交換器であって、該伝熱管内に重質油が充填された状態で該重質油の流れを遮断して冷却し、冷却された後に該重質油を排出する機構を有する重質油用熱交換器。
[11] [1]〜[9]の何れかに記載の方法により冷却された重質油に溶剤を混合し
、該重質油と溶剤との混合溶液中の不溶分を測定する、溶剤不溶分の含有割合測定方法。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have aimed to cool heavy oil that flows continuously in-line, that is, in the piping, but the cooling process is performed by blocking the flow. As a result, the inventors have found that this can be solved, and have completed the present invention.
That is, the gist of the present invention resides in the following [1] to [11].
[1] A method of cooling heavy oil flowing in a pipe using a heat exchanger, wherein the heavy oil is cooled without flowing, and after the heavy oil is cooled, the heavy oil The heavy oil is cooled from the heat exchanger.
[2] The method for cooling heavy oil according to [1], wherein the heat exchanger includes a heat transfer tube having a ratio (L / D) of a tube length L to a tube diameter D of 5 or more.
[3] The method for cooling heavy oil according to [2], wherein heat exchange is performed in a state where heavy oil is present inside the heat transfer tube and refrigerant is present outside the heat transfer tube.
[4] The heavy oil cooling method according to any one of [1] to [3], wherein the viscosity of the heavy oil is 15 to 15000 mPa · s at 100 ° C.
[5] The method for cooling heavy oil according to any one of [1] to [4], wherein the temperature difference between the heavy oil before cooling and after cooling is 40 to 300 ° C.
[6] The heavy oil cooling method according to any one of [1] to [5], wherein the shut-off is performed by a shut-off valve.
[7] The heavy oil cooling method according to any one of [1] to [6], wherein the discharging is performed by press-fitting heavy oil or gas.
[8] The method for cooling heavy oil according to any one of [1] to [7], wherein the heavy oil is at least one selected from coal tar, coal tar pitch, or petroleum-based pitch.
[9] The heavy oil cooling method according to any one of [1] to [8], wherein the refrigerant contains any one selected from vegetable oil, animal oil, mineral oil, chemically synthesized oil, air, water, and steam. .
[10] A heat exchanger that cools heavy oil using a heat transfer tube having a ratio (L / D) of the tube length L to the tube diameter D of 5 or more, and the heavy oil is filled in the heat transfer tube A heavy oil heat exchanger having a mechanism for shutting off and cooling the flow of the heavy oil in a heated state, and discharging the heavy oil after being cooled.
[11] A solvent is mixed with the heavy oil cooled by the method according to any one of [1] to [9], and an insoluble content in a mixed solution of the heavy oil and the solvent is measured. Method for measuring the content of min.
本発明によれば、コールタール、コールタールピッチ又は石油系ピッチ等の重質油の温度を、簡便な方法でありながら急速かつ安定的に冷却することが可能な方法及び装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method and apparatus capable of rapidly and stably cooling the temperature of heavy oil such as coal tar, coal tar pitch, or petroleum pitch, while being a simple method. it can.
以下に、本発明をその実施形態により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施形態によって限定されるものではない。
本発明は、重質油の冷却方法及び重質油用の熱交換器に関する発明である。より詳細には、本発明は、高温状態のコールタール、コールタールピッチ類又は石油系ピッチ類等の重質油を迅速に冷却することが可能な冷却方法及び熱交換器に関する発明である。
本発明において、「熱交換器」と「冷却器」とは同義である。また、本発明において「冷媒」とは、冷却用に用いる熱媒を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments as long as the gist thereof is not exceeded.
The present invention relates to a method for cooling heavy oil and a heat exchanger for heavy oil. More specifically, the present invention relates to a cooling method and a heat exchanger capable of rapidly cooling heavy oil such as coal tar, coal tar pitch or petroleum pitch in a high temperature state.
In the present invention, “heat exchanger” and “cooler” are synonymous. In the present invention, “refrigerant” means a heat medium used for cooling.
[1.重質油]
本発明における重質油は、一般に重質油(重油)と呼ばれるものであれば限定されないが、具体的には、コールタール、コールタール誘導体であるコールタールピッチ類(ソフトピッチ、中ピッチ、硬ピッチ等の各種工程から得られるピッチを含む)、石油精製工程から発生する石油系ピッチ類が挙げられる。また、複数のコールタールの混合物、複数のコールタールピッチ類の混合物、複数の石油系ピッチ類の混合物であってもよい。また、コールタール、コールタールピッチ類、石油系ピッチ類から選択される2種以上の混合物であってもよい。
[1. Heavy oil]
The heavy oil in the present invention is not limited as long as it is generally called heavy oil (heavy oil), but specifically, coal tar and coal tar pitches which are coal tar derivatives (soft pitch, medium pitch, hard oil) Including pitches obtained from various processes such as pitch) and petroleum pitches generated from the petroleum refining process. Further, it may be a mixture of a plurality of coal tars, a mixture of a plurality of coal tar pitches, or a mixture of a plurality of petroleum pitches. Further, it may be a mixture of two or more selected from coal tar, coal tar pitches and petroleum pitches.
前記のコールタールとしては、好ましくは、粗鋼用コークス炉で生成するコークス炉ガスを段階的に冷却し、沸点の高いものを凝縮して得たコールタールが挙げられる。また、前記のコールタールピッチ類は、コールタール、好ましくは上述のコークス炉から得たコールタールを蒸留により軽質な芳香族成分を除去したものである。 Preferably, the coal tar is coal tar obtained by gradually cooling a coke oven gas generated in a coke oven for crude steel and condensing a high boiling point one. The coal tar pitches are obtained by removing light aromatic components by distillation of coal tar, preferably coal tar obtained from the above-mentioned coke oven.
前記の石油精製工程から発生する石油系ピッチ類は、好ましくは、石油精製工程における常圧蒸留残油又は減圧蒸留残油であり、それらの残油を流動接触分解装置により処理した残油も含まれる。これらのピッチ類等の中には、芳香族成分のほか、アルキル化合物やヘテロ環化合物、硫黄や窒素や酸素などの元素を含む化合物や単体が含まれていてもよい。 The petroleum-based pitches generated from the petroleum refining process are preferably atmospheric distillation residual oil or vacuum distillation residual oil in the petroleum refining process, including residual oil obtained by treating these residual oils with a fluid catalytic cracking apparatus. It is. In addition to aromatic components, these pitches and the like may contain alkyl compounds, heterocyclic compounds, compounds containing elements such as sulfur, nitrogen and oxygen, and simple substances.
本発明において対象とする重質油の粘度は限定されないが、100℃における粘度(B型粘度計で測定した値)が、通常15mPa・s以上、好ましくは50mPa・s以上、より好ましくは100mPa・s以上、更に好ましくは500mPa・s以上、特に好ましくは1000mPa・s以上であり、通常15000mPa・s以下、好ましくは13000mPa・s以下、より好ましくは10000mPa・s以下であることが望ましい。
重質油の粘度が前記下限値未満である場合は、移送時に乱流となる可能性が高くなるため、本発明による効果が発揮しづらくなる傾向がある。重質油の粘度が前記上限値を超える場合は、粘度が高過ぎて移送が困難となる傾向があり、更には本発明の方法による冷却効果が低減する場合がある。
The viscosity of the heavy oil targeted in the present invention is not limited, but the viscosity at 100 ° C. (value measured with a B-type viscometer) is usually 15 mPa · s or more, preferably 50 mPa · s or more, more preferably 100 mPa · s. s or more, more preferably 500 mPa · s or more, particularly preferably 1000 mPa · s or more, and usually 15000 mPa · s or less, preferably 13000 mPa · s or less, more preferably 10000 mPa · s or less.
When the viscosity of the heavy oil is less than the lower limit, the possibility of turbulent flow at the time of transfer increases, and thus the effect of the present invention tends to be difficult to exert. When the viscosity of the heavy oil exceeds the upper limit, the viscosity tends to be too high to be transferred, and the cooling effect by the method of the present invention may be reduced.
重質油としてコールタールを用いる場合は、上記と同様の理由により、その40℃における粘度(B型粘度計で測定した値)が通常100mPa・s以上、好ましくは200mPa・s以上、より好ましくは500mPa・s以上であり、通常1500mPa・s以下、好ましくは1200mPa・s以下、より好ましくは1000mPa・s以下であることが望ましい。
重質油としてコールタールピッチ又は石油系ピッチ類を用いる場合は、上記と同様の理由により、その100℃における粘度(B型粘度計で測定した値)が、通常100mPa・s以上、好ましくは500mPa・s以上、より好ましくは1000mPa・s以上であり、通常15000mPa・s以下、好ましくは13000mPa・s以下、より好ましくは10000mPa・s以下であることが望ましい。
なお、本発明は、特に高粘度の重質油においてその効果が顕著に発現するため、コールタールに較べてコールタールピッチ又は石油系ピッチ類を対象とした場合に特に有効である。
When coal tar is used as the heavy oil, for the same reason as described above, the viscosity at 40 ° C. (value measured with a B-type viscometer) is usually 100 mPa · s or more, preferably 200 mPa · s or more, more preferably It is 500 mPa · s or more, usually 1500 mPa · s or less, preferably 1200 mPa · s or less, more preferably 1000 mPa · s or less.
When coal tar pitch or petroleum pitch is used as the heavy oil, its viscosity at 100 ° C. (value measured with a B-type viscometer) is usually 100 mPa · s or more, preferably 500 mPa for the same reason as above. S or more, more preferably 1000 mPa · s or more, usually 15000 mPa · s or less, preferably 13000 mPa · s or less, more preferably 10000 mPa · s or less.
The present invention is particularly effective in the case of coal tar pitches or petroleum pitches as compared with coal tar because the effect is remarkably exhibited particularly in heavy oil with high viscosity.
[2.重質油の冷却方法]
以下に、本発明の冷却方法について説明する。本発明の冷却方法は、配管内を流れる重質油を熱交換器を用いて冷却するにあたり、該重質油が流動しない状態で冷却が行われるとともに、重質油が冷却された後に当該重質油を熱交換器から排出する。
[2. Heavy oil cooling method]
Below, the cooling method of this invention is demonstrated. In the cooling method of the present invention, when the heavy oil flowing in the pipe is cooled using a heat exchanger, the heavy oil is cooled without flowing, and the heavy oil is cooled and then the heavy oil is cooled. Drain the quality oil from the heat exchanger.
ここで「流れを遮断した状態で重質油を冷却する」とは、重質油を冷却する過程でその流動が実質的に停止していれば足りる。重質油の冷却を開始するタイミングと、重質油の流動を停止するタイミングは必ずしも同時でなくてよい。即ち、重質油を冷却する過程より前の時点で既にその流動が停止していてもよい。また、重質油の冷却を終了するタイミングと、重質油を熱交換部位より排出するタイミングも必ずしも同時でなくてよい。即ち、重質油の冷却が完了してから排出される迄の所定の時間、その流動が停止し続けていてもよい。冷却効率および作業効率の観点からは、これらのタイミングは同時に近い方が好ましい。
なお「重質油の流動が実質的に停止」とは、配管中の移送が遮断されていることや、撹拌操作が行われていないことなど、外力が付与されていないことを意味し、遮断中に生じる熱移動に伴う重質油自身の自己対流は「流動」に含むものではない。
Here, “cooling the heavy oil in a state where the flow is blocked” is sufficient if the flow is substantially stopped in the process of cooling the heavy oil. The timing for starting the cooling of the heavy oil and the timing for stopping the flow of the heavy oil are not necessarily the same. That is, the flow may have already stopped at a point before the process of cooling the heavy oil. Moreover, the timing which complete | finishes cooling of heavy oil and the timing which discharge | emit heavy oil from a heat exchange part do not necessarily need to be simultaneous. In other words, the flow may continue to stop for a predetermined time after the cooling of the heavy oil is completed and discharged. From the viewpoint of cooling efficiency and work efficiency, it is preferable that these timings are close at the same time.
Note that “the flow of heavy oil is substantially stopped” means that no external force is applied, such as the fact that the transfer in the piping is interrupted or the stirring operation is not performed. The self-convection of heavy oil itself accompanying the heat transfer that occurs in it is not included in the “flow”.
従来より、配管内を流れる流体を冷却するに際し、配管の一部を熱交換器(伝熱管)と位置付け、当該伝熱管の外部に冷媒を流すことで熱交換して冷却することは慣用されていた。具体的には、二重管熱交換器等が挙げられる。この方法を用いて流体を急速に冷却しようとする場合、一般に、(1)流体と冷媒との温度差を大きくする、(2)熱交換を行う伝熱面積を大きくする、(3)伝熱管を通過する流体の流速を遅くする、等の方法が採られてきた。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、コールタールやコールタールピッチ類等の重質油の冷却に対してこの方法を用いると、以下のような問題点が発生することが判明した。
Conventionally, when cooling a fluid flowing in a pipe, it has been customary to position a part of the pipe as a heat exchanger (heat transfer pipe) and to exchange heat and cool it by flowing a refrigerant outside the heat transfer pipe. It was. Specifically, a double pipe heat exchanger and the like can be mentioned. When using this method to rapidly cool a fluid, generally (1) increase the temperature difference between the fluid and the refrigerant, (2) increase the heat transfer area for heat exchange, (3) the heat transfer tube For example, a method of slowing the flow rate of the fluid passing through the pipe has been adopted.
However, according to studies by the present inventors, it has been found that the following problems occur when this method is used for cooling heavy oil such as coal tar and coal tar pitch.
重質油の冷却に際して(1)の方法を採用すると、伝熱管内壁の近傍で重質油が固化或いは増粘してしまい、流動性を失うことで熱的な境膜を形成してしまうことが明らかとなった。従って冷媒の温度を下げたところで、冷却効率は寧ろ悪化する場合があることが判明した。更には、配管の中心部を流れる重質油は実質的に冷却されずに伝熱管を通過する
ため、排出される重質油には温度のバラツキが生じることが判明した。
重質油の冷却に際して(2)の方法を採用する場合、一般に伝熱管の管径を小さくすることや、管長を長くすることが行われる。しかしながら、この方法では重質油の粘度が極めて高くなり、移送や排出が実質的に困難となることが判明した。また、これを解消するためには移送ポンプ等の動力源を用いる必要が生じるが、その場合は、冷却対象の重質油と、それ以外の重質油との混和が顕著となる問題があった。そもそも、インラインの工程分析で対象とするような少流量(0.1〜10L/min程度)の重質油に対し、スラッジ等の噛み込みや閉塞が生じない移送ポンプ自体、適当なものが存在していない。
重質油の冷却に際して(3)の方法を採用する場合、伝熱管の管径を大きくすることや、重質油配管ライン自体の体積流速を遅くすることが行われる。しかしながら、前者の方法は冷却効率を悪化させる方向であるため上記(2)と相反し、後者の方法は配管の閉塞等を生じる問題があった。
When the method (1) is adopted for cooling the heavy oil, the heavy oil is solidified or thickened in the vicinity of the inner wall of the heat transfer tube, and a thermal film is formed by losing fluidity. Became clear. Therefore, it has been found that when the temperature of the refrigerant is lowered, the cooling efficiency may rather deteriorate. Furthermore, since the heavy oil flowing through the central portion of the pipe passes through the heat transfer pipe without being substantially cooled, it has been found that the temperature of the discharged heavy oil varies.
When the method (2) is employed for cooling heavy oil, generally, the diameter of the heat transfer tube is reduced or the tube length is increased. However, it has been found that with this method, the viscosity of the heavy oil becomes extremely high, and transfer and discharge are substantially difficult. In order to solve this problem, it is necessary to use a power source such as a transfer pump. In this case, there is a problem that mixing of heavy oil to be cooled with other heavy oil becomes remarkable. It was. In the first place, there is an appropriate transfer pump that does not cause sludge or other clogging or clogging with heavy oil with a small flow rate (about 0.1 to 10 L / min) that is the target of in-line process analysis. Not done.
When the method (3) is adopted for cooling the heavy oil, the diameter of the heat transfer pipe is increased, or the volume flow rate of the heavy oil piping line itself is decreased. However, since the former method tends to deteriorate the cooling efficiency, it is contrary to the above (2), and the latter method has a problem in that the piping is blocked.
上記の問題点に対し、流れを遮断した状態での熱交換によって重質油を冷却すれば、熱的な境膜形成による冷却効率の低下や、重質油の冷却温度のバラツキ、移送するための動力付与、配管の閉塞等の諸問題を解消することができる。 In response to the above problems, if heavy oil is cooled by heat exchange in a state where the flow is interrupted, the cooling efficiency decreases due to the formation of a thermal boundary film, the cooling temperature of heavy oil varies, and transport Various problems such as power supply and blockage of piping can be solved.
<冷却方式>
本発明では、配管内を流れる重質油を熱交換器を用いて冷却するが、熱交換器自体は管状である必要はない。また、本発明の冷却方法は、冷媒を用いる方法であってもよいし、冷媒を用いない方法であってもよい。
冷媒を用いない冷却方法としては、例えば、重質油の流路を刳り貫いた金属ブロック等を用い、当該金属ブロックを冷却する方法等が挙げられる。この場合、金属ブロックが熱交換器に相当する。金属ブロックの材質は限定されないが、熱伝導率の大きい材質が好ましく、銅、アルミニウム、鉄、或いは真鍮、ステンレス等の各種合金等が例示される。また金属以外の材質も排除されるものではない。
<Cooling method>
In the present invention, heavy oil flowing in the pipe is cooled using a heat exchanger, but the heat exchanger itself does not have to be tubular. The cooling method of the present invention may be a method using a refrigerant or a method not using a refrigerant.
As a cooling method that does not use a refrigerant, for example, a method of cooling the metal block using a metal block or the like penetrating a heavy oil flow path may be used. In this case, the metal block corresponds to a heat exchanger. The material of the metal block is not limited, but a material having high thermal conductivity is preferable, and examples thereof include copper, aluminum, iron, various alloys such as brass and stainless steel. Also, materials other than metal are not excluded.
冷媒を用いる冷却方法とは、重質油と冷媒とが、伝熱材を介して接することによって熱交換を行う方法である。この場合、伝熱材及び冷媒によって熱交換器が構成される。
伝熱材の形状は限定されないが、例えば、管状(円管状、楕円管状、四角管状、その他多角管状、フィンチューブ等)、平板状、ラジエター形状、タンク状等が挙げられる。これらの中でも、重質油や冷媒が滞留しにくい点で、管状であることが好ましい。
伝熱材として管状のものを用いる場合(以下、「伝熱管」という場合がある)、重質油をその内部に流してもよいし、冷媒をその内部に流してもよい。冷却の効率の観点及び、重質油の流れを遮断する容易さの観点から、重質油を伝熱管の内部に流すことが好ましい。
以上より、本発明における熱交換器としは、伝熱管を用い、その内部に重質油が流れ、その外部に冷媒が流れる方式であることが好ましい。
The cooling method using a refrigerant is a method of exchanging heat by contacting heavy oil and a refrigerant through a heat transfer material. In this case, a heat exchanger is constituted by the heat transfer material and the refrigerant.
The shape of the heat transfer material is not limited, and examples thereof include a tubular shape (circular tubular shape, elliptical tubular shape, square tubular shape, other polygonal tubular shape, fin tube, etc.), flat plate shape, radiator shape, tank shape, and the like. Among these, a tubular shape is preferable in that heavy oil and refrigerant hardly stay.
When a tubular material is used as the heat transfer material (hereinafter, sometimes referred to as “heat transfer tube”), heavy oil may be flowed therein, or refrigerant may be flowed therein. From the viewpoint of cooling efficiency and ease of blocking the flow of the heavy oil, it is preferable to flow the heavy oil into the heat transfer tube.
As mentioned above, it is preferable that the heat exchanger in the present invention is a system in which a heat transfer tube is used, heavy oil flows through the inside thereof, and refrigerant flows through the outside.
<熱交換器>
前記の通り、本発明に適用する冷却方式に制限は無いが、冷却に用いる熱交換器の形状等にも制限は無い。
熱交換器として伝熱管を用いる場合、その材質は限定されず、金属であっても非金属であってもよいが、熱伝導率の観点からは金属であることが好ましい。伝熱管に用いる金属としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、或いは真鍮、アルミニウム青銅、キュプロニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、アルミニウム合金、チタン合金等の各種合金等が例示される。伝熱管に用いる非金属としては、ガラス、カーボン、セラミックス等が挙げられる。これらの中でも、炭素鋼、ステンレス鋼が好ましい。
なお、伝熱管の部位には、適宜、エルボ、ジョイント、分岐管、集合管、レデューサー
、カップリング、フランジ等が含まれていてもよい。従って、伝熱管は1線のラインであってもよいし、分岐した後に集合するものであってもよい。
<Heat exchanger>
As described above, there is no restriction on the cooling method applied to the present invention, but there is no restriction on the shape of the heat exchanger used for cooling.
When a heat transfer tube is used as a heat exchanger, the material is not limited and may be a metal or a non-metal, but is preferably a metal from the viewpoint of thermal conductivity. Examples of the metal used for the heat transfer tube include copper, aluminum, iron, titanium, zirconium, tantalum, niobium, and various alloys such as brass, aluminum bronze, cupronickel, carbon steel, stainless steel, cast iron, aluminum alloy, and titanium alloy. Etc. are exemplified. Examples of the nonmetal used for the heat transfer tube include glass, carbon, and ceramics. Among these, carbon steel and stainless steel are preferable.
In addition, the elbow, the joint, the branch pipe, the collecting pipe, the reducer, the coupling, the flange, and the like may be appropriately included in the portion of the heat transfer pipe. Therefore, the heat transfer tube may be a single line or may be assembled after branching.
伝熱管の内径(D)は限定されないが、その下限は通常6mm以上、好ましくは8mm以上、より好ましくは10mm以上である。伝熱管の内径が前記下限未満であると、伝熱管内で重質油が閉塞する場合がある。
伝熱管の内径の上限は限定されないが、通常30mm以下、好ましくは25mm以下、より好ましくは20mm以下である。伝熱管の内径が前記上限を超えると、重質油の十分な冷却が困難となる傾向があり、また、冷却後の重質油の温度が不均一となる場合がある。
なお、伝熱管の内径が変化する場合は、平均径を意味する。
The inner diameter (D) of the heat transfer tube is not limited, but the lower limit is usually 6 mm or more, preferably 8 mm or more, more preferably 10 mm or more. If the inner diameter of the heat transfer tube is less than the lower limit, heavy oil may be blocked in the heat transfer tube.
The upper limit of the inner diameter of the heat transfer tube is not limited, but is usually 30 mm or less, preferably 25 mm or less, more preferably 20 mm or less. If the inner diameter of the heat transfer tube exceeds the upper limit, it is difficult to sufficiently cool the heavy oil, and the temperature of the heavy oil after cooling may become uneven.
In addition, when the internal diameter of a heat exchanger tube changes, it means an average diameter.
伝熱管の厚みは限定されないが、その下限が通常0.5mm以上、好ましくは1.0mm以上、より好ましくは1.5mm以上である。伝熱管の厚みが小さい(薄い)ほど熱交換の効率は良好となるが、一方で機械的強度、耐食性、施工性等が悪化するという問題が生じる場合がある。
伝熱管自体の厚みの上限は限定されないが、通常4.5mm以下、好ましくは3.5mm以下、より好ましくは2.5mm以下である。伝熱管の厚みが前記上限を超えると、重質油の十分な冷却が困難となる場合がある。
なお、伝熱管の厚みが変化する場合は、平均厚みを意味する。
The thickness of the heat transfer tube is not limited, but the lower limit is usually 0.5 mm or more, preferably 1.0 mm or more, more preferably 1.5 mm or more. As the thickness of the heat transfer tube is smaller (thin), the efficiency of heat exchange becomes better. On the other hand, there may be a problem that mechanical strength, corrosion resistance, workability and the like deteriorate.
The upper limit of the thickness of the heat transfer tube itself is not limited, but is usually 4.5 mm or less, preferably 3.5 mm or less, more preferably 2.5 mm or less. If the thickness of the heat transfer tube exceeds the upper limit, it may be difficult to sufficiently cool the heavy oil.
In addition, when the thickness of a heat exchanger tube changes, an average thickness is meant.
伝熱管の長さ(L)は限定されないが、その下限が通常10cm以上、好ましくは20cm以上、より好ましくは30cm以上である。伝熱管の長さが前記下限値未満の場合は、均一に冷却された重質油を取得できない場合がある。
伝熱管の長さの上限は限定されないが、通常1000cm以下、好ましくは800cm以下、より好ましくは500cm以下である。伝熱管の長さが前記上限を超えると、重質油の移送が困難となる傾向があり、特に冷却後の重質油の排出が困難となる場合がある。
ここで、伝熱管の長さとは、本発明において実質的に重質油を冷却する工程に相当する部位を意味する。即ち、冷却時に重質油の流れが遮断され、冷媒と接する部位を意味する。また、伝熱管が1線のラインでない場合は、総延長の合計長さを意味する。
The length (L) of the heat transfer tube is not limited, but the lower limit is usually 10 cm or more, preferably 20 cm or more, more preferably 30 cm or more. When the length of the heat transfer tube is less than the lower limit, it may not be possible to obtain a uniformly cooled heavy oil.
Although the upper limit of the length of a heat exchanger tube is not limited, Usually, it is 1000 cm or less, Preferably it is 800 cm or less, More preferably, it is 500 cm or less. If the length of the heat transfer tube exceeds the upper limit, it may be difficult to transfer heavy oil, and it may be particularly difficult to discharge the heavy oil after cooling.
Here, the length of the heat transfer tube means a portion substantially corresponding to the step of cooling heavy oil in the present invention. That is, it means a portion where the flow of heavy oil is blocked during cooling and is in contact with the refrigerant. When the heat transfer tube is not a single line, it means the total length of the total extension.
本発明に用いる伝熱管の長さ(L)と内径(D)との比(L/D)は限定されないが、その下限が通常5以上、好ましくは15以上、より好ましくは30以上、更に好ましくは50以上、特に好ましくは80以上である。伝熱管のL/Dが前記下限値未満の場合は、重質油の十分な冷却が困難となる場合がある。
伝熱管のL/Dの上限は限定されないが、通常1000以下、好ましくは800以下、より好ましくは500以下、更に好ましくは350以下である。伝熱管のL/Dが前記上限を超えると、重質油の移送が困難となる傾向があり、特に冷却後の重質油の排出が困難となる場合がある。
The ratio (L / D) between the length (L) and the inner diameter (D) of the heat transfer tube used in the present invention is not limited, but the lower limit is usually 5 or more, preferably 15 or more, more preferably 30 or more, and still more preferably. Is 50 or more, particularly preferably 80 or more. When the L / D of the heat transfer tube is less than the lower limit, it may be difficult to sufficiently cool the heavy oil.
Although the upper limit of L / D of a heat exchanger tube is not limited, Usually, 1000 or less, Preferably it is 800 or less, More preferably, it is 500 or less, More preferably, it is 350 or less. If the L / D of the heat transfer tube exceeds the upper limit, it may be difficult to transfer heavy oil, and it may be particularly difficult to discharge the heavy oil after cooling.
本発明に用いる伝熱管内面の表面積(Acm2)と伝熱管内の体積(Vcm3)との比(A/V(cm−1))は限定されないが、その下限が通常1.0以上、好ましくは1.5以上、より好ましくは2.0以上である。伝熱管のA/Vが前記下限値未満の場合は、重質油の十分な冷却が困難となる場合がある。
伝熱管のA/Vの上限は限定されないが、通常7以下、好ましくは5以下、より好ましくは4以下である。伝熱管のA/Vが前記上限を超えると、重質油の移送が困難となる傾向があり、特に冷却後の重質油の排出が困難となる場合がある。
The ratio (A / V (cm −1 )) between the surface area (Acm 2 ) of the heat transfer tube inner surface used in the present invention and the volume (Vcm 3 ) in the heat transfer tube is not limited, but the lower limit is usually 1.0 or more. Preferably it is 1.5 or more, More preferably, it is 2.0 or more. When A / V of the heat transfer tube is less than the lower limit, it may be difficult to sufficiently cool the heavy oil.
Although the upper limit of A / V of a heat exchanger tube is not limited, Usually, 7 or less, Preferably it is 5 or less, More preferably, it is 4 or less. If the A / V of the heat transfer tube exceeds the above upper limit, it may be difficult to transfer heavy oil, and it may be difficult to discharge the heavy oil after cooling.
<冷媒>
本発明に用いる冷媒は限定されず、気体であっても液体であってもよく、その混合物で
あってもよい。
冷媒として気体(蒸気やミスト等を含む)を用いる場合の例示としては、例えば、空気、二酸化炭素(ドライアイスを含む)、窒素、水蒸気、フロン、アンモニア等が挙げられ、中でも空気、水蒸気が好ましい。
冷媒として液体を用いる場合としては、例えば、水、塩水、植物油、動物油、鉱物油、化学合成油、液体窒素、アセトン、エチレングリコール等が挙げられ、中でも鉱物油、化学合成油が好ましい。
冷媒としては、上記のうち1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Refrigerant>
The refrigerant used in the present invention is not limited, and may be a gas, a liquid, or a mixture thereof.
Examples of using a gas (including steam, mist, etc.) as the refrigerant include air, carbon dioxide (including dry ice), nitrogen, water vapor, chlorofluorocarbon, ammonia and the like, and air and water vapor are particularly preferable. .
Examples of the case where a liquid is used as the refrigerant include water, salt water, vegetable oil, animal oil, mineral oil, chemically synthesized oil, liquid nitrogen, acetone, ethylene glycol and the like, among which mineral oil and chemically synthesized oil are preferable.
As the refrigerant, one of the above may be used, or two or more may be used in combination.
<遮断方法>
本発明において重質油を冷却する際に流れを遮断する方法は限定されず、遮蔽壁で遮断したり、熱交換器をタンク状にして一時貯蔵する方法等もあるが、伝熱材として伝熱管を用いる場合は、閉止弁により遮断することが好ましい。熱交換器として伝熱管を用い、閉止弁によって重質油の流れを遮断する方法を採用することは、構造が簡易で圧力損失が少なく、また伝熱管内に重質油が残留しにくいという点で好ましい。
<Blocking method>
In the present invention, the method of shutting off the flow when cooling heavy oil is not limited, and there is a method of shutting off with a shielding wall or temporarily storing the heat exchanger in a tank shape. When using a heat pipe, it is preferable to shut off by a shut-off valve. Using a heat transfer tube as a heat exchanger and shutting off the flow of heavy oil with a shut-off valve means that the structure is simple, there is little pressure loss, and heavy oil does not remain in the heat transfer tube. Is preferable.
重質油の流れを遮断する際に用いる閉止弁の形式は限定されず、例えば、ボールバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、バタフライバルブ、ダイヤフラムバルブ等が挙げられ、中でもボールバルブ、ゲートバルブが好ましい。閉止弁としてボールバルブを採用することは、閉め切り性能や操作性が良く、また全開時の圧力損失が小さいという点で好ましい。
重質油の流れを遮断する手段として閉止弁を用いる場合、熱交換器の上流側、下流側の何れに設けてもよく、双方に設けてもよいが、双方に設けることが好ましい。ここで、熱交換器の上流側、下流側とは、配管内を流れる重質油の方向に基づく。熱交換器の上流側、下流側の双方に閉止弁を設けることにより、冷却する対象となる重質油が明確になり、冷却中に冷却対象ではない重質油との混和を避けることができる。
The form of the shut-off valve used when shutting off the heavy oil flow is not limited, and examples thereof include a ball valve, a gate valve, a globe valve, a butterfly valve, a diaphragm valve, and the like. Among these, a ball valve and a gate valve are preferable. The use of a ball valve as the shut-off valve is preferable in terms of good shut-off performance and operability, and low pressure loss when fully opened.
When using a shut-off valve as a means for blocking the flow of heavy oil, it may be provided on either the upstream side or the downstream side of the heat exchanger, and may be provided on both, but it is preferable to provide both. Here, the upstream side and the downstream side of the heat exchanger are based on the direction of heavy oil flowing in the pipe. By providing stop valves on both the upstream and downstream sides of the heat exchanger, the heavy oil to be cooled becomes clear and mixing with heavy oil that is not to be cooled can be avoided during cooling. .
<重質油の温度>
本発明において冷却に供する重質油の温度(冷却前の重質油の温度)は限定されないが、通常340℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは280℃以下である。冷却に供する重質油の温度が前記上限を超える場合は、本発明の冷却方法が十分に発揮出来ない場合があり、更には重質油が変質する場合がある。冷却に供する重質油の温度の下限は限定されないが、通常120℃以上、好ましくは140℃以上である。
<Temperature of heavy oil>
In the present invention, the temperature of the heavy oil to be cooled (the temperature of the heavy oil before cooling) is not limited, but is usually 340 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower, more preferably 280 ° C. or lower. It is. When the temperature of the heavy oil to be used for cooling exceeds the upper limit, the cooling method of the present invention may not be sufficiently exhibited, and the heavy oil may be altered. The lower limit of the temperature of the heavy oil used for cooling is not limited, but is usually 120 ° C or higher, preferably 140 ° C or higher.
本発明において冷却後の重質油の温度は限定されず、その目的に応じて適宜設定すればよいが、通常260℃以下、好ましくは220℃以下、より好ましくは180℃以下である。冷却後の重質油の温度の下限は限定されないが、通常60℃以上、好ましくは100℃以上である。 In the present invention, the temperature of the heavy oil after cooling is not limited and may be appropriately set depending on the purpose, but is usually 260 ° C. or lower, preferably 220 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower. Although the minimum of the temperature of the heavy oil after cooling is not limited, Usually, 60 degreeC or more, Preferably it is 100 degreeC or more.
本発明において、冷却前後の重質油の温度差は限定されず、その目的に応じて適宜設定すればよいが、通常40℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは160℃以上である。本発明を採用すれば効率の良い冷却が可能であるので、このような温度差の大きい条件でも急速に冷却することが可能である。冷却前後の重質油の温度差の上限は限定されないが、通常300℃以下、好ましくは260℃以下、より好ましくは220℃以下である。前記上限の温度差を超えて冷却を行うと、本発明の冷却方法が十分に発揮出来ない場合があり、更には熱疲労により材質寿命の低下を生じる場合がある。 In the present invention, the temperature difference between the heavy oil before and after cooling is not limited and may be appropriately set depending on the purpose, but is usually 40 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, and still more preferably. Is 160 ° C. or higher. By adopting the present invention, efficient cooling is possible, and therefore it is possible to rapidly cool even under such a large temperature difference condition. Although the upper limit of the temperature difference of the heavy oil before and after cooling is not limited, it is usually 300 ° C. or lower, preferably 260 ° C. or lower, more preferably 220 ° C. or lower. When cooling is performed exceeding the upper limit temperature difference, the cooling method of the present invention may not be sufficiently exhibited, and further, the material life may be reduced due to thermal fatigue.
本発明において、重質油の冷却時間は限定されないが、通常15分以下、好ましくは1
0分以下、より好ましくは5分以下である。本発明を採用すれば効率の良い冷却が可能であるので、このような短時間で急速に冷却することが可能である。重質油の冷却時間の下限は限定されないが、通常60秒以上、好ましくは90秒以上、より好ましくは120秒以上である。重質油の冷却時間が前記下限未満であると、冷却が不十分となったり、冷却後の重質油の温度が不均一となる場合がある。
In the present invention, the cooling time of the heavy oil is not limited, but is usually 15 minutes or less, preferably 1
0 minutes or less, more preferably 5 minutes or less. If the present invention is adopted, efficient cooling is possible, and thus it is possible to rapidly cool in such a short time. The lower limit of the cooling time for the heavy oil is not limited, but is usually 60 seconds or longer, preferably 90 seconds or longer, more preferably 120 seconds or longer. When the cooling time of the heavy oil is less than the lower limit, the cooling may be insufficient, or the temperature of the heavy oil after cooling may be uneven.
<排出方法>
本発明では重質油を上記の方法で冷却した後、冷却された重質油を熱交換器から排出する。重質油を熱交換器から排出する方法は限定されず、熱交換器に至る前の重質油で押し出してもよいし、重質油以外の物質を用いて排出させてもよい。
冷却された重質油を、重質油自身で排出する場合は、冷却された重質油との境界で熱交換が生じるため、その影響を受けた重質油部分は目的用途に使用しないことが好ましい。
冷却された重質油を、重質油以外の物質で排出させる場合、気体、液体の何れを用いてもよいが、重質油との混和を避けるため気体を用いることが好ましい。重質油の排出に際して用いる気体としては、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス、空気等が挙げられ、これらの中でも不活性ガスが好ましい。
なお、重質油の排出に際して液体を使用する具体的な態様としては、本発明によって冷却された重質油を溶剤に溶解或いは希釈して使用する際の溶剤が挙げられる。このような場合は、希釈倍率が明確になるよう、排出される重質油と排出に際して用いる溶剤との量比が定量可能な装置、方法とすることが好ましい。
<Discharge method>
In this invention, after cooling heavy oil by said method, the cooled heavy oil is discharged | emitted from a heat exchanger. The method for discharging the heavy oil from the heat exchanger is not limited, and the heavy oil may be extruded with the heavy oil before reaching the heat exchanger, or may be discharged using a substance other than the heavy oil.
When the cooled heavy oil is discharged by the heavy oil itself, heat exchange occurs at the boundary with the cooled heavy oil, so do not use the affected heavy oil part for the intended application. Is preferred.
When the cooled heavy oil is discharged as a substance other than the heavy oil, either a gas or a liquid may be used, but a gas is preferably used in order to avoid mixing with the heavy oil. Examples of the gas used for discharging heavy oil include inert gases such as nitrogen and argon, and air. Among these, inert gases are preferable.
In addition, as a specific aspect of using the liquid when discharging the heavy oil, there is a solvent when the heavy oil cooled by the present invention is dissolved or diluted in a solvent. In such a case, it is preferable to use an apparatus and a method that can quantitatively determine the amount ratio of the heavy oil to be discharged and the solvent to be used for discharging so that the dilution ratio becomes clear.
本発明においては、冷却された重質油を熱交換器から排出する際に、流動ポンプ等の動力を用いることを排除するものではない。しかし、本発明の冷却方法を採用すれば、圧力負荷が小さく、効率良く冷却することが可能であるので、配管内を流れる重質油自身の移送圧力のみで排出することが可能である。
なお、冷却された重質油を上記の気体或いは重質油以外の液体を用いて排出する場合は、当該気体や液体の圧力によって重質油を排出することができる。排出する際に付与する圧力には制限は無く、冷却後の重質油を排出し得る圧力であればよい。
In the present invention, the use of power such as a fluid pump is not excluded when the cooled heavy oil is discharged from the heat exchanger. However, if the cooling method of the present invention is adopted, the pressure load is small and the cooling can be performed efficiently, so that it can be discharged only by the transfer pressure of the heavy oil itself flowing in the pipe.
In addition, when discharging | emitting the cooled heavy oil using liquid other than said gas or heavy oil, heavy oil can be discharged | emitted with the pressure of the said gas or liquid. There is no restriction | limiting in the pressure provided at the time of discharge | emission, What is necessary is just the pressure which can discharge | emit the heavy oil after cooling.
[3.重質油の冷却方法の態様]
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図1は、伝熱管及び冷媒を用いた熱交換器によって重質油を冷却する方法の1態様である。
熱交換器1は、伝熱管2及び冷媒Cで構成され、冷媒Cは冷却槽3内に存在する。伝熱管2内の重質油は、重質油ライン配管4より流入し、重質油ライン配管5より排出される。
なお、冷媒Cが入った冷却槽3と伝熱管2とは、一体となっていてもよいが、これらが独立した構造であってもよい。冷却槽3と伝熱管2とが独立した構造であると、重質油を冷却する時のみ伝熱管2を冷媒C内に浸漬させる方式とすることができる。
[3. Aspect of Cooling Method for Heavy Oil]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is one embodiment of a method for cooling heavy oil by a heat exchanger using a heat transfer tube and a refrigerant.
The
In addition, the cooling tank 3 containing the refrigerant C and the
重質油ライン配管4は通常、製造ラインにおけるメイン配管からバイパスされたものである。また、当該バイパスされた重質油ライン配管4は、メイン配管から閉止弁等で遮断可能な構造であることが好ましい。本発明の重質油の冷却を不定期的、間欠的に実施する場合において、重質油ライン配管4内で重質油Aが固化、閉塞する懸念がある場合は、例えば、メイン配管から重質油ライン配管4に至る過程を鉛直方向とする等で上記問題を抑制することが好ましい。 The heavy oil line piping 4 is normally bypassed from the main piping in the production line. Moreover, it is preferable that the bypassed heavy oil line piping 4 has a structure that can be shut off from the main piping with a closing valve or the like. When the heavy oil according to the present invention is cooled irregularly or intermittently, if there is a concern that the heavy oil A is solidified or clogged in the heavy oil line piping 4, for example, the heavy oil is discharged from the main piping. It is preferable to suppress the above problem by setting the process leading to the quality oil line pipe 4 in the vertical direction.
重質油ライン配管4、5にはそれぞれ、伝熱管2の近傍に閉止弁8、9が設けられている。閉止弁8、9を閉止することにより、伝熱管2内の重質油Aの流れを遮断することが出来る。
重質油ライン配管4、5はそれぞれ、伝熱管2の近傍で分岐している。重質油ライン配
管4の分岐管には閉止弁が設けられ、重質油を排出するための気体や液体を流入させることができる。また、伝熱管2内を洗浄するための溶剤等を流すことも出来る。重質油ライン配管5の分岐管にも閉止弁が設けられ、配管内の流体を重質油配管5に流さずに取り出すことができる。このような構造とすることにより、1回毎に冷却する重質油Aの混和を防止することや、伝熱管2内の閉塞の防止、伝熱管2内の洗浄等を行うことが出来る。
Each of the heavy
冷却槽3内の冷媒Cは、予め重質油の冷却目標の温度に調整しておく。冷媒Cの温度調整は、冷却槽3自体に設けられた温度調節器によって行ってもよいし、冷媒Cを外部循環させることによって、外部の温度調節器(図示せず)によって行ってもよい。通常、冷媒Cを冷却開始前の初期温度に設定するためにはヒーター(加熱器)が使用され、重質油Aの冷却が開始された後にはクーラー(冷却器)が使用される。
なお、冷却槽3に撹拌機能(図示せず)を設けることにより、冷媒Cが撹拌される構造であることが好ましい。
冷媒Cを外部循環させる場合は、冷媒ライン7から排出され、冷媒ライン6から導入される。外部の温度調節器の方式には制限は無いが、冷媒を用いた冷却方法等が挙げられる。外部の温度調節器は通常、重質油Aの冷却によって上昇した冷媒Cの温度を下げる目的で使用されるが、重質油Aの冷却開始前における冷媒Cを初期温度に設定するために加熱目的で使用してもよい。
The refrigerant C in the cooling tank 3 is adjusted in advance to the temperature of the heavy oil cooling target. The temperature adjustment of the refrigerant C may be performed by a temperature controller provided in the cooling tank 3 itself, or may be performed by an external temperature controller (not shown) by circulating the refrigerant C to the outside. Usually, a heater (heater) is used to set the refrigerant C to the initial temperature before the start of cooling, and a cooler (cooler) is used after the cooling of the heavy oil A is started.
In addition, it is preferable that the refrigerant C be stirred by providing the cooling tank 3 with a stirring function (not shown).
When the refrigerant C is externally circulated, it is discharged from the
<操作手順>
冷却開始前の伝熱管2の内部は空の状態であっても、重質油Aで充満されていてもよいが、重質油ライン配管や伝熱管2の閉塞防止の観点からは、空の状態としておくことが好ましい。
予め閉止弁(重質油冷却用)8,9を「開」、閉止弁(パージ用)10,11を「閉」とした状態で、重質油ライン配管4より重質油Aを流入し、伝熱管2の内部を重質油Aで充満させる。
次いで閉止弁(重質油冷却用)8,9を「閉」として重質油ラインの流れを遮断する。この時点を冷却時間の開始とする。なお、冷却槽3と伝熱管2とが独立した構造である場合は、伝熱管2を冷媒C内に浸漬させた時点を冷却時間の開始とする。
重質油Aが目的の温度となったことは、通常、伝熱管2内に設けられた温度計によって確認する。温度計の方式は限定されないが、熱電対式等の方式が挙げられる。なお、流出する重質油Aの温度を予め確認しておくことにより、都度、温度をモニターしなくてもよい。
<Operation procedure>
The inside of the
Heavy oil A flows in from the heavy oil line piping 4 with the stop valves (for heavy oil cooling) 8 and 9 set to “open” and the stop valves (for purge) 10 and 11 set to “closed” in advance. The interior of the
Next, the shutoff valves (for heavy oil cooling) 8 and 9 are closed to shut off the heavy oil line flow. This time is set as the start of the cooling time. In addition, when the cooling tank 3 and the
It is usually confirmed by a thermometer provided in the
重質油Aの温度が目的温度となった時点で冷却完了とし、冷却された重質油Bを伝熱管2から排出する。
冷却された重質油Bを、重質油ライン配管の重質油自体で押し出して排出する場合は、閉止弁(重質油冷却用)8,9を「開」とする。この際、重質油ライン配管4自体の圧力だけで重質油Bを排出することが困難な場合は、加圧してもよい。
冷却された重質油BをパージガスD等によって排出する場合は、閉止弁(パージ用)10および閉止弁(重質油冷却用)9を「開」とし、パージガスDを閉止弁(パージ用)10側から圧入する。この場合は、パージガスDの圧力によって冷却された重質油Bの排出速度を調整することができる。
When the temperature of the heavy oil A reaches the target temperature, the cooling is completed, and the cooled heavy oil B is discharged from the
When the cooled heavy oil B is pushed out and discharged by the heavy oil itself in the heavy oil line piping, the shut-off valves (for heavy oil cooling) 8 and 9 are set to “open”. At this time, when it is difficult to discharge the heavy oil B only by the pressure of the heavy oil line pipe 4 itself, the pressure may be increased.
When the cooled heavy oil B is discharged by the purge gas D or the like, the closing valve (for purging) 10 and the closing valve (for heavy oil cooling) 9 are set to “open”, and the purging gas D is closed (for purging). Press fit from 10 side. In this case, the discharge speed of the heavy oil B cooled by the pressure of the purge gas D can be adjusted.
冷却された重質油Bを伝熱管2から排出した後は、適宜、伝熱管2内を空にしたり洗浄することが出来る。その場合は、閉止弁(重質油冷却用)8,9を「閉」とし、閉止弁(パージ用)10、11を「開」とした状態でパージガスD等を閉止弁(パージ用)10側から圧入する。伝熱管2内を洗浄する場合は、パージガスDに代り、溶剤等を用いてもよい。
After the cooled heavy oil B is discharged from the
[4.冷却された重質油を用いた測定]
本発明の方法で冷却された重質油の使用目的は限定されないが、重質油の製造設備における品質検査、工程分析に好適に使用される。具体的には、QI等の溶剤不溶分の分析のほか、ガスクロマトグラフィー、硫黄分析、NMR、CHN元素分析等に適用することが出来る。
また、上記のような目的に使用するに際し、適宜、冷却された重質油と溶剤等を混合して用いてもよい。更には、前記の通り、冷却された重質油を熱交換器から排出する際に、溶剤を用いて排出することによって混合して用いてもよい。
[4. Measurement using cooled heavy oil]
The purpose of use of the heavy oil cooled by the method of the present invention is not limited, but it is suitably used for quality inspection and process analysis in heavy oil production facilities. Specifically, it can be applied to gas chromatography, sulfur analysis, NMR, CHN elemental analysis, etc. in addition to analysis of solvent insolubles such as QI.
Moreover, when using for the above purposes, a cooled heavy oil and a solvent may be appropriately mixed and used. Further, as described above, when the cooled heavy oil is discharged from the heat exchanger, it may be mixed and used by discharging it with a solvent.
以下に、冷却された重質油を溶剤と混合した後、QI等の溶剤不溶分を測定する方法について説明する。測定方法としては、吸光度による測定について説明するが、これに限定されるものではなく、液中微粒子計数器(パーティクル・カウンター)を用いる方法や、濁度計を用いる方法等が挙げられる。
溶剤不溶分の測定に用いる溶剤は限定されないが、例えば、キノリン、トルエン、N−メチルピロリドン、ピリジン、アセトン、ヘキサン、ニトロベンゼン、モルホリン、クロロホルム、アルコールなどが挙げられる。これらの中でも、キノリン、トルエン、N−メチルピロリドン、ヘキサンが重質油に対する溶解性の観点から好ましく、特にキノリンが好ましい。
異なる溶剤を用いて、各溶剤毎の不溶分をそれぞれ測定することにより、重質油中の成分組成をより詳細に解析することもできる。また、混合溶剤を用いてもよい。
Below, after mixing the cooled heavy oil with a solvent, the method of measuring solvent insoluble content, such as QI, is demonstrated. As the measurement method, measurement by absorbance will be described, but the measurement method is not limited to this, and examples thereof include a method using a liquid fine particle counter (particle counter) and a method using a turbidimeter.
Although the solvent used for the measurement of a solvent insoluble content is not limited, For example, quinoline, toluene, N-methylpyrrolidone, pyridine, acetone, hexane, nitrobenzene, morpholine, chloroform, alcohol etc. are mentioned. Among these, quinoline, toluene, N-methylpyrrolidone, and hexane are preferable from the viewpoint of solubility in heavy oil, and quinoline is particularly preferable.
The component composition in heavy oil can also be analyzed in more detail by measuring the insoluble matter for each solvent using different solvents. A mixed solvent may be used.
重質油に対する溶剤の希釈倍率(溶剤の重量/重質油の重量)は限定されないが、通常、100〜10000倍、好ましくは500〜5000倍、より好ましくは1000〜3000倍、更に好ましくは1200〜2000倍とすることが望ましい。希釈倍率が低すぎると、測定精度が低下する場合がある。更には、溶剤への溶解度が飽和となって正確な溶剤不溶分の含有割合が測定できない場合がある。一方、希釈倍率が高すぎる場合も、正確な溶剤不溶分の含有割合が測定できない場合がある。 The dilution ratio of the solvent with respect to heavy oil (weight of solvent / weight of heavy oil) is not limited, but is usually 100 to 10,000 times, preferably 500 to 5000 times, more preferably 1000 to 3000 times, and still more preferably 1200. It is desirable to be -2000 times. If the dilution factor is too low, the measurement accuracy may decrease. Furthermore, the solubility in a solvent becomes saturated, and the accurate content of solvent insolubles may not be measured. On the other hand, even when the dilution rate is too high, the accurate content of solvent-insoluble components may not be measured.
吸光度を測定する方法を採用する場合、冷却された重質油と溶剤との混合溶液(測定試料)に含まれる溶剤不溶分の含有割合は、可視光の波長から赤外光の波長領域の範囲で吸光度を測定することが可能な吸光光度計を用いて算出することができる。
すなわち、前記の測定試料に、可視光の波長から赤外光の波長領域における所定の1つの光を照射し、その波長における吸光度を計測し、その吸光度から溶剤不溶分の含有割合を算出することができる。また、前記の測定試料に、可視光の波長から近赤外光の波長領域の光と、赤外光とを照射し、それぞれの波長における吸光度を計測し、吸光度の比率から溶剤不溶分の含有割合を算出することもできる。
When the method for measuring absorbance is adopted, the content of the solvent-insoluble component in the mixed solution (measurement sample) of the cooled heavy oil and the solvent is in the range from the wavelength range of visible light to the wavelength range of infrared light. The absorbance can be calculated using an absorptiometer capable of measuring the absorbance.
That is, irradiating the measurement sample with a predetermined one light in the wavelength region of infrared light from the wavelength of visible light, measuring the absorbance at that wavelength, and calculating the content ratio of the solvent-insoluble content from the absorbance. Can do. In addition, the measurement sample is irradiated with light in the wavelength region from visible light to near-infrared light and infrared light, the absorbance at each wavelength is measured, and the solvent-insoluble content is contained from the ratio of absorbance. The ratio can also be calculated.
可視、近赤外又は赤外スペクトルに基づく吸光度の測定センサーを用いると、光やレーザー方式の測定法が不得意とする色調変化のある重質油にも適応できるので、コールタールピッチ類等のように多成分を含む重質油の溶剤不溶分測定に用いることができる。このような吸光度測定センサーとしては、(株)チノー製:IM series Model3192等が挙げられる。
吸光度測定に用いるセルは限定されず、市販の可視及び赤外分析用液体セルを用いることができる。また、フローセルを分光器に設置し、ここに試料を連続的に通過させて試料中の溶剤不溶分を連続的に測定することも可能である。
By using an absorbance measurement sensor based on visible, near infrared or infrared spectrum, it can be applied to heavy oils with color changes that are not good for light and laser measurement methods. Thus, it can be used for solvent insoluble content measurement of heavy oil containing multiple components. An example of such an absorbance measurement sensor is Chino Co., Ltd .: IM series Model 3192.
The cell used for the absorbance measurement is not limited, and a commercially available liquid cell for visible and infrared analysis can be used. Moreover, it is also possible to install a flow cell in a spectroscope and to continuously measure the solvent insoluble content in the sample by passing the sample continuously therethrough.
吸光度を測定する方法を採用する場合、測定波長領域として、400〜1500nm又は1700〜2500nmの領域を用いることが好ましい。具体的には、少なくとも400〜1500nmから選ばれる1波長(λ1)又は1700〜2500nmから選ばれる1波長(λ2)の何れかを測定試料に照射し、この測定試料を透過するスペクトルを検出
し、これより吸光度を算出する。
When the method for measuring absorbance is employed, it is preferable to use a region of 400 to 1500 nm or 1700 to 2500 nm as the measurement wavelength region. Specifically, the measurement sample is irradiated with either one wavelength (λ1) selected from at least 400 to 1500 nm or one wavelength (λ2) selected from 1700 to 2500 nm, and a spectrum transmitted through the measurement sample is detected. The absorbance is calculated from this.
上記の測定波長の中でも可視光〜近赤外光の領域としては、700〜1300nmの波長が好ましく、900〜1100nmの波長がより好ましく、950〜1050nmの波長が更に好ましい。溶剤としてキノリンを使用してQIを測定する場合、700nm未満の波長を用いると、キノリンの劣化による吸光度の変化を受け易い傾向にある。
上記の測定波長の中でも赤外光の領域としては、1800〜1900nm又は2000〜2150nmの波長が好ましい。赤外光の領域においてこれらの波長領域以外の領域、具体的には1400〜1600nm、1910〜1990nm、2200nmを超える波長を用いると、溶剤としてキノリンを使用してQIを測定する場合にキノリンの吸湿の影響を受けて吸光度が変化する傾向がある。
Among the above measurement wavelengths, the visible light to near infrared light region is preferably 700 to 1300 nm, more preferably 900 to 1100 nm, and even more preferably 950 to 1050 nm. When QI is measured using quinoline as a solvent, if a wavelength of less than 700 nm is used, it tends to be susceptible to a change in absorbance due to deterioration of quinoline.
Among the above measurement wavelengths, the infrared light region is preferably 1800 to 1900 nm or 2000 to 2150 nm. In the infrared light region, when a region other than these wavelength regions, specifically, a wavelength exceeding 1400 to 1600 nm, 1910 to 1990 nm, and 2200 nm is used, quinoline absorbs moisture when QI is measured using quinoline as a solvent. The absorbance tends to change under the influence of
吸光度を求める際、通常は溶剤又は空気を基準サンプルとしてあらかじめ測定しておき、これと測定試料の測定値より例えば、式(I)からそれぞれの波長に対応する吸光度Kλ1、Kλ2を計算する。そして、λ1又はλ2における吸光度(Kλ1、Kλ2)から溶剤不溶分含有割合の測定を行うことができる。また、λ1における吸光度(Kλ1)とλ2における吸光度(Kλ2)との比率(Kλ2/Kλ1)から、溶剤不溶分含有割合を算出することができる。 When obtaining the absorbance, usually, a solvent or air is measured in advance as a reference sample, and the absorbances Kλ1 and Kλ2 corresponding to the respective wavelengths are calculated from the measured value of the sample and the measured sample, for example, from the formula (I). Then, the solvent-insoluble content ratio can be measured from the absorbance (Kλ1, Kλ2) at λ1 or λ2. Further, the solvent-insoluble content ratio can be calculated from the ratio (Kλ2 / Kλ1) of the absorbance at λ1 (Kλ1) and the absorbance at λ2 (Kλ2).
可視光〜近赤外光領域の吸光度であるKλ1は溶剤の吸光度と関連付けられ、赤外光領域の吸光度であるKλ2は溶剤不溶分の吸光度と関連付けることができる。このためλ1、λ2の測定波長を適宜選択すれば、これらの比率(Kλ2/Kλ1)を尺度とすることで赤外吸収における温度の影響を低減することができ、溶剤不溶分の含有割合を一層正確に測定することが出来る。
上記の比率(Kλ2/Kλ1)から溶剤不溶分の含有割合を算出する場合、該比率が0.01〜1である測定試料を対象とすることが好ましく、0.015〜0.8であることがより好ましく、0.02〜0.6であることが更に好ましく、0.025〜0.4であることが更に好ましい。
Kλ1, which is the absorbance in the visible light to near infrared light region, is associated with the absorbance of the solvent, and Kλ2, which is the absorbance in the infrared light region, can be associated with the absorbance of the solvent insoluble matter. For this reason, if the measurement wavelengths of λ1 and λ2 are appropriately selected, the influence of temperature in infrared absorption can be reduced by using these ratios (Kλ2 / Kλ1) as a scale, and the content ratio of solvent-insoluble matter can be further increased. It can be measured accurately.
When calculating the content ratio of the solvent-insoluble component from the above ratio (Kλ2 / Kλ1), it is preferable to target the measurement sample having the ratio of 0.01 to 1, preferably 0.015 to 0.8. Is more preferably 0.02 to 0.6, and further preferably 0.025 to 0.4.
前記測定試料に含まれる溶剤不溶分の含有割合は、0.1重量%以上70重量%以下がよく、1重量%以上30重量%以下が好ましい。溶剤不溶分含有割合が低すぎると、測定試料の溶剤不溶分を測定するのに充分な吸光度を得ることができないという問題点を生じる場合がある。一方、溶剤不溶分の含有割合が高すぎると、照射する赤外線が受光部に到達しないという問題点を生じる場合がある。 The content of the solvent-insoluble component contained in the measurement sample is preferably 0.1% by weight to 70% by weight, and more preferably 1% by weight to 30% by weight. If the solvent-insoluble content is too low, there may be a problem that it is not possible to obtain sufficient absorbance to measure the solvent-insoluble content of the measurement sample. On the other hand, if the content ratio of the solvent-insoluble component is too high, there may be a problem that the infrared rays to be irradiated do not reach the light receiving unit.
前記の赤外分光器の光源から発信された所定波長のスペクトルは、試料溶液中の分子に吸収され減衰をしながら受光部に到達する。この受光部に到達した赤外線の透過光が試料溶液中の溶剤不溶分含有割合と比例関係にあることから、測定された透過光より吸光度を算出し、その得られた吸光度より溶剤不溶分含有割合を算出することができる。 The spectrum of a predetermined wavelength transmitted from the light source of the infrared spectrometer reaches the light receiving portion while being attenuated and attenuated by molecules in the sample solution. Since the infrared transmitted light reaching this light receiving part is proportional to the solvent-insoluble content in the sample solution, the absorbance is calculated from the measured transmitted light, and the solvent-insoluble content is determined from the obtained absorbance. Can be calculated.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない
限り、以下の実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.
<実施例1>
[熱交換器]
図1に示す構造に準じた熱交換器を用いた。熱交換器の詳細を以下に示す。熱交換器の伝熱管は、前後が重質油ライン(SUS316製)に接続されるとともに、その接続部に閉止弁(ボールバルブ)を設けた。
・伝熱管: 材質はSUS316であり、内径(D)10mm、管の厚み1mmの円管、冷媒中に浸漬されている伝熱管の長さ(L)は130cm(L/D=130,A/V=4.0cm−1)
・冷却槽: ±0.2℃で温度制御可能なヒーターを備え、かつ噴流攪拌機により槽内温度を均一に保てる容量約20Lの恒温槽
・冷媒: 石油系炭化水素で構成される鉱物油系熱媒(140℃における比熱が2.4kJ/kg・K)を約13.5L使用
・温度計: 伝熱管内部及び冷却槽内(冷媒に浸漬)に温度計(K型熱電対)を設置。当該温度計で測定された温度は、データロガーで記録。
<Example 1>
[Heat exchanger]
A heat exchanger according to the structure shown in FIG. 1 was used. Details of the heat exchanger are shown below. The heat exchanger tube of the heat exchanger was connected to a heavy oil line (manufactured by SUS316) at the front and back, and a closing valve (ball valve) was provided at the connection portion.
Heat transfer tube: The material is SUS316, the inner diameter (D) is 10 mm, the tube thickness is 1 mm, the length of the heat transfer tube immersed in the refrigerant (L) is 130 cm (L / D = 130, A / V = 4.0 cm −1 )
・ Cooling tank: A constant temperature tank with a capacity of about 20L equipped with a heater capable of controlling the temperature at ± 0.2 ° C and a uniform temperature inside the tank using a jet stirrer. Refrigerant: Mineral oil based heat composed of petroleum hydrocarbons. About 13.5L of medium (specific heat at 140 ° C is 2.4 kJ / kg · K) • Thermometer: A thermometer (K-type thermocouple) is installed in the heat transfer tube and in the cooling tank (immersed in the refrigerant). The temperature measured with the thermometer is recorded with a data logger.
[冷媒用温度調節器]
熱交換器の冷媒の温度制御を、以下の冷媒用温度調節器により行った。
・冷却器: 冷却能力200W(20℃)の高低温サーキュレータ
・冷媒: ポリエチレングリコール
・伝熱管: 材質はSUS316であり、内径(D)6mm、管の厚み1mmの円管
[Temperature controller for refrigerant]
The temperature control of the refrigerant in the heat exchanger was performed by the following refrigerant temperature controller.
・ Cooler: High / low temperature circulator with cooling capacity of 200W (20 ℃) ・ Refrigerant: Polyethylene glycol ・ Heat transfer tube: Material is SUS316, inner diameter (D) 6mm, tube thickness 1mm circular tube
[冷却方法及び結果]
予め熱交換器の冷媒の温度を135℃に調整し、冷却槽内で撹拌した。一方、冷媒用温度調節器の冷媒(ポリエチレングリコール)の温度を100℃に調整し、熱交換器の冷媒(鉱物油系熱媒)の温度が上昇した際に冷却調温可能な状態とした。
次いで310℃に調整した重質油(コークス製造設備から生成したコールタールピッチ(B型粘度計で測定した100℃における粘度:1284mPa・s)を重質油ライン配管から移送し、熱交換器の伝熱管内に流した。
重質油が伝熱管内に充填された時点で伝熱管前後の閉止弁を閉止し、重質油の流れを遮断した。
重質油の流れを遮断した時点を「時間ゼロ」とし、重質油の温度及び熱交換器の冷媒の温度を経時的に測定した。
重質油の温度が140℃に冷却された時点で冷却完了とした。その後、伝熱管前後の閉止弁を開き、パージガスとし窒素を圧入することにより、冷却された重質油を取り出した。
冷却時間と重質油の温度との相関を図2に示す。重質油の温度は、310℃から140℃まで4分2秒(242秒)で冷却することができた。
[Cooling method and results]
The temperature of the refrigerant in the heat exchanger was adjusted to 135 ° C. in advance and stirred in the cooling tank. On the other hand, the temperature of the refrigerant (polyethylene glycol) in the refrigerant temperature controller was adjusted to 100 ° C., and when the temperature of the refrigerant (mineral oil-based heat medium) in the heat exchanger rose, the temperature could be adjusted by cooling.
Next, the heavy oil adjusted to 310 ° C. (coal tar pitch generated from the coke production facility (viscosity at 100 ° C. measured with a B-type viscometer: 1284 mPa · s)) was transferred from the heavy oil line piping, and the heat exchanger It flowed into the heat transfer tube.
When the heavy oil was filled into the heat transfer tube, the shut valves before and after the heat transfer tube were closed to block the heavy oil flow.
The time when the heavy oil flow was interrupted was defined as “time zero”, and the temperature of the heavy oil and the temperature of the refrigerant in the heat exchanger were measured over time.
When the temperature of the heavy oil was cooled to 140 ° C., the cooling was completed. Thereafter, the closed valves before and after the heat transfer tubes were opened, and nitrogen was used as a purge gas to extract the cooled heavy oil.
The correlation between the cooling time and the heavy oil temperature is shown in FIG. The temperature of the heavy oil could be cooled from 310 ° C. to 140 ° C. in 4 minutes and 2 seconds (242 seconds).
<参考例>
重質油が流動している状態での冷却効率を検討するため、以下の通り、計算によって推測を行った。計算の前提を以下に示す。
[熱交換器]
シェルの内径が23mmの円管である二重管熱交換器とし、詳細を以下の通り設定した。
・伝熱管: 材質はSUS316(熱伝導度14J/m・s・K)、内径(D)10mm、管の厚み1mmの円管
・冷媒: 石油系炭化水素で構成される鉱物油系熱媒(135℃における粘度が2.45mPa・s、135℃における密度が0.783g/cm3、135℃における比熱が2
.4kJ/kg・K、135℃における熱伝導度が0.127J/m・s・K、汚れ係数0.000258m2・K/W)
[重質油]
コークス製造設備から生成したコールタールピッチ(100℃における粘度が1241mPa・s、100℃における密度が1.200g/cm3、100℃における比熱が1.34kJ/kg・K、100℃における熱伝導度が0.14J/m・s・K、汚れ係数0.004176m2・K/W)
<Reference example>
In order to examine the cooling efficiency in a state where heavy oil is flowing, estimation was performed by calculation as follows. The premise of the calculation is shown below.
[Heat exchanger]
It was set as the double pipe heat exchanger which is a circular pipe whose inner diameter of a shell is 23 mm, and the detail was set as follows.
・ Heat transfer tube: Material is SUS316 (thermal conductivity 14 J / m · s · K), inner diameter (D) 10 mm,
. 4kJ / kg · K, thermal conductivity at 135 ° C is 0.127J / m · s · K, dirt coefficient 0.000258m 2 · K / W)
[Heavy oil]
Coal tar pitch generated from coke production facility (viscosity at 100 ° C. is 1241 mPa · s, density at 100 ° C. is 1.200 g / cm 3 , specific heat at 100 ° C. is 1.34 kJ / kg · K, thermal conductivity at 100 ° C. Is 0.14 J / m · s · K, dirt coefficient 0.004176 m 2 · K / W)
<参考例1>
重質油の入口温度を310℃とした。冷媒の流量は1000kg/hr(278cm3/s)で一定とし、冷媒温度は熱交換器入口から出口に至るまで135℃で一定とした。
熱交換器長さを1.3mに設定し、重質油出口温度および重質油の境膜粘度を変数として収束計算を行った。
重質油の流量(流速)を変化させた際の、重質油の出口温度(冷却温度)の変化を図3に示す。また、その際の重質油が伝熱管を通過する時間に対する重質油の出口温度(冷却温度)を図4に示す。
図3及び図4より、重質油の流量を低下させ、伝熱管を通過する時間を長くすることにより、重質油の出口温度(冷却温度)は低下している。しかし、伝熱管の長さを実施例1と同様の1.3mとした条件下において、伝熱管の通過時間4分2秒での重質油の出口温度(冷却温度)は168℃となった。これは、重質油の流動を遮断した実施例1に比べて28℃高いことから、十分な冷却がなされていない。
なお、重質油の流量を更に低下させることによって、重質油の出口温度を下げることは計算上は可能であるが、実際は、そのような低い流量で安定的に送液することは困難である。
<Reference Example 1>
The heavy oil inlet temperature was 310 ° C. The flow rate of the refrigerant was constant at 1000 kg / hr (278 cm 3 / s), and the refrigerant temperature was constant at 135 ° C. from the heat exchanger inlet to the outlet.
The heat exchanger length was set to 1.3 m, and convergence calculation was performed using the heavy oil outlet temperature and the heavy oil film viscosity as variables.
FIG. 3 shows changes in the outlet temperature (cooling temperature) of the heavy oil when the flow rate (flow velocity) of the heavy oil is changed. Further, FIG. 4 shows the outlet temperature (cooling temperature) of the heavy oil with respect to the time during which the heavy oil passes through the heat transfer tube.
From FIG. 3 and FIG. 4, the outlet temperature (cooling temperature) of the heavy oil is lowered by reducing the flow rate of the heavy oil and extending the time for passing through the heat transfer tube. However, under the condition that the length of the heat transfer tube was 1.3 m as in Example 1, the outlet temperature (cooling temperature) of the heavy oil was 168 ° C. when the passage time of the heat transfer tube was 4 minutes and 2 seconds. . This is 28 ° C. higher than in Example 1 in which the flow of heavy oil is blocked, and thus sufficient cooling has not been achieved.
Although it is computationally possible to lower the heavy oil outlet temperature by further reducing the heavy oil flow rate, it is actually difficult to stably feed at such a low flow rate. is there.
<参考例2>
重質油の流量(流速)を20kg/hrで一定とし、熱交換器の伝熱管の長さを変化させた以外は参考例1と同様にして収束計算を行った。
伝熱管の長さを変化させた際の、重質油の出口温度(冷却温度)の変化を図5に示す。また、その際の重質油が伝熱管を通過する時間に対する重質油の出口温度(冷却温度)を図6に示す。
図5及び図6より、伝熱管を長くして、伝熱管を通過する時間を長くすることにより、重質油の出口温度(冷却温度)は低下している。しかし、重質油を310℃から140℃まで冷却するのに必要な伝熱管の長さは約40mであり、熱交換器を通過するのに10分54秒を要した。熱交換器の伝熱管を40mとすることは計算上は可能であるが、実際は重質油の送液が困難である。
<Reference Example 2>
Convergence calculation was performed in the same manner as in Reference Example 1 except that the flow rate (flow velocity) of heavy oil was constant at 20 kg / hr and the length of the heat transfer tube of the heat exchanger was changed.
FIG. 5 shows changes in the outlet temperature (cooling temperature) of the heavy oil when the length of the heat transfer tube is changed. Further, FIG. 6 shows the outlet temperature (cooling temperature) of the heavy oil with respect to the time during which the heavy oil passes through the heat transfer tube.
From FIG.5 and FIG.6, the exit temperature (cooling temperature) of heavy oil is falling by lengthening a heat exchanger tube and lengthening the time which passes a heat exchanger tube. However, the length of the heat transfer tube necessary for cooling the heavy oil from 310 ° C. to 140 ° C. was about 40 m, and it took 10 minutes and 54 seconds to pass through the heat exchanger. Although it is possible in calculation to set the heat transfer tube of the heat exchanger to 40 m, it is actually difficult to feed heavy oil.
1 熱交換器
2 伝熱管
3 冷却槽
4 重質油ライン配管(入口)
5 重質油ライン配管(出口)
6 冷媒ライン(入口)
7 冷媒ライン(出口)
8 閉止弁(重質油冷却用)
9 閉止弁(重質油冷却用)
10 閉止弁(パージ用)
11 閉止弁(パージ用)
A 重質油
B 重質油(冷却後)
C 冷媒
D パージガス
E 廃液
1
5 Heavy oil line piping (exit)
6 Refrigerant line (inlet)
7 Refrigerant line (exit)
8 Stop valve (for heavy oil cooling)
9 Stop valve (for heavy oil cooling)
10 Close valve (for purging)
11 Close valve (for purging)
A Heavy oil B Heavy oil (after cooling)
C Refrigerant D Purge gas E Waste liquid
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