JPS5922988A - 重質油の熱改質方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従来、常圧残油、減圧残油−熱分解重油一接触分解残油
一溶剤遍れき油、タールサンド油、シ工−ルオイル油な
どの石油系重質油まだはタール油、ピッチなどの石炭系
重質油を熱改質する際に、熱分解法が最も簡便かつ経済
的な方法として実用化されている。しかしながら−工業
規模で重質油を熱改質し一残渣の生成を抑え軽質油の得
率を上げるには種々問題があった。すなわち、既存法の
熱改質装置に代表されるディレートコ−カー法は一軽質
油を高収率で得ることができるが一二槽の反応槽を備え
たセミバッチプロセスで反応槽の運転は回分式である。

そのだめ残渣のコークスを取り出す際には一冷却してコ
ークス切出し作業を実施する必要があり１反応槽の加熱
・冷却の繰返し操作が避けられなかった。したがって運
転操作が繁雑にな如、製品の品質を均一に保つことが困
難であった。またセミバッチプロセスのだめ設備が複雑
になり、エネルギーロスも大のだめ経済的にも間頌があ
った。連続式熱分解装置のビスブレーカ−法は一木来の
目的が燃料油の粘度低下を主眼としているだめ軽質油の
得率が低く一残渣油が過剰に生成するという欠点があっ
た。さらに近年−原油の重質化と環境規制の強化にとも
なう軽質油に対する需要量の増大から一過剰な重質油の
処理が問題化されて以後、新しい重質油の熱改質法が種
々公表されている。たとえば−（１）特公昭５５−ｊ９
２７７号公報記載の方法は−常圧より低い圧力下寸たは
ガスの流通状態下で熱分解を行なう方法であるが、ディ
レートコ−カー法と同様に反応器は一二槽回分切換方式
のセミバッチプロセスである。

（２）特公昭５３−４３９６３号公報、特開昭５２−４
７００４号公１報記載の方法は一高渦の不活性ガスを吹
き込むことにより熱分解を行なう方法であるが、同様に
反応器は二種回分切換方式であり、さらにピッチの品質
の調整のため熟成槽が必要である。し）ずれの方法もデ
ィレートコ−カー法のバッチ捷たはセミバッチ方式に起
因する共通力問題点を持っている。また前型反応器を用
−た重質油の連続熱分解法も試みられているが一管内の
コーキングヲ防止する適当な手段が見い出されて因ない
。完全バッチ式反応槽や多槽連続反応槽方式も経済性、
運転性の点で問題が多す。

木発明者らは、以」二の問題点を解決すべく連続熱改質
法につ−て鋭意検月した結果−石油系重質油またに石炭
系重質油を６００〜５５０°Ｃ−望脣しくば３５０〜５
００°Ｃに予熱した後−隣接して相反する方向に回転す
る二本の主軸のそれぞれに推進翼−逆推進翼を設けて混
合帯−隔壁帯を形成し、軸方向に交互に組み合わせてな
る二軸反応装置に導入し、温度３５０〜５００°Ｃ−望
ましくは３．８０〜４５０　”Ｃで０．５〜２０時間、
望捷しくけ１〜３時間保持１．て熱改質し、軽質油−ガ
スの得率が高く軟化点が１５０°Ｃ以上のピッチを連続
的に得る技術を確立１−だ。

ピッチは常温で固化するので固体として取り扱がうこと
ができ一製鉄用強粘結炭代替品として使用可能であり一
燃焼用の固型燃料にも使用できる。

熱改質に際して軽質油の得率を高め高軟化点のピッチを
得るだめには、反応温度を高め反応滞在時間を長くとる
必要がある。通常は温度３５０〜５００°Ｃ１時間０．
５〜２０時間が一般的である。ピッチの生成を低く抑え
−できるだけ高じ軟化点のピッチを得るだめには−単に
熱分解反応たけでなく一所定温度で適当時間保持しつつ
縮重合反応を進める必要がある。軟化点３００°Ｃ以上
、ベンゼン不溶分量が６０％以上のピッチを得るために
は−反応滞在時間で最低１時間以北が望ましく一１時間
以内では反応温度が高温すぎてコーキングによる閉塞を
防止することが困難である。重質油の連続熱改質法に適
用される反応器に要求される条件は−（１）縮重合反応
を完結させるに必要な反応滞在時間が確保できる。（２
）反応器内の流体の流れをできるだけピストンフローに
近づける。（３）適当なコーキング防止手段を有する。

（４）適当なフォーミング防止手段を有する。などであ
り一木発明は上記の４条件を解決したものである。すな
わち、（１）項に関して、比較的長い滞在時間を維持す
るだめには一槽型反応器に比較して前型反応器は不利で
ある。本発明においては一所定反応滞在時間を維持する
だめに種型反応器を採用し一二本の回転軸のそれぞれに
回転翼を設けて混合帯、隔壁帯を作り一軸方向に交互に
組み合わせた内部装置を有する反応装置で流体のフロー
パターンを前型反応器のピストンフローに近づけること
に成功したものである。

以下、本発明の構成を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示すフロ
ーシートである。原料は加熱炉１にて所定の反応温度以
上の３００〜５５０°Ｃ−ｉで予熱され一連続式二軸反
応装置２に導入される。反応装置２内σ）温度を３５０
〜５００″Ｃの反応温度に維持するため、反応装置外周
は均熱炉６で直火または熱風により加熱される。反応装
置２内で熱分解・縮重合反応が進行し一生成した分解油
１分解ガスはキャリヤーガスとともに反応装置頂部から
抜き出され蒸留塔４に導入される。反応残渣は高軟化点
ピッチとして排出される。蒸留塔４ではガス、油が蒸留
・分離される。得られた分解油は金、属・力と−ボンな
どの不純物が少なく、接触分解または水添分解原料油と
して適しており一ピツチは製鉄用人造粘結炭または固体
燃料として使用可能である。

第２１図〜第５図は本発明におりて用いる連続式二軸反
応装置２を示して因る。第２図および第６図におｌて、
原料入口ノズル５から予熱された原料を投入し一軸周囲
に回転翼６（回転翼の形状については後で詳述する）を
有する二本の主軸７−８の逆方向の回転により一原料が
攪拌・混合され一所定の反応温度で熱分解・縮重合され
つつ排出部に移動し一発生した分解油−分解ガスは反応
器木体１０力頂部に設けられたガス抜きノズル１１から
ガス状で系外へ排出される。反応残渣は液状で排出装置
１２から排出される。さらにキャリヤーガスとして窒素
−スチームなどの不活性ガスまだは軽質炭化水素ガスを
反応器本体１０のガス入口ノズル１６から吹き込み一発
生した分解ガヌー分解油を同伴してガス抜きノズル１１
から排出する。

寸だ液滞留量を一定に保つだめ一液面検出装置１４によ
り連続して液面を検出し一排出装置１２で排出量を調節
する。１５はガス入口ノズル１６に連結されたガス吹込
み管で−このガス吹込み管１５は後述の混合帯に設けら
れ−吹き込まれたガスにより揮発液のストリッピングを
行なうとともに一流体の一層の均一攪拌を行ない一混合
帯での均一混合を促進する。１６＝１７は駆動部である
。

第４図は回転翼の構造−形状の一例を示している。本発
明にお−て用いる連続式反応装置２は一回転翼の構造、
形状に工夫を加え一攪拌・混合効果の大きい混合帯と堰
の役目を果す隔壁帯を入口側から出口側に向は軸方向に
交互に組み合わせ一↑体的な流体の流れをピストンフロ
ーにＭづけ一反応装置の連続化を図ったことに大きな特
徴がある。混合帯、隔壁帯それぞれの機能を以下に記載
する。回転翼は推進翼１８と逆推進翼２ｏの二種類で構
成される。推進翼１８は流体をｉ１１方へ送る機能を有
し、逆推進翼２０は流体を逆流させる機能を有する。な
お第４図における破線矢印は流体の流れ方向を示し２て
ｂる。混合帯は推進翼、逆推進翼の双方を交互に組み合
わせ、主軸７．８の逆方向の回転に伴い流体に前進・後
退・回転の三次元運動を生ぜしめ、流体の完全混合を得
るゾーンである。隔壁帯は混合帯間の混合を防止し一反
応装置全体としての流体のピストンフロー性を保持する
上できわめて重要である。隔壁帯は逆推進翼力みの組合
わせからなる逆推進部と一推進翼のみσ）組合わせから
なる推進部カニつのゾーンで構成される。逆推進部は上
流側の混合帯の流体が下流側の混合帯へ流入するのを防
止Ｌ、流体を上流側へ押し戻す機能を有ｔ〜　推進部は
下流側の混合帯の流体が上流側へ逆流するのを防止し、
流体を前方へ送る機能を有する。この機能の異なる推進
部、逆推進部を組み合わせて隔壁帯と１−１混合帯相互
間の混合を防止する隔壁効果を持たせたことが特徴であ
る。したがってそれぞれの混合帯の流体は１）ｉｌ後の
隔壁帯に遮断され、反応器へ流入してぐる液量に見合っ
た液量がオーバーフローで下流側へ移動して−〈カスケ
ードフローのため、反応装置全体と１−での流体の流れ
はピストンフロー性を保持して層る。

第４図における回転翼の配列は、説明を容易にするだめ
に示し／ζもので、第４図に示す配列で二本の主軸７．
８を逆方向に回転させると１回転翼同志が当接して好ま
しくない。実際には第５図に示すように一回転翼をずら
して配列し一二本の主軸７−８を矢印で示す方向に回転
しても一回転翼同志が当接しないように設計される。こ
のように本発明にお層て用すられる連続式二軸反応装置
２は一推進翼１８−逆推進翼２０の双方を、一方の主軸
に推進翼１８が位置し一他方の主軸の該推進翼に対応す
る位置に逆推進ｊｆ１２０が位置するように交互に組み
合わせて一生軸の回転に伴い流体に前進・後退・回転σ
）運動を生せしめる機能を有する混合帯を形成１−一さ
らに二本の主軸７−８の対応する位置に逆推進翼２０の
みを組み合わせてなる逆推進部と、推進翼１８のみを組
み合わせてなる推進部とを隣接して設けて」二流側の流
体が下流（ｔｉｌｌへ流入するのを防止し流体を」二流
側へ押し戻し一下流側の流体が上流側へ逆流するのを防
止し流体を前方へ送る機能を有するＩＩ茜壁・；１１を
形成り一反応器本体の入口側から出口側に向けて軸方向
に順次−混合帯と隔壁帯とを交互に複数組設けてなるこ
とを特徴としている。

反応器本体１０は一外面から加熱寸たは冷却可能な１１
４造となっており１反応の進行とともに加熱まだは冷却
が行なわれる。まだこび）反応装置２は一反応内容物が
液またはスラリーであって一粘度が反応とともに大幅に
変化する流体に適用される。

反応装置の構造と１−では−主軸７−８の機内長さをＬ
−回転Ｎ乙の外径をＤ−主軸７−８の直径をｄ−反応器
人体１０と回転Ｒ６とめ聞のクリアランスをＣ−主軸７
，８間の距離を℃とすると−Ｌ／Ｄ＝３〜２５ Ｄ／ｄ　＝　３．ＯＮ１．１ ｃ／Ｄ　＝　０．００５〜０．０３ σ）関係が成立するように設計するのが望まし−。

重質油を熱改質する場合−反応装置内で熱改質の進行と
ともに縮重合反応が進むため、ピッチ（反応残渣）の粘
度が上昇する。とくにピッチのベンゼン不溶分が７１０
％を超えると急激に粘度が上昇するため一層なるオーバ
ーフローでは流体の移動が困難になり一ついには反応装
置内部で滞留し閉塞尾至ることがある。そのため隔壁帯
での推進部と逆推進部の力のバランスを反応の進行とと
もに変える必要がある。すなわち反応装置人口部のベン
ゼン不溶分量が６０％以下の流体域では、逆推進部での
逆推進ノＪと推進部での推進力がバランスする回転翼を
有する隔壁帯とし、反応装置排出部のベンゼン不溶分量
が３０％を超える高粘性流体域では、推進部での推進力
が逆推進部での逆推進力を上寸わる隔壁帯を持つように
回転翼σ）形状および１１４成が決定される。推進カー
逆推進力σ）大きさは、主軸に対する回転翼の取付角度
ψ（第４図参照）、回転翼の周上σ）取付角度θ（第６
図参照）、および回転翼の面積−間隔一数で表わされる
。たとえば回転翼の取付角度θ−回転翼σ）数が太き−
程、推通力寸たけ逆推進力が人きくなる。

従来、過酷な熱改質反応を行なう際−反応残渣のベンゼ
ン不溶分が増加し流体粘度が急−上昇するだめへ連続で
液状で排出することが困難であった。

そのだめディレートコ−カーｆ）如く一バッチ方式で残
渣を冷却・固化させ切出し装置で固体で取り出すか一寸
だけ容器内を高圧に保持して圧力差で収り出すなどの手
段を要ｌ−１設備、操作が複雑になり経済性も不利であ
った。しだがって反応残渣のピッチを連続排出するだめ
には熱改質程度を低く抑えさるを得ず一ピッチ中のベン
ゼン不溶分量で３０〜４０％が工業規模装置でσ）限界
であった。

すなわち−できるだけ軽質油の得率を上げようとする重
質油σ）軽質化の観点からみると、熱改質程度を抑えら
れることは分解油−分解ガスの得率を上げることができ
ず一過剰なピッチの発生をまねくことも意味し一プロセ
スの経済性に非常に不利であった。本発明における反応
装置を用いれば、Ｊ−記の問題点を解決することができ
る。すなわち反応器本体内の内部装置に工夫を加え回転
翼で流体にｍ通力を与え、従来の重質油の連続熱改質法
では困何であった高ベンゼン不溶分量（ベンゼン不溶分
６０％以上）の高軟化点ピッチを連続して抜き出すこと
により、分解油、分解ガスの得率の高力重質油の熱改質
法を確立することができたのである。

また反応器本体の内面に発生するカーボンの堆積による
コーキングは、重質油の熱改質過程でのトラブルの最大
のものであるが、回転翼は堆積したカー　ボンを掻き取
る効果を有し一コーキング防止手段として非常に有効で
ある。さらに回転翼の回転により流体が攪拌されるので
、局部加熱によるカーボンデポジットを防止する上でも
有効である。回転翼の別の効果として破泡効果がある。

コーキングとともに重質油グ）熱改質過程で問題となる
現象にフォーミンク現象がある。重質油０）分解により
生成する分解ガス−分解油の蒸発時に、泡が発生して粘
度の上昇とともに生長１〜　遂には閉塞に至ることがあ
る。反応装置における回転翼は。

その機械的攪拌により生成する泡を破壊１〜　泡の生長
を抑制する効果を有する。

さらに混合帯の液中に液温と同−寸だけそれ以下の温度
で一窒素一スチームなどの不活性ガス寸だは軽質炭化水
素ガスを吹き込むことが一木発明の特徴をさらに強調す
る効果を奏する。すなわち、混合帯σ）Ｈ中にガスを吹
き込むと一混合が一層促進され反応に伴す生成する油を
速やかに系外へ排出し、反応速度を早める効果を自する
。すなわち−反応装置の前半部では熱分解反応が主体で
あり一反応により生成する分解油を吹込みガスσ）ヌｌ
−１１ツピンク効果で追い出して反応速度を早め一反応
装置の後半部では一未反応原料または未反応油を吹込み
ガスのストリッピングで反応液中から除去し均質な液に
保つ効果がある。さらにそれぞれσ）混合帯での吹込み
ガス量を変化させて反応条件を調節し所定の品質のピッ
チに合わせることが可能である。ただし隔壁帯中ヘガス
を吹込むことは一隔壁帯σ）木来持つ隔壁機能を乱すこ
とになるため有効ではない。さらに急激な昇温による激
しい発泡現象に対して回転翼のみでは充分な破泡効果が
期待できない場合でも、ガスの吹込みにより著し−破泡
効果が生じ発泡を抑えることができる。

つぎに本発明の実施例につ層て説明する。

実施例１ カフジ溶剤脱れきアヌファルｌ−（Ｒ＆　Ｂ軟化点１４
０°Ｃ）を３２０°Ｃに予熱し、７０２／ｈｒＦ）流量
で内容積５００　ｆ！、を有する二軸反応装置に張り込
み、反応装置内液温を３９０°Ｃに保持しながら連続的
に分解油−分解ガス−ピッチを抜き出しだ。カフジ溶剤
脱れきアスファルトの性状を表１に示す。得られた分解
油−分解ガス、ピツチグ）収率および運転条件を表２に
示す。

実施例２ カフジ減圧残油を３５０’Ｃに予熱して−１０Ｏｆ！、
／ｈｒの流量で内容積５００℃の二軸反応装置に張り込
み一反応装置内液温を、！ｌ　ｉ　Ｑ　”Ｃに保持しな
がら熱改質した。カフジ減圧残油の性状、得られた分解
油−分解ガス−ピッチの叙事および運転条件を表１、表
２に示す。

実施例３ コールタールピッチを３５０°Ｃに予熱シて−１００ｐ
、／ｈｒの流量で内容積５００１の二軸反応装置に張り
込み一反応装置内液温を４６０°Ｃに保持しながら熱改
質Ｉまた。コ−ルタールピッチの性状、得うれた分解油
、分解ガス、ピッチの収率訃よび運転条件を表１、表２
に示す。

なお実施例１＝　１３において用−だ二軸反応装置の回
転翼は一第５図に示すように配列されていた。

（以Ｆ余白） 表１ （以下余白） 表　２

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示すフロ
ーシート−第２図は本発明にお因で用いる反応装置の一
例を示す正面説明図−第３図は同横断面説明図−第４図
は第２図および第６図における回転翼の構造、形状の一
例を示す説明図−第５図は回転翼の配置例の詳細σ）−
例を示す展開図である。 １・加熱炉、２・・・反応装置−６・・均熱炉−４・蒸
留塔−５・・原利入ロノズル−６・・回転翼−７−８・
主軸−１０・反応器本体−１トガス抜きノ′−ｙニル−
１’ｌ・・・排出装置、１６・ガス入口ノズル−１４・
・液面検出装置、１５・・ガス吹込み管−１６゜１７・
・駆動部、１８・・−推進翼−２０・・逆准進翼特許出
願人　重質油対策技術研究組合 代理人弁理士塩出真− 第２図 第う図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　石油系重質油または石炭系重質油を３００〜５５０
   　’Ｃに予熱した後−隣接して相反する方向に回転する
   二本の主軸のそれぞれに推進翼−逆推進翼を設けて混合
   帯、隔壁帯を形成し、軸方向に交互に組み合わせてなる
   二軸反応装置に導入し一３５０〜５００°Ｃで０．５〜
   ２０時間保持して連続的に熱改質することを特徴とする
   重質油力熱改質方法。