KR100432293B1

KR100432293B1 - 가스 터빈 연료유 및 그 제조 방법 및 발전 방법

Info

Publication number: KR100432293B1
Application number: KR10-2001-7005384A
Authority: KR
Inventors: 오까다쯔요시; 마시꼬요시노리; 도꾸다신이찌; 사사끼도모요시; 이노마따마꼬또; 다누마도시오; 이무라고조
Original assignee: 닛끼 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2004-05-22
Also published as: EP1130080A4; ID29869A; US7276151B1; JP2000273467A; WO2000026325A1; TW467951B; EP1130080A1; BR9914885A; SA99200527B1; KR20010089377A; TR200101172T2; RU2203926C2; AR021040A1; JP5057315B2

Abstract

원유를 상압 증류하여 경질유와 상압 잔류 찌꺼기유로 분리하고, 경질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 제1 수소화 정제 공정을 행한다. 이 경우, 상압 증류탑으로부터 얻어지는 복수종의 경질유를 일괄하여 수소화 정제한다. 또, 상압 잔류 찌꺼기유를 경질 성분과 중질 성분으로 분리하고, 얻어진 경질 성분을 촉매의 존재하에서 제2 수소화 정제를 행하며, 그 정제유(경질 성분)를 제1 수소화 정제에 의해 얻어진 정제유와 혼합하고, 그 혼합유를 가스 터빈 연료유로서 사용한다.

Description

가스 터빈 연료유 및 그 제조 방법 및 발전 방법{GAS TURBINE FUEL OIL AND PRODUCTION METHOD THEREOF AND POWER GENERATION METHOD}

일반적으로 석유 화력 발전에 있어서는 원유 및/또는 중유를 보일러의 연료로 하여 고압 증기를 발생시키고, 이에 의해 증기 터빈을 회전시켜 발전을 행하고 있다. 그러나, 이 시스템은 발전 효율이 낮아 현재에서는 고효율의 대형 기름 보일러도 개발되어 있는데, 발전 효율로서는 40 % 전후에 그치고 있는 것이 현상이며, 대부분의 에너지는 회수되지 않고 온실 가스로서 방출되고 있다. 또, 동시스템으로부터의 배기 가스속에는 일정량의 SO_X가 존재하여 배연 탈황 처리는 되어 있기는 하지만, 일부분은 대기로 방출되어 환경에의 영향이 심각화되고 있다.

한편, 천연 가스를 열원으로 하여 가스 터빈을 회전시켜 발전하고, 가스 터빈의 고온 배기 가스로부터 배기열을 회수하여 증기를 발생시키며, 증기 터빈을 회전시켜 발전을 행하는 가스 터빈 병합 사이클 발전 시스템이 있다. 이 시스템은 발전 효율이 높고 또한 발전 단위당 CO₂발생량이 적으며, 배연속의 SO_X, NO_X의 배출량도 매우 적으므로 주목받고 있다. 그런데, 천연 가스를 원료로 하면 가스전으로부터 파이프 라인으로 발전 설비까지 수송하거나 또는 LNG를 저장, 기화시킨 후 가스 터빈에서 연소시켜야 하는 설비 비용이 높다는 문제가 있다.

이러한 점으로부터 원유를 원료로 하여 가스 터빈의 연료유를 제조하는 방법이 일본 특허 공개 평6-207179호 공보 및 특허 공개 평6-209600호 공보에 기재되어 있다. 전자의 공보의 기술은 염분 함유량을 0.5 ppm 이하로 조정한 저유황 원유를 상압 증류 또는 감압 증류로 분리하여, 유황 함유량이 0.05 중량% 이하인 저비점 잔류 성분으로 이루어지는 가스 터빈 연료유를 제조하는 방법이다. 또, 후자의 공보의 기술은 가스 터빈의 배기열을 이용하여 저유황 원유를 가열하고, 이어서 이 저유황 원유에 수소를 작용시켜 원유속의 유황 및 중금속의 함유량을 저감시켜 정제 원유를 회수하며, 이를 가스 터빈의 연료유로 하는 방법이다.

그런데, 환경 문제에의 배려로부터 배연속의 유황 화합물의 양을 최대한으로 억제하는 것이 필요해져 오고 있다. 이것은 배연 탈황 장치를 설치함으로써 해결할 수 있는데, 가스 터빈 연료유를 사용하여 발전을 행하는 경우, 배연 탈황 장치를 설치하면 압력 손실에 의해 발전 효율이 낮아져 버리므로, 가스 터빈 연료유속의 유황 함유량을 최대한으로 적게 할 필요가 있다. 이로 인해, 상술한 전자의 공보의 기술에서는 상압 증류 또는 감압 증류를 행하는 데 있어서 연소시키는 양이 상당히 제한되어 버리므로, 경질유 즉 가스 터빈 연료유를 다량으로 취하지 못해 저유황 원유인 중동 원유를 사용한 경우에도 원유에 대해 40 %대의 수율밖에 얻을 수 없다. 이 이상의 수율을 얻고자 하여 연소시키는 양을 증가시키면 유황 성분이많아져 버린다.

또, 일반적으로 입수가 용이하고 저렴한 유황 함유량이 많은 원유에 적용한 경우에는 동일한 양의 경질유를 회수하면 경질유속의 유황 함유량이 규정치를 초과하여 가스 터빈 연료유로서는 부적합해져서 회수율은 한층 더 저하시키지 않을 수 없으며, 기술적, 경제적으로 채용할 수는 없다.

한편, 후자의 공보에는 메탄올을 원료로 하여 수소를 발생시키고, 그 수소를 이용하여 원유를 수소화 정제하는 기술이 개시되어 있는데, 이것도 저유황 원유를 가정하고 있으므로, 유황 함유량이 많은 원유에 적용하는 데는 한계가 있다. 그리고, 수소화 정제의 대상이 증류한 경질유가 아니라 원유를 직접적으로 수소화 처리하므로, 프로세스 조건을 원유속의 중질유에 맞추어야 하는데, 그렇게 하면 반응 온도 및 압력을 높게 하고, 반응 시간(촉매와의 접촉 시간)도 길게 해야 한다. 그러나, 이 경우 원유속의 경질유의 분해가 너무 진행되어 가스 터빈 연료유속에 LPG 등이 다량으로 함유되고, 이로 인해 가스 터빈 연료유를 저장시킬 때 일부가 가스화되어 버리므로, 어느 정도의 가압 상태에 견디는 탱크가 필요해진다. 또한, 반응 온도 및 압력이 높으므로 수소화 처리를 행하는 반응 용기의 구조, 재료의 비용이 높아지는 데다가, 반응 시간이 길어지므로 촉매 담체부가 커져서 반응 용기가 대형화되고 촉매의 소비량도 많아진다.

본 발명은 예를 들어 가스 터빈 발전의 연료로서 사용되는 가스 터빈 연료유, 그 제조 방법 및 가스 터빈 연료유를 사용한 발전 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 일예를 도시한 설명도, 도2는 상기 시스템에 있어서 상압 증류탑으로부터의 경질유의 취출 방법의 다른 예를 도시한 설명도, 도3은 수소화 처리 장치의 일예를 도시한 설명도, 도4는 수소 플랜트의 요부의 일예를 도시한 설명도, 도5는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 다른 예를 도시한 설명도, 도6은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 또 다른 일예를 도시한 설명도, 도7은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 또 다른 하나의 예를 도시한 설명도, 도8은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 상기의 예 이외의 다른 예를 도시한 설명도, 도9는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 상기의 예 이외의 다른 예를 도시한 설명도, 도10은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 상기의 예 이외의 다른 예를 도시한 설명도, 도11은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 상기의 예 이외의 다른 예를 도시한 설명도, 도12는 도10에 도시한 부분 산화 설비의 일예의 개략을 도시한 설명도, 도13은 본 발명으로 얻어지는 가스 터빈 연료유의 사용 방법의 일예를 도시한 설명도이다.

본 발명은 이러한 사정하에 이루어진 것으로, 원료유에 대하여 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있는 가스 터빈 연료유를 제조하는 기술 및 그 연료유를 사용한 발전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 가스 터빈 연료유의 제조 방법은, 원료유인 원유를 상압 증류하여 경질유와 상압 잔류 찌꺼기유로 분리하는 상압 증류 공정과, 이 상압 증류 공정에서 얻어진 경질유를 일괄하여 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제1 수소화 처리 공정과, 상기 상압 잔류 찌꺼기유를 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류 공정, 용제 탈력(아스팔트 제거) 공정, 열분해 공정 및 수증기 증류 공정으로부터 선택되는 제1 분리 공정과, 이 제1 분리 공정에서 얻어진 경질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제2 수소화 처리 공정을 포함하고, 상기 제1 및 제2 수소화 처리 공정에서 얻어진 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 원료유에 대한 수율이 65 % 이상인 것을 특징으로 한다.

이 발명에서는 제1 분리 공정에서 얻어진 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 용제 탈력 공정 및 열분해 공정으로부터 선택되는 제2 분리 공정을 포함하고, 이 제2 분리 공정에서 얻어진 경질유에 대하여 제3 수소화 처리 공정을 행하도록 해도 된다. 또, 제1 수소화 처리 공정, 제2 수소화 처리 공정 및 제3 수소화 처리 공정 중 적어도 두 공정은 공통의 공정으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상압 증류 공정후에 제1 수소화 처리 공정을 행하고 있으므로, 상압 증류 공정에서는 경질유에 들어가는 유황이나 금속 성분의 양을 염려하지 않고 연소시킬 수 있다. 또, 제1 분리 공정후에 제2 수소화 처리 공정을 행하므로, 제1 분리 공정에 있어서도 유황이나 금속 성분의 양을 염려하지 않고 경질유를 다량으로 얻을 수 있도록 처리 조건을 결정할 수 있다. 이에 따라, 원료유에 대하여 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있다. 또, 목적물이 가스 터빈 연료유이므로, 제1 수소화 처리 공정은 상압 증류탑으로부터 얻어지는 복수종의 경질유를 일괄하여 수소화 처리하면 충분하며, 이와 같이 함으로써 설비 비용을 낮게 억제할 수 있다.

그리고, 가스 터빈 연료유의 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하이면 연소성이 양호하고, 금속 및 유황의 함유량이 상술한 바와 같이 극소량이면 연소 온도도 예를 들어 1300 ℃ 정도로 고온 연소를 행할 수 있다.

또, 본 발명은 제1 분리 공정에서 얻어진 중질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 중질유의 일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제4 수소화 처리 공정을 포함하고, 이 제4 수소화 처리 공정에서 얻어진 정제유를 가스 터빈 연료유로서 사용해도 된다.

그리고, 상술한 제1 분리 공정을 수소화 처리 공정(제5 수소화 처리 공정)으로 치환해도 되며, 이 경우 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류 공정, 용제 탈력 공정 및 열분해 공정으로부터 선택되는 제3 분리 공정을 포함하고, 이 제3 분리 공정에서 얻어진 경질유를 가스 터빈 연료유로서 사용해도 된다.

또, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 가스 터빈 연료유를 또 다시 상압 증류하여 경질의 가스 터빈 연료유와, 이 가스 터빈 연료유보다는 중질의 가스 터빈 연료유를 얻도록 해도 된다. 또, 상기의 분리 공정 중 최종 분리 공정에서 얻어진 중질유 또는 제4 수소화 처리 공정에서 얻어진 중질유는 보일러의 연료유로서 사용할 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 수소의 원료가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 원료유에 기초하여 얻어진 중질유, 예를 들어 제1 분리 공정에서 얻어진 중질유를 산소에 의해 부분 산화하여 수소를 생성하고, 이 수소를 수소화 처리 공정에서 사용하는 원료로 할 수 있다.

또, 본 발명은 원유를 상압 증류한 상압 잔류 찌꺼기유 및/또는 중유로 이루어지는 중질 원료유를 출발 물질로 해도 된다. 이러한 발명의 하나로서 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류, 용제 탈력, 열분해 및 수증기 증류의 각 공정으로부터 선택되는 제1 분리 공정과, 제1 분리 공정에서 얻어진 경질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제2 수소화 처리 공정을 포함하고, 얻어진 정제유인 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 중질 원료유에 대한 수율이 40 % 이상인 것을 특징으로 하는 방법을 예로 들 수 있다.

이 경우, 제1 분리 공정에서 얻어진 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 용제 탈력 및 열분해의 각 공정으로부터 선택되는 제2 분리 공정을 포함하고, 이 제2 분리 공정에서 얻어진 경질유에 대하여 제3 수소화 처리 공정을 행하여 정제유를 얻고, 이 정제유를 가스 터빈 연료유로 해도 된다. 또한, 제1 분리 공정에서 얻어진 중질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 중질유의 일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제4 수소화 처리 공정을 포함하고, 이 제4 수소화 처리 공정에서 얻어진 정제유를 가스 터빈 연료유로 해도 된다.

또 다른 발명으로서는 원유를 상압 증류한 상압 잔류 찌꺼기유 및/또는 중유로 이루어지는 중질 원료유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 중질유의 일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제5 수소화 처리 공정을 포함하고, 이 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 정제유인 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 중질 원료유에 대한 수율이 40 % 이상인 것을 특징으로 하는 방법을 예로 들 수 있다. 이 경우, 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류, 용제 탈력 및 열분해의 각 공정으로부터 선택되는 제3 분리 공정을 포함하고, 제3 분리 공정에서 얻어진 경질유를 가스 터빈 연료유로 해도 된다.

본 발명에 따르면, 원유를 상압 증류하고, 그 경질유에 대하여 수소화 처리를 행하는 동시에, 상압 잔류 찌꺼기유에 대하여 분리 처리 또는 수소화 처리를 행하고, 얻어진 경질유에 대하여 수소화 처리를 행하며, 그 정제유를 가스 터빈 연료유로 하고 있으므로, 품질이 높은 가스 터빈 연료유를 높은 수율로 얻을 수 있다.

이상에 있어서, 본 발명은 상술한 제조 방법에 의해 제조된 가스 터빈 연료유도 권리 범위에 포함되고, 또 이 가스 터빈 연료유를 연료로 하여 가스 터빈을구동시켜 발전을 행하는 공정과, 상기 가스 터빈으로부터 배출되는 고온 배기 가스를 배기열 회수 보일러의 열원으로 하고, 이 배기열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 증기 터빈을 구동하여 발전을 행하는 공정을 포함하는 발전 방법도 권리 범위로 하는 것이다.

도1은 본 발명의 가스 터빈 연료유의 제조 방법을 실시하기 위한 시스템을도시한 설명도이다. 이하에 설명하는 각 실시 형태에서는 수소화 처리 공정이 행해지는데, 처리를 행하는 단계에 따라서 제1 내지 제5 수소화 처리 공정으로서 기재되어 있다. 이들 수소화 처리 공정에서 얻어진 가스 터빈 연료유는 일반적으로 혼합하여 사용되며, 각 실시 형태에서는 혼합한 경우를 예를 들어 설명해 가지만, 본 발명은 혼합하지 않고 각각 개별의 가스 터빈 연료유로서 사용해도 된다.

원료유(1)로서는 원유가 사용되고, 원료유는 우선 탈염 처리부(11)에서 종래의 석유 정제 시설에 의해 행해지고 있는 조건으로 탈염 처리된다. 이 처리는 원료유를 물과 혼합하여 수상(水相)에 염분, 진흙 성분을 이행시키고, 결과적으로 가스 터빈에 악영향을 미치는 알칼리 금속을 제거한다. 탈염 처리된 원료유는 상압 증류탑(2)으로 보내져서, 예를 들어 340 내지 370 ℃보다도 비점이 낮은 경질유(21)와 비점이 이를 초과하는 잔류 찌꺼기유(상압 잔류 찌꺼기유)(22)로 분리된다. 분리된 경질유(21)는 제1 수소화 처리 장치(3)로 보내진다.

여기서, 일반 석유 정제 시설의 상압 증류탑(2)에 있어서는 경질유 중에서 비점이 높은 것부터 낮은 것까지 있으므로, 등유, 가솔린 등과 같은 상태로 몇 군데의 비점 영역마다 잔류 성분을 취출하고, 탑의 상부로부터 하방에 걸쳐서 차례로 잔류 성분의 취출구를 형성하고, 각각의 취출구로부터 목적으로 하는 경질유를 취출하고 있는데, 이 실시 형태에서는 예를 들어 탑 상부로부터 경질유를 일괄하여 취출하고, 즉 각 잔류 성분이 혼합되어 있는 상태로 취출하여 수소화 처리 장치로 보내고 있다. 단, 도2에 도시한 바와 같이, 일반 상압 증류탑(2)과 같이 복수의 취출구로부터 각 비점 영역의 잔류 성분을 취출하여(도2의 예에서는 4개의 취출구로부터 취출하고 있음) 이들을 합류시켜 수소화 처리 장치(3)로 보내고, 여기서 일괄하여 수소화 처리를 행하여도 된다.

이 점에 대하여 또 다시 기술하면, 일괄 탈황 자동차 연료유의 제조의 경우, 가솔린, 등유, 경유의 각각에서 탈황의 정도가 다르며, 온도, 압력, 촉매 등의 운전 조작 조건이 다르다. 한편, 비점이 예를 들어 350 ℃보다도 낮은 경질유를 일괄하여 탈황하여 가스 터빈 연료유를 제조하는 경우에는 전체적으로 가스 터빈 연료유의 사양에 일치시키면 되며, 각 운전 조건 등은 제유소에서의 조건과는 상당히 다른 것이다. 따라서, 이미 기술한 바와 같이 상압 증류탑(2)으로부터의 경질유를 일괄하여 즉 공통의 장치로 수소화 처리를 행할 수 있다.

즉, 상압 증류 프로세스에서는 비점이 다른 복수종의 경질유가 얻어지는데, 목적물이 가스 터빈 연료유이므로, 이들 경질유를 일괄하여 수소화 처리 장치로 처리할 수 있고, 이와 같이 일괄 처리를 행함으로써 설비의 비용을 낮게 억제할 수 있다. 또, 본 발명의 시스템에서 적용하는 수소화 처리 기술은 자동차 연료를 생산하는 제유소에서의 수소화 처리 공정과는 다르며, 예를 들어 자동차 연료유에서는 수소화를 행할 때의 오일의 착색이 문제로 되고, 이를 억제하기 위해 저온, 고압으로 운전하지만, 가스 터빈 연료유에서는 색상에서도 문제가 없으므로 고온 운전이 가능해지며, 따라서 저압 운전에 의한 반응기의 비용 삭감이 가능해지고, 이 점으로부터도 설비 비용을 낮게 억제할 수 있다.

이어서, 수소화 처리 장치(3) 및 그 공정에 대하여 도3을 참조하면서 기술하면, 경질유(21)는 가압된 수소 가스와 혼합되고, 반응탑(31)의 상부로부터반응탑(31) 내에 공급된다. 반응탑(31) 내에는 담체에 촉매를 담지한 촉매층(32)이 형성되고, 경질유(21) 및 수소 가스는 이 촉매층(32)을 통과하여 반응탑(31)의 바닥부로부터 액체 이송관(33)을 거쳐서 고압 탱크(34) 내로 유입된다. 경질유(21)에 함유되는 즉 탄화수소 분자속에 들어가 있는 미량의 바나듐, 니켈, 납 등의 중금속류(금속 성분은 주로 경질유에 함유되어 있으므로 극히 미량임)와, 유황 및 질소는 경질유(21) 및 수소 가스가 촉매층(32)을 통과할 때 수소와 반응하여 탄화수소 분자로부터 이탈하고, 금속 성분은 촉매 표면에 흡착되며, 유황이나 질소는 수소와 반응하여 각각 황화수소, 암모니아로 된다. 또, 알칼리 금속은 오일 성분속에 함유되는 약간의 수분속에 용해되어 있거나 또는 염의 형태로 존재하는데, 촉매 표면에 의해 흡착된다.

그리고, 반응탑(31)의 바닥부로부터는 예를 들어 30 내지 80 kg/㎠나 되는 고압 가스와 오일의 혼합 유체가 배출되고, 고압 탱크(34)에서 수소 가스가 분리된다. 수소 가스는 압축기(CP)에 의해 승압되어 반응탑(31) 내로 순환 공급된다. 한편, 고압 탱크(34)에서 분리된 액체 성분은 압력 조정 밸브(PV)를 거쳐서 저압 탱크(35) 내로 보내져서 압력이 예를 들어 10 내지 30 % 정도 저하되고, 이로 인해 액체(오일)속에 용해되어 있는 황화수소나 암모니아 등의 액화 가스가 기화된다. 이렇게 하여 분리된 액체, 즉 정제유는 가스 터빈 연료유로 된다. 도면 부호 35a는 펌프이다. 또, 저압 탱크(35)에서 분리된 가스속에는 미반응 수소 가스 이외에 황화수소, 암모니아 등의 수소화된 화합물이 함유되고, 또한 탄화수소 분자의 일부가 끊어져서 생성된 메탄, 액화 석유 가스 잔류 성분으로부터 경질 나프타까지의경질유(여기서 일컫는 경질유는 상기 경질유(21)에 비해 한층 더 경질인 성분임)도 함유되어 있다. 상기 탱크(35)에서 분리된 가스는 불순물 제거부(36)에서 그 가스에 함유되어 있는 황화수소, 암모니아가 제거된다.

불순물 제거부(36)는 예를 들어 황화수소나 암모니아를 흡수하기 위한 흡수액 층을 형성하고, 이 속에 가스를 통과시킴으로써 불순물이 제거된다. 이렇게 하여 불순물이 제거된 가스는 미반응 수소 가스 및 메탄 등의 탄소수가 적은 경질유의 혼합 가스이며, 이 혼합 가스(42)를 수소 플랜트(4)로 보내어 혼합 가스(42) 속의 경질유를 수소 가스의 제조 원료로서 사용한다. 또, 상압 증류탑(2)에서 분리된 경질유(21)의 일부도 수소 플랜트로 보내어 수소 가스의 제조 원료로서 사용한다. 또, 수소 가스의 제조 원료를 중유로 한정하는 경우에는 시동을 걸 때만 외부로부터 나프타를 도입하여 운전하는 경우도 있다.

한편, 이미 기술한 바와 같이 반응탑(31)에 공급되는 수소 가스는 순환하여 사용되는데, 이 순환로(37)의 가스속의 수소 가스는 점점 감소하고, 한편 메탄 등의 경질유는 점점 증가한다. 이에 의해, 수소 가스의 비율이 적어지는 것을 방지하기 위해, 수소 플랜트(4)로부터 순환로(37)에 수소 가스(41)를 보충하여 수소화 처리가 확실하게 행해지도록 하고 있다.

도4는 수소 플랜트(4)의 요부를 도시한 도면이다. 이 수소 플랜트(4)는 연료 가스를 연소하는 연소로(43) 속에 반응관(44)을 설치하여 이루어지고, 메탄 등의 경질유와 수증기를 반응관(44) 속에 통과시켜 경질유를 수증기로 개질하여 수소를 생성하는 동시에 일산화탄소를 부생성한다. 그리고, 이 가스로부터 일산화탄소및 미반응 경질유를 변성 또는 제거하여 수소 가스를 얻는다. 여기서 행해지는 제거 처리(정제)에 대해서는 예를 들어 PSA(압력 변동 흡착 분리법), TSA(온도 변동 흡착 분리법), 심랭 분리법 또는 막 분리법 등을 이용할 수 있다.

여기서, 본 발명의 제1 내지 제5 수소화 처리 공정은 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시키고, 1) 유황 화합물 등 불순물의 제거를 목적으로 하는 수소화 탈황, 2) 불포화 탄화수소의 포화 등에 의한 성상의 개량을 목적으로 하는 수소화 정제, 3) 오일 성분의 경질화를 목적으로 하는 수소화 분해 중 어떠한 반응을 포함해도 되며, 제1 수소화 처리 공정은 상기 1)을 주된 목적으로 하고, 제2 및 제3 수소화 처리 공정은 1), 2)를 주된 목적으로 하고, 제4 및 제5 수소화 처리 공정은 1) 내지 3) 모두를 주된 목적으로 하고 있다.

제1 수소화 처리 장치(3)로 행해지는 프로세스에 대하여 기술하면, 종래의 석유 정제에서는 경질유 잔류 성분속의 나프타, 등경유 등을 각각 대상으로 하여 좁은 비점 범위의 잔류 성분을 수소화 처리하고 있는 데 반해, 본 발명에서는 상압 증류탑으로 증류된 잔류 성분의 전체를 일괄하여 수소화 처리한다. 따라서, 수소화 처리량이 대폭 증가하며, 종래와는 크게 다르다. 수소화 처리의 수소 가스의 압력, 반응 온도 등의 조건에 대해서는 오일 종류, 목적 정제도 등에 따라서 온도 330 내지 380 ℃, 수소 가스의 압력 20 내지 80 kg/㎠에서 선택할 수 있으며, 특히 수소 가스의 압력을 30 내지 70 kg/㎠의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 촉매는 종래 공지의 수소화 처리 촉매를 임의로 선택할 수 있는데, Ni, Mo, Co의 황화물을 알루미나에 담지한 촉매가 바람직하다. 아라비안 라이트유를 사용한 경우,수소 가스의 압력을 예를 들어 30 내지 50 kg/㎠로 설정함으로써 가스 터빈 연료유의 유황 농도를 450 ppm 이하, 질소 농도를 30 ppm 이하로 할 수 있는데, 수소 가스의 압력을 40 내지 70 kg/㎠까지 높이면 오일 성분의 분자에의 수소의 충돌 에너지가 커지므로, 유황 농도 및 질소 농도를 각각 200 ppm 이하 및 20 ppm 이하로까지 억제할 수 있다.

한편, 상기 상압 증류탑(2)에 의해 분리된 잔류 찌꺼기유(상압 잔류 찌꺼기유)(22)는 감압 증류탑(5)으로 보내지며, 여기서 상압 잔류 찌꺼기유 중에서도 가벼운 성분인 예를 들어 상압 비점으로 565 ℃보다도 낮은 경질유(감압 경질유)(51)와, 무거운 성분인 상압 비점이 이를 초과하는 중질유(감압 잔류 찌꺼기유)(52)로 분리된다. 경질유(51)는 제2 수소화 처리 장치(6)로 보내져서 수소화 처리된다.

이 제2 수소화 처리 장치(6)에서 사용되는 수소 가스는 상기 수소 플랜트(4)로부터 공급되고, 또 제2 수소화 처리 장치(6)에 의해 얻어진 메탄 등의 탄소수가 낮은 가스는 수소 플랜트(4)에 제조 원료로서 보내진다. 또, 제2 수소화 처리 장치(6)에 있어서의 수소 가스의 압력을 30 내지 60 kg/㎠로 하면 이미 기술한 아라비안 라이트유를 원료로 한 경우, 유황 농도 및 질소 농도를 각각 2000 ppm 이하 및 200 ppm 이하로 할 수 있지만, 수소 가스의 압력을 50 내지 100 kg/㎠로 하면 유황 농도 및 질소 농도를 각각 1000 ppm 이하 및 100 ppm 이하로까지 억제할 수 있다.

이렇게 하여 제2 수소화 처리 공정에서 얻어진 경질유는 제1 수소화 처리 장치(3)에 의해 얻어진 경질유(가스 터빈 연료유)와 혼합하여(혼합 공정) 가스 터빈연료유로서 이용한다.

감압 증류탑(5)에서 분리된 중질유(감압 잔류 찌꺼기유)(52)는 용제 탈력 장치(용제 추출 장치)(71)로 경질유인 탈력유(72)와 중질유인 탈력 잔류 찌꺼기유(73)로 분리된다. 이 분리는 예를 들어 탑의 상부 및 하부로부터 각각 감압 잔류 찌꺼기유(52) 및 용제를 공급하여 이들을 흐름을 따라서 접촉시키고, 감압 잔류 끼꺼기유(52) 속의 경질유와 중질유를 용제에 대한 용해도의 차이에 의해 분리함으로써 행해진다.

분리된 탈력유(72)는 상기 감압 증류탑(5)으로부터의 경질유(51)와 혼합되어 제2 수소화 처리 장치(6)에 공급된다. 탈력 잔류 찌꺼기유(73)는 필요에 따라서 점도가 조정된 후, 중유 원료 또는 보일러 연료유로서 이용한다.

이상에 있어서, 이 실시 형태에서 행해지는 처리와 특허 청구 범위에 있어서의 공정을 대응시켜 두면, 제1 수소화 처리 장치(3)로 행해지는 처리 및 제2 수소화 처리 장치로 행해지는 처리는 각각 제1 수소화 처리 공정 및 제2 수소화 처리 공정에 상당하고, 감압 증류탑(5)으로 행해지는 감압 증류 및 용제 탈력 장치(71)로 행해지는 처리는 각각 제1 분리 공정 및 제2 분리 공정에 상당한다.

상술한 실시 형태에 의해,「발명의 개시」항목에서 기술한 성분 규정을 만족하는 가스 터빈 연료유가 얻어진다. 그리고, 상압 증류 공정 및 감압 증류 공정후에 각각 수소화 처리 공정을 행하고 있으므로, 각 증류 공정에서는 유황이나 중금속 성분의 양을 염려하지 않고 연소시킬 수 있으므로 경질유를 다량으로 취할 수 있으며, 결과적으로 원유를 원료유로 한 경우에는 원유에 대하여 65 % 이상, 바람직하게는 70 내지 90 %(중량비)와 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있다. 또, 상압 증류 잔류 찌꺼기 및/또는 중유로 이루어지는 중질 원료유를 출발 원료유로 한 경우에는 중질 원료유에 대하여 40 % 이상, 바람직하게는 40 내지 75 %(중량비)로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있다.

구체적으로는, 원료유로서 원유(100)을 상압 증류탑(2)에 공급했다고 하면 경질유(60), 상압 잔류 찌꺼기유(40)의 비율로 증류를 행할 수 있고, 상압 잔류 찌꺼기유(40)에 대하여 감압 증류탑(5)에서 경질유(20), 감압 잔류 찌꺼기유(20)의 비율로 증류할 수 있다. 그리고, 감압 잔류 찌꺼기유(20)에 대하여 용제 탈력 장치(71)로 탈력유(10), 탈력 잔류 찌꺼기유(10)의 비율로 처리할 수 있다. 원유를 출발 원료유로 한 경우에는 가스 터빈 연료유를 경질유(60), 감압 경질유(20) 및 탈력유(10)의 합계로 90 %의 수율이 된다. 탈력 처리를 실시하지 않는 경우에 있어서도 80 %의 수율이다. 본 발명에 있어서는 원료유의 종류의 상이에 따른 폭을 고려하여 원유를 출발 물질로 한 경우에는 65 % 이상, 바람직하게는 70 내지 90 %의 수율로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있다.

또, 상압 잔류 찌꺼기유 및/또는 중유로 이루어지는 중질 원료유(100)을 출발 물질로 한 경우에는 감압 증류탑(5)에서 경질유(50), 감압 잔류 찌꺼기유(50)으로 증류할 수 있고, 그리고 감압 잔류 찌꺼기유(50)을 용제 탈력 처리 장치(71)에 의해 탈력유(25), 탈력 잔류 찌꺼기유(25)를 얻을 수 있다. 따라서, 중질 원료유의 출발 물질에서는 가스 터빈 연료유가 감압 경질유(50), 용제 탈력유(25)의 합계로서 75 %의 수율이며, 탈력 처리를 행하지 않는 경우에도 50 %의 수율로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있다. 또, 도1에 있어서는 중유를 탈염 처리부(12)에서 탈염 처리하여 감압 증류탑(5)에 공급하는 경우가 점선으로 도시되어 있다. 본 발명에 있어서는 원료유의 종류의 상이에 따른 폭을 고려하여 상기 중질 원료유를 출발 물질로 한 경우에는 40 % 이상, 바람직하게는 40 내지 75 %의 수율로 가스 터빈 연료유를 얻을 수 있다.

또, 원유를 그대로 수소화 처리하는 것이 아니라 증류 공정후에 경질유에 대하여 수소화 처리를 행하므로, 반응 조건은 경질유에 맞추면 되고, 따라서 반응 압력, 온도는 그다지 높게 하지 않아도 되며, 반응 시간도 짧아지게 되어, 설비를 그 만큼 간소화할 수 있다. 그리고, 가스 터빈 연료유를 목적으로 하고 있으므로, 이미 기술한 바와 같이 증류 공정에서 얻어진 각 잔류 성분에 대하여 수소화 처리를 행하지 않고 이들을 일괄하여 수소화 처리할 수 있으며, 이렇게 함으로써 수소화 처리를 행하고 있다고는 해도 전체적으로는 간단한 프로세스로 행할 수 있다.

이상에 있어서, 도1에 점선으로 도시한 바와 같이 감압 증류탑(5)에 중유를 공급해도 되고, 도면에는 도시되어 있지 않지만 용제 탈력 장치(71)에 중유를 공급해도 된다. 이러한 공급은 본 발명인 상압 증류탑(2)에 원유를 공급하여 행해지는 일련의 공정에 영향을 미치는 것은 아니다. 즉, 이 경우도 원유에 기초하여 얻어진 가스 터빈 연료유의 양에 대해서 보면 해당 원료유에 대한 수율에 영향을 미치는 것은 아니며, 추가 원료(중유)에 대응하여 가스 터빈 연료유의 양이 증가하는 데 불과하고, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나는 것은 아니다.

또, 본 발명에서는 제2 분리 공정에서 얻어진 경질유, 즉 용제 탈력장치(71)에 의해 얻어진 탈력유(72)를 제2 수소화 처리 장치(6)로 처리하는 것으로 한정되는 것이 아니라, 개별로 설치한 제3 수소화 처리 장치(60)로 처리하도록(제3 수소화 처리 공정) 해도 된다. 도1의 실시 형태와 같이 제2 수소화 처리 공정 및 제3 수소화 처리 공정을 공통화하면 반응 조건은 중질유측에 맞추어야 하므로, 수소 압력은 예를 들어 50 내지 150 kg/㎠가 되고, 개별적으로 행하면 수소 압력은 각각 예를 들어 50 내지 80 kg/㎠, 80 내지 200 kg/㎠가 된다. 개별적으로 행하면 반응 조건이 까다로운 제3 수소화 처리 공정에서의 처리량은 적으므로, 고압에 견딜 수 있는 반응 용기 등을 소형으로 할 수 있다는 잇점은 있지만, 설비의 규모 등에 따라서 종합적으로 유리한 구성을 채용하면 된다.

또, 본 발명에서는 예를 들어 도5에 도시한 바와 같이 제1 내지 제3 수소화 처리 공정을 행하는 경우, 제1 수소화 공정 및 제3 수소화 공정을 공통의 공정으로 해도 되고, 제1 내지 제3 수소화 처리 공정을 공통의 공정으로 해도 된다.

본 발명은 상압 증류 장치(2)의 잔류 찌꺼기유(22)를 분리하는 제1 분리 공정을 행하는 방법으로서는 감압 증류로 한정하지 않고 수증기 증류법, 용제 탈력법 또는 잔류 찌꺼기유(22)를 예를 들어 430 내지 490 ℃까지 가열하여 열에너지에 의해 탄화수소 분자를 절단하여 경질유와 중질유를 얻는 열분해법 등이더라도 상관없다. 도6은 제1 분리 공정을 용제 탈력법에 의해 행하는 실시 형태를 도시한 도면이며, 상압 잔류 찌꺼기유(22)를 용제 탈력 장치(81)에 공급하고, 앞서의 실시 형태에서 기술한 바와 같이 상압 잔류 찌꺼기유(22) 중에서도 경질인 경질유(용제 탈력유)(82)와 중질인 중질유(용제 탈력 잔류 찌꺼기유)(83)로 분리하여, 경질유(82)를 제2 수소화 처리 장치(6)에 공급하고 있다.

도6의 실시 형태에서는 제2 분리 공정을 행하고 있지는 않지만, 용제 탈력 잔류 찌꺼기유(83)에 대하여 도1의 실시 형태와 같이 제2 분리 공정을 행하여도 된다. 제2 분리 공정은 이미 기술한 열분해 공정이더라도 상관없다.

또, 제1 분리 공정에서 분리된 중질유에 대하여 수소화 처리를 행하여도 된다. 도7은 이러한 실시 형태를 도시한 도면이며, 용제 탈력 장치(81)에 의해 분리된 중질유(탈력 잔류 찌꺼기유)(83)를 제4 수소화 처리 장치(91)에 공급하여, 경질유(92)와 중질유(93)로 분리한다. 이 제4 수소화 처리 장치(91)는 도3에 도시한 장치의 후방단에 설치되고, 경질유(92)와 중질유(93)로 분리하기 위한 증류 장치, 예를 들어 상압 증류 장치나 감압 증류 장치를 포함하고 있다.

이러한 실시 형태에 따르면, 제1 분리 공정(이 예에서는 용제 탈력 공정)에서 분리된 중질유로부터도 가스 터빈 연료유를 얻고 있으므로, 원료유로부터의 가스 터빈 연료유의 회수율이 보다 높다는 잇점이 있다. 또, 원료유의 일부를 용제 탈력 장치(81)에 의해 분리된 중질유(83)와 혼합하여 제4 수소화 처리 장치(91)에 공급해도 된다.

또한, 본 발명에서는 도8에 도시한 바와 같이 상압 증류 공정에서 분리된 잔류 찌꺼기유(22)를 제5 수소화 처리 장치(101)에 공급하고, 여기서 제5 수소화 처리 공정인 수소화 처리를 행하여 경질유(102)와 중질유(103)로 분리하며, 경질유(102)를 제1 수소화 처리 장치(3)에 의해 얻은 가스 터빈 연료유와 혼합하여 이용하도록 해도 된다. 이 제5 수소화 처리 장치(101)에 대해서도 제4 수소화 처리 장치(91)와 마찬가지로 증류 장치가 포함되어 있다.

또, 중질유(103)는 용제 탈력 장치(111)에 공급되어, 경질유(탈력유)(112)와 중질유(탈력 잔류 찌꺼기유)(113)로 분리된다. 분리된 경질유(112)는 예를 들어 제5 수소화 처리 장치(101)에 의해 얻어진 경질유(102)와 혼합하여 가스 터빈 연료유로서 이용하고, 중질유(113)는 예를 들어 보일러 연료로서 이용된다. 또, 제3 분리 공정은 용제 탈력 공정으로 한정하지 않고 이미 기술한 열분해 공정이나 감압 증류 공정 등이더라도 상관없다. 이러한 실시 형태에 있어서도 원료유로부터의 가스 터빈 연료유의 회수율을 65 % 이상 바람직하게는 70 내지 90 %로 할 수 있다. 또, 도7 및 도8에서 기술한 제4 또는 제5 수소화 처리 장치(91)(101)에 있어서도 여기서 생성된 메탄 등의 경질유(기체)는 수소 플랜트(4)로 보내져서 수소 가스의 제조 원료로서 사용된다.

또, 본 발명은 상압 증류탑(2)에서 얻어진 경질유(21)와 감압 증류탑(5)에서 얻어진 경질유(감압 경질유)(51)를 각각의 수소화 처리 장치로 처리하는 대신에, 도9에 도시한 바와 같이 이들을 혼합하여 동일한 수소화 처리 장치(61)로 수소화 처리를 행하여도 된다. 즉, 이 경우 도1의 실시 형태에 있어서 제1 수소화 처리 장치(3) 및 제2 수소화 처리 장치(6)를 공통화한 것이 된다. 일반적으로, 수소화 처리의 반응 조건은 원료속의 중질유에 맞추어 설정하고, 이 예에서는 중질유는 경질유(감압 경질유)(51)에 상당한다. 따라서, 원료속의 경질유(21)와 감압 경질유(51)의 중량비(용량비)에 있어서, 경질유(21)의 비율을 낮게 하여 이들을 일괄하여 처리함으로써 경질유 수소화 처리 장치를 생략할 수 있으며, 비용을 삭감할수 있다. 또, 경질유(21)의 비율이 높으면[즉, 감압 경질유(51)의 비율이 낮으면] 반응 조건을 소량의 중질유[감압 경질유(51)에 상당함]에 맞추어 설정하므로, 반응기 설계치가 엄격해져서 경제 효과가 발생하기 어렵다. 이에 비해, 감압 경질유(51)에 반응 조건을 맞추어 정제하면 경질유의 정제도는 대폭 향상된다.

도9의 예에서는 제1 분리 공정으로서 감압 증류를 예로 들고 있지만, 이것으로 한정하지 않고 다른 프로세스에 의한 제1 분리 공정에서 얻어진 경질유와 상기 경질유(21)를 수소화 처리 장치(61)로 일괄 처리하도록 해도 된다.

수소화 처리 장치(61)로 행해지는 프로세스에 있어서 아라비안 라이트유를 사용한 경우, 수소 가스의 압력을 예를 들어 30 내지 60 kg/㎠로 설정함으로써 가스 터빈 연료유의 유황 농도를 500 ppm 이하, 질소 농도를 50 ppm 이하로 할 수 있지만, 수소 가스의 압력을 50 내지 100 kg/㎠까지 높이면 유황 농도 및 질소 농도를 각각 300 ppm 이하 및 30 ppm 이하로까지 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이 하여 수소화 처리 장치(61)로 일괄 처리하여 얻어진 정제유는 충분히 가스 터빈 연료유로서 사용할 수 있는 것이지만, 도10에 도시한 바와 같이 이 정제유를 상압 증류탑(62)으로 예를 들어 350 ℃에서 증류하여 얻어진 경질유를 고품질(경질인) 가스 터빈 연료유로 하고, 잔류 찌꺼기유를 그 고품질의 것보다는 중질인 가스 터빈 연료유로서 사용해도 된다.

본 발명에서는 이미 기술한 제1 분리 공정, 제2 분리 공정 및/또는 제3 분리 공정에서 얻어진 중질유를 산소 가스에 의해 부분 산화하여 수소를 생성하고, 그 수소를 수소화 처리 장치에서 사용하도록 해도 된다. 이 수소화 처리 장치는 제1내지 제4 수소화 처리 공정 중 어떠한 공정에서 사용되는 수소화 처리 장치이더라도 상관없다. 도11은 이러한 방법의 일예로서, 용제 탈력 장치(81)로부터의 잔류 찌꺼기유를 부분 산화하고, 여기서 얻어진 수소를 제1 수소화 처리 장치(3) 및 제2 수소화 처리 장치(6)에 공급하는 경우를 도시하고 있다. 도면 부호 63은 공기로부터 산소를 취출하는 산소 플랜트이고, 64는 부분 산화 장치이다. 부분 산화하기 위한 중질유로서는 용제 탈력 장치(81)로 한정하지 않고 감압 증류탑(5) 등, 그 밖의 프로세스에 있어서의 제1 분리 공정에서 얻어진 잔류 찌꺼기유이더라도 상관없으며, 또는 제2, 제3 분리 공정에서 얻어진 중질유이더라도 된다.

도12는 부분 산화 장치(64)의 일예를 간략화하여 도시한 도면이다. 이 장치에서는 중질유와 고압 증기를 미리 가열하여 산소와 함께 반응로(65) 내에 분사하고, 예를 들어 1200 내지 1500 ℃, 2 내지 85 kg/㎠의 프로세스 조건으로 부분 산화 반응에 의해 CO와 H₂를 주성분으로 하는 가스를 생성한다. 이어서, 이 가스를 반응로(65)의 하부측 급랭실에서 물에 의해 예를 들어 200 내지 260 ℃까지 급랭한다. 이 때, 미반응 탄소의 대부분이 제거되는 동시에 후속되는 CO 전화 프로세스에 필요한 증기가 가스속에 공급된다. 이 가스는 세정탑(66)으로 보내져서 약간 남아 있는 미반응 탄소를 완전히 제거하고, 또 다시 CO 전화기(67)로 보내져서 예를 들어 코발트-몰리브덴계의 촉매에 의해 잔존 CO를 증기와의 반응에 의해 CO₂로 변환시킨다. 그 후, 산성 가스 흡수탑(68)에 의해 CO₂등의 산화성 가스가 흡수되고, 순도가 높은 수소 가스가 취출된다.

본 발명에서 얻어진 가스 터빈 연료유는 예를 들어 발전에 이용할 수 있고, 그 예를 도13에 도시한다. 가스 터빈 연료유는 연소 노즐에서 연소되어 그 연소 가스에 의해 가스 터빈(201)이 구동되며, 발전기(202)로부터 전력이 취출된다. 한편, 이 가스 터빈(201)으로부터 배출된 고온 배기 가스는 배기열 회수 보일러(203)에 공급되고, 배기 가스의 열에 의해 증기를 발생시킨다. 이 증기에 의해 증기 터빈(204)이 구동되고, 발전기(205)로부터 전력이 취출된다. 이와 같이 하여 발전을 행하면, 가스 터빈 연료유의 배기열을 유효하게 이용할 수 있고, 효율이 높은 발전을 행할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예를 설명한다.

<제1 실시예>

원유로서 시장에 있어서 가장 용이하게 조달 가능한 아라비안 라이트 원유(S 함량 1.77 중량%)를 사용하여, 도1에 도시한 시스템에 의해 가스 터빈 연료유를 제조했다. 상압 증류 공정에서는 비점이 350 ℃보다도 낮은 경질유(21)와 비점이 그보다 높은 중질유(22)로 분리하고, 제1 수소화 처리 공정에 있어서의 수소 가스의 압력을 45 kg/㎠로 설정하여 가스 터빈 연료유를 얻었다. 또, 감압 증류 공정에서는 비점(상압시의 비점)이 565 ℃보다도 낮은 경질유(51)와 비점이 그보다도 높은 중질유(52)로 분리하고, 제2 수소화 처리에 있어서의 수소 가스의 압력을 55 kg/㎠로 설정하여 가스 터빈 연료유를 얻어, 제1 수소화 처리로 얻어진 가스 터빈 연료유와 혼합했다. 이 혼합유인 가스 터빈 연료유에 있어서는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, V 및 납은 검출되지 않고, 유황 농도는 대략 430 ppm이고 점도는 100℃에서 1.3 cSt였다. 원료유에 대한 가스 터빈 연료유의 수율은 84 %였다. 또, 이 가스 터빈 연료유는 가스 터빈의 입구 온도가 1300 ℃인 가스 터빈에서의 사용이 가능했다.

원유로부터의 에너지는 모두 전력(가스 터빈 및 보일러 발전)으로 전환된다고 하고 시뮬레이션을 실시했다. 또, 정제 플랜트에서의 소내(所內) 소비율은 4 %로 하고, 병합 사이클 가스 터빈 발전 효율을 49 %, 보일러 발전 효율을 38 %로 설정했다. 이상의 조건하에 있어서, 정제 플랜트에의 원유 공급을 열량 환산으로 100 단위로 하여 최종적인 전력 회수량을 산정한 결과, 열량 환산에 있어서 45.7 단위의 전력 에너지 회수가 가능해졌다.

<제1 비교예>

원유로서 아라비안 라이트유를 사용하여, 일본 특허 공개 평6-207179호 공보의 기재에 따라 가스 터빈 연료유를 제조했다. 동공보에서는 염분 농도를 0.5 ppm 이하로 조정한 저황산 원유를 원료로 하여, 0.05 wt% 이하의 가스 터빈 연료유를 제조한다고 되어 있다. 아라비안 라이트유는 저황산 원유라고 정의하기에는 유황이 많은데, 현재 시장에 있어서도 가장 안정적으로 공급 가능한 원유인 점으로부터 본 원유로부터 일본 특허 공개 평6-207179호 기술에 기초하여 유황 농도가 0.05 wt% 이하인 석유 잔류 성분을 증류법에 의해 분리했다. 이 공보 기술로부터의 가스 터빈 연료유는 비점 영역 245 ℃까지의 경질 나프타로부터 등유 잔류 성분으로 한정되고, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, V 및 납은 검출되지 않으며, 유황 농도는 대략 470 ppm이고 점도는 100 ℃에서 0.3 cSt로 고품질이었지만, 원료유에 대한가스 터빈 연료유의 수율은 24 %로 매우 낮은 회수율이었다.

정제 플랜트에서의 소내 소비율을 3 %로 하는 이외에, 제1 실시예와 동일한 조건하에 있어서 시뮬레이션을 실시했다. 정제 플랜트에의 원유 공급을 열량 환산으로 100 단위로 하여 최종적인 전력 회수량을 산정한 결과, 열량 환산에 있어서 39.5 단위의 전력 에너지의 회수만을 행할 수 있으며, 본 발명에 비해 에너지 유효 이용의 관점으로부터 현저하게 열화하고 있음이 판명되었다.

<제2 실시예>

중동 원유 중에 있어서 비교적 저유황 원유인 오만 원유를 예로 들어 도1에 도시한 시스템에 의해 가스 터빈 연료유를 제조했다. 오만 원유는 유황 농도가 0.94 wt%이고, 일본 특허 공개 평6-207179호 공보의 기재로 기술되어 있는 저유황 원유에 상당한다. 상압 증류 공정에서는 비점이 350 ℃보다도 낮은 경질유(21)와 비점이 그보다 높은 중질유(22)로 분리하고, 제1 수소화 처리 공정에 있어서의 수소 가스의 압력을 40 kg/㎠로 설정하여 가스 터빈 연료유를 얻었다. 또, 감압 증류 공정에서는 비점(상압시의 비점)이 565 ℃보다도 낮은 경질유(51)와 비점이 그보다도 높은 중질유(52)로 분리하고, 제2 수소화 처리에 있어서의 수소 가스의 압력을 50 kg/㎠로 설정하여 가스 터빈 연료유를 얻어, 제1 수소화 처리로 얻어진 가스 터빈 연료유와 혼합했다. 이 혼합유인 가스 터빈 연료유에 있어서는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, V 및 납은 검출되지 않으며, 유황 농도는 대략 410 ppm이고 점도는 100 ℃에서 1.1 cSt였다. 원료유에 대한 가스 터빈 연료유의 수율은 85 %였다. 또, 이 가스 터빈 연료유는 가스 터빈의 입구 온도가 1300 ℃인 가스 터빈에서의 사용이 가능했다.

원유로부터의 에너지는 모두 전력(가스 터빈 및 보일러 발전)으로 전환된다고 하고 시뮬레이션을 실시했다. 또, 정제 플랜트에서의 소내 소비율은 4 %로 하고, 병합 사이클 가스 터빈 발전 효율을 49 %, 보일러 발전 효율을 38 %로 설정했다. 이상의 조건하에 있어서, 정제 플랜트에의 원유 공급을 열량 환산으로 100 단위로 하여 최종적인 전력 회수량을 산정한 결과, 열량 환산에 있어서 45.8 단위의 전력 에너지 회수가 가능해졌다.

<제2 비교예>

제2 실시예와 마찬가지로 오만 원유를 예로 들어 일본 특허 공개 평6-207179호 기술에 의해 가스 터빈 연료유를 제조했다. 제조 방법은 제1 비교예와 동일하며, 본 원유로부터 일본 특허 공개 평6-207179호에 기초하여 유황 농도가 0.05 wt% 이하인 석유 잔류 성분을 증류법에 의해 분리했다. 본 공보 기술로부터의 가스 터빈 연료유는 비점 영역 250 ℃까지의 경질 나프타로부터 등유 잔류 성분으로 한정되고, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, V 및 납은 검출되지 않으며, 유황 농도는 대략 490 ppm이고 점도는 100 ℃에서 0.45 cSt였지만, 저유황 원유이더라도 증류 분리 가스 터빈 연료유의 수율은 35 %로 매우 낮은 회수율이었다.

정제 플랜트에서의 소내 소비율을 3 %로 하는 이외에, 제2 실시예와 동일한 조건하에 있어서 시뮬레이션을 실시했다. 정제 플랜트에의 원유 공급을 열량 환산으로 100 단위로 하여 최종적인 전력 회수량을 산정한 결과, 열량 환산에 있어서 40.7 단위의 전력 에너지의 회수만을 행할 수 있으며, 저유황 원유이더라도 본 발명에 비해 에너지 유효 이용의 관점으로부터 현저하게 열화되고 있음이 판명되었다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 원유를 상압 증류하고, 그 경질유에 대하여 수소화 처리를 행하는 동시에, 상압 잔류 찌꺼기유에 대하여 분리 처리 또는 수소화 처리를 행하고, 얻어진 경질유에 대하여 수소화 처리를 행하며, 그 정제유를 가스 터빈 연료유로 하고 있으므로, 품질이 높은 가스 터빈 연료유를 높은 수율로 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 원료유에 대하여 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 얻는 것이 가능해진다.

Claims

원료유로부터 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 제조하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법으로서,

상기 원료유인 원유를 상압 증류하여 경질유와 상압 잔류 찌꺼기유로 분리하는 상압 증류 공정과,

이 상압 증류 공정에서 얻어진 경질유를 일괄하여 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제1 수소화 처리 공정과,

상기 상압 잔류 찌꺼기유를 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류 공정, 용제 탈력(아스팔트 제거) 공정, 열분해 공정 및 수증기 증류 공정으로부터 선택되는 제1 분리 공정과,

이 제1 분리 공정에서 얻어진 경질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제2 수소화 처리 공정을 포함하고,

상기 제1 및 제2 수소화 처리 공정에서 얻어진 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 상기 원료유에 대한 수율이 65 % 이상인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 수소화 처리 공정 및 제2 수소화 처리 공정은 공통의 공정인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 분리 공정에서 얻어진 상기 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 용제 탈력 공정 및 열분해 공정으로부터 선택되는 제2 분리 공정을 포함하고,

이 제2 분리 공정에서 얻어진 상기 경질유에 대하여 제3 수소화 처리 공정을 행하여 정제유를 얻고, 이 정제유를 가스 터빈 연료유로서 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 제1 수소화 처리 공정, 상기 제2 수소화 처리 공정 및 상기 제3 수소화 처리 공정 중 적어도 두 공정은 공통의 공정인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 분리 공정에서 얻어진 상기 중질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 상기 중질유의 일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제4 수소화 처리 공정을 포함하고,

이 제4 수소화 처리 공정에서 얻어진 정제유를 가스 터빈 연료유로서 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
원료유로부터 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 제조하는 가스 터빈 연료유의제조 방법으로서,

상기 원료유인 원유를 상압 증류하여 경질유와 상압 잔류 찌꺼기유로 분리하는 상압 증류 공정과,

이 상압 증류 공정에서 얻어진 경질유를 일괄하여 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제1 수소화 처리 공정과,

상기 상압 잔류 찌꺼기유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 중질유의 일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제5 수소화 처리 공정을 포함하고,

상기 제1 및 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 상기 원료유에 대한 수율이 65 % 이상인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 상기 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류 공정, 용제 탈력 공정 및 열분해 공정으로부터 선택되는 제3 분리 공정을 포함하고, 이 제3 분리 공정에서 얻어진 상기 경질유를 가스 터빈 연료유로서 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 터빈 연료유를 또 다시 상압 증류하여 경질인 가스 터빈 연료유와, 이 가스 터빈 연료유보다는 중질인 가스 터빈 연료유를 얻는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 최종 분리 공정에서 얻어진 중질유는 보일러의 연료유로서 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 제4 수소화 처리 공정에서 얻어진 상기 중질유는 보일러의 연료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원료유는 상기 상압 증류 공정 전에 탈염 처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원료유에 기초하여 얻어진 상기 중질유를 산소에 의해 부분 산화하여 수소를 생성하고, 이 수소를 상기 수소화 처리 공정에서 사용하는 원료로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
원료유로부터 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 제조하는 가스 터빈 연료유의제조 방법으로서,

원유를 상압 증류한 상압 잔류 찌꺼기유 및/또는 중유로 이루어지는 중질 원료유를 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류, 용제 탈력, 열분해 및 수증기 증류의 각 공정으로부터 선택되는 제1 분리 공정과,

상기 제1 분리 공정에서 얻어진 상기 경질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하여 정제유를 얻는 제2 수소화 처리 공정을 포함하고,

얻어진 정제유인 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 상기 중질 원료유에 대한 수율이 40 % 이상인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 제1 분리 공정에서 얻어진 상기 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 용제 탈력 및 열분해의 각 공정으로부터 선택되는 제2 분리 공정을 포함하고, 이 제2 분리 공정에서 얻어진 경질유에 대하여 제3 수소화 처리 공정을 행하여 정제유를 얻고, 이 정제유를 가스 터빈 연료류로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 제1 분리 공정에서 얻어진 상기 중질유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 상기 중질유의일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제4 수소화 처리 공정을 포함하고, 이 제4 수소화 처리 공정에서 얻어진 상기 정제유를 가스 터빈 연료유로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
원료유로부터 높은 수율로 가스 터빈 연료유를 제조하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법으로서,

원유를 상압 증류한 상압 잔류 찌꺼기유 및/또는 중유로 이루어지는 중질 원료유를 촉매의 존재하에서 가압된 수소와 접촉시켜 탈불순물 처리를 행하는 동시에 중질유의 일부를 분해하여 정제유와 중질유를 얻는 제5 수소화 처리 공정을 포함하고,

이 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 상기 정제유인 가스 터빈 연료유는 점도가 100 ℃에서 4 cSt 이하, 알칼리 금속이 1 ppm 이하, 납이 1 ppm 이하, V가 0.5 ppm 이하, Ca가 2 ppm 이하, 유황이 500 ppm 이하이고, 상기 중질 원료유에 대한 수율이 40 % 이상인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제5 수소화 처리 공정에서 얻어진 상기 중질유를 또 다시 경질유와 중질유로 분리하는 감압 증류, 용제 탈력 및 열분해의 각 공정으로부터 선택되는 제3 분리 공정을 포함하고, 이 제3 분리 공정에서 얻어진 상기 경질유를 가스 터빈 연료유로 하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유의 제조 방법.
제1항 내지 제4항, 제6항, 제7항 및 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 가스 터빈 연료유.
제18항에서 제조된 가스 터빈 연료유를 연료로 하여 가스 터빈을 구동시켜 발전을 행하는 공정과,

상기 가스 터빈으로부터 배출되는 고온 배기 가스를 배기열 회수 보일러의 열원으로 하고, 이 배기열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 증기 터빈을 구동하여 발전을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.