JPH0770568A - 石油系重質油中の鉄不純物除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高勾配磁気分離機を使用して石油系重質油に
含まれる鉄不純物を除去する方法において、初回の分離
工程ではもちろん、洗浄工程後の分離工程でも、鉄不純
物除去率を高レベルに維持できる方法の提供。 【構成】 高勾配磁気分離機内に充填する強磁性金属片
として、Ｆｅ−Ｃｒ系合金製で特定な寸法特性を備えた
板状体を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強磁性金属片が充填され
た高勾配磁気分離機を使用して、石油系重質油から鉄不
純物を除去する方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】原油を常圧蒸留又は減圧蒸留することで
得られる常圧残渣油や減圧残渣油等の石油系重質油は、
これから重油などの石油製品を得る目的で、あるいは他
の化学装置の原料油を取得する目的で、精製されるのが
一般的であって、現在最も普通に行われている精製方法
は、固定触媒床を使用して高温高圧条件下に、石油系重
質油を水素と反応させる、所謂、水素化処理方法であ
る。ところで、水素化精製の対象とされる石油系重質油
には、鉄不純物として、粒径0.1 〜100 ミクロンの金属
鉄や鉄化合物（典型的には硫化物）が含まれているのが
通例である。これらの鉄不純物は、原油がタンカーで産
油地から運ばれ、タンクに貯蔵され、輸送管等を経て蒸
留装置に供給される迄の過程で、さらには蒸留装置で処
理される過程で、タンク、ライン、蒸留装置の腐食乃至
は摩耗などに原因して、油に不可避的に混入し、その量
は10〜100 wt ppmに及ぶことも稀ではない。従って、こ
のような鉄不純物含有石油系重質油を、固定床式水素化
処理装置に供給した場合には、鉄不純物が触媒粒子上に
堆積して触媒床を閉塞し、その結果、反応系の圧力損失
が増大してしまう不都合がある。この不都合を回避する
手段の一つとして、特開昭62-54790号公報及び米国特許
第4,836,914 号明細書には、任意に磁化又は消磁可能な
強磁性金属片の充填層を有する高勾配磁気分離機に、鉄
不純物を含有する重質油を通過させ、外部磁場を加える
ことで磁化せしめられた強磁性金属片に、鉄不純物を付
着させてこれを油から除去する方法（以下、これを便宜
的に磁気分離法という）が教示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気分離法によれば、
遠心分離法等に比較して格段に効率よく油中の鉄不純物
を除去することができる。しかし、磁力によって強磁性
金属片に付着せしめられる鉄不純物の量には自ずと限界
があるため、多量の重質油を処理する場合には、強磁性
金属片を磁化させてこれに鉄不純物を付着させる分離工
程と、強磁性金属片を消磁させてこれに付着している鉄
不純物を洗い落す洗浄工程とを交互に繰り返さなければ
ならない。然るに、従来の磁気分離法にあっては、上記
した分離−洗浄サイクルを繰り返す毎に、鉄不純物の除
去率が低下し、この点で従来の磁気分離法は改善の余地
を残している。従って、本発明の目的は、磁気分離法を
改良して分離−洗浄サイクルを繰り返しても、サイクル
毎に鉄不純物の除去率が実質的に低下することのない磁
気分離法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来の磁
気分離法に上記の問題点の解消すべく、鋭意研究を重ね
た結果、高勾配磁気分離機に充填される強磁性金属片の
形状及び材質を選択することにより、所期の目的が達成
されることを見い出した。すなわち、本発明の方法は、
強磁性金属片が充填された高勾配磁気分離機に、鉄不純
物を５ppm 以上含有する石油系重質油を通過させて鉄不
純物を除去する方法において、前記の強磁性金属片が二
つの面を有する板状体であって、その面の一つと同面積
の円を描いた時の円の直径Ｒが0.5 〜４mm の範囲に、
板状体の最大厚さｄに対するＲの比、Ｒ／ｄが５〜20の
範囲にあり、しかもその板状体が、Ｆｅを主成分とし、
Ｃｒを５〜25wt％、Ｓｉを0.5 〜２wt％、Ｃを２wt％以
下の量で含有するＦｅ−Ｃｒ系合金からなることを特徴
とする

【０００５】磁気フィルターとも呼ばれる高勾配磁気分
離機は、その内部に充填された強磁性金属片を磁化させ
る手段として、励磁コイルを利用する電磁石型と、永久
磁石を利用する永久磁石型とに大別される。本発明では
そのいずれもが使用可能であるが、本発明の特徴の一つ
は、上記の強磁性金属片として、Ｆｅを主成分とし、Ｃ
ｒ量が５〜25wt％、好ましくは８〜20wt％、Ｓｉ量が0.
5 〜２wt％、Ｃ量が２wt％以下であるＦｅ−Ｃｒ系合金
を使用することにある。Ｆｅ−Ｃｒ系合金は、安価であ
るうえ、成形性、耐腐食性、耐摩耗性に優れ、かつ磁化
率が高いので高勾配磁気分離機の強磁性充填物の素材と
して好ましい。この合金は図１に示すように、クロム含
有量が少ないほど高い磁化率を示すが、クロム含有量が
８wt％以下では含有量の変化に対して磁化率はそれほど
大きく変化しない。一方、クロム含有量が少なすぎる
と、成形性、耐腐食性、耐摩耗性に問題が生じ、実用に
適さない。しかし、クロムｒ含有量を５〜25wt％の範囲
とすることにより、成形性、耐腐食性、耐摩耗性にに優
れ、かつ磁化率が高いＦｅ−Ｃｒ系合金を得ることがで
きる。また、ケイ素の含有量を0.5 〜２wt％の範囲にす
ることにより、Ｆｅ−Ｃｒ系合金の粘性及び耐酸化性が
改善され、生産性が向上する。そして、炭素含有量を２
wt％以下、好ましくは0.01〜１wt％にすることにより、
Ｆｅ−Ｃｒ系合金の硬さ及び耐摩耗性を向上させてい
る。合金の主成分である鉄の含有量は71〜94wt％が好ま
しく、75〜90wt％がさらに好ましい。本発明で使用する
Ｆｅ−Ｃｒ系合金は、任意金属成分として、Ｍｎ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ等の１種又は２種以上を含
有していて差し支えない。

【０００６】本発明の特徴の他の一つは、前記の強磁性
金属片が二つの面を有する板状体であって、その二つの
面うち面積が広い方の面の面積が、直径Ｒ＝0.5 〜４m
m、好ましくは１〜４mmの円の面積と等しく、かつその
板状体の最大厚さｄに対するＲの比、Ｒ／ｄが５〜20、
好ましくは10〜20の範囲にあることである。つまり、本
発明で使用する板状体は、その上面又は下面のうち、面
積が広い方の面と同面積の円を描いた場合には、その円
の直径Ｒが0.5 〜４mm、好ましくは１〜４mmの範囲にあ
り、しかも、板状体の最大厚さｄに対するＲの比、Ｒ／
ｄが５〜20、好ましくは10〜20の範囲にある。ここで、
板状体を形作る二つの面とは、必ずしも平滑な平面であ
ることを意味しない。従って、板状体の表面と裏面は、
互いに独立して任意の凹凸を備えることができる。ま
た、板状体自体の形状は、図２の（ａ）に示すように、
全体として平板状とすることができる外、図２の（ｂ）
で示すように、球面に沿って湾曲させた形状とすること
もできる。以下便宜的に、図２の（ａ）に示す板状体を
平板型板状体と言い、図２の（ｂ）に示す板状体を球面
型板状体という。板状体の平面図形は、円形、楕円形、
扇形、四辺形、星形、花形等任意の形状をとることがで
きる。

【０００７】本発明の磁気分離法は、５ppm 以上の鉄不
純物を含有する石油系重質油に適用可能である。この種
の石油系重質油の典型例は、上記した通り、常圧蒸留残
渣油及び減圧蒸留残渣油であるが、予め脱歴処理を施し
た残渣油に本発明の磁気分離法を適用することもでき
る。また、本発明の磁気分離法の対象となる油には、鉄
不純物に以外に、ニッケル、バナジウム等の金属、硫
黄、窒素等の不純物やアスファルテン等が含まれていて
も差し支えない。

【０００８】高勾配磁気分離機は、先に述べたように、
分離工程と洗浄工程を順次繰り返して運転されるが、運
転条件には、磁場強度、液線速度、処理温度がある。磁
場強度とは、強磁性金属片が充填されている領域に加え
られる磁気の強さを言い、分離工程の磁場強度は通常50
0 〜25,000ガウス、好ましくは1,000 〜10,000ガウス、
更に好ましくは2,000 〜6,000 ガウスの範囲にある。一
方、洗浄工程にあっては、通常外部磁場はオフの状態に
あるので、磁場強度は０ガウスである。処理温度は、高
勾配磁気分離機に導入される油又は洗浄液の温度を指
し、分離工程のそれは通常は室温〜400 ℃、好ましくは
150 〜350 ℃の範囲に、洗浄工程のそれは室温〜350
℃、好ましくは100 〜200 ℃の範囲にある。所望の処理
温度を維持するため、必要に応じて冷却又は加熱手段が
設けられる。また、液線速度とは、強磁性金属片が充填
された領域を通過する油又は洗浄液の線速度を意味し、
分離工程での線速度は、通常0.1 〜50cm/s、好ましくは
1.0 〜５cm/sの範囲にある。一般に、分離せんとする粒
子の磁化率が小さいほど、また粒径が小さいほど、小さ
い線速度が選ばれる。洗浄工程での線速度は、0.1 〜50
cm/s、好ましくは１〜10cm/sの範囲にある。洗浄工程の
洗浄液としては、各種の石油系鉱油が使用可能であっ
て、例えば、常圧残渣油、減圧残渣油、これら残渣油の
水素化精製油、その水素化精製油の蒸留残渣油等を洗浄
液として使用することができる。洗浄時間は１分〜６時
間、好ましくは１分〜30分の範囲で選ばれる。洗浄液は
強磁性金属片が充填された領域を上昇流で通過すること
が好ましい。この場合、強磁性金属片が洗浄液によって
撹拌され、流動状態をとることがさらに好ましい。

【０００９】

【実施例】次に実施例によって本発明の有用性を具体的
に説明するが、それに先立ち、高勾配磁気分離機の高磁
場空間内に充填された強磁性金属片の形状及び材質を表
１に示す。 表１ 化学組成 ｗｔ％ 強磁性金属片 Ｆｅ Ｃｒ Ｓｉ Ｃ 実施例１ 球面型板状体 ８７ １１ １．３ ０．０８ 実施例２ 同 上 ８０ １８ ０．７ ０．０８ 比較例１ エキスパンドメタル ８０ １８ ０．７ − （注） 球面型板状体（図２の（ｂ）参照）の最大厚さ
ｄは0.2mm であり、当該板状体の一方の面と同じ面積の
円の直径Ｒは３mmである。従って、Ｒ／ｄ＝15 実施例１〜２、比較例１ 電磁石型高勾配磁気分離機「FEROSEP （登録商標）」を
用いて、30ppm の鉄不純物を含有する石油系減圧残渣油
を次の条件で処理した。 磁場強度：3.0 キロガウス 線速度 ：2.5cm/s 温 度 ：250 ℃ 通油を数時間継続すると、初期には60％前後あった不純
物除去率が、40％前後に低下したので、その時点で通油
を停止して分離工程を終了させ、強磁性金属片の洗浄処
理を行った。洗浄処理の条件は次の通りである。 洗浄液の線速度：2.0cm/s 洗浄液の温度 ：150 ℃ 洗 浄 時 間：10分 初回の分離工程開始時の不純物除去率と、洗浄工程終了
後、次回の分離工程開始時の不純物除去率を、表２に示
す。 表２ 初回の不純物除去率 次回の不純物除去率 実施例１ ６８重量％ ６８重量％ 実施例２ ６３重量％ ６３重量％ 比較例１ ６０重量％ ５７重量％ 表２において、実施例２で使用した強磁性金属片と比較
例１で使用したそれとは、実質的に材質が同じである
が、その形状を本発明で規定する板状体にすることによ
り、初回の分離工程での不純物除去率並びに洗浄工程後
の分離工程での不純物除去率を、エキスパンドメタルを
使用した場合に比較して、高レベルに維持することがで
きる。また、実施例１及び実施例２の対比から、板状体
を構成するＦｅ−Ｃｒ系合金は、クロム含有量が少ない
方が鉄不純物除去に有効であることが分かる。

【００１０】

【発明の効果】本発明で使用するＦｅ−Ｃｒ系合金製の
板状体は、磁化率が高いばかりでなく、高勾配磁気分離
機内に高い充填密度で充填することができ、しかも、単
位充填体積当たりの表面積が大きいため、鉄不純物をそ
の表面で捕捉する能力が高い。これに加えて、洗浄工程
にあっては洗浄液によって板状体を容易に流動化できる
ので、短時間に効率よく板状体を洗浄することができ、
従って、洗浄を繰り返しても洗浄後の分離工程におい
て、従来ほど不純物除去率が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｆｅ−Ｃｒ系合金のＣｒ含有量と磁化率との関
係を示すグラフである。

【図２】本発明の強磁性板状体の形状を示す平面図及び
断面図であって、（ａ）は平板型板状体を、（ｂ）は球
面型板状体をそれぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牛尾 賢 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性金属片が充填された高勾配磁気分
   離機に、鉄不純物を５ppm 以上含有する石油系重質油を
   通過させて鉄不純物を除去する方法において、前記の強
   磁性金属片が二つの面を有する板状体であって、その二
   つの面うち面積が広い方の面の面積が、直径Ｒ＝0.5 〜
   ４mmの円の面積と等しく、かつその板状体の最大厚さｄ
   に対するＲの比、Ｒ／ｄが５〜20の範囲にあり、しかも
   その板状体がＦｅを主成分とし、Ｃｒを５〜25wt％、Ｓ
   ｉを0.5 〜２wt％、Ｃを２wt％以下の量で含有するＦｅ
   −Ｃｒ系合金からなることを特徴とする前記の鉄不純物
   除去方法。