JP2005502461A - Ｃｏ２含有炭化水素資源からのｃｏ２の水中洗浄 - Google Patents
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Abstract
ＣＯ2含有炭化水素資源からＣＯ2を除去する方法。この方法は、ＣＯ2含有炭化水素資源を水性液体流と水面下の位置で接触させ、前記炭化水素資源中のＣＯ2少なくとも一部分を前記水性液体流中へ溶解し、ＣＯ2欠乏炭化水素資源及びＣＯ2に富む水性流を形成することを含む。ＣＯ2に富む水性流は炭化水素資源から分離する。最後に、ＣＯ2に富む水性流を海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中に廃棄する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２に富む炭化水素資源からＣＯ２欠乏炭化水素を生成させることに関する。特に、本発明は、ＣＯ２含有炭化水素資源から水性流を用いて水中洗浄し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源及びＣＯ２に富む水性流を生成させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ２は、温室効果により大気温暖化の誘因となる環境汚染であることはよく知られている。ＣＯ２は、例えば天然ガスのような炭化水素資源中の一般的汚染物である。一般に、合成ガス発生工程への天然ガス供給物中に許容されるわずかに最小限の量は、典型的には約１０モル％未満、好ましくは約５モル％未満のＣＯ２にしかならない。残念ながら、ＣＯ２に富む炭化水素源は、約１０モル％より大きなＣＯ２レベルを有する場合、その炭化水素資源からＣＯ２を除去するための経済的な方法は存在しない。更に、ＣＯ２を除去した場合、ＣＯ２の廃棄が問題である。
【０００３】
ＣＯ２を圧縮ガスとして地下貯槽中へ注入することにより、それを廃棄する努力が行われてきた。また、ＣＯ２を深海環境中に廃棄することができるかどうかを決定する研究も行われてきた。しかし、現存するＣＯ２廃棄方法では、ＣＯ２は、それを圧縮するか、且つ／又は凝集することにより比較的純粋な状態で得られている。従って、そのような廃棄技術の欠点は、それらがＣＯ２を圧縮及び／又は凝縮するためにコストのかかる圧縮器及び／又は冷却器を必要としていることである。
【０００４】
例えば、ムレイ（Murray）による米国特許第６，１９０，３０１号明細書には、ＣＯ２を廃棄するための方法及びビヒクルが記載されている。ムレイの方法では、先ずガス状ＣＯ２を固化し、次に戸外の水を通って海洋環境中に自由落下させ、そこで少なくとも部分的に沈積構成物中に埋め込まれるようにする。ＣＯ２の沈積により、海洋環境は、炭酸塩封鎖により炭素吸収体として確実に働く。従って、ムレイは、ガス状ＣＯ２を固体に転化することを記述し、高価な冷凍及び圧縮工程を使用する必要がある。
【０００５】
また、ビテリ（Viteri）による米国特許第６，１７０，２６４号明細書には、乗り物のための動力供給又は他の動力用のための、汚染がないか又は少ないエンジンが記載されている。ビテリのエンジンでは、燃料と酸素はガス発生器中で燃焼され、炭素含有燃料により水及びＣＯ２を発生する。燃焼生成物、水蒸気、炭素含有燃料、及びＣＯ２は、次に凝縮器を通り、そこで水蒸気は凝縮し、ＣＯ２は収集されるか又は廃棄される。ＣＯ２を圧縮冷却し、それを液体又は超臨界状態にする。次に緻密な相のＣＯ２を更に加圧し、多孔質地質学的構成物、深い滞水層、深海部、又は他の陸地構成物の内部に深く存在している静水力学性の低い圧力ヘッド（a pressure, less hydrostatic head）に合った圧力にし、それらからＣＯ２が再び大気中へ戻るのを阻止する。従って、ビテリは、動力発生プラントからのＣＯ２ガスを、先ず圧縮冷却して液相を形成し、次にその液体を静水力学的圧力ヘッドに合うまで圧縮することにより、そのＣＯ２を大洋又は陸地構成物中へ廃棄することを記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結局、炭化水素資源から、コストのかかる圧縮及び／又は凝縮工程を用いる必要なく、ＣＯ２を経済的に除去することができ、その除去されたＣＯ２を、環境からそのＣＯ２を分離するやり方で廃棄することができる方法及び装置が緊急に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、炭化水素資源からＣＯ２を経済的に除去するのみならず、その除去されたＣＯ２を、環境からそのＣＯ２を分離するやり方で廃棄する方法を与えることにより上記目的を達成する。
【０００８】
本発明の方法は、炭化水素資源を水性流と、好ましくは上昇させた圧力で接触させることにより、炭化水素資源からＣＯ２を除去する。特に本発明の方法は、炭化水素資源を上昇させた圧力で水性流で洗浄し、例えば、海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つに廃棄することができるＣＯ２含有水性流を生成させることによりその資源からＣＯ２を分離する。このように、本発明の一つの重要な利点は、コストのかかる圧縮及び／又は凝縮工程を用いる必要なく、炭化水素資源からＣＯ２を除去することができることである。更に別の利点は、本発明は、例えば海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せ中に水性流として除去したＣＯ２を廃棄し、それによりＣＯ２を環境から効果的に分離することができることである。
【０００９】
特に、本発明によれば、ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を除去するための方法は、炭化水素資源を水面下の位置にある水性流と接触させ、炭化水素資源中のＣＯ２の少なくとも一部分を水性流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源と、ＣＯ２に富む水性流とを形成することを含む。次にＣＯ２に富む水性流を、炭化水素資源から分離する。最後に、ＣＯ２に富む水性流を、海洋環境、陸地構成物、又はそれら組合せの少なくとも一つ中に廃棄する。
【００１０】
更に、本発明によれば、炭化水素／ＣＯ２ガス混合物からＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成させる方法は、炭化水素／ＣＯ２ガス混合物を水面下で水性流と接触させ、前記ガス混合物中のＣＯ２の少なくとも一部分を前記水性流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素ガスと、ＣＯ２に富む水性流とを形成することを含む。次に、ＣＯ２に富む水性流を、前記ガス流から分離する。最後に、ＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成させる。
【００１１】
好ましい態様についての詳細な記述
本発明では、ＣＯ２含有炭化水素中に存在するＣＯ２の少なくとも一部分を、そのＣＯ２含有炭化水素を水性流と、好ましくは上昇させた圧力で接触することにより除去する。ＣＯ２が除去されたならば、ＣＯ２に富む水性流が発生し、例えば海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中に廃棄し、ＣＯ２を環境から充分分離する。
【００１２】
このように、本発明では、例えば、天然ガスのような炭化水素資源中のＣＯ２を除去し、次に海水のような水性流を用いて水面下の位置で洗浄し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源及びＣＯ２に富む水性流を生成させることにより、環境から分離することができる。本発明の方法の一つの重要な利点は、それを水中で行うので、低コストの吸着剤として海水を用いて洗浄を安価に行うことができることである。本発明の別の利点は、その方法を水中で行うので、ほぼ大気圧より高い圧力で洗浄を安価に行い、それによりＣＯ２の溶解を増大することができることである。本発明の更に別の利点は、その方法を水中で行うため、炭化水素資源からＣＯ２を分離するために用いられる吸着剤の圧力を増大するためコストのかかるガス圧縮器及び／又は液体ポンプの必要性を実質的に最小限にするか、且つ／又は無くすことができることである。本発明の更に別の利点は、ＣＯ２に富む水性流を海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中に廃棄することにより、本発明は除去されたＣＯ２を、環境からそのＣＯ２を分離するやり方で廃棄することである。
【００１３】
本発明により、水性液体を用いたガスからのＣＯ２の洗浄は、メタン、ＣＯ２、及び他の水和物の形成を回避するように、非極圧で行うのがよい。水中へのＣＯ２の溶解は上昇させた圧力で促進される。従って、できるだけ高い圧力で操作するのが好ましい。しかし、コストを最小限にするため、高価なガス圧縮工程を用いることなく、上昇させた圧力で操作するのが好ましい。
【００１４】
圧力の外に温度及び塩分も処理中に重要になることがある。例えば、比較的高い温度では、水和物の形成が起きることがある。また、比較的低い温度では、達成することができる水に対するガスの溶解度は一層高くなり、メタン及び他の価値ある炭化水素よりもＣＯ２の除去に対する選択性は一層大きくなる。塩分も水に対する炭化水素の溶解度に影響を与える。例えば、メタンのような非イオン性炭化水素では、一層大きな「塩析（salting-out）」効果が起きることがある。従って本発明の方法では、水性流の温度及び塩分を、ＣＯ２除去の選択性を最大にするように変化させることができる。更に、海水を水性流として用いる場合には、海水の塩が、水和物が形成される温度を低下する僅かな傾向を示すことがある。
【００１５】
メタン及びＣＯ２について、種々の温度で水和物の形成を回避するために許容できる最大圧力は次の通りであることが当分野で知られている：
【００１６】
【表１】
【００１７】
上記データーは、例えば、Ｅ．ダンディー・スローン・ジュニアー（E. Dundy Sloan, Jr.）による「天然ガスのクラスレート水和物」（Clathrate Hydrates of Natural Gases）〔マーセル・デッカー社（Marcel Dekker, Inc.）１９９０〕に見出すことができ、その開示の全体は参考のためここに入れてある。スローンは、ガス混合物及び得られる水和物形成温度／圧力についての数多くの例も与えている。適当な操作温度／圧力の組合せは、各ガス組成物について事例毎に決定されている。スローンは、適当な操作条件を概算する方法を記載している。例えば、典型的な軽質ガスの場合、約３００ｐｓｉｇ及び約１０℃での操作により、水和物の形成を回避することができる。
【００１８】
一般に、水和物の形成を回避するため、最大圧力よりも低い圧力を用いなければならない。しかし、水和物形成は、反応速度及び／又は熱移動によっても制御することができる。従って、最大限界近辺又はそれより高い圧力を、滞留時間が最小限である限り、用いることができる。
【００１９】
純粋な水及び海水中のＣＯ２及びＣＨ４についてのヘンリーの法則の定数は、例えば、クリフォードＮ．クリック（Clifford N. Click）による「廃水及び処理水ＶＯＣ放出物に対するヘンリーの法則の適用」（Applications of Henry's Law to Waste and Process Water VOC Emissions）〔第８５回空気及び廃棄物管理協会年次例会（85th Annual Meeting Air and Waste Management Association）〕に記載されており、次の通りである：
【００２０】
【表２】
【００２１】
クリックは、水中の幾つかの軽質炭化水素ガスについてのヘンリーの法則の係数を、温度の関数として与えており、塩水効果についての式も与えている。ギアニ・アスタルチタ（Gianni Astartita）、デビッド・サバジ（David Savage）、及びアッチリオ・ビシオ（Attilio Bisio）による「化学溶媒によるガス処理」（Gas Treating with Chemical Solvents）〔ウィリー（Wiley）〕第２０８頁には、水に対するＣＯ２の物理的溶解度についてのヘンリーの法則の係数を、温度の関数としてプロットしたものが開示されている。更に、ジョン・ナイスワンダー（John Nighswander）、ニコラス・カロゲラキス（Nicholas Kalogerakis）、アニル・メーロトラ（Anil Mehrotra）による「１０ＭＰａまでの圧力及び８０〜２００℃の温度での水及び１重量％ＭａＣｌ溶液に対する二酸化炭素の溶解度」（Solubilities of Carbon Dioxide in Water and 1 Wt% NaCl Solution at Pressures up to 10 MPa and Temperatures From 80 to 200 Degrees C）、J. Chem. Eng. Data, 34, 355-360 (1989)には、約８０〜約２００℃の範囲の温度で、１０ＭＰａまでの圧力に亘る水に対するＣＯ２溶解度に与える塩の影響は最小になることを開示している。スローン、クリック、アスタルチタ、及びナイスワンダーの開示は、参考のため全体的にここに入れてある。
【００２２】
上記データーは、海水を用い、且つ／又は上昇させた温度で操作すると、ＣＯ２除去の選択性を向上することができることを示している。しかし、或る状況下では、洗浄のため海水を用いることは、ガス流中に海水汚染物が入るため実施出来ない。例えば、これは、フィッシャー・トロプシュ又はメタン改質反応器へ再循環されるフィッシャー・トロプシュテイルガス流からＣＯ２を洗浄するため海水を用いた場合に起きる。一般に汚染物が存在しても、テイルガスから誘導されたフィッシャー・トロプシュ工程からの燃料ガス流を洗浄するため海水を使用することを妨げるべきではない。
【００２３】
本発明による、ＣＯ２含有炭化水素からのＣＯ２欠乏炭化水素を水中洗浄により生成させる方法の好ましい態様が、図１に描かれている。この態様では、ＣＯ２含有炭化水素資源流１１を、ＣＯ２含有炭化水素資源の源１０から与える。もし必要ならば、ＣＯ２含有炭化水素資源流１１の圧力を、圧力減少機１２中で減少する。次にＣＯ２含有炭化水素資源流１１は、洗浄器１３に入る。海水１４の流れが洗浄器１３に入る。洗浄を行い、ＣＯ２欠乏炭化水素流１５及びＣＯ２含有海水流１８を生ずる。ＣＯ２欠乏炭化水素流１５は、水の表面１６の上を移動し、そこで電力発生、燃料、合成ガス発生（それらに限定されるものではない）を含めた用途のため貯蔵されるか、又は使用される。ＣＯ２含有海水流１８は、海洋環境又は海底１７中のＣＯ２廃棄貯槽２０の少なくとも一つ中へ廃棄流１９として注入することにより廃棄する。この態様の重要な利点は、洗浄に用いられる海水と、炭化水素ガス資源との両方が上昇した圧力にあり、ＣＯ２の海水中への溶解を促進することである。
【００２４】
ＣＯ２に富む水性流を分離した後、ＣＯ２欠乏炭化水素資源を更に処理することができる。例えば、ＣＯ２に富む水性流を分離した後、得られたＣＯ２欠乏炭化水素資源を、圧縮、凝縮、液体分離、硫黄除去、脱水、水銀除去、ラドン除去、他のガス流との混合、加熱、バルブ調節、それらの組合せ等（それらに限定されるものではない）を含めた少なくとも一つを適当な処理工程を用いて処理することができる。更に、ＣＯ２に富む水性流の分離及び／又は更に処理した後、ＣＯ２欠乏炭化水素資源を種々の用途で用いるために市場へ輸送することができる。例えば、本発明により生成したＣＯ２欠乏炭化水素資源に適した用途には、電力発生、炉燃料、合成ガス発生、ＧＴＬ供給原料、メタノール供給原料、それらの組合せ等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００２５】
図１に描いた洗浄器は、水の表面と海底との間に位置しているが、洗浄器は、産出プラットホームの所の海面の直ぐ下、産出プラットホームと海底との間、海底の上、時には海底の下（それらに限定されるものではない）を含めた水の中のどの場所にあってもよい。しかし、炭化水素ガス資源流が、洗浄器の場所の静水圧ヘッドよりも大きな圧力になっているならば、炭化水素資源の圧力を、洗浄器の静水圧まで減少することができる。炭化水素ガス資源流が、海底の静水圧ヘッドよりも大きな圧力になっている場合、洗浄器は海底上に配置するのが好ましく、この位置に配置した他の生産設備を伴っている。また、炭化水素資源流の圧力が、海底の静水圧よりも低いならば、資源の圧力が海底に配置されるよりも、その静水圧に合うか又はそれを越える海底よりも高い位置に洗浄器を配置するのが好ましい。海底よりも高く洗浄器を配置することにより、本発明は、静水圧を達成するため炭化水素資源流を圧縮しなければならないことを回避することができる。炭化水素資源流の圧力が、海底の静水圧よりも低いならば、洗浄器は産出プラットホームの所の海面の直ぐ下に配置するのが好ましく、この場所に位置する他の生産設備を伴っている。更に、好ましい態様として、水性液体流と炭化水素資源との接触は、静水圧が炭化水素資源の源の圧力に等しいか又はそれより低い深さの所で行う。
【００２６】
洗浄器の温度は制御しないままにし、周囲条件のままになっているのが好ましい。しかし、或る条件下では、炭化水素ガス資源流からのＣＯ２の除去を促進するため、洗浄器を加熱するか又は冷却するのが好ましいことがある。例えば、炭化水素ガス資源流が、粘稠な液体を含む場合、加熱するのが望ましい。更に、炭化水素ガス資源流から一層多量のＣＯ２を除去したい場合、冷却が望ましいであろう。
【００２７】
本発明の方法では、海水又は別の水性液体の源は、洗浄器に隣接していてもよく、或は洗浄器から或る距離離れた所に位置していてもよい。例えば、もし冷たい海水が望まれ、その冷たい海水が別の場所で入手できる場合、その冷たい海水は、例えば、パイプを通って洗浄器へ送ってもよい。海水又は別の水性液体の源は、洗浄器に近接しているのが好ましい。好ましい態様として、水性液体源は、洗浄器から約１ｋｍ以内にあり、一層好ましくは洗浄器から約１００ｍ以内にある。
【００２８】
本発明の方法では、かなりの量の液体炭化水素を含有する流れを洗浄することは回避するのが好ましい。なぜなら、かなりの量の液体炭化水素が存在すると、ＣＯ２の分離を一層困難にすることがあるからである。従って、ＣＯ２含有炭化水素資源流中に存在する液体炭化水素は、洗浄前に分離するのが好ましい。ＣＯ２含有炭化水素資源流からの液体炭化水素の分離は、水中でも行うことができる。
【００２９】
ＣＯ２に富む海水、又は別の水性液体の流れを、海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せ等の中への注入の少なくとも一つにより廃棄する間、注入に必要な圧力が、洗浄器を出るＣＯ２含有流の圧力より大きいことがある。そのような場合、液相ポンプを用いて圧力を安価に増大することができる。好ましい態様として、ＣＯ２に富む水性流を陸地構成物に注入するのに用いられるポンプは、ＣＯ２に富む水性流を炭化水素資源から分離する分離器の深さに等しいか又はそれより大きな深さの所に位置する。理想的にはＣＯ２含有流は、ＣＯ２が気化せずに、水性液体中に溶解したままになっているのを確実にするのに充分な圧力及び温度で注入する。
【００３０】
ＣＯ２に富む水性流を廃棄するのに種々の陸地構成物が適している。例えば、適した陸地構成物には、炭化水素質構成物、非炭化水素質構成物、それらの組合せ物等が含まれるが、それらに限定されるものではない。特に適した陸地構成物には、地下天然液体及びガス状構成物、石炭床、メタン水和物、それらの組合せ等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３１】
ＣＯ２に富む水性流を廃棄するのに適した海洋環境も数多く存在する。例えば、適切な海洋環境には、大洋、海、湖、泉、貯槽、プール、池、川、それらの組合せ等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３２】
ＣＯ２に富む水性流のための海洋廃棄場所は、洗浄器に近い必要はなく、洗浄器から或る距離離れていてもよい。例えば、炭化水素生成設備が浅い水の所に位置するならば、その生産設備から或る距離離れた深水廃棄場所にＣＯ２に富む水性流を廃棄するのが望ましい。好ましくは、海洋廃棄場所は、洗浄器の約１０ｋｍ以内にあり、一層好ましくは洗浄器から約１ｋｍにあり、最も好ましくは洗浄器から約１００ｍ以内にある。
【００３３】
図１に描いたＣＯ２含有炭化水素資源の源は、水中に位置するもとして示されているが、ＣＯ２含有炭化水素資源の源は水中である必要はない。例えば、炭化水素資源の源が海岸線近くに位置し、ＣＯ２含有炭化水素資源を、ＣＯ２の水中洗浄が行われる沖合の場所へパイプラインで引くこともできる。更に、本発明の方法で洗浄するために海水を用いるのが好ましいが、ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を洗浄するために海水の代わりに、又は海水と組合せて用いることができる幾つかの適当な別の水性液体が存在する。適当な別の水性流には、フィッシャー・トロプシュ・気相から液相（Gas-to-Liquid）（ＧＴＬ）工程で形成された反応水、フィッシャー・トロプシュＧＴＬ設備からの使用済み冷却用水、川の水、又はその他の運搬不可能な水、及び未加工物（crude）又はガス生産から回収された水が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３４】
理想的には、ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を洗浄するために用いられる水性流、好ましくは海水は、できるだけ高いｐＨを有する。好ましくは水性流のｐＨは、ＣＯ２の洗浄を促進するため約７．０より大きい。ＣＯ２を洗浄するために用いられる水性流のｐＨを増大するため、多くの適当な技術を用いることができる。ｐＨを増大するのに適した一つの方法は、アルカリ及び／又は他の塩基性物質を添加することであり、それらの物質にはアンモニアが含まれるが、それに限定されるものではない。更に、添加した塩基性物質は洗浄後に捨てなければならないので、これらの物質が安価で、それらを廃棄しようとする環境に対し優しいものであるべきである。従って、与えられた経済的及び環境的制約では、好ましい水性源には、海水、川水、及び他の運搬不可能な水源が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３５】
フィッシャー・トロプシュＧＴＬ法の水は、ＣＯ２洗浄のための特に適切な水性液体である。なぜなら、ＧＴＬ工程水はフィッシャー・トロプシュＧＴＬ処理中に豊富に生成するからである。例えば、合成ガスからフィッシャー・トロプシュ生成物への全転化を支配する次の化学量論的式：ｎＣＯ＋２ｎＨ２→ｎＨ２Ｏ＋ｎＣＨ２、（ここでｎＣＨ２は、フィッシャー・トロプシュ工程からの炭化水素生成物を表す）は、転化中に生成する水対炭化水素の重量比が約１．２５であることを示している。従って、典型的なフィッシャー・トロプシュ法は、重量に基づき、炭化水素よりも約２５％多い水を生ずる。残念ながら、ＧＴＬ法の水についての問題は、それが、例えば、酢酸のような酸性汚染物を含有することがあることである。酸性汚染物は、工程水のｐＨを低下し、それによりＣＯ２の溶解度を低下する。従って、ＧＴＬ法の水をＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を洗浄するために用いた場合、それを洗浄流として用いる前に、ＧＴＬ法の水から酸性汚染物を除去するのが好ましい。ＧＴＬ法の水から酸性汚染物を除去するために種々の適当な方法が存在するが、それらには蒸留、アルミナ又は塩基性物質への吸着、及び酸化が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３６】
使用する洗浄用液体が海水ではなく、空気を含有するならば、その洗浄用液体は洗浄前に脱気するのが好ましい。洗浄用液体の脱気は、ＣＯ２を吸着する液体の能力を増大し、ＣＯ２含有炭化水素ガス流中へ空気が入るのを最小限にする。水性流を脱気する方法はよく知られており、例えば、淡水化プラント及びボイラー供給水の製造のために用いられている。そのような方法は、例えば、ジョンＨ．ペリー（John H. Perry）の「化学工学便覧」（Chemical Engineering Handbook）（マクグロー・ヒル出版社（McGraw Hill Book Co.）、１９６３）第４版、第９頁〜第５１頁（その全体的記載は参考のためここに入れてある）に詳細に記載されている。
【００３７】
或る状況では、ＣＯ２に富む炭化水素資源を供給するのに用いたのと同じ構成物中にＣＯ２に富む水性流を廃棄するのが好ましい。例えば、炭化水素資源が供給されたのと同じ構成物中にＣＯ２に富む水性流を廃棄して、その構成物の圧力を維持及び／又は増大するのが好ましい。更に、圧力の維持が望まれる場合、ポンプで送る前又は送っている間よりもむしろ注入中にＣＯ２を少なくとも部分的に気化するのが有利である。ＣＯ２の気化は、水性流のｐＨを減少することにより達成することができる。水性流のｐＨを減少するのに適した方法は、酸を注入することである。本発明の方法では、酸は、ＧＴＬ設備により生成した酸性廃水から便利に得ることができる。従って、好ましい態様として、ＣＯ２に富む水性流を、炭化水素資源流から除去されたＣＯ２を廃棄するのみならず、構成物中の圧力を維持するために、構成物中へ注入する。更に、酸性流は、水性流のｐＨを減少することによりＣＯ２の気化を誘発するために構成物中へ注入することができる。酸性流とＣＯ２に富む水性流との混合は、種々の適当な場所で行うことができる。しかし、圧縮に伴われることがある問題を最小限にするため、酸性溶液とＣＯ２に富む水性流とを、それらを別々に圧縮した後に混合するのが好ましい。混合は、例えば別の井戸を用いるか、又は流れの注入を変えることにより、構成物中で行うことができる。混合は、それら液体を加圧した後に地上で行なってもよい。
【００３８】
構成物圧力を維持及び／又は増大すること外に、水性流を、できれば界面活性剤を添加して、陸地構成物中へ注入することにより、炭化水素資源の回収及び／又は生産を促進することができる。
【００３９】
もしＣＯ２に富む炭化水素資源流が、他のガスと比較してＣＯ２の含有量が比較的低いならば、水性流はＣＯ２の洗浄に対し極めて選択的になることはないであろう。そのような場合、複数の段階で洗浄を行うのが好ましいであろう。例えば、第一の選択的ＣＯ２洗浄操作を行い、次に脱着操作を行い濃厚なＣＯ２ガス流を生成させ、次に水性流で洗浄を行なってもよい。ＣＯ２を選択的に洗浄する技術は当分野でよく知られており、アミンを用いるのが典型的である。
【００４０】
操作条件を変化させることができるが、好ましい態様として、操作条件は、炭化水素資源が水性液体流と接触している間、気相になっているのを確実にするように調節する。即ち、好ましい態様では、温度、圧力、ｐＨ、及び接触時間は、重量で炭化水素資源の少なくとも７５％、一層好ましくは少なくとも約８５％、最も好ましくは少なくとも約９０％が気相になっているのを確実にするのに充分なものであるべきである。更に、炭化水素資源と水性液体流との接触中、且つ／又は接触後のＣＯ２に富む水性流の分離中、操作条件を調節及び／又は固定し、水性液体流中のメタンに比較したＣＯ２の溶解度を増大させるのが好ましい。同様に、例えば、圧力、温度、ｐＨ、及び接触時間のような操作条件を、接触及び／又は分離中に固定及び／又は調節してメタン水和物の形成を最小限にすることが好ましい。
【００４１】
最後に、好ましい態様として、ＣＯ２に富む水性流の廃棄は、炭化水素資源から除去されたＣＯ２の少なくとも約７５％、一層好ましくは少なくとも約８５％、最も好ましくは少なくとも約９０％が水性流中に溶解したままになっているを確実にするのに充分な深さ、圧力、温度、及びｐＨで行うべきである。
【００４２】
本発明に関連して用いることができる多くの適当な洗浄器が存在するが、水中で操作することができる洗浄器が好ましい。特に、ポンプ及び制御バルブのような複雑な備品の使用を最小限にする洗浄器が特に好ましい。
【００４３】
本発明の更に好ましい態様が図２に描かれている。この態様では、ＣＯ２含有炭化水素資源流２２がＣＯ２含有炭化水素資源の源２１から与えられている。ＣＯ２含有炭化水素資源流２２は、圧力減少機２３を通過し、もし必要ならば、それは炭化水素資源流２２の圧力を減少する。炭化水素資源流２２は、次に洗浄器２４へ入る。この態様では洗浄器２４は、海水流２６中の洗浄器２４に入った下方へゆっくり移動する海水で満たされた長い管である。炭化水素資源流２２は、好ましくはガスの形になっており、ＣＯ２含有海水排出流３０のための排出点より上の管の底部領域中へ注入される。ガス２５の形の炭化水素資源流２２は、管中を海水を通って上昇し、洗浄される。管の頂部の炭化水素資源ガス２５の圧力は、ほぼ大気圧より高く維持し、管中の海水のレベルを周囲の海面よりも僅かに低く保つようにする。海水流２６は希望の量のＣＯ２を除去するのに充分な速度で管中へポンプで送る。ポンプで送る速度は、希望のＣＯ２除去レベルに到達するように調節する。管の直径は、希望の海水ポンプ送入速度及び炭化水素生成速度で、海水の下方への流れが上昇気泡の速度を越えないように選択する。洗浄後、ＣＯ２欠乏炭化水素流２７は、界面２８の上から工程を出る。同様に、洗浄後に、ＣＯ２含有海水流３０は、海洋廃棄及び地下貯槽３２への廃棄の少なくとも一方のために洗浄器２４を出る。もし地下貯槽３２へ廃棄するならば、ＣＯ２含有海水は海底２９の下の地下ＣＯ２廃棄貯槽３２へ送る。
【実施例】
【００４４】
例１
海底源からの天然ガスのＣＯ２に富む源が、次のモル組成で得られた：約８０％のＣＨ４、約２０％のＣＯ２、及び微量のＨ２Ｓ。このガスを、約０℃、又は約３０℃で、約３００ｐｓｉｇで脱気海水を用いて向流接触器で洗浄し、ＣＯ２の約９０％を除去し、約２％のＣＯ２しか含まないガスを生成させた。約３００ｐｓｉｇの圧力は、約７００ｆｔの水深に相当する。ガス組成及び選択性と共に、ガス１モル当たり必要な水の最少量は次の通りであった：
【００４５】
【表３】
【００４６】
上記表は、平衡条件と実際的水の必要量の両方についてのデーターを与えている。平衡値は、平衡定数を用いて計算した。実際には、吸着が平衡に近づくに従って起きることがある移行の低下を克復し、洗浄用流体として非脱気水を用いた場合に溶解空気により起こされる僅かな影響を補償するため、例えば約２０％のような幾らかの水が必要であった。
【００４７】
上記データーから、洗浄は、許容可能なメタンの損失でＣＯ２を効果的に除去することができることが分かる。効果的にＣＯ２を除去することの外に、上記方法は、硫化水素を除去する付加的利点を与えている。比較的低い温度での洗浄は、炭化水素の損失及び水流必要量を最小限にするため好ましい。
【００４８】
本発明を特定の態様に関連して記述してきたが、特許請求の範囲の本質及び範囲を離れることなく当業者により行われる種々の変化及び置換も、本出願は包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明によるＣＯ２欠乏炭化水素を生成させるための方法の好ましい態様についての模式図である。
【図２】図２は、本発明によるＣＯ２欠乏炭化水素を生成させるための方法の別の好ましい態様についての模式図である。
【０００１】
本発明は、ＣＯ２に富む炭化水素資源からＣＯ２欠乏炭化水素を生成させることに関する。特に、本発明は、ＣＯ２含有炭化水素資源から水性流を用いて水中洗浄し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源及びＣＯ２に富む水性流を生成させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ２は、温室効果により大気温暖化の誘因となる環境汚染であることはよく知られている。ＣＯ２は、例えば天然ガスのような炭化水素資源中の一般的汚染物である。一般に、合成ガス発生工程への天然ガス供給物中に許容されるわずかに最小限の量は、典型的には約１０モル％未満、好ましくは約５モル％未満のＣＯ２にしかならない。残念ながら、ＣＯ２に富む炭化水素源は、約１０モル％より大きなＣＯ２レベルを有する場合、その炭化水素資源からＣＯ２を除去するための経済的な方法は存在しない。更に、ＣＯ２を除去した場合、ＣＯ２の廃棄が問題である。
【０００３】
ＣＯ２を圧縮ガスとして地下貯槽中へ注入することにより、それを廃棄する努力が行われてきた。また、ＣＯ２を深海環境中に廃棄することができるかどうかを決定する研究も行われてきた。しかし、現存するＣＯ２廃棄方法では、ＣＯ２は、それを圧縮するか、且つ／又は凝集することにより比較的純粋な状態で得られている。従って、そのような廃棄技術の欠点は、それらがＣＯ２を圧縮及び／又は凝縮するためにコストのかかる圧縮器及び／又は冷却器を必要としていることである。
【０００４】
例えば、ムレイ（Murray）による米国特許第６，１９０，３０１号明細書には、ＣＯ２を廃棄するための方法及びビヒクルが記載されている。ムレイの方法では、先ずガス状ＣＯ２を固化し、次に戸外の水を通って海洋環境中に自由落下させ、そこで少なくとも部分的に沈積構成物中に埋め込まれるようにする。ＣＯ２の沈積により、海洋環境は、炭酸塩封鎖により炭素吸収体として確実に働く。従って、ムレイは、ガス状ＣＯ２を固体に転化することを記述し、高価な冷凍及び圧縮工程を使用する必要がある。
【０００５】
また、ビテリ（Viteri）による米国特許第６，１７０，２６４号明細書には、乗り物のための動力供給又は他の動力用のための、汚染がないか又は少ないエンジンが記載されている。ビテリのエンジンでは、燃料と酸素はガス発生器中で燃焼され、炭素含有燃料により水及びＣＯ２を発生する。燃焼生成物、水蒸気、炭素含有燃料、及びＣＯ２は、次に凝縮器を通り、そこで水蒸気は凝縮し、ＣＯ２は収集されるか又は廃棄される。ＣＯ２を圧縮冷却し、それを液体又は超臨界状態にする。次に緻密な相のＣＯ２を更に加圧し、多孔質地質学的構成物、深い滞水層、深海部、又は他の陸地構成物の内部に深く存在している静水力学性の低い圧力ヘッド（a pressure, less hydrostatic head）に合った圧力にし、それらからＣＯ２が再び大気中へ戻るのを阻止する。従って、ビテリは、動力発生プラントからのＣＯ２ガスを、先ず圧縮冷却して液相を形成し、次にその液体を静水力学的圧力ヘッドに合うまで圧縮することにより、そのＣＯ２を大洋又は陸地構成物中へ廃棄することを記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
結局、炭化水素資源から、コストのかかる圧縮及び／又は凝縮工程を用いる必要なく、ＣＯ２を経済的に除去することができ、その除去されたＣＯ２を、環境からそのＣＯ２を分離するやり方で廃棄することができる方法及び装置が緊急に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、炭化水素資源からＣＯ２を経済的に除去するのみならず、その除去されたＣＯ２を、環境からそのＣＯ２を分離するやり方で廃棄する方法を与えることにより上記目的を達成する。
【０００８】
本発明の方法は、炭化水素資源を水性流と、好ましくは上昇させた圧力で接触させることにより、炭化水素資源からＣＯ２を除去する。特に本発明の方法は、炭化水素資源を上昇させた圧力で水性流で洗浄し、例えば、海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つに廃棄することができるＣＯ２含有水性流を生成させることによりその資源からＣＯ２を分離する。このように、本発明の一つの重要な利点は、コストのかかる圧縮及び／又は凝縮工程を用いる必要なく、炭化水素資源からＣＯ２を除去することができることである。更に別の利点は、本発明は、例えば海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せ中に水性流として除去したＣＯ２を廃棄し、それによりＣＯ２を環境から効果的に分離することができることである。
【０００９】
特に、本発明によれば、ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を除去するための方法は、炭化水素資源を水面下の位置にある水性流と接触させ、炭化水素資源中のＣＯ２の少なくとも一部分を水性流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源と、ＣＯ２に富む水性流とを形成することを含む。次にＣＯ２に富む水性流を、炭化水素資源から分離する。最後に、ＣＯ２に富む水性流を、海洋環境、陸地構成物、又はそれら組合せの少なくとも一つ中に廃棄する。
【００１０】
更に、本発明によれば、炭化水素／ＣＯ２ガス混合物からＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成させる方法は、炭化水素／ＣＯ２ガス混合物を水面下で水性流と接触させ、前記ガス混合物中のＣＯ２の少なくとも一部分を前記水性流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素ガスと、ＣＯ２に富む水性流とを形成することを含む。次に、ＣＯ２に富む水性流を、前記ガス流から分離する。最後に、ＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成させる。
【００１１】
好ましい態様についての詳細な記述
本発明では、ＣＯ２含有炭化水素中に存在するＣＯ２の少なくとも一部分を、そのＣＯ２含有炭化水素を水性流と、好ましくは上昇させた圧力で接触することにより除去する。ＣＯ２が除去されたならば、ＣＯ２に富む水性流が発生し、例えば海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中に廃棄し、ＣＯ２を環境から充分分離する。
【００１２】
このように、本発明では、例えば、天然ガスのような炭化水素資源中のＣＯ２を除去し、次に海水のような水性流を用いて水面下の位置で洗浄し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源及びＣＯ２に富む水性流を生成させることにより、環境から分離することができる。本発明の方法の一つの重要な利点は、それを水中で行うので、低コストの吸着剤として海水を用いて洗浄を安価に行うことができることである。本発明の別の利点は、その方法を水中で行うので、ほぼ大気圧より高い圧力で洗浄を安価に行い、それによりＣＯ２の溶解を増大することができることである。本発明の更に別の利点は、その方法を水中で行うため、炭化水素資源からＣＯ２を分離するために用いられる吸着剤の圧力を増大するためコストのかかるガス圧縮器及び／又は液体ポンプの必要性を実質的に最小限にするか、且つ／又は無くすことができることである。本発明の更に別の利点は、ＣＯ２に富む水性流を海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中に廃棄することにより、本発明は除去されたＣＯ２を、環境からそのＣＯ２を分離するやり方で廃棄することである。
【００１３】
本発明により、水性液体を用いたガスからのＣＯ２の洗浄は、メタン、ＣＯ２、及び他の水和物の形成を回避するように、非極圧で行うのがよい。水中へのＣＯ２の溶解は上昇させた圧力で促進される。従って、できるだけ高い圧力で操作するのが好ましい。しかし、コストを最小限にするため、高価なガス圧縮工程を用いることなく、上昇させた圧力で操作するのが好ましい。
【００１４】
圧力の外に温度及び塩分も処理中に重要になることがある。例えば、比較的高い温度では、水和物の形成が起きることがある。また、比較的低い温度では、達成することができる水に対するガスの溶解度は一層高くなり、メタン及び他の価値ある炭化水素よりもＣＯ２の除去に対する選択性は一層大きくなる。塩分も水に対する炭化水素の溶解度に影響を与える。例えば、メタンのような非イオン性炭化水素では、一層大きな「塩析（salting-out）」効果が起きることがある。従って本発明の方法では、水性流の温度及び塩分を、ＣＯ２除去の選択性を最大にするように変化させることができる。更に、海水を水性流として用いる場合には、海水の塩が、水和物が形成される温度を低下する僅かな傾向を示すことがある。
【００１５】
メタン及びＣＯ２について、種々の温度で水和物の形成を回避するために許容できる最大圧力は次の通りであることが当分野で知られている：
【００１６】
【表１】
上記データーは、例えば、Ｅ．ダンディー・スローン・ジュニアー（E. Dundy Sloan, Jr.）による「天然ガスのクラスレート水和物」（Clathrate Hydrates of Natural Gases）〔マーセル・デッカー社（Marcel Dekker, Inc.）１９９０〕に見出すことができ、その開示の全体は参考のためここに入れてある。スローンは、ガス混合物及び得られる水和物形成温度／圧力についての数多くの例も与えている。適当な操作温度／圧力の組合せは、各ガス組成物について事例毎に決定されている。スローンは、適当な操作条件を概算する方法を記載している。例えば、典型的な軽質ガスの場合、約３００ｐｓｉｇ及び約１０℃での操作により、水和物の形成を回避することができる。
【００１８】
一般に、水和物の形成を回避するため、最大圧力よりも低い圧力を用いなければならない。しかし、水和物形成は、反応速度及び／又は熱移動によっても制御することができる。従って、最大限界近辺又はそれより高い圧力を、滞留時間が最小限である限り、用いることができる。
【００１９】
純粋な水及び海水中のＣＯ２及びＣＨ４についてのヘンリーの法則の定数は、例えば、クリフォードＮ．クリック（Clifford N. Click）による「廃水及び処理水ＶＯＣ放出物に対するヘンリーの法則の適用」（Applications of Henry's Law to Waste and Process Water VOC Emissions）〔第８５回空気及び廃棄物管理協会年次例会（85th Annual Meeting Air and Waste Management Association）〕に記載されており、次の通りである：
【００２０】
【表２】
クリックは、水中の幾つかの軽質炭化水素ガスについてのヘンリーの法則の係数を、温度の関数として与えており、塩水効果についての式も与えている。ギアニ・アスタルチタ（Gianni Astartita）、デビッド・サバジ（David Savage）、及びアッチリオ・ビシオ（Attilio Bisio）による「化学溶媒によるガス処理」（Gas Treating with Chemical Solvents）〔ウィリー（Wiley）〕第２０８頁には、水に対するＣＯ２の物理的溶解度についてのヘンリーの法則の係数を、温度の関数としてプロットしたものが開示されている。更に、ジョン・ナイスワンダー（John Nighswander）、ニコラス・カロゲラキス（Nicholas Kalogerakis）、アニル・メーロトラ（Anil Mehrotra）による「１０ＭＰａまでの圧力及び８０〜２００℃の温度での水及び１重量％ＭａＣｌ溶液に対する二酸化炭素の溶解度」（Solubilities of Carbon Dioxide in Water and 1 Wt% NaCl Solution at Pressures up to 10 MPa and Temperatures From 80 to 200 Degrees C）、J. Chem. Eng. Data, 34, 355-360 (1989)には、約８０〜約２００℃の範囲の温度で、１０ＭＰａまでの圧力に亘る水に対するＣＯ２溶解度に与える塩の影響は最小になることを開示している。スローン、クリック、アスタルチタ、及びナイスワンダーの開示は、参考のため全体的にここに入れてある。
【００２２】
上記データーは、海水を用い、且つ／又は上昇させた温度で操作すると、ＣＯ２除去の選択性を向上することができることを示している。しかし、或る状況下では、洗浄のため海水を用いることは、ガス流中に海水汚染物が入るため実施出来ない。例えば、これは、フィッシャー・トロプシュ又はメタン改質反応器へ再循環されるフィッシャー・トロプシュテイルガス流からＣＯ２を洗浄するため海水を用いた場合に起きる。一般に汚染物が存在しても、テイルガスから誘導されたフィッシャー・トロプシュ工程からの燃料ガス流を洗浄するため海水を使用することを妨げるべきではない。
【００２３】
本発明による、ＣＯ２含有炭化水素からのＣＯ２欠乏炭化水素を水中洗浄により生成させる方法の好ましい態様が、図１に描かれている。この態様では、ＣＯ２含有炭化水素資源流１１を、ＣＯ２含有炭化水素資源の源１０から与える。もし必要ならば、ＣＯ２含有炭化水素資源流１１の圧力を、圧力減少機１２中で減少する。次にＣＯ２含有炭化水素資源流１１は、洗浄器１３に入る。海水１４の流れが洗浄器１３に入る。洗浄を行い、ＣＯ２欠乏炭化水素流１５及びＣＯ２含有海水流１８を生ずる。ＣＯ２欠乏炭化水素流１５は、水の表面１６の上を移動し、そこで電力発生、燃料、合成ガス発生（それらに限定されるものではない）を含めた用途のため貯蔵されるか、又は使用される。ＣＯ２含有海水流１８は、海洋環境又は海底１７中のＣＯ２廃棄貯槽２０の少なくとも一つ中へ廃棄流１９として注入することにより廃棄する。この態様の重要な利点は、洗浄に用いられる海水と、炭化水素ガス資源との両方が上昇した圧力にあり、ＣＯ２の海水中への溶解を促進することである。
【００２４】
ＣＯ２に富む水性流を分離した後、ＣＯ２欠乏炭化水素資源を更に処理することができる。例えば、ＣＯ２に富む水性流を分離した後、得られたＣＯ２欠乏炭化水素資源を、圧縮、凝縮、液体分離、硫黄除去、脱水、水銀除去、ラドン除去、他のガス流との混合、加熱、バルブ調節、それらの組合せ等（それらに限定されるものではない）を含めた少なくとも一つを適当な処理工程を用いて処理することができる。更に、ＣＯ２に富む水性流の分離及び／又は更に処理した後、ＣＯ２欠乏炭化水素資源を種々の用途で用いるために市場へ輸送することができる。例えば、本発明により生成したＣＯ２欠乏炭化水素資源に適した用途には、電力発生、炉燃料、合成ガス発生、ＧＴＬ供給原料、メタノール供給原料、それらの組合せ等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００２５】
図１に描いた洗浄器は、水の表面と海底との間に位置しているが、洗浄器は、産出プラットホームの所の海面の直ぐ下、産出プラットホームと海底との間、海底の上、時には海底の下（それらに限定されるものではない）を含めた水の中のどの場所にあってもよい。しかし、炭化水素ガス資源流が、洗浄器の場所の静水圧ヘッドよりも大きな圧力になっているならば、炭化水素資源の圧力を、洗浄器の静水圧まで減少することができる。炭化水素ガス資源流が、海底の静水圧ヘッドよりも大きな圧力になっている場合、洗浄器は海底上に配置するのが好ましく、この位置に配置した他の生産設備を伴っている。また、炭化水素資源流の圧力が、海底の静水圧よりも低いならば、資源の圧力が海底に配置されるよりも、その静水圧に合うか又はそれを越える海底よりも高い位置に洗浄器を配置するのが好ましい。海底よりも高く洗浄器を配置することにより、本発明は、静水圧を達成するため炭化水素資源流を圧縮しなければならないことを回避することができる。炭化水素資源流の圧力が、海底の静水圧よりも低いならば、洗浄器は産出プラットホームの所の海面の直ぐ下に配置するのが好ましく、この場所に位置する他の生産設備を伴っている。更に、好ましい態様として、水性液体流と炭化水素資源との接触は、静水圧が炭化水素資源の源の圧力に等しいか又はそれより低い深さの所で行う。
【００２６】
洗浄器の温度は制御しないままにし、周囲条件のままになっているのが好ましい。しかし、或る条件下では、炭化水素ガス資源流からのＣＯ２の除去を促進するため、洗浄器を加熱するか又は冷却するのが好ましいことがある。例えば、炭化水素ガス資源流が、粘稠な液体を含む場合、加熱するのが望ましい。更に、炭化水素ガス資源流から一層多量のＣＯ２を除去したい場合、冷却が望ましいであろう。
【００２７】
本発明の方法では、海水又は別の水性液体の源は、洗浄器に隣接していてもよく、或は洗浄器から或る距離離れた所に位置していてもよい。例えば、もし冷たい海水が望まれ、その冷たい海水が別の場所で入手できる場合、その冷たい海水は、例えば、パイプを通って洗浄器へ送ってもよい。海水又は別の水性液体の源は、洗浄器に近接しているのが好ましい。好ましい態様として、水性液体源は、洗浄器から約１ｋｍ以内にあり、一層好ましくは洗浄器から約１００ｍ以内にある。
【００２８】
本発明の方法では、かなりの量の液体炭化水素を含有する流れを洗浄することは回避するのが好ましい。なぜなら、かなりの量の液体炭化水素が存在すると、ＣＯ２の分離を一層困難にすることがあるからである。従って、ＣＯ２含有炭化水素資源流中に存在する液体炭化水素は、洗浄前に分離するのが好ましい。ＣＯ２含有炭化水素資源流からの液体炭化水素の分離は、水中でも行うことができる。
【００２９】
ＣＯ２に富む海水、又は別の水性液体の流れを、海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せ等の中への注入の少なくとも一つにより廃棄する間、注入に必要な圧力が、洗浄器を出るＣＯ２含有流の圧力より大きいことがある。そのような場合、液相ポンプを用いて圧力を安価に増大することができる。好ましい態様として、ＣＯ２に富む水性流を陸地構成物に注入するのに用いられるポンプは、ＣＯ２に富む水性流を炭化水素資源から分離する分離器の深さに等しいか又はそれより大きな深さの所に位置する。理想的にはＣＯ２含有流は、ＣＯ２が気化せずに、水性液体中に溶解したままになっているのを確実にするのに充分な圧力及び温度で注入する。
【００３０】
ＣＯ２に富む水性流を廃棄するのに種々の陸地構成物が適している。例えば、適した陸地構成物には、炭化水素質構成物、非炭化水素質構成物、それらの組合せ物等が含まれるが、それらに限定されるものではない。特に適した陸地構成物には、地下天然液体及びガス状構成物、石炭床、メタン水和物、それらの組合せ等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３１】
ＣＯ２に富む水性流を廃棄するのに適した海洋環境も数多く存在する。例えば、適切な海洋環境には、大洋、海、湖、泉、貯槽、プール、池、川、それらの組合せ等が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３２】
ＣＯ２に富む水性流のための海洋廃棄場所は、洗浄器に近い必要はなく、洗浄器から或る距離離れていてもよい。例えば、炭化水素生成設備が浅い水の所に位置するならば、その生産設備から或る距離離れた深水廃棄場所にＣＯ２に富む水性流を廃棄するのが望ましい。好ましくは、海洋廃棄場所は、洗浄器の約１０ｋｍ以内にあり、一層好ましくは洗浄器から約１ｋｍにあり、最も好ましくは洗浄器から約１００ｍ以内にある。
【００３３】
図１に描いたＣＯ２含有炭化水素資源の源は、水中に位置するもとして示されているが、ＣＯ２含有炭化水素資源の源は水中である必要はない。例えば、炭化水素資源の源が海岸線近くに位置し、ＣＯ２含有炭化水素資源を、ＣＯ２の水中洗浄が行われる沖合の場所へパイプラインで引くこともできる。更に、本発明の方法で洗浄するために海水を用いるのが好ましいが、ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を洗浄するために海水の代わりに、又は海水と組合せて用いることができる幾つかの適当な別の水性液体が存在する。適当な別の水性流には、フィッシャー・トロプシュ・気相から液相（Gas-to-Liquid）（ＧＴＬ）工程で形成された反応水、フィッシャー・トロプシュＧＴＬ設備からの使用済み冷却用水、川の水、又はその他の運搬不可能な水、及び未加工物（crude）又はガス生産から回収された水が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３４】
理想的には、ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を洗浄するために用いられる水性流、好ましくは海水は、できるだけ高いｐＨを有する。好ましくは水性流のｐＨは、ＣＯ２の洗浄を促進するため約７．０より大きい。ＣＯ２を洗浄するために用いられる水性流のｐＨを増大するため、多くの適当な技術を用いることができる。ｐＨを増大するのに適した一つの方法は、アルカリ及び／又は他の塩基性物質を添加することであり、それらの物質にはアンモニアが含まれるが、それに限定されるものではない。更に、添加した塩基性物質は洗浄後に捨てなければならないので、これらの物質が安価で、それらを廃棄しようとする環境に対し優しいものであるべきである。従って、与えられた経済的及び環境的制約では、好ましい水性源には、海水、川水、及び他の運搬不可能な水源が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３５】
フィッシャー・トロプシュＧＴＬ法の水は、ＣＯ２洗浄のための特に適切な水性液体である。なぜなら、ＧＴＬ工程水はフィッシャー・トロプシュＧＴＬ処理中に豊富に生成するからである。例えば、合成ガスからフィッシャー・トロプシュ生成物への全転化を支配する次の化学量論的式：ｎＣＯ＋２ｎＨ２→ｎＨ２Ｏ＋ｎＣＨ２、（ここでｎＣＨ２は、フィッシャー・トロプシュ工程からの炭化水素生成物を表す）は、転化中に生成する水対炭化水素の重量比が約１．２５であることを示している。従って、典型的なフィッシャー・トロプシュ法は、重量に基づき、炭化水素よりも約２５％多い水を生ずる。残念ながら、ＧＴＬ法の水についての問題は、それが、例えば、酢酸のような酸性汚染物を含有することがあることである。酸性汚染物は、工程水のｐＨを低下し、それによりＣＯ２の溶解度を低下する。従って、ＧＴＬ法の水をＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を洗浄するために用いた場合、それを洗浄流として用いる前に、ＧＴＬ法の水から酸性汚染物を除去するのが好ましい。ＧＴＬ法の水から酸性汚染物を除去するために種々の適当な方法が存在するが、それらには蒸留、アルミナ又は塩基性物質への吸着、及び酸化が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００３６】
使用する洗浄用液体が海水ではなく、空気を含有するならば、その洗浄用液体は洗浄前に脱気するのが好ましい。洗浄用液体の脱気は、ＣＯ２を吸着する液体の能力を増大し、ＣＯ２含有炭化水素ガス流中へ空気が入るのを最小限にする。水性流を脱気する方法はよく知られており、例えば、淡水化プラント及びボイラー供給水の製造のために用いられている。そのような方法は、例えば、ジョンＨ．ペリー（John H. Perry）の「化学工学便覧」（Chemical Engineering Handbook）（マクグロー・ヒル出版社（McGraw Hill Book Co.）、１９６３）第４版、第９頁〜第５１頁（その全体的記載は参考のためここに入れてある）に詳細に記載されている。
【００３７】
或る状況では、ＣＯ２に富む炭化水素資源を供給するのに用いたのと同じ構成物中にＣＯ２に富む水性流を廃棄するのが好ましい。例えば、炭化水素資源が供給されたのと同じ構成物中にＣＯ２に富む水性流を廃棄して、その構成物の圧力を維持及び／又は増大するのが好ましい。更に、圧力の維持が望まれる場合、ポンプで送る前又は送っている間よりもむしろ注入中にＣＯ２を少なくとも部分的に気化するのが有利である。ＣＯ２の気化は、水性流のｐＨを減少することにより達成することができる。水性流のｐＨを減少するのに適した方法は、酸を注入することである。本発明の方法では、酸は、ＧＴＬ設備により生成した酸性廃水から便利に得ることができる。従って、好ましい態様として、ＣＯ２に富む水性流を、炭化水素資源流から除去されたＣＯ２を廃棄するのみならず、構成物中の圧力を維持するために、構成物中へ注入する。更に、酸性流は、水性流のｐＨを減少することによりＣＯ２の気化を誘発するために構成物中へ注入することができる。酸性流とＣＯ２に富む水性流との混合は、種々の適当な場所で行うことができる。しかし、圧縮に伴われることがある問題を最小限にするため、酸性溶液とＣＯ２に富む水性流とを、それらを別々に圧縮した後に混合するのが好ましい。混合は、例えば別の井戸を用いるか、又は流れの注入を変えることにより、構成物中で行うことができる。混合は、それら液体を加圧した後に地上で行なってもよい。
【００３８】
構成物圧力を維持及び／又は増大すること外に、水性流を、できれば界面活性剤を添加して、陸地構成物中へ注入することにより、炭化水素資源の回収及び／又は生産を促進することができる。
【００３９】
もしＣＯ２に富む炭化水素資源流が、他のガスと比較してＣＯ２の含有量が比較的低いならば、水性流はＣＯ２の洗浄に対し極めて選択的になることはないであろう。そのような場合、複数の段階で洗浄を行うのが好ましいであろう。例えば、第一の選択的ＣＯ２洗浄操作を行い、次に脱着操作を行い濃厚なＣＯ２ガス流を生成させ、次に水性流で洗浄を行なってもよい。ＣＯ２を選択的に洗浄する技術は当分野でよく知られており、アミンを用いるのが典型的である。
【００４０】
操作条件を変化させることができるが、好ましい態様として、操作条件は、炭化水素資源が水性液体流と接触している間、気相になっているのを確実にするように調節する。即ち、好ましい態様では、温度、圧力、ｐＨ、及び接触時間は、重量で炭化水素資源の少なくとも７５％、一層好ましくは少なくとも約８５％、最も好ましくは少なくとも約９０％が気相になっているのを確実にするのに充分なものであるべきである。更に、炭化水素資源と水性液体流との接触中、且つ／又は接触後のＣＯ２に富む水性流の分離中、操作条件を調節及び／又は固定し、水性液体流中のメタンに比較したＣＯ２の溶解度を増大させるのが好ましい。同様に、例えば、圧力、温度、ｐＨ、及び接触時間のような操作条件を、接触及び／又は分離中に固定及び／又は調節してメタン水和物の形成を最小限にすることが好ましい。
【００４１】
最後に、好ましい態様として、ＣＯ２に富む水性流の廃棄は、炭化水素資源から除去されたＣＯ２の少なくとも約７５％、一層好ましくは少なくとも約８５％、最も好ましくは少なくとも約９０％が水性流中に溶解したままになっているを確実にするのに充分な深さ、圧力、温度、及びｐＨで行うべきである。
【００４２】
本発明に関連して用いることができる多くの適当な洗浄器が存在するが、水中で操作することができる洗浄器が好ましい。特に、ポンプ及び制御バルブのような複雑な備品の使用を最小限にする洗浄器が特に好ましい。
【００４３】
本発明の更に好ましい態様が図２に描かれている。この態様では、ＣＯ２含有炭化水素資源流２２がＣＯ２含有炭化水素資源の源２１から与えられている。ＣＯ２含有炭化水素資源流２２は、圧力減少機２３を通過し、もし必要ならば、それは炭化水素資源流２２の圧力を減少する。炭化水素資源流２２は、次に洗浄器２４へ入る。この態様では洗浄器２４は、海水流２６中の洗浄器２４に入った下方へゆっくり移動する海水で満たされた長い管である。炭化水素資源流２２は、好ましくはガスの形になっており、ＣＯ２含有海水排出流３０のための排出点より上の管の底部領域中へ注入される。ガス２５の形の炭化水素資源流２２は、管中を海水を通って上昇し、洗浄される。管の頂部の炭化水素資源ガス２５の圧力は、ほぼ大気圧より高く維持し、管中の海水のレベルを周囲の海面よりも僅かに低く保つようにする。海水流２６は希望の量のＣＯ２を除去するのに充分な速度で管中へポンプで送る。ポンプで送る速度は、希望のＣＯ２除去レベルに到達するように調節する。管の直径は、希望の海水ポンプ送入速度及び炭化水素生成速度で、海水の下方への流れが上昇気泡の速度を越えないように選択する。洗浄後、ＣＯ２欠乏炭化水素流２７は、界面２８の上から工程を出る。同様に、洗浄後に、ＣＯ２含有海水流３０は、海洋廃棄及び地下貯槽３２への廃棄の少なくとも一方のために洗浄器２４を出る。もし地下貯槽３２へ廃棄するならば、ＣＯ２含有海水は海底２９の下の地下ＣＯ２廃棄貯槽３２へ送る。
【実施例】
【００４４】
例１
海底源からの天然ガスのＣＯ２に富む源が、次のモル組成で得られた：約８０％のＣＨ４、約２０％のＣＯ２、及び微量のＨ２Ｓ。このガスを、約０℃、又は約３０℃で、約３００ｐｓｉｇで脱気海水を用いて向流接触器で洗浄し、ＣＯ２の約９０％を除去し、約２％のＣＯ２しか含まないガスを生成させた。約３００ｐｓｉｇの圧力は、約７００ｆｔの水深に相当する。ガス組成及び選択性と共に、ガス１モル当たり必要な水の最少量は次の通りであった：
【００４５】
【表３】
上記表は、平衡条件と実際的水の必要量の両方についてのデーターを与えている。平衡値は、平衡定数を用いて計算した。実際には、吸着が平衡に近づくに従って起きることがある移行の低下を克復し、洗浄用流体として非脱気水を用いた場合に溶解空気により起こされる僅かな影響を補償するため、例えば約２０％のような幾らかの水が必要であった。
【００４７】
上記データーから、洗浄は、許容可能なメタンの損失でＣＯ２を効果的に除去することができることが分かる。効果的にＣＯ２を除去することの外に、上記方法は、硫化水素を除去する付加的利点を与えている。比較的低い温度での洗浄は、炭化水素の損失及び水流必要量を最小限にするため好ましい。
【００４８】
本発明を特定の態様に関連して記述してきたが、特許請求の範囲の本質及び範囲を離れることなく当業者により行われる種々の変化及び置換も、本出願は包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明によるＣＯ２欠乏炭化水素を生成させるための方法の好ましい態様についての模式図である。
【図２】図２は、本発明によるＣＯ２欠乏炭化水素を生成させるための方法の別の好ましい態様についての模式図である。
Claims (20)
- ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を除去する方法において、
ａ） ＣＯ２含有炭化水素資源を、水面下の位置で水性液体流と接触させ、前記炭化水素資源中のＣＯ２の少なくとも一部分を前記水性液体流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源と、ＣＯ２に富む水性流を形成し、
ｂ） 前記ＣＯ２に富む水性流を前記炭化水素資源から分離し、そして
ｃ） 前記ＣＯ２に富む水性流を、海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中へ廃棄する、
ことを行うＣＯ２除去方法。 - 更に、炭化水素資源と水性液体流とを、静水圧が前記炭化水素資源を供給する源の圧力に等しいか又はそれより小さい深さの水中位置で接触させることを行う、請求項１に記載の方法。
- 更に、炭化水素資源からＣＯ２に富む水性流を、ほぼ大気圧より大きな圧力の水中位置で分離することを行う、請求項１に記載の方法。
- 水性液体流との接触中、温度、圧力、ｐＨ、及び接触時間が、炭化水素資源の少なくとも約９０重量％が気相になっているのを確実にするのに充分である、請求項１に記載の方法。
- ＣＯ２に富む水性相の廃棄を、炭化水素資源から除去されたＣＯ２の少なくとも約９０％が前記水性相中に溶解したままになっているのを確実にするのに充分な深さ、温度、及びｐＨで行う、請求項１に記載の方法。
- 水性液体を、フィッシャー・トロプシュＧＴＬ工程で形成された反応水、フィッシャー・トロプシュＧＴＬ設備からの使用済み冷却用水、川の水、他の運搬不可能な水源、未加工物又はガス生成から回収された水、海水、及びそれらの組合せから本質的になる群から選択する、請求項１に記載の方法。
- 水性流が海水からなる、請求項１に記載の方法。
- 陸地構成物を、炭化水素質構成物、非炭化水素質構成物、及びそれらの組合せから本質的になる群から選択する、請求項１に記載の方法。
- 水本体の表面から隔たった水性液体の移動、及びＣＯ２含有炭化水素資源の水本体表面への移動を用いた装置内で接触を行う、請求項１に記載の方法。
- 炭化水素／ＣＯ２ガス混合物からＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成させる方法において、
ａ） 炭化水素／ＣＯ２ガス混合物を、水面下で水性液体流と接触させ、前記ガス混合物中のＣＯ２の少なくとも一部分を前記水性液体流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素ガスと、ＣＯ２に富む水性流を形成し、
ｂ） 前記ＣＯ２に富む水性流を前記炭化水素ガスから分離し、そして
ｃ） 前記ＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成する、
ことを行う炭化水素ガス生成方法。 - 更に、ＣＯ２に富む水性流を分離した後のＣＯ２欠乏炭化水素ガスを、圧縮、凝縮、液体分離、硫黄除去、脱水、水銀除去、ラドン除去、他のガス流との混合、加熱、バルブ調節、及びそれらの組合せからなる群から選択された処理工程を用いて処理することを行う、請求項１０に記載の方法。
- ガス混合物から除去されたＣＯ２の少なくとも約９０％が水性液体流中に溶解したままになっているのを確実にするのに充分である深さ、圧力、温度、及びｐＨで、ＣＯ２に富む水性流を廃棄することを行う、請求項１０に記載の方法。
- 更に、海洋環境、陸地構成物、及びそれらの組合せの少なくとも一つ中にＣＯ２に富む水性流を廃棄することを行う、請求項１０に記載の方法。
- 水性液体流が、フィッシャー・トロプシュＧＴＬ工程で形成された反応水、フィッシャー・トロプシュＧＴＬ設備からの使用済み冷却用水、川の水、他の運搬不可能な水源、未加工物又はガス生成から回収された水、海水、及びそれらの組合せから本質的になる群から選択された少なくとも一種類の液体である、請求項１０に記載の方法。
- 陸地構成物を、炭化水素質構成物、非炭化水素質構成物、及びそれらの組合せから本質的になる群から選択する、請求項１３に記載の方法。
- ガス混合物と水性液体流との接触を、静水圧が、ガス混合物を供給する源の圧力に等しいか又はそれより小さい深さの水中位置で行う、請求項１０に記載の方法。
- 更に、炭化水素ガスからＣＯ２に富む水性流を、ほぼ大気圧より高い圧力で分離することを行う、請求項１０に記載の方法。
- ガス混合物と水性液体流との接触を、前記水性液体流が水本体の表面から離れる方向へ移動し、前記ガス混合物が水本体の表面の方向へ移動する装置を用いて行う、請求項１０に記載の方法。
- ＣＯ２含有炭化水素資源からＣＯ２を除去する方法において、
ａ） ＣＯ２含有炭化水素資源を、水面下の位置で、海水からなる水性液体流と、ほぼ大気圧より高い圧力で接触させ、前記炭化水素資源中のＣＯ２の少なくとも一部分を前記水性液体流中へ溶解し、ＣＯ２欠乏炭化水素資源と、ＣＯ２に富む水性流を形成し、
ｂ） 前記ＣＯ２に富む水性流を前記炭化水素資源から分離し、そして
ｃ） 前記ＣＯ２に富む水性流を、海洋環境、陸地構成物、又はそれらの組合せの少なくとも一つ中へ廃棄する、
ことを行うＣＯ２除去方法。 - 炭化水素／ＣＯ２ガス混合物からＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成する方法において、
ａ） 炭化水素／ＣＯ２ガス混合物を、水面下で、海水からなる水性液体流と、ほぼ大気圧より高い圧力で接触させ、前記ガス混合物中のＣＯ２の少なくとも一部分を前記水性液体流中へ溶解し、ＣＯ２枯渇炭化水素ガスと、ＣＯ２に富む水性流を形成し、
ｂ） 前記ＣＯ２に富む水性流を前記炭化水素ガスから分離し、そして
ｃ） ＣＯ２欠乏炭化水素ガスを生成させる、
ことを行う炭化水素ガス生成法。
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