JP2006307160A - 重油回収のための煙道ガス噴射 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率を有する改善された熱回収プロセスを提供すること。
【解決手段】ビチューメンを含む地下形成物からの天然ガス及びビチューメンの熱回収のための方法。この方法は一連の既存ではあるが、以前に組み合わせられていない技術を含む。ＳＡＧＤ回収運転で慣用的に使用された蒸気生成器からの改変された煙道ガスは生じた流体の回収を向上させるために形成物内に噴射される。天然ガス、ビチューメン等は更に処理される。煙道ガスの噴射は、さもなければ、天然ガスを使い尽くした時に減圧したようになる地下形成物を再加圧するように更に作用する。従って、環境及び経済的な利点はこの方法によって現実化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下形成物内への煙道ガス噴射を使用することによって地下形成物から熱回収に関する。

重油産業では、重油に帰属可能な広範囲の分類がある。この分類は基本的には材料の粘性及び密度に基づき、かつ一般的に以下のように書き下せる。
ｉ）中間重油
２５°＞°ＡＰＩ＞１８°
１００ｃＰｓ>μ>１０ｃＰｓ,容器で可動という条件
ｉｉ）過剰重油
２０°＞°ＡＰＩ＞１２°、熱又は水／溶剤氾濫のような容器刺激を含む生産向上技術が要求される。
１０，０００ｃＰｓ＞μ＞１００ｃＰｓ、
ｉｉｉ）オイルサンド及びビチューメン
１２°＞°ＡＰＩ＞６°、採掘されるか又は熱刺激が要求される。
μ＞１０，０００ｃＰｓ、熱又は水／溶剤氾濫のような容器刺激を含む生産向上技術が要求される。

カナダ、中央アメリカ、ロシア、中国及び世界の他のロケーションで潜在的に入手可能な重油及びビチューメンの莫大な価値を認識する観点で、多くの採鉱及び処理技術が現われてきた。

現在、既存のビチューメン及び過剰な重油貯槽は、２０％〜２５％の範囲の回収効率に帰着する改善された熱回収技術を使用して開発される。最もありふれた熱技術は、蒸気からの熱エンタルピーが濃縮によって重油に伝えられる蒸気噴射である。これは、勿論、重力排水及び収集を可能にする重油の粘性を減じる。噴射は良く知られた循環式蒸気シミュレーション（ＣＳＳ）によって達成し得る。

ＳＡＧＤは広く用いられるようになっているが、それは効率に関して幾つかの欠点がある。大幅な費用供する領域は噴射のために蒸気を作り出すべく蒸気生成器を駆動する燃料である。最も望ましい燃料は天然ガスであるが、費用は大幅に全体効率を減じ、この課題は全てのタイプの炭化水素燃料を使用する蒸気生成器の運転中にグリーン・ハウス・ガス（ＧＨＧ）が大量に解放されるという事実で組み立てられる。実例として、１日当り約８，０００〜１５，０００トンの二酸化炭素は生成されて噴射蒸気を作り、かつ１００，０００ＢＯＰＤのビチューメンを作り出す。

ＳＡＧＤプロセスの更なる問題はその値を増加させるために生成された製品に要求されるアップグレードである。

上に簡単に述べたように、ＳＡＧＤに影響を与える別の要因は回収効率の制限である。

留意した制限の幾つかを改善する試みでは、天然ガスの増大する衝突を少なくとも減じるために、天然ガス以外の代替燃料の使用が提案されてきた。ＳＡＧＤ運転で使用される適切な燃料の例は２００３年３月１１日にＷａｒｃｈｏｌに発行された従来技術文献に検討されている。この文献は、代替燃料のように可燃性の水性マトリックス中の予め分散された残留物の形成物を教示する。
米国特許第６，５３０，９６５号明細書

既存のテクノロジーに関する問題を考えれば、ＳＡＧＤ動作中の効率を向上させて、ＧＨＧの過剰量の層を縮小し、天然ガスの伝熱能力を備えた代替燃料の提供により、コストを低下させる方法を有することは望ましいままである。

本発明は、環境に優しいプロセスに留意した全ての最も望ましい特徴及び利点を照合する。

本発明の１つの態様は高効率を有する改善された熱回収プロセスを提供することである。

本発明の一実施形態の更なる態様は、重油及びビチューメンを含む地下形成物から重油及びビチューメン回収する方法であって、 燃料を供給する段階と、 前記地下形成物内に噴射するための煙道ガスを作り出す煙道ガス再循環サーキットで前記燃料を燃やす段階と、 前記重油及び前記ビチューメンを移動させるために前記煙道ガスを前記地下形成物内に噴射する段階と、を備える方法を提供することである。

本発明の一実施形態のまた更なる態様は、重油及びビチューメンを含む地下形成物から重油及びビチューメンを回収する方法であって、燃料を供給する段階と、 前記地下形成物内に噴射するための煙道ガスを作り出す煙道ガス再循環サーキットで前記燃料を燃やす段階と、 前記重油及び前記ビチューメン及び天然ガスを移動させるために前記煙道ガスを前記地下形成物内に噴射する段階と、を備える方法を提供する。

こうして本発明を概ね説明してきたが、添付図面を参照して好ましい実施形態を説明する。

発明を実施するための最良の形態で用いた類似の参照符号は類似の要素を表す。

特に示されていない限り、ＳＡＧＤは蒸気支援呪力排出に関し、ＳＹＮＧＡＳは合成ガスに関し、ＯＴＳＧは還流蒸気生成器に関し、ＧＨＧはグリーン・ハウス・ガスに関し、ＢＯＰＤは日毎多量の油に関し、ＣＯＧＥＮは発電ＣＯＧＥＮは、熱回収器及び蒸気生成器を備えた電気生成又は圧縮供給の結合した生産に関する。ＨＲＳＧは熱回収蒸気生成器に関する。”重油”は当業界で理解されているように、重油、過重油及びビチューメンを含む。

図１には、本発明の１実施形態の概略図が示されている。参照符号１０は全体的プロセスを表示する。煙道ガス再循環（ＦＧＲ）蒸気と組み合わされた空気、燃料及び酸素混合物は蒸気１６及び煙道ガス３５を生成するために蒸気生成システム１２に送給される。空気、燃料、酸素及びＦＧＲ混合物は、本願明細書で以下に更に詳細に検討するように、これらを含む地下層内からのガス及び重油の回収を最適化すべく濃縮された煙道ガス３５を創出するように選択される。空気又は酸素混合物の何れかに含まれる燃料２０は、天然ガス、ビチューメン、燃料油、重油、残留物、エマルジョン燃料、多相の微細に霧化された残留物、アスファルテン、石油コークス、コークス、及びこれらの組合せを含む非限定的実施例ではない何れか適切な炭化水素から選択される。

空気又は酸素混合物の何れかに含まれる燃料２０は、天然ガス、ビチューメン、燃料油、重油、残留物、エマルジョン燃料、多相の微細に霧化された残留物、アスファルテン、石油コークス、コークス、及びこれらの組合せを含む非限定的実施例ではない何れか適切な炭化水素から選択される。

システム１２からの煙道ガス３５は、形成物内に噴射するに先立って処理運転１４で処理又は改変される。処理ユニット１４から副生成物は随意には回収し得る。この煙道ガスは二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、二酸化窒素、水素、二酸化硫黄、とりわけ合成ガスを含む多くの気体複合物を含み得る。酸素レベルが煙道ガス３５内に存在する、過度の酸素が燃焼する状況では、煙道ガス３５は主として二酸化炭素、窒素及び水蒸気を含み得る。処理された噴射ガス４５は、ＳＡＧＤ（蒸気支援重力排水路）形成物として実施例に示された、参照符号１８で全体的に表されるガス及び単数又は複数の重油形成物内に噴射される。この技術は粘性炭化水素の粘性を減じる支援して可動性を促進する蒸気の使用を含む。これらの形成物は天然ガス、ビチューメン及び様々な他の炭化水素も含む。これらは価値を有するが、以前は僅かに経済的又は回収するには財政上実行できない。

形成物１８内のガスは、改変された煙道ガス４５の噴射と結合して煙道ガスサーキットを考慮した効率的な態様で回収可能になされる。これらの運転の結合は本発明の成功に帰着した。有利なことに、本願明細書に記載した技術は、ビチューメン形成物に亘るガスのみならず、ガス、ビチューメンあるいはこれらの組合せを含む地質的に近接した形成物も適用することができる。非限定的な実例として、横方向又は鉛直方向に移動された形成物もまた利用することができる。これは全体的に図１に示されており、かつ参照符号１８´で表されている。改変された煙道ガスは４５´で１８´内に噴射し得る。この実例の技術の利益は、煙道ガスが重油回収を維持するのみならず該重油を移動させるために噴射することができる放置されたＳＡＧＤチャンバに対しても、あるいはブローダウンに対しても生じる。

形成物１８から移動された天然ガス２５は集められ、かつ更なるユニット運転に晒され得る。あるいは、一部は蒸気生成用燃料としてシステム内に再循環し得る。この後の段階は図１に示されていないが、当業者の職務範囲内にある。

参照符号２２で表されるビチューメンを含む可動生成流体は、その後、ビチューメン２６が販売可能な製品を作るために連行した水を除去するために処理される。生成された水２６は適切な水処理ユニット２８で更に処理されてビチューメン、硬化複合物、シリカ、及び、ボイラー送給水３０に適切な水を作る望ましくない何れか他の複合物を除去する。何れの適切な水処理運転も所望の結果を達成するために採用し得る。その後、ボイラー送給水３０は蒸気１６生成用システム１２内に再循環し得る。これに続いて、水は煙道ガス処理運転から導出され、参照符号５２で表される水は効率を増大させるために参照符号２８で再循環し得るものである。

広く全プロセスについて検討すると、プロセスに帰属可能な多くの利点が示される。
これらは、
ｉ）有害な煙道ガスの効率的且つ環境上安全な処分；
ｉｉ）地下形成物からの改善されたガス回収；
ｉｉｉ）単位蒸気毎により多くのビチューメンを作り出すために向上された熱回収運転；
ｉｖ）ＧＨＧ放射を減じるために離隔する二酸化炭素；
ｖ）層の内の容積測定の置換；及び
ｖｉ）これらの特徴の何れかの組合せ、を含む。

図２を参照すると、一実施形態によるプロセスのより詳細な概略図が示されている。図示された実施形態では、エアセパレーター・ユニット４０が燃料及び酸素を蒸気生成システム１２内に注入するに先立ってガス分離のために設けられる。随意には、煙道ガス再循環（ＦＧＲ）サーキットがシステム１２に設けられる。煙道ガス再循環は、蒸気生成プロセスで使用される酸素入力対燃焼空気の全範囲に対する互換な蒸気生成器性能を維持するためにシステム１２の燃焼領域の温度を減じるために有用である。高レベルの酸素に対する煙道ガス再循環（ＦＧＲ）無しでは、熱生成器温度は蒸気生成器の設計限度を越えるであろう。サーキットを出る煙道ガスは処理ユニット１４に進む。ここでは、煙道ガスは静電析出又はバッグハウス４４のような粒子除去を受け、参照符号４６で灰を放出する。こうして処理されたガスは参照符号４８で圧縮されて参照符号５０で更に脱水されるのに先立って更に冷却される。運転による水５２は水処理ユニット２８又は本願明細書の以下に検討するＭＳＡＲ形成フェーズ７０まで循環させることができる。生じたとすれば、参照符号１４からの副生成ガスは煙道ガスから分離且つ回収することができ、プロセス炉又はボイラーのための一酸化炭素燃料、商用販売のための二酸化硫黄、あるいはビチューメンアップグレードのための水素供給源のような更なる運転のために使用することができる。

この実施例において、ビチューメン脱油処理２４は、部分的にアップグレードされたビチューメン又は合成潤滑油が参照符号５８で放出された状態で、アップグレーダー５６の一部又は前部で処理し得る。ビチューメン、残留物、アスファルテン、あるいはコークス等は、蒸気生成システムを運転する燃料コストを大幅に減じる水性マトリックス内に予め分散された残留物を基本的に備える、米国特許第６，５３０，９６５号明細書に詳細に検討された有効な燃料である、ＭＳＡＲ内に更に進行し得る。慣用的に、後者は天然ガスで行われた。この費用はＭＳＡＲを使用したものに含まれる費用を大幅に越えた。オプションとして、燃料は以前に教示された燃料によって取って代え得るかるか又は増加させ得る。

図３及び図４は、それぞれ、乾式ベース及び湿式ベースの煙道ガスを二酸化炭素で富化するための酸素要求量を描いたものである。純粋な酸素が蒸気生成器運転に導かれる時、煙道ガス３５は固定された量の二酸化炭素に対する窒素をほとんど含まない。それ故に、煙道ガスの容積は減じられ、かつ注入処理されたガス４５の二酸化炭素濃度は増加している。例えば、図３を参照して乾式ベースに関して、使用される酸素レベルが１００％（０％の燃焼空気）に接近する時、今度は、処理される煙道ガスの成文は、一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒素等を含む１００％の二酸化炭素にほぼ接近する。図３は処理された注入ガス４５の主要成分を表す。図４を参照すると、１４における煙道ガスに先立つ煙道ガス流３５の主要成分がグラフで示されている。

図５は天然ガス蒸気生産サーキットを示す概略図である。この実例では、移動された天然ガス２０の少なくとも一部を蒸気生成システム１２を駆動するための燃料として再循環させ得る。これは参照符号６０で表示される。３０％〜５０％の窒素と５０％〜７０％の二酸化炭素を含むように特別に誂い得る、富化された注入煙道ガスが、作り出された流体、ビチューメン、天然ガス、及び参照符号６２においてアップグレードするための水等を移動させるために注入される。参照符号６２で行われる運転の選択は所望製品に依存する。

煙道ガス処理ユニット１４からの回収水５２は参照符号６２まで再循環し得る。

図６では、蒸気生成は液体の代わりの燃料、実施例で示されているのはビチューメン又は重油燃料、あるいは別様にエマルジョン燃料に変換されるビチューメン又は重油を利用することによって達成される。参照符号６６において中央処理プラント６２を出る処理されたビチューメンは材料の一部が線６８においてのみ重燃料として、あるいは代わりの燃料を生成するためのエマルジョン・ユニット内に直に分岐し得る。エマルジョン・ユニット段階は参照符号７０で表示される。参照符号５２で回収され、かつ循環される更なる量の水はライン７２によってユニット７０まで導入される。エマルジョン燃料ユニットでは、適切な化学薬品が代わりの燃料を生成するためにビチューメン材料（界面活性剤等）に加えられる。一旦定式化されると、参照符号７４でユニットを出る代わりの燃料は蒸気生成システム１２を駆動する燃料として導入し得る。燃料として使用される定式化部分１８で置換されたガスからの天然ガス送給は停止し、このプロセスは更なる容積の天然ガスを何れも枯渇させない。このように、一旦エマルジョン・ユニットが運転されて安定すれば、このプロセスは単にそれ自身が生成する代わりの燃料に単に依存する。

図７では、ビチューメン・アップグレーダ７６が中央処理プラントのユニット運転に加えられる。中央処理プラント６６に残る材料はアップグレーダー７６でアップグレードされて、後に、エマルジョン化された別の燃料に処方することができ、かつ図６についても留意されるような蒸気システム１２に導入することができる、参照符号８０を出る重い残留物に処方することができる。引き続いて有利なことに、ビチューメンの品質を脱アスファルト化された油又は合成潤滑油までのアップグレードを実現することができる。

図８では、本発明の一実施形態は慣用のガス・コジェネレーション（ＣＯＧＥＮ）プラント６００と組み合わせて用いられて全体の熱的な重油回収運転を向上させる。独自なことに、本実施形態が組み合わされる時、上述したような蒸気生成器１２はＣＯＧＥＮ熱回収蒸気生成器（ＨＲＳＧ）に適切に組み付けることができ、もって、要求される全注入蒸気を作り出し、かつ処理される注入煙道ガスの圧縮器を駆動するために要する電力を供給する。

図９は、蒸気生成器１２が電力を生成するためにＣＯＧＥＮプラント６００と組み合わされた更なる実施形態を示す。生成された電力は、処理された煙道ガス圧縮器を駆動し、かつ設備１０自体をエネルギーが十分な状態にするために全設備１０に電力を供給するために使用し得る。

一実施形態による包括的方法を示す概略図である。 図１より更に詳細な概略図である。 無水ベースにおける煙道ガス二酸化炭素を富化するための酸素要求量を示すグラフである。 湿式ベースにおける煙道ガス二酸化炭素を富化するための酸素要求量を示すグラフである。 ＳＡＧＤ環境における天然ガス蒸気生成を示す概略図である。 ＳＡＧＤ環境におけるビチューメン又はエマルジョン燃料蒸気生成を示す概略図である。 ＳＡＧＤ環境における残留物エマルジョン燃料蒸気生成を示す概略図である。 コジェネレーション煙道ガス圧縮動作を示す概略図である。 コジェネレーション発電動作を示す概略図である。

符号の説明

１２ 蒸気生成器
１４ 煙道ガス処理ユニット
１８ 重油形成物
２８ 水処理ユニット
６２ 中央処理プラント
７０ エマルジョン燃料ユニット
７６ ビチューメン・アップグレーダ
２６０ 圧縮器
５６０ ガスタービン
６１０ 発電機

Claims (25)

1. 重油及びビチューメンを含む地下形成物から重油及びビチューメン回収する方法であって、
   燃料を供給する段階と、
   前記地下形成物内に噴射するための煙道ガスを作り出す煙道ガス再循環サーキットで前記燃料を燃やす段階と、
   前記重油及び前記ビチューメンを移動させるために前記煙道ガスを前記地下形成物内に噴射する段階と、を備える方法。
2. 前記燃料は化石燃料である、請求項１に記載の方法。
3. 前記燃料は、天然ガス、燃料油、重油、ビチューメン、残留物、エマルジョン燃料、多相の微細に霧化された残留物、アスファルテン、石油コークス、コークス及びこれらの組合せから成る群から選択される、請求項２に記載の方法。
4. 前記燃料は酸素と空気を有する蒸気発生器で燃焼される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の方法。
5. 前記地下形成物内への噴射に先立つ前記煙道ガスを改変する段階を更に含む、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の方法。
6. 煙道ガスを改変する前記段階の間に生成される副生成物ガスを除去することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記副生成物ガスは、水素、一酸化炭素、窒素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び二酸化炭素の少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
8. 微粒子灰を除去することを含む、請求項５から請求項７までの何れか１項に記載の方法。
9. 前記煙道ガスを改変する前記段階は脱微粒子化、冷却、圧縮及び脱水を含むユニット運転を備える、請求項５から請求項８までの何れか１項に記載の方法。
10. 改変された煙道ガスは前記地下形成物を加圧し、かつ天然ガスを前記地下形成物内で解放するために該地下形成物内に噴射される、請求項５から請求項９までの何れか１項に記載の方法。
11. 重油は再加圧中に前記地下形成物から移動される、請求項１０に記載の方法。
12. アップグレード・ユニット運転で移動された前記重油を改変する段階を更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記アップグレード・ユニット運転は前記地下形成物から移動された油からの水除去を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 除去された水の少なくとも一部は前記蒸気生成器内に再循環される、請求項１３に記載の方法。
15. アップグレードされた前記重油からの前記残留物の少なくとも一部は燃焼燃料として使用するための多相の微細に霧化された残留物に変換される、請求項１２から請求項１４までの何れか１項に記載の方法。
16. 前記地下層の体積内のビチューメン上のガスを含む蒸気で支援された重力排出地下層の少なくとも１つ，及び地質的に近接した地下層から、ガス及びビチューメンを回収する方法であって、
    改変された煙道ガスを作り出すために煙道ガス再循環サーキットを設ける段階と、
    前記ビチューメン上に前記煙道ガスを移動させるために十分な圧力で前記体積内で部分変更された該煙道ガスを注入する段階と、
    移動されたガス及びビチューメンを回収する段階と、
    改変された前記煙道ガスの注入より以前の圧力に実質的に類似する圧力まで改変された前記煙道ガスを有する前記体積の圧力を再加圧及び維持する段階と、を備える方法。
17. 移動された前記ガスは、前記ビチューメンと直に地質接触しない天然ガスを備える、
    請求項１６に記載の方法。
18. 移動されたガスの体積を最大化するために改変された前記煙道ガスの成分を構成する段階を更に備える、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
19. 移動されたガス回収に引き続いて、改変された煙道ガス噴射がグリーン・ハウス・ガスＧＨＧの更なる離隔のために元々の地質学的圧力に実質的に類似した圧力まで続けられる、請求項１６から請求項１８までの何れか１項に記載の方法。
20. 改変された前記煙道ガスの成分を構成する前記段階は、過度の、化学量論的な及び副化学量論的から成る郡から選択された改変された煙道ガスの酸素濃度を維持することを含む、請求項１８または請求項１９に記載の方法。
21. 改変された前記煙道ガスの前記成分は体積で０％〜７９％の窒素を備える、請求項１３に記載の方法。
22. 改変された前記煙道ガスから副生成物ガスを生成する段階を更に含む、請求項１３に記載の方法。
23. 前記副生成物ガスは、水素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物及び二酸化炭素の少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
24. 前記煙道ガス再循環サーキットには、天然ガス、燃料油、重油、ビチューメン、残留物、真空残留物、エマルジョン燃料、多相の微細に霧化された残留アスファルテン、石油コークス、コークス及びこれらの組合せから成る群から選択された炭化水素燃料が供給される、請求項１６から請求項２３までの何れか１項に記載の方法。
25. ガス及びビチューメンを前記地下形成物の容積内のビチューメン上のガスを含む蒸気支援重力排出形態の少なくとも１つから、かつ地質的に近接した形成物からガス及びビチューメンを回収する方法であって、
    前記地下形成物内に噴射する蒸気を生成するための蒸気生成フェーズと、
    前記地下形成物内に噴射する煙道ガスを改変するための煙道ガス再循環フェーズと、
    前記ビチューメン上のガスを移動させ、かつ前記地下形成物の圧力を維持するか又は該地下形成物を再加圧するように改変された煙道ガスを前記地下形成物内に噴射するための噴射フェーズと、
    生成され移動されたガス及び前記噴射フェーズから遊離した液体を処理するための処理フェーズと、を備える方法。
    
    

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