JP3950415B2 - 統合されたビチューメン生産およびガス転化 - Google Patents

Description

本発明は、ガス転化プロセスによって製造された炭化水素およびスチームを用いて、ビチューメンの生産およびその輸送を促進する方法に関する。より詳しくは、本発明は、天然ガスをフィッシャー−トロプシュ合成ガスの原料に転化し、その原料から液体炭化水素およびスチームを製造して、ビチューメンの生産およびパイプラインによるその精製設備への輸送を促進する方法に関する。

非常に重質の原油鉱床（カナダおよびベネズエラなどで見出されるタールサンド地層など）には、数兆バレルの非常に重質の粘稠石油が含まれ、これは一般にビチューメンと呼ばれる。ビチューメンのＡＰＩ比重は、典型的には５〜１０゜であり、粘度は、地層の温度および圧力下では百万センチポアズ程度と高い。ビチューメンを構成する炭化水素分子は、水素が少なく、レジン＋アスファルテンの含有量が７０％程度と高い。このことが、ビチューメンの生産、輸送および品質向上を困難にする。その粘度は、それが汲み出される（生産される）現場の地下で低減されなければならない。芳香族溶媒を用いてビチューメンを現場で希釈し、粘度を低減することが提案されてはいるが（特許文献１）、一般には、ビチューメンの生産は、スチーム刺激によって促進される。スチーム刺激によるビチューメンの生産においては、高温のスチームを地層中に注入して、油の粘度を、それを地上に汲み出すのに十分な粘度まで低減する。これは、例えば特許文献２に開示される。特許文献３には、スチームおよび高温の水を交代で地中にポンプ注入することが開示される。しかし、スチームにより生産されたビチューメンは、依然として非常に粘稠であり、パイプラインによって品質向上設備に輸送することが出来ない。従ってビチューメンは、それと混和性のより低粘度の液体を、パイプラインによって輸送するのに十分な低い粘度を有する混合物を製造するのに十分な量で用いて希釈されなければならない。このことは公知であり、例えば特許文献４に開示されている。ビチューメンの生産における重要な特徴の一つは、容易に入手可能なスチーム源であるが、そのいくらかはプロセス内で消失するか、消費され、回収することができない。もう一つの特徴は、特にワンススルー方式である場合、混和性のビチューメン希釈剤を多量に供給することであり、好ましくは、希釈剤を製造するための下流のビチューメン転化操作を必要としない。特許文献４のプロセスでは、天然ガスの凝縮物と、ビチューメンの部分接触水素転化で得られる低沸点炭化水素との混合物を形成することによって希釈剤を得る。ビチューメンの転化によって製造されるビチューメン中間留出燃料油を品質向上するためには、豊富な水素源が必要とされる。ビチューメンディーゼルの製造が望まれる場合には、セタン価のより低いビチューメンディーゼルと混合するのに、セタン価の比較的高い混合成分が必要とされる。

周知のように、ガス転化プロセスにより、天然ガスから誘導される合成ガスから炭化水素が製造される。合成ガスには、Ｈ_２とＣＯの混合物が含まれ、これらがフィッシャー−トロプシュ触媒の存在下に反応して、炭化水素を形成する。固定床、流動床、およびスラリー炭化水素合成プロセスが用いられてきており、これらの全ては、種々の技術文献および特許に詳しく報告される。軽質および重質の両方の炭化水素が合成される。これらのプロセスにより、炭化水素の製造に加えて、スチームおよび水も製造される。ビチューメンの生産とガスの転化を統合し、ガス転化プロセスの特徴を利用してビチューメンの生産および生成物を向上させれば、技術上の進歩となる。

カナダ特許第１，０３４，４８５号明細書 米国特許第４，６０７，６９９号明細書 米国特許第４，８７４，０４３号明細書 米国特許第６，０９６，１９２号明細書 米国特許第５，８８３，１３８号明細書 米国特許第６，０８０，３０１号明細書 米国特許第６，０４３，２８８号明細書 サージェント−ウェルチの元素周期律表（サージェント−ウェルチサイエンティフィック社による１９６８年の著作権）（Ｓａｒｇｅｎｔ−Ｗｅｌｃｈ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ，Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔｅｄ ｉｎ １９６８ ｂｙ ｔｈｅ Ｓａｒｇｅｎｔ−Ｗｅｌｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）

本発明は、天然ガスを合成ガスの原料に転化し、それから液体炭化水素およびスチームを製造して、ビチューメンの生産およびパイプラインを経るその精油所設備への輸送を促進するプロセスに関する。天然ガスの合成ガスへの転化および合成ガスからの炭化水素の製造を、以降「ガス転化」と称する。合成ガスを製造するのに用いられる天然ガスは、典型的には、また好ましくは、ビチューメン田または近傍のガス井から得られる。ガス転化により、液体炭化水素、スチームおよび水が製造される。従って本発明は、広義には、ガス転化によるスチームおよび炭化水素液体を、それぞれビチューメン生産の促進と、ビチューメン輸送のためのその希釈に用いる統合ガス転化／ビチューメン生産プロセスに関する。天然ガスの合成ガスへの転化は、何らかの適切な合成ガスプロセスによって達成される。合成ガスにはＨ_２とＣＯの混合物が含まれており、これを、ガス中のＨ_２およびＣＯが反応して炭化水素（その少なくとも一部は液体である）を生成するのに有効な反応条件で、適切な炭化水素合成触媒と接触させる。これらの液体炭化水素（好ましくはより低沸点の炭化水素であり、より好ましくはナフサ留分を含む）の一部を、本プロセスによって生産されるビチューメンの粘度を希釈するのに用いる。これにより、パイプラインを介してビチューメンを精製設備に輸送することができる。また、ガス転化プロセスにより高圧および中圧スチームを製造し、その全てまたは一部を地中に注入してビチューメンの生産を促進する。炭化水素合成反応により、炭化水素に加えて水が製造され、その水の全てまたは一部を加熱して、ビチューメンの生産のためのスチームを製造することができる。従って、「ガス転化によるスチーム」または「ガス転化プロセスから得られたか、またはそれに由来するスチーム」とは、本明細書の文脈においては、（ｉ）ガス転化プロセスによって製造された高圧および中圧スチーム、（ｉｉ）炭化水素合成反応で生じた水を加熱して製造されたスチームのいずれかまたは両方、或いはそれらのあらゆる組み合わせを含むことを意味する。これについては以下に詳細に説明する。ビチューメンの生産とは、スチームをビチューメンの地層中に注入し、ビチューメンを軟化させてその粘度を低減させることにより、ビチューメンを地中から汲み出すことができるようにする、スチームによって促進されるビチューメンの生産を意味する。

炭化水素希釈剤を回収し、ビチューメンを希釈するために再使用したり、再循環してもよいが、ワンススルー方式で用いる場合には、炭化水素希釈剤を下流のビチューメン転化設備からビチューメン希釈操作にパイプライン輸送して戻さなければならなくなることを回避するのにより効果的である。従って、好ましい実施形態においては、炭化水素希釈剤は再循環されずワンススルー方式で用いられる。他の実施形態においては、炭化水素希釈剤は、ビチューメン精製設備で回収され、ビチューメン生産設備へと再循環して戻され、そこで再度、パイプライン輸送のためにビチューメンを希釈するのに用いられる。本発明の典型的な統合プロセスにおいては、ガス転化プロセスによって合成された炭化水素の一部を品質向上して、合成原油またはより有用なより低沸点の生成物を製造する。ビチューメンも品質向上される。品質向上には、分留と、典型的には、また好ましくは一種以上の転化操作が含まれる。転化とは、分子の少なくとも一部が変化される少なくとも一種の操作を意味し、反応体として水素を含んでいても、含んでいなくてもよい。ビチューメンの場合、これには分解による転化が含まれる。これは、非接触コーキングまたは接触分解であり、これに、以下により詳細に説明される一種以上の水素転化操作が続く。本発明の他の実施形態においては、本プロセスのガス転化部分を、ビチューメンを転化するのに有用な余分の水素、ビチューメンの品質向上によって製造されたより低い沸点の炭化水素および／またはガス転化プロセスによって合成された炭化水素を製造するように調整することができる。炭化水素の合成により、メタンおよび未反応水素を含むテールガスが製造される。更なる実施形態においては、このテールガスを、ビチューメン生産、ポンプ、または他のプロセスユーティリティのためのスチームを製造するための燃料として用いてもよい。

本発明の統合ガス転化／ビチューメン生産プロセスは、広義には、（ｉ）液体炭化水素を含む炭化水素とスチームを製造する天然ガス供給ガス転化プロセスから得られるスチームを用いて、ビチューメンの生産を促進する工程；（ｉｉ）前記生産されたビチューメンを、前記液体炭化水素の少なくとも一部を含む希釈剤を用いて希釈して、前記ビチューメンおよび希釈剤を含むパイプライン輸送が可能な流体混合物を形成する工程；および（ｉｉｉ）前記混合物を、パイプラインを介してビチューメン品質向上設備に輸送する工程を含む。液体炭化水素とは、室内の温度および圧力という標準的な条件において液体である炭化水素を意味する。更なる実施形態においては、本プロセスは、ビチューメンおよびガス転化による炭化水素の少なくとも一部のうち少なくとも一種、好ましくはその両方を品質向上する工程を含む。更なる実施形態においては、これは好ましい実施形態でもあるが、希釈剤はナフサ留分を含む。更なる実施形態においては、品質向上に必要ないかなる水素についても、その少なくとも一部を、合成ガスから製造する。より詳細な実施形態においては、本発明は、（ｉ）天然ガスを合成ガスに転化する工程；（ｉｉ）前記合成ガスから液体炭化水素およびスチームを製造する工程；（ｉｉｉ）前記スチームの一部を用いてビチューメンを生産する工程；および（ｉＶ）前記液体炭化水素の一部を用いて前記ビチューメンを希釈し、パイプラインを介して精製設備に輸送することが可能となるほど十分に、前記ビチューメンの粘度を低減する工程を含む。更により詳細な実施形態においては、本発明のプロセスは、次の工程を含む。

（ｉ）天然ガスを、Ｈ_２とＣＯの混合物を含む高温の合成ガスに転化し、水との間接的熱交換によってこれを冷却して、高圧スチームを製造する工程；

（ｉｉ）炭化水素合成反応器において、前記合成ガスを、前記ガス中の前記Ｈ_２およびＣＯが反応し、熱、液体炭化水素、並びにメタンおよび水蒸気を含むガスを生成するのに有効な反応条件で、炭化水素合成触媒と接触させる工程；

（ｉｉｉ）水との間接的熱交換によって、前記炭化水素合成反応器から前記熱を除去し、スチームを製造する工程；

（ｉｖ）前記工程（ｉ）および（ｉｉｉ）のいずれかまたは両方において製造された前記スチームの少なくとも一部をタールサンド地層中に送って、熱浸漬し、ビチューメンの粘度を、それを地層から取り出すのに十分な粘度にまで低減する工程；

（ｖ）前記地層から前記ビチューメンを取り出すことによって、前記ビチューメンを生産する工程；

（ｖｉ）前記生産されたビチューメンを、前記工程（ｉｉ）で製造された液体炭化水素の一部を含む希釈剤と混合することにより、その粘度をする工程；および

（ｖｉｉ）前記混合物を、パイプラインを介してビチューメン品質向上設備に輸送する工程
を含む。

更なる実施形態は、上記の工程に加え、工程（ｉｉ）で製造されたガスおよび水蒸気を冷却して、水を凝縮して分離し、Ｈ_２Ｏが低減されたメタン含有テールガスを形成し、任意に水を更なるスチームの生成に用い、テールガスを燃料として用いる工程を含む。ガス燃料は、ビチューメンの生産およびそれに付随するプロセスユーティリティのためのスチームを生成するのに用いられる。

本発明のプロセスのガス転化部分において、Ｈ_２とＣＯの混合物を含む合成ガスを、天然ガスの部分酸化および／またはスチーム改質によって製造されるか、または主としてメタンを含む他の何らかの適切なガスから、何らかの適切な合成ガスプロセスによって製造される。その高いメタン含有量および相対的な清浄性から、天然ガスが好ましい。天然ガスの豊富な供給源は、典型的には、タールサンド地層内またはその近傍に見出される。Ｈ_２とＣＯの混合物を含む合成ガスは、一つ以上の炭化水素合成反応器において、炭化水素を合成するのに用いられる。そこで、Ｈ_２とＣＯは、フィッシャー−トロプシュ型触媒の存在下で反応し、軽質および重質留分を含む炭化水素を生成する。軽質留分にはナフサが含まれ、典型的にはディーゼル留分も含まれる。ナフサは最も低い粘度を有し、パイプライン輸送のためにナフサを用いてビチューメンを希釈することが好ましい。コールドレーク（Ｃｏｌｄ Ｌａｋｅ）ビチューメンを、フィッシャー−トロプシュ炭化水素合成反応によって製造されたＣ_５〜１２１℃（２５０゜Ｆ）ナフサ、および１２１〜３７１℃（２５０〜７００゜Ｆ）中間留出油留分で希釈することにより、希釈実験を行った。ビチューメンの粘度を４０ｃＳｔ（４０℃）に低減するには、３１体積％のナフサが必要であることが見出された。対照的に、同じ粘度を達成するのに必要な留出油留分および先行技術のガス凝縮物希釈剤の量は、それぞれ４０体積％および３８体積％であった。従って、ビチューメンをガス転化ナフサで希釈すると、ガス井凝縮物を希釈剤として用いる場合より、必要とする希釈剤が極めて少ない。また、ガス転化プロセスにより、高圧および中圧スチーム、燃料として有用なテールガス、並びに水が製造される。高圧スチームは、合成ガス反応器から流出する高温の合成ガスを冷却することによって製造され、中圧スチームは、炭化水素合成反応器を冷却することによって製造される。高圧（および任意に中圧）スチームの少なくとも一部は、ビチューメンの生産に用いられる。燃料ガスを用いて、水を加熱しより多くのスチームを製造し、および／または高圧および中圧スチームの少なくとも一種を過熱してもよい。このスチームを、周期的または連続的に地下のタールサンド地層中に注入して加熱し、その結果重質油またはビチューメンの粘度が、それを地中から汲み出すのに十分なほどに低減される。これは、スチーム促進ビチューメンとして知られている。用語「タールサンド」は、本明細書においては、ビチューメン状の特に重質の油を、それを経済的に製造する、またはより有用かつより低沸点の生成物に精製または品質向上するのに十分な量で含む砂質地層を表すのに用いられる。本発明のプロセスにおいては、ガス転化プロセスからのスチームがビチューメンの粘度を低減し、その結果その生産が促進される。ビチューメンの品質向上には、分留および一種以上の転化プロセスが含まれる。

本発明のプロセスにおいては、ビチューメンの粘度を低減するための希釈剤として用いた低沸点の、好ましくはナフサである液体炭化水素を回収し、ビチューメンを転化する前に、ビチューメンを希釈するために再循環して戻してもよい。しかし、液体炭化水素をワンススルー方式で用い、液体炭化水素をビチューメンの品質向上設備からビチューメンの生産井領域に戻して輸送する必要性を回避することが好ましい。低沸点とは、３７１℃（７００゜Ｆ）−、好ましくは３１６℃（６００゜Ｆ−）、より好ましくは２６０℃（５００゜Ｆ）−、最も好ましくはナフサを意味し、軽質および重質ナフサ留分、並びにこれらの混合物が含まれる。ナフサ留分は最も低い粘度を有し、Ｃ_５〜２１６〜２３２℃（４２０〜４５０゜Ｆ）程度の範囲で沸騰する炭化水素が含まれる。重質ナフサは１３２〜２１６／２３２℃（２７０〜４２０／４５０゜Ｆ）の沸点範囲を有する。一方、軽質ナフサについては、沸点範囲は、典型的にはＣ_５〜１６０℃（３２０゜Ｆ）である。ディーゼル製造を最大とすることが望まれる場合、ガス転化によって製造されたセタンリッチのディーゼル留分を、希釈剤として用いることなく、ビチューメンの転化によって製造された水素化ディーゼル留分と混合する。これにより、ガス転化ディーゼルがビチューメン中の金属およびヘテロ化合物により汚染されることが回避され、また、ガス転化によって製造されたディーゼルは金属、芳香族およびヘテロ原子除去のための水素化を必要としないことから、これらの汚染によって必要となるその後の水素化が回避される。ビチューメンの希釈剤を製造する本発明の統合プロセスはまた、ビチューメンを希釈してパイプライン輸送する前に、ビチューメンを接触水素転化して、その粘度を低減する必要性を排除する。特許文献４に開示されたプロセスは、それを必要とする。

天然ガスが９２＋モル％程度のメタンを含み、残りが主にＣ_２＋炭化水素、窒素およびＣＯ_２であることは稀ではない。従って天然ガスは、合成ガス製造のための理想的な、相対的に清浄な燃料である。多量の天然ガスが、典型的にはタールサンド地層に付随し、またはその近傍に見出される。ガスに存在するＣ_２〜Ｃ_５炭化水素は、合成ガスの製造中にそのまま残りうるが、典型的には、それらはＬＰＧとして分離され、一方Ｃ_５＋炭化水素は凝縮される。これはガス井凝縮物として知られている。高級炭化水素を分離した後に残留するメタンリッチガス、硫黄およびヘテロ化合物、並びに場合によっては窒素およびＣＯ_２は、燃料として合成ガス生成器に送られる。天然ガスを合成ガスに転化する前に、それから窒素を除去しない場合、合成ガスを一つ以上の炭化水素合成反応器中に送る前に、冷却後の合成ガスからＨＣＮおよびＮＨ_３を除去する。合成ガス生成器において、天然ガスは酸素および／またはスチームと反応して、合成ガスを生成する。次いでこれは、炭化水素合成の原料として資する。合成ガスの製造に関して周知のプロセスには、部分酸化、接触スチーム改質、水性ガスシフト反応およびこれらの組み合わせが含まれる。これらのプロセスには、気相部分酸化（ＧＰＯＸ）、自動熱改質（ＡＴＲ）、流動床合成ガス生成（ＦＢＳＧ）、部分酸化（ＰＯＸ）、接触部分酸化（ＣＰＯ）およびスチーム改質が含まれる。ＡＴＲおよびＦＢＳＧには、部分酸化および接触スチーム改質が用いられる。これらのプロセスの総説および相対的な利点は、例えば特許文献５に見出される。合成ガスプロセスは高度に発熱性であり、反応器を出る合成ガスが、例えば温度１０９３℃（２０００゜Ｆ）程度、圧力５０気圧であることも稀ではない。反応器から流出する高温の合成ガスは、水との間接的熱交換によって冷却される。これにより、実質量の高圧スチーム（例えば６００〜９００／２０００ｐｓｉａ）が、それぞれ約２５４〜２７９／３３５〜３７１℃（４９０〜５３５／６３５〜７００゜Ｆ）の温度で製造される。これを更に加熱してもよい。

下流におけるビチューメンの品質向上に関し、一つ以上の転化操作には、コーキングまたは接触分解による分解および／または水素が反応体である一つ以上の水素処理操作（水素化、水素化分解、異性化など）が含まれる。コーキングはより典型的に用いられる操作で、ビチューメンを触媒の不存下で低沸点物質とコークスに分解するものである。コーキングは、ディレードコーキング、流動コーキング、接触コーキングのいずれでもよく、典型的には一つ以上の水素処理操作が後に続く。コーキングに先立ち、部分水素処理を行ってもよい。コーキングによって製造された低沸点物質が水素と反応して、ヘテロ原子および芳香族化合物が除去され、また水素が分子に添加される。ビチューメンの水素／炭素比が低い（例えば〜１．４〜１．８）ので、部分水素処理には、良好な水素供給源が必要となる。大部分の金属はコークスの一部として除去されるが、低沸点炭化水素はヘテロ原子（例えば硫黄）化合物を多く含み、また原料ビチューメン程度ほど低くはないものの、水素／炭素比が低い。このことは、コーキングで生じる低沸点の液体生成物（ディーゼル留分など）は、直鎖パラフィンが少ないことを意味する。結果として、ビチューメンの品質向上で回収されるディーゼル留分のセタン価は、典型的には約３５〜４５である。これは、重負荷運行のディーゼル燃料油に対しては十分な値であるが、他のディーゼル燃料油として望ましい値よりは低い。そこで、ビチューメン由来のディーゼル留分を、より高いセタン価を有するディーゼル留分と混合する。ビチューメンをコーキングすることによって製造されたビチューメンディーゼル留分を水素化して、芳香族化合物、並びに硫黄および窒素などのヘテロ化合物を除去し、混合材として有用な処理ディーゼル留分を製造する。ガス転化プロセスで製造されたセタン価のより高いディーゼル留分を、一種以上の処理ディーゼル留分と混合し、ディーゼル燃料油材を製造してもよい。ディーゼル燃料油は、適切な添加剤パッケージとディーゼル燃料油材の混合物を形成することによって製造される。

下記の表は、チタニア含有シリカおよびアルミナ担体成分上に、コバルト触媒成分を担持して含む触媒が用いられるスラリーフィッシャー−トロプシュ炭化水素合成反応器における、典型的な炭化水素生成物の分布を、沸点範囲に従って示したものである。

表のデータが示すように、炭化水素合成反応器生成物全体に対し、軽質ナフサ留分は１３重量％であり、中間留出油留分（ディーゼル留分を含む）は４２重量％である。２６０〜３７１℃（５００〜７００゜Ｆ）の高セタン価留分は、全生成物の１９重量％であり、中間留出油留分の４５重量％である。ここには示していないが、全留分（Ｃ_５〜２０４℃（４００゜Ｆ））は、全生成物の約１８〜２０重量％である。これは、任意に重質の２０４℃（４００゜Ｆ）＋ナフサを含むナフサであり、ビチューメンをパイプラインによって精製設備に輸送するためのその希釈剤として用いられる。希釈剤の再循環を行なう場合、一旦プロセス内が平衡に達すると、ガス転化ナフサは、そのごくわずかな一部がビチューメンを希釈するための補充として必要とされるのみとなり、残りはモーガスの混合に用いるために更なる処理に送られる。

ディーゼル製造を最大とすることが望まれる場合には、ガス転化プロセスによって製造されたディーゼルに加えて、ガス転化プロセスによって製造された重質ナフサの全てまたは一部を、希釈剤として用いるのではなく、ビチューメン由来の水素化ディーゼルと混合することができる。この場合、ガス転化によって製造されたディーゼル留分の全てまたは一部（好ましくは少なくとも２６０〜３７１℃（５００〜７００゜Ｆ）留分）をも、ビチューメンディーゼルと混合してもよい。３７１℃（７００゜Ｆ）＋ガス転化ワックス質炭化水素を、中間留出油範囲で沸騰する炭化水素に転化することによって、中間留出油の生産が増大する。３７１℃（７００゜Ｆ）＋ワックス質留分の異性化に緩やかな水素化分解が含まれることは、当業者の知るところである（特許文献６を参照されたい。ここでは、３７１℃（７００゜Ｆ）＋留分の水素異性化により、５０％が低沸点炭化水素に異性化されている）。従って、所望により、より高級な３７１℃（７００゜Ｆ）＋留分の全てまたは一部を水素化分解および水素異性化し、更なるディーゼル物質を製造してもよい。

本発明は、図面を参照すると更に理解される。まず、図１を参照すると、ビチューメン生産設備１２に隣接して、またはその近傍に、ガス転化設備１０が配置される。これは、希釈されたビチューメンを、パイプラインを介してビチューメン品質向上設備１４に輸送する。生産設備１２には、地下のタールサンド地層、並びにスチームをその地層中に注入し、軟化させたビチューメンをポンプで汲み出し、生産したビチューメンからガスおよび水を分離し、生産したビチューメンをパイプラインによって輸送するためにナフサで希釈する手段（図示せず）が含まれる。主としてメタンを含む天然ガスを、空気または酸素（好ましくは酸素）と共に、それぞれライン１６および１８を介してガス転化設備に送る。ガス転化設備により、合成ガス、炭化水素、高圧および中圧スチーム、水、並びに燃料として有用なテールガスを製造する。ナフサには、合成炭化水素の一部が含まれる。スチームおよびナフサは、ガス転化設備から、それぞれライン２０および２２を介してビチューメン生産設備に送られる。炭化水素の残りは、ライン２４を介して取り出される。スチームは、地下のタールサンド地層中に送られて、ビチューメンの生産を促進し、生産されたビチューメンは、ナフサで希釈される。ビチューメンおよびナフサからなる得られた混合物は、パイプライン２６を介してビチューメン品質向上設備１４に輸送される。品質向上設備においては、ビチューメンを分留によって品質向上する。これには、一種以上の転化操作が含まれることが好ましい。ビチューメンの品質向上で生じる一種以上の品質向上された生成物は、ライン２８を介して１４から取り出される。所望により、ナフサ希釈剤の全てまたは一部を１４で回収し、ビチューメンを希釈するために、ライン３０を介して２２に再循環して戻してもよい。

図２に示されるガス転化設備１０には、合成ガス生成装置３２、一つ以上の炭化水素合成反応器３４、水素異性化装置３６、分留カラム３８および水素分離装置４０が含まれる。処理されて、ヘテロ原子（特に硫黄）化合物およびＣ_２〜Ｃ_３＋炭化水素が除去された天然ガスは、ライン４２を介して合成ガス生成装置３２に送られる。好ましい実施形態においては、天然ガスは極低温で処理され、硫黄およびＣ_２〜Ｃ_３＋炭化水素に加えて、窒素およびＣＯ_２が除去されている。酸素設備からの酸素は、ライン４４を介して合成ガス生成器に供給される。水または水蒸気は、任意に、ライン４６を介して合成ガス生成器に送られる。生成器で製造された高温の合成ガスは、ライン４９を介して装置に入る水との間接的熱交換（示されない）によって冷却される。これにより高圧スチームが製造される。その全てまたは一部を、ライン５０を介してビチューメン生産設備に送り、ビチューメンの生産を促進してもよい。このスチームの圧力および温度は、２０００／２２００ｐｓｉａおよび３３５／３４３℃（６３５／６５０°Ｆ）程度とすることができる。低温の合成ガスは、ライン４８を介して、装置３２から炭化水素合成装置３４に送られる。合成ガスのスリップストリームは、ライン５２を介して取り出され、水素製造装置４０に送られ、そこでガスから水素が製造され、ライン５４を介して炭化水素の水素異性化装置３６に送られる。装置４０においては、（ｉ）物理的分離手段（圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、膜分離など）および（ｉｉ）化学的手段（水性ガスシフト反応器など）のうち一種以上によって、合成ガスから水素が製造される。合成ガス生成器の能力が不十分なためにシフト反応器を用いる場合でも、水素の純粋ストリームをシフト反応器のガス流出物から分離するのに、物理的分離手段が用いられる。水素を製造するための物理的分離手段は、通常、水性ガスシフト反応などの化学的手段が用いられるか否かに関係なく、水素を合成ガスから分離するのに用いられ、望ましい純度（例えば少なくとも約９０％）の水素が得られる。モレキュラーシーブを用いるＴＳＡまたはＰＳＡは、純度９９＋％の水素ストリームを製造することができ、膜分離は、典型的には少なくとも純度８０％の水素を製造する。ＣＯリッチなオフガスは、ＴＳＡまたはＰＳＡにおいては吸着パージガスと呼ばれることがあり、膜分離においてはしばしば非透過ガスと呼ばれる。好ましい実施形態においては、合成ガス生成器により、（ｉ）炭化水素合成反応、および（ｉｉ）物理的分離手段による、水素異性化に必要な水素の少なくとも一部の製造に十分な合成ガスが製造される。そのため、水性ガスシフト反応器は必要とされない。物理的分離手段を用いて合成ガスから水素を製造することにより、水素が減少し、ＣＯリッチなＨ_２とＣＯの混合物からなるオフガスと共に、比較的純粋な水素が提供される。このＣＯリッチオフガスは、燃料として用いてもよく、炭化水素合成反応域に供給してもよい。合成ガスから水素を製造する場合、合成ガス中のＨ_２対ＣＯのモル比は化学量論より大きく、４０において水素から製造された（分離された）ＣＯの少なくとも一部を、好ましくは、３４に送られる合成ガスのＨ_２対ＣＯのモル比をほぼ化学量論に調整するのに十分な量で、ライン５６を介してライン４８中に送り戻すことが好ましい。これにより、燃料として燃焼することにより有用なＣＯを浪費することが回避される。（ＰＳＡ）、（ＴＳＡ）、膜分離または水性ガスシフト反応のうち一種以上によって合成ガスから水素を製造することは公知であり、例えば特許文献７に開示される。ビチューメン品質向上設備が、水素製造装置に十分に近接しているため可能である場合には、分離された水素の一部を、ライン５８を介してライン５４から取り出して、ビチューメン品質向上設備に送り、品質向上されたビチューメン生成物の一種以上を水素転化する（例えば、ビチューメン由来のディーゼル留分を水素化する）ための反応水素を提供する。

炭化水素合成反応装置３４において、合成ガス中のＨ_２およびＣＯが、適切な炭化水素合成触媒の存在下に反応して、軽質留分および重質留分を含む炭化水素が生成する。合成反応は高度に発熱性であり、一つ以上の合成反応器の内部を冷却しなければならない。これは、循環する冷却水により望ましい反応温度を維持する、反応器内の間接的熱交換手段（管）によって達成される。これにより冷却水は、例えば１５０〜６００ｐｓｉａおよび１２１〜２５４℃（２５０〜４９０°Ｆ）の圧力および温度を有する中圧スチームに転化される。かくして冷却水は、ライン６０を介して装置に入り、一つ以上の合成反応器（図示せず）の内部を冷却し、ライン６２を介して送り出される中圧スチームに変化する。このスチームの全てまたは一部を、ビチューメンの生産、ガス転化プロセスのユーティリティ、分留などにも用いてよい。ビチューメン品質向上設備が十分に近接している場合には、このスチームの全てまたは一部をビチューメン品質向上装置に送り、そこでそれを、発電、分留のための熱供給、コーカーからのコークスの取り出しなどに用いてもよい。この中圧スチームを、ビチューメンの生産に用いる前に過熱状態の品質まで加熱することが好ましい。炭化水素合成反応により、軽質および重質炭化水素が製造され、重質炭化水素は、合成反応条件で液体である。重質とは、一般に２６０〜３７１℃（５００〜７００゜Ｆ）超で沸騰することを意味する。より軽質の炭化水素は、未反応合成ガス、ＣＯ_２および水蒸気と共に、合成反応器から蒸気として送り出される。この蒸気は、ライン６４を介して反応器から６６に送られ、そこで一つ以上の段で冷却され、その間に水およびＣ_２〜Ｃ_３＋炭化水素が凝縮されて液体となり、互いに、また残留するテールガスから分離される。水はライン６８を介して排出され、液体の軽質炭化水素はライン７０を介して排出される。水は冷却、スチームの生成などに用いることができる。残留する未凝縮ガスには、主にメタンおよび〜Ｃ_３−軽質炭化水素、ＣＯ_２並びに未反応合成ガスが含まれており、これをライン７２を介して取り出し、ボイラーを加熱するための燃料として用いて、発電、ビチューメン生産の促進およびその品質向上、並びに一般のプロセスユーティリティのためのスチームを製造する。ライン６８を介して取り出された水は、加熱してこれらのいずれかの目的のためのスチームとしてもよく、好ましくは、その相対的な純度のため、加熱してビチューメンの品質向上および動力生成用のスチームとしてもよい。重質の合成炭化水素は、ライン７４を介して炭化水素合成装置から取り出され、水素異性化反応器を含む水素異性化装置３６に送られる。そこでそれらを分解し、適切な触媒の存在下において水素で水素異性化して、より軽質の炭化水素、並びにより低い沸点および流動点を有する炭化水素を製造する。この実施形態においては、必要な反応水素の少なくとも一部は、４０内で製造された水素から得られ、ライン５４を介して装置に入る。水素異性化された炭化水素は、ライン７６を介してライン７８に送られ、そこで合成炭化水素の軽質留分と混合され、分留装置３８に送られる。次いで、ナフサ留分８０、ディーゼルまたは中間留出油留分８２および潤滑油留分８４を含む種々の留分に分留される。分留装置にＣ_４−炭化水素が存在していれば、オーバーヘッドとして取り出され、燃料として用いられる。任意に、潤滑油留分の全てまたは一部を、ライン８８を介して水素異性化装置３６にリサイクルして戻し、水素化分解／水素異性化して消滅させ、中間留出燃料油留分（ディーゼルおよびジェット燃料油など）をより多く製造してもよい。ナフサ留分の全てまたは一部（好ましくは、ライン８２を介して分留装置から取り出される軽質ナフサ留分を少なくとも含む）は、ビチューメンを希釈するためにビチューメン生産設備１２に送られる。

ビチューメン品質向上装置、即ち設備１４の一実施形態を図３に示す。これには、常圧パイプスチルまたはストリッパー９０、減圧分留装置９２、流動コーカー９４、軽油水素化装置９６、ナフサ／中間留出油混合物の水素化装置９８並びに留出油分留装置１００が含まれる。ビチューメンとナフサ希釈剤の混合物は、ライン２２から第一の分留装置９０に送られ、そこで、流入する混合物を、軽質の３４３〜３７１℃（６５０〜７００゜Ｆ）−留分と、重質の３４３〜３７１℃（６５０〜７００゜Ｆ）＋ボトム留分に分離する。より軽質の物質は、９０からライン１０２を介して取り出されて水素化装置９８に送られ、より重質の留分は、ライン１０４を介して減圧分留装置９２に送られる。任意に、ナフサ沸点範囲で沸騰する炭化水素（例えばナフサ希釈剤）を分離し、ライン１０６を介して９０から取り出してもよい。減圧分留装置９２において、９０からの重質の３４３〜３７１℃（６５０〜７００゜Ｆ）＋ビチューメンストリームは、５６６℃（１０５０°Ｆ）−（重質軽油）留分と、５６６℃（１０５０°Ｆ）＋ボトム物質に分離される。軽油は９２から取り出され、ライン１０８および１１６を介して水素化装置９６に送られる。非常に重質でビチューメン質の５６６℃（１０５０°Ｆ）＋ボトム物質は、ライン１１０を介して９２から取り出され、流動コーカー９４に送られる。非触媒的装置である９４において、ビチューメンは高温のコークス粒子と接触する。これは、ビチューメンをより低沸点の炭化水素とコークスに熱分解する。コークスはライン１１２を介してボトムから排出される。示されていないが、このコークスを、一部燃焼させて約４８２〜５９３℃（９００〜１１００°Ｆ）のビチューメン分解温度まで加熱する。これにより、コークスの一部を消費し、残留する高温のコークスをコーカーに送り戻して、熱分解のための熱を提供する。コーカーで製造されたより低い沸点の炭化水素には、ナフサ、中間留出油および重質軽油が含まれる。ナフサおよび中間留出油範囲（例えばＣ_５〜３４３／３７１℃（６５０／７００゜Ｆ））で沸騰するものは、ライン１１４および１０２を介して水素化装置９８に送られる。コーカーで製造された軽油留分は、ライン１１６を介して軽油水素化装置９６に送られる。水素または水素含有処理ガスは、ライン１１８および１２０を介して水素化装置に送られる。水素化装置において、硫黄および芳香族に耐性がある適切な水素化触媒の存在下に、炭化水素が水素と反応し、ヘテロ原子（例えば硫黄および窒素）化合物、不飽和芳香族および金属が除去される。水素化された重質軽油は、ライン１２８を介して水素化装置９６から取り出される。９８内で製造された、水素化されたナフサおよび中間留出油は、ライン１２２を介して分留装置１００に送られる。水素化された炭化水素は、分留装置１００により所望の留分（軽質または重質ナフサ、ディーゼル燃料油、ジェット燃料油、灯油など）に分離される。ディーゼル製造を最高とするためには、ライン１２４を介して軽質ナフサのみを回収し、残りの炭化水素の殆どを、ライン１２６を介してディーゼルとして取り出する。このディーゼルは、セタン価が比較的低い。このディーゼルを、セタンのより高い炭化水素（ガス転化プロセスによって製造されたディーゼル留分など）と混合することによって、そのセタン価を増大させてもよい。

炭化水素合成触媒は周知であり、触媒金属成分を、一種以上の触媒金属担体成分（一種以上の適切なゼオライト成分を含んでいても、含んでいなくてもよい）と複合化することによって調製される。これは、イオン交換、含浸、初期湿潤または複合化によって、或いは溶融塩から、触媒前駆体を形成することによって行う。このような触媒には、典型的には、少なくとも一種の無機耐火性金属酸化物担体物質（例えばアルミナ、非晶質、シリカ−アルミナ、ゼオライトなど）に担持または複合化された、少なくとも一種の第ＶＩＩＩ族触媒金属成分からなる複合物が含まれる。本明細書で参照する元素族は、非特許文献１に見出されるものである。コバルト、またはコバルトおよびレニウム触媒成分を含む触媒は、特にチタニア成分と複合化されると、合成ガスからの脂肪族炭化水素の製造を最大にすることが知られており、鉄触媒は、より多量の脂肪族不飽和物を製造することが知られている。これらおよび他の炭化水素合成触媒およびその特性、並びに運転条件は周知であり、文献および特許に開示されている。本明細書で用いられる用語「水素化」は、ヘテロ原子（硫黄、窒素など）および金属の除去、芳香族の飽和並びに任意に脂肪族不飽和物の飽和に対して活性がある一種以上の触媒の存在下に、水素または水素含有処理ガス中の水素が、原料と反応するプロセスを意味する。このような水素化触媒には、あらゆる通常の水素化触媒、例えば、少なくとも一種の第ＶＩＩＩ族金属触媒成分（好ましくは少なくとも一種のＦｅ、Ｃｏ、およびＮｉ）および好ましくは少なくとも一種の第ＶＩ属金属触媒成分（好ましくはＭｏおよびＷ）が、アルミナなどの高表面積の担体物質上に担持されて含まれる水素化触媒が含まれる。他の適切な水素化触媒には、ゼオライト成分が含まれる。水素化条件は周知であり、これには、原料および触媒にもよるが、約４５０℃未満の温度および３，０００ｐｓｉｇ未満の圧力が含まれる。

本発明を実施するに際して、種々の他の実施形態および変更形態は、上記された本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者に自明であり、また当業者により容易に実施されると解される。従って、本明細書に添付される請求の範囲は、上記の正確な記載に限定されるものではなく、むしろ請求の範囲は、本発明が属する分野の当業者によりその均等物として扱われるすべての特徴および実施形態を含めて、本発明に帰属する特許を受けることができる新規性の特徴をすべて包含するものとみなされる。

本発明の統合ビチューメン生産／ガス転化プロセスについての簡単なブロック流れ図である。 本発明を実施する際に有用なガス転化プロセスの流れ図である。 本発明を実施する際に有用なビチューメン品質向上プロセスのブロック流れ図である。

Claims (22)

1. （ｉ）液体炭化水素を含む炭化水素とスチームを製造する天然ガス供給ガス転化プロセスから得られるスチームを用いて、ビチューメンの生産を促進する工程；
   （ｉｉ）前記生産されたビチューメンを、前記液体炭化水素の少なくとも一部を含む希釈剤を用いて希釈して、前記ビチューメンおよび希釈剤を含むパイプライン輸送が可能な流体混合物を形成する工程；および
   （ｉｉｉ）前記混合物を、パイプラインを介してビチューメン品質向上設備に輸送する工程
   を含むことを特徴とする統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
2. 前記天然ガスを、前記ガス転化プロセスの原料として用いる前に処理して、硫黄化合物および任意にＣＯ_２および／または窒素を除去することを特徴とする請求項１に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
3. 前記ビチューメンを品質向上する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
4. 前記希釈剤は、ナフサまたは重質ナフサを含むことを特徴とする請求項３に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
5. 前記ビチューメンの生産を促進するのに用いられる前記スチームは、前記ガス転化プロセスにおいて前記処理された天然ガスから製造された高温の合成ガスを冷却することによって得られる高圧スチームを含むことを特徴とする請求項４に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
6. 前記合成ガスから水素を製造することを特徴とする請求項５に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
7. 前記ガス転化プロセスによって製造された前記炭化水素の少なくとも一部を水素処理するために前記水素を用いることを特徴とする請求項６に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
8. 前記希釈剤の一部を、前記輸送されたビチューメンから回収し、前記ビチューメンの生産に再循環して戻し、前記輸送のために前記ビチューメンを希釈することを特徴とする請求項１に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
9. （ｉ）天然ガスを高温の合成ガスに転化する工程；
   （ｉｉ）少なくとも一つの炭化水素合成反応器において、前記合成ガスから液体炭化水素およびスチームを製造する工程；
   （ｉｉｉ）前記スチームの一部を用いてビチューメンを生産する工程；および
   （ｉＶ）前記液体炭化水素の一部を用いて前記ビチューメンを希釈し、パイプラインを介してビチューメン品質向上設備に輸送することが可能となるほど十分に、前記ビチューメンの粘度を低減する工程
   を含むことを特徴とする統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
10. 前記天然ガスを、前記合成ガスに転化する前に処理して、硫黄化合物および任意にＣＯ_２および／または窒素を除去することを特徴とする請求項９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
11. 前記ビチューメンを品質向上し、より低沸点の物質にする工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
12. 前記希釈剤は、ナフサまたは重質ナフサを含むことを特徴とする請求項９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
13. 前記ビチューメンの生産を促進するのに用いられる前記スチームは、
    （ｉ）前記高温の合成ガスを冷却することによって得られるスチーム；および
    （ｉｉ）前記炭化水素合成反応器を冷却することによって得られるスチーム
    よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
14. 前記合成ガスから水素を製造することを特徴とする請求項９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
15. 前記ガス転化によって製造された前記炭化水素の少なくとも一部を水素処理するのに前記水素を用いることを特徴とする請求項１４に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
16. 前記希釈剤の一部を、前記輸送されたビチューメンから回収し、前記ビチューメンの生産に再循環して戻し、前記輸送のために前記ビチューメンを希釈することを特徴とする請求項９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
17. （ｉ）天然ガスを、Ｈ_２とＣＯの混合物を含む高温の合成ガスに転化し、水との間接的熱交換によってこれを冷却して、高圧スチームを製造する工程；
    （ｉｉ）少なくとも一つの炭化水素合成反応器において、前記冷却された合成ガスを、前記ガス中の前記Ｈ_２およびＣＯが反応し、熱、ナフサ留分を含む液体炭化水素、並びにメタンおよび水蒸気を含むガスを生成するのに有効な反応条件で、炭化水素合成触媒と接触させる工程；
    （ｉｉｉ）水との間接的熱交換によって、前記反応器から前記熱を除去し、中圧スチームを製造する工程；
    （ｉｖ）前記工程（ｉ）および（ｉｉｉ）のいずれかまたは両方において製造された前記スチームの少なくとも一部を、油井によって貫通されるビチューメンドレネージエリアを有する地下のタールサンド地層中に送って、前記ビチューメンを加熱し、その粘度を、前記油井を介してそれを取り出すのに十分な粘度にまで低減する工程；
    （ｖ）前記油井から前記ビチューメンを取り出すことによって、前記ビチューメンを生産する工程；
    （ｖｉ）前記生産されたビチューメンを、前記ナフサ留分を含む希釈剤と混合することにより、その粘度を低減し、パイプライン輸送が可能な混合物を製造する工程；および
    （ｖｉｉ）前記混合物を、パイプラインを介してビチューメン品質向上設備に輸送する工程
    を含むことを特徴とする統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
18. 前記天然ガスを、前記合成ガスに転化する前に処理して、硫黄化合物および任意にＣＯ_２および／または窒素を除去することを特徴とする請求項１７に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
19. 前記ナフサは、軽質ナフサを含むことを特徴とする請求項１８に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
20. 前記メタンおよび水蒸気を含む前記ガスを冷却し、メタン含有テールガスおよび水を形成することを特徴とする請求項１９に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
21. 前記テールガスは、（ｉ）前記ビチューメンの生産および（ｉｉ）前記ガス転化よりなる群から選ばれる少なくとも一種のためのスチームまたは動力を生成するための燃料として用いられることを特徴とする請求項２０に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。
22. 前記水を加熱して、（ｉ）前記ビチューメン生産の促進、或いは（ｉｉ）前記ビチューメンの生産またはガス転化のための動力よりなる群から選ばれる少なくとも一種のためのスチームを製造することを特徴とする請求項２１に記載の統合ガス転化／ビチューメン生産方法。

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