JP4275075B2 - 海洋生産における限界収益ガスの輸送 - Google Patents

Description

発明の背景
海洋の井戸では、一般的に広い範囲の組成物の炭化水素が生成される。少なくとも５個から７個の炭素原子を有するこれらの分子は、周囲温度において液体のままであり、タンカーによって荷降ろし施設に輸送される。４個以下の炭素原子を有するこれらの分子は、一般的に周囲温度でガスを形成する。

多くの場合、海底の井戸は、海岸または既存のパイプラインから非常に離れているため、補助的なパイプラインを通してガスを消費施設（たとえば発電所）に輸送することは経済的ではない。このようなガスは、一般的に限界収益ガスと呼ばれ、以前に燃焼したものである。最近の環境問題のために、ガスの燃焼は禁止されている。ガスをガス井戸に再び注入することができるが、これは高価であり、これによって井戸から生成されるガスの割合が次第に増加し、一般的に再注入は非経済的になる。すべてのガスを液体の形態でかつ大気圧において貯蔵することができるが、これは非常に低い温度（約−１６０℃または−２６０°Ｆ）を必要とし、この温度に到達し、これを維持するには費用がかかる。ガスを液体に保つために高圧および適度の温度で貯蔵することは、危険であり、高価である。ガスが気体の状態で輸送される場合、非常に少ない質量のガスが輸送される。

ガスを水和物に変更するという提案があるが、この場合ガス分子は水の結晶において貯留される。水和物は、０℃および５から２０バール、または−４０℃および大気圧等の適度に低い温度および圧力で輸送することができる。水和物は、原油、水、またはＬＰＧ（液体石油ガス）またはＮＧＬ（液体天然ガス）等の他の炭化水素混合物と混合されたときにスラリーを形成することができる。ガスを水和物に変換する際の１つの問題は、経済的に好ましくないということである。なぜなら、大量の水和物を輸送および処理するための既存の基盤設備がないからである。重質ガス、プロパンおよびブタンを含むＬＰＧ（液体石油ガス）を受けるための多くの施設が世界中にあるが、軽質ガスを受けるための施設はほとんどない。また、ガス（および水）を水和物に変換するための大きな施設はなく、現在小さな施設のみでの実績しかない。既存のガス処理基盤設備に基づく、安全かつ低価格な態様で限界収益ガスを貯蔵および輸送するためのシステムは価値あるものである。

発明の概要
本発明の一実施例に従うと、海洋の貯蔵部における限界収益ガスの処理のためのシステムおよび方法が提供され、これによって最小限の危険および最小限の費用でのガスの貯蔵および輸送が可能になる。生成された炭化水素は、原油とガスとに分離される。ガスは、さらに、ＬＰＧ（液体石油ガス）またはＮＧＬ（ＬＰＧを含む液体天然ガス）を構成するための、主にプロパンおよびブタンを含む「重質の」ガスの構成要素と、主にメタンおよびエタンを含む軽質ガスとに分離される。この分離は、タンクの大部分が満たされるまで長期（通常数週間）にわたって連続的に行なわれる。

軽質ガスは好ましくは水和され、したがってこれは、非常に高い圧力および非常に低い温度によってのみ液体の状態または濃密相で維持される軽質ガスのために必要とされるよりも高い温度および低い圧力で、タンクに貯蔵することができる。重質ガスは、適度に低い温度で液体の状態で貯蔵することができる。ＬＰＧまたはＮＧＬ等の、「重質」ガスおよび水和物の形態をした軽質ガスは、好ましくは、双方とも大気圧に近い圧力でおよび低
い温度で輸送される。低い温度は、熱い冷却ガスが、海で得られる冷たい水によって冷却される冷却システムによって達成される。

本発明の新しい特徴は、特に別掲の特許請求の範囲で述べられる。本発明は、添付の図面と関連して読まれるときに、以下の説明から最もよく理解されるであろう。

好ましい実施例の説明
図２は、海洋の炭化水素生成システム１０を示しており、これは、タレット１４および係船索１６を通して海底２０に固定された生成槽１２の形態をした浮体を含む。他の種類の好適な浮体は、テンションレグのプラットフォームおよび円材を含む。導管２２は、海底炭化水素貯蔵部２４からタレット１４を通して生成槽１２の残りの部分に延在する。貯蔵部から生成された炭化水素は、一般的に、液体炭化水素（原油）および気体の炭化水素を含む。液体炭化水素は、気体の炭化水素から容易に分離され、液体炭化水素は、後でおそらく毎月タンカーへ荷降ろしするために、石油貯蔵タンク３０に貯蔵される。主な問題は、気体の炭化水素をどのように扱うかということである。

海底の貯蔵部２４は、ガスパイプラインまたは発電所等のガスをさらに輸送または使用することができる施設から離れたところにあり、かつパイプラインを建設するのは非経済的であると考えられるため、気体は限界収益ガスとみなされる。このような限界収益ガスは、以前に燃焼されたものであるが、環境への配慮のために、今ではこのような燃焼はできない。１つの可能性としては、ガスを石油貯蔵タンク３０または同じもしくは異なる生成槽の別のタンクに汲み上げ、かつこのようなガスを、それを使用し、もしくは使用するためにさらに輸送することのできる遠隔施設に運ぶことが考えられる。ガスが１または２バール（１バールは、０．９８７気圧、または１４．６ｐｓｉの本質的な大気圧に等しい）等の低い圧力で貯蔵される場合、非常に少量のガスを非常に大きなタンクに輸送することができる。たとえば、２バールで、等しい量のメタン、エタン、プロパンおよびブタンが、１立方メートルあたり約３．４キロメートルの密度を有するガスを構成する。ガスは、５０バールまで高度に圧縮することができる。しかしながら、ガスを５０バールで保持するには丈夫なタンクが必要であり、タンクの壁の必要とされる厚さは、タンクの直径が増すとかなり増加するため、典型的なオイルタンカーのタンクのサイズは、非常に厚くかつ高価な壁を有していなければならない。また、このような高圧は、かなり危険な状態をもたらし、これは非常に望まれないことである。ガスを−１００℃よりも低い温度に冷却し、かつそれを約７バール等の圧力で液体の状態に維持することができる。しかしながら、約−５０℃（−５７°Ｆ）よりもかなり低い温度を、大きな生成槽で得るおよび維持することは難しい。

出願人は、ガスの輸送を容易にするために、原油に伴う天然ガスの異なる構成要素の異なる特性を活用する。気体の天然炭化水素は、分子における炭素原子の数によって示される４個から６個の主要な構成要素を含む。これらは、メタン（Ｃ１と呼ばれることが多いＣＨ₄）、エタン（Ｃ２と呼ばれるＣ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ３と呼ばれるＣ₃Ｈ₈）、ブタン（Ｃ４と呼ばれるＣ₄Ｈ₁₀）であり、ペンタン（Ｃ５と呼ばれるＣ₅Ｈ₁₂）およびヘキサン（Ｃ６と呼ばれるＣ₆Ｈ₁₄）を含むこともある。液体の原油に見られる大きな炭化水素の分子は、Ｃ５からＣ４０またはＣ７からＣ４０と呼ばれる。ＮＧＬ（液体天然ガス）と呼ばれる、プロパンからヘキサン（Ｃ３からＣ６）等の重質ガスの分子は、軽質ガスＣ１およびＣ２よりも高い温度および低い圧力において、液体または固体のままである。出願人は、重質の構成要素（Ｃ３およびＣ４、またはＣ３からＣ６）を軽質の構成要素（Ｃ１およびＣ２）から分離し、かつそれらを別々に処理することによってこれを活用する。ブタン等の重質ガスの所与の量のモルは、軽質ガスメタンの同じ量のモル質量のほぼ４倍を有する。

図２の生成槽１２上で、重質ガスを軽質ガスから分離するための分離機４０が与えられる。重質ガスは、導管４２を通って生成槽１２上の、もしくは分離したバージもしくは他の生成槽上の重質ガス貯蔵タンク４４に運ばれるか、または水和物のスラリー流体として用いられ得、この場合貯蔵タンク４４（図２）は必要とされない。軽質ガスは導管４８を通して運ばれ、処理施設５０によって処理されて、軽質ガスタンク５２に貯蔵される。生成槽１２上に設置された軽質ガスタンク５２が示されているが、これは分離したバージまたは他の生成槽上に設置することができる。軽質ガスタンク５２は水和物スラリーを含む。

重質ガスタンク４４に運ばれる重質ガスＣ３およびＣ４は、広く用いられるため、ガス構成要素のより価値のあるＬＰＧ（液体石油ガス）における主な構成要素である。他の炭化水素の構成要素が、重質ガスタンク４４に辿りつくかもしれないが、構成要素Ｃ３およびＣ４は、タンク４４に貯蔵されるガスの大部分の重量を占める。重質ガス４４は、６から１５バールの高い圧力および０℃等の温度で、または１バールの大気圧および−５０℃等の−４０℃を超えるもしくはそれ未満の低い温度で、液体として貯蔵および輸送することができる。上述のように、出願人は、安全上の理由ですべての気体を実質的に（２バール未満の）大気圧に維持したいため、タンク４４における重質ガスは、−４３℃および約１バールの圧力で維持される。

軽質ガス（Ｃ１およびＣ２）は、必要とされる圧力および温度を最小にするように軽質ガスタンク５２に貯蔵される。出願人は、施設５０を用いて、軽質ガスを天然ガス炭化水素に変換する。天然ガス炭化水素において、炭化水素ガスの分子は氷の結晶において貯留される。このような天然ガス水和物は、ガスが水と混合された後で、軽質ガスを６０から１００バールの圧力の下で０℃から＋１５℃まで冷却することによって生成することができ、頑丈な施設が必要とされる。基本的に、水の分子は軽質ガスの分子を閉じ込め、水の分子は、そこに貯留された軽質ガスを有する固相へと結晶化する。天然ガス水和物は、約１５重量％のガスと８５重量％の水とを含む。１バールで維持された天然ガス水和物が安全である。これは、圧力が低いためだけではなく、天然ガスが、貯留され、大災害の場合に氷が溶けるにつれてゆっくりと解放されるからである。出願人は、水またはＮＧＬ（Ｃ６を含み得る液体天然ガス）を炭化水素と混合して、輸送船から迅速に荷降ろしするためのスラリーを形成したいと考える。

貯蔵および輸送のために０℃よりも低い貯蔵温度が用いられる場合に、たとえば水和物が大気圧で貯蔵および輸送される場合に、ＮＧＬを使用することが望ましい。ＮＧＬの使用は図５，６および７に示されている。水和物のスラリーが約５から２０バールの幾分か高められた圧力で貯蔵および輸送される場合に、水はスラリー流体として用いられ得る。

図３に示されるように、ＬＰＧは１バールおよび約−４０℃で液体の状態で維持することができる。水和物・水のスラリーは、１バールおよび約−４０℃で、または５から２０バールおよび約０℃から５℃で維持することができる。したがって、軽質ガスは、２０バールを超えない圧力および約０℃を超えない（すなわち＋５℃を超えない）温度で水和物として氷の結晶において貯蔵することができる。タンク４４，５２（図２）の双方を同じ生成槽（たとえばバージ）に設置し、かつ双方のタンクを冷却するために同じ冷却システム６０を用いることが便利である。代わりに、図３に示されるように、水を水和物スラリーから除去して、乾いた水和物を生成することができる。貯蔵されたＬＰＧおよび水和物・水のスラリーの各々は、シャトルタンカー上の別々のタンカーへ、またはＬＰＧシャトルタンカーおよび水和物のシャトルタンカーのタンクへと汲み上げることができる。ＬＰＧは水和されていないため、ガスをＬＰＧパイプラインまたは分配施設等の施設に流すために通常ＬＰＧを加熱する必要があることを除いて、少しの処理で、シャトルタンカーか
らそれを取除くことができる。

図５および６に示されるように、水和物のスラリーを生成するために必要な場合のみに（ＬＰＧを含む）ＮＧＬが生成される。したがって、ＮＧＬのために別々のタンクは必要とされない。ＮＧＬは、好ましくは水和物とともに水和物タンク５２に貯蔵される。水和物タンク５２から、水和物（ＮＧＬ）スラリーを水和物シャトルタンカーに汲み上げることができる。

軽質ガスタンク５２における水和物は、複数の方法で除去することができる。上述のように、水は好ましくは、氷の結晶に追加されて、シャトルタンカーの水和物タンクに汲み上げられるスラリーを形成する。

図１は、基本的なプロセスでは、１００で石油がガスから分離され、かつ１０２で重質ガス（主にＣ３およびＣ４、またはＣ３からＣ６）が軽質ガス（主にＣ１およびＣ２）から分離されることを示している。重質ガス（ＬＰＧまたはＮＧＬ）は、適度に低い温度および圧力で貯蔵され、一方で軽質ガスは適度な温度および圧力で貯蔵するために水和物に変換することができる。代わりに、軽質ガスは、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）として貯蔵することができ、これは好ましくないが、重質ガスが除去されて量が減じられるために実現可能であり得る。図４は、軽質ガスのための図４の１１０および１１２での代替物を含むＬＰＧのプロセスの全体を示している。図７は、軽質ガスのための１１１および１１２での代替例を含む、ＮＧＬのためのプロセスの全体を示している。

したがって、出願人は、気体の炭化水素の構成要素を、遠隔施設に輸送するためにタンクに配置することによって、主にＣ１からＣ６を通して、これを貯蔵部の近くから輸送する。出願人は、重質ガスの構成要素（Ｃ３およびＣ４、またはＣ３からＣ６）を分離し、かつこれらを分離したタンクに貯蔵したいと考える。なぜなら、主にこれらの重質ガスの構成要素からなるガスは、高い価値を有する、ＬＰＧ（液体石油ガス）またはＮＧＬ（液体天然ガス）とみなさるからであり、かつこのような「重質ガス」は、軽質ガスよりも高い温度および低い圧力で「液化する」からである。出願人は、軽質ガス、主にＣ１およびＣ２を別のタンクに貯蔵したいと考える。軽質ガスを１バール、および（−１６０℃の）非常に低い温度で液化天然ガス（ＬＮＧ）として貯蔵することができる。代わりに、出願人は、軽質ガス（Ｃ１およびＣ２）を適度に低い温度および高い圧力で（たとえば−４０℃および６バールで）維持することができるが、圧縮ガスのこのような高い圧力は危険であり、大きなタンクで高い圧力を保持するには、非常に強固なタンクの壁が必要とされる。ＬＰＧは１バールおよび−５０℃で維持することができ、かつ軽質ガス水和物は１バールおよび−４０℃で維持することができるため、出願人は、ＬＰＧをより容易に維持することができ、同じ生成槽でタンクを水和し、同じ冷却システムで冷却する。水和物は、実質的に気体でない状態で維持される。なぜならガスの分子は、（水が追加されるときにスラリーとして流れ得、これは好ましいことである）氷において貯留されるからである。軽質ガスのみが水和されるということによって、軽質ガスを水和物に変換するための施設の必要とされるサイズが減じられる。

本発明の特定の実施例が本明細書において記載され示されてきたが、修正および変形が容易に起こり得ることが当業者には認識され、結果として、クレームはこのような修正および均等物を含むものとして解釈されることが意図される。

本発明の基本的なプロセスを示すブロック図である。 ＬＰＧおよび水和物の生成および分離した貯蔵のための本発明の生成および分離システムの側方立面図である。 ＬＰＧの生成と組合せて生成された炭化水素の異なる構成要素のための貯蔵の可能性を示す図である。 貯蔵および輸送のために、生成された水和物およびＬＰＧの処理でとられるステップを示すブロック図である。 ＮＧＬおよび水和物の生成および貯蔵のための本発明の生成および分離システムの側方立面図である。 ＮＧＬの生成と組合せて生成された炭化水素の異なる構成要素のための貯蔵の可能性を示す図である。 生成されたガスの処理でとられるステップを示し、水和物の貯蔵の 代替例を示すブロック図である。

Claims (6)

1. 海底の貯蔵部からの炭化水素を生成するための方法であって、生成された炭化水素は、室温で気体の状態を保つ炭化水素を含み、ガスは貯蔵部で限界収益ガスを構成し、
   ガスを、主に各々の分子が３個から６個の炭素原子を有する炭化水素ガスからなる第１のグループと、主に各々の分子が１個から２個の炭素原子を有する炭化水素ガスからなる第２のグループとに分離するステップと、
   第１のグループを、浮体に位置する第１のタンクに貯蔵および輸送し、かつ第２のグループを、浮体に位置する第２のタンクに貯蔵および輸送するステップとを含み、
   前記第２のグループを貯蔵および輸送するステップは、第２のグループを水和物として氷の結晶において貯蔵するステップを含む、方法。
2. 前記第２のグループを貯蔵および輸送するステップは、水和物を、およそ水の氷点の温度に維持するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のグループおよび前記第２のグループの前記水和物の各々は、２０バールを超えない圧力でおよび−４０℃よりも低くない温度で貯蔵される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のグループを保持する前記タンクおよび前記第２のグループの水和物を保持する前記タンクは、同じ浮体に位置し、双方は同じ冷却システムによって冷却される、請求項３に記載の方法。
5. 海底の貯蔵部からの炭化水素を生成する海洋生成設備における限界収益ガスを利用するためのシステムであって、炭化水素は、少なくともプロパンを含む重質ガスと、プロパンよりも軽く、かつ少なくともメタンを含む軽質ガスとを含み、
   前記重質ガスを前記軽質ガスから分離する分離機（４０）と、
   前記軽質ガスのみを水と結合して水和物にする水和物形成装置（５０）と、
   前記重質ガスを貯蔵する第１のタンク（４４）と、
   前記水和物を貯蔵する第２のタンク（５２）とを含む、システム。
6. 輸送船（１２）を含み、前記第１のおよび第２のタンクの双方は前記船に装着され、前記重質ガスは液体であり、前記水和物は固体の氷の結晶のスラリーを構成し、さらに前記タンクの双方を冷却する前記船上の冷却システム（６０）とを含む、請求項５に記載のシステム。

Images