JP4585222B2 - 不純物廃棄システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば天然ガス（ＮＧ）中の不純物を地中に投棄する不純物廃棄システム及び方法に関する。
液化天然ガス（ＬＮＧ）は、クリーンなエネルギー源として注目されており、ＬＮＧは、ＬＮＧプラントにおいて天然ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）および硫黄分（Ｈ2Ｓ等）の不純物を除去し、さらに水分を除去した後、液化装置で液化することにより製造されている。
このようなＬＮＧの製造方法においては、その製造プロセス中、天然ガス中の二酸化炭素を除去するための二酸化炭素除去装置、液化装置等を駆動する動力源（例えばボイラ）から二酸化炭素を含む大量の燃焼排ガスが発生するが、そのまま大気に放出されていたため、地球の温暖化のような環境上、問題があった。
このため、従来においては、ＣＯ2の大気放散の代わりに、地中の帯水層へ水と共に圧入することが提案されている（特許文献１）。
特開平６−１７０２１５号公報
前述した特許文献１に示す提案では、地中にＣＯ2を投棄するに際し、より低い圧力で圧入されるために、水を混合させ、パイプ内の流体の密度を増加させて静圧を増すことで、圧入する圧力を低減させるものであるが、水分を混合する結果、配管等の設備において、腐食が発生するという、問題がある。特に硫黄分を多く含む場合にはその劣化は顕著である。
このため、従来ではパイプ等に腐食防止のライニングや高級ステンレス鋼を適用することが必要となり、設備費用が嵩むという問題がある。
本発明は、前記問題に鑑み、パイプの腐食がない不純物の廃棄システム及び方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、天然ガス又は油随伴ガス中の不純物をガス状態で除去する不純物除去装置と、除去した不純物ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮した不純物ガス中の水分を除去する乾燥装置とを具備してなり、乾燥圧縮不純物ガスを地中帯水層へ廃棄してなる不純物廃棄システムであって、前記乾燥装置は、圧縮した不純物ガス中の水分の概略を除去する気液分離装置と、前記気液分離装置での処理がなされた後の不純物ガス中の水分含有量を所定濃度以下となるように脱水する脱水塔とから構成され、前記圧縮機を駆動する駆動装置がガスタービン又はガスエンジン又はスチームタービンであり、前記駆動装置から排出される二酸化炭素を除去する除去装置を具備してなり、該除去装置で除去した二酸化炭素を前記不純物除去装置で除去した前記不純物ガスと混合して前記圧縮機で圧縮させ、前記乾燥装置で乾燥させてから地中帯水層へ廃棄してなることを特徴とする不純物廃棄システムにある。
第２の発明は、第１の発明において、前記不純物が二酸化炭素又は硫化水素であることを特徴とする不純物廃棄システムにある。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記ガスタービン又はガスエンジンから排気される排熱を回収するボイラからの水蒸気を用い、不純物を除去する際の熱源に利用してなることを特徴とする不純物廃棄システムにある。
第４の発明は、天然ガス又は油随伴ガス中の不純物をガス状態で除去し、該除去した不純物ガスを圧縮機を用いて圧縮し、該圧縮した不純物ガス中の水分を乾燥装置を用いて除去し、次いで該乾燥圧縮不純物ガスを地中帯水層へ廃棄する不純物廃棄方法であって、前記乾燥装置は、圧縮した不純物ガス中の水分の概略を除去する気液分離装置と、前記気液分離装置での処理がなされた後の不純物ガス中の水分含有量を所定濃度以下となるように脱水する脱水塔とから構成され、前記圧縮機を駆動する駆動装置がガスタービン又はガスエンジン又はスチームタービンであり、前記駆動装置から排出される二酸化炭素を除去する除去装置を具備してなり、該除去装置で除去した二酸化炭素を前記不純物除去装置で除去した前記不純物ガスと混合して前記圧縮機で圧縮し、前記乾燥装置で乾燥させてから地中帯水層へ廃棄することを特徴とする不純物廃棄方法にある。
第７の発明は、第６の発明において、前記不純物ガスが二酸化炭素又は硫化水素であることを特徴とする不純物廃棄方法にある。
第６の発明は、第４又は第５の発明において、前記ガスタービン又はガスエンジンから排気される排熱を回収するボイラからの水蒸気を用い、不純物を除去する際の熱源に利用することを特徴とする不純物廃棄方法にある。
本発明によれば、不純物は圧縮機で圧縮した後、乾燥装置においてガス中の水分を除去して乾燥ガスとするので、ガスを地中に導入するための配管の腐食が防止され、長期間に亙っての耐久性が向上する。また、不純物である例えば二酸化炭素を大気中に放散することがないので、地球温暖化を防止することができる。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例１に係る不純物廃棄システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る不純物廃棄システムを示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係る不純物廃棄システムは、天然ガス（又は油随伴ガス）１１中の不純物を地中へ廃棄する不純物廃棄システムであって、前記不純物をガス状態で除去する不純物除去装置１３と、除去した不純物ガス１２を駆動装置１４により圧縮する圧縮機１５と、圧縮した圧縮不純物ガス１６中の水分１７を除去する乾燥装置１８とを具備してなり、乾燥圧縮不純物ガス１９を地中帯水層２０へ廃棄してなるものである。
前記不純物が除去された天然ガス２１はその後、ＬＮＧプラントである天然ガスを液化する液化装置２２に送られ、液化天然ガス（ＬＮＧ）２３とされ、この液化天然ガス２３は例えばＬＮＧ船等により、世界各地へ輸出される。また、液化することなく、ガス状態のままパイプラインを介して例えばＧＴＬプラント等に送られる場合もある。
本実施例にかかる装置によれば、不純物ガス１２は圧縮機１５で圧縮した後、乾燥装置１８においてガス中の水分を除去して乾燥圧縮不純物ガス１９とするので、該乾燥圧縮不純物ガス１９を地中に導入するための配管の腐食が防止され、長期間に亙ってのプラント設備の耐久性が向上する。また、不純物ガスである二酸化炭素（ＣＯ2）を大気中に放散することがないので、地球温暖化を防止することができる。また、不純物ガスである硫化水素（Ｈ2Ｓ）も同時に放出することがないので、Ｓ分を固定するための処理設備を別途設けることが不要となり、プラント設備の簡略化が図れる。
次に、図２を参照して具体的な不純物処理システムの一例を説明する。
本説明では、不純物ガスとして二酸化炭素（ＣＯ2）を例示して説明するが、不純物除去装置では、不純物である硫化水素（Ｈ2Ｓ）も同様に除去できる。
図２に示すように、天然ガス１１中の不純物ガス１２を除去する不純物除去装置１３と、該除去された不純物ガス１２を圧縮する圧縮機１５と、圧縮した圧縮不純物ガス１６を乾燥する乾燥装置１８と、乾燥圧縮不純物ガス１９を地中帯水層２０へ送給する配管２５とを具備するものである。
ここで、前記不純物除去装置１３は、その詳細を示す図２に示すように、不純物ガスであるＣＯ2を含有するＣＯ2含有天然ガス１１とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液５１とを接触させてＣＯ2を吸収する吸収塔５２と、該吸収塔５２の下部から排出されるＣＯ2を吸収したリッチ溶液５３を送給する送給ライン５４と、送給されたリッチ溶液５３を再生する再生塔５５と、該再生塔５５でＣＯ2を除去したリーン溶液（再生液）５６を吸収塔５２へ送給ポンプ５７により送給する送給ライン５８とが設けられている。また、符号６０は熱交換器、６１は必要に応じて設けられる冷却器を図示する。
また、再生塔５５下部では、低圧スチーム５９が供給される再生加熱器６２による加熱により吸収液が再生され、送給ライン５８を通して熱交換器６０および必要に応じて設けられた冷却器６１により冷却されてＣＯ2 吸収塔５２へ戻される。
また、再生塔５５の上部において、吸収液から分離されたＣＯ2 は図示しないノズルより供給される還流水６３と接触し、再生塔還流冷却器６４により冷却され、ＣＯ2 分離器６５にてＣＯ2 に同伴した水蒸気が凝縮した還流水と分離され、不純物ガス１２として回収ＣＯ2 排出ライン６６より、圧縮機１５に送出される。還流水６３の一部は還流水ポンプ６７で再生塔５５へ還流される。なお、前記排出ライン６６より送られる不純物ガス１２量の一例としては、０．０５ＭＰａで、２０×１０6ＳＣＦＤ（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｆｅｅｔ ｐｅｒ ｄａｙ）である。
次に、回収ＣＯ2 排出ライン６６から送出された不純物ガス（ＣＯ2）１２は、駆動装置１４により駆動される圧縮機１５に送られ、ここで、圧縮された後、乾燥装置１８に送られる。
この乾燥装置１８は気液分離装置１８−１と脱水塔１８−２とから構成されており、先ず、気液分離装置１８−１でガス中の水分の概略を除去し、さらに脱水塔１８−２によりガス中の水分含有量を所定濃度（５０ｐｐｍ以下）となるようにしている。
前記脱水塔１８−２では、脱水剤としてトリエチレングリコール等を用いている。
この乾燥装置１８により乾燥した乾燥圧縮不純物ガス１９は、配管を介して地中帯水層２０へ廃棄される。なお、この際の圧縮圧力の一例としては１４Ｍｐａである。
また、本発明で使用できるＣＯ2 等の不純物ガスの吸収液としては特に限定されるものではないが、アルカノールアミンやアルコール性水酸基を有するヒンダードアミン類を例示することができる。このようなアルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンなどを例示することができるが、通常モノエタノールアミン（ＭＥＡ）が好んで用いられる。またアルコール性水酸基を有するヒンダードアミンとしては２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）、２−（エチルアミノ）−エタノール（ＥＡＥ）、２−（メチルアミノ）−エタノール（ＭＡＥ）、２−（ジエチルアミノ）−エタノール（ＤＥＡＥ）などを例示できる。
図３に示す不純物廃棄システムは、圧縮機１５を駆動する駆動装置の一例としてガスタービン７０を用いた場合を示している。ガスエンジンの場合も同様であるので省略する。図３に示すように、圧縮機１５を駆動するガスタービンは燃料ガスライン７１から供給される燃料ガス７２によりガスタービン７０を駆動し、圧縮機１５を回転させて不純物ガス１２を圧縮するようにしている。前記燃料ガス７２のガス組成はメタンが９０％、エタンが１０％であり、この燃料ガスのＬＨＶは９２２０ｋｃａｌ/Ｎｍ3、ガス量は１６４０Ｎｍ3／ｈｒである。なお、不足スチームは排熱回収ボイラ７４への燃料ライン７１ａにより供給される燃料ガス７２での追い炊きで対応することができる。
また、ガスタービン７０からの排ガス７３はその熱を回収する排熱回収ボイラ７４により、供給する水７５をスチーム７６に熱交換するようにしている。その後排ガスは煙突７７より排出されている。ここで得られるスチーム７６量は、１４．８ｔ／ｈｒ、０．３ＭＰａである。また、交換熱量の一例は７．５６×１０6ｋｃａｌ/ｈｒである。
このスチーム７６は、図２に示す低圧スチーム５９に利用される。
図４に示す不純物廃棄システムは、図３に示す不純物廃棄システムにおける排熱回収ボイラ７４により熱交換した後の排ガス７３中に含まれるＣＯ2を回収・除去するものである。なお、図３の装置と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、排熱回収ボイラ７４の後流側には二酸化炭素回収装置７８が設けられている。ここで、二酸化炭素を回収・除去する二酸化炭素回収装置７８により除去されたＣＯ2は、不純物ガス１２と混合され、圧縮機１５で圧縮させ、乾燥させてから地中帯水層２０へ廃棄するようにしている。これにより、ガスタービンの付帯設備である排熱回収ボイラ７４からの排ガス中のＣＯ2も大気放散することがなく、地球温暖化防止に寄与する。
図５は図４に示した二酸化炭素回収装置７８の一例を示す概略図である。前述した不純物除去装置と装置構成は略同一であるので、同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、排熱回収ボイラ７４からの排ガス７３は吸収塔５２内に導入され、ここで吸収液５１と接触することによりＣＯ2が回収され、ＣＯ2が除去された排ガス７９は煙突７７へ送られ、大気放散されている。また、分離回収されたＣＯ2は、不純物ガス１２と混合され、圧縮機１５で圧縮される。
なお、前述した図４に示す排熱回収ボイラ７４からのスチーム７６は、この二酸化炭素回収装置７８の再生塔５５の再生に用いる低圧スチーム５９にも利用される。
図６は、圧縮機１５の駆動源としてモーター８０を用いた場合である。なお、モーター８０を駆動するための電気８１は、ガスタービン７０で駆動される発電機８２によっている。排熱回収ボイラ７４により熱交換した後の排ガス７３中に含まれるＣＯ2を回収するのは図４と同様であり、図４の装置と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。これにより、モーター８０を駆動する電気８１を発電機８２から得る際におけるガスタービン７０の付帯設備である排熱回収ボイラ７４からの排ガス中のＣＯ2も大気放散することがなく、地球温暖化防止に寄与する。
図７は圧縮機１５を駆動する駆動源としてスチームタービン９１を用いた場合である。高圧スチーム（４ＭＰａ）９２は燃料ガス９３の供給によるボイラ９４での熱交換により得ている。また、スチームタービン９１から排出される低圧スチーム（０．３ＭＰａ）９５は前述した不純物除去装置１３及びＣＯ2回収装置７８の低圧スチーム５９に利用される。これにより、スチームタービン９１からの低圧スチーム９５の有効活用ができ、しかも天然ガス中のガス及び排ガス中のＣＯ2も大気放散することがなく、地球温暖化防止に寄与する。
以上、上述した実施例ではガスタービン、スチームタービン等の付帯設備であるボイラ等から排出する二酸化炭素等の不純物も除去した後に、不純物ガス１２と共に地中帯水層へ廃棄するので、地球温暖化防止を図ることができる。なお、付帯設備はボイラ等に限定されるものではなく、二酸化炭素等の不純物を排出する設備であればいずれでもよい。
以上のように、本発明は、不純物ガスを乾燥した後地中帯水層へ廃棄するので、パイプの腐食がなく、設備の耐久性が向上した液化天然ガスプラントに用いて適している。
実施例１に係る不純物廃棄システムを示す概念図である。 実施例１に係る不純物廃棄システムを示す具体例を示す図である。 実施例２に係る駆動装置のとしてガスタービンを用いた装置の概略図である。 実施例２おいて二酸化炭素回収装置を備えた装置の概略図である。 実施例３に係る二酸化炭素回収装置の概略図である。 実施例４に係る駆動装置のとしてモーターを用いた装置の概略図である。 実施例５に係る駆動装置のとしてスチームタービンを用いた装置の概略図である。
符号の説明
１１ 天然ガス（又は油随伴ガス）
１２ 不純物ガス
１３ 不純物除去装置
１４ 駆動装置
１５ 圧縮機
１６ 圧縮不純物ガス
１７ 水分
１８ 乾燥装置
１９ 乾燥圧縮不純物ガス
２０ 地中帯水層
２１ 不純物が除去された天然ガス
２２ 液化装置
２３ 液化天然ガス（ＬＮＧ）

Claims (6)

  1. 天然ガス又は油随伴ガス中の不純物をガス状態で除去する不純物除去装置と、
    除去した不純物ガスを圧縮する圧縮機と、
    圧縮した不純物ガス中の水分を除去する乾燥装置とを具備してなり、
    乾燥圧縮不純物ガスを地中帯水層へ廃棄してなる不純物廃棄システムであって、
    前記乾燥装置は、圧縮した不純物ガス中の水分の概略を除去する気液分離装置と、前記気液分離装置での処理がなされた後の不純物ガス中の水分含有量を所定濃度以下となるように脱水する脱水塔とから構成され、
    前記圧縮機を駆動する駆動装置がガスタービン又はガスエンジン又はスチームタービンであり、
    前記駆動装置から排出される二酸化炭素を除去する除去装置を具備してなり、該除去装置で除去した二酸化炭素を前記不純物除去装置で除去した前記不純物ガスと混合して前記圧縮機で圧縮させ、前記乾燥装置で乾燥させてから地中帯水層へ廃棄してなることを特徴とする不純物廃棄システム。
  2. 請求項１において、
    前記不純物ガスが二酸化炭素又は硫化水素であることを特徴とする不純物廃棄システム。
  3. 請求項１又は２において、
    前記ガスタービン又はガスエンジンから排気される排熱を回収するボイラからの水蒸気を用い、不純物を除去する際の熱源に利用してなることを特徴とする不純物廃棄システム。
  4. 天然ガス又は油随伴ガス中の不純物をガス状態で除去し、該除去した不純物ガスを圧縮機を用いて圧縮し、該圧縮した不純物ガス中の水分を乾燥装置を用いて除去し、次いで該乾燥圧縮不純物ガスを地中帯水層へ廃棄する不純物廃棄方法であって、
    前記乾燥装置は、圧縮した不純物ガス中の水分の概略を除去する気液分離装置と、前記気液分離装置での処理がなされた後の不純物ガス中の水分含有量を所定濃度以下となるように脱水する脱水塔とから構成され、
    前記圧縮機を駆動する駆動装置がガスタービン又はガスエンジン又はスチームタービンであり、
    前記駆動装置から排出される二酸化炭素を除去する除去装置を具備してなり、
    該除去装置で除去した二酸化炭素を前記不純物除去装置で除去した前記不純物ガスと混合して前記圧縮機で圧縮し、前記乾燥装置で乾燥させてから地中帯水層へ廃棄することを特徴とする不純物廃棄方法。
  5. 請求項４において、
    前記不純物ガスが二酸化炭素又は硫化水素であることを特徴とする不純物廃棄方法。
  6. 請求項４又は５において、
    前記ガスタービン又はガスエンジンから排気される排熱を回収するボイラからの水蒸気を用い、不純物を除去する際の熱源に利用することを特徴とする不純物廃棄方法。
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