JP4745456B1

JP4745456B1 - Ｌｐｇ留分回収装置

Info

Publication number: JP4745456B1
Application number: JP2010269374A
Authority: JP
Inventors: 直幸石渡; 宏依田; 利弘寺田; 達之津久井
Original assignee: Cameron Japan Ltd
Current assignee: Cameron Japan Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: US20130256093A1; JP2012116981A; WO2012073618A1

Abstract

【課題】随伴ガスからＬＰＧ留分を効率的に回収することが可能であり、従来の液化プロセスでは採算の合わない規模の油田の随伴ガスを有効利用するのに有用なＬＰＧ留分回収装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係るＬＰＧ留分回収装置５０は、随伴ガスなどの余剰ガスを昇圧するコンプレッサ１１，１２と、余剰ガスに含まれるプロパン及びブタンをスポンジオイルに溶解させるとともに、余剰ガスから炭素数２以下のガスを分離する脱エタン塔２０と、スポンジオイルを脱エタン塔２０から排出するスポンジオイル移送管Ｌ５と、スポンジオイルからプロパン及びブタンを分離する脱ブタン塔３０と、脱ブタン塔３０からプロパン及びブタンを含む留分を排出するＬＰＧ留分排出管Ｌ６と、脱ブタン塔３０から脱エタン塔２０にスポンジオイルを返送するスポンジオイル返送管Ｌ７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＰＧ留分回収装置に関し、より詳細には油田における原油の生産に伴って生じる余剰ガスを有効利用するための装置に関する。

油層から原油を生産するプラントでは、随伴ガスと称される余剰ガスが発生する。随伴ガスは、一般に炭素数１〜５の炭化水素を含有するガスであり、高圧の油層内では原油に溶解していた炭化水素が坑内やセパレータで減圧されて生じるものである。随伴ガスは、メタン及びエタンが主成分であり、ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｇａｓ）として有効なプロパン以上の成分の含有量が低いのが特徴であり、従来、燃焼（フレア）や油層への再圧入などによって処理されている。

地球温暖化に対する懸念やガス価の上昇などを背景に、随伴ガスを有効利用するための種々の取り組みがなされている。例えば、特許文献１には、膜分離法、吸収分離法及び蒸留分離法を利用して天然ガス又は石油随伴ガスから、二酸化炭素及びメタン等を含有する製品ガスと、エタン、プロパン及び重質成分を主成分とするＮＧＬ（ＮａｔｕｒａｌＧａｓＬｉｑｕｉｄ）とを製造する方法が記載されている。

特開２００５−２９０１５１号公報

ところで、随伴ガスや天然ガスは、原油と比較して輸送が困難であるという課題を有する。大規模な油ガス田であれば、そこから生産される天然ガスを輸送するためのパイプラインやＬＮＧ基地を建設することが可能である。しかし、中小規模の油田が点在するような地域や沖合の油田では、随伴ガス用のパイプラインやＬＮＧ基地を建設するには採算が合わないため、随伴ガスの有効利用が十分になされていないのが現状である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、随伴ガスからＬＰＧ留分を効率的に回収することが可能であり、従来の液化プロセスでは採算の合わない規模の油田の随伴ガスを有効利用するのに有用なＬＰＧ留分回収装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＰＧ留分回収装置は、プロパン及びブタンを含有するガスであって原油の生産に伴って生じる余剰ガスの全部又は一部を昇圧するコンプレッサと、昇圧された余剰ガスとスポンジオイルとを気液接触させて余剰ガスに含まれるプロパン及びブタンをスポンジオイルに溶解させるとともに、余剰ガスから炭素数２以下のガスを分離する脱エタン塔と、プロパン及びブタンが溶解したスポンジオイルを脱エタン塔から排出するスポンジオイル移送管と、スポンジオイル移送管を介して脱エタン塔と連通しており、スポンジオイルからプロパン及びブタンを分離する脱ブタン塔と、脱ブタン塔からプロパン及びブタンを含む留分を排出するＬＰＧ留分排出管と、脱ブタン塔からスポンジオイルを排出するとともに、当該スポンジオイルを脱エタン塔に返送するスポンジオイル返送管とを備える。

上記ＬＰＧ留分回収装置によれば、随伴ガス（余剰ガス）が脱エタン塔及び脱ブタン塔における処理を経ることで、脱ブタン塔から排出されるＬＰＧ留分の炭素数２以下のガス（メタン及びエタン）の含有量を十分に低減できる。これらの成分の含有量を十分に少なくすることにより、液化したＬＰＧ留分を通常のタンクトラック等で輸送が可能であり、従来の液化プロセスでは採算の合わない規模の油田であっても随伴ガスを有効利用できる。炭素数２以下の成分の含有量の低減が不十分な場合、ＬＰＧ留分を輸送するのに高い耐圧性を有する特別なタンクトラック等を準備する必要がある。なお、メタンを主成分とするＬＮＧは、−１６０℃程度に冷却して液化したものであるのに対し、ＬＰＧ留分は加圧によって比較的容易に液化する。

上記の脱エタン塔及び脱ブタン塔は、加熱手段やスポンジオイルの循環手段があれば運転が可能であるから、運転コスト及び建設コストの点から、高度な冷却を要する深冷分離装置と比較して油田のプラントに設置しやすいという利点がある。ここでいうスポンジオイルは、脱エタン塔において炭素数３以上の炭化水素が溶解するオイルを意味する。余剰ガスの組成にもよるが、スポンジオイルとして、例えば、ジェット燃料もしくは灯油、ジェット燃料相当もしくは灯油相当の留分、又は、炭素数７〜１１の混合炭化水素を使用できる。

本発明においては、熱効率の点から燃料として余剰ガスを利用することが好ましい。すなわち、コンプレッサは、余剰ガスを燃料とするモーター又はガスエンジンによって駆動するものであることが好ましい。また、上記ＬＰＧ留分回収装置は、スポンジオイル移送管の途中から分岐して脱エタン塔からのスポンジオイルの一部を脱エタン塔に戻す第１の循環管と、第１の循環管の途中に配設された第１のリボイラーとを更に備え、第１のリボイラーはスポンジオイルを収容する第１の本体部と、第１の本体部内を通過するように設けられ余剰ガスの燃焼によって加熱された流体が流れる第１の加熱管とを有することが好ましい。上記ＬＰＧ留分回収装置は、スポンジオイル返送管の途中から分岐して脱ブタン塔からのスポンジオイルの一部を脱ブタン塔に戻す第２の循環管と、第２の循環管の途中に配設された第２のリボイラーとを更に備え、第２のリボイラーはスポンジオイルを収容する第２の本体部と、第２の本体部内を通過するように設けられ余剰ガスの燃焼によって加熱された流体が流れる第２の加熱管とを有することが好ましい。

上記ＬＰＧ留分回収装置は、ＬＰＧ留分排出管を通じて脱ブタン塔から炭素数３以上の留分が供給され、当該留分から炭素数５以上の留分を分離する脱ペンタン塔を更に備えてもよい。かかる構成の装置の使用することにより、実質的にプロパン及びブタンからなるＬＰＧ留分を得ることができ、市販のＬＰＧ規格に適合させることができる。

本発明によれば、随伴ガスからＬＰＧ留分を効率的に回収することが可能であり、従来の液化プロセスでは採算の合わない規模の油田の随伴ガスを有効利用するのに有用なＬＰＧ留分回収装置が提供される。

本発明に係るＬＰＧ留分回収装置の好適な実施形態を模式的に示す構成図である。脱エタン塔の後段に設けられたリボイラーの構造を模式的に示す断面図である。本発明に係るＬＰＧ留分回収装置の他の実施形態を模式的に示す構成図である。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。

図１に示すＬＰＧ留分回収装置５０は、油田における原油の生産に伴って生じる随伴ガスなどの余剰ガスからＬＰＧ留分を得るためのものである。ＬＰＧ留分回収装置５０は、余剰ガスの全部又は一部を処理対象とするものであり、フレアスタック（図示せず）に余剰ガスを移送する配管Ｌ１から分岐した配管Ｌ２を通じて被処理ガスが供給されるようになっている。

随伴ガスの組成は、油田によって異なるが、以下のような組成範囲の随伴ガスを処理対象とすることができる。
メタン（Ｃ１）：３０〜９０モル％、
エタン（Ｃ２）：１０〜５０モル％、
プロパン（Ｃ３）：１〜４０モル％、
ブタン（Ｃ４）：１〜４０モル％、
ペンタン（Ｃ５）：１〜２０モル％、
炭素数６以上の炭化水素（Ｃ６＋）：０〜１０モル％。

ＬＰＧ留分回収装置５０は、主に、被処理ガスを昇圧する２段のコンプレッサ１１，１２と、スポンジオイルを利用して被処理ガスから炭素数２以下のガスを分離する脱エタン塔２０と、脱エタン塔２０からスポンジオイルを排出するスポンジオイル移送管Ｌ５と、脱エタン塔２０の後段に設置された脱ブタン塔３０と、脱ブタン塔３０からＬＰＧ留分（プロパン及びブタンを含む留分）を排出するＬＰＧ留分排出管Ｌ６と、脱ブタン塔３０から脱エタン塔２０にスポンジオイルを返送するスポンジオイル返送管Ｌ７とを備える。

コンプレッサ１１，１２は、配管Ｌ２内の低圧（例えば、１００〜２５０ｋＰａ）の被処理ガスを５００〜２０００ｋＰａ程度に昇圧するためのものである。コンプレッサ１１，１２は、余剰ガスを燃料とするガスエンジンＧＥによって駆動するものであることが好ましい。なお、コンプレッサ１１，１２の前後には冷却装置１１ａ，１２ａ及び被処理ガスから水やコンデンセートを分離するセパレータ１３，１４，１５が設置されている。好適な冷却装置として、空冷式及び水冷式のものが挙げられ、水が豊富にない地域においてはエアフィンクーラーや水循環式クーラーが特に好適である。

脱エタン塔２０は、コンプレッサ１１，１２で昇圧された被処理ガスとスポンジオイルとを気液接触させて被処理ガスに含まれるプロパン及びブタンをスポンジオイルに溶解させることによって、被処理ガスからメタン及びエタン（炭素数２以下のガス）を分離するためのものである。脱エタン塔２０の上方に接続されたスポンジオイル返送管Ｌ７からスポンジオイルが供給される。スポンジオイルに吸収されないメタン及びエタンは、脱エタン塔２０の頂部に接続された配管Ｌ４から排出されてフレアスタックにおいて燃焼される。他方、プロパン及びブタンを吸収したスポンジオイルは、脱エタン塔２０の底部に接続されたスポンジオイル移送管Ｌ５から排出される。なお、脱エタン塔２０の底部には、リボイラーが設けられており、スポンジオイルに吸収されたＣ１，Ｃ２がスポンジオイルから効率的に除去される。

スポンジオイルとして、ジェット燃料もしくは灯油、ジェット燃料相当もしくは灯油相当の留分、又は、炭素数７〜１１の混合炭化水素を使用した場合、脱エタン塔２０内の温度は１８０〜２２０℃であることが好ましく、圧力は７００〜２０００ｋＰａであることが好ましい。

スポンジオイル移送管Ｌ５は、図１に示すように、途中から循環管（第１の循環管）Ｌ５ａが分岐しており、この循環管Ｌ５ａを通じてスポンジオイルの一部を脱エタン塔２０に戻すことができるようになっている。循環管Ｌ５ａの途中にはリボイラー（第１のリボイラー）１６が配設されている。循環管Ｌ５ａ及びリボイラー１６により、スポンジオイルとともに脱ブタン塔３０に流入するメタン及びエタンの量をより確実に低減できる。

リボイラー１６は、図２に示すように、スポンジオイルを収容する本体部（第１の本体部）１６ａと、本体部１６ａ内を通過するように設けられ余剰ガスの燃焼によって加熱されたオイルが流れる加熱管（第１の加熱管）１６ｂとを有する。本体部１６ａ内のスポンジオイルは、加熱管１６ｂの外面と接触して加熱され、気液混相の状態で脱エタン塔２０へと返送される。なお、加熱管１６ｂ内には、ホットオイル（ｈｏｔｏｉｌ）の代わりに、余剰ガスの燃焼ガスを流してもよい。

脱ブタン塔３０は、中段にスポンジオイル移送管Ｌ５の先端が接続されており、この管Ｌ５を通じて供給されるスポンジオイルからＬＰＧ留分を分離するためのものである。脱ブタン塔３０内においてスポンジオイルから気化したＬＰＧ留分は、脱ブタン塔３０の頂部に接続されたＬＰＧ留分排出管Ｌ６から排出される。他方、ＬＰＧ留分が分離されたスポンジオイルは、脱ブタン塔３０の底部に接続されたスポンジオイル返送管Ｌ７から排出される。

スポンジオイルとして、ジェット燃料もしくは灯油、ジェット燃料相当もしくは灯油相当の留分、又は、炭素数７〜１１の混合炭化水素を使用した場合、脱ブタン塔３０内の温度は１８０〜３００℃であることが好ましく、圧力は５００〜１５００ｋＰａであることが好ましい。

スポンジオイル返送管Ｌ７は、図１に示すように、途中から循環管（第２の循環管）Ｌ７ａが分岐しており、この循環管Ｌ７ａを通じてスポンジオイルの一部を脱ブタン塔３０に戻すことができるようになっている。循環管Ｌ７ａの途中にはリボイラー（第２のリボイラー）２６が配設されている。循環管Ｌ７ａ及びリボイラー２６により、スポンジオイルとともに脱エタン塔２０に返送されるＬＰＧ留分の量を低減してＬＰＧ留分の収率を向上できる。なお、スポンジオイル返送管Ｌ７の途中には、熱交換器２２及び冷却装置２３が設けられている。

リボイラー２６は、図２に示すリボイラー１６と同様の構成を有する。リボイラー２６は、スポンジオイルを収容する本体部（第２の本体部）２６ａと、本体部２６ａ内を通過するように設けられ余剰ガスの燃焼によって加熱されたオイルが流れる加熱管（第２の加熱管）２６ｂとを有する。本体部２６ａ内のスポンジオイルは、加熱管２６ｂの外面と接触して加熱され、気液混相の状態で脱ブタン塔３０へと返送される。なお、加熱管２６ｂ内には、ホットオイル（ｈｏｔｏｉｌ）の代わりに、余剰ガスの燃焼ガスを流してもよい。

ＬＰＧ留分排出管Ｌ６は、脱ブタン塔３０からＬＰＧ留分を排出してセパレータ３２に移送するためのものである。この管Ｌ６の途中には、冷却装置３１が設けられている。セパレータ３２では、ＬＰＧ留分に残留するメタン及びエタンが気化する。メタン及びエタンは配管Ｌ８から排出されてフレアスタックにおいて燃焼される。他方、セパレータ３２における処理を経たＬＰＧ留分は、配管Ｌ９を通じてＬＰＧタンク４５に移送される。ＬＰＧタンク４５に一定量のＬＰＧ留分が溜まると、ＬＰＧ留分をタンクトラックに移し、ＬＰＧ留分を更に精製して商品化する精製プラントに輸送する。ＬＰＧタンク４５では温度３０〜５０℃、圧力１２００〜１８００ｋＰａの条件でＬＰＧ留分を貯留することができる。なお、セパレータ３２から排出されたＬＰＧ留分の一部を配管Ｌ９ａを通じて脱ブタン塔３０に還流させることで、ＬＰＧ留分の純度を上げることができる。

ＬＰＧ留分回収装置５０によれば、随伴ガスからメタン及びエタンを効率的に取り除き、９９体積％を超えるＬＰＧ留分（プロパン及びブタン並びに随伴ガスが炭素数５以上の留分を含む場合はその留分を含む）を安定的に得ることができる。このような組成のＬＰＧ留分は、通常のタンクトラックで輸送が可能である。このため、中小規模の油田が点在する地域であっても、各油田にＬＰＧ留分回収装置５０に設置し、それぞれのＬＰＧタンク４５から精製プラントにＬＰＧ留分を集めてＬＰＧの商品化を行うことができる。精製プラントでは、ＬＰＧ留分に残留する炭素数５以上の留分を取り除くなどの処理がなされる。なお、場合によっては、タンクトラックの代わりにパイプラインやタンカーなどでＬＰＧ留分を輸送してもよい。

ＬＰＧ留分回収装置５０は、随伴ガスに含まれていたＬＰＧ留分を７０〜９９％の回収率で得ることができ、また、フレアーガス（余剰ガス）をエネルギー源として使用することで、外部からのエネルギー供給をゼロにできることが特長である。更に、冷凍機や自己冷凍等による氷点下又は極低温を発生させないで、Ｃ１〜Ｃ２とＣ３〜Ｃ４の分離が可能であることも特長である。

ＬＰＧ留分回収装置５０は沖合の油田にも適用できる。この場合、随伴ガスから回収したＬＰＧ留分を、石油採掘設備の原油ライン又はコンデンセートライン（Ｃ４，Ｃ５等留分）に戻せばよい。これにより、ＬＰＧ留分を製品原料として利用することが可能となる。この場合、回収したＬＰＧ留分を輸送するのに、輸送費が割高なＬＰＧ船を使う必要がないという利点がある。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではＬＰＧ留分を精製プラントに輸送し、精製プラントにおいて更に処理する場合を例示したが、かかる処理をＬＰＧ留分回収装置において実施してもよい。図３に示すＬＰＧ留分回収装置６０は、ＬＰＧ留分から炭素数５以上の留分を分離する脱ペンタン塔４０を脱ブタン塔３０の後段に備える。ＬＰＧ留分回収装置６０は、脱ペンタン塔４０を備える点の他は、ＬＰＧ留分回収装置５０と同様の構成である。ＬＰＧ留分回収装置６０によれば、実質的にプロパン及びブタンからなるＬＰＧ留分を得ることができ、市販のＬＰＧ規格に適合させることができる。

上記実施形態においては、被処理ガスを昇圧するために２段のコンプレッサを設ける場合を例示したが、コンプレッサの段数は２段に限定されず、例えば１段でもよい。また、コンプレッサはガスエンジンＧＥによって駆動するものに限られず、例えばモーターで駆動するものを採用してもよい。モーターは余剰ガスを燃料とするものが好ましい。

１１，１２…コンプレッサ、１６…リボイラー（第１のリボイラー）、１６ａ…本体部（第１の本体部）、１６ｂ…加熱管（第１の加熱管）、２０…脱エタン塔、２６…リボイラー（第２のリボイラー）、２６ａ…本体部（第２の本体部）、２６ｂ…加熱管（第２の加熱管）、３０…脱ブタン塔、４０…脱ペンタン塔、４５…ＬＰＧタンク、５０，６０…ＬＰＧ留分回収装置、ＧＥ…ガスエンジン、Ｌ５…スポンジオイル移送管、Ｌ５ａ…循環管（第１の循環管）、Ｌ６…ＬＰＧ留分排出管、Ｌ７…スポンジオイル返送管、Ｌ７ａ…循環管（第２の循環管）。

Claims

プロパン及びブタンを含有するガスであって原油の生産に伴って生じる余剰ガスの全部又は一部を昇圧するコンプレッサと、
昇圧された前記余剰ガスとスポンジオイルとを気液接触させて前記余剰ガスに含まれるプロパン及びブタンを前記スポンジオイルに溶解させるとともに、前記余剰ガスから炭素数２以下のガスを分離する脱エタン塔と、
プロパン及びブタンが溶解した前記スポンジオイルを前記脱エタン塔から排出するスポンジオイル移送管と、
前記スポンジオイル移送管を介して前記脱エタン塔と連通しており、前記スポンジオイルからプロパン及びブタンを分離する脱ブタン塔と、
前記脱ブタン塔からプロパン及びブタンを含む留分を排出するＬＰＧ留分排出管と、
前記脱ブタン塔から前記スポンジオイルを排出するとともに、当該スポンジオイルを前記脱エタン塔に返送するスポンジオイル返送管と、
を備えるＬＰＧ留分回収装置。
前記コンプレッサは、前記余剰ガスを燃料とするモーター又はガスエンジンによって駆動するものである、請求項１に記載のＬＰＧ留分回収装置。
前記スポンジオイル移送管の途中から分岐して前記脱エタン塔からの前記スポンジオイルの一部を前記脱エタン塔に戻す第１の循環管と、
前記第１の循環管の途中に配設された第１のリボイラーと、
を更に備え、
前記第１のリボイラーはスポンジオイルを収容する第１の本体部と、前記第１の本体部内を通過するように設けられ前記余剰ガスの燃焼によって加熱された流体が流れる第１の加熱管とを有する、請求項１又は２に記載のＬＰＧ留分回収装置。
前記スポンジオイル返送管の途中から分岐して前記脱ブタン塔からの前記スポンジオイルの一部を前記脱ブタン塔に戻す第２の循環管と、
前記第２の循環管の途中に配設された第２のリボイラーと、
を更に備え、
前記第２のリボイラーはスポンジオイルを収容する第２の本体部と、前記第２の本体部内を通過するように設けられ前記余剰ガスの燃焼によって加熱された流体が流れる第２の加熱管とを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＰＧ留分回収装置。
前記ＬＰＧ留分排出管を通じて前記脱ブタン塔から炭素数３以上の留分が供給され、当該留分から炭素数５以上の留分を分離する脱ペンタン塔を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＰＧ留分回収装置。
前記スポンジオイルは、ジェット燃料もしくは灯油、ジェット燃料相当もしくは灯油相当の留分、又は、炭素数７〜１１の混合炭化水素である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬＰＧ留分回収装置。
前記余剰ガスに含まれるＬＰＧ留分の回収率が７０〜９９％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＬＰＧ留分回収装置。