JP2014118001A - 浮体式石油貯蔵海洋構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】 随伴ガスの燃焼処理を行うことなく、随伴ガスの有効利用を行うことを可能とした浮体式石油貯蔵海洋構造物を提供する。
【解決手段】 随伴ガス抽出手段１と、該随伴ガス抽出手段１で抽出されたメタンを改質するための水蒸気改質手段３と、該水蒸気改質手段３からの生成物からメタノールを合成するメタノール合成手段９と、得られたメタノールから高級炭化水素を合成する高級炭化水素合成手段７と、高級炭化水素精製手段８とを備え、上記各手段を海洋上の浮体に併設することにより構築されることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、海上にて石油を生産・貯蔵する浮体式海洋石油生産貯蔵積み出し設備（以下ＦＰＳＯともいう）、浮体式海洋石油生産貯蔵設備（以下ＦＰＳともいう）、浮体式海洋石油貯蔵積み出し設備（以下ＦＳＯともいう）等の浮体式石油貯蔵海洋構造物に関する。

従来、浮体式石油貯蔵海洋構造物として、ＦＰＳＯ、ＦＰＳ、ＦＳＯが知られている。
これらのうち、ＦＰＳＯでは、一般的に、海底の油井から汲み上げられた原油を海上の浮体に送り、この浮体上に設置したプラントにて粗処理し、浮体内に貯蔵することとしている。

ＦＰＳＯでは、浮体を定点に係留し、海底の油井を連結するパイプラインから海上に油を移送する。
石油は、陸上で産出し精製する形態、又は浅海域において産出した油を処理施設(陸上の)にパイプラインで導く形態が一般的なものであった。
その後、海底油田が開発されるに至った。しかし、ジャケットの据付け、又は粗処理施設等の施設を建設し、油田からその施設までのパイプラインを設置するといった工事の難しさ、経費の大きさ及び生産開始までの期間の長さ等が問題であった。このような問題の解決策の1つとしてＦＰＳＯが採用されるに至っている。

ＦＰＳＯを採用することにより粗処理施設の建造は造船所等での建造工事で済み、現地での工事は係留工事等に限られる。また、陸上施設までの長いパイプラインを敷く必要がなくなり搬送用タンカー等にて直接ＦＰＳＯから出荷されることとなる。

ここで、海底油田から、石油（原油）と共に随伴ガスが排出される。随伴ガスには、炭化水素（主としてメタン）、Ｈ_２Ｓ、ＮＨ_３、ＣＯ_２が多く含まれている。現在随伴ガスは、石油から分離した後、燃焼により処理している。
しかし、ＣＯ_２の発生を抑制することのために、今後法規制等により、燃焼処理で対応することが難しくなることが懸念されている。

米国特許第４１３４７３２号公報 なお、先行技術文献に関しては後に述べる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、随伴ガスの燃焼処理を行うことなく、随伴ガスの有効利用を行うことを可能とした浮体式石油貯蔵海洋構造物を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、浮体式石油貯蔵海洋構造物であって、随伴ガス抽出手段と、該随伴ガス抽出手段で抽出されたメタンを改質するための水蒸気改質手段と、該水蒸気改質手段からの生成物からメタノールを合成するメタノール合成手段と、得られたメタノールから高級炭化水素を合成する高級炭化水素合成手段と、高級炭化水素精製手段とを備え、上記各手段を海洋上の浮体に併設することにより構築されることを特徴とする。

本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物は、好適な実施の形態で、高級炭化水素精製手段を浮体上に設けないことを特徴とする。

また、本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物は、その好適な実施の形態で、上記メタノール合成手段がメタノール合成ユニットと、メタノール精製ユニットとを備える。

また、本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物は、その好適な実施の形態で、上記メタノール合成手段がメタノール合成ユニットのみを備え、上記高級炭化水素合成手段を、メタノールから高級炭化水素を製造する触媒を用いる高級炭化水素合成手段としている。

本発明で、「高級炭化水素」とは、炭素数２以上、好適には炭素数５以上を有する炭化水素の混合物をいう。より好適には、高級炭化水素は、５〜９０の炭素数を有する炭化水素の混合物からなる。さらに好適には、高級炭化水素は、ガソリンである。

さらに、本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物は、その好適な実施の形態で、浮体式海洋石油生産貯蔵積み出し設備（ＦＰＳＯ）である。

本発明によれば、随伴ガスの燃焼処理を行うことなく、随伴ガスの有効利用を行うことを可能とした浮体式石油貯蔵海洋構造物が提供される。

本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物をＦＰＳＯに採用した第１実施形態について、浮体上に設けられる設備の概要を示すブロック図である。 本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物をＦＰＳＯに採用した第２実施形態について、浮体上に設けられる設備の概要を示すブロック図である。 本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物をＦＰＳＯに採用した第３実施形態について、浮体上に設けられる設備の概要を示すブロック図である。

図１は、本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物をＦＰＳＯに採用した第１実施形態について、浮体上に設けられる設備の概要を示す。なお、図１では、浮体、及び石油を生産・貯蔵する設備等のＦＰＳＯが通常備える他の施設・設備・機器等は省略されている。このような他の施設・設備・機器は、当業者に公知のものを、本発明の目的に反しない限り、本発明に採用することができる。

この第１実施形態に係るＦＰＳＯでは、随伴ガス抽出手段１、酸性ガス除去手段２、水蒸気改質手段３、メタノール合成ユニット４、メタノール精製ユニット５、造水手段６、ガソリン合成手段７、及びガソリン精製手段８を、ひとつの浮体（船体）上に設けている。すなわち、メタノール合成手段９に、ガソリン合成手段７を併設している。なお、第１〜第３実施形態では、いずれも、合成される高級炭化水素はガソリンである。なおまた、本第１実施形態では、ひとつの浮体（船体）に、石油を生産・貯蔵する設備等のＦＰＳＯが通常備える他の施設・設備・機器等を備えるようにすることができ、またそのように構成することが好適である。かつ、本第１実施形態のように、単一の浮体（船体）ではなく、相隣接する二以上の浮体に施設・設備・機器等を設けるようにしてもよい。

随伴ガス抽出手段１では、原油生産の際に副生する随伴ガスが抽出される。随伴ガス抽出手段１は、ＦＰＳＯなどの洋上石油生産設備のように公知の構成により、随伴ガスを抽出する。
随伴ガスは、酸性ガス除去手段２に送り込まれる。酸性ガス除去手段２において、随伴ガスからＨ_２Ｓ等の酸性ガスが除去される。酸性ガス除去手段２は、吸着材を用いた硫化物の除去や、吸収液を用いたガス精製のような公知の構成により、酸性ガスを除去する。
酸性ガス除去手段２において、随伴ガス抽出手段１からの随伴ガスの酸性部分を除去するという前処理を確実に行うことにより、水蒸気改質手段３及びメタノール合成ユニット４に、酸性部分を除去した随伴ガスを供給でき、水蒸気改質手段３及びメタノール合成ユニット４の内部機器の損傷を防止することができる。

酸性ガス除去手段２からの随伴ガスは、水蒸気改質手段３に送り込まれる。
一方、造水手段６は、公知の方法により海水を脱塩して淡水を生成する構成を備えている。すなわち、例えば、膜分離などにより、淡水を得ている。
この淡水は、造水手段６に設けた加熱手段によって加熱され、高温水を得る。
さらに、この造水手段６には、ガソリン合成手段７のガソリン合成に伴って発生した高温の水が水伝達経路１０を通して供給される。すなわち、造水手段６では、得られた淡水に、ガソリン合成手段７からの高温水が合流する。
そして、水蒸気改質手段３としては、公知の合成塔を用いることができ、ここには、造水手段６からの高温水が供給される。この高温水を用いて、次の作用により、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）を生成する。この反応は吸熱反応である。
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２ （１）

水蒸気改質手段３からの、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）は、メタノール合成ユニット４に送り込まれる。メタノール合成ユニット４としては、公知の合成塔を採用することができる。
メタノール合成ユニット４においては、例えば、アルミナ複合酸化物を触媒として５０〜１００気圧、２４０〜２６０℃程度で、次のように、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ_２）から粗メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）が合成される。
ＣＯ＋２Ｈ_２→ＣＨ_３ＯＨ （２）

メタノール合成ユニット４で合成された粗メタノールは、メタノール精製ユニット５に送り込まれる。メタノール精製ユニット５は、公知の蒸留塔であり、蒸留塔内で粗メタノールを所定の温度に加熱して、水、ブタノール、溶解したメタン、二酸化炭素等の不純物を除去して、均一なメタノールを得る。

ガソリン合成手段７には、メタノール精製ユニット５から、浮体の連結管１１を通して、均一なメタノールが送り込まれる。ガソリン合成手段７としては、公知の合成塔を採用することができる。
ガソリン合成手段７においては、均一なメタノールと、触媒を用いて、
ｎＣＨ_３ＯＨ→（ＣＨ_２）_ｎ＋ｎＨ_２Ｏ （３）
の反応を用いて、粗ガソリン（Ｃ_８Ｈ_１８）を合成する。
なお、ガソリンは、実際には、一般的に主成分を、炭素と水素が結びついた炭素数４〜１０の炭化水素とする、混合物である。しかし、本明細書中では、便宜的にガソリン（Ｃ_８Ｈ_１８）と表記する。
この粗ガソリンはガソリン精製手段８に送り込まれる。

ガソリン精製手段８は、公知の蒸留塔であり、蒸留塔内でガソリン合成手段７からの粗ガソリン（Ｃ_８Ｈ_１８）を所定の温度に加熱して、水、二酸化炭素等の不純物を除去して、均一なガソリンが得られる。得られたガソリンは、通常のタイプのタンカーで搬送することができる。また、ＦＰＳＯ自体に貯蔵することもできる。

また、ガソリン合成手段７は、水伝達経路１０を通して造水手段６に接続されている。 すなわち、ガソリン合成手段７で生成した水は、水伝達経路１０を通して造水手段６に送られ、この水は、造水手段６から水蒸気改質手段３に供給される。前述したように、水蒸気改質手段３においては、造水手段６自体で準備する水に加えて、ガソリン合成手段７で発生した水を、高温水として利用することができる。

以上の第１実施形態においては、随伴ガス抽出手段１、酸性ガス除去手段２、水蒸気改質手段３、メタノール合成ユニット４、メタノール精製ユニット５、造水手段６、ガソリン合成手段７、及びガソリン精製手段８を、１隻の移動可能な浮体上に併設している。
これにより、体積の大きいメタノールを浮体から輸送する必要がなく、メタノール合成手段９から、併設された浮体上のガソリン合成手段７に直接搬送でき、プラントの輸送効率が向上する。
なお、既に紹介した特許文献１は、船上で天然ガスからメタノールを合成する手法を記載する。しかし、この天然ガスは、燃焼処理されるべき随伴ガスではなく、特許文献１では、搬送ガスの処理について何らの考慮も払われていない。メタノールは、体積が大きく、かつシャトルタンカーは、メタノール専用の仕様のものが必要である。特許文献１では、搬送ガスの処理に伴う、全ての課題を解決するものではない。

また、ガソリン合成手段７で発生した水を、水伝達経路１０を通して造水手段６を介して水蒸気改質手段３に供給するので、水蒸気改質手段３において、ガソリン合成手段７で発生した水を有効に利用することができる。したがって、造水手段６の容量を低減でき、造水手段６が低コストとなる。

さらに、第１実施形態においては、水蒸気改質手段３における回収後の高温のガスの熱量を、ガソリン合成手段７のガソリン（Ｃ_８Ｈ_１８）の合成に有効利用できる。

図２は、本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物をＦＰＳＯに採用した第２実施形態について、浮体上に設けられる設備の概要を示す。なお、図２では、浮体、及び石油を生産・貯蔵する設備等のＦＰＳＯが通常備える他の施設・設備・機器等は省略されている。このような他の施設・設備・機器は、当業者に公知のものを、本発明の目的に反しない限り、本発明に採用することができる。

この第２実施形態においては、第１実施形態に比べて、図２に示すように、ガソリン精製手段を備えていない。ガソリン精製手段は、陸地側のものを採用することとしている。すなわち、随伴ガス抽出手段１、酸性ガス除去手段２、水蒸気改質手段３、メタノール合成ユニット４、メタノール精製ユニット５、造水手段６、及びガソリン合成手段７を、ひとつの浮体（船体）上に設けている。本第２実施形態でも、ひとつの浮体（船体）に、石油を生産・貯蔵する設備等のＦＰＳＯが通常備える他の施設・設備・機器等を備えるようにすることができ、またそのように構成することが好適である。かつ、本第２実施形態のように、単一の浮体（船体）ではなく、相隣接する二以上の浮体に施設・設備・機器等を設けるようにしてもよい。

かかる第２実施形態においては、移動可能な浮体上において、海洋上の揺動の影響を受ける蒸留塔を備えたガソリン精製手段のみを陸地上に設置している。このようにして、揺動の影響を受けないようにすることにより、プラントのロバスト性、すなわち外乱等の影響を受けるのを回避できる。

本第２実施形態で、その他の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同一の部材は同一の符号で示す。また、第１実施形態で奏することが期待できる効果は、同一の構成において、第２実施形態にも期待することができる。

図３は、本発明に係る浮体式石油貯蔵海洋構造物をＦＰＳＯに採用した第３実施形態について、浮体上に設けられる設備の概要を示す。なお、図３では、浮体、及び石油を生産・貯蔵する設備等のＦＰＳＯが通常備える他の施設・設備・機器等は省略されている。このような他の施設・設備・機器は、当業者に公知のものを、本発明の目的に反しない限り、本発明に採用することができる。

この第３実施形態に係るＦＰＳＯでは、随伴ガス抽出手段１、酸性ガス除去手段２、水蒸気改質手段３、メタノール合成ユニット４、造水手段６、及びガソリン合成手段７を、ひとつの浮体（船体）上に設けている。なお、本第３実施形態では、ひとつの浮体（船体）に、石油を生産・貯蔵する設備等のＦＰＳＯが通常備える他の施設・設備・機器等を備えるようにすることができ、またそのように構成することが好適である。かつ、本第３実施形態のように、単一の浮体（船体）ではなく、相隣接する二以上の浮体に施設・設備・機器等を設けるようにしてもよい。

本第３実施形態でもガソリン精製手段を設けず、メタノール合成ユニット４をガソリン合成手段７に直結している。これにより、メタノール精製ユニット５を省略して、メタノール合成手段９を構成している。

ガソリン合成手段7は、メタノールから高級炭化水素を製造する工程であり、たとえばゼオライト触媒を用いる。このゼオライト触媒をガソリン合成手段７に設置し、
ｎＣＨ_３ＯＨ→（ＣＨ_２）_ｎ＋ｎＨ_２Ｏ
の反応を用いて、ガソリン（Ｃ_８Ｈ_１８）を合成する。
メタノールから高級炭化水素を製造する工程は、ゼオライト触媒を用いて、メタノールからガソリンを生成する方法であり、当業者に公知のものを採用することができる。

このようなメタノールから高級炭化水素を製造する工程により合成ガソリンを得れば、第１実施形態及び第２実施形態のような、メタノール精製ユニット５、すなわち蒸留塔を省略することができる。したがって、メタノール精製ユニット５を省略することにより、プラントが簡単化され、またプラントのロバスト性を向上できる。
また、この合成ガソリンは、芳香族を多く含むためオクタン価が高く、そのまま自動車用ガソリンとして使用可能である。

その他の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同一の部材は同一の符号で示す。また、第１実施形態で奏することが期待できる効果は、同一の構成において、第３実施形態にも期待することができる。

以上、本発明の３つの実施形態について述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。

１ 随伴ガス抽出手段
２ 酸性ガス除去手段
３ 水蒸気改質手段
４ メタノール合成ユニット
５ メタノール精製ユニット
６ 造水手段
７ ガソリン合成手段
８ ガソリン精製手段
９ メタノール合成手段

Claims (6)

1. 随伴ガス抽出手段と、該随伴ガス抽出手段で抽出されたメタンを改質するための水蒸気改質手段と、該水蒸気改質手段からの生成物からメタノールを合成するメタノール合成手段と、得られたメタノールから高級炭化水素を合成する高級炭化水素合成手段と、高級炭化水素精製手段とを備え、上記各手段を海洋上の浮体に併設することにより構築されることを特徴とする浮体式石油貯蔵海洋構造物。
2. 高級炭化水素精製手段を、浮体上に設けないことを特徴とする請求項１に記載の浮体式石油貯蔵海洋構造物。
3. 上記メタノール合成手段がメタノール合成ユニットと、メタノール精製ユニットとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の浮体式石油貯蔵海洋構造物。
4. 上記メタノール合成手段がメタノール合成ユニットのみを備え、上記高級炭化水素合成手段を、メタノールから高級炭化水素を製造する触媒を用いる高級炭化水素合成手段としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の浮体式石油貯蔵海洋構造物。
5. 高級炭化水素がガソリンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の浮体式石油貯蔵海洋構造物。
6. 浮体式海洋石油生産貯蔵積み出し設備（ＦＰＳＯ）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の浮体式石油貯蔵海洋構造物。

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