(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスの分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  （絶対圧）のときの温度４０℃と１２０℃における飽和炭酸ガス吸収量の差が３０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上である炭酸ガス吸収液の再生された炭酸ガスリーン吸収液を用いて、気液接触による吸収工程により炭酸ガス分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  （絶対圧）以上で、かつ圧力３０ｋｇ／ｃｍ２  （絶対圧）以上の高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガスを吸収させて炭酸ガス含量を低下させた精製天然ガスを得ると共に炭酸ガスリッチ吸収液を生成させ、次いで再生工程において前記炭酸ガスリッチ吸収液を脱圧させることなく加熱して圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２  （絶対圧）以上の高圧炭酸ガスを遊離させると共に炭酸ガスリーン吸収液を再生させて前記吸収工程に循環させて再使用することを特徴とする高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガスを除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガス（ＣＯ２  ）を除去する方法に関する。さらに詳しくは、天然ガス生産現場などにおいて、得られた圧力（絶対圧、以下同様。）３０ｋｇ／ｃｍ２  以上の高圧天然ガス中のＣＯ２  を分離・除去して精製天然ガスとすると共に、分離されたＣＯ２  を原油の３次回収としての利用する際や地中の帯水層に永久保存する際の圧入に有利な比較的高圧の状態で得ることのできる高圧天然ガス中の高濃度ＣＯ２  を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス田で生産される天然ガスには、通常、相当量のＣＯ２  が含まれている場合がある。このような天然ガスを生産現場から遠隔の消費地に輸送する際の、輸送コストを削減したり、燃焼発熱量を消費地の規格に合わせる必要などから、ある程度のＣＯ２  を予め除去して、精製天然ガス中のＣＯ２  を２〜３ｖｏｌ％〜十数ｖｏｌ％としている。このようにして天然ガス生産現場またはその近くにおける１次的精製により分離されたＣＯ２  は従来殆ど利用されておらず、そのまま大気中に廃棄されるか、油田の原油３次回収のための圧入ガスとして僅かに使用されていたに過ぎない。従って、前記精製により分離されて得られるＣＯ２  の圧力は殆ど考慮されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年の大気中のＣＯ２  増加による地球温暖化が問題視されるようになり、前記のように分離されたＣＯ２  を昇圧して地中の帯水層に圧入して永久保存したり、原油の３次回収に積極的に使用しなければならない状況になっている。しかし、従来採用されていた天然ガスからのＣＯ２  の除去方法では高圧の天然ガスを処理するにもかかわらず、分離されて得られるＣＯ２  は大気圧に近い低圧であり、前記のような永久保存や原油の３次回収に際しては大気圧に近い低圧から圧入に必要な１５０ｋｇ／ｃｍ２  程度までＣＯ２  を昇圧しなければならないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは天然ガスからのＣＯ２  の除去と分離されるＣＯ２  の処分や利用に関する前記問題点を鋭意検討した結果、ＣＯ２  吸収能を有する吸収液の中で、飽和吸収量の温度依存性が高い、いわゆる物理的吸収性能を有する吸収液を用いる特定の方法を採用することにより、従来プロセスに比べ遙かに簡略化された低設備コストで、しかも従来の方法に比べ遙かに高圧の分離ＣＯ２  が低エネルギコストで得られることに想到し、本発明を完成させることができた。
【０００５】
すなわち本発明によれば、ＣＯ２  の分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  のときの温度４０℃と１２０℃における飽和ＣＯ２  吸収量の差が３０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上であるＣＯ２  吸収液の再生されたＣＯ２  リーン吸収液を用いて、気液接触による吸収工程によりＣＯ２  分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  以上で、かつ圧力３０ｋｇ／ｃｍ２  以上の高圧天然ガス中の高濃度ＣＯ２  を吸収させてＣＯ２  含量を低下させた精製天然ガスを得ると共にＣＯ２  リッチ吸収液を生成させ、次いで再生工程において前記ＣＯ２  リッチ吸収液を脱圧させることなく加熱して圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２  以上の高圧ＣＯ２  を遊離させると共にＣＯ２  リーン吸収液を再生させて前記吸収工程に循環させて再使用することを特徴とする高圧天然ガス中の高濃度ＣＯ２  を除去する方法が提供される。
【０００６】
本発明に使用されるＣＯ２  吸収液はＣＯ２  を吸収させた後、大部分のＣＯ２  を遊離させる再生工程で再生して吸収工程にて循環使用される。本発明においては、前記ＣＯ２  吸収液のＣＯ２  吸収性能として、ＣＯ２  の分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  のとき、温度４０℃と１２０℃における飽和ＣＯ２  吸収量の差が３０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上であることが必要であり、好ましくは４０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上である。通常、吸収液は温度およびＣＯ２  の分圧が特定されれば、その特定吸収液に対するＣＯ２  吸収飽和曲線に従い飽和ＣＯ２  吸収量はＣＯ２  混合気体の種類に殆ど左右されずに特定の値となる。本発明においては、後記のように圧力３０ｋｇ／ｃｍ２  以上の高圧の天然ガスから後工程のＣＯ２  吸収液の再生によって得られるＣＯ２  リーン吸収液を用いてＣＯ２  を吸収・除去し、得られるＣＯ２  リッチ吸収液を再生工程において、実質的に脱圧させることなく加熱によりＣＯ２  を遊離させる。従って、比較的低温かつ再生工程に比べ低ＣＯ２  分圧下で容易にＣＯ２  を吸収することができ、再生工程において加熱によりＣＯ２  が遊離しやすい吸収液ほど、すなわち比較的高温でかつ比較的高ＣＯ２  分圧下でＣＯ２  が遊離しやすい吸収液ほど好ましいこととなる。
【０００７】
吸収液の飽和ＣＯ２  吸収量の温度依存性は吸収液を構成する化学薬剤や溶媒の種類に大きく依存する。本発明では吸収液の有する吸収工程におけるＣＯ２  の吸収能と再生工程における加熱によるＣＯ２  の遊離能の指標として、一定のＣＯ２  の分圧下、すなわちＣＯ２  の分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  のときの温度４０℃と１２０℃における飽和ＣＯ２  吸収量の差で表すこととし、それが３０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上、特に好ましくは４０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上となる吸収液を用いる。よって、前記ＣＯ２  分圧下における飽和ＣＯ２  吸収量の差が３０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上であり、再生加熱温度で安定であれば特に吸収液の種類は限定されない。また前記ＣＯ２  の分圧が２ｋｇ／ｃｍ２  のときの温度４０℃における飽和ＣＯ２  吸収量はＣＯ２  リーン吸収液のＣＯ２  吸収量の吸収能の指標にもなるものであり、本発明では、この吸収量が好ましくは３０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上、特には４０Ｎｍ３  ／溶媒（トン）以上である吸収液を用いることが好ましい。
前記吸収液の具体例としては、Ｎ−メチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）水溶液、トリエタノールアミン水溶液、炭酸カリウム水溶液などまたはそれらにピペラジンなどのＣＯ２  吸収促進剤を添加したものをあげることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法で採用できるプロセスの一例を図１により具体的に説明する。また、比較のため従来採用されていたプロセスの一例を図２に示す。
【０００９】
図１において、１は天然ガス、２は吸収塔、３は精製天然ガス、４はＣＯ２  リッチ吸収液、５は熱交換器、６は加熱器、７は再生塔、８はＣＯ２  リーン吸収液、９は冷却器、１０はオーバヘッドコンデンサ、１１は分離ドラム、１２は圧縮機（コンプレッサ）、１３は高圧ＣＯ２  である。図１のプロセスを用いて、本発明の方法による天然ガス中のＣＯ２  を吸収液として４５ｗｔ％ＭＤＥＡ水溶液を用いて除去する場合の条件の一例を説明する。ＣＯ２  含量２６ｖｏｌ％の天然ガス１は圧力５８ｋｇ／ｃｍ２  、２５℃の条件で吸収塔２の下部に供給される。吸収塔２では上方に供給されたＣＯ２  リーン吸収液と上昇する天然ガスが効率よく気液接触できるように、例えば不規則充填物などが充填されている。ＣＯ２  リーン吸収液との接触によりＣＯ２  が除去された精製天然ガス３はＣＯ２  含量２ｖｏｌ％、温度５０℃、圧力５８ｋｇ／ｃｍ２  となって吸収塔２の上部から塔外に取出される。一方、ＣＯ２  を吸収したＣＯ２  リーン吸収液はＣＯ２  リッチ吸収液４となり、ポンプにより再生工程に供給され再生される。
【００１０】
再生工程は主に熱交換器５、加熱器６および再生塔７からなり、後記高温ＣＯ２  リーン吸収液８との熱交換器５による熱交換で加熱され、次いでスチームを熱源とする加熱器６によりさらに加熱されて再生塔７に供給される。再生塔７は前記加熱により遊離状態になったＣＯ２  と吸収液とを分離し、ＣＯ２  リーン吸収液とする目的で設置されたものであり、特にリボイラなどの加熱器は不要であるが必要に応じて設置してもよい。遊離されたＣＯ２  はオーバヘッドコンデンサ１０で冷却されて分離ドラム１１により同伴吸収液と分離される。このＣＯ２  は約４０℃で圧力５５ｋｇ／ｃｍ２  と比較的高圧であり、圧縮機１２により圧縮されて圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２  の高圧ＣＯ２  とされ、原油の３次回収に使用されたり地中保存される。
【００１１】
一方、再生塔７の塔底から抜出されるＣＯ２  リーン吸収液８は温度約１４０℃であり、前記のように熱交換器５によりＣＯ２  リッチ吸収液４を加熱して冷却され、更に冷却器９により冷却水や海水などにより冷却されて吸収塔２上部に循環供給される。
【００１２】
前記本発明の高圧天然ガス中のＣＯ２  の除去方法を、従来プロセスを採用した図２と比較する。図２においては、図１と同様の目的で設置された設備や同様の内容物は同じ番号を用いている。図２のプロセスにおいて、図１と同様に供給された天然ガス１は図１と同様の条件でＣＯ２  を吸収・除去され、吸収塔２の上部から精製天然ガス３として取出される。一方、ＣＯ２  リッチ吸収液４はポンプにより抜出され、第１フラッシュドラム２１においてフラッシュされ、符号３２で示す遊離ＣＯ２  とＣＯ２  含量が低下した吸収液とする。後者は更に加熱器２２で加熱され、次いで第２フラッシュドラム２３に供給され、再度フラッシュさせられ、オーバヘッドコンデンサ２４および第１分離ドラム２５を経て符号３３で示す遊離ＣＯ２  を回収する。第２のフラッシュドラム２３により遊離されたＣＯ２  はほぼ常圧で得られるので、これを第１圧縮機２６で圧縮して前記の符号３２で示す遊離ＣＯ２  と合わせ、第２分離ドラム２７を経て第２圧縮機２８、第３分離ドラム２９、第３圧縮機３０により圧縮し、圧力約１５０ｋｇ／ｃｍ２  の符号３１で示す高圧ＣＯ２  を得る。またほぼ常圧で得られるＣＯ２  リーン吸収液８は昇圧ポンプにより昇圧され、冷却器３４により冷却されてＣＯ２  リーン吸収液８′とされ吸収塔２の上部に供給される。
【００１３】
図１および図２の比較から明らかなように、同じ圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２  の遊離ＣＯ２  を得るのに、図１の本発明の方法を用いることにより、遙かに設備が簡略化されることが分かる。特に運転操業管理が煩雑な回転駆動を含む圧縮機が大幅に削減できることが分かる。また前記ＭＤＥＡの水溶液を吸収液として用いる場合、その吸収液のＣＯ２  飽和吸収曲線から両プロセスに必要なエネルギを計算し、表１にまとめた。なお、動力機器の熱効率を２５％とした。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【発明の効果】
以上のように、天然ガスに含まれる高濃度ＣＯ２  を吸収・除去し、原油の３次回収やＣＯ２  の地中保存に適した高圧分離ＣＯ２  を得る場合、本発明の方法によれば、設備が簡略化され、またエネルギ的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧天然ガス中のＣＯ２  を除去する方法で採用できるプロセスの一例を示す図。
【図２】高圧天然ガス中のＣＯ２  を除去する従来の方法で採用できるプロセスの一例を示す図。
【符号の説明】
１：天然ガス、２：吸収塔、３：精製天然ガス、４：ＣＯ２  リッチ吸収液、５：熱交換器、７：再生塔、８：ＣＯ２  リーン吸収液、１２：圧縮機、１３：高圧ＣＯ２  
【図１】
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【図２】
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