(57)【要約】【課題】炭酸ガスの圧入による化石燃料の採収において、発生する産出ガス（随伴ガス等）に含まれる炭化水素を構成する水素原子を有効利用する。【解決手段】化石燃料採収システム１が、化石燃料を採収するための生産井３、４３から、前記化石燃料に随伴して発生するまたは前記化石燃料として発生する産出ガスの少なくとも一部を改質して水素および一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質装置１４と、一酸化炭素を炭酸ガスにシフトすることにより、前記炭酸ガスおよび前記水素を含むシフトガスを取得するシフト反応装置１５と、シフトガス中の水素および炭酸ガスを相互に分離する第１分離装置１６と、地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、第１分離装置によって分離された前記炭酸ガスを圧入井に圧入する圧入装置２１、４１と、第１分離装置によって分離された水素を水素化反応により有機物に付加する水素化装置２５とを備えた構成とする。【選択図】図１
2015031123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋蔵された化石燃料を炭酸ガスの圧入により採収する化石燃料採収システムであって、
前記化石燃料を採収するための生産井から、前記化石燃料に随伴して発生するまたは前記化石燃料として発生する産出ガスの少なくとも一部を改質して水素および一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質装置と、
前記一酸化炭素を炭酸ガスにシフトすることにより、前記炭酸ガスおよび前記水素を含むシフトガスを取得するシフト反応装置と、
前記シフトガス中の前記水素および前記炭酸ガスを相互に分離する第１分離装置と、
地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、前記第１分離装置によって分離された前記炭酸ガスを圧入井に圧入する圧入装置と、
前記第１分離装置によって分離された前記水素を水素化反応により有機物に付加する水素化装置と
を備えたことを特徴とする化石燃料採収システム。
【請求項２】
前記第１分離装置は、無機膜により前記水素および前記炭酸ガスを相互に分離することを特徴とする請求項１に記載の化石燃料採収システム。
【請求項３】
前記生産井は石油を埋蔵する油田に設けられ、前記石油を前記化石燃料として採収することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化石燃料採収システム。
【請求項４】
前記生産井は天然ガスを埋蔵するシェール層に設けられ、前記天然ガスを前記化石燃料として採収することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の化石燃料採収システム。
【請求項５】
前記改質装置による前記産出ガスの改質前に、前記産出ガス中の硫黄成分を除去する脱硫設備を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の化石燃料採収システム。
【請求項６】
前記シェール層から発生する前記天然ガスおよび前記圧入された前記炭酸ガスを含む産出ガスについて、これら天然ガスおよび炭酸ガスを相互に分離する第２分離装置を更に備え、
前記改質装置は、前記第２分離装置によって分離された前記天然ガスの少なくとも一部を改質し、
前記圧入装置は、地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、前記第２分離装置によって分離された前記炭酸ガスを圧入井に圧入することを特徴とする請求項４に記載の化石燃料採収システム。
【請求項７】
地中に埋蔵された化石燃料を炭酸ガスの圧入により採収する化石燃料採収方法であって、
前記化石燃料を採収するための生産井から、前記化石燃料に随伴して発生するまたは前記化石燃料として発生する産出ガスの少なくとも一部を改質して水素および一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質工程と、
前記一酸化炭素を炭酸ガスにシフトすることにより、前記炭酸ガスおよび前記水素を含むシフトガスを取得するシフト工程と、
前記シフトガス中の前記水素および前記炭酸ガスを相互に分離する分離工程と、
地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、前記分離工程において分離された前記炭酸ガスを圧入井に圧入する圧入工程と、
前記分離工程において分離された前記水素を水素化反応により有機物に付加する水素化工程と
を有することを特徴とする化石燃料採収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中への流体（炭酸ガス等）の圧入により、石油や天然ガス等の化石燃料を採収する化石燃料採収システムおよび化石燃料採収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油田における石油の採収において、石油の回収率を増加させる技術として石油増進回収法（Enhanced Oil Recovery：以下「ＥＯＲ」という。）が知られている。ＥＯＲとしては、蒸気圧入等により石油の粘性を低下させてその流動性を改善する熱攻法（Thermal recovery）や、ガスを圧入して石油を送り出すガス圧入法（Gas injection）や、界面活性剤を主成分とする溶液を利用して界面張力を低下させることにより石油の移動を促進するケミカル圧入法（Chemical injection）等が開発されている。特に、炭酸ガス（ＣＯ２）を利用する炭酸ガス圧入法は、地球温暖化防止等の観点から注目されている。
【０００３】
炭酸ガス圧入法としては、例えば、炭酸ガスを油田に圧入して油分を炭酸ガスに同伴させて取り出した後、油分とガス分を気液分離し、更に非対称ポリイミド膜を用いて炭酸ガスを他のガス成分（随伴ガス）と分離すると共に、分離した後の炭酸ガスを再び油田に圧入する採油方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５８７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、油田における石油の回収工程では、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素成分を含むいわゆる随伴ガスが発生する。しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術では、油分を分離した後のガス中の炭酸ガスを循環して有効利用するものの、随伴ガスに含まれる炭化水素成分等の利用については殆ど考慮されていなかった。従来、この種の随伴ガスは、ガスフレアリングによって焼却処分されるのが一般的であるが、炭酸ガス圧入法を用いた場合に、エネルギーの有効利用や環境の悪化防止の観点から炭酸ガスのみならず随伴ガス（炭化水素成分）も有効利用することが望ましい。近年、トルエンなどの芳香族化合物を水素化し、水素化芳香族化合物（有機ハイドライド）の状態で水素の貯蔵や輸送を行う有機ケミカルハイドライド法が開発されており、本願発明者らは、この手法をＥＯＲと組み合わせることにより、随伴ガス中の炭化水素を構成する水素について有効利用できる可能性を見出した。
【０００６】
さらに、上記特許文献１に記載された従来技術は、石油の採収を前提とした技術であるが、他の化石燃料の採収においても、ＣＯ２排出量を抑制するために産出ガス中の炭酸ガスを有効利用することが望ましい。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、炭酸ガスの圧入による化石燃料の採収において、発生する産出ガス（随伴ガス等）に含まれる炭化水素成分中の水素を有効利用する化石燃料採収システムおよび化石燃料採収方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面では、地中に埋蔵された化石燃料を炭酸ガスの圧入により採収する化石燃料採収システム（１）であって、前記化石燃料を採収するための生産井（３、４３）から、前記化石燃料に随伴して発生するまたは前記化石燃料として発生する産出ガスの少なくとも一部を改質して水素および一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質装置（１４）と、前記一酸化炭素を炭酸ガスにシフトすることにより、前記炭酸ガスおよび前記水素を含むシフトガスを取得するシフト反応装置（１５）と、前記シフトガス中の前記水素および前記炭酸ガスを相互に分離する第１分離装置（１６）と、地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、前記第１分離装置によって分離された前記炭酸ガスを圧入井に圧入する圧入装置（２１、４１）と、前記第１分離装置によって分離された前記水素を水素化反応により有機物に付加する水素化装置（２５）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この第１の側面による化石燃料採収システムでは、炭酸ガスの圧入による化石燃料の採収において、発生する産出ガス（随伴ガス等）に含まれる炭化水素の炭素分を炭酸ガスとして圧入に有効なガスとして利用するとともに、水素原子は水素エネルギーとして有効利用することが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の側面では、上記第１の側面に関し、前記第１分離装置は、無機膜により前記水素および前記炭酸ガスを相互に分離することを特徴とする。
【００１１】
この第２の側面による化石燃料採収システムでは、耐腐食性や分離選択性等に優れた無機材料からなる無機膜を用いることにより、水素と炭酸ガスとの分離能を低下させることなく効率的に分離できるため、産出ガスに含まれる炭化水素を構成する炭素原子を炭酸ガスとして圧入用に有効利用するとともに、水素原子は水素エネルギーとして有効利用することができる。一般に、炭酸ガスの分離装置では、有機膜（酢酸セルロース、ポリイミド等の膜）が用いられるが、ガス中に硫黄成分（硫化水素等）が存在する場合、有機膜では劣化の問題が生じるため、特に、無機膜を用いることによりそのような劣化を抑制することができるという利点がある。
【００１２】
本発明の第３の側面では、上記第１または第２の側面に関し、前記生産井（３）は石油を埋蔵する油田（２）に設けられ、前記石油を前記化石燃料として採収することを特徴とする。
【００１３】
この第３の側面による化石燃料採収システムでは、炭酸ガスの圧入による石油の採収において、石油と共に発生した随伴ガスに含まれる炭化水素を構成する水素原子を有効利用することができる。
【００１４】
本発明の第４の側面では、上記第１から第３の側面のいずれかに関し、前記生産井（４３）は天然ガスを埋蔵するシェール層（４）に設けられ、前記天然ガスを前記化石燃料として採収することを特徴とする。
【００１５】
この第４の側面による化石燃料採収システムでは、炭酸ガスの圧入による天然ガス（シェールガス）の採収において、天然ガスに含まれる炭化水素を構成する水素原子を有効利用することができる。また、１つの化石燃料採収システムにより、油田およびシェール層にそれぞれ埋蔵された化石燃料の採収のための炭酸ガスの圧入を実施することにより、圧入する炭酸ガス量の調整が容易となり、化石燃料をより安定的に採収することができる。
【００１６】
本発明の第５の側面では、上記第２の側面に関し、前記改質装置による前記産出ガスの改質前に、前記産出ガス中の硫黄成分を除去する脱硫設備（１３）を更に備えたことを特徴とする。
【００１７】
この第５の側面による化石燃料採収システムでは、産出ガス中の硫黄成分を除去することにより、硫黄成分による改質装置の触媒の活性低下や、硫黄成分による無機膜の腐食等を防止することができ、産出ガスに含まれる炭化水素を構成する水素原子を安定的に取り出すことができる。
【００１８】
本発明の第６の側面では、上記第４の側面に関し、前記シェール層から発生する前記天然ガスおよび前記圧入された前記炭酸ガスを含む産出ガスについて、これら天然ガスおよび炭酸ガスを相互に分離する第２分離装置（４５）を更に備え、前記改質装置は、前記第２分離装置によって分離された前記天然ガスの少なくとも一部を改質し、前記圧入装置は、地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、前記第２分離装置によって分離された前記炭酸ガスを圧入井（４２）に圧入することを特徴とする。
【００１９】
この第６の側面による化石燃料採収システムでは、シェール層から採収される天然ガスには圧入井に圧入した炭酸ガスが含まれており、この炭酸ガスを産出ガスから分離して繰り返し利用することにより、シェール層において自然発生する炭酸ガスが少ない場合でも、炭酸ガスを別途生産するための設備を必要とすることなく天然ガスを採収することができる。
【００２０】
本発明の第７の側面では、地中に埋蔵された化石燃料を炭酸ガスの圧入により採収する化石燃料採収方法であって、前記化石燃料を採収するための生産井から、前記化石燃料に随伴して発生するまたは前記化石燃料として発生する産出ガスの少なくとも一部を改質して水素および一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質工程と、前記一酸化炭素を炭酸ガスにシフトすることにより、前記炭酸ガスおよび前記水素を含むシフトガスを取得するシフト工程と、前記シフトガス中の前記水素および前記炭酸ガスを相互に分離する分離工程と、地中における前記化石燃料の流動性を向上させるべく、前記分離工程において分離された前記炭酸ガスを圧入井に圧入する圧入工程と、前記分離工程において分離された前記水素を水素化反応により有機物に付加する水素化工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
この第７の側面による化石燃料採収方法では、炭酸ガスの圧入による化石燃料の採収において、発生する産出ガス（随伴ガス等）に含まれる炭化水素を構成する水素原子を有効利用することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
このように本発明によれば、炭酸ガスの圧入による化石燃料の採収において、発生する産出ガス（随伴ガス等）に含まれる炭化水素を構成する水素原子を有効利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る化石燃料採収システムの概略構成を示すブロック図
【図２】第２実施形態に係る化石燃料採収システムの概略構成を示すブロック図
【図３】第３実施形態に係る化石燃料採収システムの概略構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る化石燃料採収システムの概略構成を示すブロック図である。化石燃料採収システム１は、油田２において、炭酸ガス（二酸化炭素）を地中に圧入することにより、地中に埋蔵された石油を採収する（地上に取り出す）ものである。油田２には、石油（化石燃料）を採収するための油井（生産井）３が掘削等によって設けられている。ここでは、１つの油井３のみを示しているが、一般に地中に埋蔵された石油は広い範囲に分布しているため、実用上は複数の油井が設けられる。
【００２６】
化石燃料採収システム１において、油井３から噴出する生産流体は、石油分離装置１１に送られ、生産流体中の石油（原油）が分離・回収される。生産流体から石油が回収された残りの随伴ガス（産出ガス）は、炭酸ガス分離装置１２において随伴ガス中の炭酸ガスが分離される。この炭酸ガスが分離された残りのガスは脱硫装置１３に送られ、そこで硫黄成分が除去される。硫黄成分が除去された残りの炭化水素成分（メタン、エタン、プロパン、ブタン等）は改質装置１４に送られ、そこで炭化水素成分が改質される（改質工程）ことにより、水素および一酸化炭素を主成分とする改質ガスが生成される。この改質ガスはさらにシフト反応装置１５に送られ、そこで改質ガス中の一酸化炭素が炭酸ガスにシフトされる（シフト工程）ことにより、炭酸ガスおよび水素を主成分とするシフトガスが生成される。このシフトガスは炭酸ガス分離装置（第１分離装置）１６に送られ、そこでシフトガス中の炭酸ガスが分離される（分離工程）。
【００２７】
炭酸ガス分離装置１６において分離された炭酸ガスは、第１圧入装置２１において昇圧され、ＣＯ２圧入井２２から再び油田２に圧入される（圧入工程）。また、炭酸ガス分離装置１２において分離された炭酸ガスは、第１圧入装置２１に送られ、炭酸ガス分離装置１６からの炭酸ガスと共に油田２に圧入される。このように、随伴ガス中の炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離装置１２と、シフト反応により生成された炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離装置１６とをそれぞれ設けることにより、油田２に圧入可能な炭酸ガスの量を増大させることができる。なお、炭酸ガス分離装置１２からの炭酸ガスについては、炭酸ガス分離装置１６からの炭酸ガスが圧入されるＣＯ２圧入井２２とは異なる他のＣＯ２圧入井から油田２に圧入されてもよい。
【００２８】
第１圧入装置２１によって地中に圧入された炭酸ガスは、所定の深度以下（圧力以上）で超臨界流体または液体となり、地中の石油と混合されて、その粘度を低下（流動性を向上）させる。その結果、油井３からの石油の採収量を増大させることができる。
【００２９】
一方、炭酸ガス分離装置１６において分離された水素は、水素化装置２５に送られ、そこで、水素化反応により水素キャリアとして機能する所定の有機物に付加される（水素化工程）。この水素が付加された有機物（有機ハイドライド）は、貯蔵装置２６に送られて一時的に貯蔵される。
【００３０】
なお、詳細な図示は省略されているが、化石燃料採収システム１における上述の複数の装置間には、各装置での処理に用いられる処理対象物（ガス、液体等）を相互に輸送可能とするための管路、弁及びポンプ等を備えた周知の輸送ラインが設けられている。
【００３１】
また、化石燃料採収システム１において、水素化装置２５および貯蔵装置２６による有機物の水素化および有機ハイドライドの貯蔵、並びにその有機ハイドライドから水素を発生する方法については、有機ケミカルハイドライド法に基づき行われる。
【００３２】
有機ケミカルハイドライド法の詳細については、例えば、岡田 佳巳 他, 有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発(Development of dehydrogenation catalyst for organic chemical hydride method), 触媒, 2004, 46(6), p510-512, ISSN 05598958.、岡田 佳巳 他, 有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発と水素エネルギー・チェーン構想(Dehydrogenation catalyst development for organic chemical hydride method and hydrogen energy chain vision), 触媒, 2009, 51(6), p496-498, ISSN 05598958.、岡田 佳巳 他, 水素エネルギーの大量長距離貯蔵輸送技術の確立を目指した有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発, 化学工学, 2010, 74(9), p468-470, ISSN 03759253.、岡田 佳巳 他, 水素貯蔵・輸送における有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発 （新春特集 GSCシンポジウム2005）, ファインケミカル, 2006,  35(1), p5-13, ISSN 09136150.を参照することができる。
【００３３】
石油分離装置１１は、油井３から噴出する生産流体から石油以外のガス（いわゆる随伴ガス）、水分及び異物などを除去するための周知のセパレータである。ここで、回収された石油は貯油施設（図示せず）に送られ、一方、石油と分離された随伴ガスは炭酸ガス分離装置１２に送られる。
【００３４】
炭酸ガス分離装置１２は、膜分離法により随伴ガス中の炭化水素成分（メタン、エタン、プロパン、ブタン等）と炭酸ガスとを相互に分離する。ここでは、分離膜として炭酸ガスに対して高い選択的透過性を有するゼオライト膜が用いられる。ゼオライト膜は、アルミナやシリカなどの多孔質の基体に親水性のゼオライト膜を成膜したものである。親水性のゼオライト膜は、約１００〜８００℃の温度で加熱処理がなされている。なお、炭酸ガス分離装置１６に用いられる分離膜は、ゼオライト膜に限らず酸化アルミニウム（アルミナ）膜や酸化ジルコニウム（ジルコニア）膜等の他の無機膜を用いることができる。
【００３５】
なお、炭酸ガス分離装置１２では、ＣＯ２透過膜として、上記ゼオライト膜に限らず、他の無機系材料からなる無機膜（セラミック膜等）を用いることができる。無機系材料としては、セラミックが好適であり、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）や酸化ジルコニウム（ジルコニア）等が挙げられる。また、場合によっては、ＣＯ２透過膜として、有機系材料からなる有機膜（高分子膜等）などを用いてもよい。有機系材料としては、例えば、酢酸セルロース、ポリスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。ただし、炭酸ガス分離装置１２では、随伴ガス中に硫黄成分（硫化水素等）が含まれる場合があるため、ＣＯ２透過膜は耐硫黄性や耐腐食性に優れたものを用いる必要がある。
【００３６】
また、炭酸ガス分離装置１２による炭酸ガスの分離は、必ずしも膜分離法によらず、化学吸収法（例えば、アミンや炭酸カリ水溶液などのアルカリ性溶液との反応により炭酸ガスを吸収する）や物理吸着法（例えば、ゼオライトなどの吸着剤に炭酸ガスを接触吸着させる）などの他の周知の分離技術を用いてもよい。
【００３７】
脱硫装置１３は、炭酸ガスが分離された随伴ガス中に含まれる硫化水素（硫黄成分）をモノエタノールアミンやジエタノールアミンなどのアルカリ性水溶液に吸収させることにより回収する。なお、脱硫装置１３は、随伴ガス中に含まれる他の硫黄成分を触媒存在下で水素と反応させることにより、硫化水素として回収することが可能である。
【００３８】
改質装置１４では、炭化水素成分（メタン、エタン、プロパン、ブタン等）を高温（例えば、８００℃）中の触媒（例えば、ニッケル系触媒）存在下で水蒸気と反応させることにより水蒸気改質が実施される。水蒸気改質は、主として以下の化学反応式（１）、（２）に基づく。
【数１】
2015031123.tif 000003
【００３９】
更に、シフト反応装置１５は、改質装置１４で生成された改質ガス中の水素濃度を上げるため、改質ガス中の一酸化炭素を触媒存在下で所定の温度条件に基づき炭酸ガスにシフトする。ここでは、比較的高温（約３５０〜４２０℃）でのシフト反応および比較的低温（約２００〜３００℃）でのシフト反応の２段階に分けて一酸化炭素の濃度を低下させる。シフト反応は、主として以下の化学反応式（３）に基づく。
【数２】
2015031123.tif 000004
【００４０】
なお、上記のような水蒸気改質プロセスとしては、ＩＣＩ（Imperial Chemical Industries, Ltd.）法やトプソ（Haldor Topsoe）法などの周知の技術を用いることができる。また、改質装置１４において、炭化水素成分を水素および一酸化炭素を主成分とするガスに転換する方法として部分酸化改質を用いてもよい。部分酸化反応は、主として以下の化学反応式（４）に基づく。
【数３】
2015031123.tif 000005
【００４１】
炭酸ガス分離装置１６は、炭酸ガス分離装置１２と同様の構成を有する。ただし、炭酸ガス分離装置１６では、脱硫装置１３での脱硫によりガス中に含まれる硫黄成分はゼロまたは微量であるため、ＣＯ２透過膜は耐硫黄性を考慮せずに選択することができる。
【００４２】
なお、炭酸ガス分離装置１６では、周知の脱水装置を設けることにより、炭酸ガスの分離の前段階で脱水を行う構成も可能である。また、炭酸ガス分離装置１６では、より水素の純度を高めるために所定の有効細孔径を有する多孔質分子篩膜を設け、この多孔質分子篩膜により炭酸ガスの分離の後段階において水素を分離する構成も可能である。
【００４３】
第１圧入装置２１は、周知のＥＯＲ（Enhanced Oil Recovery）技術に基づき、炭酸ガスを油田２における油層部分に圧入する。第１圧入装置２１は、ほぼ常圧の炭酸ガスを必要な圧力まで昇圧するための昇圧ポンプを備えており、ＣＯ２圧入井２２において地中に配設された炭酸ガス圧入用の管路（図示せず）等の圧力抵抗を考慮して炭酸ガスを昇圧する。ＣＯ２圧入井２２は、地上から地中における油層の周辺まで延設されている。
【００４４】
水素化装置２５では、トルエン（Ｃ７Ｈ８）を、以下の化学反応式（５）に基づく水素化反応により水素をトルエンに化学的に付加する。これにより、トルエンは、有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサン（Ｃ７Ｈ１４：以下「ＭＣＨ」という。）に転換される。
【数４】
2015031123.tif 000006
【００４５】
なお、水素キャリアとして機能する有機物は、特にトルエンに限定されるものではなく、例えば、ベンゼン、キシレン等の単環式芳香族化合物や、ナフタレン、テトラリン、メチルナフタレン等の２環式芳香族化合物や、アントラセン等の３環式芳香族化合物を単独、或いは２種以上の混合物として用いることができる。
【００４６】
また、有機ハイドライドは、上記有機物を水素化したものであり、シクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン等の単環式水素化芳香族化合物や、テトラリン、デカリン、メチルデカリン等の２環式水素化芳香族化合物や、テトラデカヒドロアントラセン等の３環式水素化芳香族化合物等の単独、或いは２種以上の混合物となる。有機ハイドライドとしては、貯蔵や輸送の便宜を考慮して、常温、常圧で安定な液体として取り扱うことができるものを選択するとよい。
【００４７】
貯蔵装置２６は、常温・常圧の状態でＭＣＨを貯蔵する貯蔵タンク等を有している。貯蔵されたＭＣＨは、遠隔または近隣に設けられた水素製造設備（図示せず）に対してタンカーやパイプライン等を介して適宜供給される。この水素製造設備では、脱水素反応によりＭＣＨから水素が製造される。この水素と共に生成されるトルエンは、水素キャリアとして回収され、再利用することができる。
【００４８】
このように第１実施形態に係る化石燃料採収システム１によれば、炭酸ガスの圧入による石油の採収において、発生する随伴ガスに含まれる炭酸ガスの有効利用のみならず、随伴ガスに含まれる炭化水素を構成する水素原子を有効利用することが可能となる。特に、炭酸ガス分離装置１２、１６において、耐腐食性や分離選択性等に優れた無機材料からなる無機膜を用いることにより、水素と炭酸ガスとの分離能を低下させることなく、産出ガスに含まれる炭化水素を構成する水素原子を取り出すことができる。なお、場合によっては、炭酸ガス分離装置１２を省略することもできる。
【００４９】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係る化石燃料採収システムの概略構成を示すブロック図である。図２では、上述の第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第２実施形態については、以下で特に言及する事項を除いて、第１実施形態と同様とする。
【００５０】
第２実施形態における化石燃料採収システム１は、シェール層４０において、天然ガス（シェールガス）を炭酸ガスの圧入により採収する点において第１実施形態の場合とは異なる。化石燃料採収システム１において、第２圧入装置４１は、上述の第１圧入装置２１と同様の構成を有しており、シェール層４０に設けられたＣＯ２圧入井４２を介して炭酸ガスを地中に圧入する。地中に圧入された炭酸ガスは、所定の深度以下（圧力以上）で超臨界流体または液体となり、シェール層における岩盤の割れ目に侵入して岩盤を破壊する（すなわち、流路を拡大する）ことにより、天然ガスの流動性を向上させる。
【００５１】
これにより、シェール層４０に設けられた採ガス井（生産井）４３を介してメタン（ＣＨ４）および炭酸ガス（ＣＯ２）を主成分とする産出ガスが噴出する。この産出ガスは、水分及び異物などが除去された後に炭酸ガス分離装置（第２分離装置）４５に送られ、そこで産出ガス中の炭酸ガスが分離される。この炭酸ガスが分離されたメタンを主成分とする残りのガスは、脱硫装置１３に送られ、その後は上述の第１実施形態における脱硫装置１３、改質装置１４、シフト反応装置１５、炭酸ガス分離装置１６、水素化装置２５及び貯蔵装置２６と同様の処理がなされる。
【００５２】
第２実施形態における炭酸ガス分離装置１６では、分離された炭酸ガスは、第２圧入装置４１において昇圧され、ＣＯ２圧入井４２から再びシェール層４０に圧入される。ＣＯ２圧入井４２は、地上から地中において天然ガスが存在する層の周辺まで延設されている。また、炭酸ガス分離装置４５において分離された炭酸ガスは、第２圧入装置４１に送られ、炭酸ガス分離装置１６からの炭酸ガスと共にシェール層４０に圧入される。炭酸ガス分離装置４５からの炭酸ガスについては、炭酸ガス分離装置１６からの炭酸ガスが圧入されるＣＯ２圧入井４２とは異なる他のＣＯ２圧入井からシェール層４０に圧入されてもよい。
【００５３】
なお、シェール層４０に天然ガスと共に埋蔵される炭酸ガス濃度が低い（例えば、１％以下）と、第２実施形態における化石燃料採収システム１の稼働開始直後においては、炭酸ガス分離装置１６および炭酸ガス分離装置４５から第２圧入装置４１に対して供給される炭酸ガスの量が十分でない場合がある。その場合、第２圧入装置４１に供給される炭酸ガス量が安定するまでの間は、第２圧入装置４１からＣＯ２圧入井４２に対して水や空気等を圧入するようにしてもよい。また、化石燃料採収システム１での炭酸ガスの圧入による天然ガスの採収方法は、水圧破砕法（hydraulic fracturing）の代替手段として採用することができるが、場合によっては、水圧破砕法と共に実施してもよい。さらに、炭酸ガス分離装置４５で生成される（後に脱硫装置１３に送られる）メタンの少なくとも一部は、燃料等の用途のために図示しない貯蔵設備等に輸送する構成も可能である。
【００５４】
このように第２実施形態に係る化石燃料採収システム１によれば、炭酸ガスの圧入による天然ガスの採収において、発生する天然ガスに含まれる炭酸ガスの有効利用のみならず、天然ガスに含まれる炭化水素を構成する炭素原子は炭酸ガスとして圧入用ガスとして利用し、水素原子は水素エネルギーとして有効利用することが可能となる。特に、炭酸ガス分離装置１６、４５において、耐腐食性や分離選択性等に優れた無機材料からなる無機膜を用いることにより、水素と炭酸ガスとの分離能を低下させることなく、産出ガスに含まれる炭化水素を構成する水素原子を取り出すことができる。
【００５５】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態に係る化石燃料採収システムの概略構成を示すブロック図である。図３では、上述の第１または第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第３実施形態については、以下で特に言及する事項を除いて、第１または第２実施形態と同様とする。
【００５６】
第３実施形態における化石燃料採収システム１は、油田２およびシェール層４０の双方に炭酸ガスを圧入することにより、それぞれ石油および天然ガスを採収する。つまり、この化石燃料採収システム１は、上述の第１実施形態および第２実施形態の化石燃料採収システム１について、脱硫装置１３、改質装置１４、シフト反応装置１５、炭酸ガス分離装置１６、水素化装置２５及び貯蔵装置２６を共用としつつ互いに組み合わせた構成を有している。
【００５７】
第３実施形態における炭酸ガス分離装置１６では、分離された炭酸ガスは第１圧入装置２１および第２圧入装置４１の双方に供給される。この炭酸ガス分離装置１６では、第１圧入装置２１および第２圧入装置４１における炭酸ガスの必要量やそれらの稼働状況に応じて、それぞれに対する炭酸ガスの供給量を決定することができる。つまり、１つの化石燃料採収システム１により、油田２およびシェール層４０にそれぞれ埋蔵された化石燃料（石油、天然ガス）の採収のための炭酸ガスの圧入を実施することにより、圧入する炭酸ガス量の調整が容易となり、化石燃料をより安定的に採収することができる。
【００５８】
以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、本発明による化石燃料採収システムでは、炭酸ガス単体の圧入に限らず、炭酸ガスと他の流体を混合して圧入する構成も可能である。また、本発明による炭酸ガスの圧入は、厳密な意味でのＥＯＲ（石油増進回収法）に限らず、ガス圧入による化石燃料採収に広く適用することが可能である。なお、上記実施形態に示した本発明に係る化石燃料採収システムおよび化石燃料採収方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  化石燃料採収システム
２  油田
３  油井（生産井）
４  シェール層
１１  石油分離装置
１２  炭酸ガス分離装置
１３  脱硫装置
１４  改質装置
１５  シフト反応装置
１６  炭酸ガス分離装置（第１分離装置）
２１  第１圧入装置
２２  ＣＯ２圧入井
２５  水素化装置
２６  貯蔵装置
４０  シェール層
４１  第２圧入装置
４２  ＣＯ２圧入井
４３  採ガス井（生産井）
４５  炭酸ガス分離装置（第２分離装置）
【図１】
2015031123.tif 000007
【図２】
2015031123.tif 000008
【図３】
2015031123.tif 000009