(57)【要約】【課題】  本発明は、オイルサンド層に蒸気を供給する蒸気生成装置の熱効率を向上させることを目的とする。【解決手段】  本発明は、蒸気供給配管の上流側に蒸気生成装置を備え、蒸気生成装置は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、燃焼ガスが流入する蒸発室と、蒸発室に水を噴霧する機構を備え、蒸発室からの蒸気を蒸気供給配管に供給することを特徴とする。【効果】  本発明によれば、オイルサンド層に蒸気を供給する蒸気生成装置の熱効率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルサンド層の内部に蒸気を供給する蒸気供給配管と、
該オイルサンド層から原油を抽出する原油抽出配管とを備えた原油抽出装置であって、
前記蒸気供給配管の上流側に蒸気生成装置を備え、
該蒸気生成装置は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
前記燃焼ガスが流入する蒸発室と、該蒸発室に水を噴霧する機構を備え、該蒸発室からの蒸気を前記蒸気供給配管に供給することを特徴とする原油抽出装置。
【請求項２】
高温の蒸気をオイルサンド層の内部に供給する蒸気供給配管と、
該蒸気によって粘度が低下した原油を抽出する原油抽出配管とを備えた原油抽出装置であって、
前記蒸気供給配管の上流側に蒸気生成装置を備え、
該蒸気生成装置は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
前記蒸気供給配管の断面積より広い断面積を有し、前記燃焼ガスが流入する蒸発室と、該蒸発室に水を噴霧する機構を備え、該蒸発室からの蒸気を前記蒸気供給配管に供給することを特徴とする原油抽出装置。
【請求項３】
高温の蒸気をオイルサンド層の内部に供給する蒸気供給配管と、
該蒸気によって粘度が低下した原油を抽出する原油抽出配管とを備えた原油抽出装置であって、
前記蒸気供給配管の上流側に蒸気生成装置を備え、
該蒸気生成装置は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
前記蒸気供給配管の断面積より広い断面積を有し、前記燃焼ガスが流入する蒸発室と、該蒸発室に水を噴霧して４００℃以上の蒸気を生成する機構を備えることを特徴とする原油抽出装置。
【請求項４】
請求項３記載の原油抽出装置であって、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給系統に、前記蒸発室からの蒸気を供給する系統を接続したことを特徴とする原油抽出装置。
【請求項５】
請求項３記載の原油抽出装置であって、
前記原油抽出配管からの原油混合流体を分離して得られた原油を、前記蒸気生成装置に設けられた燃料ノズルに供給する系統を備えたことを特徴とする原油抽出装置。
【請求項６】
オイルサンド層の内部に蒸気を供給する蒸気供給配管と、
該オイルサンド層から原油を抽出する原油抽出配管とを備えた原油抽出装置であって、
前記蒸気供給配管の上流側に設けられた蒸気生成装置と、該蒸気生成装置を制御する制御装置とを備え、
前記蒸気生成装置は、空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
前記燃焼ガスを供給する蒸発室の内部に水を噴霧する水噴射ノズルと、蒸気の温度を計測する蒸気温度計測手段とを備え、
前記制御装置は、前記蒸気温度計測手段で得られる蒸気温度に基づき前記水噴射ノズルからの水量を調整することを特徴とする原油抽出装置。
【請求項７】
請求項６記載の原油抽出装置であって、
前記燃焼室では、空気と燃料を理論当量比で燃焼させることを特徴とする原油抽出装置。
【請求項８】
請求項６記載の原油抽出装置であって、
前記蒸気生成装置が生成する蒸気の温度を４００℃以上にすることを特徴とする原油抽出装置。
【請求項９】
請求項６記載の原油抽出装置であって、
前記原油抽出配管からの原油混合流体を蒸気と分離して原油を生成する分離器と、該分離器が排出する蒸気を復水する復水器と、該復水器からの水を前記蒸気生成装置に供給する系統を備えたことを特徴とする原油抽出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の原油抽出装置であって、
前記分離器から排出された原油の粘度を計測する手段を有し、予め設定した粘度になるように、前記蒸気の温度を制御する事を特徴とした原油抽出装置。
【請求項１１】
オイルサンド層の内部に蒸気を供給し、該蒸気の熱によって原油の粘度を低下させ、
前記原油を前記オイルサンド層から抽出する原油抽出装置の蒸気生成方法であって、空気と燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、該燃焼ガスに水を噴霧することで蒸気を生成することを特徴とする原油抽出装置の蒸気生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原油抽出装置及び原油抽出装置の蒸気生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルサンド層から原油を抽出する方法として、特許文献１記載の技術が開示されている。この特許文献１には、オイルサンド層に蒸気を供給する蒸気供給配管の上流側に、蒸気生成装置を設置する技術を開示する。また、特許文献１の蒸気生成装置では、オイルサンド層から抽出した原油を熱分解して得られた加熱用燃料を蒸気生成装置に供給することも開示する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１０７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、蒸気生成装置の具体的な内容について開示されていない。この蒸気生成装置には、ボイラを使用する場合が考えられる。しかし、ボイラは、水管を介して燃焼ガスと水を熱交換させるため、燃焼ガスの全エネルギーを蒸気の生成に利用できず、蒸気生成装置の熱効率が低下するという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、オイルサンド層に蒸気を供給する蒸気生成装置の熱効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、蒸気供給配管の上流側に蒸気生成装置を備え、蒸気生成装置は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、燃焼ガスが流入する蒸発室と、蒸発室に水を噴霧する機構を備え、蒸発室からの蒸気を蒸気供給配管に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、オイルサンド層に蒸気を供給する蒸気生成装置の熱効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明が対象とするオイルサンドとは、高粘度の原油を含む砂岩層であり、地中に存在する。オイルサンドが地中に存在する状態では、オイルサンドに含まれる高粘度の原油は流動性を有さない。そのため、原油を砂岩層から分離するために、原油の粘度を低下させる必要がある。本発明では、オイルサンドに含まれた原油の粘度を低下させるために必要となる、オイルサンド層に高温の蒸気を供給する装置に関する。
【０００９】
この蒸気供給装置の一例として、ボイラがある。しかし、ボイラでは、水が流れる伝熱管の外部に燃焼ガスを供給して、蒸気を生成する。この燃焼ガスによって伝熱管の表面に汚れが付着するため、オイルサンド層から抽出した原油を燃料として使用できず、天然ガスを使用する必要があった。
【００１０】
また、伝熱管を介して水と燃焼ガスの熱交換を行うため、蒸気生成量は熱交換効率に依存する。従って、オイルサンド層に大量の蒸気を供給する場合、大量の天然ガスが必要となる。そのため、蒸気生成装置の近辺に天然ガスのパイプラインを設置する必要が生じ、天然ガスの価格変動により原油の生成コストが変動する課題もあった。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１における原油抽出装置を示す。図において、原油抽出装置１００は、蒸気を生成する蒸気生成装置１と、蒸気をオイルサンド層に供給する蒸気供給配管５と、オイルサンド層７から原油を抽出する原油抽出配管９とを備える。原油抽出配管９は、蒸気供給配管５の下側に位置する。
【００１２】
蒸気生成装置１は地上に設置されており、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室１７と、燃焼ガスと水によって蒸気を生成する蒸発室６を備える。燃焼室１７の上流側には、燃料３を供給する燃料ノズル１８と、燃料ノズル１８の外周側に旋回器
２０が設けられている。旋回器２０は、燃料ノズル１８の外周側を囲むように羽根形状で設けられている。空気ブロア２３を通じて旋回器２０に送風された空気１５は、旋回空気として燃焼室１７に流入する。蒸発室６は蒸発室壁１４の内側に形成され、燃焼室１７の下流側に位置する。蒸発室壁１４の外周側には、水供給マニホールド１９と、蒸発室６に水を噴霧する水噴射ノズル２１を備える。
【００１３】
オイルサンド層７には、蒸気供給配管５が埋設されている。この蒸気供給配管５は、蒸気生成装置１から蒸気が噴出する出口部と接続する。そして、蒸気供給配管５は、蒸発室６で生成した蒸気と燃焼ガスの混合流体２４が供給される。オイルサンド層７に含まれる原油は、混合流体２４によって熱を与えられ、粘度が低下する。そして、粘度が低下した原油は重質油として、ポンプ１０の動力により原油抽出配管９から抽出される。なお、原油抽出配管９では、重質油だけでなく蒸気も含む原油混合流体を抽出する。
【００１４】
抽出された原油混合流体は重質油を含むため、パイプラインで輸送することは困難である。そこで、原油混合流体は分離機１１によって精製され、原油１６と蒸気２に分離される。具体的な分離機としては遠心分離機等が用いられる。分離された蒸気２は、復水器
１２によって水に戻され、水処理装置１３によって不純物を除去する。図１では、水処理された水４を蒸気生成装置１の水供給マニホールド１９に再供給するよう構成する。
【００１５】
次に、原油抽出装置１００の運転内容を説明する。空気ブロワ２３により供給された空気１５は、旋回器２０を経て燃焼室１７に供給する。燃焼室１７では、空気１５と、燃料ノズル１８から噴霧された燃料３とを混合して拡散燃焼し、火炎２２を形成する。その際、燃料と空気は、空気中の酸素と燃料が過不足なく、理論当量比となるように制御される。具体的には、火炎２２を形成する燃焼ガスの温度は２２００℃程度となる。燃焼室１７に生じた燃焼ガスは、蒸発室６に噴出する。
【００１６】
そして、燃焼ガスが流入する蒸発室には、水を噴霧する機構を備えている。そのため、蒸発室の内部において水と燃焼ガスを直接混合して、蒸気を生成する。ボイラのように伝熱管を介さないため、熱交換効率は１００％に近くなる。そのため、ボイラと比較して蒸気生成効率を大幅に向上できる。このように、水が燃焼ガスと直接熱交換するため、熱交換効率はボイラに比べて飛躍的に上昇し、蒸気生成装置全体の熱効率を向上させることができる。
【００１７】
また、分離器１１によって蒸気２を分離した原油１６を、燃料ノズル１８に供給することが望ましい。複数の水噴射ノズル２１から噴射された水は、蒸発室６で合流した後に、燃焼ガスと水が混合される。このように、燃焼ガスは蒸発室６に流入するため、水が流下する水噴射ノズル２１や水供給マニホールド１９に、原油の不純物から生じる煤が付着することを抑制できる。また、未精製の原油を使用しても、水噴射ノズル２１と水供給マニホールド１９に煤が付着することを抑制できるため、メンテナンス回数も減少することが出来る。
【００１８】
次に、燃焼ガスが流入する蒸発室の断面積は、蒸気供給配管の断面積より広い断面積とすることが望ましい。蒸発室の断面積を蒸気供給配管の断面積より広くすることにより、蒸発室の内部がスケール等で詰まるという不具合を抑制することができる。そして、蒸発室に供給する水の不純物を除去するために必要な水処理装置の性能を高くしなくとも、蒸発室内部が閉塞することを防ぐことが出来る。従って、水処理装置にかかる負荷を低減し、水処理性能を長期間維持することが可能となる。また、高性能な水処理装置を必要とせず、原油を生成する際のランニングコストを大幅に低減できる。更に、燃焼ガスに水を直接噴霧するため、生成する蒸気の温度を容易にコントロールすることができる。
【００１９】
また、蒸発室６は、水を噴霧する小径の水噴射ノズル２１の流路断面積よりも広い断面積を有していることが望ましい。小径の水噴射ノズルから噴霧した水を蒸発室で蒸発させるため、効率的に蒸気を生成することができる。
【００２０】
そして、蒸発室６は燃焼室１７より広い空間を有するため、蒸発室６に流入した燃焼ガスは急速にその流速が低下する。蒸発室６には、水を噴霧する機構が設けられており、燃焼ガスと水が室内で混合する。噴霧する水４の量は、燃焼ガスと水が混合・蒸発・蒸気となる際に、所定の蒸気温度を確保するように調整される。このように、本実施例では、狭い燃焼室１７から広い蒸発室６へ燃焼ガスが流れるため、燃焼ガスの流速が低下して、蒸発室６の内部で滞留する。この滞留した燃焼ガスに水を直接噴霧するため、効率よく蒸気を生成することができる。なお、蒸発室６の容積は燃焼室１７の容積との関係で異なる。具体的には、水が十分に蒸気となる一定の滞留時間を確保できるように、蒸発室６の容積を決めればよい。
【００２１】
また、燃焼室１７では、空気中の酸素によって、燃料を理論当量比で燃焼させることが望ましい。この場合、燃焼ガスの温度は２２００℃程度となる。そのため、オイルサンド層に供給する蒸気と燃焼ガスの混合気体２４に残存酸素がないため、オイルサンド層に含まれる原油が燃焼することを防ぐことが可能である。
【００２２】
また、本実施例の蒸気生成装置は、燃料を供給する燃料ノズルと、燃料ノズルの外周側に設けられ、空気を旋回させる旋回器を備え、燃料と旋回器によって旋回させた空気とを燃焼させる燃焼室１７では拡散燃焼によって燃焼ガスを生成する。そのため、燃焼ガスの発生状況に左右されず、蒸気の生成を安定して行うことができる。
【００２３】
更に、本実施例の蒸気生成装置は、原油抽出配管で抽出した原油混合流体から蒸気を分離して原油を生成する分離器と、分離器が排出する蒸気を復水する復水器と、復水器からの水を蒸気生成装置に供給する系統を備える。オイルサンド層から抽出した原油と蒸気のうち、蒸気を水に復水する復水器を備えるため、外部から供給する水の量を低減できる。そのため、蒸気生成装置に補給する水を貯留する水タンクの容積を減少させ、蒸気生成装置の設置面積を小さくできる。
【００２４】
また、本実施例の蒸気生成装置は、地上に設置するため、メンテナンスを容易に行うことができる。
【実施例２】
【００２５】
図２は、実施例２における原油抽出装置を示す。図１と同じ設備については、図１と同じ番号を付し、説明を省略する。本実施例では、オイルサンド層７にコークス２５が生成している点が、実施例１と異なる。
【００２６】
ここで、図３は、原油温度とコークス化率との関係を示す。縦軸にコークス化率を示し、横軸に原油温度を示す。図のように、原油の温度が上昇すると、コークス化率が増大する。特に、原油の温度が４００℃以上になると、指数関数的にコークス化率が増大する。コークスは、原油中に含まれるアスファルト成分が、熱により炭化する現象である。オイルサンド層の内部でアスファルト成分がコークス化することにより、アスファルト成分が原油から除去される。そのため、オイルサンド層に供給する蒸気と燃焼ガスの混合気体の温度を４００℃以上にすることで、オイルサンド層に５０％程度含まれるアスファルト成分を、コークス２５としてオイルサンド層７内に取り残すことができる。従って、軽質成分のみを含む原油を地上に汲み上げることができる。
【００２７】
また、製油過程で生じるアスファルト分量を低減でき、アスファルト分の処理量も低減できる。更に、アスファルト成分を地中に残しておくため、原油を抽出するために必要なポンプ１０の動力を低減することもできる。ポンプの動力を低減することにより、原油抽出装置の効率を向上できる。
【実施例３】
【００２８】
図４は、実施例３における原油抽出装置を示す。図１と同じ設備については、図１と同じ番号を付し、説明を省略する。本実施例では、蒸気分岐系統３３，原油供給系統２８，蒸気アトマイズ式の燃料ノズル１８，蒸気温度計測手段である蒸気温度計測センサー２９，制御装置３１を備える。また、図において、制御装置３１へ入力・出力する信号を点線の矢印で示す。
【００２９】
本実施例では、蒸発室６の下流側に蒸気温度計測センサー２９を備えており、当該センサーで蒸気温度を計測し、制御装置３１に蒸気温度を入力する。また、蒸発室４に水を供給する水供給マニホールド１９の上流側には、水量を調整する調整弁３０とその駆動装置を備える。
【００３０】
そして、分離機１１で分離した原油１６の一部は、蒸気生成装置１の燃料ノズル１８から噴霧される。分離機１１から排出した原油を燃料ノズル１８に直接供給する系統を設けても良いし、一度タンクに溜めておくこともできる。そして、蒸気供給配管５から分岐された蒸気分岐系統３３は、原油供給系統２８と合流する。
【００３１】
燃焼ガスと水が混合・蒸発・蒸気となる際に所定の蒸気温度を確保するために、制御装置３１は水噴射ノズル２１から噴射する水４の量を調整する。具体的には、蒸気温度センサー２９から入力された蒸気温度が所定の蒸気温度と比べて低い場合、調整弁３０の開度を減少させて、蒸気温度を上昇させる。一方、蒸気温度センサー２９から入力された蒸気温度が所定の蒸気温度と比べて高い場合、調整弁３０の開度を増加させて、蒸気温度を低下させる。このように、調整弁３０の開度を制御することで、オイルサンド層に供給する蒸気の温度を４００℃以上に調整できる。
【００３２】
生成した蒸気と燃焼ガスの混合気体は、蒸気供給配管５を経て、オイルサンド層７に供給する。その際、蒸気の一部は蒸気分岐系統３３から抽気され、燃料ノズル１８に供給される。燃料ノズル１８に抽気蒸気を供給すると、原油を高温の蒸気によって微粒化することができる。更に、高温蒸気により原油の低粘度化も図り、安定燃焼が可能である。
【００３３】
また、蒸気生成装置の燃料として原油を使用でき、天然ガスを使用する必要がなくなるため、大幅なコスト削減が可能である。なお、分岐系統は原油供給系統２８に合流させる必要はなく、燃料ノズル１８の噴出口近傍から蒸気を噴出するように、分岐系統を配置しても良い。
【実施例４】
【００３４】
図５は、実施例４における原油抽出装置を示す。図４と同じ設備については、図４と同じ番号を付し、説明を省略する。本実施例では、原油の粘度計測手段３２，分岐系統３３を流れる蒸気の量を調整する調整弁２６，原油供給系統２８を流れる原油の量を調整する調整弁２７を備える。回収された原油は、粘度計測手段３２により粘度が計測され、計測値を制御装置３１に入力する。また、蒸発室６の下流側に蒸気温度計測センサー２９を備えており、当該センサーで蒸気温度を計測し、制御装置３１に蒸気温度を入力する。
【００３５】
制御装置３１は、蒸気温度計測センサー２９から得られる蒸気温度に応じて、燃焼室４に供給する燃料量を調整弁２７で調整する、若しくは、水４の量を調整弁３０によって制御する。具体的には、蒸気温度が設定値より高い場合、調整弁２７の開度を減少して燃料量を減少させる、若しくは、調整弁３０の開度を増加させて水４の量を増加させればよい。
【００３６】
また、制御装置３１は、粘度計測手段３２から得られる原油粘度に応じて、燃焼室４に供給する燃料量を調整弁２７で調整する、若しくは、蒸気分岐系統３３を流れる蒸気の量を調整弁２６によって制御する。具体的には、原油粘度が設定値より高い場合、調整弁
２７の開度を増加して燃料量を増加させ、蒸気温度を上昇させるとともに、調整弁２６の開度を増加させ、アトマイズ用の蒸気量を増やす。このような制御により、オイルサンド層から抽出する原油が適切な粘度になるように、蒸気温度を制御できる。本実施例によれば、オイルサンド層から回収された原油の粘度を低く維持できるため、原油を蒸気生成装置の燃料として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を用いた原油抽出装置の実施例１を示した図である。
【図２】本発明を用いた原油抽出装置の実施例２を示した図である。
【図３】原油の温度とコークス化率の関係図である。
【図４】本発明を用いた原油抽出装置の実施例３を示した図である。
【図５】本発明を用いた原油抽出装置の実施例４を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
３  燃料
４  水
５  蒸気供給配管
６  蒸発室
７  オイルサンド層
８  原油混合流体
９  原油抽出配管
１０  ポンプ
１１  分離機
１２  復水器
１３  水処理装置
１５  空気
１７  燃焼室
１８  燃料噴射ノズル
１９  水供給マニホールド
２０  旋回羽根
２１  水噴射ノズル
２３  空気ブロワ
２４  混合気体
２５  コークス
２８  原油供給系統
２９  蒸気温度計測センサー
３０  調整弁
３２  粘度計測手段
３３  蒸気分岐系統
【図１】
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【図２】
2008240303.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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