(57)【要約】【課題】タールサンドから重質油を分離したり地上に搬送することなく、地上に熱分解設備のような高価なプラントを建てることなく、地下においてタールサンドを直接熱分解することができるタールサンドの熱分解方法及び熱分解装置を提供する。【解決手段】タールサンドが埋蔵されている地層に、タールサンド層の一部をその他のエリアから隔離するため地下隔壁を地表から岩盤まで設けて地下反応曹とし、この地下反応曹に熱エネルギーを供給してタールサンドの熱分解反応を行うことを特徴とするタールサンドの熱分解方法及び熱分解装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タールサンドが埋蔵されている地層に、タールサンド層の一部をその他のエリアから隔離するため地下隔壁を地表から岩盤まで設けて地下反応曹とし、この地下反応曹に熱エネルギーを供給してタールサンドの熱分解反応を行うことを特徴とするタールサンドの熱分解方法。
【請求項２】
熱エネルギーを電気エネルギー変換装置により供給する請求項１記載のタールサンドの熱分解方法。
【請求項３】
電気エネルギー変換装置がマイクロ波発生装置である請求項２記載のタールサンドの熱分解方法。
【請求項４】
タールサンドが埋蔵されている地層に、タールサンド層の一部をその他のエリアから隔離するため地下隔壁を地表から岩盤まで設けてなる地下反応曹と、地下反応曹内のタールサンドを熱分解させるための熱エネルギーを供給する熱エネルギー供給装置と、地下反応曹内において熱分解反応により生成した熱分解ガスを地上に取り出すための分解ガス搬出装置と、地下反応曹内において熱分解反応により生成された分解軽質油を地上に取り出すための分解油搬出装置とからなるタールサンドの熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、そのまま地中から採取することが困難で、かつ採取後もその燃料化に多大なコストがかかるタールサンドの熱分解方法及び熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タールサンドから軽質燃料油を得る方法として、まず埋蔵床から砂に付着している超重質油（ビチュメン）を採掘することから始められる。タールサンドの採掘方法としては主に露天掘りと油層内回収法という二つの方法が採られている。露天掘りされたタールサンドは温水によってビチュメンを分離抽出されて後工程の軽質化工程へと送られる。油層内回収法にはＣＳＳとＳＡＧＤ（例えば、特許文献１参照。）と呼ばれる二つの方法が提案されているが、どちらも水蒸気を使用して砂に付着したビチュメンを地中の埋蔵層から地上に直接分離抽出してから、後工程の軽質化工程へと輸送して軽質化する方法が取られている。いずれの方法においても一旦砂に付着しているビチュメンを砂から分離した後で、地上においてコーカー等の既存のアップグレードプロセスを利用して軽質燃料油を得ている。しかしながらこれらの方法ではビチュメンを採掘するために、例えば長々と水蒸気搬送用の配管を引くといった多大な設備投資を必要とするほか、水蒸気による加熱・流動化では回収効率が悪く、できるだけ多く回収するためには過剰の水蒸気を導入することになり、多大のエネルギーを要する。また露天掘りに関して言えば、表土を取り除き砂を採掘し又その処理後の砂を埋め戻すといった無駄なことをしている。
【０００３】
また、後工程のプロセスでタールサンドから抽出されたビチュメンを軽質化するには、設備コストの高いコーカー他一連のアップグレーディング設備が必要で、その高い運転コストと共にタールサンドから軽質燃料油を得るプロジェクトの採算性を悪くしている。更に、コーカーで副産物として生成される石油コークスは固体で扱いが悪いのみならず、多くの不純物を含みその燃焼によって生じるガスの後処理に多大なコストがかかり、石炭以下の価値しかない。
【０００４】
前記の問題点を解消するために、コーカーではなく水素化分解設備が考えられるが、水素発生設備を始めとして先行設備投資がはなはだ大きく、かつ水素製造費、触媒といった運転コストが高く一般にコーカー方式より採算性が低い。
【０００５】
さらに、タールサンドのビチュメンは硫黄化合物等の多くの不純物を含むためにこれを環境中に放出しないよう、例えば硫黄として回収しなければならず、タールサンドから合成原油を製造するプラントでは、処分できない硫黄の山ができており環境問題ともなりつつある。
【特許文献１】特開２００２−３３８９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように現状技術でタールサンドを軽質燃料油にするためには、主として地上での軽質化設備投資が重く、原油換算で３０ドル／バレル以上のコストがかかりその採算性には改善の余地がある。さらに、水蒸気による採掘では資源の回収率が低く、採算性を悪化させており、この点も改善の余地がある。加えて、副産物を生じしめないことにより環境負荷を軽減する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、タールサンドからビチュメンを分離したり地上に搬送することなく、且つ地上に熱分解設備のような高価なプラントを建てることなく、地下においてタールサンドを直接熱分解し有用な物質のみを地上に取り出すことができるタールサンドの熱分解方法及び熱分解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、タールサンドが埋蔵されている地層に、タールサンド層の一部をその他のエリアから隔離するため地下隔壁を地表から岩盤まで設けて地下反応曹とし、この地下反応曹に熱エネルギーを供給してタールサンドの熱分解反応を行うことを特徴とするタールサンドの熱分解方法に関する。
反応曹の壁は、主として地上から５０ｍ以上の深さに分布するタールサンド層を挟んでいる岩盤と、周囲から反応曹を隔離するためにぐるりと周囲に垂直に設けられた地下隔壁からなり、地下室のような閉鎖系を構成している。
【０００９】
このように、地下に閉鎖系の反応曹を形成する事により、開放系にスチームを投入する方法に比べて内部に投入されたエネルギーのロスが少なくエネルギー効率が良いばかりでなく、閉鎖系であるため内部資源の未反応や出来た生成物の拡散がほとんど無いので資源の回収率を高くすることが可能となる。
【００１０】
本発明はまた、タールサンドが埋蔵されている地層に、タールサンド層の一部をその他のエリアから隔離するため地下隔壁を地表から岩盤まで設けてなる地下反応曹と、地下反応曹内のタールサンドを熱分解させるための熱エネルギーを供給する熱エネルギー供給装置と、地下反応曹内において熱分解反応により生成した熱分解ガスを地上に取り出すための分解ガス搬出装置と、地下反応曹内において熱分解反応により生成された分解軽質油を地上に取り出すための分解油搬出装置とからなるタールサンドの熱分解装置に関する。
上記熱エネルギー供給装置は、電気エネルギー等の外部エネルギーを地中に投入して地下反応曹内部を高温に保つための装置であり、マイクロ波発生装置等を地中に挿入して、オイルサンドに含まれている水を活性化させて発熱させるなどの方法で熱エネルギーを発生することが好ましい。
【００１１】
地下反応曹の壁の内面は、熱エネルギー供給装置より発生するマイクロ波等のエネルギーを反射するような材料で構成することが好ましく、反応曹外部に熱エネルギーが散逸するのを防止している。これにより熱エネルギー効率の向上が期待されるばかりでなく、反応曹の外部で反応生成物が生じるのを防止できる。
【００１２】
熱エネルギー供給装置は地下反応曹に複数設置されることもあるが、供給可能な電力量、設備費等を勘案の上反応曹内を順次移動させて反応曹全体のタールサンドをもれなく熱分解するように運転することも可能である。
【００１３】
このように、本発明の地下反応装置では、タールサンドを外部に取り出すことなくビチュメン分の軽質化が可能となり、高価な軽質化プラントを地上に建設する必要がなく軽質化に必要な設備投資を低減できる。
【００１４】
分解ガス搬出装置は、地下反応曹の一番高所に設けられた配管からなり、分解油搬出装置は、地下反応曹の一番低所にそれぞれ設けられた配管からなる。
【００１５】
分解ガス搬出装置には制御弁が設けられており、本装置は分解ガスを搬出すると同時に反応曹内部の圧力を所定の値に保つ役割もある。
【００１６】
熱エネルギー装置で用いられるエネルギーは、一般に用いられているスチームではなく電気エネルギーを使用することが好ましい。電気エネルギーを反応曹内部で熱エネルギーに変換するには熱抵抗等いろいろな方法が考えられるが、タールサンド中に含まれる水を利用してマイクロ波で加熱するのが効率的である。
【００１７】
このように、電気エネルギーを使用することにより、スチームを発生させて資源層迄持って来る従来法に比較して、現場までの配管とか地中内部へ熱を供給するための配管を省略でき、大幅な設備費用の削減が可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明に係る地下に設けられた反応曹に電気エネルギーを供給して、地下においてビチュメンを熱分解等の反応でアップグレードし、軽質化された分解生成物のみを地上に取り出す事により、地上にビチュメンを取り出すことなくタールサンドから効率的かつ経済的に軽質油燃料油を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１には本発明に係わる装置例の概略全体構成が示されている。この図に示される如く、本発明は地下に埋蔵されているタールサンドから有用物質のみを効率よく取り出すための装置であり、この実施形態では、地中において熱分解反応を生じしめるのに電気エネルギーによるマイクロ波を利用している。電気エネルギーを熱エネルギーに変換するには、マイクロ波の他、ＩＨ（インダクションヒーター）、電気抵抗等の変換方法を用いることができる。この実施形態では、マイクロ波を変換方法として用いる例を示す。
【００２１】
具体的には、地表１３から、地下隔壁１０を、タールサンド層１２を挟んでいる上下岩盤１４、１５の岩盤１５まで設けることにより、地下隔壁１０によって地下に埋蔵されているタールサンド層１２の一部を囲い込み、地下反応曹１５として利用する閉鎖空間を形成する。地下隔壁１０を形成する方法としてはスラリーウォール等の方法があるが、地下隔壁１０は反応生成物を散逸させないようタールサンド層の下にある岩盤層等に達するよう十分深く構築する必要がある。
【００２２】
図２に示されるように、タールサンド層は水膜２に覆われた砂粒１にへばりついているビチュメン３と呼ばれる超重質油から構成されており、現在はさまざまな方法でタールサンド乃至はビチュメンを地上に取り出し利用しているが、これを地下反応曹１５内に閉じ込め、外部から電気エネルギーを投入する。投入された電気エネルギーは熱エネルギー発生装置２０でマイクロ波として地下反応曹１５内に放射される。タールサンドには水膜２のように水分が含まれており、マイクロ波によって振動して熱を発生する。
【００２３】
投入電気エネルギーをコントロールすることにより地下反応曹１５をおよそ４００℃前後に保ち熱分解反応をおこさせる。その際分解ガス搬出管に取り付けられた圧力調節弁によって地下反応曹１５内部の圧力は一定にコントロールされる。熱分解反応によって、ビチュメンは軽質油とガス成分に分解され、それぞれ地下反応曹１５の最低所、最高所に移動し、余剰の炭素分はコークとして地下反応曹１５に残される。この時、ビチュメンに含まれている硫黄分、ニッケル、コバルトといったメタル分は大部分コークに含まれ地下反応曹１５に残されることになり、軽質油は図１の分解油搬出管２２、ガス成分は分解ガス搬出管２１からそれぞれ有用物質のみが効率よく地上に取り出すことが出来る。
【００２４】
地下反応曹の大きさによっては一カ所のエネルギー注入では曹内すべてのビチュメンを反応させる事ができないので、複数箇所で同時あるいは順次移動しながら反応曹内のすべてのビチュメンを有用物質として取り出すことが可能である。
【００２５】
地下隔壁１０の内側にはアルミニウム製などのマイクロ波反射板１１を設けることにより地下反応曹１５内で発生させたマイクロ波をいっそう有効に利用できると共に、地下反応曹１５外のタールサンドが熱分解することを防止でき、外部の資源が散逸するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る地下反応装置の概略全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るタールサンド層の構成模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  地下隔壁
１１  マイクロ波反射板
１２  タールサンド層
１５  地下反応曹
２０  熱エネルギー発生装置（マイクロ波発生装置）
２１  分解ガス搬出管
２２  分解油搬出管
【図１】
2008266493.tif 000003
【図２】
2008266493.tif 000004