(57)【要約】【課題】含油岩から化石燃料を抽出する際の加熱に要するコストを低減する。【解決手段】化石燃料抽出システム１００は、含油岩と、加熱された固体粒子ＳＰとが導入され、固体粒子の流動層が形成されるとともに、固体粒子が有する熱で、含油岩中の化石燃料のうち軽質分を蒸発させる第１流動層炉１４０と、第１流動層炉１４０において生じた、重質分と固体粒子とを含んで構成される残渣ＳＰ−Ｈが導入され、残渣中の重質分を燃焼させて固体粒子を加熱する燃焼炉１２０と、燃焼炉から送出された固体粒子であって、第１流動層炉に導入される前、または、第１流動層炉内の固体粒子の一部を抜き出す粒子抜出部２１０と、粒子抜出部によって抜き出された固体粒子を収容する第２流動層炉２２０とを備える。【選択図】図１
2016084395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子と化石燃料とが結合した物質である含油岩から、該化石燃料を抽出する化石燃料抽出システムであって、
前記含油岩と、加熱された前記固体粒子とが導入され、該固体粒子の流動層が形成されるとともに、該固体粒子が有する熱で、該含油岩中の前記化石燃料のうち軽質分を蒸発させる第１流動層炉と、
前記軽質分が蒸発することで生じる、該軽質分より沸点の高い化石燃料である重質分と、前記固体粒子とを含んで構成される残渣が導入され、該残渣中の該重質分を燃焼させて該固体粒子を加熱する燃焼炉と、
を備え、
前記燃焼炉において加熱された前記固体粒子が前記第１流動層炉に導入されることで、該固体粒子は、該燃焼炉と該第１流動層炉との間を循環し、
前記燃焼炉から送出された前記固体粒子であって、前記第１流動層炉に導入される前の固体粒子、または、該第１流動層炉内の固体粒子の一部を抜き出す粒子抜出部と、
前記粒子抜出部によって抜き出された固体粒子を収容する第２流動層炉と、
をさらに備えたことを特徴とする化石燃料抽出システム。
【請求項２】
前記第２流動層炉に収容された前記固体粒子と、水とで熱交換し、水を加熱して水蒸気を生成する第１熱交換器をさらに備え、
前記第１流動層炉において前記固体粒子は、前記第１熱交換器によって生成された水蒸気によって流動化されることを特徴とする請求項１に記載の化石燃料抽出システム。
【請求項３】
前記燃焼炉で加熱された前記固体粒子、および、前記重質分を燃焼させることで生じた燃焼排ガスが導入され、該固体粒子と該燃焼排ガスとを分離する媒体分離部をさらに備え、
前記媒体分離部によって分離された前記固体粒子は、前記第１流動層炉に導入され、
前記第２流動層炉において前記固体粒子は、前記媒体分離部によって分離された燃焼排ガスによって流動化されることを特徴とする請求項２に記載の化石燃料抽出システム。
【請求項４】
前記媒体分離部によって分離された燃焼排ガス、および、前記第２流動層炉から排出される排ガスのいずれか一方または両方と、前記第１熱交換器に導入される前の水とで熱交換し、該水を予熱する第２熱交換器をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の化石燃料抽出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オイルサンド等から化石燃料を抽出する化石燃料抽出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料（bitumen）を含む砂岩であるオイルサンドや、化石燃料を含む頁岩であるオイルシェール等の含油岩から化石燃料を抽出する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、含油岩から化石燃料を抽出する技術として、含油岩を露天掘りし、水と混合してスラリーを生成した後、スラリーを加熱することで化石燃料を取り出す技術（直接採掘法）や、埋蔵されている状態で含油岩に高温の水蒸気を噴霧し、流れ落ちた化石燃料と水との混合液を吸引した後、混合液を加熱することで化石燃料を取り出す技術（ＳＡＧＤ法：Steam-Assisted Gravity Drainage法）が利用されている。
【０００４】
また、９００℃程度の高温の流動媒体が流動層を形成している流動層炉に含油岩を導入し、含油岩中の化石燃料を改質して抽出する技術も開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２３９２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記直接採掘法や、ＳＡＧＤ法は、使用後の水の処理や、スラリーや混合液の加熱のために、多大なコストを要していた。
【０００７】
また、特許文献１の技術では、化石燃料のうち、所定の温度で蒸発する軽質分のみならず、軽質分よりも沸点が高い重質分も改質させる仕様であるため、流動層炉の温度を、重質分の沸点以上（例えば、９００℃程度）の高温に維持する必要があり、流動層炉を高温に維持するためのコストがかかっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、このような課題に鑑み、含油岩から化石燃料を抽出する際のコストを低減することが可能な化石燃料抽出システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の化石燃料抽出システムは、固体粒子と化石燃料とが結合した物質である含油岩から、化石燃料を抽出する化石燃料抽出システムであって、含油岩と、加熱された固体粒子とが導入され、固体粒子の流動層が形成されるとともに、固体粒子が有する熱で、含油岩中の化石燃料のうち軽質分を蒸発させる第１流動層炉と、軽質分が蒸発することで生じる、軽質分より沸点の高い化石燃料である重質分と、固体粒子とを含んで構成される残渣が導入され、残渣中の重質分を燃焼させて固体粒子を加熱する燃焼炉と、を備え、燃焼炉において加熱された固体粒子が第１流動層炉に導入されることで、固体粒子は、燃焼炉と第１流動層炉との間を循環し、燃焼炉から送出された固体粒子であって、第１流動層炉に導入される前の固体粒子、または、第１流動層炉内の固体粒子の一部を抜き出す粒子抜出部と、粒子抜出部によって抜き出された固体粒子を収容する第２流動層炉と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第２流動層炉に収容された固体粒子と、水とで熱交換し、水を加熱して水蒸気を生成する第１熱交換器をさらに備え、第１流動層炉において固体粒子は、第１熱交換器によって生成された水蒸気によって流動化されるとしてもよい。
【００１１】
また、燃焼炉で加熱された固体粒子、および、重質分を燃焼させることで生じた燃焼排ガスが導入され、固体粒子と燃焼排ガスとを分離する媒体分離部をさらに備え、媒体分離部によって分離された固体粒子は、第１流動層炉に導入され、第２流動層炉において固体粒子は、媒体分離部によって分離された燃焼排ガスによって流動化されるとしてもよい。
【００１２】
また、媒体分離部によって分離された燃焼排ガス、および、第２流動層炉から排出される排ガスのいずれか一方または両方と、第１熱交換器に導入される前の水とで熱交換し、水を予熱する第２熱交換器をさらに備えるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、含油岩から化石燃料を抽出する際の加熱に要するコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】化石燃料抽出システムを説明するための図である。
【図２】実施形態にかかる化石燃料抽出システム、直接採掘法、および、ＳＡＧＤ法を利用して含油岩から化石燃料を抽出した際の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
（化石燃料抽出システム１００）
図１は、化石燃料抽出システム１００を説明するための図である。図１に示すように、化石燃料抽出システム１００は、循環流動層ユニット１１０と、粒子抜出部２１０と、第２流動層炉２２０と、第１熱交換器２３０と、水槽２４０と、第２熱交換器２５０とを含んで構成される。なお、図１中、物質の流れを実線の矢印で示す。
【００１７】
（循環流動層ユニット１１０）
循環流動層ユニット１１０は、燃焼炉１２０と、媒体分離部（サイクロン）１３０と、第１流動層炉１４０とを含んで構成され、流動媒体として機能する固体粒子ＳＰを熱媒体として循環させている。具体的に説明すると、固体粒子ＳＰは、燃焼炉１２０で５００℃〜６００℃程度に加熱され、燃焼排ガスＥＧａとともに媒体分離部１３０に導入される。
【００１８】
媒体分離部１３０においては、高温の固体粒子ＳＰと燃焼排ガスＥＧａとが分離される。媒体分離部１３０で分離された高温の固体粒子ＳＰは、第１流動層炉１４０に導入される。そして、第１流動層炉１４０に導入された固体粒子ＳＰは、第１流動層炉１４０の底面から導入される流動化ガス（水蒸気）によって流動層化された後、最終的に、燃焼炉１２０に戻される。
【００１９】
このように、循環流動層ユニット１１０において、固体粒子ＳＰは、燃焼炉１２０、媒体分離部１３０、第１流動層炉１４０を、この順に移動し、再度燃焼炉１２０に導入されることにより、これらを循環することとなる。
【００２０】
本実施形態において、第１流動層炉１４０には、化石燃料を含む砂岩であるオイルサンドや、化石燃料を含む頁岩であるオイルシェール等の含油岩が導入され、第１流動層炉１４０において、化石燃料の一部が抽出される。また、含油岩に含まれる砂岩や頁岩等の固体粒子ＳＰは、流動媒体としても機能し、第１流動層炉１４０、燃焼炉１２０、媒体分離部１３０をこの順に循環する。つまり、含油岩は、固体粒子ＳＰと化石燃料とが結合した物質であると言える。
【００２１】
なお、化石燃料を抽出すべく、第１流動層炉１４０への含油岩の導入を継続すると、含油岩中の固体粒子ＳＰが蓄積し、燃焼炉１２０、媒体分離部１３０、第１流動層炉１４０を循環する固体粒子ＳＰの量が徐々に増加する。そこで、本実施形態の化石燃料抽出システム１００では、粒子抜出部２１０を備え、固体粒子ＳＰの一部を抜き出している。
【００２２】
以下、循環流動層ユニット１１０を構成する第１流動層炉１４０、燃焼炉１２０、媒体分離部１３０をこの順で説明した後、粒子抜出部２１０、第２流動層炉２２０、第１熱交換器２３０、水槽２４０、第２熱交換器２５０について説明する。
【００２３】
第１流動層炉１４０には、媒体分離部１３０から送出された高温の固体粒子ＳＰが導入される。また、第１流動層炉１４０の下方には、ウィンドボックス１４２が設けられている。そして、ウィンドボックス１４２には、後述する第１熱交換器２３０で生成された水蒸気が導入され、ウィンドボックス１４２を通じて第１流動層炉１４０の底面から当該第１流動層炉１４０内に水蒸気が供給されている。このように、媒体分離部１３０から導入された高温の固体粒子ＳＰに水蒸気を供給することにより、第１流動層炉１４０内において、固体粒子ＳＰの流動層が形成されることとなる。
【００２４】
また、上述したように、第１流動層炉１４０には、含油岩が導入され、含油岩中の化石燃料の一部は、固体粒子ＳＰが有する４００℃程度の熱によって蒸発する。具体的に説明すると、含油岩中の化石燃料には、固体粒子ＳＰが有する熱で蒸発する軽質分と、軽質分よりも沸点が高い重質分が含まれている。したがって、第１流動層炉１４０に含有岩が導入されると、含有岩中の軽質分が蒸発してガス（軽質分ガス）となる。このようにして生成された軽質分ガスは、第１流動層炉１４０から後段の設備に送出される。
【００２５】
一方、含油岩から軽質分が蒸発することで生じる、重質分と固体粒子ＳＰとを含んで構成される残渣ＳＰ−Ｈは、流動媒体として燃焼炉１２０に導入されることとなる。
【００２６】
燃焼炉１２０には、残渣ＳＰ−Ｈと燃料１２２が導入され、これらを燃焼させて、固体粒子ＳＰを加熱する。燃焼炉１２０が、固体粒子ＳＰを加熱するための燃料として、残渣ＳＰ−Ｈ中の重質分を用いる構成により、燃焼炉１２０に導入する燃料を低減することができる。つまり、第１流動層炉１４０において軽質分ガスを生成する（軽質分を蒸発させる）ための固体粒子ＳＰの加熱に要するコストを低減することができ、化石燃料の抽出のためのコストを削減することが可能となる。
【００２７】
また、燃焼炉１２０における固体粒子ＳＰの加熱量は、第１流動層炉１４０において重質分ではなく、沸点の低い軽質分を蒸発させる程度あればよいため、軽質分および重質分の双方を蒸発させる従来の流動層炉よりも、固体粒子ＳＰを加熱するためのコストを低減することができる。
【００２８】
媒体分離部１３０は、燃焼炉１２０で加熱された固体粒子ＳＰ、および、重質分を燃焼させることで生じた燃焼排ガスＥＧａが導入され、固体粒子ＳＰと燃焼排ガスＥＧａとを分離する。そして、分離された燃焼排ガスＥＧａは、後述する第２流動層炉２２０のウィンドボックス２２２に導入され、第２流動層炉２２０における流動化ガスとして利用される。また、分離された高温の固体粒子ＳＰは、再度、第１流動層炉１４０に導入される。
【００２９】
粒子抜出部２１０は、第１流動層炉１４０と、第２流動層炉２２０とを接続する配管と、配管内に設けられた移送装置（例えば、スクリューフィーダ）で構成され、第１流動層炉１４０内の固体粒子ＳＰの一部を抜き出して第２流動層炉２２０に導入する。本実施形態において、粒子抜出部２１０は、移送装置の駆動を制御することにより、固体粒子ＳＰの抜き出し量を制御する。
【００３０】
本実施形態において、粒子抜出部２１０は、第１流動層炉１４０内のうち、含油岩の導入口より、固体粒子ＳＰの流れ方向の上流側に配された仕切板１４４よりもさらに上流側から固体粒子ＳＰを抜き出す。かかる構成により、軽質分が蒸発する前の含油岩や、残渣ＳＰ−Ｈではなく、燃焼炉１２０から送出された固体粒子ＳＰを第１流動層炉１４０から抜き出すことができる。これにより、第１流動層炉１４０において軽質分ガスの抽出率が低下してしまう事態を回避することができる。
【００３１】
第２流動層炉２２０は、粒子抜出部２１０によって抜き出された固体粒子ＳＰを収容する。粒子抜出部２１０および第２流動層炉２２０を備える構成により、第１流動層炉１４０への含油岩の導入を継続することで増加する、余剰の固体粒子ＳＰを抜き出すことができ、循環流動層ユニット１１０における固体粒子ＳＰの循環量を適正に維持することが可能となる。これにより、第１流動層炉１４０における化石燃料（軽質分ガス）の抽出効率の安定化を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態において、第２流動層炉２２０は、固体粒子ＳＰを流動層化する流動層炉である。具体的に説明すると、第２流動層炉２２０の下方には、ウィンドボックス２２２が設けられている。そして、ウィンドボックス２２２には、媒体分離部１３０によって分離された燃焼排ガスＥＧａが導入され、ウィンドボックス２２２を通じて第２流動層炉２２０の底面から当該第２流動層炉２２０内に燃焼排ガスＥＧａが供給されている。
【００３３】
このように、粒子抜出部２１０が第１流動層炉１４０から抜き出して第２流動層炉２２０に導入した高温の固体粒子ＳＰに、燃焼排ガスＥＧａを供給することにより、第２流動層炉２２０内において、固体粒子ＳＰの流動層が形成されることとなる。
【００３４】
また、媒体分離部１３０が分離した燃焼排ガスＥＧａで固体粒子ＳＰを流動化する構成により、別途の燃料を使用せず、固体粒子ＳＰの温度を高温に維持することが可能となる。
【００３５】
第１熱交換器２３０は、第２流動層炉２２０内を通る配管で構成され、水を貯留する水槽２４０と、第１流動層炉１４０のウィンドボックス１４２とを接続する。したがって、水槽２４０から導入された水は、第１熱交換器２３０を通過する際に、第２流動層炉２２０に収容された固体粒子ＳＰと熱交換され、加熱されて水蒸気となる。つまり、第１熱交換器２３０は、第２流動層炉２２０に収容された固体粒子ＳＰと、水とで熱交換し、水を加熱して水蒸気を生成すると言える。こうして、生成された水蒸気は、ウィンドボックス１４２に導入され、第１流動層炉１４０において固体粒子ＳＰを流動化する。
【００３６】
第１熱交換器２３０を備える構成により、粒子抜出部２１０によって抜き出された固体粒子ＳＰが有する熱、および、媒体分離部１３０によって分離された燃焼排ガスＥＧａが有する熱で、第１流動層炉１４０において利用する水蒸気を生成することができる。これにより、水蒸気を生成するための熱エネルギーを削減することが可能となる。
【００３７】
第２熱交換器２５０は、水槽２４０内を通る配管で構成され、配管の内部には第２流動層炉２２０から排出された燃焼排ガスＥＧｂが通過する。したがって、第２流動層炉２２０から排出された燃焼排ガスＥＧｂは、第２熱交換器２５０を通過する際に、水槽２４０に収容された水と熱交換され、水を加熱（予熱）することとなる。
【００３８】
第２熱交換器２５０を備える構成により、水槽２４０の水、すなわち、第１熱交換器２３０に導入される前の水を予熱することができ、第１熱交換器２３０によって、効率よく水蒸気を生成することが可能となる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態にかかる化石燃料抽出システム１００によれば、第１流動層炉１４０において、軽質分のみを蒸発させ、重質分を燃焼炉１２０の燃料として利用することで、固体粒子ＳＰを加熱するための燃料を低減することができる。つまり、含油岩から化石燃料を抽出する際の固体粒子ＳＰの加熱に要するコストを低減することが可能となる。また、第１流動層炉１４０においてわずかな水（水蒸気）を使用するのみであるため、水の処理に要するコストも低減することが可能となる。
【００４０】
（実施例）
図２は、本実施形態にかかる化石燃料抽出システム１００、直接採掘法、および、ＳＡＧＤ法を利用して含油岩から化石燃料を抽出した際の効果を説明するための図である。図２中、本実施形態にかかる化石燃料抽出システム１００（実施例）を白い塗りつぶしで、直接採掘法を黒い塗りつぶしで、ＳＡＧＤ法をハッチングで示す。また、図２中、直接採掘法を基準１００％として、実施例の効果およびＳＡＧＤ法の効果を示す。
【００４１】
まず、水の使用量について説明すると、実施例では、ＳＡＧＤ法よりは多くなるものの、直接採掘法の５０％未満に抑えられることが分かった。燃料使用量については、実施例では、直接採掘法の７％未満、ＳＡＧＤ法の４％未満に削減できることが確認された。
【００４２】
さらに、ランニングコストについては、実施例では、直接採掘法の５０％程度、ＳＡＧＤ法の６０％程度に抑えることができることが分かった。また、化石燃料の抽出率については、実施例では、直接採掘法と同程度であるが、ＳＡＧＤ法の２倍程度まで向上できることが確認できた。
【００４３】
以上の結果より、本実施形態にかかる化石燃料抽出システム１００は、直接採掘法と同程度の化石燃料の抽出率を維持しつつ、直接採掘用よりも、水の使用量、燃料の使用量、ランニングコストを大幅に低減できることが分かった。また、本実施形態にかかる化石燃料抽出システム１００は、ＳＡＧＤ法よりも、燃料の使用量、ランニングコストを大幅に低減しつつ、化石燃料の抽出率を大幅に向上することが可能となることが確認された。
【００４４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４５】
例えば、上述した実施形態において、粒子抜出部２１０が、第１流動層炉１４０内の固体粒子ＳＰを抜き出す構成を例に挙げて説明した。しかし、粒子抜出部２１０は、燃焼炉１２０から送出された固体粒子ＳＰであって、第１流動層炉１４０に導入される前の固体粒子ＳＰ、例えば、媒体分離部１３０と第１流動層炉１４０とを接続する配管から固体粒子ＳＰを抜き出してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態において、第２熱交換器２５０が、第２流動層炉２２０から排出される排ガス（燃焼排ガスＥＧｂ）と、第１熱交換器２３０に導入される前の水とで熱交換する構成を例に挙げて説明した。しかし、第２熱交換器２５０は、媒体分離部１３０によって分離された燃焼排ガスＥＧａと、第１熱交換器２３０に導入される前の水とで熱交換してもよいし、燃焼排ガスＥＧａおよび燃焼排ガスＥＧｂと、第１熱交換器２３０に導入される前の水とで熱交換してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、オイルサンド等から化石燃料を抽出する化石燃料抽出システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００  化石燃料抽出システム
１２０  燃焼炉
１３０  媒体分離部
１４０  第１流動層炉
２１０  粒子抜出部
２２０  第２流動層炉
２３０  第１熱交換器
２５０  第２熱交換器
【図１】
2016084395.tif 000003
【図２】
2016084395.tif 000004