(57)【要約】【課題】単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置及び単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法を開示する。【解決手段】本発明の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置は、ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ  Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ）における単一合成原油生産用のＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）−ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）装置であり、生産された天然ガスに安定化を行って天然ガスコンデンセートを生成するガス注入安定化ユニット；及び前記ガス注入安定化ユニットで処理された天然ガスを改質し合成原油製品を生成する改質ユニットが含まれることを特徴とする。【選択図】図６
2017512225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ  Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ）における単一合成原油生産用のＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）−ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）装置において、
生産した天然ガスに安定化を行って天然ガスコンデンセートを生成するガス注入安定化ユニット；及び
前記ガス注入安定化ユニットで処理した天然ガスを改質し合成原油製品を生成する改質ユニット；を含むことを特徴とする単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項２】
前記天然ガスコンデンセートと前記合成原油製品を混合する製品処理ユニットを更に備えて、
単一の合成原油を生産できることを特徴とする請求項１に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項３】
前記ガス注入安定化ユニットは、ＣＨ１〜４０とＨ２Ｏを注入し、
ＣＨ１〜４、前記天然ガスコンデンセート（ＣＨ５〜４０）と水（Ｈ２Ｏ）に分離する第１の３相分離器を備えたことを特徴とする請求項２に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項４】
前記合成原油製品は、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油、ＦＴワックスであり、
前記改質ユニットは、前記ＦＴワックスを生成するＦＴ反応器及び前記ＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物を生成する第２の３相分離器を備えたことを特徴とする請求項３に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項５】
前記第２の３相分離器は、前記ＦＴ反応器で処理した合成ガスを第１熱交換器で熱交換し残留ガス、Ｈ２Ｏ、前記第１混合物を分離することを特徴とする請求項４に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項６】
前記製品処理ユニットは、前記第１混合物、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合された第２混合物、天然ガスコンデンセートを混合する生成物混合タンクと、前記生成物混合タンクで混合されたＧＴＬ液を貯蔵する貯蔵タンクとを備えたことを特徴とする請求項５に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項７】
前記製品処理ユニットは、前記ＦＴ反応器で生成されたＦＴワックスに対して熱交換する第２熱交換器と、前記第２熱交換器で熱交換されたＦＴワックスに対して水素化分解反応またはマイルドな水素添加異性化反応によって前記第２混合物を生成する反応器と、前記第２混合物から未反応の残留ガスを分離する分離器とを更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項８】
前記製品処理ユニットは、残留ガスを圧縮する第１の圧縮機と水素を添加する第２の圧縮機とを更に備えて、
前記分離器で分離された未反応残留ガスは前記第１の圧縮機と第２の圧縮機を経由し前記第２熱交換器に供給されることを特徴とする請求項７に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項９】
前記合成原油から、ＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物と残留ガスを分離する残留ガス分離ユニットを更に備えて、
前記残留ガス分離ユニットで分離された前記第１混合物は前記製品処理ユニットに供給されることを特徴とする請求項２に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項１０】
前記改質ユニットは、天然ガスから生成された合成ガスを合成油に生成するＦ−Ｔ合成ユニット；及び前記合成油に改質される合成原油のワックス成分を設定値に維持するためにＦ−Ｔ合成ユニットを制御するコントロールユニット；を備えて、
合成原油のワックス成分が調節できることを特徴とする請求項１に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項１１】
前記Ｆ−Ｔ合成ユニットは、ＬＴ−ＦＴ反応器とＨＴ−ＦＴ反応器を直列または並列に備えて、下流側から生成される合成原油の組成に対応してＬＴ−ＦＴ反応器とＨＴ−ＦＴ反応器の流量を調節することを特徴とする請求項１０に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項１２】
前記コントロールユニットは、合成原油のワックス含量を検出するワックス検出部と、未反応ガスの含量を検出する未反応ガス検出部とを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項１３】
前記コントロールユニットは、未反応ガスを設定値の以内に維持する限度内で、ワックス成分を最小に維持するように制御することを特徴とする請求項１２に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置。
【請求項１４】
ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ  Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ）における単一合成原油を生産用のＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）−ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）方法において、
（ａ）天然ガスから天然ガスコンデンセートを生成する工程、
（ｂ）合成ガスからＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物とＦＴワックスを生成する工程、
（ｃ）ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合された第２混合物を生成する工程、
（ｄ）前記天然ガスコンデンセート、前記第１混合物と第２混合物を混合し単一合成原油を生成する工程が含まれることを特徴とする単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法。
【請求項１５】
前記工程（ｃ）は、ワックス水素化分解反応またはマイルドな水素添加異性化反応によって行われることを特徴とする請求項１４に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法。
【請求項１６】
前記工程（ｄ）で生成された単一合成原油は、熱処理なしで貯蔵及び運送されることを特徴とする請求項１５に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法。
【請求項１７】
（ｅ）前記単一合成原油を陸上の精製プラントで精製する工程が更に含まれることを特徴とする請求項１５に記載の単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一合成原油生産用のＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）−ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）装置及び方法に関するものであり、特にＧＴＬ−ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ  Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ：浮遊式の原油生産、貯蔵、荷役設備）において、化学工程の中間生産物として生じる合成原油（ｓｙｎｃｒｕｄｅ）製品（ＦＴナフタ、ＦＴ重質油、ＦＴワックス）の中で、固体状態を有することで輸送しづらかったＦＴワックスの流動化のため、ＦＴワックスの一部を低い水準の一般的水素化分解反応やマイルドな水素添加異性化反応を利用し、ＦＴナフタとＦＴ重質油を混合して流体状態で貯蔵及び輸送する単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、石油資源の枯渇によって輸送油、燃料油、石油化学製品の生産が可能な代替資源の活用が要求されている。このような要求を満たすことができる代表的な炭化水素物質として、埋蔵量の豊富な石炭と天然ガスがあり、地球温暖化防止のためのＣＯ２低減という側面ではバイオマス（Ｂｉｏｍａｓｓ）や廃棄物などの親環境的な代替炭化水素源がある。このような代替炭化水素源から、ガソリンやディーゼルなどの輸送油、アルコール、ワックス、潤滑基油、オレフィンなどの化学製品を生産できる方法は石炭の間接液化（ＣＴＬ，Ｃｏａｌ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）、天然ガスから合成油分の生産（ＧＴＬ）、バイオマスの間接液化（Ｂｉｏｍａｓｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）工程がよく知られている。
【０００３】
ＦＴ−ＧＴＬ工程は、高圧の触媒反応器を用いて、少量のメタンと二酸化炭素が含まれている水素と一酸化炭素の混合状態である合成ガスを大きい炭化水素分子に転換することが含まれる。すなわち、フィッシャー・トロプシュ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成反応器において、ＦＴ合成反応は下記のようである。
ＣＯ  ＋  ２Ｈ２ →  −ＣＨ２ ＋  Ｈ２Ｏ  △Ｈ（２２７℃）  ＝  −１６５ｋＪ／ｍｏｌ
メタンの生成
ＣＯ  ＋  ３Ｈ２ →  ＣＨ４ ＋  Ｈ２Ｏ  △Ｈ（２２７℃）  ＝  −２１５ｋＪ／ｍｏｌ
水性ガス転換（ｗａｔｅｒ  ｇａｓ  ｓｈｉｆｔ）
ＣＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  ⇔  ＣＯ２ ＋  Ｈ２  △Ｈ（２２７℃）  ＝  −４０ｋＪ／ｍｏｌ
ブードア反応（ｂｏｕｄｏｕａｒｄ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）
２ＣＯ  ⇔  Ｃ  ＋  ＣＯ２  △Ｈ（２２７℃）  ＝  −１３４ｋＪ／ｍｏｌ
【０００４】
これにおいて、触媒は鉄酸化物系とコバルト系などが使用され、温度は２００ないし３５０℃、圧力は１０ないし３０ｂａｒである。このような反応は中間程度の発熱反応であり、触媒反応の速度を向上するためには熱交換による発熱制御が重要であり、これは反応器設計の核心的要素である。
【０００５】
触媒反応器で生成されたＦＴ生成物は未反応合成ガス、メタン、エタン、ＬＰＧ（Ｃ３〜Ｃ４）、ナフタ（Ｃ５〜Ｃ１０）、重質油（Ｃ１１〜Ｃ２２）、ワックス（＞Ｃ２２）で構成される。ＦＴは本質的に炭素番号１から４０以上の範囲で数百種類の構成要素を生成する。
【０００６】
未処理された生産物においてこのような物質の相対的量は、主に反応器の反応温度と使用した触媒に依存する。一般的に、３種類の基本ＦＴ運営システムがある。すなわち、鉄系の触媒を用いる高温ＦＴ反応（ＨＴＦＴ−Ｆｅ）、鉄系の触媒を用いる低温ＦＴ反応（ＬＴＦＴ−Ｆｅ）、コバルト系の触媒を用いる低温ＦＴ反応（ＬＴＦＴ−Ｃｏ）である。
【０００７】
また、ＦＰＳＯは浮遊式の原油生産貯蔵荷役の設備であり、海上に浮いた状態で原油を生産と貯蔵し、油槽船などの原油輸送手段に荷役する役割をする。
【０００８】
前記ＦＰＳＯは原油を試錐するための試錐装備を備え、グラッシオイル（ｇｌａｓｓｙ  ｏｉｌ）状態から原油（ｃｒｕｄｅ  ｏｉｌ）と随伴ガス（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｇａｓ）を分離するためのオイル／ガス分離装置を備える。また、前記ＦＰＳＯは原油を貯蔵できる貯蔵設備と原油輸送手段で原油を転送できる荷役手段を備える。
【０００９】
また、ＦＰＳＯ工程において付随的に発生する随伴ガスは排出・燃焼させ大気中に放出するか、海底の廃油井に圧縮して再注入している実情である。よって、前記油田の随伴ガスは船上で合成ガスを製造した後、ＧＴＬ工程の原料として活用するＦＰＳＯ−ＧＴＬとＦＰＳＯ−ＤＭＥが適用されている。また、限界ガス田で直接取出した天然ガスは、合成燃料を製造するＦＰＳＯ−ＧＴＬ工程に活用するか、直接液化するＦＰＳＯ−ＬＮＧ工程に活用できる。
【００１０】
このような技術の一例が下記文献１及び２などに開示されている。
【００１１】
例えば、下記特許文献１には、グラッシオイルの分離装置とオイル／ガス分離ユニットを備えたＦＰＳＯ設備と改質反応器、ジメチルエーテル反応器、ＣＯ２海底貯蔵装置及び内部発電用の発電システムを含む直接法による海上ＤＭＥ製造用のＦＰＳＯ−ＤＭＥ装置において、前記改質反応器と前記ジメチルエーテル反応器との間には水素分離器と二酸化炭素分離ユニットが構成され、前記ジメチルエーテル反応器には二酸化炭素分離器が結合し、分離された二酸化炭素及び前記内部発電用の発電システムから生成された水と二酸化炭素を再び改質反応器へ再循環させ、余った二酸化炭素は海底に貯蔵する構成の海上油田用のＦＰＳＯ−ＤＭＥ装置に関して開示されている。
【００１２】
また、下記の特許文献２には、油田で得たグラッシオイルを随伴ガスと原油に分離するグラッシオイルの分離装置、分離した原油をオイルとガスに分離するオイル／ガス分離ユニットが備えられたＦＰＳＯ設備；前記ＦＰＳＯ設備から供給されたガスの中から分離した炭素数１−４の炭素化合物を、脱硫器によって硫化合物のＨ２Ｓ成分が除去されたガスを供給される改質反応器；改質反応器を経た合成ガスを利用し液状炭素化合物を製造する液状炭素化合物製造装置；改質反応器を経た合成ガスが水性ガス転換反応して分離された水素が供給されるアップグレーディング反応器；合成ガスから分離された水素を除外した二酸化炭素中の剰余分が供給されるＣＯ２海底貯蔵装置；ＦＰＳＯ−ＧＴＬ装置の内部発電のための内部発電用の発電システムを含むＦＰＳＯ−ＧＴＬ装置であり、前記改質反応器と前記液状炭素化合物の製造装置との間には水素分離器と二酸化炭素分離ユニットが構成され、前記液状炭素化合物の製造装置と前記アップグレーディング反応器との間には水分離器が備えられ、分離された水と二酸化炭素及び前記内部発電用の発電システムから生成される水と二酸化炭素を再び改質反応器に再循環させ、余った二酸化炭素は海底に貯蔵するために構成された海上油田用のＦＰＳＯ−ＧＴＬ装置に関して開示している。
【００１３】
合成原油は石油の外に天然ガス、石炭、バイオ燃料などの資源を利用し人工的に製造した燃料であり、韓国の場合政府の主導で主要な大企業と研究所で次世代のクリーン燃料の複合技術として開発されている。今後高油価の傾向が深刻になっている状況でＧＴＬクリーン燃料に対する需要の急増が期待され、段々十分な経済性を確保することになると評価される。
【００１４】
このような考えで陸上の技術を海上で具現するためにＧＴＬ−ＦＰＳＯの開発が行われているが、まだ常用化の前に解決すべき問題点が多い。ＧＴＬ−ＦＰＳＯにおける問題点の一つには“ＧＴＬ合成原油の貯蔵及び運送のための流動性の確保”に対するイシューがある。これはＧＴＬ−ＦＰＳＯで生産された合成原油に多量のワックスが含まれていて高粘性を示す物性に起因する。そして、合成原油の流動性はＧＴＬ−ＦＰＳＯの効率的運営及び経済性を確保するための重要な要件の一つとして認識される。
【００１５】
そのため従来のＶＬＣＣ（Ｖｅｒｙ  Ｌａｒｇｅ  Ｃｒｕｄｅ  ｏｉｌ  Ｃａｒｒｉｅｒ）と類似の概念を適用し合成原油の流動性が確保できる温度まで加熱する方式が検討され得る。しかし、この場合、生産／貯蔵／荷役／運送／分離に至ることにおいて温度を持続的に維持するためには、追加設備と燃料供給が必要となる短所がある。
【００１６】
また他の方式と関連して参考できる先行特許の一つで、韓国登録特許公報第０３３９９９３号はタール／スラッジを有効量の界面活性剤及び有効量の無機酸または／及びキャリアと接触させる工程を含み、前記無機酸は硫酸、リン酸またはこれらの混合物は容器／管からタール／スラッジを洗浄または流動化させる方法を提供する。これによって、容易に運送と取扱、ポンピングできる形態でタール／スラッジの除去ができる効果が期待される。
【００１７】
しかし、この方法はパイプ及び貯蔵タンクなどに物理的変形を誘発せずにタール／スラッジを洗浄することを要旨とするため、ＧＴＬ−ＦＰＳＯで生産される合成原油の運送と使用を考慮した流動性確保には適用が困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述のように従来の技術においては、ワックスの水素化分解反応によって、ＬＰＧ、ガソリン、ケロシンまたはディーゼルなどを軽い物質に完全に転換させるための精製装置が、高価の大型高圧水素添加分解装置だけでなく製品分類装置にも備えられ、生産費用が増える問題があった。
【００１９】
また、精製工程で生産した三つの製品に対し個別的に貯蔵及び輸送を行うため、運送費用が増加する問題があった。
【００２０】
本発明の目的は上述の問題点を解決するためのものであり、できるだけ少ない装備を利用し、単一合成原油を生産できる単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置及び方法を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、ＦＰＳＯ生産物の貯蔵及び生産物を陸上の精製プラントまで輸送する運搬の複雑性と費用を減少する単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置及び方法を提供することである。
【００２２】
更に、本発明の目的は、ＧＴＬ−ＦＰＳＯで生産された合成原油のワックス成分を調節しながら生産及び混合する方式によって流動性を確保し、生産／貯蔵／荷役／運送／分離に至る一連の工程に対する経済性を高めるＧＴＬ−ＦＰＳＯ合成原油のワックス成分の調節装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一例には、ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ  Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ）で単一合成原油生産をするＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）−ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）装置において、生産した天然ガスに対して安定化を行い天然ガスコンデンセートを生成するガス注入安定化ユニット；及び前記ガス注入安定化ユニットで処理した天然ガスを改質し合成原油製品を生成する改質ユニットを含むことを特徴とする単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置が提供される。
【００２４】
好ましくは、前記天然ガスコンデンセートと前記合成原油製品を混合する製品処理ユニットを更に備えて、単一合成原油を生産することができる。
【００２５】
好ましくは、前記ガス注入安定化ユニットはＣＨ１〜４０ とＨ２Ｏを注入し、ＣＨ１〜４、前記天然ガスコンデンセート（ＣＨ５〜４０ ）と水（Ｈ２Ｏ）に分離する第１の３相分離器を備えることができる。
【００２６】
好ましくは、前記合成原油製品はＦＴナフタ、ＦＴ重質油、ＦＴワックスであり、前記改質ユニットは前記ＦＴワックスを生成するＦＴ反応器及び前記ＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物を生成する第２の３相分離器を備えることができる。
【００２７】
好ましくは、前記第２の３相分離器は前記ＦＴ反応器で処理した合成ガスを第１熱交換器で熱交換し、残留ガス、Ｈ２Ｏ、前記第１混合物を分離することができる。
【００２８】
好ましくは、前記製品処理ユニットは前記第１混合物、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合された第２混合物、天然ガスコンデンセートを混合する生成物混合タンクと、前記生成物混合タンクで混合したＧＴＬ液を貯蔵する貯蔵タンクとを備えることができる。
【００２９】
好ましくは、前記製品処理ユニットは、前記ＦＴ反応器で生成されたＦＴワックスに対し熱交換する第２熱交換器と、前記第２熱交換器で熱交換されたＦＴワックスに対し水素化分解反応またはマイルドな水素添加異性化反応によって前記第２混合物を生成する反応器と、前記第２混合物から未反応の残留ガスを分離する分離器とを更に備えることができる。
【００３０】
好ましくは、前記製品処理ユニットは残留ガスを圧縮する第１の圧縮機と水素を添加する第２の圧縮機とを更に備えて、前記分離器で分離した未反応の残留ガスは前記第１の圧縮機と第２の圧縮機を経由し前記第２熱交換器に供給され得る。
【００３１】
好ましくは、前記合成原油からＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物と残留ガスを分離する残留ガス分離ユニットを更に備えて、前記残留ガス分離ユニットで分離した前記第１混合物は前記製品処理ユニットに供給できる。
【００３２】
好ましくは、前記改質ユニットは、天然ガスから生成された合成ガスを合成油に生成するＦ−Ｔ合成ユニット；及び前記合成油に改質される合成原油のワックス成分を設定値に維持するためＦ−Ｔ合成ユニットを制御するコントロールユニット；を備えて、合成原油のワックス成分を調節することができる。
【００３３】
好ましくは、前記Ｆ−Ｔ合成ユニットはＬＴ−ＦＴ反応器とＨＴ−ＦＴ反応器を直列または並列に備えて、下流側から生成された合成原油の組成に対応しＬＴ−ＦＴ反応器とＨＴ−ＦＴ反応器の流量を調節することができる。
【００３４】
好ましくは、前記コントロールユニットは合成原油のワックス含量を検出するワックス検出部と、未反応ガスの含量を検出する未反応ガス検出部とを備えることができる。
【００３５】
好ましくは、前記コントロールユニットは未反応ガスを設定値以内に維持できる限度内で、ワックス成分を最小に維持できるように制御することができる。
【００３６】
本発明の一例において、ＦＰＳＯ（Ｆｌｏａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄ  Ｏｆｆ−ｌｏａｄｉｎｇ）において、単一合成原油を生産するためのＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）−ＧＴＬ（Ｇａｓ−ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄ）方法として、（ａ）天然ガスから天然ガスコンデンセートを生成する工程、（ｂ）合成ガスからＦＴナフタとＦＴ重質油の混合された第１混合物とＦＴワックスを生成する工程、（ｃ）ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合された第２混合物を生成する工程、（ｄ）前記天然ガスコンデンセート、前記第１混合物と第２混合物を混合し単一合成原油を生成する工程を含むことを特徴とする単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法が提供される。
【００３７】
好ましくは、前記工程（ｃ）はワックス水素化分解反応、またはマイルドな水素添加異性化反応によって行うことができる。
【００３８】
好ましくは、前記工程（ｄ）で生成された単一合成原油は、熱処理なしで貯蔵及び運送することができる。
【００３９】
好ましくは、前記方法は、（ｅ）前記単一合成原油を陸上の精製プラントで精製する工程を更に含むことができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明における単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置及び方法は、簡単な製品アップグレーディング装備の設置によって、ＦＰＳＯにおいてのデッキ空間を節約することができ、生産費用が低減される。また、ＦＰＳＯにおいて生成物の貯蔵のためにただ一つだけのタンクが必要であり、貯蔵及びポンプまで移動するための追加的な熱供給が要らなくなり運送費用の低減の効果がある。
【００４１】
また、本発明における単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置及び方法は、ＦＴナフタとＦＴ重質油を混合した後、合成原油を加熱の要らない状態で運送できるように、ＦＴワックスの一部を低い水準の一般的な水素化分解反応やマイルドな水素添加異性化反応を使用するため、高圧水素化分解反応を用いる全体精製設備と比べた場合、複雑性、空間及び費用の低減と水素使用料の節減もできるという効果がある。
【００４２】
更に、本発明は、ＧＴＬ−ＦＰＳＯで生産された合成原油の流動性を確保することができ、生産／貯蔵／荷役／運送／分離に至る一連の工程に対する経済性を高め、関連分野の常用化技術を蓄積する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施例による単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置の全体構成図である。
【図２】図１の主要ユニットの結合関係を説明するための構成図である。
【図３】本発明の第１実施例による単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明の第１実施例による単一合成原油の生産／貯蔵／荷役／運送／分離を説明するための図面である。
【図６】本発明の第２実施例によるＧＴＬ−ＦＰＳＯの主要工程を表す工程図である。
【図７】図６のＦ−Ｔ合成ユニットの要部を表す構成図である。
【図８】本発明の第２実施例による制御を説明するための合成原油の重量分率表である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明において、上述及びその他の目的と新たな特徴は、本明細書の記述及び添付図面によってもっと明確になる。
【００４５】
第一、本発明の概念を説明する。
【００４６】
ＧＴＬ−ＦＰＳＯは、ＦＰＳＯ（浮遊式の原油生産貯蔵荷役設備）にＧＴＬを融合し、海上でクリーンエネルギーを生産できる海洋構造物である。ＧＴＬ工程は、天然ガス（ＮＧ）から合成ガス（Ｈ２、ＣＯ）を生成するリフォーミング（ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）工程、合成ガスから合成石油を生成するＦ−Ｔ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）工程、合成原油を希望炭素数の燃料に転換するアップグレーディング（ｕｐｇｒａｄｉｎｇ）工程によって構成される。
【００４７】
ＧＴＬ−ＦＰＳＯにおいて合成原油の流動性と輸送性の確保が常用化を定着させるための重要なイシューとして浮上している。そのため改質（Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ）設備を設置することが考慮されているが、海上に設置した前例がないため、性能と安全性の面で問題が生じる可能性が高い状況である。
【００４８】
本発明の第１実施例は、ＦＴ−ＧＴＬ−ＦＰＳＯにおいて単一運送できる合成原油製品を生産するためのものである。すなわち、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油及び処理したＦＴワックスを混合することで、熱処理なしで貯蔵と運送が可能な単一混合ＦＴ合成原油を生産することは新しい概念である。
【００４９】
単一混合ＦＴ合成原油の概念は、ワックスの水素化分解反応またはマイルドな水素添加異性化反応を行うための適切な触媒、反応器の設計、運営システムの使用を要求する。このような単一混合ＦＴ合成原油の概念は、ＦＴ生成物を処理するための費用と空間を減らすことができ、ＦＴ−ＧＴＬ−ＦＰＳＯ生産物のための貯蔵及び運送の条件を単純化することができる。
【００５０】
また、多数のＦＴ−ＧＴＬ−ＦＰＳＯから生産された合成原油は、運送して単一海岸精製プラントで処理する。また、一般的な原油製品と混合及び／または追加精製によって、販売が可能な運送手段の燃料として製造することができる。この概念は、海岸の精製プラントで規模の経済性により利益が得られる全体的システムを用いながら、運搬船の艦隊をより効率的に運用し、ＦＰＳＯの空間と資本の要求を最小化することができるため有用である。
【００５１】
本発明の第１実施例は、ＦＴナフタとＦＴ重質油を混合した後、合成原油が加熱の要らない状態で運送が可能となるために、ＦＴワックスの一部を低い水準の一般的な水素化分解反応やマイルドな水素添加異性化反応を用いる。この概念は、最終的ＦＴ製品の生産は行わない触媒と運営システムを使用することが含まれ、混合された合成原油を熱処理なしで十分に貯蔵と運送できるように変形することである。また、ナフタと重質油を処理したワックスと希釈（または混合）することは含まれず、多数の製品の製造を目標として、お互い異なる触媒を使用することが含まれる。
【００５２】
この概念は意図的に他の特性を変更することなく、ただ加水素異性化したり、意図的に他の属性を変更することなく、流動点と凍結点を上げるためにＦＴワックスを水素添加分解したりすることが含まれる。したがって、規模、空間及び製品の貯蔵と輸送を単純化させＦＰＳＯオンボードＦＴ生成物の処理に必要な費用が減少される。
【００５３】
以下、本発明の第１実施例の構成を図面によって説明する。
【００５４】
図１は、本発明の第１実施例において、単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置の全体構成図である。
【００５５】
本発明の第１実施例において単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置は、図１に示したように、ＦＰＳＯにおける単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置であり、生産したガスが注入されるガス注入安定化ユニット（１０）、脱硫ユニット（２０）、天然ガス飽和及び予備改質（Ｐｒｅ−Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）ユニット（３０）、小型の改質（Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）ユニット（４０）、合成ガス調整（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット（５０）、ＦＴ合成ユニット（６０）、残留ガス（Ｔａｉｌ  ｇａｓ）分離ユニット（７０）、製品処理（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）ユニット（８０）が含まれる。
【００５６】
前記ガス注入安定化ユニット（１０）は生産された粗天然ガス（ＲＡＷ  ＮＧ）に対して安定化を実行し、天然ガス、天然ガスコンデンセート（ＮＧ  ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）と水（Ｈ２Ｏ）を生成し、前記天然ガスコンデンセートは製品処理ユニット（８０）に供給される。
【００５７】
前記脱硫ユニット（２０）は天然ガスに含まれていた硫黄を除去し、天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）に粗天然ガスを供給する。天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）で予備処理された粗天然ガスの一部は燃料用のガスとして使用され、残りの天然ガスはスチームによって加熱され改質ユニット（４０）に供給されて、飽和器で排出される。
【００５８】
前記改質ユニット（４０）は、天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）でスチームを通過して供給された天然ガスを粗合成ガス（ＲＡＷ  ＳＹＮＧＡＳ）に改質し合成原油製品を生成する。また、前記改質ユニット（４０）で処理されなかったガスは燃料ガスとして天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）に供給される。
【００５９】
前記改質ユニット（４０）で処理された粗合成ガスは合成ガス調整ユニット（５０）で合成ガス（ＳＹＮＧＡＳ）として生成され、この過程で発生した水素（Ｈ２）は燃料ガスとして改質ユニット（４０）と製品処理ユニット（８０）に供給される。また、合成ガス調整ユニット（５０）で生成された合成ガスコンデンセートは天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）に供給または排出される。
【００６０】
前記合成ガス調整ユニット（５０）から供給された合成ガスはＦＴ合成ユニット（６０）を経てＦＴナフタとＦＴ重質油の第１混合物とＦＴワックスに分離されて製品処理ユニット（８０）に供給される。
【００６１】
前記残留ガス分離ユニット（７０）は、ＦＴ合成ユニット（６０）で供給された合成ガスからＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物と残留ガスを分離し、前記第１混合物は製品処理ユニット（８０）に供給され、残留ガスの一部は排出されるか、前記天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）に供給されてリサイクルされる。
【００６２】
前記製品処理ユニット（８０）は、前記ガス注入安定化ユニット（１０）で供給された天然ガスコンデンセート、前記ＦＴ合成ユニット（６０）で供給された第１混合物とＦＴワックス、前記残留ガス分離ユニット（７０）で供給された第１混合物を混合し、本発明の単一合成原油を生産する。
【００６３】
また、前記改質ユニット（４０）と合成ガス調整ユニット（５０）にはスチームを形成するためのボイラー給水（ＢＦＷ）が供給される。
【００６４】
次に、本発明の第１実施例の主要な特徴であるガス注入安定化ユニット（１０）、改質ユニット（４０）、製品処理ユニット（８０）の構成について図２によって説明する。
【００６５】
図２は、図１の主要ユニットの結合関係を説明するための構成図である。
【００６６】
前記ガス注入安定化ユニット（１０）には、図２に示したように、ＣＨ１〜４０とＨ２Ｏを注入し、ＣＨ１〜４、前記天然ガスコンデンセート（ＣＨ５〜４０）と水（Ｈ２Ｏ）に分離する第１の３相分離器（４１）が含まれる。前記天然ガスコンデンセート（ＣＨ５〜４０）は製品処理ユニット（８０）に供給されて、前記水（Ｈ２Ｏ）は天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）に供給される。
【００６７】
前記改質ユニット（４０）は、天然ガスからＦＴワックスを生成するＦＴ反応器（４１）と、前記ＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物を生成する第２の３相分離器（４２）が含まれる。前記第２の３相分離器（４２）は、前記ＦＴ反応器（４１）で処理した合成ガスを第１熱交換器（４３）で熱交換し残留ガス、Ｈ２Ｏ、前記第１混合物を分離し、前記第１混合物は製品処理ユニット（８０）に供給される。
【００６８】
前記製品処理ユニット（８０）は、前記第２の３相分離器（４２）から供給された第１混合物、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合された第２混合物、前記ガス注入安定化ユニット（１０）から供給された天然ガスコンデンセートを混合する生成物混合タンク（８１）と、前記生成物混合タンク（８１）で混合されたＧＴＬ液を貯蔵する貯蔵タンク（８２）と、前記ＦＴ反応器（４１）で生成されたＦＴワックスに対して熱交換する第２熱交換器（８３）と、前記第２熱交換器（８３）で熱交換されたＦＴワックスに水素化分解反応またはマイルドな水素添加異性化反応によって前記第２混合物を生成する反応器（８４）と、前記第２混合物から未反応残留ガスを分離する分離器（８５）とが含まれる。
【００６９】
本発明の単一合成原油製品は、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合されたものである。このような混合は上述の通り、ＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスが混合された第２混合物及び天然ガスコンデンセートを生成物混合タンク（８１）で混合し貯蔵タンク（８２）に貯蔵した製品である。
【００７０】
上述したように製造した単一合成原油製品はＦＰＳＯで生成物を貯蔵するため唯一のタンクである貯蔵タンク（８２）のみ必要となり、貯蔵とポンプで移動させるための追加的な熱供給の必要がなくなって、運送費用を低減させることができる。
【００７１】
また、前記製品処理ユニット（８０）は分離器（８５）で分離された残留ガスを圧縮する第１圧縮機（８６）と水素を添加する第２圧縮機（８７）とを更に備えて、前記分離器（８５）で分離した未反応残留ガスは前記第１圧縮機（８６）と第２圧縮機（８７）を経由し前記第２熱交換器（８３）に供給される。
【００７２】
次に、図１及び図２に図示した単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ装置によって単一合成原油の生産及び貯蔵と荷役／運送／分離する過程について、図３と図４をもって説明する。
【００７３】
図３は、本発明の第１実施例による単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法を説明するための工程図である。図４は、本発明の第１実施例において単一合成原油の生産／貯蔵／荷役／運送／分離を説明するための図面である。
【００７４】
本発明の第１実施例による単一合成原油生産用のＦＴ−ＧＴＬ方法は、ＦＰＳＯにおいて単一合成原油を生産するためのＦＴ−ＧＴＬ方法であり、まず、ガス注入安定化ユニット（１０）で天然ガスを安定化処理し、天然ガスコンデンセートが生成される（Ｓ１０）。
【００７５】
次に、脱硫ユニット（２０）で天然ガスに含まれた硫黄が除去され、天然ガス飽和及び予備改質ユニット（３０）と小型の改質ユニット（４０）によって合成ガスが生成される。
【００７６】
前記改質ユニット（４０）では、合成ガスによってＦＴナフタとＦＴ重質油が混合された第１混合物とＦＴワックスが生成される（Ｓ２０）。
【００７７】
次に、製品処理ユニット（８０）では、ＦＴワックスに対してワックス水素化分解反応またはマイルドな水素添加異性化反応を行って、ＦＴナフタ、ＦＴ重質油とＦＴワックスを混合した第２混合物が生成される（Ｓ３０）。
【００７８】
また、前記製品処理ユニット（８０）は、前記工程Ｓ１０で生成された天然ガスコンデンセート、前記工程Ｓ２０で生成された前記第１混合物、前記工程Ｓ３０で生成された第２混合物を混合し、単一合成原油を生成する（Ｓ４０）。
【００７９】
前記工程Ｓ４０で生成された単一合成原油は図４に示したように、熱処理なしで貯蔵と運送される（Ｓ５０）。前記工程Ｓ５０で運送された単一合成原油は陸上の精製プラントで精製する（Ｓ６０）。
【００８０】
次に、本発明の第２実施例では、天然ガスから生成された合成ガスを合成油として製造するために、ＦＴ合成ユニット（６００）が備えられる。図５においてＧＴＬの主要工程は、天然ガス飽和及び予備改質（Ｐｒｅ−Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）ユニット（３００）、改質ユニット（４００）、合成ガス調整ユニット（５００）、ＦＴ合成ユニット（６００）、製品処理ユニット（８００）を順次に連結した構成である。ＦＴ合成ユニット（６００）は合成ガスを合成油に変換させる役割を行い、製品処理ユニット（８００）は合成油をアップグレーディング処理して合成原油を生成する役割を担当する。ＦＴ合成ユニット（６００）で余分に発生した合成ガスは残留ガス分離ユニット（７００）で分類され一部がプリリフォーミングユニット（２０）に再循環される。製品処理ユニット（８００）を経て生産される合成原油はタンクに貯蔵する。
【００８１】
この際、ＧＴＬ−ＦＰＳＯで生産した合成原油は多量のワックス（Ｗａｘ）が含まれて高粘性を有するため、貯蔵、荷役、運送のために流動性を確保させる必要がある。ワックスが１００％に近いほど常温／常圧で固体化されて貯蔵及び荷役ができなくなる。
【００８２】
本発明の第２実施例において、コントロールユニット（９００）は、前記合成油に改質される合成原油のワックス成分を設定値に維持できるようにＦＴ合成ユニット（６００）を制御する。コントロールユニット（９００）はタンクに貯蔵した合成原油の状態を判断しワックス成分を最適に維持するためのアルゴリズムを実行する。
【００８３】
本発明の第２実施例の細部構成において、前記ＦＴ合成ユニット（６００）はＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）とＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）が直列または並列に備えられ、下流側から生成された合成原油の組成に応じてＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）とＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）の流量を調節することを特徴とする。図２においてＦＴ合成ユニット（６００）は、ＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）の下流側にＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）が備えられる。ＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）は、作動温度の範囲が２２０〜２５０℃であって主に重質油分やワックスのように液状で合成し、ＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）は作動温度の範囲が３３０〜３５０℃あって主にガソリン、ナフタのように気体状で合成する。
【００８４】
このようにＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）とＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）が同時に作動すると、ワックスの量を調節し合成原油の流動性の確保が容易である。図６で説明しなかった符号４８は合成反応の後に水分などを除去する分離器である。
【００８５】
図７において、右側を見ると、ＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）を経た１工程反応でワックスが約５０％含まれていると表しているが、左側を見るとＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）を経た２工程反応の後にワックスが約１０％まで減らされ、ナフタの含量が増えたことを表している。
【００８６】
また、生産しようとする合成原油の特性に応じて、ＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）がＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）より下流側に配置できる。例えば、ガソリン、ナフタ、ディーゼルなどの軽い合成原油を多く生産しようとする場合がある。
【００８７】
本発明の第２実施例の細部構成をみると、前記コントロールユニット（９００）は合成原油のワックス含量を検出するワックス検出部（９２０）、未反応ガスの含量を検出する未反応ガス検出部（９４０）及び駆動部（９６０）を備えたことを特徴とする。ワックス検出部（９２０）と未反応ガス検出部（９４０）は必ずしも特定センサーなどのハードウェアに限らず、合成原油の成分に対応して予め蓄積された含量変化のデータベースとソフトウェアが含まれ得る。
【００８８】
本発明の第２実施例の細部構成において、前記コントロールユニット（９００）は未反応ガスを設定値の以内に維持する限度内で、ワックス成分が最小に維持されるように制御することを特徴とする。図３に示したように、合成原油のワックス成分を最小化するほどＬＰＧなどの未反応ガス成分の増加が誘発され、輸送効率が低下する。よって、未反応ガスが設定値を超過しない範囲内で生成されるワックス成分を最適値に維持するように制御する。もちろん、これに加えてワックス成分は合成原油の流動性を確保する範囲内で維持されなければならない。
【００８９】
前述のように、本発明の第２実施例のＬＴ−ＦＴ反応器（６２０）とＨＴ−ＦＴ反応器（６４０）はすべて陸上で常用化された工程を用いることで、海上に適用した際にリスクが少ない。そして、海上においては検証されなかったアップグレーディング（Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ）工程で流動性を確保する必要がなく、アップグレーディングシステムにおいてのＣＡＰＥＸとＯＰＥＸなどを減らすことができる。
【００９０】
本発明は記載された実施例に限定されず、本発明の思想を超えない範囲で様々な修正及び変形が可能であることは、該当技術分野における通常の知識を有した者に自明である。したがって、そのような変形例または修正例は本発明の特許請求範囲に属すると言えるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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