JPH09100478A - 高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガスを除去する方法 - Google Patents

高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガスを除去する方法

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JPH09100478A
JPH09100478A JP7256174A JP25617495A JPH09100478A JP H09100478 A JPH09100478 A JP H09100478A JP 7256174 A JP7256174 A JP 7256174A JP 25617495 A JP25617495 A JP 25617495A JP H09100478 A JPH09100478 A JP H09100478A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧天然ガス中の高濃度ＣＯ2 を高圧状態で
除去、採取する方法に関する。 【解決手段】 ＣＯ2 の分圧が２ｋｇ／ｃｍ2 のときの
温度４０℃と１２０℃における飽和ＣＯ2 吸収量の差が
３０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上であるＣＯ2 吸収液の再
生されたＣＯ2 リーン吸収液を用いて、気液接触による
吸収工程によりＣＯ2 分圧が２ｋｇ／ｃｍ2 以上で、か
つ圧力３０ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧天然ガス中の高濃度
ＣＯ2 を吸収させてＣＯ2 含量を低下させた精製天然ガ
スを得ると共にＣＯ2 リッチ吸収液を生成させ、次いで
再生工程において前記ＣＯ2 リッチ吸収液を脱圧させる
ことなく加熱して圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧Ｃ
Ｏ2を遊離させると共にＣＯ2 リーン吸収液を再生させ
て前記吸収工程に循環させて再使用する高圧天然ガス中
の高濃度ＣＯ2 を除去する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧天然ガス中の高
濃度炭酸ガス（ＣＯ2 ）を除去する方法に関する。さら
に詳しくは、天然ガス生産現場などにおいて、得られた
圧力（絶対圧、以下同様。）３０ｋｇ／ｃｍ2 以上の高
圧天然ガス中のＣＯ2 を分離・除去して精製天然ガスと
すると共に、分離されたＣＯ2 を原油の３次回収として
の利用する際や地中の帯水層に永久保存する際の圧入に
有利な比較的高圧の状態で得ることのできる高圧天然ガ
ス中の高濃度ＣＯ2 を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス田で生産される天然ガスには、通
常、相当量のＣＯ2 が含まれている場合がある。このよ
うな天然ガスを生産現場から遠隔の消費地に輸送する際
の、輸送コストを削減したり、燃焼発熱量を消費地の規
格に合わせる必要などから、ある程度のＣＯ2 を予め除
去して、精製天然ガス中のＣＯ2 を２〜３ｖｏｌ％〜十
数ｖｏｌ％としている。このようにして天然ガス生産現
場またはその近くにおける１次的精製により分離された
ＣＯ2 は従来殆ど利用されておらず、そのまま大気中に
廃棄されるか、油田の原油３次回収のための圧入ガスと
して僅かに使用されていたに過ぎない。従って、前記精
製により分離されて得られるＣＯ2 の圧力は殆ど考慮さ
れていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の大気中
のＣＯ2 増加による地球温暖化が問題視されるようにな
り、前記のように分離されたＣＯ2 を昇圧して地中の帯
水層に圧入して永久保存したり、原油の３次回収に積極
的に使用しなければならない状況になっている。しか
し、従来採用されていた天然ガスからのＣＯ2 の除去方
法では高圧の天然ガスを処理するにもかかわらず、分離
されて得られるＣＯ2 は大気圧に近い低圧であり、前記
のような永久保存や原油の３次回収に際しては大気圧に
近い低圧から圧入に必要な１５０ｋｇ／ｃｍ2 程度まで
ＣＯ2 を昇圧しなければならないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは天然ガスか
らのＣＯ2 の除去と分離されるＣＯ2 の処分や利用に関
する前記問題点を鋭意検討した結果、ＣＯ2 吸収能を有
する吸収液の中で、飽和吸収量の温度依存性が高い、い
わゆる物理的吸収性能を有する吸収液を用いる特定の方
法を採用することにより、従来プロセスに比べ遙かに簡
略化された低設備コストで、しかも従来の方法に比べ遙
かに高圧の分離ＣＯ2 が低エネルギコストで得られるこ
とに想到し、本発明を完成させることができた。
【０００５】すなわち本発明によれば、ＣＯ2 の分圧が
２ｋｇ／ｃｍ2 のときの温度４０℃と１２０℃における
飽和ＣＯ2 吸収量の差が３０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上
であるＣＯ2 吸収液の再生されたＣＯ2 リーン吸収液を
用いて、気液接触による吸収工程によりＣＯ2 分圧が２
ｋｇ／ｃｍ2 以上で、かつ圧力３０ｋｇ／ｃｍ2 以上の
高圧天然ガス中の高濃度ＣＯ2 を吸収させてＣＯ2 含量
を低下させた精製天然ガスを得ると共にＣＯ2 リッチ吸
収液を生成させ、次いで再生工程において前記ＣＯ2 リ
ッチ吸収液を脱圧させることなく加熱して圧力が１０ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の高圧ＣＯ2 を遊離させると共にＣＯ2
リーン吸収液を再生させて前記吸収工程に循環させて再
使用することを特徴とする高圧天然ガス中の高濃度ＣＯ
2 を除去する方法が提供される。
【０００６】本発明に使用されるＣＯ2 吸収液はＣＯ2
を吸収させた後、大部分のＣＯ2 を遊離させる再生工程
で再生して吸収工程にて循環使用される。本発明におい
ては、前記ＣＯ2 吸収液のＣＯ2 吸収性能として、ＣＯ
2 の分圧が２ｋｇ／ｃｍ2 のとき、温度４０℃と１２０
℃における飽和ＣＯ2 吸収量の差が３０Ｎｍ3 ／溶媒
（トン）以上であることが必要であり、好ましくは４０
Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上である。通常、吸収液は温度
およびＣＯ2 の分圧が特定されれば、その特定吸収液に
対するＣＯ2 吸収飽和曲線に従い飽和ＣＯ2 吸収量はＣ
Ｏ2 混合気体の種類に殆ど左右されずに特定の値とな
る。本発明においては、後記のように圧力３０ｋｇ／ｃ
ｍ2 以上の高圧の天然ガスから後工程のＣＯ2 吸収液の
再生によって得られるＣＯ2 リーン吸収液を用いてＣＯ
2 を吸収・除去し、得られるＣＯ2 リッチ吸収液を再生
工程において、実質的に脱圧させることなく加熱により
ＣＯ2を遊離させる。従って、比較的低温かつ再生工程
に比べ低ＣＯ2 分圧下で容易にＣＯ2 を吸収することが
でき、再生工程において加熱によりＣＯ2 が遊離しやす
い吸収液ほど、すなわち比較的高温でかつ比較的高ＣＯ
2 分圧下でＣＯ2 が遊離しやすい吸収液ほど好ましいこ
ととなる。
【０００７】吸収液の飽和ＣＯ2 吸収量の温度依存性は
吸収液を構成する化学薬剤や溶媒の種類に大きく依存す
る。本発明では吸収液の有する吸収工程におけるＣＯ2
の吸収能と再生工程における加熱によるＣＯ2 の遊離能
の指標として、一定のＣＯ2の分圧下、すなわちＣＯ2
の分圧が２ｋｇ／ｃｍ2 のときの温度４０℃と１２０℃
における飽和ＣＯ2 吸収量の差で表すこととし、それが
３０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上、特に好ましくは４０Ｎ
ｍ3 ／溶媒（トン）以上となる吸収液を用いる。よっ
て、前記ＣＯ2 分圧下における飽和ＣＯ2 吸収量の差が
３０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上であり、再生加熱温度で
安定であれば特に吸収液の種類は限定されない。また前
記ＣＯ2 の分圧が２ｋｇ／ｃｍ2 のときの温度４０℃に
おける飽和ＣＯ2 吸収量はＣＯ2 リーン吸収液のＣＯ2
吸収量の吸収能の指標にもなるものであり、本発明で
は、この吸収量が好ましくは３０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）
以上、特には４０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上である吸収
液を用いることが好ましい。前記吸収液の具体例として
は、Ｎ−メチル−ジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）水溶
液、トリエタノールアミン水溶液、炭酸カリウム水溶液
などまたはそれらにピペラジンなどのＣＯ2 吸収促進剤
を添加したものをあげることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の方法で採用できる
プロセスの一例を図１により具体的に説明する。また、
比較のため従来採用されていたプロセスの一例を図２に
示す。
【０００９】図１において、１は天然ガス、２は吸収
塔、３は精製天然ガス、４はＣＯ2 リッチ吸収液、５は
熱交換器、６は加熱器、７は再生塔、８はＣＯ2 リーン
吸収液、９は冷却器、１０はオーバヘッドコンデンサ、
１１は分離ドラム、１２は圧縮機（コンプレッサ）、１
３は高圧ＣＯ2 である。図１のプロセスを用いて、本発
明の方法による天然ガス中のＣＯ2 を吸収液として４５
ｗｔ％ＭＤＥＡ水溶液を用いて除去する場合の条件の一
例を説明する。ＣＯ2 含量２６ｖｏｌ％の天然ガス１は
圧力５８ｋｇ／ｃｍ2 、２５℃の条件で吸収塔２の下部
に供給される。吸収塔２では上方に供給されたＣＯ2 リ
ーン吸収液と上昇する天然ガスが効率よく気液接触でき
るように、例えば不規則充填物などが充填されている。
ＣＯ2 リーン吸収液との接触によりＣＯ2 が除去された
精製天然ガス３はＣＯ2 含量２ｖｏｌ％、温度５０℃、
圧力５８ｋｇ／ｃｍ2 となって吸収塔２の上部から塔外
に取出される。一方、ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 リーン吸
収液はＣＯ2 リッチ吸収液４となり、ポンプにより再生
工程に供給され再生される。
【００１０】再生工程は主に熱交換器５、加熱器６およ
び再生塔７からなり、後記高温ＣＯ 2 リーン吸収液８と
の熱交換器５による熱交換で加熱され、次いでスチーム
を熱源とする加熱器６によりさらに加熱されて再生塔７
に供給される。再生塔７は前記加熱により遊離状態にな
ったＣＯ2 と吸収液とを分離し、ＣＯ2 リーン吸収液と
する目的で設置されたものであり、特にリボイラなどの
加熱器は不要であるが必要に応じて設置してもよい。遊
離されたＣＯ2 はオーバヘッドコンデンサ１０で冷却さ
れて分離ドラム１１により同伴吸収液と分離される。こ
のＣＯ2 は約４０℃で圧力５５ｋｇ／ｃｍ2 と比較的高
圧であり、圧縮機１２により圧縮されて圧力１５０ｋｇ
／ｃｍ2 の高圧ＣＯ2 とされ、原油の３次回収に使用さ
れたり地中保存される。
【００１１】一方、再生塔７の塔底から抜出されるＣＯ
2 リーン吸収液８は温度約１４０℃であり、前記のよう
に熱交換器５によりＣＯ2 リッチ吸収液４を加熱して冷
却され、更に冷却器９により冷却水や海水などにより冷
却されて吸収塔２上部に循環供給される。
【００１２】前記本発明の高圧天然ガス中のＣＯ2 の除
去方法を、従来プロセスを採用した図２と比較する。図
２においては、図１と同様の目的で設置された設備や同
様の内容物は同じ番号を用いている。図２のプロセスに
おいて、図１と同様に供給された天然ガス１は図１と同
様の条件でＣＯ2 を吸収・除去され、吸収塔２の上部か
ら精製天然ガス３として取出される。一方、ＣＯ2 リッ
チ吸収液４はポンプにより抜出され、第１フラッシュド
ラム２１においてフラッシュされ、符号３２で示す遊離
ＣＯ2 とＣＯ2 含量が低下した吸収液とする。後者は更
に加熱器２２で加熱され、次いで第２フラッシュドラム
２３に供給され、再度フラッシュさせられ、オーバヘッ
ドコンデンサ２４および第１分離ドラム２５を経て符号
３３で示す遊離ＣＯ2 を回収する。第２のフラッシュド
ラム２３により遊離されたＣＯ2はほぼ常圧で得られる
ので、これを第１圧縮機２６で圧縮して前記の符号３２
で示す遊離ＣＯ2 と合わせ、第２分離ドラム２７を経て
第２圧縮機２８、第３分離ドラム２９、第３圧縮機３０
により圧縮し、圧力約１５０ｋｇ／ｃｍ2 の符号３１で
示す高圧ＣＯ2 を得る。またほぼ常圧で得られるＣＯ2
リーン吸収液８は昇圧ポンプにより昇圧され、冷却器３
４により冷却されてＣＯ2 リーン吸収液８′とされ吸収
塔２の上部に供給される。
【００１３】図１および図２の比較から明らかなよう
に、同じ圧力１５０ｋｇ／ｃｍ2 の遊離ＣＯ2 を得るの
に、図１の本発明の方法を用いることにより、遙かに設
備が簡略化されることが分かる。特に運転操業管理が煩
雑な回転駆動を含む圧縮機が大幅に削減できることが分
かる。また前記ＭＤＥＡの水溶液を吸収液として用いる
場合、その吸収液のＣＯ2 飽和吸収曲線から両プロセス
に必要なエネルギを計算し、表１にまとめた。なお、動
力機器の熱効率を２５％とした。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】以上のように、天然ガスに含まれる高濃
度ＣＯ2 を吸収・除去し、原油の３次回収やＣＯ2 の地
中保存に適した高圧分離ＣＯ2 を得る場合、本発明の方
法によれば、設備が簡略化され、またエネルギ的にも有
利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧天然ガス中のＣＯ2 を除去する方
法で採用できるプロセスの一例を示す図。
【図２】高圧天然ガス中のＣＯ2 を除去する従来の方法
で採用できるプロセスの一例を示す図。
【符号の説明】
１：天然ガス、２：吸収塔、３：精製天然ガス、４：Ｃ
Ｏ2 リッチ吸収液、５：熱交換器、７：再生塔、８：Ｃ
Ｏ2 リーン吸収液、１２：圧縮機、１３：高圧ＣＯ2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炭酸ガスの分圧が２ｋｇ／ｃｍ2 （絶対
    圧）のときの温度４０℃と１２０℃における飽和炭酸ガ
    ス吸収量の差が３０Ｎｍ3 ／溶媒（トン）以上である炭
    酸ガス吸収液の再生された炭酸ガスリーン吸収液を用い
    て、気液接触による吸収工程により炭酸ガス分圧が２ｋ
    ｇ／ｃｍ2 （絶対圧）以上で、かつ圧力３０ｋｇ／ｃｍ
    2 （絶対圧）以上の高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガスを
    吸収させて炭酸ガス含量を低下させた精製天然ガスを得
    ると共に炭酸ガスリッチ吸収液を生成させ、次いで再生
    工程において前記炭酸ガスリッチ吸収液を脱圧させるこ
    となく加熱して圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）以上
    の高圧炭酸ガスを遊離させると共に炭酸ガスリーン吸収
    液を再生させて前記吸収工程に循環させて再使用するこ
    とを特徴とする高圧天然ガス中の高濃度炭酸ガスを除去
    する方法。
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