JP2001507742A - 水化物から気体を回収する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 クラスレート水化物（１００）を占有領域（１０２）の内に供給し、クラスレート水化物占有領域（１０２）の内に電磁放射線源（２００）を配置し、電磁放射線源（２００）からクラスレート水化物（１００）へ、クラスレート水化物（１００）を解離しその構成気体（４０２）を放出するのに十分なエネルギー密度にて、直流から可視光の範囲内の周波数で電磁放射線を適用することによって、クラスレート水化物（１００）から気体が回収される。

Description

【発明の詳細な説明】 水化物から気体を回収する方法 本発明は、気体水化物（またはハイドレート）、特に天然ガスおよび他の水化 物形成気体の水化物を、その構成化学種に、すなわち水化物形成気体と水とに解 離する方法、ならびにそのための装置に関する。 気体水化物は、軽質炭化水素（Ｃ₁〜Ｃ₄）の構成物および他の軽い気体（ＣＯ₂ 、Ｈ₂Ｓ、Ｎ₂など）が加圧下および低温で水と物理的に反応した場合に生成さ れる、特別なタイプの包接化合物である。天然ガス水化物は固体物質であり、こ れらは濃厚スラリーまたは固体の形態では容易に流動しない。石油および気体の 生成ならびに移送系における管路の閉塞という、それらの問題のある性質に起因 して、気体水化物はほぼ６０年の間、工業上厄介なものであると考えられてきた 。気体の生成および移送についてのコストを削減するために、気体水化物の厄介 な面が動機となって、長年の間、水化物を抑制する研究が石油およびガス（また は石炭ガス）工業によって支援されてきた。（ハンドブック・オブ・ナチュラル ・ガス（Handbook of Natural Gas）Ｄ．Ｋａｔｚら、第１８９〜２２１頁、マ グローヒル（McGraw-Hill）、ニューヨーク、１９５９；クラスレート・ハイド レーツ・オブ・ナチュラル・ギャシーズ（Clathrate Hydrates of Natural Gase s）、Ｅ．Ｄ．Ｓｌｏａｎ Ｊｒ．、マーセル・デッカー社（Marcel Dekker，In c.）、１９９１。）天然産の天然ガス水化物もまた、工業用の代替エネルギー資 源として関心の対象である。（インターナショナル・コンフェレンス・オン・ナ チュラル・ガス・ハイドレーツ（International Conference on Natural Gas Hy drates）、編者：Ｅ．Ｄ．Ｓｌｏａｎ Ｊｒ．、Ｊ．Ｈａｐｐｅｌ、Ｍ．Ａ．Ｈ ｎａｔｏｗ、１９９４、第２２５〜２３１頁−概説：ガス・ハイドレーツ・ジオ ロジー・アンド・ジオグラフィー（Gas Hydrates Geology and Geography）、Ｒ ．Ｄ．Ｍａｌｏｎｅ、第２３２〜２４６頁；−ナチュラル・ガス・ハイドレート ・オッカレンス・アンド・イシューズ（Natural Gas Hydrate Occurrence and I ssues）、Ｋ．Ａ．Ｋｖｅｎｖｏｌｄｅｎ。） 天然ガス水化物は、１立方フィートの固体の天然ガス水化物あたりに、約１８ ０標準立方フィートの気体を含むので、天然ガスの貯蔵および輸送に水化物を使 用することができると提唱する研究者もいる。（Ｂ．ＭｉｌｌｅｒおよびＥ．Ｒ ．Ｓｔｒｏｎｇ、Ａｍ．Ｇａｓ Ａｓｓｏｃ．Ｍｏｎ２８（２）、６３−１９４ ６。）水化物中の気体は高濃度であるので、より効率的なコストでより安全に天 然ガスを貯蔵および輸送するために、研究者はこれらの物質を意図的に製造する ことを熟考してきた。Ｇｕｄｍｕｎｄｓｓｏｎの米国特許第5,536,893号は、天 然ガス水化物を生成するための多段階プロセスを開示している。Ｇｕｄｍｕｎｄ ｓｓｏｎら、「トランスポート・オブ・ナチュラル・ガス・アズ・フローズン・ ハイドレート（Transport of Natural Gas as Frozen Hydrate）、ＩＳＯＰＥ Ｃｏｎｆ．、Ｐｒｏｃ．、Ｖ．１、ハーグ、ＮＬ、１９９５年６月；「ストア リング・ナチュラル・ガス・アズ・フローズン・ハイドレート（Storing Natura l Gas as Frozen Hydrate）」、ＳＰＥプロダクション・アンド・ファシリティ ーズ（SPE Production & Facilities）、１９９４年２月についても参照のこと 。 Ｃａｈｎらの米国特許第3,514,274号は、固体の水化物相が一つまたは一連の プロセス工程において生成され、その後、貯蔵所へまたは直接に海上輸送船への いずれかで運搬される。これらは、貯蔵所および海上輸送船への濃厚水化物スラ リーの運搬を必要とする。ダクトおよびパイプラインを通る、圧縮された水化物 ブロックおよびシリンダーの空気式運搬もまた提案されている。Ｌ．Ｆ．Ｓｍｉ ｒｎｏｖ、「ニュー・テクノロジーズ・ユージング・ガス・ハイドレーツ（New Technologies Using Gas Hydrates）」、Ｔｅｏｒ．Ｏｓｎ．Ｋｈｉｍ．Ｔｅｋ ｈｎｏｌ.、Ｖ．２３（６）、第８０８〜８２２頁（１９８９）、国際出願WO 93 /01153、１９９３年１月２１日を参照のこと。 刊行された文献（Ｅ．Ｄ．Ｓｌｏａｎ Ｊｒ．、１９９１ クラスレート・ハ イドレーツ・オブ・ナチュラル・ギャシーズ、マーセル・デッカー社）によれば 、攪拌タンクから濃厚な気体水化物スラリーをパイプで輸送することは、信頼性 の高い操作と、または半連続操作とさえも相容れないようである。パイプの閉塞 ならびに反応器および混合装置の汚れは、重大な問題である。気体水化物の閉塞 ／汚れを防止する化学的／機械的方法を模索することには、依然として現在の気 体 水化物研究についての焦点が当てられている。（Ｊ．Ｌｏｎｇ、「ガス・ハイド レート・フォーメーション・メカニズム・アンド・キネティック・インヒビショ ン（Gas Hydrate Formation Mechanism and Kinetic Inhibition）」、博士論文 、１９９４、コロラド・スクール・オブ・マインズ（Colorado School of Mines ）、コロラド州ゴールデン；Ｅ．Ｄ．Ｓｌｏａｎ Ｊｒ．、「ザ・ステート−オ ブ−ザ−アート・オブ・ハイドレーツ・アズ・リレイティッド・トウ・ザ・ナチ ュラル・ガス・インダストリー（The State-of-the-Art of Hydrates as Relate d to the Natural Gas Industry）」、トピカル・リポート（Topical Report） ＧＲＩ91/0302、１９９２年６月；Ｐ．Ｅｎｇｌｅｚｏｎｓ、「クラスレート・ ハイドレーツ（Clathrate Hydrates）」、Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ． 、Ｖ．３２、第１２５１〜１２７４頁、１９９３。） 気体水化物は、クラスレートとして知られる結晶性構造を有する、特別な包接 化合物である。気体分子は、水素結合した水分子を含む水の網目構造の拡張され た格子内に物理的に取り込まれるか係合されている。この構造は、気体分子と水 分子との間の弱いファンデルワールス力ならびにかご構造の内部にある水分子間 の水素結合により安定である。構造Ｉのクラスレート水化物の単位結晶は、４６ 個の水分子毎に、２個の１４面体（tetrakaidecahedron）空孔と６個の１２面体 空孔とを含み、取り込まれた気体は、メタン、エタン、二酸化炭素、および硫化 水素からなり得る。構造IIのクラスレート水化物の単位結晶は、１３６個の水分 子毎に、８個の大きな１６面体（hexakaidecahedron）空孔と１６個の１２面体 空孔とを含む。 クラスレート水化物は、永久凍土層または深海の環境において自然に生じ、従 って、重要な天然資源であると見なされる。このような資源を利用するために、 気体水化物の形成および解離を理解する必要がある。「キネティックス・オブ・ メサン・ハイドレート・デコンポジション（Kinetics of Methane Hydrate Deco mposition）」、Ｋｉｍら、ケミカル・エンジニアリング・サイエンス(Chemical Engineering Science)、Ｖ．４２、Ｎｏ．７、第１６４５〜１６５３頁（１９ ８７）は、メタン水化物の解離の速度論を論じ、圧力依存性が、平衡圧力と解離 圧力とにおける気体のフガシティーの差に更に依存することを示している。「ア ・ マルチ−フェーズ、マルチ−ディメンジョナル、バリアブル・コンポジション・ シミュレーション・オブ・ガス・プロダクション・フロム・ア・コンベンショナ ル・ガス・リザーバー・イン・コンタクト・ウィズ・ハイドレーツ（A Multi-Ph ase，Multi-Dimensional，Variable Composition Simulation of Gas Productio n from a Conventional Gas Reservoir in Contact with Hydrates）、Ｂｕｒｓ ｈｅａｒｓら、アンコンベンショナル・ガス・テクノロジー・シンプロイス・オ ブ・ザ・ソサエティ・オブ・ペトロリエム・エンジニアーズ(Unconventional Ga s Technology Symprouis of the Society of Petroleum Engineers)、第４４９ 〜４５３頁（１９８６）は、外部的な熱源なしで減圧することによって水化物を 解離することを論じる。「ハイドレート・ディソシエイション・イン・セディメ ント（Hydrate Dissociation in Sediment）」、Ｓｅｌｉｍら、第６２回アニュ アル・テクニカル・コンフェレンス・アンド・エキシビション・オブ・ザ・ソサ エティ・オブ・ペトロリエム・エンジニアーズ（Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers）、第２４３〜２５８ 頁（１９８７）は、熱特性および多孔性媒体の多孔度に対する水化物の解離率に 関する。「メサン・ハイドレート・ガス・プロダクション：アン・アセスメント ・オブ・コンベンショナル・プロダクション・テクノロジー・アズ・アプライド ・トウ・ハイドレート・ガス・リカバリー（Methane Hydrate Gas Production:A n Assessment of Conventional Production Technology as Applied to Hydrate Gas Recovery）」、ＭｃＧｒｕｉｅ、ロスアラモス・ナショナル・ラボラトリ （Los Alamos National Laboratory）、第１〜１７頁（１９８１）は、熱的刺激 および減圧の両方による水化物気体生成の実行可能性を論じている。「ガス・ハ イドレーツ・デコンポジション・アンド・イッツ・モデリング（Gas Hydrates D ecomposition and Its Modeling）、Ｇｕｏら、１９９２インターナショナル・ ガス・リサーチ・コンフェレンス（International Gas Research Conference） 、第２４３〜２５２頁（１９９２）は、化学ポテンシャルの差が水化物を解離す るための推進力であるとしている。 Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎらの、「トリートメント・オブ・ハイドロカーボン・ギ ャシーズ（Treatment of Hydrocarbon Gases）」という名称の米国特許第2,375, 559号は、成分を混合するときに、成分を冷却および分散させることによって水 化物を形成する方法を開示している。同様に、Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎの、「シス テム・フォー・フォーミング・アンド・ストアリング・ハイドロカーボン・ハイ ドレーション（System for Forming and Storing Hydrocarbon Hydration）」と いう名称の米国特許第2,356,407号は、水とキャリア液体とを用いて水化物を形 成することを開示している。Ｂｅｎｅｓｈの米国特許第2,270,016号は、水とア ルコールとを用いて水化物を形成および貯蔵すること、これにより、貯蔵用の水 化物ブロックを形成することを開示している。 Ｃａｈｎらの米国特許第3,514,274号は、天然ガスを水化物として船に積載し 、輸送することを開示している。このシステムは、キャリアとしてプロパンまた はブタンを使用する。Ｎｉｅｒｍａｎの米国特許第3,975,167号は、天然ガス水 化物の、海中での形成および輸送を開示している。Ｅｈｒｓａｍの米国特許第4, 920,752号は、水化物の形成および貯蔵の両方に関し、ここで、リザーバーの一 つのチャンバに水化物を供給し、もう一つのチャンバでは水化物を気体と氷とへ 分解することによって排出する。 水化物は氷に似ており、良い絶縁体（または断熱材）である。Ｃａｈｎらの特 許第‘２７４号に教示されるプロセスは、水化物を液体の炭化水素スラリーに貯 蔵し、これにより、液体の炭化水素を伝熱剤として機能するように取り扱うこと を可能にする。しかし、水化物をその固体の形態で貯蔵および輸送することは、 液体のスラリー成分がないので本質的により効率的であり、より多くの天然ガス が（その水化物の形態で）所定の容積に貯蔵され得る。 気体水化物からの気体の回収において、容積についての上記の効率を維持する ことは経済的にも有利であり、従って、水化物の大きな解離熱（メタン水化物で は４１０ｋＪ／ｋｇであり、氷の融解熱よりも２５％大きい。参照：クラスレー ト・ハイドレーツ・オブ・ナチュラル・ギャシーズ、Ｅ.Ｄ.Ｓｌｏａｎ Ｊｒ． 、マーセル・デッカー社、１９９１）を供給するために必要とされる伝熱剤の体 積を最小化するのに都合がよい。 マイクロ波放射線は、液体の水を含有する物質にエネルギーを効率的に伝える ために、科学的、工業的および家庭的な全ての用途に広範に使用される。石油お よびガス工業の例は、透過性（permeability）と流体飽和度とのコア測定（参照 ：Ｐａｒｓｏｎｓ、１９７５、Ｂｒｏｓｔら、１９８１、Ｐａｒｍｅｒｓｗａｒ ら、１９９２）、および石油生成における油−水のエマルションの破壊（参照： オイル・アンド・ガス・ジャーナル（Oil & Gas Journal）、１９９６年１２月 ２日）を含む。水化物は過剰な水を吸着し（同じ個所に（ibid））、そして吸着 された水分子は、０℃未満の温度であっても液体様の性質を保持し得る（Ｈ．Ｐ ．Ｓｃｈｗａｎｎ、Ａｎｎ．ニューヨーク・アカデミー・オブ・サイエンス（Ne w York Academy of Science）、Ｖ．１２５、第３４４頁、１９６５年１０月） 。本発明は、水化物を解離し、その結果得られる気体を回収するための効率的な ルートとして、気体水化物のマイクロ波照射を利用する。 本発明は、気体水化物をその化学的成分に、すなわち水化物形成気体（例えば 、天然ガス混合物）、水および他の不純物に連続的に解離するためのプロセス（ または方法）であって： （ａ）占有領域の内にクラスレート水化物を供給する工程と； （ｂ）該クラスレート水化物占有領域の内に電磁放射線源を配置する工程と； （ｃ）工程（ｂ）の該電磁放射線源から該クラスレート水化物へ、該クラスレ ート水化物を解離してその構成気体を放出するのに十分なエネルギー密度にて、 直流（direct current）から可視光の範囲内の周波数で電磁放射線を適用するこ とによって、該クラスレート水化物から気体を回収する工程と； を含むプロセスを提供する。 本発明のプロセスに使用される電磁放射線は、好ましくは非電離放射線である 。電磁放射線は、上記気体水化物の表面に中空ウェーブガイドによって適切に導 かれ得る。有用な周波数は、代表的には１００ＭＨＺから３０００Ｇｈｚまでを 含む。電磁放射線は、０．１ｍｍから３ｍまでの波長を特徴とする。 電磁放射線の周波数は、好ましくは、解離される水化物塊の空間的範囲によっ て示されるような、気体水化物を貫通する深さを最適化するように調節される。 放射線周波数は、また、好ましくは、水化物塊に伝達されるエネルギー効率を最 適化するように調節される。ここで、エネルギー効率は、温度といくつかの物質 についての不純物濃度との関数であることが知られている（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍ ｅｒのエンサイクロペディア・オブ・ケミカル・プロセッシング（Encyclopedia of Chemical Processing）のＶ．１６、第４編、マーセル・デッカー社、１９ ９５における「マイクロウェーブ・テクノロジー（Microwave Technology）」） 。 放射線出力レベルは、好ましくは、水化物の解離率と水化物の解離によって生 成されるフリーな水の同時照射に起因する効率低下との間で経済的に最適なバラ ンスが達成されるように調節される。上記の気体水化物の解離によって生成され る液体の水は、天然ガス回収工程の間に、処分しても、集めても、さらに／ある いは固体の水化物と接触して保持してもよい。しかしながら、ある用途において は、回収された気体ストリームの含水量がやむを得ず低い場合（例えば、燃料） 、液体の水を過剰に照射し、該液体の水を加熱して、気体ストリームの含水量を 増加させる場合がある。このようなモデルにおいては、気体回収プロセスの経済 効率は、下流で気体を脱水する設備を必要とするので低下する。 本発明のプロセスは、好ましくは、上記の集められた液体の水よりも、上記の 気体水化物を優先的に照射するように導く工程を制御することを更に含む。大き な水化物蓄積物（例えば、船またはバージ（もしくは平底の荷船）の船倉）を照 射する場合、マイクロ波源は、水化物塊の上方に配置され、そして放射線を下方 に導いてよい。天然ガス水化物は、水に対して正の浮力を有し、生成された液体 の水上に浮かぶ傾向にあり、この液体の水の同時照射の割合を減少させる。 マイクロ波源は、静止または可動のいずれかであり得る。例えば、マイクロ波 源の動きは、液体の水と気体水化物との間の光学的な反射率（すなわち、アルベ ド）の差を感知することができるデバイスによって制御され得る。あるいは、マ イクロ波源は、所望の空間領域が照射されるような様式で横断または回転するよ うに設計され得る。最後に、マイクロ波源は、局所的な照射を行うために水化物 塊の内に配置されてもよい。 本発明は、水および水化物形成気体を貯蔵された安定な気体水化物から回収す るための方法に関する。水化物形成気体は、少し挙げると、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、天然 ガス、および付随ガスを含む。しかしながら下記においては、回収プロセスにお ける気体成分として天然ガスを一般的に記載するものとする。しかし、天然ガス 以外の水化物形成気体を考慮するために本発明の原理が適用され得、この理由に より本発明が天然ガスのみの使用に制限されると見なされるべきでないことが、 当業者には明白である。気体水化物から気体を回収する本発明の方法は、海上お よび地上の両方の操作に適用され得る。本発明の方法は、エネルギーを伝達する 他の方法（例えば、伝導、対流、機械的、音波などによる方法）を活用する、水 化物からの気体の回収方法と組み合わせて使用され得る。本発明の方法は、気体 水化物を含む領域を共に占有する、固体、液体、または気体である物質の存在下 で使用され得る。これらの物質は、上述の他の気体回収方法において作用物質と して働いても、働かなくてもよい。 図１は、本発明の一つの実施形態、即ち、貯蔵領域（例えば、船またはバージ の船倉）にある水化物からの気体の回収における主要な処理工程を示す簡素化し た概略ダイアグラムである。 図２は、本発明の一つの実施態様、即ち、パイプラインにある水化物閉塞物（ またはブロック）の解離における主要な処理工程を示す簡素化した概略ダイアグ ラムである。 図３は、本発明の一つの実施態様、即ち、生成井戸の近傍における石油を産出 する岩石層（petroleum-bearing rock formation）の内にある水化物のその場所 での解離における主要な処理工程を示す簡単な概略ダイアグラムである。 水化物を生成するための供給原料 本発明は、水化物から気体を回収する。上述のように、水化物は、適当な水化 物形成気体を適切な水源と共に使用して工業的に生成され得る。水源の有用な例 は、湖または河からの淡水、ならびに塩水（例えば、海洋からの海水）、ならび に石油工業からの化成水のような、微粒子または他の物質で汚染された任意の水 を含む。水化物形成気体供給原料は、高純度の炭化水素ガス（Ｃ₁〜Ｃ₄）、天然 ガス混合物、ならびに他の水化物形成気体（酸素、窒素、二酸化炭素および硫化 水素、ならびにそれらの各混合物など）を含み得る。気体は、他の水化物を形成 しない物質または化合物および微粒子などの他の不純物によって汚染されていて もよい。 実施態様の説明 本発明のプロセスは、気体水化物から気体を回収し、かつ熱または物質移動の 目的のために液体炭化水素の添加を必要としない。好ましい実施態様において、 気体水化物は、１０重量％未満の液体炭化水素、より好ましくは１重量％未満の 液体炭化水素を含む。特に好ましい実施態様において、気体水化物は、実質的に 乾燥している細かく粉砕された固体である。 本発明の特に好ましい三つの実施態様は：（ａ）気体水化物を含む貯蔵領域、 例えば、船またはバージの船倉あるいは静止しているか可動である任意の他の貯 蔵領域から、気体を回収するためのプロセス；（ｂ）気体輸送パイプラインの内 側にある水化物集積体から気体を回収するためのプロセス；および（ｃ）石油お よび／またはガスを生成する坑井内孔（wellbore）の近傍にある、水化物を産出 する岩石層から気体を回収するためのプロセスを含む。 第一の実施態様：気体水化物を含む貯蔵領域からの気体の回収 代表的なプロセス 望ましい回収プロセス温度は、所望の気体回収率（または速度）と、領域内の 水化物塊の初期温度と、高温ヒートシンク（周囲）の温度との間のバランスによ って設定される。回収プロセス温度は、所望の気体回収率（または速度）と、貯 蔵領域の材料制約との間のバランスによって設定される。気体と水とが水化物へ 自然に再形成されることを回避するために、領域の圧力を所定温度での水化物の 平衡圧力よりも低く維持することもまた望ましい。 図１を参照して、水化物塊１００が貯蔵タンクの内壁１０１の内部を占める。 後者は、断熱材１０３によって外壁１０２から分離されている。内壁１０１を外 壁１０２に連結する強化部材１０４が、タンク全体に機械的強度を付与している 。タンクの内側上面に取り付けられているのは、ｘ−ｙ位置決め装置１０５であ る。 さらに、このｘ−ｙ位置決め装置は、垂直方向すなわちｚ−方向に上昇または下 降され得る。ｘ−ｙ位置決め装置１０５に取り付けられているのは、一つ以上の マイクロ波発生器２００（例えば、クライストロン（Klystron））である。この マイクロ波発生器２００は、貯蔵タンクの壁１０１、１０２の上方の面を貫通す るケーブル２０１からＤＣ電気信号を受ける。マイクロ波２０３ａは、中空ウェ ーブガイド２０２を通過し、次いでホルン型アンテナ２０３によって水化物塊１ ００に当てられる。ケーブル２０１は、ＤＣ電源（図示せず）に連結される。 ホルン型アンテナに取り付けられているのは、可視光源３００および光学セン サー３０１である。光源３００は、可視光を水化物表面に向けて発射し（または 導かれ）、可視光の一部はセンサー３０１に反射される。センサー３０１からの デジタルまたはアナログ信号が、マイクロ波アンテナの照準線上にある領域の水 化物および／または水の含有量を測定するために、コンピュータ３０２で処理さ れる。その後、コンピュータ３０２は、デジタルまたはアナログ信号をｘ−ｙ位 置決め装置１０５およびマイクロ波発生器２００に伝送し、これにより、水化物 の解離によって生成される、液体の水の溜まりまたは領域４００よりもむしろ、 水化物塊にマイクロ波エネルギーを集中させる。 気体回収プロセスの間に生成された液体の水４００は、水化物塊１００と共に 接触した状態で残り得る。液体の水は天然ガス水化物よりも密度が高いので（参 照：Ｅ．Ｄ．Ｓｌｏａｎ Ｊｒ.、「クラスレート・ハイドレーツ・オブ・ナチ ュラル・ギャシーズ」、マーセル・デッカー社、１９９１を参照のこと）、液体 の水はタンクの底部を占める傾向にあり、残りの水化物に浮力を与える。あるい は、液体の水４００の一部または全ては、ポンプ４０１によってタンクから取り 出され得る。貯蔵タンクから取り出された水の一部は、他の場所に貯蔵されるか 、処理（必要であれば）され、そして環境を害することなく周辺に廃棄されるか のいずれかであり得る。 気体回収プロセスの間に生成された気体４０２は、貯蔵タンクの上部に集まる 。この気体は、マイクロ波に対して透明であり、パイプマニホールド４０４に連 結されたベント４０３を通って貯蔵タンクの上部を出る。パイプマニホールド４ ０４は、回収された気体を下流にある脱水および再圧縮装置（図示せず）へ導く 。 第二の実施態様：パイプライン内部の水化物集積体からの気体の回収 本実施態様は、水素化物を含む領域が、天然ガスを輸送するために使用される パイプラインであるという点で、上述の第一の実施態様と異なる。ここで、天然 ガスは、ＣＯ₂およびＨ₂Ｓなど他の気体成分を有しても有さなくてもよく、液化 天然ガス、原油もしくは精製石油、または水などの流体を有しても有さなくても よい。 代表的なプロセス 気体回収温度は、パイプラインで利用可能な温度によって設定される。同様に 、回収圧力は、利用可能なパイプライン圧力によって設定される。好ましくは、 水化物集積体を含むパイプライン部分における圧力は、水化物の自発的な形成を 回避するために、気体水化物の平衡圧力よりも低いレベルにまで減少させられる 。そうでない場合には、気体回収プロセスは、水化物の再集積を回避するために 、間欠的にまたは連続的に操作されなければならない。 次に、図２を参照して、水化物塊１１０は、パイプライン１１１を部分的にま たは完全に閉塞する。軌道に載せられた（track-mounted）バギー２１０が、好 都合なアクセスポート（図示せず）を通してパイプラインに導入される。バギー ２１０は、マイクロ波発生器２１１を支持する。マイクロ波放射線２１２は、発 生器２１１からウェーブガイド２１３を通して運ばれ、ホルン型アンテナ２１４ によって水化物塊に向けて発射される（または導かれる）。アンテナは、パイプ ラインに平行な軸に対して鋭角に取り付けられ、モータードライブ２１５がアン テナを回転させるように構成され得る。このようにして、水化物集積体の全体が 解離され得る。 電力ケーブル２１６はＤＣ電気信号を伝送して、バギー２１０、モータードラ イブ２１５、およびマイクロ波発生器２１１、ならびにバギーに取り付けられ、 照明を有するビデオカメラ２１７に動力を供給する。オペレータは、カメラ２１ ７によって、パイプラインのバギーの前方付近を観測でき、ビデオカメラ信号は 、同軸ケーブル２１８によってオペレータに伝送される。電力ケーブル２１６お よび同軸ケーブル２１８は、圧密（pressure-tight）アクセスポート（図示せず ）を通って、パイプラインを出る。 回収プロセスの間に生産される液体の水３１０および天然ガス３１１は、パイ プラインの内で集積する。あるいは、上記の液体の水３１０は、ブロー・ダウン ・バルブ３１２から取り出され得る。 第三の実施態様：水化物を産出する岩石層からの気体の回収 本実施態様は、水化物が、石油リザーバーの岩石層の孔空間を占めるという点 で、上述の第一および第二の実施態様と異なる。対象とする岩石層は、坑井内孔 の近くにある。 代表的なプロセス 気体回収圧力および温度は、石油リザーバーおよび坑井内孔の圧力および温度 によって設定される。 次に、図３を参照して、水化物を含む岩石層１２０が、穿孔された坑井内孔ケ ーシング１２１を取り囲む。穴下降手段２２０は、ドリリングプラットホーム（ 図示せず）にワイヤ線２２１によって連結され、水化物を含有する構成物１２０ に配置される。穴下降手段２２０は、マイクロ波発生器２２１および一つ以上の ホルン型マイクロ波アンテナ２２２を支持する。このホルン型マイクロ波アンテ ナ ２２２は、坑井内孔ケーシング１２１を通って岩石層１２０へ、マイクロ波放射 線２２３を向けて発射する（または導く）ように設計されている。マイクロ波発 生器２２１は、ＤＣ電源ケーブル２２４によって電力が供給される。気体３２０ および水３２１は、石油リザーバーの流体のように生成される。実施例 気体水化物は、気体を貯蔵し、輸送するために、意図的に製造できる。これら の気体は、商品または汚染物質あるいは、天然または工業プロセスで生じる他の タイプの気体であり得る。固体水化物粒子は、発電所ならびに汚染の低減を意図 するプロセスにおいて使用され得る。天然および人工の両方の水性環境に気体を 大量に加えなければならない場合に、固体水化物粒子が使用され得る。 気体水化物は、適正な温度、圧力、気体組成、および含水量の下で気体パイプ ラインにて、自然に意図しないで生じ得る。この場合、水化物は、パイプライン を塞ぎ、その操作効率を減少させるので好ましくない。同様に、気体水化物は、 石油リザーバーにおいても自然に自発的に生じ得る。近年の見積もりによれば、 700,000ＴＣＦの天然ガスまたは地球上の有機炭素貯蔵量の５３％は、自然に生 じる水化物堆積物に存在する（参照：Ｋｖｅｎｖｏｌｄｅｎ，Ｋ．Ａ．の「イン ターナショナル・コンフェレンス・オン・ナチュラル・ガス・ハイドレーツ」、 Ｓｌｏａｎら編、ニューヨーク・アカデミー・オブ・サイエンス、ＮＹＣ、１９ ９４、２３２頁）。 人工的に生成された気体水化物は、小型船、タンカー、バージ、または浮揚コ ンテナ（これはタグボートで陸へ牽引される）によって、沖合いの貯蔵容器から 輸送され得る。最も好ましい構成において、水化物粒子は、スクリューコンベヤ と重力送り装置とを組み合わせることによって、沖合いの貯蔵タンクからパイプ ラインまたは機械的コンベヤを経てタンカーへ輸送される。タンカーは、ゲージ 圧の下（または加圧下）で粒子を貯蔵することができるが、これは必ずしも必要 でない。粒子は、固体の積荷として、あるいは水中で、または炭化水素系の液体 中で海岸へ輸送される。輸送の間に粒子から出た気体は、加圧され、および／ま たはタンカー、冷却装置、および余分な気体を処分する他の手段を作動させるた めに使用され得る。 水化物粒子は、岩石層に穿たれた大きな洞穴などの地下貯蔵室にもまた貯蔵さ れ得る。これは、気体水化物の供給に先立って地下貯蔵洞穴を冷却／冷凍し、こ れにより、自然に生じた水を凍らせて、「容器」の壁に氷の断熱シェルを生じさ せることによって達成され得る。このようにして、気体が貯蔵洞穴から逃れ出る ことを防止することができる。通常の個別の容器と同様に、本発明に従って生成 された気体水化物は、以下により詳細に説明するように、大気圧付近で貯蔵され 得る。 人工的に生成された気体水化物は、輸送後に、タンカーから陸上にある一つ以 上の貯蔵タンクへ、ポンプまたはスクリューコンベヤなどの他の方法によって送 られる。気体はまた、積載されたその場での再気体化によって回収され得る。溶 融は、種々のタイプの加熱、例えば気体で運転される発電所から放出される熱ま たはタービンエンジンから出た熱水を使用して行うことができる。冷たい溶融水 は、発電所用の冷却剤として使用され得、従って、通常の冷却塔効率を向上させ ることができる。タンカーが空であるときは、溶融水およびプロセス水が積載さ れ得る。水は、船荷であったものに起因し得る。溶融水は、海岸から沖合いのプ ラットホームまでの間、タンカー用のバラストとなる。タンカーがプラットホー ムで粒子を積載するときに、溶融水を降ろす。プラットホームにあるタンクは、 水化物生成に使用するための溶融水を受容する。所望であれば、空気を溶融水お よびプロセス水から除去してよく、そしてオプションとして前処理され得る。空 気の除去は陸上および／または沖合いで行われ得る。加えて、水はリザーバーへ の注入に使用され得る。 パイプラインまたはリザーバー岩石層において水化物集積体が解離する場合に は、解離反応の間に生成された液体の水および気体は、他の流体として流れる。 従って、特別な取り扱い要件を必要としない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロン，ジンピン アメリカ合衆国75024テキサス州プラノ、 メンドタ・ドライブ6017番 (72)発明者 セイガー・ローランド・バーナード アメリカ合衆国08078ニュージャージー州 ランミード、ウエスト・イブシャム・ロー ド207番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）占有領域の内にクラスレート水化物を供給する工程と； （ｂ）該クラスレート水化物占有領域の内に電磁放射線源を配置する工程と； （ｃ）工程（ｂ）の該電磁放射線源から該クラスレート水化物へ、該クラスレ ート水化物を解離してその構成気体を放出するのに十分なエネルギー密度にて、 直流から可視光の範囲内の周波数で電磁放射線を適用することによって、該クラ スレート水化物から気体を回収する工程と； を含む、クラスレート水化物から気体を回収する方法。 ２．前記電磁放射線がマイクロ波放射線である、請求の範囲１に記載の方法。 ３．前記回収工程（ｃ）が、炭化水素が添加されていない状態で行われる、請求 の範囲１に記載の方法。 ４．前記配置工程（ｂ）が、電磁放射線源を貯蔵容器の内に移動可能に取り付け ることを更に含む、請求の範囲１に記載の方法。 ５．前記配置工程（ｂ）が、電磁放射線源をクラスレート水化物を含む導管の内 に移動可能に配置することを更に含む、請求の範囲１に記載の方法。 ６．前記クラスレート水化物と他の物質との間の光学的な反射率の差を感知する ことによって、該クラスレート水化物の表面に当てるように、前記電磁エネルギ ーを導く工程を更に含む、請求の範囲１に記載の方法。 ７．前記気体水化物の解離から生成された液体の水を集めることを更に含む、請 求の範囲１に記載の方法。 ８．前記天然ガス水化物を前記集められた液体の水と接触させることを更に含む 、請求の範囲７に記載の方法。 ９．前記回収工程（ｃ）が、前記電磁放射線を前記気体水化物の表面に、中空ウ ェーブガイドを用いて導くことを更に含む、請求の範囲１に記載の方法。 １０．前記集められた液体の水よりも、前記気体水化物を優先的に照射するよう に、前記導く工程を制御することを更に含む、請求の範囲９に記載の方法。