JP2003294343A - 気体含有氷または水和物の製造法及びその装置とその製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】メタン、炭酸ガス、オゾン等の気体を安定且つ
高濃度で氷や水和物に閉じ込める手段の実現。 【手段】メタンハイドレートの回収の例では、水和物生
成上限温度上昇や下限圧力の低下を図るため給水管
（６）からの海水にアルゴンガスを添加し、更に、ホウ
酸水溶液やホウ砂等のホウ素を含有する化合物の水溶液
を混合して圧送管（３）より海底のメタンハイドレート
（４）に注入する。ホウ素は水和物中で水和物の結合構
造を変化させ、メタンの水和物の構造を強固なものとし
回収時にハイドレートが撹乱されても周辺の海水や大気
の汚染を最小限にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、気体を高濃度に含
有する氷または水和物を製造する技術分野に属し、メタ
ンや天然ガスを扱う場合には、深海底のメタンハイドレ
ートの回収や、軟弱地盤での天然ガスの回収に用いられ
る。また、二酸化炭素を扱う場合は、海底への炭酸ガス
の貯蔵や、極地での炭酸ガス貯蔵に応用される。更にオ
ゾン、または、活性酸素やＯＨラジカルなどの酸化作用
を有するオゾンと水との反応生成物を含有した氷の場合
は、殺菌・鮮度保持・消臭効果を利用した生鮮食品の輸
送や貯蔵、室内の殺菌・消臭に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来のメタンハイドレートの回収法で
は、二酸化炭素を海底に圧送して炭酸ガスを海底に閉じ
込めるとともにメタンを海上に回収する方法が開示され
ている。また、岩盤に閉じ込められた天然ガスを掘削し
て回収する技術が確立している。更に、オゾン氷製造法
では、オゾン水を単に冷却してオゾン氷を得ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、メタンハイド
レートからのメタン回収の場合、回収過程で周囲の海水
や大気にメタンが大量に漏れ出し、環境汚染の課題があ
った。同様に、海底への二酸化炭素貯蔵も周辺環境への
漏れ出しの課題があった。また、天然ガスも岩盤以外の
軟弱な地盤からは環境汚染の課題と効率の問題があるた
め実現していない。更にオゾン氷の従来製法では、水が
結晶化する際に溶存気体の多くを追い出してしまい、溶
存気体濃度を上げることが困難であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで発明者は当初、遠
赤外線が本件に何らかのプラス要因になるのではないか
との着想で、日本をはじめアジア各地の火山岩や石炭や
天然ミネラル水等をオゾン水に接触または混合して製氷
実験を繰り返し、ついにそれまで困難であった溶存オゾ
ン濃度の高い氷（１５ｍｇ／Ｋｇ・Ｈ_２Ｏ）を得ること
に成功した。次に、どのような成分が赤外線などの電磁
波を出しているのかを見るために、一般の水道水や、蒸
留水を混合して製造した氷や前述で失敗した氷と成功し
た氷の成分比較をした結果、成功群には失敗群と比較し
て全てホウ素濃度が有意に高いことを発見した（失敗群
ではホウ素は検出限界未満であった）。しかし、この結
果だけでは、電磁波の影響があるのかどうかはわからな
いので、更にホウ素を含む微量の硼酸を添加して実験し
た結果同様の高濃度オゾン氷を得る事ができた。当初、
赤外線などの電磁波や磁気が影響したのではないかと考
えていたが、この硼酸は磁気を帯びているわけでもなけ
れば、周囲の容器に比較して特に多量の遠赤外線を放出
しているわけでもないことからホウ素それ自体が影響し
ているものと考えた。氷におけるホウ素のオゾン保持に
関する詳細な機序は現在不明であり、今後Ｘ線回折など
で調査する必要があるが、これまでの実験結果からホウ
素は水が結晶化する際に水素原子あるいは水分子と結合
して氷の結晶構造を変えることに起因しているのではな
いかと推察できる。更に発明者等は、水素原子あるいは
水分子と結合して氷の結晶構造を変化させたことにこの
成功が起因するのであれば、この技術がオゾンガスのみ
ならずメタン、炭酸ガス、天然ガス等、他のガスの氷や
水和物への閉じ込めも可能であることに気がついた。

【０００５】発明の第一では、気体溶存水の生成手段と
該溶存水へのホウ素またはホウ素化合物の添加手段と製
氷または水和物生成手段を用いることで、氷の結晶構造
や水和物の立体構造を変化させて溶存気体を多量に封じ
込めることが可能となる。

【０００６】第二では、前記気体がオゾンまたは活性酸
素であり、前記溶存水がオゾン水またはオゾン水から生
成される活性水とすることで高濃度オゾン氷を得ること
が可能となる。

【０００７】第三では、前記気体がメタンガスまたは天
然ガスであり、前記溶存水が該気体の溶存水または水和
物であることを特徴とすることでメタンや天然ガスを水
和物中に確実に封じ込めることが可能となりそれらのガ
スを、環境汚染を抑制して回収することが可能となる。

【０００８】第四では、同様に前記気体が二酸化炭素で
あり、前記溶存水が二酸化炭素溶存水または二酸化炭素
の水和物とすることで確実に炭酸ガスを海底で水和物に
閉じ込め、あるいは氷に封じ込めてグリーンランドの氷
床中やシベリヤの天然ガス採掘廃坑跡などの極地での貯
蔵が可能となる。

【０００９】第五では、前記ホウ素または前記ホウ素化
合物を珪素や珪素化合物などの骨材と共に焼結したセラ
ミックを前記溶存水へ接触させることを前記ホウ素添加
手段とすることで、セラミックからホウ素が徐々に溶出
することで微弱な毒性を持つホウ素の添加量を安全に制
御することが可能となる。

【００１０】第六では、前記ホウ素添加手段でホウ素を
添加した前記ホウ素含有水または前記ホウ素含有溶存水
を冷却手段で冷却し、前記溶存水と混合して製氷または
水和物生成を行うことで、気体含有水の温度上昇を伴わ
ずにホウ素を混合することが可能となる。

【００１１】第七では、アルゴン、ヘリウム、ネオン、
キセノン、クリプトン、ラドン等のような希ガスを混合
することで一定圧力下での水和物形成上限温度の上昇や
一定温度での水和物生成下限圧力の低下が実現でき、よ
り一層確実なガスの封じ込めが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、海底のメタンハイドレー
トからのメタン回収の説明図である。図２は、図１の作
業船（２）内の処理説明図である。１は海面、２は作業
船、３は圧送管、４はメタンハイドレート、５はメタン
回収管、６は給水管、７は海底、８はアルゴン混合槽、
９はホウ素添加槽、１０は冷却機、１１は炭酸ガス供給
ボンベ、１２は加圧冷却機、１３は水和物生成槽、１４
は圧送ポンプである。

【００１３】メタン回収は、まず、図１の給水管（６）
から海水をくみ上げ、図２のアルゴンガス混合槽（８）
で該海水中にアルゴンガスを曝気する。さらに、ホウ砂
の水溶液をホウ素添加槽（９）で混合し冷却機（１０）
で４℃付近まで冷却し圧送ポンプ（１４）で図２の圧送
管からメタンハイドレート層（４）へ、ホウ素含有海水
を圧送管（３）の先端付近に設けたビデオカメラ（図示
せず）で監視しながら回収領域に、できるだけ流速を落
としてメタンハイドレートを擾乱しないように均等に注
入または散布する。次にメタン回収管（５）からサンプ
ルを回収して充分な水和物の強度が得られるまでホウ素
含有海水の散布を継続し、水和物の構造的強度が得られ
てからメタンハイドレートを作業船（２）に回収する。
メタン水和物の回収が終了した時点で、電力会社の発電
所などから出た炭酸ガスを供給ボンベ（１１）から加圧
冷却機（１２）に送り加圧冷却した後、冷却機（１０）
からの前述ホウ素含有海水と混合して炭酸ガス水和物を
生成して圧送ポンプ（１４）でメタンハイドレート層の
あった場所に圧送し、海底（７）に炭酸ガスを貯蔵す
る。

【００１４】また、軟弱岩盤からの天然ガス回収も前述
メタン回収と同様の方式で可能となる。シベリアなどの
極寒地域の天然ガス採掘跡の岩盤中に前述の炭酸ガス水
和物を投機することも可能となる。

【００１５】

【実施例】図３は、オゾン氷生成装置の説明図である。
１５はオゾン水生成機、１６は遠心混合槽、１７は冷却
機、１８はホウ素添加槽、１９は製氷機である。

【００１６】軟水機またはイオン交換機（図示せず）か
らの軟水をオゾン水生成機（１５）に送水する。生成さ
れたオゾン水の一部はホウ素添加槽（１８）に送られ、
ホウ酸を混合する。遠心混合槽（１６）ではオゾン水生
成機（１５）からのオゾン水とホウ素添加槽（１８）で
ホウ酸を添加したオゾン水を混合する。この時、できる
だけオゾン水に大きな擾乱を与えないために混合槽を低
速回転してホウ酸を均一に混合する。また、遠心混合槽
の空気をアルゴンガスに置き換えて遠心混合すること
で、希ガスを微量にオゾン水中に溶け込ますことが可能
となり、製氷効率を高めることが可能となる。ホウ素濃
度は、ホウ素含有量が４〜１０ｍｇ／ｌとなるようにホ
ウ酸添加量を調整する。更にホウ酸を添加し均一に混合
されたオゾン水を一次冷却機（１７）で０℃付近まで冷
却してから製氷機（１９）に送水し、急速冷却して製氷
する。

【００１７】

【発明の効果】ホウ素を添加することで水和物や氷の結
晶構造に変化を与えることでオゾンや二酸化炭素などの
気体を確実に水和物中に封じ込めることが可能となり、
メタンハイドレートからのメタン回収では、回収時の水
和物の擾乱から周囲の海水にメタンが散乱することを防
止することができ、環境汚染を抑制しながら回収が可能
となる。オゾン氷の生成においても同様に高濃度オゾン
氷の製造を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 海底のメタンハイドレートからのメタン回収
の説明図。

【図２】 図１の作業船（２）内の処理概念図。

【図３】 オゾン氷生成装置の説明図。

【符号の説明】

１ 海面 １０、１７ 冷
却機 ２ 作業船 １１ 炭酸ガス
供給ボンベ ３ 圧送管 １２ 加圧冷却
機 ４ メタンハイドレート １３ 水和物生
成槽 ５ メタン回収管 １４ 圧送ポン
プ ６ 給水管 １５ オゾン水
生成機 ７ 海底 １６ 遠心混合
槽 ８ アルゴン混合槽 １９ 製氷機 ９、１８ ホウ素添加槽

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体溶存水の生成手段と該溶存水へのホ
   ウ素またはホウ素化合物の添加手段（以下、ホウ素添加
   手段）と製氷または水和物生成手段からなることを特徴
   とする気体含有氷または水和物の製造法及びその装置と
   その製品。
2. 【請求項２】 前記気体がオゾンまたは活性酸素であ
   り、前記溶存水がオゾン水またはオゾン水から生成され
   る活性水（以下、活性水）であることを特徴とする請求
   項１に記載の気体含有氷または水和物の製造法及びその
   装置とその製品。
3. 【請求項３】 前記気体がメタンガスまたは天然ガスで
   あり、前記溶存水が該気体の溶存水または水和物である
   ことを特徴とする請求項１に記載の気体含有氷または水
   和物の製造法及びその装置とその製品。
4. 【請求項４】 前記気体が二酸化炭素であり、前記溶存
   水が二酸化炭素溶存水または二酸化炭素の水和物である
   ことを特徴とする請求項１に記載の気体含有氷または水
   和物の製造法及びその装置とその製品。
5. 【請求項５】 前記ホウ素または前記ホウ素化合物を骨
   材と共に焼結したセラミックを前記溶存水へ接触させる
   ことを前記ホウ素添加手段とすることを特徴とする請求
   項１、２、３または４に記載の気体含有氷または水和物
   の製造法及びその装置とその製品。
6. 【請求項６】 前記ホウ素添加手段でホウ素を添加した
   前記ホウ素含有水または前記ホウ素含有溶存水を冷却手
   段で冷却し、前記溶存水と混合して製氷または水和物生
   成を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４または
   ５に記載の気体含有氷または水和物の製造法及びその装
   置とその製品。
7. 【請求項７】 希ガスを混合する手段を設けたことを特
   徴とする請求項１、２、３、４、５または６に記載の気
   体含有氷または水和物の製造法及びその装置とその製
   品。