JP2007503309A - 溶融ガスを含む水の処理 - Google Patents

Abstract

本発明は、水から、メタンガス等のガスの少なくとも一部分を回収するために、何パーセントかの溶解ガスを含む水の処理のための方法及び装置に関する。装置は、分離室と流れにおいて連絡する出口と入口を有する、供給パイプを具備する。前記分離室は、分離されたガスと水をそれぞれ排出するためのガス出口及び水出口を有する。超音波発信器等の気泡の形成を刺激するための手段が、前記供給パイプに関連する。本発明は、溶解ガスを含む水の処理方法に係り、この方法は、入口及び出口を有するチューブを位置決めする位置決め手順であって、水中において、前記出口の下に前記入口が位置決めされる、位置決め手順と、前記チューブ内の水内において気泡の形成を刺激して、前記チューブ内において水の上方向の流れを引き起こすための少なくとも１つの装置を使用する使用手順とを具備する。

Description

本発明は、水からガスの少なくとも一部分を回収するために、何パーセントかの溶解ガスを含む水の処理のための方法及び装置に関する。

中央アフリカのＫｌＶｕ湖は、地理学上の断層線の近くに位置する深い湖（約４００−４５０ｍ）である。これは、湖の水内における二酸化炭素の蓄積と加熱を引き起こす。地学上の成層構造及び水の循環の殆ど無い状態が存在するので、溶融二酸化炭素を含む水は、湖の底付近に停滞し、その底付近では、メタン細菌バクテリアが二酸化炭素をメタンに変換する。湖の底付近の水中におけるメタンに対する二酸化炭素の比率は、概略５対１である。

溶解したメタンが、潜在的に価値のあるエネルギ源であることは、以前から分かっている。また、もしメタンガスが水から取り除かれないと、大災害が発生して、付近の数万の人の生命が失われる結果を生じる長期間にわたるリスクが存在することが指摘されてきた。爆発性活動が、水中において潜在しており、メタンが周囲の大気に放出されると、それは容易に爆発可能であると同時に、窒息性ガスの巨大な雲を放出するであろうことが推測されている。

分離設備（プラント）が存在しており、その施設は、底から水面へ水を輸送するパイプ（配管）を基本的に有しており、前記水面ではガスは自然に泡になり、従って水から単純に分離される。水を水面へ輸送することは、自然の水圧サイフォンが安定した状態でパイプ内に形成されるので、全く容易に実現される。所望のメタンからの二酸化炭素の分離は、多少より未解決であり、それは、通常水洗浄を使用する分離処理方法であるが、この分離処理方法は、分離設備の経済的可能性に対してマイナスの影響を与える。

分離処理方法は、深い水深において圧力が高いことにより、より効率的であり、この高圧は、放出される二酸化炭素に対するメタンのより好適な比率をもたらし、更により良好な水洗浄効率をもたらすことが分かっている。しかし、経済的な処理方法は、これを実現するために未だ考案されておらず、特には、これは、自然サイフォン又はガスリフト（浮上法）は水深が深くなると、効率が悪化することによる。

本発明は、上記の問題の幾つかを少なくとも部分的に緩和する水処理のための方法及び装置を提供することを目的としている。

本発明に従がい、水本体からの溶解ガスの分離のための装置が開示されており、前記ガスは、前記水本体の下部に集中されており、前記水本体は、分離室と流れにおいて連絡する出口と入口を有する、供給パイプを具備しており、前記分離室は、分離されたガスと水をそれぞれ排出するためのガス出口及び水出口を有しており、更に気泡の形成を刺激するための手段が、前記供給パイプに関連する。

本発明の別の形態において、前記気泡の形成を刺激するための手段は、電気又は機械デバイスを具備する。この場合、該装置において、前記手段は、１つ又は複数の超音波発信器を具備する電気デバイスを具備する。また、前記電気デバイスは、前記供給パイプの長さに沿って部分的に間隔を開けて配置される複数の超音波発信器を具備する。前記供給パイプは、その出口に隣接して、実質的に垂直で且つ１８０度で曲げられる。前記分離室は、前記水本体の水面の下に位置するように形成される。

本発明の更に別の形態において、前記ガス出口はスクラバーユニットに流体接続しており、前記水出口は、前記供給パイプの入口から離れた位置において排出する。

更に本発明は、溶解ガスを含む水の処理方法を開示しており、この方法は、入口及び出口を有するチューブを位置決めする位置決め手順であって、水中において、前記出口の下に前記入口が位置決めされる、位置決め手順と、前記チューブ内の水内において気泡の形成を刺激して、前記チューブ内において水の上方向の流れを引き起こすための少なくとも１つの電気又は機械装置を使用する使用手順とを具備する。

本発明の別の形態において、気泡の形成を刺激するデバイスである超音波発信器が開示されており、好適には、複数の気泡形成刺激デバイスは、前記チューブの長さの少なくとも一部分に沿って間隔を開けて配置されるており、前記チューブは、前記水本体の水面の下に位置する少なくとも１つのデバイスを具備する。

本発明は更に、水本体からの溶解ガスの分離方法を開示しており、本形態において、その様なガスが前記水本体の下部に集中しており、この方法は：前記水本体において、入口を有する供給パイプを設置する設置手順であって、前記水本体の底付近の前記入口と、前記水本体の水面の下に設置された分離室と流れにおいて連絡する出口とを具備しており、前記入口が前記出口の下に位置決めされる、設置手順と；前記供給パイプ内において気泡の形成を刺激して、水とガスとを前記分離室内へ上方向に流れさせる、刺激手順と；前記分離室内の水を、前記分離室から外へ水出口を通り移動可能にして更に前記分離室内のガスを前記分離室から外へガス出口を通り移動可能にする、手順と；を具備する。

本発明の別の形態において、
本発明の別の形態において、少なくとも１つの電気又は機械デバイスにより、前記気泡の形成が刺激されており、前記デバイスは、超音波発信器であることが好ましい。

本発明の２つの実施の形態が、図面を参照して、単なる例として以下で説明される。

図１に示すように、水２の本体からの溶解ガスの分離のための装置１は、その底付近の水中に高割合のその様なガスを有する湖である、本実施の形態において、供給パイプ（配管）５と、分離室７と、スクラバー（洗浄器）８とを具備する。水内に溶解されたガスは、メタン及び二酸化炭素を含む。

供給パイプ５の入口１０は、水本体２の底３付近において、２７５ｍより深くに設置されており、供給パイプ５の出口１１は、分離室７への入口と流れにおいて連絡している。供給パイプ５は、出口１１に隣接するＵ形状のベンド（曲げ部）を有しており、出口１１は分離室７内へ下方向で流体接続する。

分離室７は、１５から６０ｍの間の深度、本実施例においては約６０ｍの深度において、水本体２の水面１７下において、浮遊ブイ１５から吊るされている。分離室７のガス出口２０は、スクラバー８内に流体接続しており、その一方で流体出口２１は、装置１上において且つそれから離れたある距離において、水本体２に流体接続する。

スクラバー８は、ガス出口２３を有しており、そのガス出口２３は、プラットフォーム（図示されない）上の圧力制御ステーション（基地）（図示されない）内に流体接続しており、前記プラットフォームは、陸まで延びるガス供給パイプライン（図示されない）に流体接続する。プラットフォームはまた、スクラバー８のための洗浄水供給部２６と、ポンプと、始動ポンプ（図示されない）とを具備する。

超音波発信器３０の列は、分離室７付近の供給パイプ５内において吊り下げられ、ブイ１５からのケーブル（電線）により作動させられる。

使用において、水は供給パイプを充填するが、しかし装置１の深度における圧力は、水からの自然発生のガスの放出を防止する。ガスを含む水は、供給パイプ５から分離室７へ吸引されて、始動させる。超音波発信器３０の作動は、気泡の形成を刺激し、その気泡は順に出口１１付近の圧力の減少を引き起こす。これは、水からのガスの放出を促進すると共に、供給パイプ５内に形成された自然の水圧サイフォンを促進する。水とガスは従って、分離室７内に供給され、分離室７において、ガスと水との分離が行われる。水からのガスの放出は、分離室７内にガスを生成し、そのことは、分離室７内の水を出口２１から外に移動させ、ガスを出口２０からスクラバー８内に移動させる。スクラバー８において、二酸化炭素の多くは、水洗浄によりガスから除去され、比較的高品質のメタンがそれ以降の処理又は使用のために残される。

６０ｍまでの水深における装置の運転は、二酸化炭素に対する放出（分離）されるメタンの比を、大気圧において運転される同様な装置の６倍まで増大する。更に、スクラバー（洗浄器）８の洗浄効率は、大気における洗浄（スクラビング）に比べて、６０ｍ水深における運転により、１０倍より大きく増大させられる。

しかし、装置の運転は、供給パイプ内における気泡の形成を刺激する手段を使用することにより実際に実行可能である。特に、その様な手段は、低エネルギで且つ低保守しか必要性としないものでなければならない。超音波発信器は、この仕事に理想的に適すると考えられるが、しかし処理方法は、笛又は高せん断（shear）により超音波を生じる同様なノズルを介しての高圧水の噴射を使用して同様に作動可能である。

超音波による刺激は、装置により多数の微小な気泡を生成させ、それらの気泡は、水の流れ内において浮遊して保持される。気泡の寸法は、最適には約１ミクロン直径で、一般的には５ミクロンより小さい直径であるべきである。

しかし、装置の多くのこれとは別の実施の形態が存在しており、それらは、特に、気泡形成を刺激するための手段及びその形態に関して、本発明の範囲内に含まれることが認識される。例えば、装置は、多数の分離室及びスクラバーユニットを有しても良く、気泡形成を刺激するための任意の適切な手段が使用可能であることが重要である。

図２において、同様な形態は、同様な番号により指示されており、図２に示すように、装置５０は、２つの段階５１，５２を具備可能であり、各段階５１，５２は、並行して作動し且つスクラバーユニット８に流体接続する、一対の分離室７を有する。第１の段階５１の分離室７は、５０及び６０ｍの間の水深に設置されており、その一方で第２の段階５２の分離室７は、１５及び２０ｍの間の水深に設置される。第１の段階５１のスクラバー８は、図１の実施の形態の説明で記載されたプラットフォーム１５にガスを供給する。しかし、第１の段階５１の各分離室７の流体出口２１は、第２の段階５２のそれぞれの分離室７に流体接続しており、各パイプ内の「第２の段階５２の」超音波発信器３０の列は、各段階５１，５２の分離室７の中間にある。

第２の段階５２は、図１を参照して記載された実施の形態における装置と同じ状態で作動する。従って、その運転は、再度詳細に記載される必要は無いと考えられる。

第２の段階は、単一段階の４５％までメタン回収を増大し、その一方で、分離室からの水を水面まで逃がす必要なしで、処理方法の運転を継続するのに十分な動力を提供することが分かる。このことにより、大気への温室効果ガスの排出を回避するという環境に優しいだけではなく、更に資源がより良好に保存されることが分かる。前記２つの段階の処理方法は、水から８３％のメタンの回収が可能であると計算される一方で、回収されたメタンから生じるエネルギの２％だけが、装置の運転に必要である。

高度に効率的で且つ環境に優しい装置がこのように、本発明により提供される。

図１は、水本体内に設置された溶解ガスの分離のための装置の第１の実施の形態の概要図である。 図２は、その様な装置の第２の実施の形態の概要図である。

Claims (19)

1. 水本体からの溶解ガスの分離のための装置において、
   前記ガスは、前記水本体の下部に集中されており、前記水本体は、分離室と流れにおいて連絡する出口と入口を有する、供給パイプを具備しており、前記分離室は、分離されたガスと水をそれぞれ排出するためのガス出口及び水出口を有しており、更に
   気泡の形成を刺激するための手段が、前記供給パイプに関連することを特徴とする装置。
2. 前記気泡の形成を刺激するための手段は、電気デバイスを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記電気デバイスは、少なくとも１つの超音波発信器を具備することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記電気デバイスは、複数の超音波発信器を具備することを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記超音波発信器は、前記供給パイプの長さに沿って部分的に間隔を開けて配置されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記気泡の形成を刺激するための手段は、機械デバイスを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記供給パイプは、その出口に隣接して、実質的に垂直で且つ１８０度で曲げられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記分離室は、前記水本体の水面の下に位置するように形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記ガス出口はスクラバーユニットに流体接続することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記水出口は、前記供給パイプの入口から離れた位置において排出することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 溶解ガスを含む水の処理方法において、この方法は、
    入口及び出口を有するチューブを位置決めする位置決め手順であって、水中において、前記出口の下に前記入口が位置決めされる、位置決め手順と、
    前記チューブ内の水内において気泡の形成を刺激して、前記チューブ内において水の上方向の流れを引き起こすための少なくとも１つの装置を使用する使用手順と、
    を具備することを特徴とする方法。
12. 少なくとも１つの電気デバイスを使用して、気泡の形成を刺激する手順を具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記電気デバイスは超音波発信器であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 少なくとも１つの機械デバイスを使用して、気泡の形成を刺激する手順を具備することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 複数のデバイスは、前記チューブの長さの少なくとも一部に沿って間隔を開けて配置されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 水本体からの溶解ガスの分離方法において、その様なガスが前記水本体の下部に集中しており、
    この方法は、
    前記水本体において、入口を有する供給パイプを設置する設置手順であって、前記水本体の底付近の前記入口と、前記水本体の水面の下に設置された分離室と流れにおいて連絡する出口とを具備しており、前記入口が前記出口の下に位置決めされる、設置手順と、
    前記供給パイプ内において気泡の形成を刺激して、水とガスとを前記分離室内へ上方向に流れさせる、刺激手順と、
    前記分離室内の水を、前記分離室から外へ水出口を通り移動可能にして更に前記分離室内のガスを前記分離室から外へガス出口を通り移動可能にする、手順と、
    を具備することを特徴とする方法。
17. 少なくとも１つの電気デバイスを使用して、気泡の形成を刺激する手順を具備することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記電気デバイスは超音波発信器であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 少なくとも１つの機械デバイスを使用して、気泡の形成を刺激する手順を具備することを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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