JP2015203282A - ガス回収装置、ガス回収方法、およびメタンガス - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、メタンガスの継続的な回収が可能なガス回収装置、ガスの回収方法、およびメタンガスを提供する。【解決手段】生産井１００に挿入されてメタンガスＧ、海水Ｗ、及び砂Ｓを含む混合流体Ｆを吸い込む吸込管２と、海底ＢＳの水面下に設けられ吸込管２に接続され、混合流体Ｆが導入されて混合流体ＦからメタンガスＧ、海水Ｗ、及び砂Ｓを比重差によって互いに分離する分離装置３と、分離装置３に接続されて分離装置３内の減圧を行うポンプ４とを備え、分離装置３は、吸込管２の一端部が接続されて鉛直方向に沿って延びる空間を画成する第一気体分離部２１と、第一気体分離部２１の上部で上記空間に連通して第一気体分離部２１内のメタンガスＧを回収する第一回収部２６と、海底ＢＳに沿って延びる固体分離管を有する固体分離部２３と、これら固体分離管に連通し、第一気体分離部２１の下部に連通する分岐部２２とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、メタンガスの回収を行うガス回収装置、ガス回収方法、およびガス回収方法によって回収されるメタンガスに関する。

従来から、メタンガスを主成分とした天然ガスをガス層から採掘し、エネルギー資源として商業的に利用している。メタンガスは石油や石炭と比較して燃焼時の二酸化炭素排出量が小さく、地球温暖化対策の観点から非常に有効なエネルギー資源である。

ところで現在、このメタンガスが多く含まれる有望なエネルギー資源として、メタンハイドレートが注目されている。このメタンハイドレートは、メタンを中心に周囲が水分子によって囲まれた包接水和物であり、低温、高圧の環境下で存在するものである。そして、このメタンハイドレートは海底面下数百メートルの砂質層等に存在している。

このようなメタンハイドレートからメタンガスを回収する方法としては、メタンハイドレートを含む層まで延びる生産井内の水を吸い上げることでメタンハイドレートを減圧し、メタンハイドレートを分解してメタンガスの回収を行う減圧法が知られている（例えば、特許文献１）。

また、メタンハイドレートからメタンガスを回収する他の方法としては、生産井を通じてメタンハイドレートを含む層内に温水等を注入して加熱し、メタンハイドレートを分解してメタンガスの回収を行う加熱法が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０−２６１２５２号公報 特許第３９１４９９４号公報

しかしながら、上述したような減圧法、加熱法のいずれの方法を用いて生産井からメタンガスの回収を行う場合であっても、メタンガスとともに、海底（又は湖底）の砂や水が産出されてしまう。そして、このように砂や水が混じったメタンガスを洋上や陸上まで吸い上げた後に、メタンガスを分離する場合には手間を要し、コストアップにつながる。さらに、砂や水が混じったメタンガスを吸い上げる管の距離が長くなると、途中で砂によって管内が閉塞されてしまう可能性があり、継続的にメタンガスの回収を行うことが難しい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、コストを抑えつつ、メタンガスの継続的な回収が可能なガス回収装置、ガス回収方法、および、ガス回収方法で回収されるメタンガスを提供する。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の一の態様に係るガス回収装置は、海底又は湖底に設けられた生産井を通じて、該海底又は湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを回収するガス回収装置であって、前記生産井内に挿入されて、前記メタンガス、水、及び砂を含む混合流体を吸い込む吸込管と、前記海底又は湖底の水面下に設けられて前記吸込管に接続され、前記混合流体が導入されて該混合流体から前記メタンガス、水、及び砂を比重差によって互いに分離する分離装置と、前記分離装置に接続されて該分離装置内の減圧を行う減圧部と、を備え、前記分離装置は、前記吸込管の一端部が接続されて鉛直方向に沿って延びる空間を画成する第一気体分離部と、前記気体分離部の上部で前記空間に連通して該第一気体分離部内の前記メタンガスを回収する第一回収部と、前記海底又は湖底に沿って延びる管状部材を有する固体分離部と、前記管状部材に連通するとともに、前記第一気体分離部の下部に連通する接続部と、を有することを特徴としている。

このようなガス回収装置によれば、分離装置が減圧部によって減圧されることで、この分離装置を介して生産井内が減圧されるため、いわゆる減圧法によってメタンハイドレートの分解が行われ、メタンガスが生じる。そして、このメタンガスが水及び砂とともに混合流体として分離装置に導入される。ここで、分離装置は水面下に設けられており、吸込管を通じて混合流体を水面上や陸上まで吸い上げる必要がなく、水面下で混合流体の分離を行ってメタンガスのみを水面上に回収することが可能となる。
また、この分離装置では、第一気体分離部が鉛直方向に延びる空間を画成していることで、空間内で混合流体からメタンガスのみを比重差によって分離し、第一気体分離部の上部に集めることが可能となる。よって、第一回収部を通じてメタンガスのみを回収することができる。
さらに、固体分離部は海底又は湖底に沿って延びる管状部材を有しているため、この管状部材に第一気体分離部からの混合流体が流入すると、混合流体が管状部材を流通する間に、砂が管状部材の内部で比重差によって沈降することで砂が混合流体から分離される。

また、上記のガス回収装置における前記管状部材は、複数が設けられ、複数の前記管状部材は、各々が前記接続部から分岐するように該接続部に接続されていてもよい。

このように固体分離部では、管状部材が接続部から複数に分岐するように設けられている。このため、第一気体分離部を通過した混合流体が各々の管状部材に分岐して流通することになる。よって、管状部材が一つのみ設けられている場合に比べて、各々の管状部材を流通する混合流体の流速を遅くすることができる。
この結果、混合流体が固体分離部を通過する時間を長くすることができ、砂の沈降時間を長くできる。よって、管状部材の長さを短くしても十分な砂の沈降時間を確保することができるため、管状部材の長さを短くすることでコンパクト化を図ることができる。また、管状部材を複数設けることで、管状部材が一つのみ設けられている場合に比べて、各々の管状部材の管径を小さくすることが可能となる。この結果、固体分離部の水圧に対する耐圧性を高めることができる。そして、耐圧性の向上にともなって、管状部材の肉厚を小さくすることができ、コストの低減につながる。

また、上記のガス回収装置は、前記管状部材における前記第一気体分離部から離間する側の一端部に連通するとともに、前記海底又は湖底に沿って延びる空間を画成する第二気体分離部と、前記第二気体分離部の上部で前記空間に連通して該第二気体分離部内の前記メタンガスを回収する第二回収部と、をさらに備えていてもよい。

このような第二気体分離部を設けることで、固体分離部を通過した混合流体を海底又は湖底に沿って流通させ、分離時間を稼ぎながら混合流体中に残存するメタンガスを比重差によって分離し、第二気体分離部の上部に集めることが可能となる。さらにこのメタンガスを、第二回収部を通じて回収することが可能となる。

さらに、上記のガス回収装置は、前記管状部材における前記一端部に接続されて、該管状部材の内部に前記接続部に向かって水を流入させる第一フラッシング管、及び、該第一フラッシング管を開閉する第一開閉装置と、前記接続部に接続されて、該接続部の内部に該接続部に向かって水を流入させる第二フラッシング管、及び、該第二フラッシング管を開閉する第二開閉装置と、前記第二フラッシング管が接続された位置とは異なる位置で前記接続部に設けられ、該接続部に流入した前記水を排出させる排出部と、をさらに備えていてもよい。

このように第一フラッシング管、第二フラッシング管、及び排出部が設けられているため、第一開閉装置によって第一フラッシング管を開放することで管状部材、即ち、固体分離部に水を流入させることができる。よって、管状部材の内部で沈降した砂を接続部に向かって水とともに押し流すことが可能となる。その後、第二開閉装置によって第二フラッシング管を開放することで接続部に水を流入させ、この水とともに排出部によって接続部内の砂を排出することが可能となる。即ち、フラッシングによって砂を分離装置から排出することができる。

また、上記のガス回収装置では、前記第一フラッシング管及び前記第二フラッシング管は前記減圧部に接続され、該減圧部の動力によって、前記水を前記管状部材及び前記接続部の内部に流入させてもよい。

このように減圧部の動力を利用して分離装置内のフラッシングを行うことができ、別途で固体分離部及び接続部に水を送り込むポンプ等を設ける必要がなくなる。

さらに、上記のガス回収装置は、前記生産井内に設置され、該生産井からの前記混合流体を積極的に前記分離装置へ向けて前記吸込管に吸い込ませる吸込補助部をさらに備えていてもよい。

このような吸込補助部によって、生産井からの混合流体を積極的に、強制的に分離装置に導入することができる。よって、吸込管内で砂が滞留し、吸込管を閉塞してしまうことを抑制できる。

前記吸込補助部は、前記吸込管に挿入されて軸線を中心とした棒状に延びる本体部、及び、前記本体部の外周面から突出して設けられ、前記軸線の方向に向かって螺旋状に形成された羽根部を有するオーガーと、前記本体部を前記軸線回りに回転可能に支持する駆動部と、を有していてもよい。

このような吸込補助部によって、オーガーを回転させ、オーガーにおける羽根部の回転に応じて生産井内の砂を上方に持ち上げるようにして、吸込管での砂の吸い込みを促進することができる。

前記吸込補助部は、前記生産井に挿入された噴出管と、前記第一回収部に接続されて前記メタンガスが流通する流通管と、前記吸込管と前記流通管とを接続するとともに、前記メタンガスを、前記噴出管を通じて前記生産井内に吹き込む噴出装置と、を有していてもよい。

このような吸込補助部によって、第一気体分離部から第一回収部によって回収したメタンガスを生産井内に吹き込むことで、生産井内の砂を撹拌し、吸込管による砂の吸い込み量を増大させることができる。

また、本発明の一の態様に係るガス回収方法は、上記のガス回収装置を用いて、前記混合流体から前記水及び前記砂を分離し、前記メタンガスを回収するガス回収方法であって、前記第一気体分離部に前記混合流体を導入する第一導入工程と、前記第一気体分離部で前記混合流体から、比重差によって前記メタンガスを分離する第一分離工程と、前記第一回収部を通じて前記第一気体分離部で分離された前記メタンガスを回収する回収工程と、前記第一気体分離部からの前記混合流体を、前記接続部を介して前記固体分離部に導入する第二導入工程と、前記固体分離部における前記管状部材で前記砂を沈降させて分離する第二分離工程と、を含むことを特徴としている。

このようなガス回収方法によれば、いわゆる減圧法によってメタンハイドレートの分解が行われ、メタンハイドレート中のメタンガスが水及び砂とともに混合流体として分離装置に導入される。ここで、この分離装置は水面下に設けられており、吸込管を通じて混合流体を水面上や陸上まで吸い上げる必要がなく、水面下で混合流体の分離を行ってメタンガスのみを水面上に回収することが可能となる。

また、上記のガス回収方法は、前記固体分離部における前記管状部材の各々の内部に前記接続部に向かって水を流入させる第一フラッシング工程と、前記接続部に向かって前記水を流入させた後に流出させる第二フラッシング工程と、をさらに含んでいてもよい。

このような第一フラッシング工程によって、固体分離部のフラッシングを行って固体分離部から接続部へ砂を水とともに押し流すことができる。また、第二フラッシング工程によって接続部のフラッシングを行って接続部から砂を排出することが可能となる。この結果、固体分離部内で砂が滞留してしまうことを抑制でき、分離装置を正常に機能させ、メタンガスの回収が可能となる。

また、本発明の一の態様に係るメタンガスは、上記のガス回収方法によって回収されることを特徴としている。

請求項１のガス回収装置によれば、砂や水が混じったメタンガスを洋上や陸上まで吸い上げた後にメタンガスを分離する必要がなくなり、コストを抑えつつ、継続的にメタンガスの回収が可能となる。

また、請求項２のガス回収装置によれば、複数の管状部材によって、固体分離部での砂の分離効果を向上することができる。

また、請求項３のガス回収装置に第二気体分離部によって分離装置でのメタンガスの分離効果をさらに向上することができ、メタンガスのさらなる生産性向上につながる。

また、請求項４のガス回収装置によれば、固体分離部内で砂が滞留することを抑制でき、分離装置を継続的に正常に機能させてメタンガスの回収が可能となる。

また、請求項５のガス回収装置によれば、分離装置内を減圧する減圧部を用いて分離装置のフラッシングを行うことで、コストを抑制しながら、分離装置からの砂の排出が可能となる。

また、請求項６のガス回収装置によれば、吸込補助部によって生産井からメタンガスを継続的に回収することができる。

また、請求項７のガス回収装置によれば、オーガーによって、より効果的に吸込管を閉塞してしまうことを抑制でき、生産井からメタンガスを継続的に回収することができる。

また、請求項８のガス回収装置によれば、噴出管によってより効果的に吸込管を閉塞してしまうことを抑制でき、生産井からメタンガスを継続的に回収することができる。

また、請求項９のガス回収方法によれば、砂や水が混じったメタンガスを洋上や陸上まで吸い上げた後にメタンガスを分離する必要がなくなり、コストを抑えつつ、メタンガスの継続的な回収が可能となる。

また、請求項１０のガス回収方法によれば、固体分離部内で砂が滞留することを抑制でき、分離装置を継続的に正常に機能させてメタンガスの回収が可能となる。

また、請求項１１のメタンガスによれば、コストを抑えつつ、継続的に回収することができる。

本発明の第一実施形態に係るガス回収装置を示す全体側面図である。 本発明の第一実施形態に係るガス回収装置における分離装置の側面図である。 本発明の第一実施形態に係るガス回収装置における分離装置の上面図であって、図２の矢視Ａを示す。 本発明の第一実施形態に係るガス回収装置における分離装置の正面図であって、図２の矢視Ｂを示す。 本発明の第一実施形態に係るガス回収装置によってメタンガスを回収するガス回収方法の作業手順を示すフロー図である。また（ａ）は定常運転のフローを示し、（ｂ）は、フラッシング運転のフローを示す。 本発明の第二実施形態に係るガス回収装置を示す全体側面図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明に係る実施形態のガス回収装置１について、図面を参照して詳細に説明する。
ガス回収装置１は、例えば海底ＢＳに存在するメタンハイドレートを減圧法によって分解し、発生したメタンガスＧを回収する装置である。

図１に示すように、ガス回収装置１は、海底ＢＳに形成された縦穴内に設けられた生産井１００に挿入された吸込管２と、海底ＢＳに設置されて吸込管２に接続された分離装置３と、分離装置３に接続されたポンプ４（減圧部）と、生産井１００内に設けられた吸込補助部５とを備えている。

ここで、生産井１００は、海底ＢＳの地盤中のメタンハイドレートが存在するメタンハイドレート層Ｈまで延びるように、海底ＢＳから下方に掘削された縦穴の内部に設けられている。この生産井１００は、主に、縦穴の内面を覆うように設けられた金属管１０１等を有して構成されている。生産井１００の上部における金属管１０１の内側には、吸込管２が生産井１００に挿入された状態で、生産井１００を密閉可能なパッカー１０２が設けられている。

吸込管２は、生産井１００に挿入されて、メタンハイドレート層ＨからのメタンガスＧ、海水Ｗ、及び砂Ｓを含む混合流体Ｆが流通可能となっている。また、この吸込管２における生産井１００から海中に突出する側の端部は、海底ＢＳに沿うように屈曲する屈曲部２ａを介して延びて、分離装置３に接続されることで、分離装置３に連通している。吸込管２と生産井１００との間の隙間は、上述したパッカー１０２によって密閉可能となっている。

吸込補助部５は、吸込管２内に挿入されて設けられたオーガー１１と、オーガー１１を回転可能に支持する駆動部１２とを有している。

オーガー１１は、吸込管２に挿入されて軸線Ｏを中心とした棒状に延びる本体部１１ａと、本体部１１ａの外周面から突出して設けられ、軸線Ｏの方向に向かって螺旋状に形成された羽根部１１ｂとを有している。

本体部１１ａは、生産井１００の底面近くまで延びている。
羽根部１１ｂは、本体部１１ａの周方向に、軸線Ｏの方向の一方側に向かって捩れるように形成されている。

駆動部１２は、オーガー１１の本体部１１ａを回転可能に支持するモータ等であって、本体部１１ａを軸線Ｏ回りに回転させることでオーガー１１全体を回転させる。オーガー１１の回転方向は、羽根部１１ｂが右ネジ状に形成されている場合には、上方からオーガー１１を見て反時計回りとなる。一方で、羽根部１１ｂが左ネジ状に形成されている場合には、上方からオーガー１１を見て時計回りとなる。
また、本実施形態では、この駆動部１２は、吸込管２における屈曲部２ａの上方に配されて、屈曲部２ａで吸込管２を貫通するようにして吸込管２内に挿入されている。

ポンプ４は、分離装置３内の海水Ｗを吸い出すことで分離装置３内を減圧し、これに応じて、吸込管２を通じて生産井１００内の減圧を行う。
ここで、ポンプ４には、吐出管３８が接続されるとともに、この吐出管３８を開閉する吐出弁３９が設けられている。

次に、図２から図４を参照して、分離装置３について詳細を説明する。
分離装置３は、吸込管２が接続された第一気体分離部２１と、第一気体分離部２１よりも混合流体Ｆの流れの下流側に接続された分岐部２２（接続部）と、分岐部２２の下流側に接続された固体分離部２３と、固体分離部２３の下流側に接続された第二気体分離部２４と、第二気体分離部２４の下流側に接続された吐出部２５とを有している。

また、この分離装置３は、第一気体分離部２１の上部に接続された第一回収部２６と、第二気体分離部２４の上部に接続された第二回収部２７と、固体分離部２３及び分岐部２２に海水Ｗを流入させるフラッシング部２８とを有している。

第一気体分離部２１は、鉛直方向に沿って延在するとともに、下部で海底ＢＳに沿うように屈曲する円管状をなす第一気体分離管２１ａを有している。そして第一気体分離管２１ａの内部の空間には、生産井１００からの混合流体Ｆが吸込管２を通じて流入する。また、流入した混合流体ＦのうちのメタンガスＧを、比重差によって砂Ｓ、海水Ｗから分離し、分離したメタンガスＧを上部に集めるようになっている。

第一回収部２６は、第一気体分離管２１ａの内部の空間に連通する円管状をなす第一回収管２６ａと、第一回収管２６ａに設けられて第一回収管２６ａを開閉する第一弁装置２６ｂとを有している。
そして、第一弁装置２６ｂを開放すると、第一気体分離管２１ａ内の上部に集められたメタンガスＧが第一回収管２６ａを通じて分離装置３の外部に流出するようになっている。

分岐部２２は、円管状をなして第一気体分離管２１ａに直交するように海底ＢＳに沿って延在する分岐管２２ａを有している。分岐管２２ａは第一気体分離管２１ａの下部の屈曲する部分に接続されて連通し、第一気体分離管２１ａからの混合流体Ｆが流入するようになっている。
なお、この分岐部２２が第一気体分離管２１ａに接続される鉛直方向の位置は、第一気体分離部２１内の混合流体Ｆの液面、即ち、気相と液相との境界面よりも下方に位置するように第一回収部２６における第一弁装置２６ｂの開閉の制御等を行うことが好ましい。

固体分離部２３は、分岐部２２に接続されて連通し、海底ＢＳに沿って延びる複数（本実施形態では二つ）の円管状をなす固体分離管２３ａ（管状部材）を有している。
本実施形態では、これら固体分離管２３ａは、分岐管２２ａの両端部側の位置から、分岐管２２ａの延在方向の中央位置を通り、分岐管２２ａの延在方向に直交する中心軸を基準として軸対称に、かつ、互いに平行に分岐部２２の延在方向に直交するように延びている。

そして、この固体分離管２３ａの内部の空間には、分岐部２２から混合流体Ｆが流入する。また、流入した混合流体Ｆのうちの砂Ｓを比重差によって海水Ｗから分離し、分離した砂Ｓを各固体分離管２３ａの下部に沈降させるようになっている。

第二気体分離部２４は、各々の固体分離管２３ａに接続されて連通する円管状をなす斜管２４ｂと、これら斜管２４ｂを集約するように、斜管２４ｂに接続されて連通する円管状をなす第二気体分離管２４ａとを有している。

斜管２４ｂは、固体分離管２３ａにおける第一気体分離部２１から離間する側の端部に接続され、この端部から鉛直方向に沿って上方に向かうに従って、漸次互いに近接するように傾斜して設けられている。

第二気体分離管２４ａは、一端部が斜管２４ｂに接続され、海底ＢＳに沿って第一気体分離管２１ａに向かって延びている。即ち、この第二気体分離管２４ａは、固体分離管２３ａの上方に固体分離管２３ａと平行となるように設けられている。また本実施形態では、この第二気体分離管２４ａは二つの固体分離管２３ａ同士の間に挟まれる位置であって、分岐管２２ａの延在方向の中央位置を通る上記の中心軸上に一つが配されている。

そして、この第二気体分離管２４ａの内部の空間には、固体分離部２３から斜管２４ｂを通じて混合流体Ｆが流入する。また、流入した混合流体Ｆのうち、第一気体分離部２１で分離されずに混合流体Ｆ中に残留しているメタンガスＧを、比重差によって海水Ｗから分離し、分離したメタンガスＧを上部に集めるようになっている。

第二回収部２７は、第二気体分離管２４ａの内部の空間に連通する円管状をなして鉛直方向の上方に延びる第二回収管２７ａと、第二回収管２７ａに設けられて第二回収管２７ａを開閉する第二弁装置２７ｂとを有している。

第二回収管２７ａは、第二気体分離管２４ａにおける第一気体分離部２１に近接する側の端部で、第二気体分離管２４ａに接続されている。

第二弁装置２７ｂは、第二回収管２７ａを開放することで、第二気体分離管２４ａ内で上部に集められたメタンガスＧを、第二回収管２７ａを通じて分離装置３の外部に流出させる。

吐出部２５は、第二気体分離管２４ａにおける第一気体分離部２１に近接する側の端部で、即ち、第二回収管２７ａが接続された位置で、第二気体分離部２４に接続された円管状をなす縦管２５ａと、縦管２５ａの下端部に接続されて連通する円管状をなす横管２５ｂとを有している。

縦管２５ａは、第二回収管２７ａとは反対方向となる鉛直方向の下方に延びており、その下端部は固体分離管２３ａが設けられた鉛直方向位置よりも、さらに下方に位置している。

横管２５ｂは、縦管２５ａに接続されて海底ＢＳに沿って第一気体分離部２１から離間するように延びている。即ち、この横管２５ｂは、固体分離管２３ａの下方に固体分離管２３ａと平行となるように設けられている。また本実施形態では、この横管２５ｂは二つの固体分離管２３ａ同士の間に挟まれる位置であって、分岐部２２の延在方向の中央位置を通る上記の中心軸上に一つが配されている。

そして、この横管２５ｂの第一気体分離管２１ａから離間する側の端部にポンプ４が接続され、横管２５ｂを通じて分離装置３から海水Ｗが外部（海中）に吐出されるようになっている。

フラッシング部２８は、固体分離管２３ａにおける第一気体分離部２１から離間する側の端部に接続された第一フラッシング管３１と、第一フラッシング管３１を開閉する第一開閉装置３２と、分岐管２２ａの一端部に接続された第二フラッシング管３３と、第二フラッシング管３３を開閉する第二開閉装置３４と、分岐管の他端部に接続された排出部３５とを有している。

第一フラッシング管３１は、海水Ｗを、各々の固体分離管２３ａに流入させるように、各固体分離管２３ａに一つずつ設けられている。

第一開閉装置３２は、弁装置であって、海水Ｗの固体分離管２３ａへの流入の有無を切り替える。

第二フラッシング管３３は、海水Ｗを分岐管２２ａに流入させる。

第二開閉装置３４は、弁装置であって、海水Ｗの分岐管２２ａへの流入の有無を切り替える。

ここで、分岐管２２ａの他端は開口しており、排出部３５は、この開口を開閉可能な蓋部材となっている。
この排出部３５では、不図示の制御部によって電気的に蓋部材が開閉制御されるものであってもよいし、分岐管２２ａから流出しようとする海水Ｗが所定の圧力を超えた際に、この圧力によって蓋部材が開口を開放し、所定の圧力以下で閉塞するように機械的に制御されるものであってもよい。
また、排出部３５は、このような蓋部材に代えて、分岐管２２ａの開口に接続された配管と、この配管に設けられた弁装置とを有して構成されていてもよく、この場合は、弁装置を開閉制御することで、分岐管２２ａから海水Ｗを排出することが可能である。

さらに、第一開閉装置３２及び第二開閉装置３４は、弁装置ではなく、排出部３５と同様の蓋部材を用いたものであってもよい。

また、本実施形態では、第一フラッシング管３１と第二フラッシング管３３とは、接続管４０を介してポンプ４に接続されている。より具体的には、この接続管４０は、ポンプ４と吐出弁３９との間で吐出管３８から分岐するように延び、二つの第二フラッシング管３３、及び第一フラッシング管３１を並列に接続している。

次に、本実施形態のガス回収装置１の作用について、図５に沿ってメタンガスＧの回収方法とともに説明する。

図５（ａ）に示すように、まず、分離装置３がポンプ４によって減圧される。生産井１００の内部は、吸込管２を介して分離装置３と連通していることで、分離装置３の減圧にともなって生産井１００内も減圧されるため、いわゆる減圧法によってメタンハイドレートの分解が行われ、メタンガスＧが生じる。

そして、このメタンガスＧが、海水Ｗ及び砂Ｓとともに混合流体Ｆとして分離装置３における第一気体分離部２１に導入される（第一導入工程Ｓ１）。

その後、第一気体分離部２１内では、混合流体ＦからメタンガスＧのみを比重差によって分離し、第一気体分離部２１の上部に集める（第一分離工程Ｓ２）。このように分離されたメタンガスＧを第一回収部２６を通じて回収する（第一回収工程Ｓ３）。

次に、第一気体分離部２１でメタンガスＧが分離された後の混合流体Ｆが、分岐部２２に流入し、さらに固体分離部２３における固体分離管２３ａ内に分岐して導入される（第二導入工程Ｓ４）。

このように、この固体分離管２３ａに第一気体分離部２１からの混合流体Ｆが流入すると、混合流体Ｆが固体分離管２３ａを流通する間に、砂Ｓが固体分離管２３ａの内部で比重差によって沈降することで、砂Ｓが混合流体Ｆから分離される（第二分離工程Ｓ５）。

そして、固体分離部２３を通過した混合流体Ｆが、斜管２４ｂを通じて各固体分離管２３ａから集約され、第二気体分離管２４ａに導入される（第三導入工程Ｓ６）。第二気体分離管２４ａでは、第一気体分離部２１で分離されずに混合流体Ｆ中に残存するメタンガスＧを、比重差によって分離し、第二気体分離管２４ａの上部に集める（第三分離工程Ｓ７）。

第二気体分離管２４ａの上部に集められたメタンガスＧを、第二回収部２７を通じて回収する（第二回収工程Ｓ８）。

その後、混合流体Ｆのうちの海水Ｗが、吐出部２５における縦管２５ａ及び横管２５ｂに導入され、ポンプ４に接続された吐出管３８によって分離装置３の外部に吐出される（吐出工程Ｓ９）。

そして、このように分離装置３で混合流体Ｆの分離を行う定常運転状態では、吐出弁３９は開放状態であり、第一開閉装置３２及び、第二開閉装置３４は閉塞状態である。

一方で、図５（ｂ）に示すように分離装置３のフラッシング運転を行う場合、まず、ポンプ４に設けられた吐出弁３９を閉塞状態とするとともに、第一開閉装置３２を開放状態とする（第一弁調整工程Ｓ１１）。

そして、ポンプ４の動力によって吐出部２５から吐出した海水Ｗを固体分離管２３ａに流入させる。これによって、固体分離管２３ａ内で沈降した砂Ｓを分岐部２２に向かって、海水Ｗとともに押し流す（第一フラッシング工程Ｓ１２）。

そして、第二開閉装置３４を開放状態とし（第二弁調整工程Ｓ１３）、ポンプ４の動力によって吐出部２５から吐出した海水Ｗを分岐管２２ａ内に流入させる。そして、第一フラッシング工程Ｓ１２によって分岐部２２に押し流され、分岐管２２ａ内に滞留した砂Ｓを海水Ｗとともに、排出部３５を介して分岐部２２から排出する（第二フラッシング工程Ｓ１４）。

なお、第一弁調整工程Ｓ１１と第二弁調整工程Ｓ１３とは、順序が逆であってもよいし、同時に実行してもよい。また、第一弁調整工程Ｓ１１は実行されなくともよい。即ち、第一開閉装置３２を開放状態としたまま、第二開閉装置３４を開放状態としてもよい。

このようなガス回収装置１によると、分離装置３は海底ＢＳ上、即ち水面下に設けられており、吸込管２を通じて混合流体Ｆを水面上まで吸い上げる必要がなく、水面下で混合流体Ｆの分離を行ってメタンガスＧのみを水面上に回収することが可能となる。

また、この分離装置３では、鉛直方向に延びる第一気体分離管２１ａによって、混合流体ＦからメタンガスＧのみを比重差によって分離し、第一気体分離管２１ａの上部に集めることが可能となる。よって、第一回収部２６を通じてメタンガスＧのみを回収することができる。

さらに、固体分離部２３は海底ＢＳに沿って延びる複数の固体分離管２３ａを有し、これら固体分離管２３ａが分岐部２２から複数に分岐するように設けられている。このため、第一気体分離部２１を通過した混合流体Ｆが各々の固体分離管２３ａに分岐して流通することになる。即ち、固体分離管２３ａが一つのみ設けられている場合に比べて、各々の固体分離管２３ａを流通する混合流体Ｆの流速を遅くすることができる。

この結果、混合流体Ｆが固体分離部２３を通過する時間を長くすることができ、砂Ｓの沈降時間を長くして砂Ｓの分離効果を向上することができる。よって、固体分離管２３ａの長さを短くしても十分な砂Ｓの沈降時間を確保することができるため、固体分離管２３ａの長さを短くすることが可能となり、コンパクト化を図ることができる。

また、固体分離管２３ａを複数設けることで、固体分離管２３ａが一つのみ設けられている場合に比べて、各々の固体分離管２３ａの管径を小さくすることが可能となる。この結果、固体分離管２３ａの水圧に対する耐圧性を高めることができる。そして、耐圧性の向上にともなって、固体分離管２３ａの肉厚を小さくすることができ、コストの低減につながる。

また、第二気体分離部２４として第二気体分離管２４ａを設けることで、固体分離部２３を通過した混合流体Ｆを海底ＢＳに沿って流通させることで、分離時間を稼ぎながら混合流体Ｆ中に残存するメタンガスＧを比重差によって分離し、第二気体分離管２４ａの上部に集めることが可能となる。さらにこのメタンガスＧを第二回収部２７を通じて回収することが可能となる。よってメタンガスＧの分離、回収の効果を向上でき、メタンガスＧの生産性向上につながる。また、ポンプ４へのメタンガスＧの流入量を低減でき、ポンプ４内でのキャビテーションの発生を抑制でき、ポンプ４の損傷を抑制することが可能となる。

またフラッシング部２８を設けたことで、固体分離管２３ａ内に沈降した砂Ｓを、分岐管を通じて分離装置３の外部に排出するフラッシングを行うことができる。これにより、固体分離部２３内で砂Ｓが滞留することを抑制でき、分離装置３を継続的に正常に機能させてメタンガスＧの回収が可能となる。

また、本実施形態ではポンプ４の動力によってフラッシングを行っているため、別途で固体分離部２３及び分岐部２２に海水Ｗを送り込むポンプ等を設ける必要がなくなり、コストを抑制しながら、分離装置３からの砂Ｓの排出が可能となる。

さらに、吸込補助部５としてのオーガー１１を回転させることで、オーガー１１の羽根部１１ｂの回転に応じて生産井１００内の砂Ｓを上方に持ち上げるようにして、吸込管２での砂Ｓの吸い込みを促進することができる。従って、吸込管２が混合流体Ｆ中の砂Ｓによって閉塞されてしまうことをより効果的に抑制でき、生産井１００からメタンガスＧを継続的に回収することができる。

本実施形態のガス回収装置１によると、砂Ｓや海水Ｗが混じったメタンガスＧを洋上や陸上まで吸い上げた後にメタンガスＧを分離する必要がなくなり、コストを抑えつつ、メタンガスＧの回収が可能となる。

〔第二実施形態〕
以下、図６を参照して、本発明の第二実施形態に係るガス回収装置５１について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、吸込補助部５５が第一実施形態と異なっている。

吸込補助部５５は、生産井１００に挿入された噴出管５５ａと、第一回収管２６ａに接続されてメタンガスＧが流通する流通管５５ｂと、噴出管５５ａと流通管５５ｂとを接続するとともに、メタンガスＧを、噴出管５５ａを通じて生産井１００内に吹き込む噴出装置５５ｃとを有している。

流通管５５ｂは、第一気体分離部２１で回収されたメタンガスＧが流通する。

噴出装置５５ｃは、本実施形態では、吸込管２における屈曲部２ａの上方に配されている。そして流通管５５ｂからのメタンガスＧを噴出管５５ａに向けて圧送する圧縮機等である。

噴出管５５ａは、噴出装置５５ｃに接続されるとともに、本実施形態では、吸込管２における屈曲部２ａで吸込管２を貫通するようにして吸込管２内に挿入され、メタンハイドレート層Ｈの位置、即ち、生産井１００の底部まで延びている。そして噴出装置５５ｃによって圧送されたメタンガスＧを生産井１００内に吹き込む。

本実施形態のガス回収装置５１によると、吸込補助部５５によって、第一気体分離部２１から第一回収部２６によって回収したメタンガスＧを生産井１００内に吹き込むことで、生産井１００内の砂Ｓを撹拌し、吸込管２によって砂Ｓの吸い込み量を増大させることができる。よって、より効果的に吸込管２を閉塞してしまうことを抑制でき、生産井１００からメタンガスＧを継続的に回収することができる。

なお、本実施形態では噴出管５５ａは吸込管２の内部に挿入されなくともよく、吸込管２と噴出管５５ａとが並列に、生産井１００の内部に挿入されていてもよい。

また、噴出管５５ａには、メタンガスＧとともに海水Ｗが流入するようにしてもよい。さらに、流通管５５ｂを第二回収管２７ａに接続し、第二気体分離部２４から回収したメタンガスＧを噴出管５５ａに流入させてもよい。また、分離装置３以外から、即ち、ガス回収装置５１の系外から、メタンガスＧや海水Ｗ、その他の流体を流入させてもよい。

以上、本発明のガス回収装置１、５１の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態で示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、第一フラッシング管３１及び第二フラッシング管３３はポンプ４に接続されていなくともよい。即ち、これら第一フラッシング管３１及び第二フラッシング管３３が海中に開口し、第一開閉装置３２及び第二開閉装置３４を開放状態とすることによって、海中と分離装置３内との差圧のみによって固体分離部２３、及び分岐部２２に海水Ｗを流入させてもよい。また、フラッシングを行うためのポンプをポンプ４とは別に設けてもよい。

また、第一気体分離部２１、第二気体分離部２４、固体分離部２３、分岐部２２、及び吐出部２５の設置位置の相対関係は上述の場合に限定されない。例えば、吐出部２５における横管２５ｂが固体分離部２３における固体分離管２３ａよりも上方に配置されていてもよい。

第一気体分離部２１、第二気体分離部２４、固体分離部２３、分岐部２２、及び吐出部２５における各管は円管状の部材を有するものに限定されず、内部に混合流体Ｆが流通可能な空間が画成された部材であれば形状は限定されない。

また、第二気体分離管２４ａは各々の固体分離管２３ａに対応するように複数設けられていてもよい。

また、固体分離管２３ａは必ずしも複数設けられていなくともよい。

また、上述の実施形態では、減圧部としてポンプ４を用いていたが、例えばポンプ４に代えてエアリフト装置を設けてもよい。このエアリフト装置は、空気を水中に吹き込むことで水の比重を小さくし、この比重の小さくなった水を水圧によって揚水管を通じて吸い出すものである。

さらに、メタンハイドレート層が湖底に存在する場合であっても、上述のガス回収装置１、５１を適用可能である。

１…ガス回収装置
２…吸込管
２ａ…屈曲部
３…分離装置
４…ポンプ（減圧部）
５…吸込補助部
１１…オーガー
１１ａ…本体部
１１ｂ…羽根部
１２…駆動部
２１…第一気体分離部
２１ａ…第一気体分離管
２２…分岐部（接続部）
２２ａ…分岐管
２３…固体分離部
２３ａ…固体分離管（管状部材）
２４…第二気体分離部
２４ａ…第二気体分離管
２４ｂ…斜管
２５…吐出部
２５ａ…縦管
２５ｂ…横管
２６…第一回収部
２６ａ…第一回収管
２６ｂ…第一弁装置
２７…第二回収部
２７ａ…第二回収管
２７ｂ…第二弁装置
２８…フラッシング部
３１…第一フラッシング管
３２…第一開閉装置
３３…第二フラッシング管
３４…第二開閉装置
３５…排出部
３８…吐出管
３９…吐出弁
４０…接続管
１００…生産井
１０１…金属管
１０２…パッカー
Ｇ…メタンガス
Ｗ…海水
Ｓ…砂
Ｆ…混合流体
Ｈ…メタンハイドレート層
ＢＳ…海底
Ｏ…軸線
Ｓ１…第一導入工程
Ｓ２…第一分離工程
Ｓ３…第一回収工程
Ｓ４…第二導入工程
Ｓ５…第二分離工程
Ｓ６…第三導入工程
Ｓ７…第三分離工程
Ｓ７…第二回収工程
Ｓ８…吐出工程
Ｓ１１…第一弁調整工程
Ｓ１２…第一フラッシング工程
Ｓ１３…第二弁調整工程
Ｓ１４…第二フラッシング工程
５１…ガス回収装置
５５…吸込補助部
５５ａ…噴出管
５５ｂ…流通管
５５ｃ…噴出装置

Claims (11)

1. 海底又は湖底に設けられた生産井を通じて、該海底又は湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを回収するガス回収装置であって、
   前記生産井内に挿入されて、前記メタンガス、水、及び砂を含む混合流体を吸い込む吸込管と、
   前記海底又は湖底の水面下に設けられて前記吸込管に接続され、前記混合流体が導入されて該混合流体から前記メタンガス、水、及び砂を比重差によって互いに分離する分離装置と、
   前記分離装置に接続されて該分離装置内の減圧を行う減圧部と、
   を備え、
   前記分離装置は、前記吸込管の一端部が接続されて鉛直方向に沿って延びる空間を画成する第一気体分離部と、
   前記気体分離部の上部で前記空間に連通して該第一気体分離部内の前記メタンガスを回収する第一回収部と、
   前記海底又は湖底に沿って延びる管状部材を有する固体分離部と、
   前記管状部材に連通するとともに、前記第一気体分離部の下部に連通する接続部と、
   を有することを特徴とするガス回収装置。
2. 前記管状部材は、複数が設けられ、
   複数の前記管状部材は、各々が前記接続部から分岐するように該接続部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のガス回収装置。
3. 前記管状部材における前記第一気体分離部から離間する側の一端部に連通するとともに、前記海底又は湖底に沿って延びる空間を画成する第二気体分離部と、
   前記第二気体分離部の上部で前記空間に連通して該第二気体分離部内の前記メタンガスを回収する第二回収部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス回収装置。
4. 前記管状部材における前記一端部に接続されて、該管状部材の内部に前記接続部に向かって水を流入させる第一フラッシング管、及び、該第一フラッシング管を開閉する第一開閉装置と、
   前記接続部に接続されて、該接続部の内部に該接続部に向かって水を流入させる第二フラッシング管、及び、該第二フラッシング管を開閉する第二開閉装置と、
   前記第二フラッシング管が接続された位置とは異なる位置で前記接続部に設けられ、該接続部に流入した前記水を排出させる排出部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガス回収装置。
5. 前記第一フラッシング管及び前記第二フラッシング管は前記減圧部に接続され、該減圧部の動力によって、前記水を前記管状部材及び前記接続部の内部に流入させることを特徴とする請求項４に記載のガス回収装置。
6. 前記生産井内に設置され、該生産井からの前記混合流体を積極的に前記分離装置へ向けて前記吸込管に吸い込ませる吸込補助部をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガス回収装置。
7. 前記吸込補助部は、前記吸込管に挿入されて軸線を中心とした棒状に延びる本体部、及び、前記本体部の外周面から突出して設けられ、前記軸線の方向に向かって螺旋状に形成された羽根部を有するオーガーと、
   前記本体部を前記軸線回りに回転可能に支持する駆動部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のガス回収装置。
8. 前記吸込補助部は、前記生産井に挿入された噴出管と、
   前記第一回収部に接続されて前記メタンガスが流通する流通管と、
   前記吸込管と前記流通管とを接続するとともに、前記メタンガスを、前記噴出管を通じて前記生産井内に吹き込む噴出装置と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のガス回収装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のガス回収装置を用いて、前記混合流体から前記水及び前記砂を分離し、前記メタンガスを回収するガス回収方法であって、
   前記第一気体分離部に前記混合流体を導入する第一導入工程と、
   前記第一気体分離部で前記混合流体から、比重差によって前記メタンガスを分離する第一分離工程と、
   前記第一回収部を通じて前記第一気体分離部で分離された前記メタンガスを回収する回収工程と、
   前記第一気体分離部からの前記混合流体を、前記接続部を介して前記固体分離部に導入する第二導入工程と、
   前記固体分離部における前記管状部材で前記砂を沈降させて分離する第二分離工程と、
   を含むことを特徴とするガス回収方法。
10. 前記固体分離部における前記管状部材の内部に前記接続部に向かって水を流入させる第一フラッシング工程と
    前記接続部に向かって前記水を流入させた後に流出させる第二フラッシング工程と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のガス回収方法。
11. 請求項９又は１０に記載のガス回収方法によって回収されることを特徴とするメタンガス。

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