JP2016084683A

JP2016084683A - 水平井及び生石灰を用いたメタンハイドレート採取法

Info

Publication number: JP2016084683A
Application number: JP2014228415A
Authority: JP
Inventors: 百代結城; Momoyo Yuki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: JP6016173B2

Abstract

【課題】メタンハイドレートの採取法には減圧法や加熱法があるが、従来の加熱法では温水などを作るための燃料やエネルギーなどが必要で、コスト高とエネルギー効率が悪いという問題があった。
【解決手段】生石灰を水または海水と混ぜて発熱反応を起こさせることにより、温水を作るためのエネルギーとコストを大幅に省略する。特殊管でガス回収することにより土砂混入を防止し、また設置後の移動を容易にする。かつ熱反応後の生石灰スラリを海中に放出することで、石灰のＣＯ２吸着とアルカリ性により、地球温暖化と海洋酸性化の抑止に貢献する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平井及び生石灰を用いてメタンハイドレートをより効率的に採取し、同時に地球温暖化防止、海洋酸性化抑止に資することを目的とするものである。

従来、海底からのメタンハイドレートの採取法には、減圧法、加熱法等によりメタンハイドレートを分解して採取する様々な方法が提案されている。加熱法では蒸気や温水やその他の熱した液体により、メタンハイドレートに熱を加えて分解させてガスを回収する等の方法が考えられている。

特願２００２−３７５２９８特開２０１３−１７０３７４特開２０１４−５０２３２２

Ｌ．Ｄ．Ｄ．Ｈａｒｖｅｙ，"ＭｉｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ｉｎｃｒｅａｓｅａｎｄｏｃｅａｎａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙａｄｄｉｎｇｌｉｍｅｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｔｏｕｐｗｅｌｌｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓ"，ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＳＥＡＲＣＨ，ＶＯＬ．１１３，Ａｐｒｉｌ２００８

従来の加熱法では温水或いは蒸気などを用いてメタンハイドレートを加熱し分解させる方法が提案されているが、温水を作るためのエネルギーが大量に必要となり、コスト高となりエネルギー効率も悪かった。また、減圧法では土砂などの混入による装置停止が問題となっていた。

従来の加熱法では温水を作るためにガスで加熱したり、ガス発電の温排水を使用したりするため、温水生成に伴ってＣＯ２が発生していた。

管が設置された部分のハイドレートが分解しきって回収率が低下した場合、管の設置場所を変更する必要があった。

本発明は、比較的安価かつ化学的に安定している生石灰を水や海水と混ぜて発熱反応を起こさせることにより、温水発生装置やそのためのエネルギーを不要とし、エネルギー効率とコストを大幅に改善することを目的とする。また土砂が入らない特殊管でガスを採集することにより、土砂の混入を防止する。管の移設も容易である。

また、生石灰は海水中では精製時の２倍のＣＯ２を吸着できるため、地球温暖化防止に役立ち、かつ水溶化した生石灰は強アルカリ性を示すため、昨今問題視されている海洋酸性化問題の抑止に資する。

水平井を２本掘削し、下位管に発熱する生石灰スラリを圧入し熱交換によりメタンハイドレート層を加熱する。分離したガスは上部に集まるため、上位管にはＳＡＧＤ法（ＳｔｅａｍＡｓｓｉｓｔｅｄＧｒａｖｉｔｙＤｒａｉｎａｇｅ）で使われる、土砂を通さない特殊管を使い分離したガスを回収することで、土砂の混入を回避する。

温水や蒸気の代わりに発熱反応を起こす生石灰を使用するため、水または海水と混ぜるだけで８０°−１００℃以上の熱を持つ流体を生成することができ、コストとエネルギーを大幅に節約できる。

溶解したメタンハイドレート内には空洞ができるため、管の角度を少し変えるだけで掘削せずに管を移動でき、新しいハイドレート層を溶解できる。

生石灰の発熱反応により無駄なＣＯ２の発生を防ぎ、かつ海中に石灰スラリを放出することでＣＯ２をむしろ吸着し、海洋酸性化の防止にも資する。

上述したように、本発明はメタンハイドレートを従来の加熱法より大幅に安価にかつエネルギー効率よく採取でき、同時に地球温暖化抑止、海洋酸性化抑止の目的も果たすものである。

船上設備、上位管と下位管、放出口の位置等の側面図上位管と下位管の断面図上位管と下位管を移動させる場合の断面図水平井を複数設ける場合、移動させる場合の俯瞰図

以下、本発明の実施の形態を図１−図４に基づいて説明する。

図１のごとく、船上にミキシングタンクとガス回収装置を設け、水平井を二本上下に設置する。下位管に生石灰スラリを流してハイドレート層を熱交換により加熱し、上位管にＳＡＧＤ法で使われる特殊管を配して分離したガスを回収する。

ミキシングタンクで水と生石灰を混ぜ、タンク内のブースターポンプでスラリ管に圧入する。海底に達する直前に海水を混入させることにより、海水中のマグネシウムと反応させてスラリの温度を更に上げてからメタンハイドレート層に注入する。（水が送水管などで簡単に入手できない場合はミキシングタンクで海水と反応させる。前述の海底直前で海水と混ぜるのと比べると、スラリがタンクから海底に達するまでの放熱ロスを最小化するためスラリの速度を上げる必要があるのと、ミキシングタンク及び配管の耐熱温度を上げ、海水による防蝕措置を取る必要がある。）

分解されたガスはハイドレートの状態と比べて体積が大幅に膨張し、また分解された水は溶解した空洞中の容積を奪うため、空洞中の圧力が高まりガスは回収管を通して自噴する。（図２）

当初設置した部分のハイドレートが溶解しきって回収率が下がった場合は、周辺は既に空洞になっているので、管の方角をわずかに変え空洞中を移動させることにより、新たなハイドレートを分解する。（図３、図４）

面的に広がりのあるハイドレートを掘削する場合は、水平井（上下管とも）を複数設けて分岐させる。前述の管の移動も俯瞰図に点線で示す。（図４）

下位管の生石灰スラリがハイドレート層との熱交換により完全に冷えた後、スラリを海底に放出することにより、スラリに含まれる石灰が海水中のＣＯ２を吸着する。スラリのアルカリ性は酸性化した海水を中和するが、アルカリ度によっては生態系への配慮として、放出口を海流の強い場所に設置するか、或いはブースターを付けて拡散させるなど、放出口付近の海水のＰＨを調整する。

１．ガス回収装置
２．生石灰スラリミキシングタンク及びブースターポンプ
３．ガス回収管
４．生石灰スラリ圧入管
５．海水ミキシングポンプ（オプション）
６．メタンハイドレート層
７．スラリブースターポンプ（オプション）
８．スラリ放出口
９．溶解空洞
１０．水、土砂
１１．新規溶解可能ハイドレート

Claims

水平井を２本掘削し、下位管に発熱反応を起こす生石灰スラリを圧入してメタンハイドレートを分解し、土砂を通さない特殊管を上位に配して分離したガスを回収する。
最初に設置した場所のハイドレートが融解し空洞が広がって回収率が落ちた場合は、上位管・下位管とも空洞中を移動させることによって新たなハイドレートの分解を可能とする。また、面的に広がりのあるハイドレートを掘削する場合は、複数井を分岐させる。
熱交換完了後の冷えた生石灰スラリを海底に放出することにより、スラリ中の石灰が海水中でＣＯ２を吸着し、地球温暖化防止に資する。また、スラリがアルカリ性を示すことから、海洋酸性化の抑止に資する。