JP2017071959A - ガス回収装置及び水底メタンハイドレートからのガス回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水底20に在るメタンハイドレートHをガス化して回収するガス回収装置10であって、室内にメタンハイドレートHを含むスラリーを入れることが可能な第1室体12と、第1室体12を水中に位置させる水中保持機構部14と、第1室体12内に水底20に在るメタンハイドレートHと水底堆積物Sを含む混合スラリー36を送るスラリー導入部38と、第1室体12内からのガス取り出し部26と、第1室体12内から主として水底堆積物Sを含む堆積物スラリー40を水底20に送るスラリー導出部42と、を備えることを特徴とするガス回収装置10。
【選択図】図1
Description
また、メタンハイドレートをスラリー状態にして海面上に揚収する装置及び方法が提供されている(特許文献2)。
また、水深400m付近から海水の温度及び圧力がメタンハイドレートの相平衡において分解側になるので、スラリー状態のメタンハイドレートは分解しつつ海面上まで揚収されることになり、揚収を安定して制御するのが困難であった。これらによりメタンガス(主成分がメタンであるガスを含む)の回収効率を高めることが難しいという問題があった。
その際、メタンハイドレートをガス化した後に残る、水底堆積物を含む堆積物スラリーは、前記第1室体が位置する水中から水底に戻されるので、水上まで「水底堆積物」、及び「メタンハイドレートの分解水を含む水底の水」が引き上げられない。すなわち、水上において水底堆積物及び前記水底の水(前記分解水を含む)を処理する必要がない。
また、前記堆積物スラリーを水底に送る際、水底のメタンハイドレート層を掘削等により混合スラリーの状態にして回収する回収領域から離れた領域に送ることにより、前記回収領域における作業効率を良好にすることができる。
また、室内を前記第1室体が位置する水深の水圧よりも低く調整することにより、前記スラリー導入部によって、前記室内に水底から混合スラリーを送るために要するエネルギーを低減することができる。
ここで、「回収先」とは、ガスを貯留するタンク等の貯留設備や、前記ガスを燃料として利用するガスタービン等のガス燃料利用設備を含む意味で使われている。
本態様によれば、前記第1室体内においてメタンハイドレートをガス化した後に溜まる堆積物スラリーが、水底メタンハイドレートを回収する領域外に戻されるので、水底メタンハイドレートを効率よく第1室体内に送ることができる。また、ガス回収率の低下の虞を低減できる。
<ガス回収装置の概略構成>
水底に在るメタンハイドレートをガス化して回収するためのガス回収装置10の概略構成について、図1に基づいて説明する。図1は、本発明に係るガス回収装置の一例を示す概略構成図である。
ガス回収装置10は、水中に設けられる第1室体12を備えている。第1室体12は、室内にメタンハイドレートHを含むスラリー(後述する混合スラリー36)を入れることが可能に構成されている。第1室体は、その室内においてメタンハイドレートが分解されるものである。第1室体12は、室内においてメタンハイドレートHを分解して得られるガスGの圧力、及び第1室体12が設けられる水深の圧力に耐え得る耐圧性を備えているとともに、減圧条件に対する耐圧性も備えていることが好ましい。
尚、「水中保持機構部」の他の構成としては、例えば、第1室体12と水底のアンカー18を繋ぐチェーン19に替えて、例えば、水上(地上の他、船上も含む)から支持部材を延設し、所定の水深位置からの第1室体12の浮き上がりを押さえる構成とすることも可能である。
また、第1室体12が浮力を持たない構成とし、第1室体12を前記水上からワイヤーやチェーン等によって水中に吊り下げる構成とすることもできる。
取り出しライン30には、第1室体12の室内の圧力を調整する「圧力調整部」としてのバルブ34が設けられている。取り出しライン30に設けられたバルブ34の開閉状態を調整することにより、第1室体12からガス回収船32へ送られるガス量を調整し、メタンハイドレートが分解して発生したガスGによって高くなった第1室体12内の圧力を容易に調整することができる。
本実施形態において、メタンハイドレート層22は、ドリルやバケット等を備えた掘削機44による掘削によって砕かれ、メタンハイドレートHと水底堆積物Sを水底の水とが、スラリー導入部38を構成する揚収ライン46によって混合スラリー36として第1室体12内に送られるようになっている。第1ライン46には第1室体12へ送る混合スラリー36の量を調整する「導入量調整部」としてのポンプ48が設けられている。また、第1ライン46には、複数の浮力体49を設けることができる。
尚、第1ライン46及び第2ライン50としては、ライザー管、フレキシブルホース、アンビリカルケーブル等を用いることができる。
以上が、ガス回収装置10の主要な構成の概略である。他の細かい構成については、次に説明するガス回収方法の途中、或いはその説明の後に別途説明する。
次に、ガス回収装置10を用いて行うガス回収方法について説明する。
[第1の送り工程]
前述したように、掘削機44によって水底のメタンハイドレート層22が砕かれ、混合スラリー36(水底の水にメタンハイドレートHと水底堆積物Sが混合したもの)が第1ライン46(スラリー導入部38)から第1室体12に送られる。
混合スラリー36中のメタンハイドレートHは、第1室体12の室内において分解される。第1室体12の水を加熱部54によって加熱することによってメタンハイドレートHの分解条件が満たされて、メタンハイドレートHを分解し、ガス化することができる。
第1室体12を位置させる水中24では、水底よりも水温は高く水圧は低い。そのためメタンハイドレートHの分解に必要な熱エネルギーは水底20近傍よりも少なくて足りるので、ガス回収コストを抑制することができる。
第1室体12の室内における前記分解工程で生成したガスGは、ガス取り出し部26によって第1室体12内から取り出されてガス回収船32に回収される。
ここで、第1室体12の室内には、混合スラリー36としてメタンハイドレートHとともに揚収された水底堆積物Sが残る。水底堆積物Sは第1室体12の下部に沈殿して堆積し易い。この第1室体12内で沈殿した水底堆積物Sを水底堆積物スラリー40として、第2ライン50(スラリー導出部42)によって水底20に送る。
尚、メタンハイドレートHの分解工程が開始された後、第1室体12の室内の水には、混合スラリー36として揚収された水底20の水と、メタンハイドレートHが分解して生成した分解水(メタンハイドレートを形成していた水)が混ざっているが、前記分解水も元々水底20に在った水底20の水である。
このことにより、第1室体12の室内に気液界面60が存在する状態でメタンハイドレートの分解がおこなわれ、安定した分解を実現することができる。またメタンハイドレートの分解で生成したメタンガスと水は気体側と液体側のそれぞれに分かれるので、分解生成メタンガスの第1室体12内からの分離回収を容易に行うことができる。
すなわち、メタンハイドレートHをガス化した後に第1室体12内に残る水底堆積物Sを含む堆積物スラリー40は、第1室体12が位置する水中24から水底20に戻されるので、水上まで水底堆積物S、及びメタンハイドレートHの分解水を含む水底20付近の水が引き上げられない。すなわち、水上において水底堆積物S及び水底20付近の水を処理する必要がない。
尚、メタンハイドレートHは水よりも比重が小さいのでスラリー導入部38による揚収を行わずとも浮力によって水中を上昇するが、スラリー導入部38を用いて揚収することにより、混合スラリー36の第1室体12内への導入を高効率に行うことができる。
また、ポンプ48を停止することにより、第1室体12内への混合スラリー36の導入の停止を速やかに行うことができる。
水中保持機構部14には、第1室体12の水深位置を変える「位置調整機構」を設けることができる。
本実施形態において、第1室体12の水深位置を変える「位置調整機構」としては、例えば、チェーン19の巻き取り及び引き出しが可能なリール62を設けることができる。リール62を用いてチェーン19の長さを変えることにより、第1室体12の水深位置を変えることができる。
尚、バラスト水としては、第1室体12が設けられている水中の周辺水域の水を用いることが望ましい。
このように加熱部54を構成することによって、構造簡単にして第1室体12の室内の水の加熱を実現することができる。また、回収先がメタンガスを燃料として利用するガスタービン等のガス燃料利用設備である場合には、ガス燃料利用時の排熱を利用することができる。また、回収先以外、例えば近隣に排熱が生じる設備や施設等がある場合には、その排熱を利用してもよい。
尚、第1室体12の室内の水の加熱は、前記熱媒体が循環する循環ライン56によるものに限られず、第1室体12内の水をヒーター等により直接加熱するように構成することもできる。
また、水面25に近い水中24の水は水底近くの水よりも高温であるので、水面25に近い水中24の水と熱交換する構成とすることもできる。
実施例2では、水底メタンハイドレートのガス回収方法の他の実施形態について説明する。図2は、第1室体が位置する水深の圧力よりも低い圧力に室内を減圧する場合について説明する図であり、図2(A)は室内を水深の圧力にした状態を示す図、図2(B)は室内を水深の圧力よりも減圧にした状態を示す図である。
尚、本実施例において、実施例1と同一の構成については同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。また、図2(A)及び図2(B)のでは加熱部54が省略されている。
尚、第1室体12の室内の減圧は、第1室体12の室内からガス回収船32へ送るガス量を調整するバルブ34の調整によって容易に行うことができ、当該減圧のためにエネルギーは要しない。
ここで、第1室体12内を3MPaにした状態で分解工程を行っている状態から、スラリー導入部38側のポンプ48(図1)とスラリー導出部42側のポンプ52(図1)の駆動に要するエネルギーを調整しないまま、第1室体12内を3MPaから2.3MPMPaにすると、室内の気液界面が上昇することがある。
18 アンカー、19 チェーン、20 水底、22 メタンハイドレート層、
24 水中、25 水面、26 ガス取り出し部、
28 取り出し口、30 取り出しライン、32 ガス回収船、
34 バルブ(圧力調整部)、36 混合スラリー、38 スラリー導入部、
40 堆積物スラリー、42 スラリー導出部、44 掘削機、46 第1ライン、
48 ポンプ、50 第2ライン、52 ポンプ、54 加熱部、
56 循環ライン、58 熱交換部、60 気液界面、62 リール、
64 気液界面、66 液面計、68 制御部、
H メタンハイドレート、S 水底堆積物
Claims (11)
- 水底に在るメタンハイドレートをガス化して回収するガス回収装置であって、
室内に前記メタンハイドレートを含むスラリーを入れることが可能な第1室体と、
前記第1室体を水中に位置させる水中保持機構部と、
前記第1室体内に水底に在る前記メタンハイドレートと水底堆積物を含む混合スラリーを送るスラリー導入部と、
前記第1室体内からのガス取り出し部と、
前記第1室体内から主として水底堆積物を含む堆積物スラリーを水底に送るスラリー導出部と、
を備えることを特徴とする、ガス回収装置。 - 請求項1に記載されたガス回収装置において、
前記第1室体の室内の圧力を調整する圧力調整部を備える、ことを特徴とするガス回収装置。 - 請求項2に記載されたガス回収装置において、
前記ガス取り出し部が、室内から取り出したガスを回収先に送る取り出しラインを備え、前記圧力調整部が前記取り出しラインに設けられている、ことを特徴とするガス回収装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載されたガス回収装置において、
前記第1室体内の水を加熱する加熱部を備える、ことを特徴とするガス回収装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載されたガス回収装置において、
前記スラリー導入部が、前記第1室体へ送る前記混合スラリーの量を調整する導入量調整部を備えている、ことを特徴とするガス回収装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載されたガス回収装置において、
前記水中保持機構部が、前記第1室体の水深位置を変える位置調整機構を備えている、ことを特徴とするガス回収装置。 - 水底に在るメタンハイドレートと水底堆積物を含む混合スラリーを水中に位置する第1室体内へ送る第1の送り工程と、
前記第1室体内でメタンハイドレートを分解する分解工程と、
前記分解工程で生成したガスを第1室体内から取り出して回収するガス回収工程と、
第1室体内から主として水底堆積物を含む水底堆積物スラリーを水底に送る第2の送り工程と、を有する、
ことを特徴とする水底メタンハイドレートからのガス回収方法。 - 請求項7に記載された水底メタンハイドレートからのガス回収方法において、
前記第2の送り工程において前記堆積物スラリーを送る水底が、前記第1の送り工程における水底メタンハイドレートの回収領域外の水底である、ことを特徴とする水底メタンハイドレートからのガス回収方法。 - 請求項7または請求項8に記載された水底メタンハイドレートからのガス回収方法において、
前記第1室体の室内に気液界面ができる圧力を付与した状態でメタンハイドレートを分解する、ことを特徴とする水底メタンハイドレートからのガス回収方法。 - 請求項9に記載された水底メタンハイドレートからのガス回収方法において、
前記第1室体の室内を、該第1室体が位置する水深の圧力よりも低い圧力に減圧する、ことを特徴とする水底メタンハイドレートからのガス回収方法。 - 請求項7から請求項10のいずれか一項に記載された水底メタンハイドレートからのガス回収方法において、
前記分解工程が、前記第1室体内の水に熱を加えて行われる、ことを特徴とする水底メタンハイドレートからのガス回収方法。
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