JP2021036105A - 固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム、リフト方法、資源回収システム、及び資源回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深い水底あるいは水底より下方から泥や固体形状物質あるいは液体形状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるリフトシステムにおいて、固体形状物質あるいは液体形状物質の回収効率を大きくする。【解決手段】リフトシステムは、ライザー管と、前記ライザー管内に気泡を生成させて、前記スラリーを水面上に引き上げるために、前記ライザー管の管長手方向の途中の場所で、気体を前記ライザー管内に供給する気体導入孔と、前記水面上から前記気体導入孔に気体を供給する気体供給管と、を備えた気泡リフト装置と、前記ライザー管の前記水底側の端から少なくとも前記場所まで前記スラリーを引き上げるために、加圧した高圧水を前記水面側に向けて吐出するジェットノズルと、前記ジェットノズルに前記高圧水を供給するために、前記水面上から前記ジェットノズルに前記高圧水を供給する高圧水供給管と、を備えたジェットポンプと、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、水底あるいは水底より下方にある固形状物質あるいは液体状物質を、水面上に設けられた、固形状物質あるいは液体状物質を処理する処理装置まで引き上げる固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム及びリフト方法、このリフトシステムあるいはリフト方法を利用した資源回収システム、及び資源回収方法に関する。

海水よりは若干軽い重質油を、自噴圧力に乏しい海底油田から効率的に引き上げるために、気泡リフト技術が原油生産に広く利用されている。この気泡リフト技術では、ライザー管内部の液体中に、質量が相対的に無視できるほど小さい気体を注入することによって、その体積割合分だけ管内の液柱圧力を下げ、ライザー管の下端部において、ライザー管の外部の海水による圧力や油層圧力による押し込み力を発生させ、気泡の浮上力を利用して、所定の対象物質を水面に引き上げる。海底に貯留されるレアアース等を含んだ泥や、比重の大きい鉱物などにおいても、細かく砕いて海水等と混ぜたスラリーとすることで海底６０００ｍ等の深海から上記気泡リフト技術を有効に使用できると考えられる。

上記気泡リフト技術では、ライザー管の下側で注入した気泡がライザー管上端近くまで浮上すると水深に略反比例して体積が増す。このため、引き上げる対象物質を多くするには気泡として注入する気体の量は少なくしなければならないが、気泡の量を少なくすると、浮上力を十分に確保することができない。このため、浮上力を確保しつつ、引き上げる対象物質の量を制限しなければならない。すなわち、従来の気泡リフト技術の引き上げる所定の物質の回収効率が非常に悪いという従来技術の気泡リフト技術における問題点を解決する技術が知られている（特許文献１）。
この技術では、ライザー管の上端部に加圧チャンバーを設けて、ライザー管の上部の内部を加圧することにより、浅水深領域でのライザー管内を上昇する混合流体における気泡の体積の割合が増加するのを抑制することができる。

特許第５６３８４６号公報

しかし、上記気泡リフト技術を用いて水深６０００ｍのような深い海底から海底資源を含む泥等の物質を海面上に引き上げる場合、気泡の体積は６００倍に膨張するため、加圧チャンバーを設けても、依然としてライザー管から引き上げられる物質の量は気泡の体積に対して極めて少なく、海底資源等の所定の物質の回収効率は低いといった問題がある。
さらに、水深が深くなると、水圧の影響で気泡となる気体の密度が高くなって流体との密度差が無くなり（超臨界状態になり）、気泡リフトの効果が期待できなくなる。つまり、気泡を供給する位置を過度に深くすると、費用対効果が低下する。

そこで、本発明は、気泡リフト技術の問題点を解消して、水深６０００ｍのような深い水底あるいは水底より下方から泥等の固体形状物質あるいは液体形状物質を水面上に引き上げる際、固体形状物質あるいは液体形状物質の回収効率を大きくすることができるリフトシステム及びリフト方法、このリフトシステムあるいはリフト方法を利用した資源回収システム、及び資源回収方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を、水面上に設けられ、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を処理する処理装置まで引き上げる固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステムである。当該リフトシステムは、
前記水底から採集した固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるためのライザー管と、
前記ライザー管内に気泡を生成させて、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるために、前記ライザー管の管長手方向の途中の場所で、気体を前記ライザー管内に供給する気体導入孔と、前記水面上から前記気体導入孔に気体を供給する気体供給管と、を備えた気泡リフト装置と、
前記ライザー管の前記水底側の端から少なくとも前記場所まで前記スラリーを引き上げるために、加圧した高圧水を前記水面側に向けて吐出する、前記場所よりも前記水底の側に設けられたジェットノズルと、前記ジェットノズルに前記高圧水を供給するために、前記水面上から前記ジェットノズルに前記高圧水を供給する高圧水供給管と、を備えたジェットポンプと、を有する。

前記リフトシステムにおいて、
前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体導入孔との間の部分に、前記ライザー管内の前記スラリーの動圧を測定する第１圧力計が設けられ、
前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記ライザー管の前記端との間の部分に、前記ライザー管の流路断面積を調整する調整弁が設けられ、
前記高圧水供給管に、前記前記ジェットノズルにおける前記高圧水の圧力を測定する高圧水圧力計が設けられ、
前記リフトシステムは、前記第１圧力計が測定した動圧が基準閾値に比べて低下する場合、前記調整弁の開度を小さくするように前記高圧水圧力計で測定される前記高圧水の圧力に基づいて前記調整弁を制御する制御装置を備える、ことが好ましい。

前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体導入孔との間の部分に、前記ライザー管の流路の開閉をする開閉弁が設けられ、
前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記開閉弁と前記ジェットノズルとの間の部分に前記ライザー管内の前記スラリーの動圧を測定する第２圧力計が設けられ、
前記リフトシステムは、前記第２圧力計による動圧の測定結果が、予め設定された許容範囲を外れた場合、前記ジェットノズルからの前記高圧水を前記ライザー管の前記水底側の前記端から外部に吐出させるために、前記開閉弁を閉じるように制御する制御装置を、さらに備える、ことが好ましい。

前記処理装置は、前記処理装置に前記ライザー管から導入された前記スラリーから前記固形状物質あるいは前記液体状物質内の所定の物質を抽出する抽出装置を備え、
前記リフトシステムは、さらに、前記抽出装置で抽出して残る水を加圧して、前記高圧水として前記高圧水供給管に供給する加圧ポンプ、を備える、ことが好ましい。

前記高圧水供給管には、前記ジェットノズルへ供給する前の前記高圧水を加熱するヒータが設けられる、ことが好ましい。

また、前記高圧水供給管の前記ジェットノズルの側には、前記高圧水供給管の管路を遮断する遮断弁が設けられる、ことが好ましい。

前記高圧水供給管は、前記ライザー管内に設けられる、ことが好ましい。

前記ライザー管は、前記高圧水供給管内に設けられる、ことも、同様に好ましい。

本発明の他の一態様は、水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質として採集する採集装置と、
前記固形状物質あるいは前記液体状物質のリフトシステムと、
前記リフトシステムを用いて、引き上げた前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーを処理する前記処理装置と、を備え、
前記処理装置は、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーから所定の資源を抽出する、ことを特徴とする資源回収システムである。

本発明のさらに他の一態様は、水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを、水面上に設けられ、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を処理する処理装置まで引き上げる固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法である。当該リフト方法は、
水底あるいは水底より下にあり、採集した固形状物質あるいは液体状物質を、ライザー管内で高圧水をジェットノズルから前記水面側に向けて噴射させることにより、前記ライザー管の前記水底側の端から前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーを吸引して前記水面の側に引き上げるステップと、
前記ライザー管の管長手方向の途中の場所から、前記ライザー管内に気体を導入してできる気泡の浮上により、前記スラリーを前記水面まで上昇させるステップと、を備える。

前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体の導入位置との間の部分における前記ライザー管内の前記スラリーの動圧が基準閾値に比べて低下する場合、前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記ライザー管の前記水底側の端との間の部分に設けられた前記ライザー管の流路断面積を調整する調整弁の開度を小さくすることにより、前記ライザー管の流路断面積を小さくする、ことが好ましい。

前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体の導入位置との間の部分に、前記ライザー管の流路の開閉をする開閉弁が設けられ、
前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記開閉弁と前記ジェットノズルとの間の部分に前記ライザー管内の前記スラリーの動圧を測定する第２圧力計が設けられ、
前記第２圧力計による動圧の測定結果が、予め設定された許容範囲を外れた場合、前記ジェットノズルからの前記高圧水を前記ライザー管の前記水底側の前記端から外部に吐出させるために、前記開閉弁を閉じる、ことが好ましい。

本発明のさらに他の一態様は、資源回収方法である。当該資源回収方法は、
水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を採集するステップと、
前記固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法を用いて、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含む前記スラリーを水面上に引き上げるステップと、
前記水面上に引き上げた前記スラリー内の前記固形状物質あるいは前記液体状物質を処理することにより、所定の資源を抽出するステップと、を備える。

上述のリフトシステム及びリフト方法、このリフトシステムあるいはリフト方法を利用した資源回収システム、及び資源回収方法によれば、深い水底あるいは水底より下方から泥等の固体形状物質あるいは液体形状物質を水面上に引き上げる際、固体形状物質あるいは液体形状物質の回収効率を大きくすることができる。

一実施形態のリフトシステムを適用した資源回収システムの概略図である。 図１に用いる資源回収システムの構成を示すブロック図である。

以下、一実施形態のリフトシステムを適用した資源回収システムを、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態のリフトシステムを適用した資源回収システムの概略図である。図２は、図１に用いる資源回収システムの構成を示すブロック図である。
以下の説明する実施形態では、海洋において、掘削船を用いて海底の資源を引き上げる例を説明するが、適用される場所は、海洋に限定されず、湖、河川でも適用することができる。

図１に示すリフトシステム１０は、水面（海面）に浮かぶ掘削船１２で、海底または海底下方にある資源を引き上げるのに使用される。リフトシステム１０は、ライザー管２０、気泡リフト装置２２と、ジェットポンプ２４と、捕集装置２６と、処理装置２８（図２参照）と、制御装置３０（図２参照）と、を主に備える。

リフトシステム１０は、海底、湖底、川底等の水底、又は、水底より下方の砂、堆積物、鉱物等の固形状物質または液体状物質を含むスラリーをライザー管２０を通して水面まで引き上げるために、ライザー管２０の下側端近傍部分にジェットポンプ２４、及びライザー管２０の途中に気泡リフト装置２２が設けられる。ライザー管２０は、ジェットポンプ２４及び気泡リフト装置２２の機能によるライザー管２０内の減圧効果によって、ライザー管２０の下側端から、捕集装置２６により採集した堆積物を周囲の水と共にライザー管２０に吸引し、水あるいは気体と共に水面上に引き上げることができる。

掘削船１２は、海底の堆積物あるいは海底の下方にある物質を引き上げるために、自動船位保持システムを備えたドリル機構を備えた船舶である。リフトシステム１０のライザー管２０として、掘削船１２が用いるライザー管を利用する。この掘削船１２のライザー管は、掘削時にドリリングマッドを回収するため使用される。
ライザー管２０は、水底から採集した固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるための管である。ライザー管例えば、内径５０ｃｍ、長さ２７ｍ程度の短管をフランジで多数連結して構成される。ライザー管２０には、下端の側には、捕集装置２６が接続されている。

捕集装置２６は、海底あるいは海底の下方にある物質を捕集する装置である。捕集装置２６の構成は特に限定されないが、たとえば、吸引能力を有するケーソンを海底に接触させて海底あるいは海底内部に押し込ませ、海底あるいは海底内部にある堆積物を吸引する。ケーソンの内側空間には、高圧水を噴射させるノズルがあり、この内側空間に取り込まれた堆積物を高圧水により微粒子状あるいは液状にし（流動化し）、固形状物質または液体状物質を含んだスラリーとする。この吸引された固形状物質または液体状物質は、捕集装置２６と接続されたライザー管２０の下方端に供給される。また、ケーソンに代えて公知の吸引ヘッドを用いることもできる。
このようなケーソンあるいは吸引ヘッドの例として、特開２０１８−５３２９１８号公報に記載の吸引ケーソンが挙げられる。

ライザー管２０の下端近傍には、ジェットポンプ２４が設けられている。ジェットポンプ２４は、ライザー管２０の外部から供給された、加圧した高圧水をライザー管２０内で水面側に向けて吐出させて、ライザー管２０内の液体や気体を水面側に強制的に浮上させ、これによって高圧水のジェットノズルよりもライザー管２０の下方端側（水底側）の圧力を減圧させることで、捕集装置２６が採集した固形状物質または液体状物質を含むスラリーをライザー管２０内に吸引すると共に、高圧水により水面側に上昇させる。

ジェットポンプ２４は、ジェットノズル２４ａと高圧水供給管２４ｂとを備える。ジェットノズル２４ａは、後述する気泡リフト装置２２の設置場所（気体導入孔２２ａ）よりも水底の側に設けられ、加圧した高圧水を水面側に向けて吐出する。
高圧水供給管２４ｂは、水面上からジェットノズルに高圧水を供給するように配置されている。図２に示す例では、高圧水供給管２４ｂは、掘削船１２から延びている。掘削船１２には、水を加圧する加圧ポンプ２４ｃを備え、常時加圧した高圧水が高圧水供給管２４ｂに供給される。
ジェットポンプ２４により、ライザー管２０内に固形状物質または液体状物質を含むスラリーを取り込むと共に、気泡リフト装置２２の設置場所まで引き上げることができる。

気泡リフト装置２２は、ライザー管２０内に気泡を生成させて、固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるように機能する。気泡リフト装置２２は、気体導入孔２２ａと気体供給管２２ｂとを備える。
気体導入孔２２ａは、ライザー管２０の管長手方向の途中の場所に設けられる。気体供給管２０ｂは、水面上から気体導入孔に気体を供給する。図１に示す例では、気体供給管２２ｂは、掘削船１２から延びている。掘削船１２には、気体を加圧するガスコンプレッサ２２ｃを備え、常時加圧した気体が気体供給管２０ｂに供給される。
気泡リフト装置２２の気体導入孔２２ａが設けられるライザー管２０の部分は、圧縮空気をライザー管１１の内部に注入するエアリフトバルブがついた特別仕様の短管で構成される。

気泡リフト装置２２を、ライザー管２０の管長手方向の途中に設けることにより、ライザー管２０内に導入された気泡が水面上で大きくなることを抑制できるので、固体形状物質あるいは液体形状物質の回収効率を大きくすることができる。このような効果を効率よく発揮させるためには、例えば、図１に示す海底が深く、例えば水深（水面から水底までの距離）が４０００ｍを超えるような場合、水面からジェットノズル２４ａまでの深さＤ２は、水深の１００％〜９０％の場所に設けることが好ましく、水深の１００％近くの場所に設けることがより好ましい。一方、水面から気体導入孔２２ａまでの深さＤ１は、水深の８０％〜５０％の場所に設けることが好ましく、水深の６０％の場所に設けることがより好ましい。
従来のように、ライザー管の下方端（水底側）に気泡リフト装置を設けた場合、気泡の膨張率が大きくなり、固体形状物質あるいは液体形状物質の回収効率は低い。

掘削船１２には、リフトシステム１０を用いて、引き上げたスラリー内の固形状物質あるいは液体状物質を処理する処理装置２８（図２参照）を備える。
処理装置２８は、引き上げた固形状物質あるいは液状物質を含んだスラリーと、気泡リフト装置２２で導入された気体と、を分離する分離装置２８ａと、分離したスラリーから、所定の物質（例えば、レアアース）を抽出するための抽出装置２８ｂと、ガスコンプレッサ２２ｃと、加圧ポンプ２４ｃと、制御装置３０と、を備える。

分離装置２８ａは、気体とスラリーとを、密閉容器内で貯留し、気相空間から気体を取り除くとともに液相を抽出するように構成される。
抽出装置２８ｂは、スラリーを容器内で長時間放置することにより沈殿物を回収することにより、あるいは、液状物質に所定の薬品を投入して固体化したものを回収することにより、所望の物質を回収する。
ガスコンプレッサ２２ｃは、分離装置２８ａで分離した気体の供給を受けて、所定の圧力になるように気体を加圧して気体供給管２２ｂに供給される。したがって、気泡リフト装置２２は、気体を循環させながら使用する。
加圧ポンプ２４ｃは、処理装置２８ｂで沈殿物を回収することで残渣となった液体の供給を受けて、所定の圧力になるように液体を加圧して高圧水として高圧水供給管２４ｂに供給される。したがって、ジェットポンプ２４は、液体を回収して循環させながら使用する。
制御装置３０は、ガスコンプレッサ２２ｃ及び加圧ポンプ２４ｃの駆動を制御し、処理装置２８における処理内容を制御する。

このように、リフトシステム１０では、ジェットポンプ２４により、採集装置２６で採集した固形状物質あるいは液体状物質を含んだスラリーを気泡リフト装置２２の気体導入孔２２ａまで引き上げることができ、水深の浅くなった場所から、気泡をライザー管１０内に供給するので、水面に上昇した時の気泡の膨張を抑制することができる。このため、気泡の体積に対する固形状物質あるいは液体状物質の量は大きくなるので、固体形状物質あるいは液体形状物質の回収効率を大きくなる。

図１，２に示す例では図示されていないが、ライザー管２０に、脱気装置が設けられてもよい。脱気装置は、１つ設けられてもよく、ライザー管２０の深さ方向の異なる位置に複数設けられてもよい。脱気装置は、気泡リフト装置２２で導入された気泡の一部をライザー管２０内で分離して、ライザー管２０の外部に排出する装置である。脱気装置は、例えばライザー管２０内でらせん状配管を設けて、ライザー管２０内を流れるスラリーと気泡の気液混相流をらせん状に旋回させる。これにより、比重の高いスラリーは、遠心力によりライザー管２０の外側に、比重の小さい気体はライザー管２０の中心側に集まりやすい。このため、ライザー管２０の中心部分に脱気用管の開口を配置し、脱気用管をライザー管２０の外部に導く。これにより、ライザー管２０の中心側に集まった気体を、脱気用管を通してライザー管２０の外部に排出させることができる。

上記説明の実施形態では設けられないが、分離装置２８ａには、ライザー管２０の上方端と接続した加圧チャンバを設けてもよい。加圧チャンバは、ライザー管２０内の上方における圧力を高めることができ、気泡の膨張を抑制させることができる。このような加圧チャンバの圧力は、制御装置３０からの制御により変更することが好ましい。

一実施形態によれば、図２に示すように、ライザー管２０の管長手方向に沿った、ジェットノズル２４ａと気体導入孔２２ａとの間の部分に、ライザー管２０内の動圧を測定する第１圧力計Ｐ１が設けられ、ライザー管２０の管長手方向に沿った、ジェットノズル２４ａとライザー管２０の下方端（水底側の端）との間の部分に、ライザー管２０の流路断面積を調整する調整弁３２が設けられ、高圧水供給管２４ｂに、ジェットノズル２４ａにおける高圧水の圧力を測定する高圧水圧力計Ｐ３が設けられることが好ましい。この場合、制御装置３０は、第１圧力計Ｐ１が測定した動圧が基準閾値に比べて低下する場合、調整弁３２の開度を小さくするように高圧水圧力計Ｐ３で測定される高圧水の圧力に基づいて調整弁３２を制御することが好ましい。すなわち、調整弁３２の開度は、高圧水圧力計Ｐ３で測定される高圧水の圧力を監視しながら絞ることにより、第１圧力計Ｐ１における圧力を上昇させることができる。第１圧力計Ｐ１の測定結果が基準閾値よりも低い場合、ライザー管２０内のスラリーの流量は少ない。これは、ライザー管２０内に導入される固形状物質あるいは液体状物質を含んだスラリーの粘度が高くなること、スラリーの密度が上昇すること、あるいは圧力損失の増加等の原因により、ジェットポンプ２４の揚程が低くなっていることによる。この場合、ライザー管２０内に引き込んだスラリーは、気泡リフト装置２２の設けられる場所まで引き上げられない虞がある。このため、揚程が低い場合、スラリーを気泡リフト装置２２の設けられる場所まで確実に引き上げることができるように、すなわち、揚程を維持することができるように、引き上げるスラリーの容量を絞る（調整弁３２の開度を小さくする）ことが好ましい。

一実施形態によれば、ライザー管２０の管長手方向に沿った、ジェットノズル２４ａと気体導入孔２２ａとの間の部分に、ライザー管２０の流路の開閉をする開閉弁３４が設けられ、ライザー管２０の管長手方向に沿った、開閉弁３４とジェットノズルとの間の部分にライザー管２０内の動圧を測定する第２圧力計Ｐ２が設けられることが好ましい。このとき、制御装置３０は、第２圧力計Ｐ２による動圧の測定結果が、予め設定された許容範囲を外れた場合、ジェットノズル２４ａからの高圧水をライザー管２０の水底側の下方端（水底側の端）から外部に吐出させるために、開閉弁３４を閉じるように制御することが好ましい。ライザー管２０内には、採集装置２６で採集された固形状物質あるいは液体状物質を含んだスラリーが引き込まれるので、大きな固体物がライザー管２０内部に挟まって流路を塞ぐ場合がある。このような場合、海底に配置したライザー管２０を水面に引き上げてライザー管２０内部に挟まった固体物を除去することはできない。このため、高圧水の吐出力を利用して、ライザー管２０内部に挟まった固体物を除去するために、下方端に高圧水が噴射するように開閉弁３４を閉じる。

上述したように、処理装置２８は、処理装置２８にライザー管から導入された固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーから、固形状物質あるいは液体状物質内の所定の物質を抽出する抽出装置２８ｂを備え、さらに、掘削船１２には、抽出装置２８ｂで抽出して残る水を加圧して、高圧水として高圧水供給管２４ｂに供給する加圧ポンプ２４ｃが設けられる。このため、水底の水を循環させながら高圧水に利用するので、水底の環境を損なうことなく、水底の固形状物質あるいは液体状物質を引き上げることができる。また、水底の水を循環させながら高圧水に利用しているので、水底の環境を損なうことなく、循環して用いた水を水底に戻すことも可能である。

一実施形態によれば、図２に示すように、高圧水供給管２４ｂには、ジェットノズル２４ａへ供給する前の高圧水を加熱するヒータ３６が設けられることが好ましい。水底における温度は、０〜１０度であり、温度変化は小さいが、例えば海水の動粘度は、この温度の範囲で２０〜３０％変化する。このため、ジェットノズル２４ａから吐出させる高圧水の温度を一定に維持するために、ヒータ３６で温度制御をすることが好ましい。このような温度制御は、制御装置３０の制御によって行うことができる。
また、固形状態物質あるいは液体形状物質を含んだスラリーも、堆積物が変化することによって動粘度は変化する。スラリーの動粘度が変化することにより、ライザー管３０内のスラリーの流動性能（流動摩擦等）は変化するので、この流動性能が変化しないように、供給される高圧水の温度により、流動性能を一定に維持するように、ライザー管２０内のスラリーの動圧の測定経過を用いて高圧水の温度を制御してもよい。すなわち、堆積物が変化することによって変化するスラリーの動粘度を、高圧水の温度を調整することにより引き上げるスラリーの動粘度を調整することができる。

一実施形態によれば、高圧水供給管２４ｂのジェットノズル２４ａの側には、図２に示すように、高圧水供給管２４ｂの管路を遮断する遮断弁３７が設けられることが好ましい。遮断弁３７は、加圧ポンプ２４ｃが破損して動作しない場合でも、リフトシステム１０の操業を停止することなく、リフトシステム１０は、制御装置３０の制御により、遮断弁３７の管路を遠隔操作により閉じて、気泡リフト装置２２の動作のみにより、スラリーを水面上に引き上げることができる。

図１，２に示す例では、高圧水供給管２４ｂは、ライザー管２０とは別に設けられるが、一実施形態によれば、数１０００ｍの長さの管の外部からの破損の可能性を抑えることができる点から、高圧水供給管２４ｂは、ライザー管２０内に設けられることが好ましい。ライザー管２０内のスラリーの流れを阻止しないように高圧水供給管２４ｂの大きさ、場所が設定される。
また、別の一実施形態では、ライザー管２０は、高圧水供給管２４ｂ内に設けられることも好ましい。ライザー管２０は、ライザー管２０を高圧水供給管２４ｂ内に設けることにより、数１０００ｍの長さの管の外部からの破損の可能性を抑えることができる他、ライザー管２０内を流れるスラリーの流れを阻害することを抑制できる。

したがって、上記リストシステム１０を用いることにより、水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を、水面上に設けられる処理装置２８まで引き上げる以下のリフト方法を行うことができる。
（１）水底あるいは水底より下にあり、採集装置２６により採集した固形状物質あるいは液体状物質を、ライザー管２０内で高圧水をジェットノズル２４ａから水面側に向けて噴射させることにより、ライザー管２０の水底側の端から固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを吸引して水面の側に引き上げる。
（２）ライザー管２０の管長手方向の途中の場所から、ライザー管２０内に気体を導入してできる気泡の浮上により、スラリーを水面まで上昇させる。

このとき、ライザー管２０の管長手方向に沿った、ジェットノズル２４ａと気体の導入位置との間の部分におけるライザー管２０内のスラリーの動圧が基準閾値に比べて低下する場合、ライザー管２０の管長手方向に沿った、ジェットノズル２４ａとライザー管２０の水底側の端との間の部分に設けられたライザー管２０の流路断面積を調整する調整弁３２の開度を小さくすることにより、ライザー管２０の流路断面積を小さくすることが好ましい。

また、上述した第２圧力計Ｐ２による動圧の測定結果が、予め設定された許容範囲を外れた場合、ジェットノズル２４ａからの高圧水をライザー管２０の水底側の端から外部に吐出させるために、開閉弁３４を閉じることが好ましい。

したがって、水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を採集し、上述のリフト方法を用いて、固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げ、水面上に引き上げたスラリー内の固形状物質あるいは液体状物質を処理することにより、所定の資源を抽出する資源回収方法を実現することができる。

以上、本発明の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム、リフト方法、資源回収システム、及び資源回収方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ リフトシステム
１２ 掘削船
２０ ライザー管
２２ 気泡リフト装置
２２ａ 気体導入孔
２２ｂ 気体供給管
２２ｃ ガスコンプレッサ
２４ ジェットポンプ
２４ａ ジェットノズル
２４ｂ 高圧水供給管
２４ｃ 加圧ポンプ
２６ 捕集装置
２８ 処理装置
２８ａ 分離装置
２８ｂ 抽出装置
３０ 制御装置
３２ 調整弁
３４ 開閉弁
３６ ヒータ
３７ 遮断弁

Claims (13)

1. 水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を、水面上に設けられ、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を処理する処理装置まで引き上げる固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステムであって、
   前記水底から採集した固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるためのライザー管と、
   前記ライザー管内に気泡を生成させて、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーを水面上に引き上げるために、前記ライザー管の管長手方向の途中の場所で、気体を前記ライザー管内に供給する気体導入孔と、前記水面上から前記気体導入孔に気体を供給する気体供給管と、を備えた気泡リフト装置と、
   前記ライザー管の前記水底側の端から少なくとも前記場所まで前記スラリーを引き上げるために、加圧した高圧水を前記水面側に向けて吐出する、前記場所よりも前記水底の側に設けられたジェットノズルと、前記ジェットノズルに前記高圧水を供給するために、前記水面上から前記ジェットノズルに前記高圧水を供給する高圧水供給管と、を備えたジェットポンプと、を有することを特徴とする固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
2. 前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体導入孔との間の部分に、前記ライザー管内の前記スラリーの動圧を測定する第１圧力計が設けられ、
   前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記ライザー管の前記端との間の部分に、前記ライザー管の流路断面積を調整する調整弁が設けられ、
   前記高圧水供給管に、前記ジェットノズルにおける前記高圧水の圧力を測定する高圧水圧力計が設けられ、
   前記第１圧力計が測定した動圧が基準閾値に比べて低下する場合、前記調整弁の開度を小さくするように前記高圧水圧力計で測定される前記高圧水の圧力に基づいて前記調整弁を制御する制御装置を備える、請求項１に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
3. 前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体導入孔との間の部分に、前記ライザー管の流路の開閉をする開閉弁が設けられ、
   前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記開閉弁と前記ジェットノズルとの間の部分に前記ライザー管内の前記スラリーの動圧を測定する第２圧力計が設けられ、
   前記第２圧力計による動圧の測定結果が、予め設定された許容範囲を外れた場合、前記ジェットノズルからの前記高圧水を前記ライザー管の前記水底側の前記端から外部に吐出させるために、前記開閉弁を閉じるように制御する制御装置を、さらに備える、請求項１または２に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
4. 前記処理装置は、前記処理装置に前記ライザー管から導入された前記スラリーから前記固形状物質あるいは前記液体状物質内の所定の物質を抽出する抽出装置を備え、
   さらに、前記抽出装置で抽出して残る水を加圧して、前記高圧水として前記高圧水供給管に供給する加圧ポンプ、を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
5. 前記高圧水供給管には、前記ジェットノズルへ供給する前の前記高圧水を加熱するヒータが設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
6. 前記高圧水供給管の前記ジェットノズルの側には、前記高圧水供給管の管路を遮断する遮断弁が設けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
7. 前記高圧水供給管は、前記ライザー管内に設けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
8. 前記ライザー管は、前記高圧水供給管内に設けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフトシステム。
9. 水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質として採集する採集装置と、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記固形状物質あるいは前記液体状物質のリフトシステムと、
   前記リフトシステムを用いて、引き上げた前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーを処理する前記処理装置と、を備え、
   前記処理装置は、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーから所定の資源を抽出する、ことを特徴とする資源回収システム。
10. 水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を含むスラリーを、水面上に設けられ、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を処理する処理装置まで引き上げる固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法であって、
    水底あるいは水底より下にあり、採集した固形状物質あるいは液体状物質を、ライザー管内で高圧水をジェットノズルから前記水面側に向けて噴射させることにより、前記ライザー管の前記水底側の端から前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含むスラリーを吸引して前記水面の側に引き上げるステップと、
    前記ライザー管の管長手方向の途中の場所から、前記ライザー管内に気体を導入してできる気泡の浮上により、前記スラリーを前記水面まで上昇させるステップと、を備えることを特徴とする固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法。
11. 前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体の導入位置との間の部分における前記ライザー管内の前記スラリーの動圧が基準閾値に比べて低下する場合、前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記ライザー管の前記水底側の端との間の部分に設けられた前記ライザー管の流路断面積を調整する調整弁の開度を小さくすることにより、前記ライザー管の流路断面積を小さくする、請求項１０に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法。
12. 前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記ジェットノズルと前記気体の導入位置との間の部分に、前記ライザー管の流路の開閉をする開閉弁が設けられ、
    前記ライザー管の前記管長手方向に沿った、前記開閉弁と前記ジェットノズルとの間の部分に前記ライザー管内の前記スラリーの動圧を測定する第２圧力計が設けられ、
    前記第２圧力計による動圧の測定結果が、予め設定された許容範囲を外れた場合、前記ジェットノズルからの前記高圧水を前記ライザー管の前記水底側の前記端から外部に吐出させるために、前記開閉弁を閉じる、請求項１０または１１に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法。
13. 水底あるいは水底より下にある固形状物質あるいは液体状物質を採集するステップと、
    請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の固形状物質あるいは液体状物質のリフト方法を用いて、前記固形状物質あるいは前記液体状物質を含む前記スラリーを水面上に引き上げるステップと、
    前記水面上に引き上げた前記スラリー内の前記固形状物質あるいは前記液体状物質を処理することにより、所定の資源を抽出するステップと、を備えることを特徴とする資源回収方法。

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