JP2023171696A

JP2023171696A - ガス採取装置

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Publication number: JP2023171696A
Application number: JP2022083456A
Authority: JP
Inventors: ▲昇▼ 蓮池; Noboru Hasuike
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Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-21
Filing date: 2022-05-21
Publication date: 2023-12-04
Anticipated expiration: 2042-05-21
Also published as: JP7141653B1

Abstract

【課題】ガスを採取する時にガス誘導路から海水など水の排出作業を行うことなくガスの採取効率を高めることができるガス採取装置を提供する。【解決手段】本発明のガス採取装置１０は、台船２０に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器１１と、ガス滞留器１１の下方の海水中に配置されて海水底の地盤Ｇに形成されたガスハイドレート層ＭＨから海水中に放出されるメタンガスを採取するガス採取具１２と、ガス採取具１２に下端開口が連結されてガス採取具１２からのメタンガスを海水と共にガス滞留器１１へ誘導する筒状のガス誘導路１３と、を備え、ガス誘導路１３は、その上端開口が貫通孔内の海水面の下側に配置され、メタンガスが上端開口からガス滞留器１１へ排出されると共にメタンガスに随伴する海水が貫通孔内の水面下で海水中へ還流する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス採取装置に関し、更に詳しくは、例えば海や湖等の深い水底の地盤の表層に形成されているメタンハイドレート層から水中に放出されて浮上するメタンガスを採取するガス採取装置に関する。

日本は資源小国であり、石油、天然ガス等の化石燃料の殆どが海外からの輸入に依存している。ところが、近年、日本近海の海底地盤にメタンハイドレード層が発見され、メタンハイドレート層から放出されるメタンガスが化石燃料として有望視されている。メタンハイドレート層を形成するメタンハイドレートは特定の低温、高圧下でメタンガス分子が水分子で籠状に閉じこめた状態で氷結した氷塊である。このメタンハイドレート層には砂層型と表層型がある。砂層型メタンハイドレートは、例えば太平洋側の南海トラフに多く分布し、海底から深度１００ｍ以上の地中に水平に広がっている砂層に含有されている。表層型メタンハイドレートは例えば日本海側の上越沖に多く分布し、海底の深い所から移動経路（ガスチムニーと称される）を徐々に浮上して海底の表層部に氷塊として形成されている。しかし、いずれのメタンハイドレート層も深さ数１００～１０００ｍ以上の深海底に形成されている。

砂層型のメタンハイドレート層は、海底から更に１００ｍ以上の深さの地中に形成されており、そのメタンハイドレートを採取するには深海底面から更に１００ｍ以上掘削する必要があり、ガス採取費用が高く、技術的に難しい問題がある。一方、表層型のメタンハイドレート層は、海底の地盤表層部にメタンハイドレート塊として形成されている。このメタンハイドレート塊からメタンガスとして水中に放出されて気泡として浮上する。

表層型メタンハイドレートから放出されたメタンガスは低温、高圧のメタンハードレートの形成条件を満たす海水中で時間を置かずしてメタンハイドレートとして氷結する。このメタンハイドレートも海水との比重差では海水中を浮上する間に氷結条件から逸脱し、たちまち気化状態に変化してメタンガスになり、その気泡が海水中を浮上することになる。このように浮上するメタンガスが形成する柱状のものがメタンプルームと呼ばれている。メタンプルームを形成するメタンガスは、その気泡が海水中を浮上する間に海水中に徐々に溶け込み、数１００ｍ上昇するとメタンガスの気泡が消失する。そのため、メタンプルームの立ち上る海底面のメタンガスの放出される位置でメタンガスを採取しなくてはならない。

メタンプルームからメタンガスを採取する技術が例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１の技術では逆さカップ状の鋼製捕集容器でメタンプルームを覆い、捕集ガス導出用パイプを介して船上でメタンガスを採取している。特許文献２の技術では特許文献１に記載の捕集容器に相当するものとして捕集膜を用い、チューブを介して船上でメタンガスを捕集している。

特許第５７７１７６２号公報特開２０１７-１２８９５０号公報

しかしながら、特許文献１、２のいずれの技術でもメタンプルームを探索して鋼製捕集容器または捕集膜をメタンプルームまで移動させる間に、捕集容器または捕集膜から捕集用パイプまたはチューブ内に海水が侵入する。そのため、メタンガス採取のためにガス採取具をメタンプルームへ移動させる度にパイプまたはチューブからなるガス誘導路内の海水を排出した後、メタンガスを採取しなくてはならず、その作業が煩雑でガス採取効率が低下する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ガスを採取する時にガス誘導路から海水など水の排出作業を行うことなくガスの採取効率を高めることができるガス採取装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のガス採取装置は、水面に浮かぶ台船に設けられ、海底において発生する天然ガスを採取するガス採取装置であって、上記ガス採取装置は、上記台船に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器と、上記ガス滞留器の下方の水中に配置されて水底の地盤に形成されたガスハイドレート層から水中に放出されるガスを採取するガス採取具と、上記ガス採取具に下端開口が連結されて上記ガス採取具から上記ガスを水と共上記ガス滞留器へ誘導するガス誘導路と、を備え、上記ガス誘導路は、その上端開口が上記貫通孔内の水面の下側に配置され、上記ガスが上記上端開口から上記ガス滞留器へ排出されると共に上記ガスに随伴する水が上記貫通孔内の水面下で水中へ還流することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のガス採取装置は、請求項１に記載の発明において、上記ガス誘導路は、上記台船側から吊持されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のガス採取装置は、請求項１に記載の発明において、上記ガス滞留器は、逆カップ状に形成され、下端開口が上記貫通孔から下方へ突出していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のガス採取装置は、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記ガス採取具は開閉時可能な傘状に形成され、その外周端には複数の錘が取り付けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ガスを採取する時にガス誘導路から海水など水の排出作業を行うことなくガスの採取効率を高めることができるガス採取装置を提供することができる。

本発明のガス採取装置の一実施形態を示す構成図である。図１に示すガス採取装置のガス滞留器を中心に示す構成図である。図１に示すガス採取装置のガス採取具を中心に示す構成図である。

以下、図１～図３に示す本発明のガス採取装置の一実施形態について説明する。

本実施形態のガス採取装置１０は、図１に示すように、海面上を移動する台船２０に設けられて、台船２０に搭載された超音波探査機を用いてメタンプルームＰを探査し、その位置までスクリュー２１等の動力を用いて台船２０をメタンプルームＰの真上まで移動させ、ガス採取装置１０を用いてメタンガスを採取するようにしてある。台船２０の位置はＧＰＳ２２を介して常に計測されている。

台船２０には水分除去装置２３が設置され、水分除去装置２３はポンプ２４を介してガス採取装置１０と接続されている。水分除去装置２３は、ガス採取装置１０において採取されたメタンガスから気化状態の含有水分を除去して乾燥メタンガスを得るようにしている。

水分除去装置２３は、図１に示すように、採取後の水分を含むメタンガスを冷却する２基の熱交換器２３Ａと、これらの熱交交換器２３Ａに供給される冷媒を貯留する冷媒タンク２３Ｂと、メタンガスの冷却により昇温して還流される冷媒を冷却する冷凍機２３Ｃと、熱交換器２３Ａ、冷媒タンク２３Ｂ及び冷凍機２３Ｃ間で冷媒を循環させる循環ポンプ２３Ｄと、熱交換器２３Ａから流出する除水後のメタンガスを圧送する圧送ポンプ２３Ｅと、を有している。

上記圧送ポンプ２３Ｅは搬送船３０に設置された高圧ガスホルダー３１に接続され、除水後のメタンガスを高圧ガスホルダー３１へ圧送するようにしてある。この圧送ポンプ２３Ｅは台船２０内に設置された高圧ガスホルダー（図示せず）にも除水後のメタンガスを圧送し、ここで一時的にメタンガスを溜めた後、搬送船３０の高圧ガスホルダー３１へ圧送するようにしても良い。

而して、本実施形態のガス採取装置１０は、図１に示すように、台船２０に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器１１と、ガス滞留器１１の下方の海水中に配置されて海水底の表層型メタンハイドレート層ＭＨ上に形成されたメタンプルームＰのメタンガスの気泡Ｍを採取するガス採取具１２と、ガス滞留器１１とガス採取具１２を連絡する000筒状のガス誘導路１３と、を備えている。

ガス滞留器１１は、図２に示すように、細長の直胴部１１Ａと、直胴部１１Ａの上端が閉止して形成される頂部１１Ｂと、直胴部１１Ａの下端に形成された開口１１Ｃと、を有し、頂部１１Ａが貫通孔から空中へ突出すると共に下端開口１１Ｃが貫通孔から海水中へ突出している。台船２０は海面上に浮かび、海水が貫通孔に装着されたガス滞留器１１の直胴部１１Ａの中ほどまで達している。ガス滞留器１１の頂部１１Ｂと貫通孔内の海水面との間の空間がメタンガスの滞留空間として形成されている。このガス滞留器１１の下端部には海水に浸かった状態で連結具１４を介してガス誘導路１３が連結されている。図１、図２の波線は海水面を示している。

上記連結具１４は、図１、図２に示すように例えば紐状に形成され、その両端がそれぞれガス滞留器１１の内周面の下部とガス誘導路１３の外周面の上端部に接続され、ガス導入路１３が連結具１４を介してガス滞留器１１から吊持され、ガス導入路１３の上端開口が海面下に位置している。この連結具１４はガス滞留器１１の内周面とガス誘導路１の外周面それぞれに周方向等間隔を空けて複数連結されている。複数の連結具１４に代えてガス滞留器１１とガス誘導路１３間に装着されるリングプレートを用いることもできる。このリングプレートは、例えばリングプレートの周方向に等間隔を空けて複数流通孔が形成され、これらの流通孔が海水の通路になる。従って、ガス誘導路１３は、連結具１４を介してガス滞留器１２から吊持され、その上端開口が上述のようにガス滞留器１１の下端開口から侵入し、海水面のやや下方に位置している。

上記ガス誘導路１３は、例えば可撓性材料によって円筒状に形成され、メタンプルームＰの深さや規模に応じて長さや直径を適宜調整できる。ガス誘導路１３が円筒状であれば、その直径は例えば１ｍから数ｍの直径に形成することができ、可撓性材料を用いて伸縮自在な蛇腹状の組立ユニットとして形成され、複数の組立ユニットを互いに連結してガス採取深さに応じたガス誘導路１３として調整することができる。ガス誘導路１３はメタンガスの気泡Ｍが海水を随伴して浮上するための誘導路として機能すれば良く、各組立ユニット間の連結部に厳密な気密性がなくても良い。ガス誘導路１３内で気泡Ｍが円滑に浮上するためには周面ができるだけ滑らかに形成されていることが好ましい。

ガス誘導路１３の上端開口は、図１、図２に示すように台船２０の貫通孔内の海水面のやや下方に位置し、ガス誘導路１３の上端開口から気泡Ｍが海面を経て白抜き矢印Ｘで示すようにガスの滞留空間へ排出される一方、気泡Ｍに随伴して浮上する海水はガス誘導路１３の上端開口から矢印Ｙで示すように海水中へ還流する。従来の装置では、ガス誘導路であるパイプやチューブがメタンガス収集容器または捕集膜に接続されてガスのみを回収するようにしていたため、パイプまたはチューブ中に侵入した海水を一時的に外部へ排出する作業が必要になって作業効率が良くなかった。

また、ガス誘導路１３の下端開口にはガス採取具１２が連結され、ガス採取具１２を介してガスプルームＰの気泡Ｍをガス誘導路１３へ導入するようにしている。ガス採取具１２は、図１、図３に示すように傘状のように開閉するように構成されている。傘状のガス採取具１２は、ガス誘導路１３の下端開口と嵌合する筒状のリング１２Ａと、リング１２Ａの周方向に等間隔を空け一端を中心にして矢印で示すように搖動するように接続された複数の第１骨部材１２Ｂと、リング１２Ａの中心から垂下する第１骨部材１２Ｂより長い軸１２Ｃと、軸１２Ｃに沿って摺動する摺動部材（図示せず）と、摺動部材に一端が連結され他端が第１骨部材１２Ｂの上部に連結された複数の第２骨部材１２Ｄと、摺動部材を軸１２Ｃに沿って上方へ摺動させて多角錐状に開いた複数の第１骨部材１２Ｂに貼り合わされた膜１２Ｅと、を有し、軸１２Ｃの摺動部材を操作して多角錐状に開いた膜１２Ｅでメタンガスを採取するように構成されている。また、複数の第１骨部材１２Ｂのうち、等間隔を空けた幾つかの第１骨部材１２Ｂの自由端にはそれぞれ錘１２Ｆが取り付けられている。従って、ガス採取具１２は、膜１２Ｅが傘状に開いた状態で、複数の第１骨部材１２Ｂの自由端から垂下する錘１２Ｆが図１、図３に示すように海底地盤に着地するまでガス誘導路１３を延ばし、膜１２Ｅによってメタンガスの気泡Ｍをガス誘導路１３へ誘導するようになっている。

ガス採取具１２からガス誘導路１３へ誘導されたメタンガス気泡Ｍは、ガス誘導路１３内では気泡Ｍと海水が混在し、気泡Ｍが海水を随伴して徐々に大きくなりながら上昇すると共に、図１．図３の白抜き矢印Ｚで示すようにガス採取具１２の外側の海水が侵入する。この際、ガス誘導路１３内を上昇する気泡Ｍはその上端開口から海水を押し退けて図１、図２に白抜きの矢印Ｘで示すようにガス滞留器１１の頂部１１Ｂ内の空間に排出される一方、ガス誘導路１３の上端開口から溢れた海水は図１、図２に矢印Ｙで示すように貫通孔内で海水中へ環流する。このようにガス誘導路１３の上端開口からの海水のオーバーフローとガス採取具１２での海水の侵入とで海水の循環流が形成される。この現象は、ガス誘導路１３内側の気泡Ｍが混在する海水と、ガス誘導路１３の外側の気泡を含まない海水との間に比重差が生じる。この比重差がドライビングフォースとなってガス誘導路１３の内側と外側の間に図１に矢印Ｙ、Ｚで示す海水の循環流を発生させることによると理解される。

このように一つのメタンプルームＰでのメタンの採取が終わり、台船２０を他のメタンプルームＰまで移動させてメタンガスを採取する際には、ガス誘導路１３内の海水を排出することなくそのまま循環流として利用してメタンガスを採取することができる。つまり、本実施形態では新たなメタンプルームＰにおいてメタンガスを採取する際に、ガス誘導路１３内の海水を排出することなく循環させるため、ガス誘導路１３からの海水の排出作業がなくなり、メタンガスの採取作業が簡略化され、メタンガスの採取効率を高めることができる。

以上説明したように本実施形態によれば、海底からメタンガスを採取するガス採取装置１０は、台船２０に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器１１と、このガス滞留器１１の下方の海水中に配置されて海水底の地盤に形成されたメタンガスハイドレート層ＭＨから水中に放出されるメタンガスを採取するガス採取具１２と、このガス採取具１２に下端開口が連結されてガス採取具１２からメタンガスの気泡Ｍを海水と共にガス滞留器１１へ誘導するガス誘導路１３と、を備え、ガス誘導路１３は、その上端開口が台船の貫通孔内の水面の下側に配置され、気泡Ｍがガス誘導路１３の上端開口からガス滞留器１１へ排出されると共に気泡Ｍに随伴する海水が貫通孔内の水面下で海水中へ還流するようにしたため、ガス誘導路１３からの海水の排出作業がなく、メタンガスの採取作業が簡略化され、メタンガスの採取効率を高めることができる。

また、ガス滞留器１１は、逆カップ状に形成され、下端開口１１Ｃが台船２０の貫通孔から下方へ突出しているため、ガス誘導路１３の上端開口から流出する海水が環流する時にガス誘導路１３によって下降流を形成することができる。

また、ガス採取具１２は開閉時可能な傘状に形成され、その外周端には複数の錘１２Ｆが取り付けられているため、メタンプルームＰ上でガス採取具１２の姿勢を安定させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り、各構成要素を必要に応じて適宜変更することができる。

１０ガス採取装置
１１ガス滞留器
１１Ｃ下端開口
１２ガス採取具
１２Ｆ錘
１３ガス誘導路
２０台船
Ｍ気泡
ＭＨメタンハイドレート層（表層型メタンハイドレート）
Ｇ地盤

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、水底の地盤に形成されたガスハイドレート層がいずれの場所にあってもそこのガスをガス誘導路を介して採取する時にガス誘導路から海水など水の外部への排出作業を行うことなくガスの採取効率を高めることができるガス採取装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のガス採取装置は、水面に浮かぶ台船に設けられ、水底において発生する天然ガスを採取するガス採取装置であって、上記ガス採取装置は、上記台船に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器と、上記ガス滞留器の下方の水中に配置されて上記水底の地盤に形成されたガスハイドレート層から水中に放出されるガスを採取するガス採取具と、上記ガス採取具に下端開口が連結されて上記ガス採取具から上記ガスを水と共に上記ガス滞留器へ誘導するガス誘導路と、を備え、上記ガス誘導路は、上記台船側から吊持されており、その上端開口が上記貫通孔内の水面の下側に配置され、上記ガスが上記上端開口から上記ガス滞留器へ排出されると共に上記ガスに随伴する水が上記貫通孔内の水面の下側で上記上端開口から溢流して上記水中へ還流することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のガス採取装置は、請求項１に記載の発明において、上記ガス滞留器は、逆カップ状に形成され、下端開口が上記貫通孔から下方へ突出していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のガス採取装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記ガス採取具は開閉時可能な傘状に形成され、その外周端には複数の錘が取り付けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、水底の地盤に形成されたガスハイドレート層がいずれの場所にあってもそこのガスをガス誘導路を介して採取する時にガス誘導路から海水など水の外部への排出作業を行うことなくガスの採取効率を高めることができるガス採取装置を提供することができる。

而して、本実施形態のガス採取装置１０は、図１に示すように、台船２０に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器１１と、ガス滞留器１１の下方の海水中に配置されて海水底の表層型メタンハイドレート層ＭＨ上に形成されたメタンプルームＰのメタンガスの気泡Ｍを採取するガス採取具１２と、ガス滞留器１１とガス採取具１２を連絡する筒状のガス誘導路１３と、を備えている。

Claims

水面に浮かぶ台船に設けられ、海底において発生する天然ガスを採取するガス採取装置であって、上記ガス採取装置は、上記台船に形成された貫通孔に設けられたガス滞留器と、上記ガス滞留器の下方の水中に配置されて水底の地盤に形成されたガスハイドレート層から水中に放出されるガスを採取するガス採取具と、上記ガス採取具に下端開口が連結されて上記ガス採取具から上記ガスを水と共上記ガス滞留器へ誘導するガス誘導路と、を備え、上記ガス誘導路は、その上端開口が上記貫通孔内の水面の下側に配置され、上記ガスが上記上端開口から上記ガス滞留器へ排出されると共に上記ガスに随伴する水が上記貫通孔内の水面下で水中へ還流することを特徴とするガス採取装置。
上記ガス誘導路は、上記台船側から吊持されていることを特徴とする請求項１に記載のガス採取装置。
上記ガス滞留器は、逆カップ状に形成され、下端開口が上記貫通孔から下方へ突出していることを特徴とする請求項１に記載のガス採取装置。
上記ガス採取具は開閉時可能な傘状に形成され、その外周端には複数の錘が取り付けられていることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のガス採取装置。