JP3395008B2 - ハイドレート回収のためのシステムおよび方法 - Google Patents

ハイドレート回収のためのシステムおよび方法

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JP3395008B2 JP54199198A JP54199198A JP3395008B2 JP 3395008 B2 JP3395008 B2 JP 3395008B2 JP 54199198 A JP54199198 A JP 54199198A JP 54199198 A JP54199198 A JP 54199198A JP 3395008 B2 JP3395008 B2 JP 3395008B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、炭化水素の製造、より詳細には、ハイドレ
ード回収のためのシステムおよび方法に関する。
発明の背景 ハイドレートは、クラスレートまたはクラスレート化
合物と称される一群の分子コンプレックスである。これ
らのコンプレックスの多くは、広い範囲の有機化合物を
含むことが公知である。それらは、代表的には、２以上
のコンポーネントが、他のものにより形成された好適な
構造物中で１セットの分子の完全な包囲を介し通常の化
学結合なしに会合する現象によって特徴付けられる。ガ
スハイドレートは、従って、固溶体として見なされ得、
そこでは、炭化水素溶質は溶媒水の格子中に保持されて
いる。
メタンおよび他の炭化水素は、液体状の水または氷と
反応して、水および個々のまたは混合炭化水素の両方を
含む固体化合物を形成することが公知であり、それは炭
化水素ハイドレートの形態である。これらのガスハイド
レートは、条件に応じて組成に変動があるが、形成し得
る２つの組成は、次の通りである： CH45.75H2OおよびC3H817H2O 莫大な量のメタンハイドレートが、海洋底の特定の部
位に位置することが予測されている。例えば、Richard
Monastersky“The Mother Load of Natural Gas,"150 S
cience News 298（1996）を参照。もし海洋下のメタン
ハイドレートがガスの形態で効率的かつ効果的に取り出
され得るなら、燃料のとてつもないソースが人類に利用
可能であろう。そのようなハイドレートを取り出す方法
および装置を開発するために為された努力は欠点を有
し、ハイドレートの除去を非実用的または非経済的なも
のにしたように見える。
発明の概要 本発明によれば、ハイドレート回収を試みた従来の技
術およびシステムに伴う不利益および問題点を実質的に
取り除くか又は減少させるハイドレート回収のためのシ
ステムおよび方法が提供される。本発明の１つの側面に
よれば、海洋底上でハイドレートからガスを回収するシ
ステムは、船、ハイドレート層上の所望の位置で該船を
保持するための該船に連結したポジショニング・サブシ
ステム、海洋底から船にハイドレートを送出し海洋底か
ら取り出されるハイドレートからガスを分離するための
該船に連結したハイドレート回収サブシステム、ガスを
液体に転化するためのハイドレート回収サブシステムに
連結したガス転化サブシステム、並びに貯蔵用および除
去用サブシステムを含む。
本発明の他の側面によれば、ハイドレート回収サブシ
ステムは、海洋底からハイドレートを収容するための主
要な導管およびコレクターを含む。本発明の他の側面に
よれば、ハイドレート回収サブシステムは、ハイドレー
トから自己支持用ガス・フローをセットアップするため
のガス注入用導管、液体をハイドレート上に送出させる
ための内部液体送出用導管、ハイドレートを通してその
間に電流を創出するための導電性部分を形成するコレク
ター、複数の加熱エレメントを有するコレクター、およ
び／またはハイドレートを攪拌するための攪拌ユニット
を有するコレクターを含み得る。
本発明の他の側面によれば、海洋底上でハイドレート
から液体炭化水素を回収するシステムと共に使用される
ガス転化サブシステムは、合成ガスを製造するための合
成ガスユニット、合成ガスを液体炭化水素に転化するた
めの該合成ガスユニットに連結された合成ユニット、並
びに合成ユニットおよび合成ガスユニットに連結したタ
ービンを含み、合成ガスユニットに提供される空気を圧
縮し、エネルギーを発生するための該タービンは、ガス
転化サブシステムおよびハイドレート回収サブシステム
の少なくとも一部に動力を供給する。
本発明の他の側面によれば、海洋底上でハイドレート
層上に船をポジショニングする工程、ハイドレートを導
管に送出し、ここでハイドレートは分解してガスを含む
工程、ガスを合成ガス転化システムに送出する工程、合
成ガス転化システムを使用してガスを液体炭化水素に転
化する工程；およびハイドレートを導管に送出する工程
における合成ガス転化システムからのエネルギーを使用
する工程を含む方法が提供される。
本発明の技術的な利点は、転化プロセスからの過剰の
動力が、海洋底からハイドレートを効率的に回収するの
に使用され得ることである。本発明の他の技術的利点に
よれば、動力増強された回収技術は、ハイドレートの迅
速な除去を可能にする。
図面の簡単な説明 本発明およびその利点のより完全な理解は、添付の図
面と組合せた発明の詳細な説明から明らかになる、ここ
で： 図１は、本発明の１つの実施態様を図解的に提示する
側面図である； 図２は、本発明の他の実施態様を図解的に提示する側
面図である； 図３は、本発明の１側面の他の実施態様の一部の側面
図である； 図４は、本発明の１側面に従う、コレクターの横断面
における側面図である； 図５は、本発明の１側面に従う、コレクターの横断面
における側面図である； 図６は、本発明の１側面に従う、コレクターの横断面
における側面図である； 図７は、ガス転化サブシステムの１つの実施態様の図
解的流れ図である；および 図８は、ガス転化サブシステムの他の実施態様の図解
的流れ図である。
発明の詳細な説明 本発明の好ましい実施態様およびその利点は、図面の
図１−８を参照して最も良く理解され、同じ番号は、様
々な図面の同じ部分および対応する部分のために使用さ
れる。
A.はじめに 図１−８を参照すると、本発明は、ガスを含むハイド
レートを回収するために使用され得、該ハイドレートは
メタンガスを保持し得る。該ハイドレートは、海洋底の
ような大規模な水の底から回収され得、それは本願を通
して海洋底と称される。システム10および12は、船舶ま
たは船14および16、ポジショニング・サブシステム18お
よび20、ハイドレート回収サブシステム22、23、24、2
5、27および29、ガス転化サブシステム32および34、並
びに貯蔵用および除去用サブシステム42および44を含
む。ハイドレート回収のためのこれらのコンポーネント
および方法は、本発明のさらなる側面と共に、以下で説
明される。
B.船およびポジショニング・サブシステム プラットフォームのいずれの数も、システム10および
12を、ハイドレート回収のために海洋底の部分の上にポ
ジショニングさせるために使用されるが、好ましくは、
自己ポジショニング能力を備えた船舶または船、あるい
は停泊（mooring）システムを備えた船舶または船のい
ずれかが使用される。図１を参照すると、船舶または船
50は、海洋表面52上に示されている。船舶または船50
は、船体62を端から端まで貫く水平トンネル内に装備さ
れた、船尾スラスター54、船首スラスター56、船側首ス
ラスター58および船側尾スラスター60を有するダイナミ
ックな自己ポジショニング型船であり得る。スラスター
58および60は、船50の船尾および船首で制御可能な側面
推力を提供し、船50の前進動に依拠する必要なしに船50
の方位および端から端への動きをコントロールし、船の
方向舵64の横作用を提供する。スラスター54、56、58、
および60は、ガス転化サブシステムの過剰エネルギーに
よって動力供給される船体62内で、主要な推進力エンジ
ンからの制御された動力離水により、または独立したス
ラスター推進力エンジン（図示せず）により、動力供給
され得る。
船50は、コントロールセンターまたはキャビン66を有
して、スラスター54、56、58および60の手動もしくは自
動コントロールを提供し得る。スラスター54、56、58、
および60の自動コントロールは、衛星に基づくポジショ
ニング情報を受けるためのGPS装置68を有するグローバ
ルポジショニング・システム（GPS）と連結され得る。
サブシステム18は、続いて、スラスター54、56、58およ
び60を使用し、海洋の底または底部70に関して望ましい
位置を維持する。このようにして、一旦、ハイドレート
の堆積または層72が突き止められると、層の境界はGPS
装置内にプリセットされ得、その結果、予め定められた
パターンがハイドレート層72上で船50によりトレースさ
れる一方、ハイドレート回収サブシステム22は海洋底70
からハイドレートを回収する。
或いは、GPS装置68は、新しい位置が船50によって推
定されるべきであるとオペレーターが決定するまで、静
止的位置に船50を維持するのに使用され得る。従って、
ポジショニング・サブシステム18は、GPS装置68および
スラスター54、56、58および60、並びに手動コントロー
ルおよび方向舵64を含み得る。ポジショニング・サブシ
ステム18は、船50を、海洋底70に関して望ましい位置に
維持し得る一方、ハイドレート回収サブシステム22は、
ハイドレート堆積または層72からハイドレートを回収た
めに使用される。船50は、他の特徴およびシステムを有
しても良い。
図２を参照すると、船舶または船16は、海洋表面80上
に示されている。船16は、半永久的に停泊される改造型
タンカー、あるいは浮動式の貯蔵および荷揚げ船（FS
O）または浮動式の製造物貯蔵および荷揚げ船（FPSO）
として公知の特殊目的船であり得る。これらの船は、近
づいてくる強烈な暴風雨または流氷条件が、船の損傷ま
たは損失の恐れがないならば、永久に静止状態で維持す
るようデザインされている。
船16は、ポジショニング・サブシステム20と共に使用
され、該サブシステムは、ブイ・ローディング・システ
ムであり得る。そのようなシステムは、浮動式または半
水没式の製造用プラットフォームの代わりに、水没式ま
たは水面下ブイ82を使用し、そのブイは、海洋底84から
１種以上の柔軟な昇水路（riser）または導管のための
接続点を形成する。ブイ82は、水中の平衡位置にあり、
上昇可能で、船16中の補足的タレット・サブシステム86
に結合されるようにデザインされている。通常、ブイ82
は、複数のアンカーまたはカテナリ鎖88を用いて海洋84
の底部に係留され、その結果、ブイ82は、安定な平衡位
置で、望ましい水深に、垂直軸に沿って位置決めされ
る。カテナリ錨線88は、ブイ82に対して一端で結合さ
れ、他端は、棒パイル92に連結されるか、或いは、海洋
底84上に比較的安定に維持される。
ブイ82は、その重量および錨鎖88からの荷重ならびに
任意の昇水路の重量を担持する十分な浮力を有する一
方、水中の積荷位置と呼ばれる予め決められた中立の位
置を仮定するよう寸法設計されている。ブイ82は、十分
な浮力を与えられ、ウィンチおよびワイア・システムの
助けを得てブイ82上に位置する船16と接触するよう上昇
され得る、或いは、それ自身の浮力下で上昇され得る。
船16は、下方に開口するトンネルまたはシャフト90とし
て記載されるローディング・システムを有し得、該トン
ネルまたはシャフトは、ブイ82を受け、それに結合する
ための回転可能なタレット・サブシステム86を有する。
ブイ82およびタレット86は、風および天候が、ブイ82に
対して、即ち、風見に対して船16を回転させるのを可能
にする。他の停泊システムの如何なる数も、システム12
に関連して、ポジショニング・サブシステム20として使
用され得る。船停泊システムの他の例は、Vessel Moori
ng Systemという名称の米国特許第4,604,961号に示さ
れ、該特許は全ての目的のために本明細書中に参考とし
て援用される。
カテナリ錨線88、棒パイル92、ブイ82、およびタレッ
ト86を有するポジショニング・サブシステム20は、海洋
底84に関して相対的位置で船16を維持する一方、ハイド
レート回収システム24は、ハイドレート堆積または層94
からハイドレートを回収するために使用される。船16
は、プロセシング・サブシステム28並びに貯蔵用および
除去用サブシステム44の全てまたは一部を維持するよう
に使用され得る。
C.ハイドレート回収サブシステム 一般に、ハイドレートは、幾つかの技術により海洋表
面（ocean surface）から除去され得る。一つの技術
は、ハイドレートの表面における周囲温度においてハイ
ドレートの分解が起こる値までハイドレートの表面の直
ぐ上の圧力を減少させることを含む。また、ハイドレー
トは、ハイドレートの表面の圧力においてハイドレート
が分解する温度にまでハイドレートを温めることによ
り、除去され得る。また、ハイドレートは、表面上に触
媒を導入しハイドレートの分解を引き起こすことにより
除去され得る。触媒は、単に、例えばメタノール又はア
ンモニアなどの凝固点降下剤である。これらの技術の組
み合わせも、また利用できる。これらの技術及び他の同
様の技術の全ては、ハイドレート回収サブシステムの一
面として使用されてもよく、多くの場合、ガス転化サブ
システムからの過剰なエネルギーを使用し得る。
再び図１を参照すると、ハイドレート回収サブシステ
ム22は、層（formation）72などのハイドレート層に対
して置かれたテント又は装置であるコレクター96を含ん
でいてもよい。コレクター96は、最初は海洋底70からハ
イドレート72を除去するために用いられる。コレクター
96は、コレクター96と船50との間を走る導管98に流動的
に連結されている。コレクター96に最も近い導管98に
は、セーフティーコントロールバルブ100が取り付けら
れていてもよい。導管98の中間部分には、ダンプバルブ
102があってもよい。システム22が後述するように大き
い範囲まで自蔵動力的であってもよいので必要とされ得
る、コレクター96から導管98への流体及びハイドレート
の流れを制限し、あるいは導管98への流れを完全に閉止
するために、セーフティーコントロールバルブ100は、
船50からコントロールされてもよい。ダンプバルブ102
は、サブシステム22による送出の運転停止中に、海洋底
70から持ち上げられた全ての泥、沈殿物又は他の粒子を
導管98から除去するために、備えられていてもよい。ダ
ンプバルブ102は、例えば自動ダンプバルブという名称
の米国特許第4,328,835号に示されているバルブに類似
したものであってよく、全ての目的のために本明細書に
参照として援用される。
陸への輸送のためにハイドレートからのガスを液体に
転化し得る船50へ海洋底70からハイドレート72を除くた
めに本発明の一つの側面として使用され得る多数の技術
がある。図１の実施態様では、海洋底70の周囲圧力より
も低い圧力がコレクター96で作られ、それが海洋底にハ
イドレート72を保持し得る泥及び沈殿物が除去される原
因となる一方で、コレクター96及び導管90に引き込まれ
るハイドレート72の部分が生ずるようにハイドレート72
の上の圧力を十分に低くする。コレクター96及び導管98
における圧力の減少については、圧力が減少すると、ハ
イドレートが導管98を通って海表面52に向かって移動
し、ガスが格子から逃れるとき、ハイドレートはガス及
び水に転化される。示されている実施態様においては、
液体−ガスセパレーター104の任意の数が使用できる。
セパレーター104は、例えば遠心分離セパレーターであ
ってもよい。
導管98を通じて船50に送出された生成物からガスが一
度除去されると、液体部分は船50の放出出口106を通じ
て放出され得る。海洋底70からコレクター96へのハイド
レート及び流体の流れを開始するために、ガス注入ライ
ン108が制御可能なガスリフトバルブ110と共に使用され
得る。導管98における流れを開始するために、バルブ10
0及びバルブ102を開いたままとし、同時にメタンなどの
ガス又は空気がライン108からバルブ110を通じて導管98
に注入され、導管98中の流れを開始させる。ガスリフト
バルブ110上にも最も近い導管98における低圧を引き起
こす。次いで、ガスリフトバルブ110は、導管98のその
部分において所棒の圧力差を維持するために必要なガス
を供給し続ける。コレクター96を通じて海洋底70から回
収されたハイドレートは、それらの中に閉じこめられて
いるガスを放出するので、ガス泡が導管98内で形成さ
れ、それ自身の圧力上昇を引き起こすので、コレクター
96内により速いか又はより強い負の圧力が要望されない
限り、ライン108を通じたガスの連続的注入は、一般的
には必要とされないであろう。導管98における流れは、
自動的に継続しているので、導管98における流速をコン
トロールし、流れを停止できるようにするために必要な
ことは、バルブ100により対処され、既述のように、ダ
ンプバルブ102は、ライン98から固体粒子を除去する助
けのために使用され得る。所望ならば、無数のダンプバ
ルブ102が導管98に供給され得る。
図２では、ハイドレート回収システム24は、コレクタ
ー112、導管114、セーフティーコントロールバルブ11
6、ガス注入ライン118及びガスリフトバルブ120と共に
示されている。また、ダンプバルブ115は、運転停止中
に導管114から固体を除去するために導管114の中に置か
れてもよい。これらの特徴について、それらは図１に示
された対応するエレメントに類似して機能するけれど
も、システム24はまた、入口122と中間液体出口124を含
む。入口122及び出口124は、明示されていないけれど
も、バルブにより選択的に開閉され得る。システム24
は、図１のものと同じように操作され得るが、代替的
に、入口122を下方のコレクター112のより下の部分に流
動的に連結している導管114に位置するセンターパイプ
の中に食塩水や海水が入れるようになっており、その結
果、導管114がバルブ120のガス注入ライン118によりイ
ニシエーションを通って負の圧力が供給されたとき、液
体が入口122の中に駆り出され、更に海洋底84に送出さ
れる。これは、ハイドレート94の除去を容易にする。出
口124は、導管114を通じて移動してきた食塩水は水のい
くらか又は全部を除去するために使用され得る。或い
は、液体の全ては、船16上のガス−液体セパレーター12
6を用いて除去することができる。
図３には、他のハイドレート回収サブシステム23が示
されている。サブシステム23は、コレクター130及び導
管132を有している。導管132は、ハイドレートを、海洋
底136上のハイドレート層134から気−液セパレーター13
8へ運ぶために、使用される。そこを通過する流速を制
御するため、又は船から選択的に操作するとそれを完全
に閉じるために、導管132にセフティーコントロールバ
ルブ140を取り付けることができる。また、導管132中の
流れが（意図的に又は非意図的に）停止している間、導
管132からの固体の除去を提供するために、導管132中に
タンプバルブ142を含めることができる。導管132中に生
じる圧力と流れのために、ひとたびハイドレート134が
入り込みそこでガスに転化されると、多くの状況で噴出
プリベンター144を含むことが望ましいだろう。
内部液体送出導管146は、導管132の一部を貫通してい
ても良い。内部液送出導管146は、導管132の中間部分か
ら下部のコレクター130に海水又はブラインを送出する
ことができる。内部液体送出導管146のコレクター130内
の部分は、ハイドレート134の撹拌を促進するのを助け
る多くの穿孔148を含むことができるので、コレクター1
30中のより低い圧力と共に導管146から送出された流体
により供給された液体輸送が、ハイドレート134を導管1
32中へ送出するのを助けることができる。
流体を導管146中へ流させるため、入口152と内部液体
送出導管146の間に、ポンプ150を設けることができる。
ポンプ150は、ガス転化サブシステム31からの過剰エネ
ルギーを用いる動力ライン154により、動力を供給され
得る。運転において、ポンプ150は、ハイドレート134の
導管132中への流れを開始するためにのみ必要とされ、
そしてハイドレート134からのガスの放出のため自動推
進又は自家推進され得る。しかし、ポンプ150は、海洋
底136からのハイドレート134の除去速度をより高めるた
め、運転し続けることができる。
導管132を通して送出された液体及び気体は、気−液
セパレーター138に供給される。気−液セパレーター138
は、排出出口156を通して、液体部分を排出することが
できる。セパレーター138で分離されたガスは、必要な
らフィルター160のような多くのフィルターを含みうる
導管158へ送出でき、又はガス転化サブシステム31又は
ガス貯蔵部161へ直接送出でき、そこではバルブ164で調
節された更に他の導管162を通してガス転化サブシステ
ム31へ送出できる。以下に更に記載されるように、ガス
転化サブシステム31は、そのガスを液体炭化水素に転化
でき、該炭化水素は一つ以上の導管166を通って貯蔵及
び除去サブシステムへ送出できる。
図４には、他のハイドレート回収サブシステム25が示
されている。サブシステム25は、海洋底172上のハイド
レート170をコレクター174へ流し込む第一の手段とし
て、又は導管176中への送出速度の補足を助けるための
第二のシスムとして、これまでのハイドレート回収シス
テムにおいて示されたいずれの特徴を使用してもよい。
サブシステム25は、第一電極178及び第二電極180を含む
ことができる。電極178は、コレクター174の二分の一を
形成しており、例えば、もしコレクター174が円形であ
れば、それはコレクター174のほぼ180度を形成するであ
ろう。電極180は、電極178の反対側に、電極178と電極1
80の間に供給される小さな絶縁材と共に、形成できる。
導電ライン182は、電極180と導電ライン184により生ぜ
られる流路（flow path）の第二の部分で、電極178に電
力を供給するために使用される。この配置で、電流は、
参照番号186で一般的に示されるように、電極178からハ
イドレート170を通って電極180へ流れるハイドレート17
0中に生じ得る。電極は、ガスの液体サブシステムへの
過剰電力により、動力が供給される。コレクター174の
異なる部分からの電流の通過に関して、その方法論は、
全ての目的のため本明細書に参照として援用される、地
下の層からのオイルの製造法という表題の米国特許第3,
920,072号により示されるように、地下の層における第
一電極から第二電極への電流の通過に類似するであろ
う。
次に、図５には、他のハイドレート回収サブシステム
27が示されている。海洋底192上のハイドレート190をコ
レクター194及び導管196中へ入れるための第一の手段と
して、サブシステム27は、機械的撹拌装置又はモータ20
0により回転若しくは駆動されるオーガー198を含み得
る。モータ200は、ライン202により供給される動力での
電気的に、又はライン202により供給される流体での流
体駆動モータであってもよい。
次に、図６は、他のハイドレート回収サブシステム29
が示されている。図４及び５での様に、サブシステム29
は、海洋底206上のハイドレート204をコレクター208及
び導管210中へ入れるための付加的な装置及び方法論を
示しており、それは、ハイドレート除去の第一の手段で
あり得るし、又は以前に存在した補助的なハイドレート
回収システムであり得る。システム29は、電気抵抗加熱
エレメント又は複数の抵抗加熱エレメント212を含み、
該エレメント212はそこに熱を供給してハイドレート層2
04を運ぶ原因であり得る。抵抗加熱エレメント212は、
動力ライン214によりエネルギーを与えられる。ハイド
レート204の温度の上昇は、その中にロックされたガス
をコレクター208及び導管210中へ放出させるであろう。
代替的な実施態様によれば、ガス転化サブシステムから
の廃熱は、ハイドレート回収サブシステムに、蒸気又は
熱水の形態で導くことができる。
D.ガス転化サブシステム ガス転化サブシステムは、ハイドレートから回収され
たガスを、より容易に、例えば輸送タンカーにより輸送
可能な、より重い炭化水素又は液体に転化する一方で、
ハイドレート回収サブシステムによるハイドレート回収
を促進する過剰な動力を産み出す。この点に関し、フィ
ッシャー−トロプシュを用いる炭化水素の合成的な製造
は、ガス転化の望ましい方法論である。題名が、ガス状
軽炭化水素からより重い炭化水素の製造方法及び装置で
ある米国特許第4,883,170及び題名が、ガス状軽炭化水
素からより重い炭化水素の製造装置である米国特許第4,
973,453が参照され、両者とも、全ての目的のための参
考文献として本明細書に援用される。これら二つの特許
は、転化サブシステムの一態様として使用されうる背景
及び技術を説明する。そのような転化の合成プロセスを
具体化する本発明のさらなる態様をここで示す。各種の
バルブ、熱交換器及びセパレーターがガス転化サブシス
テムの一部として含まれうることは、当業者によって理
解される。当該サブシステムを船に据え付けることを便
利にするために小さなフットプリントを有するガス転化
サブシステムを使用することが好ましい。
ここで図７について、サブシステム32について、合成
ガスユニット302を合成ユニット304及びガスタービン30
6と結合することにより利点が得られるであろう。合成
ガスユニットは、合成ガスを液体又は固体炭化水素の形
態（以下、“液体炭化水素”）に転化する合成ユニット
に送出される合成ガスを製造する。システム32は、転化
プロセスに最低限の動力を供給するためにガスタービン
306を使用するが、好ましくは、ハイドレート回収サブ
システムの動力供給又は補助に使用されうる、少なくと
も幾分かの付加的な動力を供給するために設計される。
ガスタービン306は、圧縮セクション308及び膨張ター
ビンセクション310を有する。膨張タービンセクション3
10によって産み出された動力は、シャフトであってよい
リンケージ312によって、圧縮セクション308を駆動し、
圧縮セクション308の要求を超える余分な動力は、生産
物314によって比喩的に示された電気の生成又は他の装
置の駆動に使用され得る。動力テイクオフ314は、電気
的又は機械的動力を、ハイドレート回収サブシステムに
供給するため、該サブシステムに結合されてもよい。圧
縮セクション308は、入口又は導管316を有し、示される
実施態様ではコンプレッサー308が空気を受け入れてい
る。圧縮セクション308は、圧縮された空気を解放する
ための出口又は導管318も有する。膨張タービン310は、
入口又は導管320及び出口又は導管322を有する。圧縮セ
クション308の出口318は、圧縮された空気を合成ガスユ
ニット302へ導管360を通して供給する。
合成ガスユニット302は、多くの構成を取ってもよい
が、特定の示された実施態様においては、合成ガスリア
クター324を含み、該リアクターはここに示されるよう
に、自熱改質リアクターであってもよい。ガス状軽炭化
水素の流れ、即ち、天然ガス流は、入口又は導管325に
よって、合成ガスリアクター324に送られる。導管325
は、ハイドレート回収サブシステムからのガスが送出さ
れ；例えば、図３の導管162は図７の入口325と直接連結
してもよい。合成ガスユニット302は、１又はそれ以上
の熱交換器326も含む。該熱交換器は、示された実施態
様では、合成ガスリアクター324の合成ガス流出出口328
の温度を減少させる冷却器である。熱交換器326は、そ
の生産物をセパレーター332の入口330に送出する。セパ
レーター332は、出口334に送出される水分を除去する。
いくつかの例では、導管334中の水蒸気としての水を膨
張タービン310に導入することが望ましいかもしれな
い。合成ガスは、出口又は導管336を通ってセパレータ3
32を流出する。出口336を通って流出する合成ガスは、
合成ユニット304に送出される。
合成ユニット304は、多くの材料を合成するために使
用されうるが、特定の実施例において、より重い炭化水
素の合成に使用される。合成ユニット304は、フィッシ
ャー−トロプシュ（Ｆ−Ｔ）リアクター338を含み、該
リアクターは、適当な触媒、例えば鉄又はコバルトに基
づく触媒を包含する。フィッシャー−トロプシュリアウ
ター338の生成物は、熱交換器342及びその次のセパレー
ター344へと進む出口340に送出される。
セパレーター344に入る生産物は、まず入口346に送出
される。セパレーター344は、その中で分離されたより
重い炭化水素を、出口又は導管350を通して貯蔵タンク
又はコンテナ348に送出する。貯蔵タンク又はコンテナ3
48は、後述するように、例えば、ガス転化サブシステム
32を係留する船に直接設置されうるか又はそれに付属し
たタンカー船上にであり得る、貯蔵及び除去サブシステ
ムの一部である。導管350は、従来の分取ユニットのよ
うな付加的な構成要素を含んでよい。セパレーター344
から取り出された水は、出口又は導管352に送出され
る。いくつかの例においては、導管352中の水蒸気とし
ての水を膨張タービン310に送出することが望ましいか
もしれない。セパレーター344からの残りのガスは出口
又は導管354を通って出る。
システム32は、タービンと付随する燃焼器356を含
む。焼却器356は、出口318を合成ガスリアクター324と
接続する導管360と流動的に接続する導管358を通って送
出された圧縮セクション308からの空気を受け入れる。
また、セパレーター344によって導管354に送出された残
りのガスは、焼却器356に接続される。導管354の中の残
りのガスは、導管358に送出され、次いで燃料として焼
却器356に送出される。残りのガスの付加的な加工が、
焼却器356に送出前に行われてよい。中間導管360と、導
管354と導管358との接続は、必要なように導管354中の
圧力を調和するために、圧縮セクション308から焼却器3
56へ送出される圧力を落とすためのバルブ（明示されて
いない）であってよい。焼却器356の生産物は、膨張タ
ービン310へ送出される。いつかの実施態様において、
焼却器356は、ガスタービン306自体の一部として組み込
まれ、他の実施態様において、合成ガスリアクター324
及び焼却器356は、コンビネーションATR及び焼却器を形
成するため結合されうる。
図８を参照すると、他のガス転化サブシステム34が示
されている。該システム34は、殆どの点において、サブ
システム32と類似している。類似の又は対応する部分
は、図７のそれとの対応関係を示すために、同一の下二
桁の数字を有する参照番号で示す。図８における変更を
以下に記載する。
図７−８に関して記載されたフロント−エンドプロセ
スの好ましい運転圧力は、50psig〜500psigの範囲であ
る。より好ましい運転圧力は、100psig〜400psigであ
る。この比較的低い運転圧力は、殆どのガスタービンの
範囲内であるという利点があり、そのため、追加的な圧
縮が最小限となる。また、合成ガス製造ユニット302
（図７）を比較的低い圧力で運転することは、改質反応
の改善された効率という利点を有し、天然ガスのような
炭素質供給の、二酸化炭素ではなく一酸化炭素への高い
転化をもたらす。加えて、炭素の生成に至る望ましくな
い反応が、より低い圧力で生じにい。
いくつかの場合には、圧力降下が大きすぎて圧縮セク
ション308を駆動するのに十分なエネルギーを回収でき
ないならば、又は、フィッシャー−トロプッシュ反応器
338において使用された触媒がより高い運転圧力を必要
とするならば、サブシステム32のプロセス圧力を増加す
るのが望ましいことがある。いずれの場合も、より高い
圧力が要求されるならば、合成ガスユニット302におい
て製造された合成ガスは、図８に示すように、コンプレ
ッサー464により更に圧縮してもよい。
この構成（図８）において、合成ガスユニット402
は、前記した理由（反応器324のより高い効率及び固体
炭素生成のより低い可能性）から比較的低い圧力で運転
され、一方、フィッシャートロプシュ反応器438は高め
られた圧力で運転される。サブシステム34のこの構成
は、タービン406のためのより多くの動力を回収すると
いう利点があるが、このパワーの殆どは、おそらく、合
成ガスブースターコンプレッサー464を駆動するのに必
要とされるであろう。また、この構成は、フィッシャー
トロプシュ反応器438を、使用触媒に応じて当該反応の
効率を改善する高圧で運転するという利点をも有する。
多数の修飾又は調整をサブシステム32及び34に施すこと
ができるが、本発明の重要な側面は、サブシステム32及
び34からの過剰のエネルギーが、ハイドレート回収サブ
システム22、23、24、25、27及び29に動力供給しアシス
トするのに向けられるということである。
D.貯蔵及び除去サブシステム 貯蔵及び除去サブシステム42及び44は多くの実施形態
をとることができるが、ガスを、望ましいならば、ガス
転化サブシステム31、32及び34によるプロセシングの前
に保持するように設計され、岸への輸送のために待機し
ている間に、また、貯蔵室からの除去を便利にするため
に液体炭化水素を保持するように設計される。図１を参
照すると、貯蔵及び除去サブシステム42は、船50の一つ
の態様として示されている。この実施形態において、船
50は、ガス転化サブシステム26により送出された液体炭
化水素を保持するための大きい貯蔵タンクを備えていて
もよい。加えて、図３に示されるように、貯蔵及び除去
サブシステム42は、ガス転化サブシステム31のようなガ
ス転化サブシステムでのプロセシングの前にハイドレー
トから回収されたガスを集めるためのガス貯蔵タンク16
1を包含していてもよい。サブシステム42中の貯蔵室か
らの液体炭化水素の荷下ろしをするために、タンカー船
を船50にリンクすることもできる。
図２を参照すると、貯蔵及び除去サブシステム44が、
ガス転化サブシステム28により製造された液体炭化水素
を収容するための貯蔵ファシリティー43を含んで示され
ている。システム44も、図３のガス貯蔵室161のような
ガス貯蔵ファシリティーを含んでいてもよい。
システム10及び12は、例えば、貯蔵及び除去サブシス
テムの一部としてガス転化サブシステム34及び液体炭化
水素貯蔵用の貯蔵タンク45と共に示されている図２の船
17のような別個の船の上に、ガス転化サブシステムを配
置することを可能としてもよい。或いは、船17は、液体
炭化水素を転化サブシステム28から直接に又は中間貯蔵
室43から送出するための連結手段47により連結された単
なる貯蔵タンカーであってもよい。
E.結論 本発明及びその利点を詳述したが、請求の範囲に記載
された発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の
変化、置換及び変更をなし得ることが理解されるべきで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アギー ケネス エル. アメリカ合衆国 74119―3216 オクラ ホマ トゥルサ サウス ボウルダー 1350 スウィート 1100 (56)参考文献 特開 昭57−172094（ＪＰ，Ａ) 米国特許4833170（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21C 50/00 C10G 33/04 C10K 3/00 C10L 3/10 E21B 43/00

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】海洋底上のハイドレート層のハイドレート
    からのガスから液体炭化水素を回収するシステムであっ
    て、該システムは、 船； ハイドレート層上の所望の位置に船を保持するための、
    船に連結されたポジショニング・サブシステム； 海洋底上のハイドレートからのガスを船に送出しハイド
    レートからガスを分離するための、船に連結されたハイ
    ドレート回収サブシステム； ハイドレート回収サブシステムからガスを収容し該ガス
    を液体炭化水素に転化するための、ハイドレート回収サ
    ブシステムに連結されたガス転化サブシステム； ガス転化サブシステムにより製造された液体炭化水素を
    保持するための、ガス転化サブシステムに連結された貯
    蔵および除去サブシステム、 を含み；および ガス転化サブシステムにより生成された過剰な動力はハ
    イドレート回収サブシステムに供給される、システム。
  2. 【請求項２】ハイドレート回収サブシステムが、 第一端および第二端を有する主要な導管、第二端はガス
    転化サブシステムに流動的に連結されている；および 海洋底からハイドレートを収容するための、導管の第一
    端に連結されたコレクター、 を含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】ハイドレート回収サブシステムが、主要な
    導管およびガス上昇バルブに連結されたガス注入ライン
    をさらに含み、ガス注入ラインおよびガス上昇バルブが
    主要な導管内で水およびガスの自己支持フローを開始す
    るために操作され得る、請求項２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】ハイドレート回収サブシステムが主要な導
    管内に配置され第一端および第二端を有する内部液体送
    出導管をさらに含み、内部液体送出導管の第一端は主要
    な導管の第一端に最も近いハイドレート回収サブシステ
    ムに連結され、ポンプは水をそれを通して押出すための
    内部液体送出導管の第二端に連結されている、請求項２
    に記載のシステム。
  5. 【請求項５】内部液体送出導管に複数の穿孔が形成され
    る、請求項４に記載のシステム。
  6. 【請求項６】ハイドレート回収サブシステムのコレクタ
    ーが、 第一の導電性セクション； 第二の導電性セクション； 第一の導電性セクションと第二の導電性セクションとの
    間に配置された絶縁材；および 第一の導電性セクションと第二の導電性セクションとの
    間に電流を流し、それからエネルギーを受けるためのガ
    ス転化サブシステムに連結された電気的リード線、 をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
  7. 【請求項７】ハイドレート回収サブシステムが、海洋底
    上のハイドレートを攪拌するために、コレクターに最も
    近いハイドレート回収サブシステムに連結された攪拌器
    をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
  8. 【請求項８】ハイドレート回収サブシステムが、 コレクターに連結された複数の加熱エレメント； および そこから電気的エネルギーを受けて複数の加熱エレメン
    トを加熱するための、複数の加熱エレメントおよびガス
    転化サブシステムに連結された電気的リード線、 をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
  9. 【請求項９】ガス転化サブシステムが、 合成ガスを製造するための合成ガスユニット； 合成ガスを受けて液体炭化水素に転化するための合成ガ
    スユニットに連結された合成ユニット；および 合成ユニットおよび合成ガスユニットに連結されたター
    ビン、該タービンは合成ガスユニットに供給される空気
    を圧縮し、ガス転化サブシステムおよび少なくとも一部
    の炭化水素回収サブシステムに動力供給するエネルギー
    を発生するためのものである、 を含む、請求項２に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】ガス転化サブシステムが、 合成ガスを製造するための合成ガスユニット； 合成ガスを受け、合成ガスを液体炭化水素に転化するた
    めの、合成ガスユニットに連結されたフィッシャー−ト
    ロプシュ（Fischer−Tropsch）合成ユニット； 合成ユニットおよび合成ガスユニットに連結されたター
    ビン、該タービンは合成ガスユニットに供給される空気
    を圧縮し、ガス転化サブシステムおよび少なくとも一部
    のハイドレート回収サブシステムに動力供給するエネル
    ギーを発生するためのものである、 を含み、並びに、該タービンは燃焼器を含み、フィッシ
    ャー−トロプシュ合成ユニットからの残留ガスの一部が
    その中で燃料として使用するために燃焼器に送出され
    る、請求項２に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】ガス転化サブシステムが、 合成ガスを製造するための合成ガスユニット； 合成ガスを収容し該合成ガスを液体炭化水素に転化する
    ための、合成ガスユニットに連結されたフィッシャー−
    トロプシュ合成ユニット； 燃焼器を有するタービン、該タービンはフィッシャー−
    トロプシュ合成ユニットおよび合成ガスユニットに連結
    されている； ここで、燃焼器および合成ユニットは、合成ガスを製造
    し、燃焼からのエネルギーをタービンの膨張部分に供給
    するための統合ユニットとして流動的に連結されてい
    る；および フィッシャー−トロプシュ合成ユニットおよび燃焼器に
    連結されている導管、該導管は、フィッシャー−トロプ
    シュ合成ユニットからの残留ガスの一部をその中で燃料
    として使用するための燃焼器に送出するためのものであ
    る、 を含む、請求項２に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】海洋底上のハイドレートから液体炭化水
    素を回収する方法であって、 海洋底上のハイドレート層上に船をポジショニングする
    こと； ハイドレートを導管に送出し、ここでハイドレートは分
    解してガスを含むこと； ガスを合成ガス転化システムに送出すること； 合成ガス転化システムを使用してガスを液体炭化水素に
    転化すること；および ハイドレートを導管に送出する工程において合成ガス転
    化システムからのエネルギーを使用すること、 を包含する、方法。
  13. 【請求項１３】ハイドレートを導管に送出する工程が、
    導管中でガス上昇を確立し、ハイドレートを海洋底から
    引き出すことを包含する、請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項１４】合成ガス転化システムを使用してガスを
    液体炭化水素に転化する工程が、 合成ガスユニット中で合成ガスを調製する工程； 合成ガスを合成ユニットに送出する工程；および 合成ガスを液体炭化水素に転化する工程、 を含む、請求項12に記載の方法。
  15. 【請求項１５】合成ガスを調製する工程が、ハイドレー
    トからのガスおよび圧縮空気を自熱改質器（autotherma
    l reformer）に供給することを包含し；および 合成ガスを液体炭化水素に転化する工程が、合成ガスを
    フィッシャー−トロプシュ反応器に送出して液体炭化水
    素を製造することを包含する、請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項１６】海洋底上のハイドレート層のハイドレー
    トからガスを回収するシステムであって、該システム
    は、 海洋を進む船； ハイドレート層上の所望の位置に船を維持するための船
    に連結されたポジショニング・サブシステム； 海洋底上のハイドレートからガスを船に送出するための
    船に連結されたハイドレート回収サブシステム、ここ
    で、ハイドレート回収サブシステムは第一端および第二
    端を有する主要な導管を含み、主要な導管の第二端はガ
    ス転化サブシステムに流動的に連結され、コレクターは
    海洋底からハイドレートを収容するために主要な導管の
    第一端に連結されている； 船に固定されたガス転化サブシステム、該ガス転化サブ
    システムは、ハイドレート回収サブシステムからガスを
    受け、該ガスを液体炭化水素に転化するためにハイドレ
    ート回収サブシステムに連結されている、ここで、該ガ
    ス転化サブシステムは、合成ガスを製造するための合成
    ガスユニット、合成ガスを受けて合成ガスを液体炭化水
    素に転化するための合成ガスユニットに連結されたフィ
    ッシャー−トロプシュ合成ユニット、および合成ユニッ
    トと合成ガスユニットに連結されたタービンを含み、該
    タービンは合成ガスユニットに供給された空気を圧縮
    し、エネルギーを発生してガス転化サブシステムおよび
    少なくとも一部のハイドレート回収サブシステムに動力
    供給するためのものである； ガス転化サブシステムによって製造された液体炭化水素
    を保持するためのガス転化サブシステムに連結された貯
    蔵および除去サブシステム、 を含み；および ガス転化サブシステムにより生成された過剰な動力はハ
    イドレート回収サブシステムに供給され、ハイドレート
    回収サブシステムに少なくとも一部動力供給する、シス
    テム。
  17. 【請求項１７】タービンが燃焼器を含み、フィッシャー
    −トロプシュ合成ユニットからの残留ガスの一部がその
    中で燃料として使用されるために燃焼器に送出される、
    請求項16に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】タービンが燃焼器を含み、タービンがフ
    ィッシャー−トロプシュ合成ユニットおよび合成ガスユ
    ニットに連結され、燃焼器および合成ユニットが、合成
    ガスを製造し燃焼からのエネルギーをタービンの膨張部
    分に供給するための統合ユニットとして流動的に連結さ
    れている；および フィッシャー−トロプシュ合成ユニットおよび燃焼器に
    連結された導管を更に含み、該導管はフィッシャー−ト
    ロプシュ合成ユニットからの残留ガスの一部をその中で
    燃料として使用されために燃焼器に送出するためのもの
    である、 請求項16に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】ガス転化サブシステムがポジショニング
    ・サブシステムに連結され、その結果、ガス転化サブシ
    ステムからの過剰エネルギーがポジショニング・サブシ
    ステムにより要求される任意のエネルギーの一部を提供
    する、請求項16に記載のシステム。
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