JP6030785B1 - メタンハイドレートの移送 - Google Patents
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【課題】海底に存在する表層及び堆積物中に存在するメタンハイドレートを効率よく海上へ輸送する方法を提供する。【解決手段】メタンハイドレートの特質を生かしながら輸送カプセル装置を用いて、海上あるいはメタンガスのパイプ移送が可能な海面下１〜３百メートルのステージまで輸送して、輸送カプセル装置の内圧・温度をコントロールしてガス化したメタンガスを海上の積出装置へ移送する輸送カプセル装置・メタンハイドレート輸送システム。【選択図】図３
Description
本発明は、海底に存在する表層及び堆積物中に存在するメタンハイドレートを効率よく海上へ輸送・移送する方法に関する。
日本近海に莫大な埋蔵量の表層型メタンハイドレートが存在することが確認されており、これを効率的に採掘すれば、エネルギーの心配を無くすることができる。
現在考案されている表層型メタンハイドレートの回収方法においては、海底での採掘・粉砕技術、洋上でのメタンガスの取り扱いについては既に開発されているが、海底から洋上までの輸送・移送方法について確立されたものはない。
そこで、本願発明は、海底で採掘・粉砕されたメタンハイドレートを海上の浮体式メタンガス貯蔵積出し装置へ輸送する方法についてのものである。
現在考案されている表層型メタンハイドレートの回収方法においては、海底での採掘・粉砕技術、洋上でのメタンガスの取り扱いについては既に開発されているが、海底から洋上までの輸送・移送方法について確立されたものはない。
そこで、本願発明は、海底で採掘・粉砕されたメタンハイドレートを海上の浮体式メタンガス貯蔵積出し装置へ輸送する方法についてのものである。
海底から洋上までの輸送・移送方法について確立されないのはメタンハイドレート固有の特質があり、この対策ができないからである。
メタンハイドレートはメタンと水が低温・高圧状態で結晶化した氷状の固体物質で、大気圧下で−８０度、０度では２３気圧で氷状を保つが、該物質が存在するところは、海底下水深数百〜千ｍ、水温は３〜４度の所である。
このため、採掘場に於いては氷状の固体物質であるが、洋上へ輸送・移送途中でメタンガスと水に分解してしまい、その対応に苦慮している。
メタンハイドレートはメタンと水が低温・高圧状態で結晶化した氷状の固体物質で、大気圧下で−８０度、０度では２３気圧で氷状を保つが、該物質が存在するところは、海底下水深数百〜千ｍ、水温は３〜４度の所である。
このため、採掘場に於いては氷状の固体物質であるが、洋上へ輸送・移送途中でメタンガスと水に分解してしまい、その対応に苦慮している。
本願発明の概要は、メタンハイドレートの特質を生かしながら輸送カプセル装置を用いて、海上あるいはメタンガスのパイプ移送が可能な海面下１〜３百メートルまで輸送し、装置の内圧・温度をコントロールしてガス化し、海上の積出し設備へ移送する方法で、
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、
海底で採掘・破砕され粒状化したメタンハイドレートをカプセル容器に導入し、ガス分解を起こさない状態を維持してメタンガス貯蔵積出し装置に付帯したメタンガス移送パイプ装置へ輸送し、
前記カプセル容器内でガス化させたメタンガスを海上または海中に備えられた前記メタンガス移送パイプ装置へ移送する輸送カプセル装置で、該輸送カプセル装置は、高耐内圧と断熱性を有し、粒状化したメタンハイドレート及び海水を導入する導入口、海水を排出する排水口及び、ガス分解したメタンガスをメタンガス移送パイプ装置へ移送するメタンガス排出口で構成され、
前記輸送カプセル装置は、海底で採掘・粉砕されたメタンハイドレートを導入後、前記導入口および前記排水口を解放した状態にして、メタンハイドレートが分解する圧力・温度の限界領域まで海中を上昇させ、前記導入口および排水口を密閉し、圧力・温度を保持した状態で、該輸送カプセル装置と海中の圧力差が該輸送カプセル装置の耐内圧に収まる領域まで再上昇させ、該領域に設けられたメタンガス貯蔵積出し装置から垂下されたメタンガス移送パイプ装置にメタンガス排出口を接続して、
前記輸送カプセル装置内の圧力や海水温を調整してメタンハイドレートをメタンガスと水に分解し、該メタンガスを前記メタンガス移送パイプ装置経由で海上のメタンガス貯蔵積出し装置へ移送することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、
海底で採掘・破砕され粒状化したメタンハイドレートをカプセル容器に導入し、ガス分解を起こさない状態を維持してメタンガス貯蔵積出し装置に付帯したメタンガス移送パイプ装置へ輸送し、
前記カプセル容器内でガス化させたメタンガスを海上または海中に備えられた前記メタンガス移送パイプ装置へ移送する輸送カプセル装置で、該輸送カプセル装置は、高耐内圧と断熱性を有し、粒状化したメタンハイドレート及び海水を導入する導入口、海水を排出する排水口及び、ガス分解したメタンガスをメタンガス移送パイプ装置へ移送するメタンガス排出口で構成され、
前記輸送カプセル装置は、海底で採掘・粉砕されたメタンハイドレートを導入後、前記導入口および前記排水口を解放した状態にして、メタンハイドレートが分解する圧力・温度の限界領域まで海中を上昇させ、前記導入口および排水口を密閉し、圧力・温度を保持した状態で、該輸送カプセル装置と海中の圧力差が該輸送カプセル装置の耐内圧に収まる領域まで再上昇させ、該領域に設けられたメタンガス貯蔵積出し装置から垂下されたメタンガス移送パイプ装置にメタンガス排出口を接続して、
前記輸送カプセル装置内の圧力や海水温を調整してメタンハイドレートをメタンガスと水に分解し、該メタンガスを前記メタンガス移送パイプ装置経由で海上のメタンガス貯蔵積出し装置へ移送することを特徴とする。
本発明の第２の態様は、輸送カプセル装置を海底からメタンガス移送パイプ装置までの浮上は、ロープ或はパイプによる浮上ガイド体によりガイドし、空気等の浮力、あるいは動力源により浮上させることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、輸送カプセル装置には、メタンハイドレートの分解に伴う吸熱現象によって生じた温度低下を、前記輸送カプセル装置内の冷却装置として利用することを特徴とする。
本発明の第４の態様は、輸送カプセル装置には、内圧を所定圧力に維持する圧力維持装置を設けたことを特徴とする。
上述したように本発明の輸送カプセル装置とその運用方法により、これまでのメタンハイドレートが結晶状にあるときと、メタンガスと水に分解する境界を明確にして、それに対応した気圧・温度を制御することで輸送〜分解〜移送方法を確立でき、輸送カプセル装置の耐内圧がメタンガスと水に分解する境界圧力より小さい場合であっても、海中の深度水圧を利用して輸送〜分解〜移送を可能とした。
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。以下に示す実施形態は本発明の技術思想を具体化するための海底資源採掘システムを例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。
なお、引用する気圧等の数値は、技術内容が理解され易いように、限界に近い数値を用いており、安全(余力)や運用上得られる得失を考慮した数値でない。
また、メタンハイドレートは分解して吸熱反応を起こした時に生成される水は氷の薄膜を形成するため、常圧下−２０度程度でも長く保存できる自己保存性があり、運用面において考慮する必要がある。
また、メタンハイドレートは分解して吸熱反応を起こした時に生成される水は氷の薄膜を形成するため、常圧下−２０度程度でも長く保存できる自己保存性があり、運用面において考慮する必要がある。
続いて、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態にについて説明する。
図１は、メタンハイドレート輸送システムの中心となる輸送カプセル装置１の正面断面図で、装置の概要は断熱性の高耐内圧の圧力容器となっている。
この輸送カプセル装置１は、耐内圧を５０気圧で粒状化したメタンハイドレート２及び海水３を導入する導入口１１１、海水３を排出する排水口１１２、及び、ガス分解したメタンガス２１をメタンガス移送パイプ装置５１を経由してメタンガス貯蔵積出し装置５へ移送するメタンガス排出口１１３で構成されている。
図１は、メタンハイドレート輸送システムの中心となる輸送カプセル装置１の正面断面図で、装置の概要は断熱性の高耐内圧の圧力容器となっている。
この輸送カプセル装置１は、耐内圧を５０気圧で粒状化したメタンハイドレート２及び海水３を導入する導入口１１１、海水３を排出する排水口１１２、及び、ガス分解したメタンガス２１をメタンガス移送パイプ装置５１を経由してメタンガス貯蔵積出し装置５へ移送するメタンガス排出口１１３で構成されている。
また、輸送カプセル装置１を海面下５００メートルの場所で導入口１１１および排水口１１２を密閉し、圧力・温度を保持した状態で海上まで再上昇させるが、輸送カプセル装置内の圧力はコンプレッサー等で加圧したものでなく、容器を密閉しただけのものであることから、装置外の圧力が低くなった時に圧力低下が懸念され、圧力維持を確実に行うために圧力維持装置１２を設ける。
これは、後述する実施例２についても同様である。
これは、後述する実施例２についても同様である。
また、前記輸送カプセル装置１を海上まで上昇させるとき海中水温が高くなり、メタンハイドレート２がガス分解することが考えられ、これに伴う吸熱現象によって起こす温度低下を輸送カプセル装置内１の冷却に利用した冷却装置１３を設ける。
これは、後述する実施例２についても同様である。
これは、後述する実施例２についても同様である。
また、輸送カプセル装置１の海底と海上間の昇降については、海底のメタンハイドレート積込みステージ４と海上のメタンガス貯蔵積出し装置５に付帯するメタンガス移送パイプ装置５１とを、ロープ或はパイプで連結したガイド体７によりガイドさせ、空気の浮力により浮上、海水３注入による沈下、あるいは推進装置１４により下降、上昇を行う。
次に、図２により輸送カプセル装置１の具体的作業内容等を説明する。
(１)具体的な作業工程は、海低でドーザー・クラッシャーにより採掘し・塊または粒状に粉砕したメタンハイドレート２を、フレキシブルチューブ４１からメタンハイドレート積出し装置４に繋留されている移送カプセル装置１へ導入する。導入が終わった後も、移送カプセル装置１の導入口１１１、排出口１１２は解放状態に置く。
(２)次に、ロープやパイプのガイド体７をガイドにして空気等の浮力或は推進装置１４により浮上を始め、浮上途中の５００メートル時点(５０気圧)で、移送カプセル装置１の全ての導入口１１１、排出口を１１２密閉する。
ここでは、移送カプセル装置内１は５０気圧、水温が３〜５度で結晶状に維持された状態である。
(３)この状態を保ったまま海上まで上昇させ、海面に到達した時に移送カプセル装置のメタンガス排出口を海上のメタンガス貯蔵積出し装置５に付帯するメタンガス移送パイプ装置５１に連結する。
(４)次に、移送カプセル装置内１の気圧を減圧又は解除してメタンハイドレート２をガス分解させ、メタンガス移送パイプ装置５１を経由してメタンガス貯蔵積出し装置５へ移送する。
(５)メタンガス２１の移送終了後、移送カプセル装置１を海上に繋留するときは、メタンハイドレート投入口１１１等を密閉して空気を注入し浮力を保持する。使用するときはメタンハイドレート投入口１１１等を解放状態にして海水３を注入し自然降下、あるいは推進装置により下降を行う。
(１)具体的な作業工程は、海低でドーザー・クラッシャーにより採掘し・塊または粒状に粉砕したメタンハイドレート２を、フレキシブルチューブ４１からメタンハイドレート積出し装置４に繋留されている移送カプセル装置１へ導入する。導入が終わった後も、移送カプセル装置１の導入口１１１、排出口１１２は解放状態に置く。
(２)次に、ロープやパイプのガイド体７をガイドにして空気等の浮力或は推進装置１４により浮上を始め、浮上途中の５００メートル時点(５０気圧)で、移送カプセル装置１の全ての導入口１１１、排出口を１１２密閉する。
ここでは、移送カプセル装置内１は５０気圧、水温が３〜５度で結晶状に維持された状態である。
(３)この状態を保ったまま海上まで上昇させ、海面に到達した時に移送カプセル装置のメタンガス排出口を海上のメタンガス貯蔵積出し装置５に付帯するメタンガス移送パイプ装置５１に連結する。
(４)次に、移送カプセル装置内１の気圧を減圧又は解除してメタンハイドレート２をガス分解させ、メタンガス移送パイプ装置５１を経由してメタンガス貯蔵積出し装置５へ移送する。
(５)メタンガス２１の移送終了後、移送カプセル装置１を海上に繋留するときは、メタンハイドレート投入口１１１等を密閉して空気を注入し浮力を保持する。使用するときはメタンハイドレート投入口１１１等を解放状態にして海水３を注入し自然降下、あるいは推進装置により下降を行う。
次に、本実施例２は、メタンハイドレート輸送システムの中心となる輸送カプセル装置１は実施例１と同じ構成であるが、輸送カプセル装置の耐内圧が５０気圧未満(理論的には１気圧以上５０気圧未満)であっても輸送を可能としたシステムであり、事例では耐内圧が３０気圧の場合について記述している。
その方法の概要は、輸送カプセル装置１の耐内圧(３０気圧)がメタンハイドレート２の分解圧(５０気圧)より小さい分(２０気圧)は海中圧(２００メートルで２０気圧)を利用する方法で、耐内圧の小さい分に相当(２０気圧)する海面下の深度の場所(２００メートル)に、メタンガス貯蔵積み出し装置５から垂下させたメタンガス移送パイプ装置５１に接続し、当該場所でガス分解させて移送する方法である。
その方法の概要は、輸送カプセル装置１の耐内圧(３０気圧)がメタンハイドレート２の分解圧(５０気圧)より小さい分(２０気圧)は海中圧(２００メートルで２０気圧)を利用する方法で、耐内圧の小さい分に相当(２０気圧)する海面下の深度の場所(２００メートル)に、メタンガス貯蔵積み出し装置５から垂下させたメタンガス移送パイプ装置５１に接続し、当該場所でガス分解させて移送する方法である。
次に、図３により輸送カプセル装置の具体的作業内容等を説明する。
(１)具体的な作業工程は、海低でドーザー・クラッシャーにより採掘し・塊または粒状に粉砕したメタンハイドレート２を、フレキシブルチューブ４１からメタンハイドレート積出し装置４に繋留されている移送カプセル装置１へ導入する。導入が終わった後も、移送カプセル装置１の導入口１１１、排出口１１２は解放状態に置く。
(２)次に、ロープやパイプのガイド体７をガイドにして空気等の浮力或は推進装置１４により浮上を始め、浮上途中の５００メートル時点(５０気圧)で、移送カプセル装置１の全ての導入口１１１、排出口を１１２密閉する。ここでは、移送カプセル装置内１は５０気圧、水温が３〜５度で結晶状に維持された状態である。
(３)この状態を保ったまま耐内圧の小さい分に相当(２０気圧)する海面下の深度
(２００メートル)まで上昇させ、メタンガス貯蔵積み出し装置５から垂下されたメタンガス移送パイプ装置５１に繋留して、メタンガス排出口１１３を接続する。
メタンガス移送パイプ装置５１は海面下２００メートルの深度の海中に設けられることになるが、メタンガス貯蔵積み出し装置５を半潜水式プラットフォーム型として、その海面下２００メートルに繋留ステージを設けると良い。
(４)次に、移送カプセル装置内１の気圧を減圧又は解除してメタンハイドレート２をガス分解させ、メタンガス移送パイプ装置５１を経由してメタンガス貯蔵積出し装置５へ移送する。
(５)メタンガス２１の移送終了後、移送カプセル装置１を海上に繋留するときは、メタンハイドレート投入口１１１等を密閉して空気を注入し浮上させて保持する。使用するときはメタンハイドレート投入口１１１等を解放状態にして海水３を注入し自然降下、あるいは推進装置１４により下降を行う。
(１)具体的な作業工程は、海低でドーザー・クラッシャーにより採掘し・塊または粒状に粉砕したメタンハイドレート２を、フレキシブルチューブ４１からメタンハイドレート積出し装置４に繋留されている移送カプセル装置１へ導入する。導入が終わった後も、移送カプセル装置１の導入口１１１、排出口１１２は解放状態に置く。
(２)次に、ロープやパイプのガイド体７をガイドにして空気等の浮力或は推進装置１４により浮上を始め、浮上途中の５００メートル時点(５０気圧)で、移送カプセル装置１の全ての導入口１１１、排出口を１１２密閉する。ここでは、移送カプセル装置内１は５０気圧、水温が３〜５度で結晶状に維持された状態である。
(３)この状態を保ったまま耐内圧の小さい分に相当(２０気圧)する海面下の深度
(２００メートル)まで上昇させ、メタンガス貯蔵積み出し装置５から垂下されたメタンガス移送パイプ装置５１に繋留して、メタンガス排出口１１３を接続する。
メタンガス移送パイプ装置５１は海面下２００メートルの深度の海中に設けられることになるが、メタンガス貯蔵積み出し装置５を半潜水式プラットフォーム型として、その海面下２００メートルに繋留ステージを設けると良い。
(４)次に、移送カプセル装置内１の気圧を減圧又は解除してメタンハイドレート２をガス分解させ、メタンガス移送パイプ装置５１を経由してメタンガス貯蔵積出し装置５へ移送する。
(５)メタンガス２１の移送終了後、移送カプセル装置１を海上に繋留するときは、メタンハイドレート投入口１１１等を密閉して空気を注入し浮上させて保持する。使用するときはメタンハイドレート投入口１１１等を解放状態にして海水３を注入し自然降下、あるいは推進装置１４により下降を行う。
１ 輸送カプセル装置
１１１ メタンハイドレート導入口
１１２ 海水排出口
１１３ メタンガス排出口
１２ 圧力維持装置
１３ 冷却装置
１４ 推進装置(動力源)
１９ 断熱壁
２ メタンハイドレート
２１ メタンガス
３ 海水
４ メタンハイドレート積込みステージ
４１ メタンハイドレート積込み用フレキシブルチューブ
５ メタンガス貯蔵積出し装置
(半潜水式プラットフォーム型)
５１ メタンガス移送パイプ装置
７ ガイド体(ロープ又はパイプ)
１１１ メタンハイドレート導入口
１１２ 海水排出口
１１３ メタンガス排出口
１２ 圧力維持装置
１３ 冷却装置
１４ 推進装置(動力源)
１９ 断熱壁
２ メタンハイドレート
２１ メタンガス
３ 海水
４ メタンハイドレート積込みステージ
４１ メタンハイドレート積込み用フレキシブルチューブ
５ メタンガス貯蔵積出し装置
(半潜水式プラットフォーム型)
５１ メタンガス移送パイプ装置
７ ガイド体(ロープ又はパイプ)
Claims (4)
- 海底で採掘・破砕され粒状化したメタンハイドレートをカプセル容器に導入し、ガス分解を起こさない状態を維持してメタンガス貯蔵積出し装置に付帯したメタンガス移送パイプ装置へ輸送し、
前記カプセル容器内でガス化させたメタンガスを海上または海中に備えられた前記メタンガス移送パイプ装置へ移送する輸送カプセル装置で、該輸送カプセル装置は、高耐内圧と断熱性を有し、粒状化したメタンハイドレート及び海水を導入する導入口、海水を排出する排水口及び、ガス分解したメタンガスをメタンガス移送パイプ装置へ移送するメタンガス排出口で構成され、
前記輸送カプセル装置は、海底で採掘・粉砕されたメタンハイドレートを導入後、前記導入口および前記排水口を解放した状態にして、メタンハイドレートが分解する圧力・温度の限界領域まで海中を上昇させ、前記導入口および排水口を密閉し、圧力・温度を保持した状態で、該輸送カプセル装置と海中の圧力差が該輸送カプセル装置の耐内圧に収まる領域まで再上昇させ、該領域に設けられたメタンガス貯蔵積出し装置から垂下されたメタンガス移送パイプ装置にメタンガス排出口を接続して、
前記輸送カプセル装置内の圧力や海水温を調整してメタンハイドレートをメタンガスと水に分解し、該メタンガスを前記メタンガス移送パイプ装置経由で海上のメタンガス貯蔵積出し装置へ移送することを特徴とする輸送カプセル装置・メタンハイドレート輸送システム。 - 前記輸送カプセル装置を海底からメタンガス移送パイプ装置までの浮上は、ロープ或はパイプによる浮上ガイド体によりガイドし、空気等の浮力、あるいは動力源により浮上させることを特徴とする請求項１に記載の輸送カプセル装置・メタンハイドレート輸送システム。
- 前記輸送カプセル装置には、メタンハイドレートの分解に伴う吸熱現象によって生じた温度低下を、前記輸送カプセル装置内の冷却装置として利用することを特徴とする請求項１に記載の輸送カプセル装置・メタンハイドレート輸送システム。
- 前記輸送カプセル装置には、内圧を所定圧力に維持する圧力維持装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の輸送カプセル装置・メタンハイドレート輸送システム。
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