JP6144814B1

JP6144814B1 - メタンハイドレート採掘システム

Info

Publication number: JP6144814B1
Application number: JP2016222059A
Authority: JP
Inventors: 清菊川; 康介菊川
Original assignee: 清菊川
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: JP2018080477A

Abstract

【課題】海底の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採掘し海上へ輸送する方法を提供する。【解決手段】自走式採掘装置により採掘した固形物を、洋上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォームへ移送するに於いて、自走式採掘装置からメタンハイドレートが溶解する圧力・温度の限界領域直前までの海中に設けた海中プラットフォームまで移送する移送チューブと、前記海中プラットフォームから洋上の前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームまで移送する連続式バケットコンベア装置とからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、海底の表層及び堆積物中に存在するメタンハイドレート資源を効率よく採掘し海上へ移送するメタンハイドレート採掘システムに関する。

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メタンハイドレートの回収方法には、海底炭鉱手法・自噴回収手法・土木的手法・加熱法・減圧法・化学的手法がある。

日本海側に存在するメタンハイドレートの回収方法として次のような海底資源採掘装置が開発されており、採掘中のメタンハイドレートは、一部ガス化して海中に放出するので、ガス化したものを捕集する装置を組み合わせている。
先端がカッターのドリルの付いた心棒を、採掘フレームの一端に取付け、他端には採掘駆動車を連結し、心棒を中心に採掘駆動車を前進させて採掘フレームで土砂を掬い、採掘フレームの中のコンベアで、海底資源や混在する土砂を船上または沿岸に運び、海底資源からガス化したガスは、ガス収集シートで収集する
としている。(例えば、特許文献１参照。)。

特開２０１４−１２２５３１

以上に述べた前記先行事例(特許文献１)においては、
１．メタンハイドレート塊の密度は0.91g/cm³と軽く、皿形の外形は丸形となっているバケットでは海中では不安定であり、採掘〜バケットアーム〜受け皿の移送中にメタンハイドレートが浮遊や、溶解してガス化し、移送に問題がないか疑問である。
２．海底から海上への直接移送は一見効率的に思えるが、長尺のコンベアでは海流の影響や海上の荒天に影響を受け、ついては、操業に支障をきたすことで効率的な採掘がでず、設備の稼働率を落とす。
３．採掘駆動車は海底中央の採掘位置に穴を開けて固定されているときは安定した稼働は可能と思われるが、採掘駆動車が採掘フレームに合わせて動くときや採掘場所の移動時にはコンベア装置の移動は大がかりとなる。
などの問題が考えられる。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、回収のためのエネルギー効率を極力落とすことなく、採掘時の環境に配慮した構造とし、配転・移送を安定させるために可撓性のあるチューブを使用するなどで、荒海に於いても回収効率や機動性が高く低価格のメタンハイドレート採掘システムを実現することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様のメタンハイドレート採掘システムは、海底に存在するメタンハイドレートを掘削するにおいて、採掘機と破砕機と送圧機を備えた自走式採掘装置と、
該自走式採掘装置から送り出された固形物を、洋上に設けたメタンガス貯蔵積出しプラットフォームへ移送する場合、
メタンハイドレートが溶解する圧力・温度の限界領域直前までの海中に前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームから垂下して係留する海中プラットフォームを設け、該海中プラットフォームまで移送する移送チューブと、
前記海中プラットフォームから前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームまで移送する連続式バケットコンベア装置と、
からなることを特徴とする。

本発明の第２の態様のメタンハイドレート採掘システムは、前記連続式バケットコンベア装置には、前記固形物を移送中に前記固形物中のメタンハイドレートが溶解して生じたメタンガスを収集して、洋上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォームへ移送するガス収集移送ダクトを設けたことを特徴とする。

本発明の第３の態様のメタンハイドレート採掘システムは、前記移送チューブ及びガス収集移送ダクトは、流体導入式中空孔形成チューブを使用し、該流体導入式中空孔形成チューブを構成する複数本の小径ホースには海水を圧入して展張し、前記小径ホースの一部は海面下の温海水を海底方向へ連続して流すことを特徴とする。

本発明の第４の態様のメタンハイドレート採掘システムは、前記自走式採掘装置と前記海中プラットフォームの間に、該海中プラットフォームから垂下した海中、または海底に固定した中間ステージを設けたことを特徴とする。

本発明の第５の態様のメタンハイドレート採掘システムは、前記海中プラットフォームには、前記固形物を保管する保管設備を設けたことを特徴とする。

本発明の第６の態様のメタンハイドレート採掘システムは、前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームには、該メタンガス貯蔵積出しプラットフォームから垂下する円筒状の構造物を設け、該構造物中に前記ガス収集移送ダクトおよび前記連続式バケットコンベア装置の一部を内蔵させたことを特徴とする。

上述したように本発明はメタンハイドレートが溶解する特質に合わせた移送方法に特徴があり、メタンハイドレートが結晶状の海底で採掘し、結晶が溶解する圧力・温度の限界領域直前まではチューブを用いて移送、前記限界領域直前からメタンガス貯蔵積出しプラットフォームまでは結晶およびガス状態の両面で対処する方法としている。
また、メタンガス貯蔵積出しプラットフォームには半潜式プラットフォームのスパー型の特徴である垂直な円筒状の構造物を設けることで荒海での安定を図り、採掘や移送への影響を小さくし、移送途上の漏れガスを完全回収するなど環境面にも優れる。

また、海中プラットフォームから垂下した箇所に中間ステージを設けることで、自走式採掘装置の稼働が海上等の影響を極力受けず効率的に行えるようにした。
また、海中プラットフォームに固形物保管設備を設けることで、自走式採掘装置、連続式バケットコンベア装置、海上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォームの稼働に合わせて固形物在庫の調整を行い、全体設備の効率的な稼働を可能としている。

更には、メタンハイドレートのガス溶解時の吸熱対策として、移送チューブ及びガス収集移送ダクトに流体導入式中空孔形成チューブを使用することで、チューブを構成するホースの一部に海面付近の温海水を導入し、海底から移送されるチューブ内の低温海水や固形物と熱交換することで固形物を移送途中に再結晶等によりチューブ内に詰まる等のリスクを低くすることができる。
更にまた、洋上の回収船に回収されたメタンハイドレートは、自己保存性の特質を生かし塊状のままで高圧保管庫へ収納するなどにより、エネルギー投資・回収効率を高くできる。

図１はメタンハイドレート採掘システムの概略図である。図２は自走式採掘装置の概略図である。図３は海中プラットフォームの概略図である。図４はメタンガス貯蔵積出しプラットフォームの概略図である。図５は流体導入式中空孔形成チューブの概略図である。図６は図４のＡ−Ａ'の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６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メタンハイドレート採掘システム１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、メタンハイドレートは HYPERLINK "https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E8%A7%A3" \o "分解" 分解し HYPERLINK "https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%90%B8%E7%86%B1%E5%8F%8D%E5%BF%9C" \o "吸熱反応" 吸熱反応を起こした時に生成される水によって HYPERLINK "https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B7" \o "氷" 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ることが分かっているが、本実施例では考慮していない。

図１は、全体構成を示しており、海底の表層型メタンハイドレート９１１を採掘する自走式採掘装置２、中間ステージ３、海中プラットフォーム５及び保管設備５１、連続式バケットコンベア装置６、自走式採掘装置２と海中プラットフォーム５を繋ぐ移送チューブ４、連続式バケットコンベア装置６を内蔵するガス収集移送ダクト７、および洋上のメタンガス貯蔵積み出しプラットフォーム８、と同設備から垂下して設けられた円筒構造物８１、プラットフォーム８上にメタンガスフォルダー８２、ガス積み出し設備８３とで構成している。
システム全体のコントロールは洋上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８から遠隔操作により行われており、設備の電源も同設備から送られる。

図２は、自走式採掘装置２で採掘機２１と破砕機２２と送圧機２３とで構成され、採掘された固形物９１は移送チューブ４で中間ステージ３経由により海中プラットフォーム５の保管設備５１へ移送される。
採掘機２１はメタンハイドレート９１１の存在する状況や特性にもよるが、表層型メタンハイドレート９１１の採掘は、アスファルト舗装の表層を削るドラム式ロードカッターや木材破砕用のドラムチッパーや除雪機などを応用し、５０〜１００ミリメートルの深さを表面掘削して走行する機械が良い。
また、掘削された不安定なメタンハイドレート９１１を含む固形物９１を飛散させず次工程に送るためのカバーと次工程への集積・送付口を設ける。
更にまた、移送チューブ４との接続は、ねじれや折れの防止のため、回転旋回を自由にできるホース自在継ぎ手２５を取り付けるのが良い。
なお、自走式採掘装置２は既に開発されたものがあり、移送チューブ４へ移送できる装置であれば何れの装置でも良い。

自走式採掘装置２から海中プラットフォーム５へ移送する移送チューブ４は、フレキシブルチューブ又は特に流体導入式中空孔形成チューブ９２が良い。
流体導入式中空孔形成チューブ９２は構成する複数本の小径ホース９２３に海水を圧入して展張し、小径ホース圧をコントロールしてチューブの直進性を制御し、また小径ホース９２３の一部に海面下の温海水を連続的に取り入れる方法により、海底から来る低温海水と熱交換し、移送チューブ４の詰まり等を防ぐことができる。

また、流体導入式中空孔形成チューブ９２は必要により、円形力の強いチューブの外側に、前記サイズより大きい直進力の強いもう１つのチューブを設けた２重構造の流体導入式中空孔形成チューブ９２とし、チューブにかける圧力を制御してチューブの円形力、直進力をより高度にコントロールする方法もある。
なお、ホース及びチューブの素材・太さや長さ・ホースの使用本数等選択の自由度は高いので、採掘する海洋の状況等により設定すると良い。

中間ステージ３は、海中プラットフォーム５から垂下した海中または海底に固定して設けられているが、これは自走式採掘装置２が採掘で移動するとき、該自走式採掘装置２が移送チューブ４に接続されている他の装置等を牽引するなどで、移動に制限等を受けないようにするためのものである。

また、自走式採掘装置２に設けられている送圧機２３の送圧能力が不足するときは中間ステージ３に補強用の送圧機３１を設けると良い。
更にまた、海中プラットフォーム５へ送圧する方法ではなく、海中プラットフォーム側から吸引する方法もある。

図３は海中プラットフォーム５で、メタンハイドレートが溶解する圧力・温度の限界領域直前までの海中に、メタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８から垂下した箇所に係留して設けている。
海中プラットフォーム５には、海底から移送チューブ４により移送された固形物９１を保管する保管設備５１および海上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８へ移送する連続式バケットコンベア装置６を設けている。
また、連続式バケットコンベア装置８で移送中に前記固形物中９１のメタンハイドレート９１１が溶解してメタンガス化したものは、連続式バケットコンベア装置６を内包するように設けられたガス収集移送ダクト７により収集し、洋上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８へ移送する。
また、メタンハイドレート９１１は密度が0.91g/cm³と軽く不安定なことから、連続式バケットコンベア装置６で移送中に、固形物９１が散逸しないようにバケットに蓋６１を設けている。

ガス収集移送ダクト７は、フレキシブルチューブ又は特に流体導入式中空孔形成チューブ９２が良い。
流体導入式中空孔形成チューブ９２は、構成する複数本の小径ホース９２３に海水を圧入して展張し、小径ホース圧をコントロールしてチューブの直進性を制御し、また一部の小径ホース９２３に海面下の温海水を連続的に取り入れて送ることにより、海底から来る低温海水と熱交換し、ガス収集移送ダクト７の詰まり等のトラブルを防ぐことができる。

図４は洋上に設けられたメタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８で、海中プラットフォーム５から移送された固形物９１や溶解したメタンガスを受け入れる機能を持ち、メタンガスフォルダー８２やガス積出設備８３を備えている。
また、場合によっては未溶解の状態で移送されたメタンハイドレート９１１を含む固形物９１を塊状で保管するための保管設備を備えることもある。
これは、メタンハイドレート９１１の特質として、 HYPERLINK "https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E8%A7%A3" \o "分解" 分解しときに HYPERLINK "https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%90%B8%E7%86%B1%E5%8F%8D%E5%BF%9C" \o "吸熱反応" 吸熱反応により HYPERLINK "https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B7" \o "氷" 氷の薄膜を形成し、常圧下−２０度程度でも塊状として長く保存できる自己保存性が知れており、洋上へ移送されても全てがガス溶解されない場合は、塊状で海上運搬が可能であれば塊状のままの方がコスト低減を図れ、それに対応するものである。

また、連続式バケットコンベア装置６は、海中プラットフォーム５からメタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８までの間に設置されるのであるが、移送途中に固形物中９１のメタンハイドレート９１１が全て溶解するときは当箇所までの搬送し、後はガス収集移送ダクト７による移送だけても可能である。
なお、海中プラットフォーム５の設置場所は、コンベア部が長くなるが、メタンハイドレートが溶解する圧力・温度の限界領域直前までであれば海底に設置することも可能である。
また、海中プラットフォーム５を海底または海底近くに設置できることで、メタンハイドレート採掘システム１は、メタンハイドレートの採掘だけでなく、他の海底資源の採掘にも利用可能である。

メタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８には、メタンガス貯蔵積出しプラットフォーム８から垂下する円筒構造物８１を設け、連続式バケットコンベア装置６やガス収集移送ダクト７を一部内包することで、メタンハイドレート採掘システム１の荒海での採掘や移送への影響を小さくして稼働の安定を図り、ガス回収が二重になることで事故対応ついては環境面にも対応できる。

１メタンハイドレート採掘システム
２自走式採掘装置
２１採掘機
２２破砕機
２３送圧機
２５ホース自在継ぎ手
３中間ステージ
３１送圧機
４移送チューブ
５海中プラットフォーム
５１保管設備
６連続式バケットコンベア装置
６１蓋付バケット
７ガス収集移送ダクト
８メタンガス貯蔵積出しプラットフォーム
８１円筒構造物
８２メタンガスフォルダー
８３ガス積出設備
８４繋留索・チェーン
９１固形物
９１１メタンハイドレート
９２流体導入式中空孔形成チューブ
９２１チューブ本体
９２２大径中空孔
９２３小径ホース
９２３１小径ホース(展張用海水)
９２３２小径ホース(熱交換用海水)
９２３３小径ホース(電気通信ケーブル等)
９２３９海水およびメタンガス

Claims

海底に存在するメタンハイドレートを掘削するにおいて、採掘機と破砕機と送圧機を備えた自走式採掘装置と、
該自走式採掘装置から送り出された固形物を、洋上に設けたメタンガス貯蔵積出しプラットフォームへ移送する場合、
メタンハイドレートが溶解する圧力・温度の限界領域直前までの海中に前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームから垂下して係留する海中プラットフォームを設け、該海中プラットフォームまで移送する移送チューブと、
前記海中プラットフォームから前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームまで移送する連続式バケットコンベア装置と、
からなることを特徴とするメタンハイドレート採掘システム。
前記連続式バケットコンベア装置には、前記固形物を移送中に前記固形物中のメタンハイドレートが溶解して生じたメタンガスを収集して、洋上のメタンガス貯蔵積出しプラットフォームへ移送するガス収集移送ダクトを設けたことを特徴とする請求項１に記載のメタンハイドレート採掘システム。
前記移送チューブ及び前記ガス収集移送ダクトは、流体導入式中空孔形成チューブを使用し、該流体導入式中空孔形成チューブを構成する複数本の小径ホースには海水を圧入して展張し、前記小径ホースの一部は海面下の温海水を海底方向へ連続して流すことを特徴とする請求項２に記載のメタンハイドレート採掘システム。
前記自走式採掘装置と前記海中プラットフォームの間に、該海中プラットフォームから垂下した海中、または海底に固定した中間ステージを設けたことを特徴とする請求項１に記載のメタンハイドレート採掘システム。
前記海中プラットフォームには、前記固形物を保管する保管設備を設けたことを特徴とする請求項１に記載のメタンハイドレート採掘システム。
前記メタンガス貯蔵積出しプラットフォームには、該メタンガス貯蔵積出しプラットフォームから垂下する円筒状の構造物を設け、該構造物中に前記ガス収集移送ダクトおよび前記連続式バケットコンベア装置の一部を内蔵させたことを特徴とする請求項２に記載のメタンハイドレート採掘システム。