JP6236347B2 - 分離装置および分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、分離装置および分離方法に関する。

例えばメタンハイドレート開発を含むガス田開発等の資源開発では、生産対象流体としてのメタンガスの他に水や砂を含むものも生産井から産出される。
ここで、大水深での資源開発において、生産井から産出され、気体、液体、固体を含む混合流体を洋上の浮遊式プラットフォームに上げたり陸上まで海底パイプラインで移送したりする技術が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１３−３６４２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような従来の技術では、生産対象成分であるガスだけでなく、この生産対象成分に随伴して産出される物質である水や砂まで遠方に送ることになり、資源開発コストの増大を招く。このため、ガス、水、砂を含む混合流体を水中で分離することが望まれている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、混合流体を水中で分離することができる分離装置および分離方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
本発明に係る分離装置は、メタンハイドレート層からメタンガスの生産を行う分離装置において、気体と液体と固体とを含む混合流体から、前記気体と前記液体と前記固体とを互いに分離する分離装置であって、生産井の近傍において水底に配置され、内部に前記混合流体が供給される分離槽と、前記分離槽内を、前記混合流体から前記気体をそれ以外の成分との比重差により分離する気体分離部と、前記気体が分離された前記混合流体に含まれる前記固体と前記液体とを比重差により分離する固液分離部とに仕切る仕切り壁と、前記気体分離部内の分離された前記気体を排出する気体排出弁と、前記固液分離部内の分離された前記液体を排出する液体排出弁と、前記気体分離部内の前記気体の容積を検出する検出部と、を備え、前記仕切り壁には、前記気体分離部と前記固液分離部とを連通し、該気体分離部で前記気体が分離された前記混合流体が流通する連通孔が、前記混合流体の液面よりも下方に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、水中に配置された分離槽内の気体分離部および固液分離部それぞれで混合流体から気体および液体を分離するので、混合流体を水中で分離することができる。従って、例えば、この分離装置により分離された気体や液体を移送することで、分離せずに移送する場合に比べて資源開発コストを抑えること等が可能となる。
さらに、気体分離部と固液分離部とを別個の槽として設けるのではなく、１つの分離槽を二つに仕切るとともに、連通孔を形成することで設けているので、構造の単純化を図ることができる。即ち、例えば、気体分離部と固液分離部の２つの槽間を繋ぐ配管類等が不要になることで、製造の簡略化や配管取り付け部での高い外圧に対する補強の省略等を可能となる。
また、気体分離部と固液分離部とを分離したので、分離槽内で気体を気体分離部内に留めて気体が分離槽の全体にいきわたるのを抑え、分離槽を小型、小径にして耐圧性を向上させることができる。
さらに、気体分離部および固液分離部のいずれにおいても、気体、液体または固体を比重差により分離しているので、構造の簡素化を図りメンテナンス性を向上させることができる。即ち、例えば遠心分離と比較すると、比重分離では分離装置の構造が簡略化できる。また、分離装置に対する分離対象流体（気体、液体、及び固体）の相対速度が遅いため、分離装置における分離対象流体との接触面に生じる摩耗を低減でき、このような摩耗に対する補修作業等を軽減することができる。ここで、分離槽は水中に配置されているため分離槽が陸上に配置される場合などに比べてメンテナンスに手間がかかるが、本発明の分離装置においては、比重差を用いた分離を行うことで上述のようにメンテナンスの手間を低減することができる。
また、気体排出弁および液体排出弁を備えているので、気体排出弁および液体排出弁からの気体、液体それぞれの排出量を調整することで、分離槽内の圧力を制御することができる。従って、分離槽内の圧力が過度に低下して分離槽の外部からの水圧により分離槽が損傷してしまうのを抑えることができる。
また、例えばこの分離装置をメタンハイドレート開発に用いる場合には、分離装置における分離槽内の圧力を制御できる利点を活かし、メタンハイドレート層からのメタンガスの生産の制御にも役立てることができる可能性がある。即ち、メタンハイドレート層からメタンガスの生産を行う方法の内、減圧法への適用が期待できる。減圧法は、生産井内の圧力を下げてメタンハイドレートの分解が生じる圧力レベルまでメタンハイドレート層近傍の圧力を下げ、当該層から生産されるメタンガスを回収する方法である。
ここで、このようなガス生産方法の場合、メタンガスのみでなく、分解に伴う水及び周辺地盤の砂がメタンガスとともに汲み上げられる。また、生産を継続するための減圧を持続するためには水及び砂を汲み上げる必要があり、汲み上げ用ポンプの上流側で連続的に生産流体を分離でき、かつ圧力制御が可能な分離装置が求められる。そして、本発明の分離装置を用いることで、このような要求に応じることが可能となる。
さらに、検出部を備えているので、検出部の検出結果に基づいて気体排出弁及び液体排出弁を制御することで、気体分離部において、気体の容積の変動を抑え、気体が分離された混合流体の液面位置を一定の範囲内に収めることができる。従って、混合流体の液面位置が高くなりすぎて、気体排出弁側から液体が排出されたり、混合流体の液面位置が低くなりすぎて、仕切り壁の孔を通して気体が固液分離部に流入したりするのを防ぐことができる。
従って、分離装置を水中又は水底に設置して混合流体から気体を安定して分離でき、気体のみを液体及び固体を含まない状態で遠方まで低コストで容易に送ることができる。

ここで、前記固液分離部の天井部には、水平面に対して上下方向に傾斜する傾斜面が設けられていてもよい。
この場合は、固液分離部に流れ込んだ気体は、天井部の傾斜面に沿って傾斜面の上側に集められるので、ここから気体を排出できる。

また、前記分離槽の底部には、前記気体分離部から前記固液分離部まで連続し、かつ前記気体分離部から前記固液分離部に向かって徐々に低くなる傾斜面が形成されていてもよい。

この場合は、気体分離部に供給された混合流体に含まれる固体を、その重力で、気体分離部から固液分離部まで連続する底部の傾斜面に沿って低い方の固液分離部側に滑らかに移動させることができる。また、固液分離部の底部に堆積した固体が、その傾斜面の高低差に逆らって気体分離部側に逆流するのを抑制できる。

また、前記固液分離部には、前記気体分離部から前記固液分離部に向かう前記液体及び前記固体の流れを規制する整流板が設けられていてもよい。

この場合、固液分離部の底部に堆積した固体が、液体の流れによって撹拌されるのを抑制できる。また、整流板が分離槽の内面から固液分離部の内部に突出して設けられている場合、整流板をリブとして機能させることができる。なお、この整流板は、固液分離部の外部、即ち、分離槽の外部に向かって、分離槽を貫通して水中まで突出していてもよい。

また、前記整流板には、下部に、前記気体分離部から前記固液分離部に向かう方向に貫通する貫通孔が形成されていてもよい。

このような貫通孔によって、固液分離部の底部に堆積した固体が整流板を通過できるようになる。このため、例えば堆積した固体を強制的に撹拌して液体とともに分離槽から排出しようとした際に、固体の動きが整流板によって規制されてしまうことを抑制できる。

さらに、前記整流板における前記貫通孔は、前記仕切り壁における前記連通孔に対して、該連通孔からの前記混合流体の流入方向から見て重複しない位置に形成されていてもよい。

このような位置に整流板の貫通孔を形成することで、連通孔からの混合流体の流れが整流板によって規制されないまま、貫通孔を通り抜けてしまうことを抑制できる。従って、上述したように貫通孔によって堆積した固体を分離槽から排出する際の排出効果を向上させつつ、固液分離部の底部に堆積した固体が連通孔から流入する液体の流れによって撹拌されてしまうことを抑制できる。

前記固液分離部には、前記固液分離部の底部に堆積した前記固体を前記液体中に浮遊させる固体浮遊部が設けられていてもよい。

この場合、固液分離部の底部に堆積した固体を固体浮遊部により液体中に浮遊させて、液体と固体とを一緒にポンプ等で容易に分離槽外に排出できる。

また、前記検出部は、前記気体分離部内の前記混合流体の液面の位置を検出することで、前記気体の容積を検出してもよい。
この場合、液面センサを用いて気体の容積を検出することができるため、気体分離部及び検出部の構成が簡易となるとともに、容易に容積を検出することができる。

また、本発明に係る分離方法は、上記の分離装置を用いて、前記混合流体から、前記気体と前記液体と前記固体とを分離する分離方法であって、前記気体分離部に前記混合流体を供給する供給工程と、前記気体分離部内で前記混合流体から前記気体を分離する気体分離工程と、前記固液分離部内で前記混合流体から前記固体と前記液体とを分離する固液分離工程と、前記気体排出弁および前記液体排出弁により、前記気体分離部内の前記気体および前記固液分離部内の前記液体をそれぞれ排出する排出工程と、を含み、前記排出工程では、前記検出部の検出結果に基づいて、前記気体排出弁および前記液体排出弁を制御することを特徴とする。

請求項１の分離装置によれば、気体、液体、固体を含む混合流体を、水中で分離することが可能となる。

また、請求項２の分離装置によれば、傾斜面によって容易に気体の排出を行うことができる。

また、請求項３の分離装置によれば、傾斜面によって液体と固体との分離効果を向上させることができる。

また、請求項４の分離装置によれば、整流板によって液体と固体との分離効果をさらに向上させることができる。

また、請求項５の分離装置によれば、整流板に形成された貫通孔によって、固体の分離槽からの排出効果を向上することができる。

また、請求項６の分離装置によれば、連通孔と貫通孔とを異なる位置に形成することで液体と固体との分離効果をさらに向上させることができる。

また、請求項７の分離装置よれば、固体浮遊部によって堆積した固体の排出効果を向上することができる。

また、請求項８の分離装置によれば、簡易な構成で、液体と固体との分離効果をさらに向上させることができる。

また、請求項９の分離方法によれば、気体、液体、固体を含む混合流体を、水中で分離することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る分離装置を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る分離装置を示す模式図であって、固体浮遊部がジェット流発生装置である変形例を示す。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。 実施形態に係る分離装置によって混合流体の分離を行う分離方法の手順を示すフロー図である。 実施形態の変形例の分離槽を示す模式図である。 （ａ）は図５のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図５のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は図５のＥ−Ｅ線断面図である。

以下、本発明に係る実施形態の分離装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のセパレータ（分離装置）１は、気体２と液体３と固体４とを含む混合流体５から、気体２と液体３と固体４とを互いに分離する分離装置である。
このセパレータ１は、内部に混合流体５が供給される分離槽６と、分離槽６内を混合流体５から気体２をそれ以外の成分との比重差により分離する気体分離部７と、気体２が分離された混合流体５に含まれる固体４と液体３とを比重差により分離する固液分離部８とに仕切るとともに、気体分離部７と固液分離部８とを連通し気体２が分離された混合流体５が流通する連通孔９が形成された仕切り壁１０とを備えている。
さらに、セパレータ１は、気体分離部７内の分離された気体２を排出する気体排出弁１１と、固液分離部８内の分離された液体３を排出する液体排出弁１２と、気体分離部７内の気体２の容積を検出する検出部１３と、検出部１３の検出結果に基づいて、気体排出弁１１及び液体排出弁１２の少なくとも一方を制御する制御部１４とを備えている。

次に、上記各構成要素について説明する。混合流体５としては、水底又は海底のメタンハイドレートの分解により生成されるメタンガス（気体）、水（液体）、および海底の土砂（固体）等を含むものが例示される。以下の説明においては、混合流体５は、気体２と液体３と固体４とを含むものとして説明を行う。
なお、混合流体５は、例えばメタンハイドレート以外のガス田開発や油田開発で採取されるものであってもよく、メタンハイドレート開発で採取されるものに限定されない。

分離槽６は、円筒状に形成されている。この分離槽６は、円筒の中心軸線Ｏを水平方向に延びるようにした状態で水底に横置き状に配置されている。分離槽６は、一方の端部（図１中の左側の端部）寄りに設けられた仕切り壁１０により、気体分離部７と固液分離部８とに仕切られている。よって、気体分離部７の容積は、固液分離部８の容積より小さく形成されている。

仕切り壁１０は、分離槽６の天井面から下方に突出するとともに、上記中心軸線Ｏに直交する奥行方向（図１の紙面に向かう方向）の全域にわたって設けられた板状部材である。

分離槽６の底部１５には、気体分離部７から固液分離部８まで連続し、かつ気体分離部７から固液分離部８に向かって徐々に低くなる傾斜面１６が形成されている。

図３（ａ）に示すように、仕切り壁１０の下側には、気体分離部７と固液分離部８とを連通し、気体２が分離された混合流体５が流通する連通孔９が奥行方向の左右一対に形成されている。連通孔９は、横長の略長方形状に形成されている。そして連通孔９は、気体分離部７での液面の位置よりも下方に形成されている。

気体分離部７の容積は、固液分離部８に比べて小さく形成されている。気体分離部７における仕切り壁１０に対向する分離槽６の壁面における下側には、水底の地中から混合流体５を吸い上げるための流入配管１８における上端部が接続されている。流入配管１８で吸い上げられた混合流体５は、気体分離部７の下部側に供給される。

図１に示すように、気体分離部７の天井部には、混合流体５から分離された気体２が分離槽６の外部に排出される気体排出配管１９が接続されている。気体排出配管１９は、気体２及び液体３に所定の処理を施すため、水上又は陸上に設置される気液処理設備（不図示）に直接的又は間接的に接続されている。

気体排出配管１９の分離槽６寄りの位置には、気体排出弁１１が接続されている。また、気体排出配管１９の気体排出弁１１より先の部位（分離槽６から離間する側の部位）と、固液分離部８の天井部２３における気体分離部７寄りの部位との間には、固液分離部８内の気体２を気体排出配管１９側に送出する配管２１が接続されている。配管２１には、開閉弁２２が接続されている。

固液分離部８の天井部２３には、水平面に対して上下方向に傾斜する傾斜面２４が設けられている。より詳細には、固液分離部８の天井部２３の内面には、気体分離部７から離間する距離が大きくなるにつれて、上下方向の位置が漸次低くなる傾斜面２４が設けられている。固液分離部８に流れ込んだ気体２は、天井部２３の傾斜面２４に沿って配管２１側に移動して、開閉弁２２が開放されたときに配管２１を通して気体排出配管１９に排出される。

図３（ｂ）に示すように、固液分離部８には仕切り壁１０に近接して対向し、気体分離部７から固液分離部８に向かって流通する液体３及び固体４の流れを規制する整流板２５が設けられている。本実施形態では、この整流板２５は仕切り壁１０と平行となるように、分離槽６の傾斜面１６から上方に突出するとともに上記奥行方向の全域にわたって設けられた板状部材である。

そして、この整流板２５の略水平な上端縁と固液分離部８の天井部との間に上記奥行方向に延びる部分円状の液体通路２６が形成され、下端の中央部と固液分離部８の底部１５との間には略楕円形状の固体通路（貫通孔）２７が形成されている。固体通路２７の通路面積は、液体通路２６の通路面積より小さくなるように形成されている。

液体通路２６及び固体通路２７の位置は、仕切り壁１０の連通孔９の位置と、連通孔９からの混合流体５の流入方向から見て重複していない。より詳細には、混合流体５の流入方向から見て、連通孔９が形成された位置と、固体通路２７が形成された位置とは互いに奥行方向の左右に位置ずれしており、本実施形態では、奥行方向左右の中央位置に、一つの固体通路２７が形成されている。

また、仕切り壁１０の連通孔９と整流板２５の液体通路２６とは互いに上下方向に位置ずれして形成されていることとになる。なお、このように連通孔９と液体通路２６とは、上下方向において重複しない位置に配置される場合に限らず、上記奥行方向において重複しない位置に配置してもよい。

図１に示すように、固液分離部８には、底部１５に堆積した固体４を液体３中に浮遊させる固体浮遊部としての撹拌翼２８が設けられている。固体浮遊部としては、撹拌翼２８以外にもジェット流発生装置２８Ａ（図２参照）等が例示される。このジェット流発生装置２８Ａは、固液分離部８の内部や外部に設けられたポンプ、ブロア等であって、底部１５に向けて流体Ｆ１を噴出する。

検出部１３は、気体分離部７内の混合流体５の液面を検出することで、気体２の容積を検出する。検出部１３としては、液面センサ等が例示される。

固液分離部８における気体分離部７と反対側の壁面（整流板２５に対向する分離槽６の壁面）の上部には、液体流出配管３０が接続されている。液体流出配管３０は、ポンプ３１を介して水上又は陸上の気液処理設備（不図示）まで延伸されているか、又は、海中に開口して液体３を海中に放出可能となっている。また、液体流出配管３０における固液分離部８とポンプ３１との間には、液体排出弁１２が設けられている。

固液分離部８の液体流出配管３０が接続された壁面の下部には、主として固体４を排出する固体排出弁３２が設けられている。固体排出弁３２を二重に設けてダブルロック機構とし、一方を開け他方を閉める等の開閉制御を行うことにより、固体４の重力を利用して固液分離部８の外部に固体４を排出する。
ここで、このようなダブルロック機構を用いるのは、固液分離部８内と固体４の排出先である海中との間に圧力差がある場合、即ち、海中環境より分離槽６内の圧力が低い場合、固体４の排出時に海水が分離槽６内に吹き込まれてしまうことを抑制するためである。

次に、セパレータ１の作用を、混合流体５の分離方法（図４参照）を交えて説明する。
図１に示すように、セパレータ１は、例えば水底の地中に鉛直方向に沿って配置された円筒状の生産井３４の近傍において、水底又は水中に設置される。セパレータ１の気体分離部７に接続された流入配管１８は、生産井３４内に配置される。

流入配管１８には、水底の地中から混合流体５が吸い込まれる。この際には、分離槽６内を減圧しておくことにより、混合流体５を吸い上げ易くなる。流入配管１８で吸い上げられた混合流体５は、セパレータ１の気体分離部７内に供給され（供給工程Ｓ１）、ここで混合流体５に含まれている気体２が、他の成分（液体３及び固体４）との比重差により分離される（気体分離工程Ｓ２）。分離された気体２は、気体排出弁１１が開放されたときに気体排出配管１９を通して排出されて、気液処理設備（不図示）に送られる（排出工程Ｓ４）。

気体分離部７内における気体２が分離された後の混合流体５は、仕切り壁１０の連通孔９を介して固液分離部８に送られる。固液分離部８に送られた混合流体５のうち、固体４中の粒径の大きな粒子は整流板２５の下部側の固体通路２７を通り固液分離部８の中央側へ送られる。また、混合流体５のうち、主として液体３は整流板２５の上部側の液体通路２６を通り固液分離部８の中央側へ送られる。

固液分離部８内において、混合流体５に含まれる固体４と液体３とは、その比重差により互いに分離される（固液分離工程Ｓ３）。分離された固体４は固液分離部８の底部１５上に堆積され、その一部は重力によって底部１５の傾斜面１６に沿って低い方（ポンプ３１側）に移動する。

分離された液体３は、底部１５及びその上に堆積した固体４上に貯留される。固液分離部８に貯留された液体３は、液体排出弁１２が開放され、さらにポンプ３１が駆動された際に液体流出配管３０を介して排出され、気液処理設備（不図示）に送られるか、又は海中に放出される（排出工程Ｓ４）。

気体分離部７の気体排出弁１１、及び固液分離部８の液体排出弁１２は、気体分離部７内の検出部１３の検出結果に基づいて開閉制御される。ここでは、検出部１３により、気体分離部７内の分離された気体２の容積が検出される。例えば、気体分離部７における混合流体５の液面の位置を検出することにより、気体分離部７の分離された気体２の容積を検出することができる。

検出部１３の検出結果に基づいて、気体排出弁１１又は液体排出弁１２の少なくとも一方が制御され、気体分離部７において、気体２の容積の変動を抑え、気体２が分離された混合流体５の液面位置を一定の範囲内に収めることができる。従って、混合流体５の液面位置が高くなりすぎて、気体排出弁１１側から液体３が排出されたり、混合流体５の液面位置が低くなりすぎて、仕切り壁１０の連通孔９を通して気体２が固液分離部８に流入したりするのを防ぐことができる。即ち、気体分離部７において気体２を比重差で分離可能となるように分離槽６内の液面位置の制御が行われる。本実施形態では、気体排出弁１１又は液体排出弁１２の少なくとも一方が、気体分離部７内の混合流体５の液面の位置が一定となるように制御される。

固液分離部８の底部１５に堆積した固体４は、撹拌翼２８を駆動して固体４を液体３に浮遊させた状態で、固体排出弁３２を開放することにより、固体４と液体３とを一緒にしてポンプ（図示せず）等で固液分離部８の外部に容易に排出することができる。

本実施形態に係るセパレータ１によれば、気体分離部７と固液分離部８とを、別個の槽として設けるのではなく、１つの分離槽６を二つに仕切ることで設けているので、構造の単純化を図ることができる。即ち、例えば、気体分離部７と固液分離部８の２つの槽間を繋ぐ配管類等が不要になることで、製造の簡略化や配管取り付け部での高い外圧に対する補強の省略化などを図ることができる。また、気体分離部７と固液分離部８とを分離したので、分離槽６内で気体２を気体分離部７内に留めて気体２が分離槽６の全体にいきわたるのを抑え、分離槽６を小型にして耐圧性を向上させることができる。

さらに、検出部１３の結果に基づいて気体排出弁１１と液体排出弁１２との少なくとも一方を制御することにより、分離槽６における気体分離部７内に気体分離に必要な空間容積を確実にかつ安定して確保できる。従って、セパレータ１を水中又は水底に設置して、混合流体５から気体２を確実にかつ安定して分離でき、液体３及び固体４を含まない状態で、気体２のみを遠方まで低コストで容易に送ることができる。即ち、分離回収ガスとしての気体２の回収を、水中で低コストに、かつ容易に行うことができる。

ここで、気体分離部７内における混合流体５の液面の位置を一定に保持することにより、気体分離部７内の空間容積を一定とすることができる。また、気体排出弁１１と液体排出弁１２との少なくとも一方を制御することにより、気体分離部７内の空間の内圧を任意に制御できるので、気体分離部７の内圧を外水圧近傍まで高く設定することにより、分離槽６の座屈の可能性を低減することができる。

さらに、例えばセパレータ１をメタンハイドレート開発に用いる場合には、分離槽６内の圧力を制御できる利点を活かし、メタンハイドレート層からのメタンガスの生産の制御にも役立てることができる可能性がある。即ち、メタンハイドレート層からメタンガスの生産を行う方法の内、減圧法への適用が期待できる。
減圧法は、生産井３４内の圧力を下げてメタンハイドレートの分解が生じる圧力レベルまでメタンハイドレート層近傍の圧力を下げ、当該層から生産されるメタンガスを回収する方法である。

ここで、このような減圧法を用いてガス生産を行う場合、メタンガスのみでなく、分解に伴う水及び周辺地盤の砂がメタンガスとともに汲み上げられる。また、生産を継続するための減圧を持続するためには水及び砂を汲み上げる必要があり、汲み上げ用ポンプの上流側で連続的に生産流体を分離でき、かつ圧力制御が可能な分離装置が求められる。そして、分離装置として本実施形態のセパレータ１を用いることで、このような要求に応じることが可能となる。

さらに、検出部１３は、気体分離部７内の液面の位置を検出することで気体２の容積を検出する。このため、液面センサを用いて気体２の容積を検出することができ、気体分離部７及び検出部１３の構成が簡易となるとともに、容易に容積を検出することができる。

また、固液分離部８の天井部２３には、上下方向に傾斜する傾斜面２４が設けられているので、固液分離部８に流れ込んだ気体２は、傾斜面２４に沿って上方の配管２１側に流される。これにより、固液分離部８の気体２を配管２１から容易にかつ確実に排出できる。従って、固液分離部８から排出される液体３に気体２が含まれるのを抑制できるので、ポンプ３１に気体２を含む液体３が流れ込むのを抑制できる。

また、仕切り壁１０の連通孔９の位置と固体通路２７の位置が、混合流体５の流入方向から見て重複していないので、固体４が液体３の流れによって巻き上げられることによる固液分離の効率低下を抑制できる。さらに、ポンプ３１に固体４が流れ込んでしまうことを抑制できるので、ポンプ３１の故障を抑制できる。また、整流板２５を固液分離部８の補強リブとして機能することで、分離槽６の強度向上につながる。

また、分離槽６の底部１５には、気体分離部７から固液分離部８まで連続し、かつ気体分離部７から固液分離部８に向かって徐々に低くなる傾斜面１６が形成されているので、気体分離部７に供給された混合流体５に含まれる固体４を、その重力で気体分離部７から固液分離部８まで連続する底部１５の傾斜面１６に沿って低い方の固液分離部８側に滑らかに移動させることができる。さらに、固液分離部８の底部１５に堆積した固体４が、その傾斜面１６の高低差に逆らって気体分離部７側に逆流するのを抑制できる。

また、固液分離部８には、整流板２５が設けられているので、固液分離部８の底部１５に堆積した固体４が、液体３の流れによって不用意に撹拌されるのを抑制できる。

また、この固体通路２７が、仕切り壁１０における連通孔９に対して連通孔９からの混合流体５の流入方向から見て重複しない位置に形成されていることで、固体通路２７を設けたとしても、連通孔９からの混合流体５の流れが整流板２５によって規制されないまま、固体通路２７を通り抜けてしまうことを抑制できる。

従って、整流板２５によって、堆積した固体４を分離槽６から排出する際の排出効果を向上させつつ、固液分離部８の底部に堆積した固体４が連通孔９から流入する液体３の流れによって撹拌されてしまうことを抑制できる。よって、液体３と固体４との分離効果をさらに向上させることができる。

また、固液分離部８には、固液分離部８の底部１５に堆積した固体４を液体３中に浮遊させる撹拌翼（固体浮遊部）２８が設けられている。このため、堆積した固体４を分離槽６から排出する排出工程Ｓ４においては、固液分離部８の底部１５に堆積した固体４を撹拌翼２８により液体３中に浮遊させて、液体３と固体４とを一緒にポンプ３１等で容易に分離槽６外に排出できる。

さらに、整流板２５には固体通路２７によって、固液分離部８の底部に堆積した固体４が整流板２５を通過できるようになる。このため、撹拌翼２８によって堆積した固体４を強制的に液体３中に浮遊させて液体３とともに分離槽６から排出しようとした際には、固体４の動きが整流板２５によって規制されてしまうことを抑制できる。よって、固体４の分離槽６からの排出効果を向上することができる。

図５には、変形例の分離槽５０を示す。この分離槽５０は、横長の円筒状に形成され、その両端部５１、５２は外側に向かって膨張するドーム状に形成されている。
気体分離部７側の端部５１には、その水平中心よりやや下方に位置する気体排出配管１９が接続されている。
固液分離部８は横長に形成され、その仕切り壁１０の反対側の端部５２には、水平中心軸のやや下方に位置する液体流出配管３０が接続されている。

気体分離部７と固液分離部８との間には、仕切り壁１０が設けられている。固液分離部８内における仕切り壁１０の近傍には、整流板２５が設けられている。更に、固液分離部８内には、液体流出配管３０の流入口５３における下部から、気体分離部７側に向かって斜め上方に向かって延伸する出口整流板５４が設けられている。

図６（ａ）に示すように、仕切り壁１０には互いに水平方向に離間する二つの連通孔９が形成されている。図６（ｂ）に示すように、整流板２５には、上側に液体通路２６が形成され、下側に固体通路２７が形成されている。図６（ｃ）に示すように、出口整流板５４の上側には、液体通路５５が形成されている。

この分離槽５０によれば、固液分離部８の水平中心の近傍に液体流出配管３０が設けられ、さらに固液分離部８における液体流出配管３０への流入口５３の下に、斜め上方に向かって延伸する出口整流板５４が設けられているので、液体流出配管３０に液体３が直接流入することを妨げることができる。よって、流入する液体３の流速が過度に加速されるのを抑制でき、液体流出配管３０から排出されてポンプ３１に流れ込む粒子の量をさらに軽減できる。

また、固液分離部８では、混合流体５の流れ方向が固液分離部８の長手方向に沿っているので、固液分離部８の長さ寸法を変更することで固体４の滞留時間の長さの調整が可能であり、細かい粒径の固体４を分離することができる。

以上、本発明の分離装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態で示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、整流板２５は一つが設けられる場合に限定されず、複数個が互いに中心軸線Ｏの方向に離間して設けられていてもよい。また整流板２５に形成された固体通路２７は必ずしも設けなくともよい。

また、整流板２５は、固液分離部８の外部、即ち、分離槽６、５０の外部に向かって、分離槽６、５０を貫通して水中まで突出していてもよい。この場合、整流板２５によるリブ効果を増大でき、分離槽６、５０のさらなる強度向上につながる。

１ セパレータ（分離装置）
２ 気体
３ 液体
４ 固体
５ 混合流体
６ 分離槽
７ 気体分離部
８ 固液分離部
９ 連通孔
１０ 仕切り壁
１１ 気体排出弁
１２ 液体排出弁
１３ 検出部
１４ 制御部
１５ 底部
１６ 傾斜面
２３ 天井部
２４ 傾斜面
２５ 整流板
２６ 液体通路
２７ 固体通路（貫通孔）
２８ 撹拌翼（固体浮遊部）
５０ 変形例の分離槽
Ｏ 中心軸線

Claims (9)

1. メタンハイドレート層からメタンガスの生産を行う分離装置において、気体と液体と固体とを含む混合流体から、前記気体と前記液体と前記固体とを互いに分離する分離装置であって、
   生産井の近傍において水底に配置され、内部に前記混合流体が供給される分離槽と、
   前記分離槽内を、前記混合流体から前記気体をそれ以外の成分との比重差により分離する気体分離部と、前記気体が分離された前記混合流体に含まれる前記固体と前記液体とを比重差により分離する固液分離部とに仕切る仕切り壁と、
   前記気体分離部内の分離された前記気体を排出する気体排出弁と、
   前記固液分離部内の分離された前記液体を排出する液体排出弁と、
   前記気体分離部内の前記気体の容積を検出する検出部と、
   を備え、
   前記仕切り壁には、前記気体分離部と前記固液分離部とを連通し、該気体分離部で前記気体が分離された前記混合流体が流通する連通孔が、前記混合流体の液面よりも下方に形成されていることを特徴とする分離装置。
2. 前記固液分離部の天井部には、水平面に対して上下方向に傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
3. 前記分離槽の底部には、前記気体分離部から前記固液分離部まで連続し、かつ前記気体分離部から前記固液分離部に向かって徐々に低くなる傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分離装置。
4. 前記固液分離部には、前記気体分離部から前記固液分離部に向かう前記液体及び前記固体の流れを規制する整流板が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の分離装置。
5. 前記整流板には、下部に、前記気体分離部から前記固液分離部に向かう方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の分離装置。
6. 前記整流板における前記貫通孔は、前記仕切り壁における前記連通孔に対して、該連通孔からの前記混合流体の流入方向から見て重複しない位置に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の分離装置。
7. 前記固液分離部には、前記固液分離部の底部に堆積した前記固体を前記液体中に浮遊させる固体浮遊部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の分離装置。
8. 前記検出部は、前記気体分離部内の前記混合流体の液面の位置を検出することで、前記気体の容積を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の分離装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の分離装置を用いて、前記混合流体から、前記気体と前記液体と前記固体とを分離する分離方法であって、
   前記気体分離部に前記混合流体を供給する供給工程と、
   前記気体分離部内で前記混合流体から前記気体を分離する気体分離工程と、
   前記固液分離部内で前記混合流体から前記固体と前記液体とを分離する固液分離工程と、
   前記気体排出弁および前記液体排出弁により、前記気体分離部内の前記気体および前記固液分離部内の前記液体をそれぞれ排出する排出工程と、
   を含み、
   前記排出工程では、前記検出部の検出結果に基づいて、前記気体排出弁および前記液体排出弁を制御することを特徴とする分離方法。

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