JP6341518B2

JP6341518B2 - メタンガス回収付随水の処理装置及び処理方法

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Publication number: JP6341518B2
Application number: JP2015046935A
Authority: JP
Inventors: 博子三町; 哲郎村山; 伊藤　真人; 真人伊藤
Original assignee: Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: JP2016166487A

Description

本発明は、水底に在るメタンハイドレートからのメタンガス回収に伴って、前記水底から当該水底より水深の浅い領域または水上に移動されたメタンガス回収付随水の処理装置およびその処理方法に関するものである。

従来、海や湖の水底に在るメタンハイドレートを回収するに際して、水底としての海底に在るメタンハイドレートを海底付近で分解してメタンガスに変え、該メタンガスが溶解した海底の水を海面上に揚水してメタンガスを回収する方法および装置が提供されている（特許文献１）。

特開２０１０−３７９３２号公報

特許文献１の技術において、海底に在るメタンハイドレートからメタンガスが回収されると、それに付随して水底にあった水も水面上に揚水される。
特許文献１では、海底から揚水したメタンガスが溶解した海水（水Ｗ’）からメタンガスＭを分離した後の水Ｗは、そのまま海に排水されている（段落００３７、図１を参照）。

海洋生態系への影響を配慮すると、メタンガス回収に付随して水底から揚収された水（以下、回収付随水と称する）は、元々あった場所、すなわち水底に戻すことが好ましい。
しかし、メタンハイドレート層が在る水底の水深は少なくとも４００ｍ以上であり、１０００ｍ付近に存在することもある。そのような深い水深までポンプ等によって水を返送するのはエネルギーが多くかかり、高コスト化する。

本発明の目的は、水底に在るメタンハイドレートからメタンガスを回収する際に、水底から揚水されたメタンガス回収付随水を、低コスト且つ容易に水底に戻すことにある。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置は、水底に在るメタンハイドレートからのメタンガス回収に伴って、前記水底から当該水底より水深の浅い領域または水上に移動されたメタンガス回収付随水の処理装置であって、二酸化炭素と前記回収付随水とを入れることが可能であって、前記回収付随水を原料水として二酸化炭素ハイドレートを生成可能な第１室体と、前記第１室体内において生成する二酸化炭素ハイドレートを水中に排出する排出部と、を備えることを特徴とする。

ここで、「水底」とは、水が在る場所の底の部分を意味し、海洋であれば海底、湖であれば湖底である。
また、「メタンハイドレート」とは主にメタンを包接しているものであり、自然界で生じるそれ以外の炭化水素ガス（例えば、エタン、プロパン等）を包接するものも含むものである。
また、「メタンガス回収付随水」とは、元々メタンハイドレートのある水底に存在した水であって、メタンハイドレートからメタンガスを回収する際に、前記水底より水深の浅い領域、または水上にまで引き上げられた水を言う。また、メタンハイドレートを分解したときに生じる分解水は、該メタンハイドレートが存在した水底由来の水である。したがって、水底よりも水深の浅い領域または水上において、メタンガスを得るためにメタンハイドレートを分解して生じた分解水も「メタンガス回収付随水」に含まれる。

本態様によれば、水底に在るメタンハイドレートからメタンガスを回収するにあたり、前記メタンハイドレートやメタンガスに随伴して、前記水底から当該水底より水深の浅い領域や水上にまで揚水された水（以下、メタンガス回収付随水、または単に回収付随水と称する）を原料水として、前記第１室体内を二酸化炭素ハイドレートの生成条件を満たす温度、圧力（例えば１〜１０ＭＰａ、１〜１０℃）にして二酸化炭素ハイドレートを生成し、生成した二酸化炭素ハイドレートを、前記排出部からメタンハイドレートの在った水中に排出することができる。
尚、「メタンハイドレートの在った水中」とは、前記メタンハイドレートが在った水底に連なる水域の水中であり、水質が大幅に変わらない水域であれば厳密に同じ位置でなくてもよい。

ここで、二酸化炭素ハイドレートは比重ｄが１．１１〜１．１３ｇ／ｃｍ^３程度であり、水（１．０ｇ／ｃｍ^３）や一般的な海水（約１．０２ｇ／ｃｍ^３）よりも重いため、水中では自重で沈む。
したがって、前記排出部から排出された前記二酸化炭素ハイドレートは水底まで沈む。このことにより、前記メタンガス回収付随水をハイドレートの状態で元々あった水底に容易に戻すことができる。

また、生成した二酸化炭素ハイドレートは水中に排出するだけで自重により水底まで沈むので、従来のように前記メタンガス回収付随水を数百〜１０００ｍの水底付近まで送水して戻す場合にかかるエネルギーよりも少ないエネルギーで、前記回収付随水を水底に戻すことができる。

本発明の第２の態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置は、第１の態様において、前記第１室体を水中に浮かせる浮かせ機構部を備えることを特徴とする。

ここで、「水中に浮かせる」とは、水底に位置する状態ではなく水面に位置する状態でもなく、水底と水面の間に浮いている状態を意味する。

本態様によれば、前記第１室体を水底でもなく水面でもない水底と水面の間の水中に浮かせる。この水中に浮かせた第１室体内に、原料水としてのメタンガス回収付随水と二酸化炭素を入れて反応させて、二酸化炭素ハイドレートを生成させる。
メタンハイドレートが在る海や湖等において、前記第１室体が浮いている水中の位置では、水上よりも水温が低く圧力が高い。したがって、水中に浮かせた第１室体内を二酸化炭素ハイドレートの生成条件の高圧、低温にするためのエネルギーは少なくて足り、以って二酸化炭素ハイドレートを生成するためのコストを抑制することができる。

本発明の第３の態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置は、第１の態様または第２の態様において、前記排出部が、前記第１室体の底部に設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、前記排出部が前記第１室体の底部に設けられているので、水よりも比重の大きい二酸化炭素ハイドレートを効率よく前記第１室体から排出させることができる。

本発明の第４の態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置は、第２の態様において、前記第１室体内が、水中に位置して前記水底から水中を上昇してくるメタンハイドレートの塊を受け入れ可能に構成されているとともに、前記第１室体内で前記メタンハイドレートが分解して生成するメタンガスを取り出す取り出し部を備えていることを特徴とする。

水中に位置させた前記第１室体内に水底から水中を上昇してくるメタンハイドレートの塊を受け入れ、室内をメタンハイドレートの分解条件にしてメタンハイドレートを分解させることができる。例えば、前記第１室体内の水を加熱して温度を上げる、或いは前記第１室体内の圧力を下げる等により、室内をメタンハイドレートの分解条件とすることができる。分解によって発生したメタンガスは取り出し部から回収することができる。
ここで、前記第１室体内にあるメタンハイドレートの塊とともに水底から上昇してきた水と、メタンハイドレートの分解によって生じた水は、メタンガス回収付随水である。メタンガス回収付随水は、同じ第１室体内において二酸化炭素ハイドレートにすることにより、水中に排出して自重により水底まで沈めることができる。

二酸化炭素ハイドレートの相平衡条件はメタンハイドレートの相平衡条件よりも高温低圧側にあるため（図４を参照）、同一温度、圧力条件では、メタンハイドレートよりも二酸化炭素ハイドレートの方が生成し易いと言える。つまり、前記メタンハイドレートが分解する温度、圧力条件下において、二酸化炭素ハイドレートを生成することができる。
したがって、前記第１室体内を、該第１室体が位置する水深の水圧において、メタンハイドレートは分解するが二酸化炭素ハイドレートは生成する温度にすることにより、第１室体内において、メタンハイドレートからのメタンガスの回収と、その回収時に生じたメタンガス回収付随水の処理を同時に行うことができる。

特に、図４において実線で示すメタンハイドレートの相平衡曲線よりも下側（低圧、高温）であって、点線で示す二酸化炭素ハイドレートの相平衡曲線よりも上側（高圧、低温）の範囲では、メタンハイドレートは分解するが二酸化炭素ハイドレートは生成する。このような水圧および水温となる水深位置（例えば、２００ｍ〜４００ｍ付近）に前記第１室体を浮かせることにより、前記第１室体内におけるメタンハイドレートの分解および二酸化炭素ハイドレートの生成を、より少ないエネルギーによって行うことができる。

本発明の第５の態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置は、第２の態様において、水底のメタンハイドレートの塊を受け入れて、室体を水中に浮かせた状態でメタンハイドレートを分解する第２室体を備え、第２室体内の水を、前記回収付随水として前記第１室体内に送るように構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、第２室体においてメタンハイドレートを分解することにより、水底メタンハイドレートからメタンガスを回収する際に生じるメタンガス回収付随水を、第１室体において二酸化炭素ハイドレートにして水底に戻すことができる。
本態様においては、前記メタンガス回収付随水からの二酸化炭素ハイドレートの生成と、水底から浮上させたメタンハイドレートの分解を別個の室体内において行うので、第１室体内における二酸化炭素ハイドレートの生成条件を、第２室体内におけるメタンハイドレートの分解条件とは独立して設定できる。また、二酸化炭素がメタンハイドレートの分解によって生じたメタンガスに混ざることがない。以って、第１室体内における二酸化炭素ハイドレートの生成と第２室体内においてメタンハイドレートを分解して行うメタン回収をより効率よく行うことができる。

本発明の第６の態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置は、第５の態様において、前記第１室体内と前記第２室体内との間で熱交換可能に構成されていることを特徴とする。

二酸化炭素ハイドレートの生成反応は発熱反応（約６５ｋＪ／ｍｏｌ）である。一方、メタンガスハイドレートの分解反応は吸熱反応（５２−５７ｋＪ／ｍｏｌ）である。
前記第１室体内における生成熱（発熱）と前記第２室体内における分解熱（吸熱）を熱交換することにより、第２室体内の加熱に必要なエネルギーを抑制することができる。

本発明の第７の態様に係るメタンガス回収付随水の処理方法は、水底に在るメタンハイドレートからのメタンガス回収に伴って、前記水底から当該水底より水深の浅い領域または水上に移動されたメタンガス回収付随水の処理方法であって、第１室体内において、前記回収付随水を原料水として二酸化炭素ハイドレートを生成する生成工程と、生成した前記二酸化炭素ハイドレートが自重により水中に沈むことによって前記水底に戻す戻し工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、第１の態様のメタンガス回収付随水の処理装置における作用効果と同様の作用効果を奏する。

本発明の第８の態様に係るメタンガス回収付随水の処理方法は、第７の態様において、前記生成工程は、前記第１室体内を水中に浮かせた状態で行われることを特徴とする。

本態様によれば、第２の態様のメタンガス回収付随水の処理装置における作用効果と同様の作用効果を奏する。

本発明の第９の態様に係るメタンガス回収付随水の処理方法は、第８の態様において、水底に在るメタンハイドレートを塊の状態で上昇させて水中に位置する前記第１室体内に受け入れるメタンハイドレートの第１上昇工程と、前記第１室体内でメタンハイドレートを加熱した水と接触させて分解する第１分解工程と、前記分解工程で生成したメタンガスを第１室体内から取り出して回収する第１メタンガス回収工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、第４の態様のメタンガス回収付随水の処理装置における作用効果と同様の作用効果を奏する。

本発明の第１０の態様に係るメタンガス回収付随水の処理方法は、第８の態様において、水底に在るメタンハイドレートを塊の状態で上昇させて水中に位置する前記第２室体内に受け入れるメタンハイドレートの第２上昇工程と、前記第２室体内でメタンハイドレートを加熱した水と接触させて分解する第２分解工程と、前記分解工程で生成したメタンガスを第１室体内から取り出して回収する第２メタンガス回収工程と、前記第２室体内の水を前記第１室体に送る送水工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、第５の態様のメタンガス回収付随水の処理装置における作用効果と同様の作用効果を奏する。

本発明の第１１の態様に係るメタンガス回収付随水の処理方法は、第１０態様において、前記第１室体内と前記第２室体内との間で熱交換させるようにすることを特徴とする。

本態様によれば、第６の態様のメタンガス回収付随水の処理装置における作用効果と同様の作用効果を奏する。

本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の一例を示す概略構成図。本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の他の例を示す概略構成図。本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の更に他の例を示す概略構成図。メタンハイドレートと二酸化炭素ハイドレートの相平衡曲線を示す図。

［実施例１］
＜メタンガス回収付随水の処理装置の概略構成およびメタンガス回収付随水の処理方法＞
本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の概略構成について、図に基づいて説明しつつ、メタンガス回収付随水の処理方法について説明する。図１は、本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、水中に第１室体２を設ける場合について説明する。

メタンガス回収付随水の処理装置１０（以下、単に処理装置１０と称する場合がある）は、水底としての海底１２に在るメタンハイドレート層１４からのメタンガス回収に伴って、海底１２から海面１５上のメタンガス回収船１６に揚収されたメタンガス回収付随水Ｗを処理する装置である。尚、メタン回収船１６はメタンガスの回収先である。前記回収先は、メタン回収船１６の他、地上に設置されるメタンガスを貯留するタンク等の貯留設備や、メタンガスを燃料として利用するガスタービン等のガス燃料利用設備でもよい。

本実施形態においては、メタンハイドレート層１４からのメタンガス回収の一例として、メタンハイドレート層１４近傍に設けられるメタンガス回収装置１３によってメタンハイドレートを分解するとともに、分解したメタンガス（ＣＨ_４）が溶解した海底１２付近の水Ｗ１をメタンガス回収船１６に揚収して、気液分離部１７においてメタンガスと水Ｗ１とに分離するように構成されている。分離されたメタンガスはメタンガス貯留部１９に貯蔵される。
一方、メタンガスとともに揚収されて気液分離部１７においてメタンガスと分離された海底１２付近の水Ｗ１は、本発明の処理装置１０の処理対象であり、メタンガス回収付随水Ｗとして以下に詳説するメタンガス回収付随水の処理装置１０において処理される。

本実施態様に係るメタンガス回収付随水の処理装置１０は、水中としての海中１８に設けられる第１室体２と、第１室体２を海中１８に浮かせる浮かせ機構部４を備えている。海中１８は、メタンハイドレート層１４がある水底に連なる水域の水中である。
第１室体２は、二酸化炭素（ＣＯ_２）と回収付随水Ｗとを入れて、二酸化炭素ハイドレートを生成するように構成されている。回収付随水Ｗは、メタンガス回収船１６の気液分離部１７から送水ライン６を介して第１室体２に送られるようになっている。また、二酸化炭素（ＣＯ_２）もメタンガス回収船１６からＣＯ_２導入ライン７を介して送られて、第１室体２内に入れられる。
尚、送水ライン６やＣＯ_２導入ライン７としては、アンビリカルケーブル等の可撓性を有するケーブルを用いることができる。

二酸化炭素ハイドレート（ＣＯ_２ＧＨ）が生成する条件は、図４に示す相平衡曲線よりも高圧、低温の条件であり、例えば１〜１０ＭＰａ、１〜１０℃で生成する。
本実施形態では、海中１８の水圧と水温が二酸化炭素ハイドレートの生成条件となる海中１８の水深位置に第１室体２を浮かせている。地域や周辺環境、海の場合は海流等により異なるが、一般的に、２００ｍ〜４００ｍｍより深い水深において、二酸化炭素ハイドレートの生成条件を満たすことができる。
したがって、浮かせ機構部４は、第１室体２を水深２００ｍから４００ｍの範囲内に浮かせるように構成し、第１室体２内における二酸化炭素ハイドレートの生成を行うとよい。

尚、これより浅い領域に第１室体２を浮かせる場合には、ＣＯ_２導入ライン７に設けられる圧力調整部２６によって、第１室体２内に圧力を付与してもよい。圧力調整部２６については後に詳述する。また、第１室体２内の温度を調節する温度調整部（不図示）を設けることも可能である。

本実施形態において、浮かせ機構部４は、第１室体２を浮かせる水深位置を可変に構成されている。このような浮かせ機構部４としては、例えば、バラストタンク２０を用いることができる。バラストタンク２０内のバラスト水２２の量を調整することによって、第１室体２を浮かせる水深位置を変えることができる。バラスト水２２としては、メタンハイドレート層１４が在る水底に連なる水域の水、すなわち、メタンハイドレート層１４が在る海底１２と同じ海の水を用いれば、その調達が容易であるため望ましい。
浮かせ機構部４（バラストタンク２０）によって、第１室体２の水深位置を変えることにより、その水域において適切な水深（二酸化炭素ハイドレートの生成条件を満たす水温、水圧となる水深）に第１室体を浮かせて二酸化炭素ハイドレートの生成を行うことができる。

更に第１室体２には、室内で生成した二酸化炭素ハイドレートを排出する排出部８を備えている。排出部８は第１室体２の底部（海底１２側）に設けられている。

以上のように構成されたメタンガス回収付随水の処理装置１０を用い、メタンガス回収付随水の処理方法を実行することによって、以下の作用効果が得られる。
すなわち、第１室体２内において、メタンガス回収付随水Ｗを原料水として二酸化炭素ハイドレートを生成する生成工程を行い、生成工程において生成した二酸化炭素ハイドレートは、排出部８から海中１８に排出する（戻し工程）。海中１８は、メタンガス回収付随水Ｗが元々あった海底１２の水域、すなわち、メタンハイドレート層１４が在った水域の水中である。

二酸化炭素ハイドレートは比重が水（海水、湖水を含む水一般）よりも大きく、海中１８では自重で沈む。したがって、排出部８から排出された二酸化炭素ハイドレートは自重により海底１２まで沈むので、メタンガス回収付随水Ｗをハイドレートの状態で海底１２に容易に戻すことができる。
また、生成した二酸化炭素ハイドレートは海中１８に排出するだけで自重により海底１２まで沈むので、省エネルギーでメタンガス回収付随水Ｗを海底１２に戻すことができる。

また、本実施形態では、海中１８に浮かせた第１室体２内において二酸化炭素ハイドレートを生成させる。
第１室体２を浮かせる海や湖等の水中（海中１８）の位置では、水上よりも水温が低く圧力が高い。したがって、海中１８に浮かせた第１室体２内を二酸化炭素ハイドレートの生成条件の高圧、低温にするためのエネルギーは少なくて足り、以って二酸化炭素ハイドレートを生成するためのコストを抑制することができる。
特に、第１室体２を２００ｍ〜４００ｍ付近に浮かせれば、水圧と水温によって第１室体２内を二酸化炭素ハイドレートの生成条件にすることができる。

また、排出部８は第１室体２の底部に設けられているので、水（海水）よりも比重の大きい二酸化炭素ハイドレートを効率よく第１室体２から排出させることができる。

＜第１室体の他の構成＞
第１室体２の上部には、ガス排出ライン２５が設けられており、第１室体２内の水（メタンガス回収付随水Ｗ）中でハイドレート化しないで通過した二酸化炭素ガスが排出されるように構成されている。ガス排出ライン２５はＣＯ_２導入ライン７に合流されており、排出された二酸化炭素は第１室体２に再循環するように構成されている。
ガス排出ライン２５には、圧力調整部としてのバルブ２６を備え、第１室体２の室内に気液界面２３ができる圧力を付与するように調整されている。バルブ２６によって圧力を調整し、第１室体２の室内に、第１室体２が位置する水深の水圧とほぼ同じ圧力を付与することによって、室内に気液界面２３ができる。
このことにより、第１室体２の室内に気液界面２３が存在する状態で二酸化炭素ハイドレートの生成反応が行われ、安定した反応を実現することができる。

また第１室体２には、第１室体２の深さ方向の位置を調整する浮かせ機構部４に加え、第１室体２の水平方向の位置を調整可能なスラスター２４等の推進器が設けられている。これにより、第１室体２を所望の位置に水平移動させることができる。また、第１室体２が設けられる水域の流れが速い場合には、スラスター２４の推進力によって前記流れに抗し、第１室体２の水平位置を保持させることができる。

尚、第１室体２は、水中だけでなく水上に設けることも可能である。その場合には、圧力調整部２６と前述した温度調整部（不図示）によって第１室体２内を二酸化炭素ハイドレートの生成条件とし、二酸化炭素ハイドレートを生成することができる。
水上の第１室体２において生成した二酸化炭素ハイドレートは、水面近くの水中に投入するだけで自重により水底まで沈むので、ハイドレート化した回収付随水を容易に水底にまで戻すことができる。尚、第１室体２を水上に設ける場合には、浮かせ機構部４やスラスター２４等は不要である。

［実施例２］
実施例２では、図２に基づき、メタンガス回収付随水の処理装置の他の実施形態について説明する。図２は、本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の他の例を示す概略構成図である。
尚、本実施例において実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。

本実施形態に係るメタンガス回収付随水の処理装置３０は、第１室体２内で処理される回収付随水Ｗとして、海中１８に設けられる第２室体３２内の水が送られるように構成されている。第２室体３２は、海底１２に在るメタンハイドレート層１４からのメタンガスを回収する回収装置としての役割を担う。
第２室体３２は、第２室体３２を海中１８に浮かせる浮かせ機構部３３を備えている。浮かせ機構部３３としては、第１室体２の浮かせ機構部４と同様にバラストタンク等を用い、バラストタンク内のバラスト水の量を調整することによって、第２室体３２を浮かせる水深位置を変えることができるように構成されている。また第２室体３２にも、その水平方向の位置を調整可能なスラスター３７等の推進器が設けられている。

第２室体３２はその下方に、メタンハイドレート層１４から分離されたメタンハイドレートの塊を受け入れる受け入れ部３６を有している。受け入れ部３６には、海中を上昇してくるメタンハイドレートの塊を室内に導く導入部３４が設けられている
本実施形態においては、受け入れ部３６に連なる筒状体であって、下方側がベル状に広がった形状のベルマウス５０が導入部３４として設けられている。
ベルマウス５０等の導入部３４によって水中を上昇してくるメタンハイドレートの塊を受け入れ部３６に誘導することにより、メタンハイドレートを第２室体３２内に安定して入れることができる。

メタンハイドレート層１４は、例えば爆薬等による発破によって砕き、塊状のメタンハイドレートを水底から分離することができる。また、ドリルやバケット等を備えた掘削機による掘削によって、メタンハイドレート層１４を塊状のメタンハイドレートに砕くこともできる。

メタンハイドレート（ＭＧＨ）は比重が水（海水）よりも小さいので、メタンハイドレート層１４から分離されたメタンハイドレートの塊は、海底１２付近から海中を上昇する。上昇してきたメタンハイドレートの塊が受け入れ部３６から第２室体３２内に受け入れられ、室内で加熱分解されることにより、水底のメタンハイドレートからメタンガスを回収するように構成されている。
具体的には、第２室体３２は、第２室体３２内の水を加熱する加熱部４０と、メタンハイドレートの分解により発生したメタンガスの取り出し部３８を備えている。加熱部４０は、例えば、熱媒体が循環する循環ライン５４に熱媒体に熱を与える熱交換部５６を備える構成とすることができる。熱媒体に熱を与える熱源としてメタンガス回収船１６から出る排熱を利用することもできる。

加熱部４０によって加熱された水との接触によって、第２室体３２内に受け入れられたメタンハイドレートの塊が分解し、メタンガスが生成する。尚、第２室体３２内におけるメタンハイドレートの分解については後に更に詳述する。

取り出し部３８は第２室体３２の上方に設けられており、取り出し部２８から取り出されるメタンガスは取り出しライン３５により送られて、例えば、回収先としてのメタンガス回収船１６において回収される。取り出しライン３５としては、アンビリカルケーブル等の可撓性を有するケーブルを用いることができる。

また、取り出しライン３５には、第２室体３２の室内に気液界面５２ができる圧力を付与する圧力調整部としてのバルブ５３が設けられている。バルブ５３によって第２室体３２の室内に、第２室体３２が位置する水深の水圧とほぼ同じ圧力になるように調整することによって、その室内に気液界面５２ができる。
このことにより、第２室体３２の室内に気液界面５２が存在する状態でメタンハイドレートの加熱分解がおこなわれ、安定した分解を実現することができる。またメタンハイドレートの分解で生成したメタンガスと水は気体側と液体側のそれぞれに分かれるので、分解生成メタンガスの第２室体３２内からの分離回収を容易に行うことができる。

ここで、第２室体３２内におけるメタンハイドレートの分解で生じる水は海底１２付近の水Ｗ１であり、すなわち、メタンガス回収付随水Ｗである。第２室体３２内でメタンハイドレートの分解が継続的に行われると、第２室体３２内にメタンガス回収付随水Ｗ（メタンハイドレートの分解で生じる水）が溜まる。
特に、その室内が気液界面５２ができる圧力に保持されていると、前記分解によって生じた水（メタンガス回収付随水Ｗ）の分だけベルマウス５０の下端部付近の水が外部の海中１８に押し出され、気液界面５２の位置が維持される。換言すると、第２室体３２内に気液界面５２が存在する状態の下では、第２室体３２内において、メタンハイドレートの塊は導入部３４内を浮力で上昇して入るが、外部から水はほとんど入り込まない状態でメタンハイドレートが熱で分解され、メタンガスと水が生じると言える。したがって、第２室体３２内におけるメタンガス回収付随水Ｗの割合が高くなる。

本実施形態においては、この第２室体３２内に溜まる回収付随水Ｗを海底に戻すため、第２室体３２内の水が回収付随水Ｗとして第１室体２内に送られるように構成されている。
具体的には、第２室体３２内の水（回収付随水Ｗ）を第１室体２内に送る送水ライン４８が設けられている。送水ライン４８にはポンプ４４を設けることができる。

この構成により、第２室体３２内においてメタンハイドレートを分解してメタンガスを回収する際に生じる回収付随水Ｗを第１室体２に送ることができ、実施例１と同様に、第１室体２内において回収付随水Ｗを二酸化炭素ハイドレートにして海底１２に戻すことができる。

また、二酸化炭素ハイドレートの生成反応は発熱反応（約６５ｋＪ／ｍｏｌ）である。一方、メタンガスハイドレートの分解反応は吸熱反応（５２−５７ｋＪ／ｍｏｌ）である。
したがって、第１室体２内における生成熱（発熱）と第２室体３２内における分解熱（吸熱）を熱交換することにより、第２室体３２内の加熱に必要なエネルギーを抑制することができる。
よって、第１室体２内と第２室体３２内との間で熱交換を行う熱交換部４２を設けることが好ましい。

＜第２室体について＞
第２室体３２において行うメタンハイドレートの分解（ガス化）について説明する。
水底メタンハイドレートからメタンガスを回収するためのガス化装置としての第２室体３２は、海中１８に浮かせた状態の第２室体３２内にメタンハイドレート層１４から分離されたメタンハイドレートの塊を受け入れて、その室内で加熱した水（海水）と接触させることにより受け入れたメタンハイドレートを加熱して分解させることができる。

第２室体３２が浮いている水中の位置（海底１２と海面１５の間の位置）では、海底１２よりも水温は高く水圧は低い。そのためメタンハイドレートの分解に必要な熱エネルギーは、例えば、海底１２おいてメタンハイドレートを分解する場合に必要な熱エネルギーよりも少なくて足りるので、メタンハイドレートのガス化に係る高コスト化を抑制することができる。

また、例えば、メタンガスの回収のためにメタンハイドレートを塊として海面１５上まで揚収する場合がある。このような場合には、メタンハイドレートの塊の揚収の途中で起こった分解に伴い、吸熱による温度低下や発生したメタンガスによる配管内部等の圧力上昇が生じ、局所的にメタンハイドレートの生成条件になることでメタンハイドレートが固まって、揚収管等が閉塞する虞がある。第２室体３２を用いる場合には、メタンハイドレートを塊として揚収する範囲は海中１８に浮かせた第２室体３２の位置までであり、海面１５までの揚収は行わない。したがって、タンハイドレートの塊の揚収の途中でメタンハイドレートが固まることにより生じる不具合の虞を低減することができる。また海面１５上まで揚収しないので、揚収途中での分解に伴う揚収の不安定化を低減することが可能となる。これにより、水底メタンハイドレートからのメタンガスの回収効率が高められる。

また第２室体３２は、例えばメタンハイドレートの生成条件を確実に満たす水深（例えば水深５００ｍ）に浮かせることで、海底１２から分離したメタンハイドレートをほとんど分解無しの状態で第２室体３２内に入れることができるので、第２室体３２内の水に加熱部４０が与える熱量を増減調整することで、分解生成するメタンガスの量を増減調整することができる。

浮かせ機構部３３は、第２室体３２を４００ｍ以深の水深に浮かせるように構成し、４００ｍ以深のメタンハイドレートの生成条件を満たす水深において、第２室体３２内におけるメタンハイドレートの分解を行うとよい。

メタンハイドレートの生成条件を満たす水深の境界は約４００ｍ（地域や周辺環境、海の場合は海流等により異なる）である。また、その約４００ｍより深い領域において、水深が深くなるほどメタンハイドレートの分解に必要なエネルギーは多くなり、水深４００ｍ付近に近づくほど前記エネルギーは少なくて足りる。

よって、第２室体３２をメタンハイドレートの生成条件を満たす水深の境界付近に浮かせることにより、第２室体３２内におけるメタンハイドレートの分解のために必要なエネルギーを抑えることができ、より省エネルギーに水底メタンハイドレートからのメタンガスの回収を行うことができる。

また第２室体３２には、水中を上昇してくるメタンハイドレートの塊を該第２室体３２に誘導する筒状ネット５８が設けられている。
筒状ネット５８は、第２室体３２に直接取り付けられるように構成されていてもよく、また、他部材（例えば、ベルマウス５０）を介して取り付ける構成でもよい。

尚、前述したように、二酸化炭素ハイドレートの相平衡条件はメタンハイドレートの相平衡条件よりも高温低圧側にある（図４）。したがって、例えば第２室体３２をメタンハイドレートの生成条件を確実に満たす水深（例えば水深５００ｍ）に浮かせるときに、二酸化炭素ハイドレートを生成させる第１室体２は、第２室体３２よりも浅い水深位置に浮かせることができる。
このような場合には、第１室体２（低圧）と第２室体３２（高圧）の圧力差によって第２室体３２内の水（メタンガス回収付随水Ｗ）を送水ライン４８により送ることができるので、ポンプ４４を省略することが可能である。

［実施例３］
実施例３では、図３に基づき、メタンガス回収付随水の処理装置の更に他の実施形態について説明する。図３は、本発明に係るメタンガス回収付随水の処理装置の更に他の例を示す概略構成図である。
尚、本実施例において実施例１または実施例２と同一の構成については同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。

本実施形態に係るメタンガス回収付随水の処理装置６０は、実施例２において第２室体３２内で行った、海底１２に在るメタンハイドレート層１４からのメタンガスの回収（メタンハイドレートの分解）を、二酸化炭素ハイドレートを生成させる第１室体２の同じ室内において行うものである。

第１室体２は、実施例１と同様に、バラストタンク２０（浮かせ機構部４）によって海中１８に浮いた状態にされている。
本実施形態において第１室体２の排出部８は、メタンハイドレート層１４から分離されたメタンハイドレートの塊を受け入れる受け入れ部３６を兼ねており、その下方側に導入部３４としてのベルマウス５０が設けられている。また、水中を上昇してくるメタンハイドレートの塊をベルマウス５０に誘導する筒状ネット５８が設けられている。

更に第１室体２は、室内の水を加熱する加熱部６２を備え、加熱部６２によって加熱された水と、受け入れ部３６から第１室体２内に受け入れられたメタンハイドレートが接触し、加熱分解されてメタンガスが発生する。発生したメタンガスは取り出し部６４から取り出され、取り出しライン６６により回収先としてのメタンガス回収船１６のメタンガス貯留部１９に送られる。
また、取り出しライン６６には、第１室体２の室内に気液界面６８ができる圧力を付与する圧力調整部としてのバルブ７０が設けられている。バルブ７０によって第１室体２の室内に、第１室体２が位置する水深の水圧とほぼ同じ圧力になるように調整することによって、その室内に気液界面６８ができる。

ここで、第１室体２内においてメタンハイドレートが分解して生じる水は、実施例２においても述べた通り海底１２付近の水Ｗ１であり、メタンガス回収付随水Ｗである。第１室体２内でメタンハイドレートの分解を継続的に行うと、第１室体２内にメタンガス回収付随水Ｗが溜まる。
本実施形態においては、この第１室体２内に溜まる回収付随水Ｗを、同じ第１室体２内において二酸化炭素と反応させて二酸化炭素ハイドレート（ＣＯ_２ＧＨ）にする。

既述の通り、二酸化炭素ハイドレートはメタンハイドレートより低圧、高温で生成し易い。換言すると、同一温度、圧力条件では、メタンハイドレートよりも二酸化炭素ハイドレートの方が生成し易い。つまり、メタンハイドレートが分解する温度、圧力条件下でも、二酸化炭素ハイドレートを生成させることができる。
例えば第１室体２内を、第１室体２が位置する水深の水圧において、メタンハイドレートは分解するが二酸化炭素ハイドレートは生成する温度にすることにより、第１室体２内において、メタンハイドレートの分解と、その分解時に生じたメタンガス回収付随水Ｗの処理（二酸化炭素ハイドレート化）を同時に行うことができる。

また、二酸化炭素ハイドレートの生成（発熱反応）とメタンハイドレートの分解（吸熱反応）を同じ第１室体２内で行うので、両反応熱は室内の水を介して熱交換される。以って、第１室体２内の加熱に必要なエネルギーを抑制することができる。

尚、第１室体２は、浮かせ機構部４によって水深３００ｍから５００ｍの範囲内に浮かせるように構成されていることが望ましい。
このことにより、第１室体２をメタンハイドレートの生成条件を満たす水深（約４００ｍ）の境界付近に浮かせることができ、第１室体２内におけるメタンハイドレートの分解に必要な熱量を少なく抑えることができる。また、メタンハイドレートの生成条件を満たす水深では二酸化炭素ハイドレートも生成する。したがって、第１室体２が位置する水深の圧力および温度で二酸化炭素ハイドレートを生成させることができる。

＜第１室体の他の構成＞
取り出し部３８から取り出されるガスは、取り出しライン６６から分岐されたライン７２によりＣＯ_２導入ライン７に合流可能に構成されていることが望ましい。ライン７２にはライン７２を開閉するバルブ７４が設けられている。
第１室体２内の水（メタンガス回収付随水Ｗ）中でハイドレート化しないで通過する二酸化炭素ガスがある場合、メタンガスと二酸化炭素ガスが混ざって取り出しライン６６により送られてしまう。このような場合には、バルブ７４を開けるとともに取り出しライン６６に設けられたバルブ７０を閉じ、二酸化炭素ガスとメタンガスが混ざった混合ガスを第１室体２に循環させる。このことによって、回収するメタンガスへの二酸化炭素の混入を抑制または回避することができる。

本実施形態においても、第１室体２でメタンガス回収付随水Ｗから生成した二酸化炭素ハイドレートを、第１室体２の排出部８から水中に排出することにより、二酸化炭素ハイドレートが自重により沈むので、メタンガス回収付随水Ｗをハイドレートとして水底に戻すことができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

２第１室体、４浮かせ機構部、６送水ライン、
７ＣＯ_２導入ライン、８排出部、
１０メタンガス回収付随水の処理装置、１２海底（水底）、
１３メタンガス回収装置、１４メタンハイドレート層、
１５海面（水面）、１６メタンガス回収船、１７気液分離部、
１８海中（水中）、１９メタンガス貯留部、２０バラストタンク、
２２バラスト水、２３気液界面、２４スラスター、２５ガス排出ライン、
２６バルブ（圧力調整部）、３０メタンガス回収付随水の処理装置
３２第２室体、３３浮かせ機構部、３４導入部、
３５取り出しライン、３６受け入れ部、３７スラスター、
３８取り出し部、４０加熱部、４２熱交換部、４４ポンプ、４８送水ライン、
５０ベルマウス、５２気液界面、５３バルブ（圧力調整部）、
５４循環ライン５６熱交換部、５８筒状ネット、
６０メタンガス回収付随水の処理装置、６２加熱部、６４取り出し部、
６６取り出しライン、６８気液界面、７０バルブ（圧力調整部）、
７２ライン、７４バルブ

Claims

水底に在るメタンハイドレートからのメタンガス回収に伴って、前記水底から当該水底より水深の浅い領域または水上に移動されたメタンガス回収付随水の処理装置であって、
二酸化炭素と前記回収付随水とを入れることが可能であって、前記回収付随水を原料水として二酸化炭素ハイドレートを生成可能な第１室体と、
前記第１室体内において生成する二酸化炭素ハイドレートを水中に排出する排出部と、
前記第１室体を水中に浮かせる浮かせ機構部と、を備え、
前記第１室体内が、
水中に位置して前記水底から水中を上昇してくるメタンハイドレートの塊を受け入れ可能に構成されているとともに、前記第１室体内で前記メタンハイドレートが分解して生成するメタンガスを取り出す取り出し部を備えていることを特徴とする、メタンガス回収付随水の処理装置。
請求項１に記載されたメタンガス回収付随水の処理装置において、
前記排出部が、前記第１室体の底部に設けられていることを特徴とする、メタンガス回収付随水の処理装置。
水底に在るメタンハイドレートからのメタンガス回収に伴って、前記水底から当該水底より水深の浅い領域または水上に移動されたメタンガス回収付随水の処理方法であって、
水中に浮かせた状態の第１室体内において、前記回収付随水を原料水として二酸化炭素ハイドレートを生成する生成工程と、
生成した前記二酸化炭素ハイドレートが自重により水中に沈むことによって前記水底に戻す戻し工程と、
水底に在るメタンハイドレートを塊の状態で上昇させて水中に位置する前記第１室体内に受け入れるメタンハイドレートの第１上昇工程と、
前記第１室体内でメタンハイドレートを加熱した水と接触させて分解する第１分解工程と、
前記分解工程で生成したメタンガスを第１室体内から取り出して回収する第１メタンガス回収工程と、
を有することを特徴とする、水底メタンハイドレートの回収付随水の処理方法。