JP6713408B2 - ガスハイドレート回収装置およびガスハイドレート回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレートを融解してメタン等のガスを外部に取り出して回収することを目的に水底の塊状のガスハイドレートを水底の水とともに揚収して回収するガスハイドレート回収装置およびガスハイドレート回収方法に関するものであり、詳しくはガスハイドレートを効率的に回収するガスハイドレート回収装置およびガスハイドレート回収方法に関するものである。

海底や湖の底（以下、水底ということがある）に存在するメタンガスハイドレートを回収するガスハイドレート回収装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１は、水底の水とともに塊状のガスハイドレートを水上設備に移動させて、塊状のガスハイドレートを融解させて発生したガスを回収するガスハイドレート回収装置を提案する。セパレータでは、回収した塊状のガスハイドレートと表層水を混合させて、ガスハイドレートの融解にともない発生したガスを回収していた。

セパレータには塊状のガスハイドレートとともに水底の土砂が流れ込む。この土砂がセパレータの底部に堆積して、セパレータの底部に形成されている通路が閉塞してしまう不具合が生じる。セパレータの底部の通路が土砂で閉塞する度に、ガスハイドレートの回収作業を中断してセパレータの内部の清掃等を行なわなくてはならないことが予想される。そのためガスハイドレートの回収を長時間連続して行なうことが困難になる。

またセパレータの中に土砂が堆積することにより、セパレータの容量が圧迫されてしまっていた。これによりセパレータに供給できるスラリーの流量が制限され、ガスハイドレートの回収を効率的に行なえない不具合が予想される。

特開２０１５−３１０９７号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的はガスハイドレートを効率的に回収するガスハイドレート回収装置およびガスハイドレート回収方法を提供することである。

上記の目的を達成するためのガスハイドレート回収装置は、水底の水とともに前記水底から採取された塊状のガスハイドレートを回収するガス化タンクを備えるガスハイドレート回収装置において、前記ガス化タンクが、前記水底の水とともに塊状の前記ガスハイドレートを前記ガス化タンクの内部に導く供給口と、前記ガス化タンクの中のガスを外部に取り出すガス回収部と、前記ガス化タンクの底部に配置されていて前記水底の水とともに回収される土砂を外部に排出する排出口と、この排出口の近傍に設置されていて前記ガス化タンクの内部から前記排出口に至る流れの方向に対して逆方向に水を噴射する噴射機構とを備えることを特徴とする。

上記の目的を達成するためのガスハイドレート回収方法は、水底の水とともに前記水底
から塊状のガスハイドレートをガス化タンクに回収して、塊状の前記ガスハイドレートの融解により発生したガスを回収するガス回収方法において、塊状の前記ガスハイドレートと土砂とを前記水底の水とともにガス化タンクの中に供給する供給工程と、塊状の前記ガスハイドレートと前記土砂とを比重差により分離させる分離工程と、前記ガス化タンクの内部のガスを外部に取り出して回収する回収工程と、前記分離工程で分離する前記土砂を前記ガス化タンクに形成される排出口から前記ガス化タンクの外部に排出する排出工程と、前記排出口の近傍から前記ガス化タンクの内部に向かって水を噴射して、前記排出口の近傍に堆積する前記土砂を除去する閉塞防止工程とを備えることを特徴とする。

本発明のガスハイドレート回収装置およびガスハイドレート回収方法によれば、ガス化タンクの中の排出口が土砂の堆積により閉塞することを抑制できる。ガスハイドレートの回収作業が中断される不具合を回避できるので、ガスハイドレートを効率的に回収するには有利である。

本発明のガスハイドレート回収装置を例示する説明図である。 図１のガス化タンクを例示する説明図である。 図２のガス化タンクをＡＡ矢視で例示する説明図である。 図２のガス化タンクの変形例を例示する説明図である。 図４のガス化タンクの変形例を例示する説明図である。 図５のガス化タンクの変形例を例示する説明図である。

以下、本発明のガスハイドレート回収装置およびガスハイドレート回収方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように本発明のガスハイドレート回収装置１は、海や湖の底である水底２に存在するメタンガスハイドレートｍを掘削して塊状のガスハイドレートｍを捕集する掘削機構３と、掘削機構３で捕集されたガスハイドレートｍを水底２の近傍から上方に向かって搬送するライザー管４とを備えている。

掘削機構３は、例えばドリルビットや水中重機で構成することができる。掘削機構３の構成はこれに限らず、水底２を掘削して塊状のガスハイドレートｍをライザー管４の下端の回収口４ａに送る構成を有していればよい。

ライザー管４は、例えば上下方向に延在する筒状体で構成することができる。ライザー管４の下端の回収口４ａは水底２の近傍に配置される。

ライザー管４の上端はガス化タンク５に直接または間接に連結されている。水面近傍に配置される船舶や浮体等の構造物６にガス化タンク５は設置される。ガス化タンク５が設置される構造物６は水面近傍に配置される船舶等に限らず、陸上の建造物や水中に配置される浮体等で構成してもよい。

ガス化タンク５は塊状のガスハイドレートｍをガス化する機能を有している。ガス化タンク５は、内部のガスｇを外部に取り出すガス回収部７と、ガス回収部７に一端を連結されるガス供給ライン８とを備えている。ガス供給ライン８の他端にはガスｇを貯留する貯留タンクやガスｇを輸送する装置やガスｇを消費地まで搬送するパイプラインを連結することができる。ガス供給ライン８に連続的にガスｇを供給するために、ガス化タンク５が所定量以上のガスハイドレートｍを貯留する機能を有していてもよい。

ガス化タンク５には水底２に向かって延設される排出管９が直接または間接に連結されている。排出管９は例えば筒状体で構成されていて、下端部９ａは水底２の近傍に配置されている。本明細書において水底近傍とは水底２から上方に１０ｍ程度までの領域をいう。水底近傍の範囲は上記に限らず適宜設定することができる。水底近傍の範囲は、例えば水底２から上方に２ｍまでの範囲としてもよく、水底２から上方に５０ｍまでの範囲としてもよい。

水底２で掘削機構３により掘削され捕集される塊状のガスハイドレートｍは、ライザー管４の下端の回収口４ａに送られる。ガスハイドレートｍはメタンガス等のガス資源を内包していて比較的比重が小さいため、浮力によりライザー管４の中を上方に移動していく。

水面に近づくほど水圧が小さくなり温度が高くなるため、ライザー管４の中を上昇するガスハイドレートｍが融解して、ガスｇの気泡を発生させることがある。ライザー管４の上端に近づくほど気泡の量が増えるので、ライザー管４の中の流体の密度は上端に近いほど小さくなる。

ライザー管４の回収口４ａと上端との比重差が大きくなるので、この比重差によりライザー管４の中に上昇流が発生する。いわゆるエアリフトポンプと同様の効果が発生する。この上昇流により塊状のガスハイドレートｍとともに水底２の近傍の水や土砂（以下、スラリーと総称することがある）がライザー管４により吸い上げられて、ガス化タンク５に回収される。ライザー管４にポンプ等の動力源を設置したり、ライザー管４の内部に気体を吹き込んで気泡を発生させたりして、ライザー管４の中に上昇流を能動的に発生させる構成にしてもよい。

ライザー管４の内部に気体を吹き込む場合には、ガス化タンク５またはガス供給ライン８からメタン等のガスｇを回収して、このガスｇをライザー管４の内部に供給するガスリフト機構を設置することが望ましい。このガスリフト機構によりガス供給ライン８を経由して回収されるガスｇに空気など他の気体が混ざらないため、回収されるガスｇの品質を一定に維持し易くなる。また燃焼や爆発などの災害を回避することができる。

またガスリフト機構がライザー管４の途中部分であって水深が３００ｍよりも浅く３００ｍを含む位置からガスｇを供給する構成にすることが望ましい。ライザー管４の内部に供給するガスｇがガスハイドレートを再生成してしまう不具合を回避するには有利である。ライザー管４の内壁面に再生成したガスハイドレートが付着して、流路を閉塞させたり、上昇流を妨げたりする不具合を回避することができる。

またライザー管４の内部に供給するガスｇを水底近傍で吹き込むよりもガスｇを低圧にすることができる。吹き込むガスｇが低圧となるため、ライザー管４の内部でガスｇの気泡が過剰に大きくなり揚収を妨げることを回避できる。

ガスハイドレートｍが存在する水底２は、例えば水深４００ｍ以上であり水底２の水の水温は５℃以下となる。これに対して船舶等の構造物６に設置されるガス化タンク５の周囲は例えば２０℃程度となる。水底２に比べてガス化タンク５の中の温度は比較的高くなるため、ガス化タンク５の中ではガスハイドレートｍが融解してガスｇが発生する。またライザー管４の中を流れる途中でガスハイドレートｍの融解により発生するガスｇがガス化タンク５に回収される。

ガス化タンク５の中のメタン等のガスｇは、ガス回収部７からガス化タンク５の外部と
なるガス供給ライン８に取り出される。ガス回収部７は例えばガス化タンク５の内部から外部へのみガスの移動を可能とする逆止弁で構成することができる。

ガス化タンク５の内部の土砂は排出管９を介して外部に排出される。そのためガス化タンク５の内部に土砂が堆積することを抑制できる。ガス化タンク５の内部に土砂が堆積して閉塞させたり、土砂の堆積によりガス化タンク５の容量が圧迫されることを抑制できるので、ガス化タンク５の長時間の連続運転が可能となる。ガスハイドレートｍを効率的に融解させるには有利である。本明細書において土砂とは、水底２からガスハイドレートｍとともに回収される礫や砂泥などの固体をいう。

ガス化タンク５の内部に土砂が堆積し難いため、ライザー管４によるガスハイドレートｍの揚収が長時間連続して行われ、ガス化タンク５でのガス化と並行して排出管９による土砂の排出を連続的に行なうことができる。つまりガスハイドレートｍの回収を長時間連続して行なうことが可能となる。

本発明においてガス化タンク５に塊状のガスハイドレートｍを供給する構成はライザー管４に限定されない。ガス化タンク５に水底２の塊状のガスハイドレートｍを供給できる構成を有していればよく、例えばバケットなどで構成してもよい。

図２および図３に例示するようにガス化タンク５は、水平方向の長辺の長さに比べて上下方向の長さが短く設定されている横型タンクで構成されている。なお図中ではガス化タンク５の内部におけるスラリーの流れる流れ方向を矢印ｘ、この流れ方向ｘと水平面内で交差する交差方向を矢印ｙ、上下方向を矢印ｚで示している。図２および図３の実施形態ではガス化タンク５の流れ方向ｘの長さが長辺となり、交差方向ｙの長さが短辺となる。

ガス化タンク５は水底２の水とともに塊状のガスハイドレートｍをガス化タンク５の内部に導く供給口１０を有している。供給口１０はガス化タンク５の側面の比較的上方となる位置に形成されている。供給口１０はガス化タンク５の中の水の平均水位ＷＬよりも高い位置に形成されることが望ましい。

ガス化タンク５の内部であって供給口１０の延長線上に、バッフル板１１を設置してもよい。バッフル板１１は、供給口１０からガス化タンク５の内部に供給されるスラリーおよびガスハイドレートｍが衝突可能な位置に設置されている。

ガス化タンク５は、ガス化タンク５の内部のガスｇを外部に取り出すガス回収部７を有している。ガス回収部７はガス化タンク５の例えば上面に形成されている。

ガス化タンク５は、ガス化タンク５の内部の水や底部に堆積する土砂を外部に排出する排出口１２を有している。排出口１２はガス化タンク５の底面に形成されている。この排出口１２には排出管９が連結されている。排出口１２から排出される水の流量を調整することにより、ガス化タンク５の内部の水の水位を調整する構成にしてもよい。

図２に例示するようにガス化タンク５は、底面に形成されていて流れ方向ｘに沿って下り傾斜となる第一傾斜部１３を有している。第一傾斜部１３の下端近傍に排出口１２が配置されている。図３に例示するようにガス化タンク５は、側面に形成されていて交差方向ｙにおいて排出口１２に向かって下り傾斜となる第二傾斜部１４を有している。

第一傾斜部１３および第二傾斜部１４は、ガス化タンク５の内部の土砂を堆積させることなく排出口１２に導き易くする構成を有している。本発明において第一傾斜部１３および第二傾斜部１４は必須要件ではない。ガス化タンク５の底面や側面を湾曲した曲面など
他の形状に構成してもよい。

図２に例示するようにガス化タンク５に、ガス化タンク５の内部のガスハイドレートｍに熱を供給する加熱機構１５を設置してもよい。この実施形態では加熱機構１５は、ガス化タンク５の側面に形成されていて内部の水を回収して外部に取り出す取水口１６と、取水口１６で回収する水を加熱する加熱器１７と、加熱器１７で加熱される水をガス化タンク５の中の上部から供給するノズル部１８とを有している。取水口１６とノズル部１８とを連通する配管の途中にはポンプを設置してもよい。

この実施形態では加熱器１７はガス化タンク５の外部に設置されているが、本発明はこの構成に限定されない。加熱器１７をガス化タンク５の内部に設置して、取水口１６で回収する水を加熱してノズル部１８に供給する構成にしてもよい。

本明細書において、ガス化タンク５の中の上部とは、ガス化タンク５の内部であって平均水位ＷＬの上方となる位置をいう。ノズル部１８はガス化タンク５の内部であって水没しない位置に設置されている。

取水口１６の近傍には塊状のガスハイドレートｍなどの固体の流入を阻止するためのスクリーン１９を設置してもよい。スクリーン１９は固体の通過を阻止しつつ、水を通過させる構成を有していればよい。例えば金網などで構成することができる。

加熱器１７は例えば電気の供給により通過する水を加熱するヒータや、比較的温度の高い表層水を熱媒として循環させることにより配管内を通過する水を加熱する熱交換器等で構成することができる。加熱器１７の構成は上記に限らず、取水口１６で回収した水を加熱できる構成を有していればよい。

ノズル部１８は、例えば配管に複数の開口部を形成してこの開口部から加熱された水をガス化タンク５の中の上方から下方に向かって供給する構成を有している。ノズル部１８が一つの開口部のみを有する構成にしてもよい。この実施形態ではガス化タンク５の内部に流れ方向に沿って互いに間隔をあけた状態で複数のノズル部１８が配置されている。加熱器１７から各ノズル部１８に至る配管にはそれぞれ流量制御弁２０が設置されている。

ノズル部１８の開口部の延長線上にバッフル板を設置する構成にしてもよい。ノズル部１８の開口部から供給される加熱された水は、バッフル板に衝突して液滴の大きさが小さくなった状態でガス化タンク５の内部の水面に落下する。この構成によりガス化タンク５の内部における水の上下方向ｚの動きを比較的緩慢にすることができる。

ガス化タンク５の内部における水の上下方向ｚの動きを緩慢にすることにより、水中のガスハイドレートｍを水面に浮上させ易くなる。つまり比重差によるガスハイドレートｍの分離を促進することができる。具体的には比重０．９１、直径１ｍｍ以上のガスハイドレートｍの浮上を促すために、ガス化タンク５の上下方向ｚの流速が毎秒１ｃｍ以下となる状態とすることが望ましい。

ノズル部１８の開口部の延長線上に配置されるバッフル板は、例えば平板、穴あき板、羽板（ルーバー）または金網等で構成することができる。ノズル部１８が複数の開口部を有する場合には、全ての開口部から供給される加熱された水がバッフル板に衝突可能な状態に、バッフル板を配置することが望ましい。

加熱機構１５の構成は上記に限らない。各ノズル部１８に至る配管にそれぞれ加熱器１７を設置する構成にしてもよい。つまりノズル部１８ごとに供給する水の温度を変更できる構成にしてもよい。またガス化タンク５に設置するノズル部１８を一つとしてもよい。

ガス化タンク５の内部における塊状のガスハイドレートｍの状態を監視する監視機構２１をガス化タンク５に設置する構成にしてもよい。監視機構２１は例えばガス化タンク５の内部に設置されるカメラと、このカメラで取得する画像を処理する画像処理機で構成することができる。この監視機構２１は、ガス化タンク５の内部で水に浮いている塊状のガスハイドレートｍの位置や大きさや分布を測定することができる。

監視機構２１は上記の構成に限らず、流れ方向ｘおよび交差方向ｙにおけるガスハイドレートｍの位置や大きさを測定できる構成を有していればよい。監視機構２１は例えばガス化タンク５の内部に設置されガスハイドレートｍに向かってレーザ光を照射して距離を測定するレーザスキャナや、超音波により距離を測定する超音波測定装置や、ガス化タンク５の外部に設置してＸ線によりガスハイドレートｍの位置等を測定するＸ線機器で構成することができる。

監視機構２１から得られるガスハイドレートｍの状態に応じて、流量制御弁２０を制御する制御機構２２をガス化タンク５に設置する構成にしてもよい。流量制御弁２０の開度を制御することにより、あるノズル部１８から噴射される温水の流量を増加させたり、他のノズル部から噴射される温水の流量を減少させたりすることができる。

また監視機構２１から得られるガスハイドレートｍの状態に応じて、加熱器１７により温水の温度を調整してもよい。監視機構２１から得られるガスハイドレートｍの状態に応じて、流量制御弁２０と加熱器１７とをともに制御することで、ノズル部１８から噴射される温水の流量と温度とを制御することができる。制御機構２２は、監視機構２１および流量制御弁２０と有線または無線の信号線で接続されている。図２において説明のため信号線を一点鎖線で示している。

本発明において監視機構２１と制御機構２２とは必須要件ではない。ガス化タンク５に監視機構２１と制御機構２２とを設置しない構成にしてもよい。

ガス化タンク５の底面に設置されていて、排出口１２に向かって水流を発生させる第一噴射機構２３をガス化タンク５が備える構成にしてもよい。ガス化タンク５が第一傾斜部１３を有している場合には、この第一傾斜部１３の上端の近傍に第一噴射機構２３を設置することができる。第一噴射機構２３は噴射する水が排出口１２に向かう水流を発生させる構成を有していればよく、例えばガス化タンク５の底面から上方に移動させた位置に設置してもよい。ガス化タンク５に設置する第一噴射機構２３の数は、一つでもよく複数でもよい。

ガス化タンク５の排出口１２の近傍に、排出口１２とは逆方向に向かって水流を発生させる第二噴射機構２４をガス化タンク５が備える構成にしてもよい。第二噴射機構２４は例えば上方に向かって水流を発生させる状態にガス化タンク５の底面に設置することができる。ガス化タンク５に設置する第二噴射機構２４の数は、一つでもよく複数でもよい。

第一噴射機構２３および第二噴射機構２４は、例えば取水口１６から回収される水を噴射することができる。第一噴射機構２３および第二噴射機構２４と取水口１６とを連通する配管の途中にポンプを設置してもよい。第一噴射機構２３および第二噴射機構２４は、周囲の水を取り込んで噴射する構成にしてもよい。なお図２および図３において第一噴射機構２３および第二噴射機構による水の噴射方向を説明のため白抜き矢印で示している。

排出管９の途中部分にスラリーポンプ２５を設置する構成にしてもよい。このスラリー
ポンプ２５により、ガス化タンク５の内部の土砂を水とともに外部に排出し易くなる。ガス化タンク５の内部の水および土砂を排出管９により水底２に戻すことができる。水底２から回収する水および土砂を水底２に戻すことができるので、土砂等の移動による水中環境の変化を抑制するには有利である。

ガスハイドレート回収装置１によりガスハイドレートｍを回収する際には、まず水底２の水と塊状のガスハイドレートｍと土砂とからなるスラリーが供給口１０からガス化タンク５の中に供給される（供給工程）。

バッフル板１１が設置されている場合には、塊状のガスハイドレートｍがバッフル板１１と衝突する。バッフル板１１に衝突させることにより、塊状のガスハイドレートｍを破壊させて小さくすることができる。これによりガスハイドレートｍが融解し易くなる。

またスラリーをバッフル板１１に衝突させることにより、ガスハイドレートｍがガス化タンク５の中に広がるので、融解させ易くなる。スラリーはバッフル板１１に衝突して液滴の大きさが小さくなった状態でガス化タンク５の内部の水面に落下する。そのためガス化タンク５の内部における水の上下方向ｚの動きを比較的緩慢にすることができる。

ガス化タンク５の中に供給されるスラリーは比重差により分離される（分離工程）。ガスハイドレートｍは水よりも比重が小さいため、水面近傍に浮上していく。ガス化タンク５の内部ではスラリーの供給により流れ方向ｘに沿って流れが発生する。そのため水面に浮上したガスハイドレートｍは供給口１０から遠い位置に集まり易くなる。図２においてガスハイドレートｍは、図２の右方に集まり易くなる。

土砂は水より比重が大きいためガス化タンク５の底部に沈殿していく。ガス化タンク５が第一傾斜部１３または第二傾斜部１４の少なくとも一方を備えている場合には、土砂は排出口１２に向かって移動していく。

ガス化タンク５の中の水は取水口１６から加熱器１７に送られる。加熱器１７で加熱された水はノズル部１８から水面に浮上したガスハイドレートｍに噴射される。ガスハイドレートｍは加熱された水により融解して水とガスｇとに分解される（融解工程）。

ガスハイドレートｍはガス化タンク５の中で水面に浮上した状態で存在し、上部から供給される水により融解する。上部から供給される水およびガスハイドレートｍの周囲の水からガスハイドレートｍの融解にともない熱が奪われるものの、水面に浮いているガスハイドレートｍよりも低い位置にある取水口１６から水が回収されるため、ガスハイドレートｍとの熱交換が終了した水を取水することができる。つまり加熱機構１５はガス化タンク５の中の水の全量を加熱する必要がなく、ガスハイドレートｍおよびガスハイドレートｍが存在する周囲の水のみを加熱しつつ循環させて使用する。そのためガスハイドレートｍを融解させる際の熱効率を向上することができる。

加熱機構１５は、ガス化タンク５の中の水を循環させる構成であり、表層水など外部の水を利用しない構成である。そのため水底２の水に表層水などが混ざることを回避できる。微生物の移動など水底２の環境変化を抑制するには有利である。

ガスハイドレート回収装置１が複数のノズル部１８と流量制御弁２０とを有している場合には、流量制御弁２０の制御により、ガス化タンク５の中において加熱された水を供給する位置を調整することができる。ガスハイドレートｍは供給口１０から流れ方向ｘに沿って移動するため、供給口１０から遠い位置ほど水面に浮かぶガスハイドレートｍの量が多くなる。

そのため例えば流れ方向ｘに沿って供給口１０から遠い位置に設置されるノズル部１８ほど噴射する水の量が多くなる状態に制御することができる。ガス化タンク５の内部の流れ方向ｘにおける位置ごとに供給する熱の量を調整できるので、ガスハイドレートｍを効率的に融解させるには有利である。

ガスハイドレート回収装置１が制御機構２２を備えている場合には、例えば所定時間経過ごとに各ノズル部１８から噴射する水の量を変更する制御を制御機構２２により行なうことができる。また水底２の掘削機構３による掘削状況に応じて制御機構２２により噴射する水の量を調整する構成にしてもよい。

具体的には掘削機構３により回収するガスハイドレートｍの量がそれほど多くないときはノズル部１８から噴射する水の量を抑制して、回収するガスハイドレートｍの量が増えるに応じて噴射する水の量を増加させる制御を行なってもよい。ガス化タンク５の内部における熱効率を向上するには有利である。

ガスハイドレート回収装置１が監視機構２１を備えている場合には、ガス化タンク５の内部のガスハイドレートｍの分布状態等に応じて、ノズル部１８から供給する水の流量を適宜変更することができる。つまりガスハイドレートｍの分布状態等に応じて、供給する熱量の分布を適宜変更することができる。例えば水面に浮かぶガスハイドレートｍの量が多い場所に加熱された水を多く噴射する制御を行なうことができる。ガスハイドレートｍの融解を効率的に行なうにはさらに有利である。

ガスハイドレート回収装置１が各ノズル部１８に至る配管にそれぞれ配置される複数の加熱器１７を備えている場合には、ノズル部１８ごとに供給する水の温度を適宜変更することができる。ガス化タンク５の内部に供給する熱量の分布を制御することができるので、ガスハイドレートｍの融解を効率的に行なうことができる。ノズル部１８から供給される水の流量と温度の両方を制御してもよく、一方を制御する構成にしてもよい。

ガス化タンク５の内部のガスｇはガス回収部７から回収される（回収工程）。このガスｇは、ガス化タンク５の中で融解するガスハイドレートｍから発生するガスｇの他に、ライザー管４の途中部分でガスハイドレートｍが融解して発生するガスｇも含まれる。またスラリーの水の中に溶解していたガスｇが、ガス化タンク５の内部で時間の経過とともに気相側に移動したものも含まれる。

ガス化タンク５の内部で沈殿する土砂は水とともに排出口１２から外部に排出される（排出工程）。排出口１２には例えば開閉バルブを設置することができる。ガス化タンク５は排出口１２を備えているため、土砂がガス化タンク５の中に堆積して閉塞等を引き起こす不具合を回避できる。土砂の排出は連続的に行なってもよく、間欠的に行なってもよい。例えば所定時間ごとに排出口１２の開放と閉止とを切り替える構成にすることができる。

ガス化タンク５が第一傾斜部１３または第二傾斜部１４の少なくとも一方を備えている場合には、土砂はガス化タンク５の底部に堆積する際に排出口１２の近傍まで移動するため、土砂を効率的に排出口１２から排出することができる。土砂による閉塞等を回避するには有利である。

ガス化タンク５が第一噴射機構２３を備えている場合には、第一噴射機構２３から水を噴射することにより底面に堆積する土砂を排出口１２まで強制的に移動させることができる。第一噴射機構２３による水の噴射は連続的に行なってもよく、間欠的に行なってもよ
い。ガス化タンク５の内部における土砂の堆積を抑制するには有利である。土砂を取り除くための清掃等がほとんど不要となるため、ガスハイドレート回収装置１を長時間連続して運転することが可能となる。

ガス化タンク５が第二噴射機構２４を備えている場合には、第二噴射機構２４から水を噴射することにより排出口１２の近傍に堆積する土砂を取り除くことができる（閉塞防止工程）。第二噴射機構２４による水の噴射は連続的に行なってもよく、間欠的に行なってもよい。排出口１２が土砂で閉塞する不具合を抑制するには有利である。

また第二噴射機構２４から噴射される水が上方に向かって噴射される構成である場合には、ガス化タンク５の中のスラリーを撹拌することができる。例えば周囲の水を冷やして再凍結するとともに互いに集合して大きな塊となったガスハイドレートｍを撹拌により破砕することができる。ガスハイドレートｍが細かく破砕されることにより表面積が多くなるため、ガスハイドレートｍを効率的に融解させるには有利である。

排出管９に設置されるスラリーポンプ２５の回転方向を制御機構２２により制御する構成にしてもよい。つまり制御機構２２により、スラリーポンプ２５の回転方向である正転と逆転とを切り替える構成にすることができる。土砂を排出する際にはスラリーポンプ２５を正転させて、排出口１２から排出管９に向かう流れをスラリーポンプ２５により実現する（正転制御）。

これに対してスラリーポンプ２５の回転方向を逆転させると、排出管９からガス化タンク５に向かって水が流れる（逆転制御）。この流れにより第二噴射機構２４と同様に、排出口１２に堆積した土砂を取り除いたり、ガス化タンク５の中のスラリーを撹拌することができる（閉塞防止工程）。

ガス化タンク５の内部における土砂の状態を監視する土砂監視機構２６をガス化タンク５に設置する構成にしてもよい。土砂監視機構２６は例えばガス化タンク５の底面に設置されるカメラと、このカメラで取得する画像を処理する画像処理機で構成することができる。この土砂監視機構２６は、ガス化タンク５の底面に堆積している土砂の位置や量や分布を測定することができる。

土砂監視機構２６は上記の構成に限らず、ガス化タンク５の底面における土砂の堆積量などを測定できる構成を有していればよい。土砂監視機構２６は例えばガス化タンク５の底面に設置され土砂に向かってレーザ光を照射して距離を測定するレーザスキャナや、ガス化タンク５の外部に設置してＸ線により土砂の位置等を測定するＸ線機器で構成することができる。土砂監視機構２６はガスハイドレートｍの状態を測定する監視機構２１と共用してもよい。つまり監視機構２１でガスハイドレートｍの状態および土砂の状態の両方を測定する構成にしてもよい。

土砂監視機構２６から得られる土砂の状態に応じて、第一噴射機構２３または第二噴射機構２４の少なくとも一方の水の噴射および噴射の停止を制御する土砂制御機構２７をガス化タンク５に設置する構成にしてもよい。土砂の堆積量が所定以上になったときに土砂制御機構２７が、例えば第一噴射機構２３から水を噴射させて、土砂を積極的に排出口１２に移動させる構成にすることができる。

排出口１２における土砂の堆積が土砂監視機構２６により測定された場合には、土砂制御機構２７が第二噴射機構２４から水を噴射させて排出口１２の近傍の土砂を除去することができる。スラリーポンプ２５の回転方向の制御を、土砂監視機構２６から得られる土砂の状態に応じて土砂制御機構２７が制御する構成にしてもよい。

土砂の状態に応じて第一噴射機構２３等を制御するので、ガス化タンク５の内部から外部に土砂を効率的に排出し易くなる。また排出口１２が土砂により閉塞する不具合を回避するには有利である。

土砂制御機構２７は、土砂監視機構２６と第一噴射機構２３と第二噴射機構２４とスラリーポンプ２５と、有線または無線の信号線で接続されている。図２において説明のため信号線を一点鎖線で示している。

土砂制御機構２７は制御機構２２と共用してもよい。つまり制御機構２２で流量制御弁２０等と第一噴射機構２３等を制御する構成にしてもよい。

本発明において土砂監視機構２６と土砂制御機構２７とは必須要件ではない。ガス化タンク５に土砂監視機構２６と土砂制御機構２７を設置しない構成にしてもよい。

図４に例示するようにガス化タンク５の底部に、土砂に含まれる礫の通過を阻止する礫せき止め板２８を設置する構成にしてもよい。礫せき止め板２８はガス化タンク５の底部から上方に立設されている。

この実施形態ではガス化タンク５は、礫せき止め板２８により通過を阻止される礫をガス化タンク５の外部に排出する第一排出口１２ａと、この第一排出口１２ａと排出管９との間の管路の途中に設置されるスラリーポンプ２５ａとを有している。供給口１０と礫せき止め板２８との間に位置する底面には、第一排出口１２ａに向かって下り傾斜となる第一傾斜部１３が形成されている。

ガス化タンク５は、礫せき止め板２８を通過する砂泥をガス化タンク５の外部に排出する第二排出口１２ｂと、この第二排出口１２ｂと排出管９との間の管路の途中に設置されるスラリーポンプ２５ｂとを有している。礫せき止め板２８と第二排出口１２ｂとの間に位置する底面には、第二排出口１２ｂに向かって下り傾斜となる第一傾斜部１３が形成されている。礫せき止め板２８および排出口１２の設置数は上記に限定されない。複数の礫せき止め板２８や複数の排出口１２をガス化タンク５に設置する構成にしてもよい。複数の排出口１２が設置される場合には、各排出口１２に向かってそれぞれ下り傾斜となる複数の第一傾斜部１３が形成される構成にしてもよい。

本明細書において礫とは粒径が２ｍｍ以上の破砕物をいい、砂泥とは粒径が２ｍｍより小さい破砕物をいう。そのため礫せき止め板２８は、例えば目開きが２ｍｍの金網で構成することができる。礫せき止め板２８の目開きの大きさは適宜変更することができる。例えば目開きが１ｍｍの金網で構成してもよい。

この構成によれば第一排出口１２ａからは粒径が２ｍｍ以上の礫が排出され（礫処理工程）、第二排出口１２ｂからは粒径が２ｍｍより小さい砂泥のみが排出される（砂泥処理工程）。第一排出口１２ａおよび第二排出口１２ｂを通過するそれぞれのスラリーの性状が安定するため、それぞれに対応するスラリーポンプ２５ａ、２５ｂを最適化し易くなる。ガス化タンク５の内部から土砂を効率的に排出するには有利である。なお礫処理工程と砂泥処理工程とは互いに独立する状態で行うことができる。

礫せき止め板２８の設置により、ガス化タンク５の内部における水の揺動を抑制してスロッシングの発生を抑制できる。スロッシングの抑制にともない、ガス化タンク５の中の上下方向ｚの水の動きを比較的緩慢にすることができる。ガス化タンク５の強度を補強する部材として礫せき止め板２８を利用することができる。

ガス化タンク５の内部の圧力が所定以上になったときに内部のガスを外部に放出する安全弁２９を設置する構成にしてもよい。安全弁２９はガス化タンク５の上面または上面の近傍に設置することができる。スラリーとともに大量のガスが供給口１０からガス化タンク５の内部に供給される不具合が発生した場合であっても、ガス化タンク５の内部の圧力を安全弁２９により下げることができる。ガス化タンク５の破損等を回避するには有利である。

加熱機構１５は、例えばガス化タンク５の外周面に設置するジャケット１５ａで構成してもよい。ジャケット１５ａによりガス化タンク５の内部のスラリーを加熱することができる。ジャケット１５ａがガス化タンク５の内周面に設置される構成にしてもよい。ノズル部１８を有する加熱機構１５とジャケット１５ａとを組み合わせて設置する構成にしてもよい。ノズル部１８を有する加熱機構１５でガスハイドレートｍを効果的に融解させつつ、ジャケット１５ａによりガスハイドレートｍがガス化タンク５の内壁面に付着して氷を成長させる不具合の発生を抑制することができる。

ジャケット１５ａは、表層水などの熱媒を循環させる構成にすることができる。ジャケット１５ａを電気の供給により昇温するヒータで構成してもよい。

図５に例示するようにガス化タンク５を水平方向の長さに比べて上下方向ｚの長さが長く設定されている縦型タンクで構成してもよい。この実施形態ではガス化タンク５の上部が円筒形状に形成され、下部が下方に向かって直径が小さくなる円錐台形に形成されている。この構成によればガス化タンク５の底面全体が傾斜部で構成されるため、土砂の堆積を抑制するには有利である。

ガス化タンク５を縦型タンクで構成する場合であっても排出口１２の近傍に第二噴射機構２４を設置することができる。排出管９の閉塞を抑制するには有利である。この実施形態では二つの第二噴射機構２４がガス化タンク５の底面であり、排出口１２の近傍に配置されている。

この実施形態では水平方向における水の移動を阻止する消波板３０が、供給口１０の下方に配置されている。消波板３０は例えば上下方向ｚに延在して、平面視で格子状に組み合わされる板状部材で構成することができる。消波板３０は例えば多孔板や金網など水は通過できるが、波の衝撃を緩和できる構造にしてもよい。ガス化タンク５の内部における水の揺動を抑制することができるので、波により揺動し易い船舶にガス化タンク５が設置される場合であっても、ガスハイドレートｍや土砂の比重差による分離を安定的に行なうことができる。また比較的大型な構造物となるガス化タンク５の強度を消波板３０により補強することができる。

平均水位ＷＬは消波板３０の上端より上方となる状態に維持される。そのため水に浮くガスハイドレートｍは供給口１０から離れた位置に流れて集合する。このガスハイドレートｍが集合する位置の上方には一つのノズル部１８が配置されている。このノズル部１８が複数配置される構成にしてもよい。

ガス回収部７からガスｇを取り出す際に、ガス化タンク５の内部の圧力が外部の圧力（大気圧）よりも高い状態に維持することが望ましい。ガス化タンク５の内部に大気が流入して、ガスｇに空気等が混合してガスｇの品質が不安定になることを抑制するには有利である。

図６に例示するようにガス化タンク５を二つの縦型タンクで構成してもよい。この実施
形態ではガス化タンク５が、分離部５ａを構成するタンクと融解部５ｂを構成するタンクとからなる。分離部５ａはスラリーが供給される供給口１０と、外部に土砂を排出する排出口１２とを有している。分離部５ａに消波板３０を設置してもよい。

融解部５ｂは加熱機構１５を構成する取水口１６と加熱器１７とノズル部１８とを有している。融解部５ｂの上面には、内部で発生したガスｇを外部に取り出すガス回収部７が配置されている。融解部５ｂは、分離部５ａで分離しきれなかった土砂を沈殿させて外部に排出する排出口１２を底面に有していてもよい。水底２からのガスハイドレートｍの回収が短時間途絶えた場合でも、ガス供給ライン８へガスｇを連続的に供給するために、所定量以上のガスハイドレートｍを貯留可能な大きさに融解部５ｂを構成してもよい。つまりガスハイドレートｍを貯留する機能を融解部５ｂが有する構成にしてもよい。図６の実施形態において分離部５ａと融解部５ｂとの各排出口１２の近傍に第二噴射機構２４を設置してもよい。

分離部５ａと融解部５ｂとの間にはオーバーフロー管３１が配置されている。オーバーフロー管３１は、一端が分離部５ａの平均水位ＷＬの近傍に連結され、他端が融解部５ｂの平均水位ＷＬよりも上方に連結されている。オーバーフロー管３１は、分離部５ａの側の端部の方が、融解部５ｂの側の端部よりも高い位置となる状態に配置されていて、分離部５ａにおけるオーバーフローによりガスハイドレートｍが融解部５ｂに流れ込む構成を有している。例えば分離部５ａと融解部５ｂとのそれぞれの排出口１２から排出される水の流量を調整することにより、分離部５ａと融解部５ｂとのそれぞれの水位を調整する構成にしてもよい。

分離部５ａでは供給口１０から供給されるスラリーを比重差で分離する構成を有している。分離部５ａで水面に浮いたガスハイドレートｍは水とともに、オーバーフロー管３１を経由して融解部５ｂに移動する。供給口１０から供給されるスラリーの流れにより、ガスハイドレートｍは分離部５ａからオーバーフロー管３１に移動していく。

スクレーパ等で機械的に分離部５ａからオーバーフロー管３１にガスハイドレートｍを移動させる構成にしてもよい。分離部５ａにおいてもスラリーに溶解していたガスｇやガスハイドレートｍの融解により発生するガスｇが上部に溜まるため、上面にガス回収部７を形成することが望ましい。

ガスハイドレートｍとともに融解部５ｂに移動する水は、取水口１６から回収され加熱されてノズル部１８からガスハイドレートｍに噴射される。取水口１６とノズル部１８とを連通する配管の途中にはポンプを設置してもよい。

融解部５ｂを分離部５ａと異なるタンクで構成したため、ノズル部１８から供給される水の熱が、分離部５ａのスラリーに移動することがない。加熱機構１５から供給される熱を効率よくガスハイドレートｍに付与するには有利である。

一つのガス化タンク５の内部に上下方向に延在する隔離壁を配置して、分離部５ａと融解部５ｂとに分離する構成にしてもよい。この場合、隔離壁には分離部５ａから融解部５ｂにガスハイドレートｍが移動するための開口部を形成することができる。また分離部５ａと融解部５ｂとの底面にそれぞれ排出口１２を配置して、各排出口１２から排出される水の流量を調整することにより、分離部５ａと融解部５ｂとの水位を調整する構成にしてもよい。この構成により分離部５ａの水位を上昇させて隔離壁の上部から融解部５ｂにオーバーフローさせて、ガスハイドレートｍを融解部５ｂに移動させることができる。

１ ガスハイドレート回収装置
２ 水底
３ 掘削機構
４ ライザー管
４ａ 回収口
５ ガス化タンク
５ａ 分離部
５ｂ 融解部
６ 構造物
７ ガス回収部
８ ガス供給ライン
９ 排出管
９ａ 下端部
１０ 供給口
１１ バッフル板
１２ 排出口
１２ａ 第一排出口
１２ｂ 第二排出口
１３ 第一傾斜部
１４ 第二傾斜部
１５ 加熱機構
１５ａ ジャケット
１６ 取水口
１７ 加熱器
１８ ノズル部
１９ スクリーン
２０ 流量制御弁
２１ 監視機構
２２ 制御機構
２３ 第一噴射機構
２４ 第二噴射機構
２５ スラリーポンプ
２５ａ スラリーポンプ
２５ｂ スラリーポンプ
２６ 土砂監視機構
２７ 土砂制御機構
２８ 礫せき止め板
２９ 安全弁
３０ 消波板
３１ オーバーフロー管
ｍ ガスハイドレート
ｇ ガス
ｘ 流れ方向
ｙ 交差方向
ｚ 上下方向
ＷＬ 平均水位

Claims (9)

1. 水底の水とともに前記水底から採取された塊状のガスハイドレートを回収するガス化タンクを備えるガスハイドレート回収装置において、
   前記ガス化タンクが、前記水底の水とともに塊状の前記ガスハイドレートを前記ガス化タンクの内部に導く供給口と、前記ガス化タンクの中のガスを外部に取り出すガス回収部と、前記ガス化タンクの底部に配置されていて前記水底の水とともに回収される土砂を外部に排出する排出口と、この排出口の近傍に設置されていて前記ガス化タンクの内部から前記排出口に至る流れの方向に対して逆方向に水を噴射する噴射機構とを備えることを特徴とするガスハイドレート回収装置。
2. 前記排出口に向かって水を噴射する構成を有していて前記噴射機構とは異なる噴射機構を備える請求項１に記載のガスハイドレート回収装置。
3. 前記排出口に連結されて前記ガス化タンクの外部に延設される排出管と、この排出管の途中部分に設置されるスラリーポンプと、このスラリーポンプの回転方向を制御する土砂制御機構とを備えていて、
   前記土砂制御機構が、前記ガス化タンクの内部の流体を外部に移動させる方向に前記スラリーポンプを回転させる正転制御と、前記排出管の内部の流体を前記ガス化タンクに移動させる方向に前記スラリーポンプを回転させる逆転制御とを切り替える構成を備える請求項１または２に記載のガスハイドレート回収装置。
4. 前記ガス化タンクの前記底部に設置され前記土砂のうち所定の大きさ以上のものの通過を阻止する礫せき止め板と、この礫せき止め板で通過を阻止される礫を前記ガス化タンクの外部に排出する第一排出口と、前記礫せき止め板を通過する砂泥を前記ガス化タンクの外部に排出する第二排出口とを備える請求項１〜３のいずれかに記載のガスハイドレート回収装置。
5. 前記ガス化タンクの前記底部における前記土砂の状態を監視する土砂監視機構と、この土砂監視機構から得られる前記土砂の状態に応じて前記噴射機構を制御する土砂制御機構とを備える請求項１〜４のいずれかに記載のガスハイドレート回収装置。
6. 前記ガス化タンクが水平方向の長さに比べて上下方向の長さの方が長く設定されている縦型タンクで構成される請求項１に記載のガスハイドレート回収装置。
7. 水底の水とともに前記水底から塊状のガスハイドレートをガス化タンクに回収して、塊状の前記ガスハイドレートの融解により発生したガスを回収するガス回収方法において、
   塊状の前記ガスハイドレートと土砂とを前記水底の水とともにガス化タンクの中に供給する供給工程と、
   塊状の前記ガスハイドレートと前記土砂とを比重差により分離させる分離工程と、
   前記ガス化タンクの内部のガスを外部に取り出して回収する回収工程と、
   前記分離工程で分離する前記土砂を前記ガス化タンクに形成される排出口から前記ガス化タンクの外部に排出する排出工程と、
   前記排出口の近傍から前記ガス化タンクの内部に向かって水を噴射して、前記排出口の近傍に堆積する前記土砂を除去する閉塞防止工程とを備えることを特徴とするガス回収方法。
8. 前記排出工程で、前記ガス化タンクの底部に堆積する前記土砂に水を噴射して、前記排出口に前記土砂を移動させる請求項７に記載のガス回収方法。
9. 前記土砂のうち所定の大きさ以上のものの通過を阻止する礫せき止め板を前記ガス化タンクの底部に設置して、
   前記排出工程が、前記礫せき止め板で通過を阻止される礫を前記ガス化タンクの外部に排出する礫処理工程と、前記礫せき止め板を通過する砂泥を前記ガス化タンクの外部に排出する砂泥処理工程とを互いに独立する状態で行う請求項７または８に記載のガス回収方法。

Images