(57)【要約】【課題】温度と圧力の相平衡状態を変化させることなくメタンハイドレートを分解してメタンガスを生産することが可能なメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置を提供する。【解決手段】海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレート２からメタンガスＭを生産する際に、開口部３ａを備えて形成した解離チャンバー３を、開口部３ａを通じて解離チャンバー３の内部にメタンハイドレート２が臨むように設置し、解離チャンバー３の内部にメタン濃度が低い水Ｗを供給してメタンハイドレート２からメタンを解離させ、メタンが溶解した解離チャンバー３の内部の水Ｗ’を揚水する。【選択図】図１
2010037932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産する方法であって、
開口部を備えて形成した解離チャンバーを、前記開口部を通じて前記解離チャンバーの内部に前記メタンハイドレートが臨むように設置し、
前記解離チャンバーの内部にメタン濃度が低い水を供給して前記メタンハイドレートからメタンを解離させ、
メタンが溶解した前記解離チャンバーの内部の水を揚水することを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産方法。
【請求項２】
請求項１記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法において、
浅水域の海水あるいは湖水を前記解離チャンバーの内部に供給することを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法において、
前記解離チャンバーにウォータージェット機構が設けられ、
前記ウォータージェット機構によって、前記解離チャンバーに送られた前記メタン濃度が低い水を、前記解離チャンバーの前記開口部を形成する先端部側から前記開口部を通じて略軸線方向外側に向けて、及び／又は前記解離チャンバーの内面側から略軸線直交方向内側に向けて噴射させるようにしたことを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産方法。
【請求項４】
海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産するための装置であって、
開口部を備えて形成され、前記開口部を通じて前記メタンハイドレートが内部を臨むように設置される解離チャンバーと、該解離チャンバーに一端が繋げられ、前記解離チャンバーの内部にメタン濃度が低い水を供給するための注水管と、前記解離チャンバーに一端が繋げられ、前記解離チャンバーの内部の水を揚水するための揚水管とを備えていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
【請求項５】
請求項４記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
前記開口部を通じて前記メタンハイドレートが内部を臨むように前記解離チャンバーを設置した状態で、前記注水管の他端から浅水域の海水あるいは湖水を吸入し、該浅水域のメタン濃度が低い海水あるいは湖水を前記解離チャンバーの内部に供給するように構成されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
【請求項６】
請求項５記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
前記注水管を外管とし、前記揚水管を内管として、前記注水管と前記揚水管が二重管構造で構成されており、前記注水管の他端側に、前記浅水域の海水あるいは湖水を吸入して前記解離チャンバーの内部に供給するためのストレーナーが設けられていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
前記解離チャンバーには、前記注水管から送られた前記メタン濃度が低い水を噴射させるウォータージェット機構が設けられ、
該ウォータージェット機構は、前記解離チャンバーの前記開口部を形成する先端部側から前記開口部を通じて略軸線方向外側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第１噴射管、及び／又は前記解離チャンバーの内面側から略軸線直交方向内側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第２噴射管を備えて構成されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
【請求項８】
請求項７記載のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、
前記ウォータージェット機構は、前記第１噴射管と前記第２噴射管とをそれぞれ複数備え、
前記解離チャンバーの周方向に、前記第１噴射管と前記第２噴射管を交互に配置して構成されていることを特徴とするメタンハイドレートからのメタンガス生産装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油資源に替わる新資源としてメタンハイドレートが注目を集めており、我が国近海は、世界最大のメタンハイドレート埋蔵量を誇ると言われている。このメタンハイドレートは、水素結合による水分子の籠状構造の中にメタンが入り込んだ氷状の固体結晶であり、低温且つ高圧下で安定的に存在する。そして、永久凍土の地下数百ｍ〜千ｍの堆積物中や海底、湖底でこの低温、高圧条件が満たされるため、メタンハイドレートは、永久凍土や海底、湖底の地盤内に存在している。
【０００３】
また、海底（湖底）のメタンハイドレートは、水深数百ｍ以深の海底（湖底）地盤の地下数百ｍの深層部に存在する深層型メタンハイドレートと、海底面（湖底面）に露出するなどして浅層部に存在する表層型メタンハイドレートとがある。そして、現在、我が国でも検討が進められている南海トラフなどの深層型メタンハイドレートに対し、表層型メタンハイドレートの研究例は世界的にもまだ限られており、我が国では、オホーツク海及び日本海直江津沖の表層型メタンハイドレートに関する調査研究が開始されたばかりである。しかしながら、資源開発の観点からは、表層型メタンハイドレートの方が経済的な生産が可能であるため、その資源量の評価と併せて諸物性の解明が急務とされている。
【０００４】
また、メタンハイドレートは、僅かに温度、圧力条件を変化させるだけで相平衡状態が崩れ、分解（解離）させることができる。このため、深層型メタンハイドレートにおいては、メタンガスを生産する手法として、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法など温度や圧力の条件を変化させ相平衡状態を変化させることによってメタンハイドレートをメタンガスと水に分解し、メタンガスを回収する手法が検討されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
ここで、図８は、メタンハイドレートの温度と圧力の相平衡条件を示したものである。この図において、実線は、メタンハイドレートが生成される境界を示しており、図中左上側（低温、高圧側）がメタンハイドレートの安定領域である。そして、水域（海、湖）では、水深約４００ｍ以深でこの温度、圧力条件に達するが、海底（湖底）の地盤温度が地下深度とともに増加するため、メタンハイドレートの生成条件が満たされる下限の地盤深度が存在し、この地盤深度は概ね地下１００ｍ〜３００ｍ程度である。深層型メタンハイドレートは、この下限地盤深度の直上に存在し、言い換えれば温度と圧力の相平衡条件に極めて近い状態で存在している。
【０００６】
また、図８に、深層型メタンハイドレートとして南海トラフの代表的なメタンハイドレート、表層型メタンハイドレートとしてバイカル湖とオホーツク海のそれぞれの代表的なメタンハイドレートの温度、圧力条件を示している。この図示から、深層型メタンハイドレートに比べ、表層型メタンハイドレートは、温度と圧力の相平衡条件から離れた過冷却度の高い領域にあることが分かる。
【特許文献１】特開２００４−３２１９５２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４５６２号公報
【特許文献３】特開平９−１５８６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、このように表層型メタンハイドレートは、温度と圧力の相平衡条件から離れた過冷却度の高い領域で安定しているため、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法等の温度や圧力の条件を変化させてメタンガスを生産する手法を用いた場合、温度と圧力の相平衡状態を変化させるために大きなエネルギーが必要になる。
【０００８】
また、表層型メタンハイドレートは、深層型メタンハイドレートと異なり、バッファとなる地盤が存在しないため、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法等によるメタンガスの生産中に予期せぬメタンガスの漏洩が発生すると、直接水中にメタンガスが放出されるおそれがある。このため、熱刺激法、減圧法、インヒビター注入法等の温度や圧力の条件を変化させてメタンガスを生産する場合には、海底、湖底の生態系や地球環境への影響が懸念される。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、温度と圧力の相平衡状態を変化させることなくメタンハイドレートを分解してメタンガスを生産することが可能なメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法は、海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産する方法であって、開口部を備えて形成した解離チャンバーを、前記開口部を通じて前記解離チャンバーの内部に前記メタンハイドレートが臨むように設置し、前記解離チャンバーの内部にメタン濃度が低い水を供給して前記メタンハイドレートからメタンを解離させ、メタンが溶解した前記解離チャンバーの内部の水を揚水することを特徴とする。
【００１２】
この発明においては、メタン濃度が低い水を解離チャンバーの内部に供給してメタンハイドレートと接触させることにより、温度や圧力の相平衡状態を変化させることなく、メタンハイドレートからメタンを効率的に解離させることが可能になる。すなわち、表層型メタンハイドレートの周辺の海水あるいは湖水はメタン濃度が非常に高い状態であり、このように周辺の海水あるいは湖水のメタン濃度が高いことによって安定的に表層型メタンハイドレートが存在している。このため、メタン濃度が低い水をメタンハイドレートに接触させることにより、メタンハイドレートからメタンを解離させることが可能になる。
【００１３】
また、このとき、メタンが海底あるいは湖底における高圧環境下でメタンハイドレートから解離するため、メタンハイドレートから解離するとともに解離チャンバーの内部の水に溶解する。そして、この解離チャンバーの内部の水を揚水し、ある深度まで上昇するとともに、溶解したメタンがガス化して水から自動的に自噴することになり、容易に水とメタンガスとを分離してメタンガスを生産（回収）することが可能になる。
【００１４】
また、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法においては、浅水域の海水あるいは湖水を前記解離チャンバーの内部に供給することが望ましい。
【００１５】
この発明においては、浅水域の海水あるいは湖水を解離チャンバーの内部に供給することで、海水あるいは湖水を利用してメタン濃度が低い水を解離チャンバーの内部に供給することが可能になる。これにより、効率的にメタンハイドレートからメタンを解離させることが可能になるとともに、効率的にメタンガスを生産することが可能になる。
【００１６】
さらに、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法においては、前記解離チャンバーにウォータージェット機構が設けられ、前記ウォータージェット機構によって、前記解離チャンバーに送られた前記メタン濃度が低い水を、前記解離チャンバーの前記開口部を形成する先端部側から前記開口部を通じて略軸線方向外側に向けて、及び／又は前記解離チャンバーの内面側から略軸線直交方向内側に向けて噴射させることがより望ましい。
【００１７】
この発明においては、ウォータージェット機構で、解離チャンバーに送られたメタン濃度が低い水を解離チャンバーの前記開口部を形成する先端部側から前記開口部を通じて略軸線方向外側に向けて噴射させることにより、例えばメタンハイドレート上の地盤を噴射した水によって切削除去することができ、先端部をメタンハイドレートに貫入させて解離チャンバーを好適に設置することが可能になる。
【００１８】
また、ウォータージェット機構で、解離チャンバーに送られたメタン濃度が低い水を解離チャンバーの内面側から略軸線直交方向内側に向けて噴射させることにより、例えば解離チャンバーの内部に配されたメタンハイドレート上の地盤を切削除去するとともに、解離チャンバーの内部で撹拌することが可能になる。そして、解離チャンバーの内部の泥水を揚水することで、メタンハイドレートを解離チャンバーの内部を臨むように露出させることが可能になる。さらに、メタンハイドレートを露出させた状態で、内側に向けて水を噴射させて解離チャンバーの内部を撹拌することにより、メタンハイドレートをより効率的に解離させることが可能になる。
【００１９】
本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置は、海底あるいは湖底に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産するための装置であって、開口部を備えて形成され、前記開口部を通じて前記メタンハイドレートが内部を臨むように設置される解離チャンバーと、該解離チャンバーに一端が繋げられ、前記解離チャンバーの内部にメタン濃度が低い水を供給するための注水管と、前記解離チャンバーに一端が繋げられ、前記解離チャンバーの内部の水を揚水するための揚水管とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
この発明においては、注水管を通じてメタン濃度が低い水を解離チャンバーの内部に供給してメタンハイドレートと接触させることが可能になる。これにより、温度や圧力の相平衡状態を変化させることなく、このメタンハイドレートからメタンを効率的に解離させることが可能になる。また、解離したメタンが解離チャンバーの内部の水に溶解するため、揚水管を通じてこの水を揚水した際には、ある深度まで上昇するとともに、溶解したメタンがガス化して水から自動的に解離し自噴することになる。このため、容易に水とメタンガスとを分離してメタンガスを生産（回収）することが可能になる。
【００２１】
また、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置においては、前記開口部を通じて前記メタンハイドレートが内部を臨むように前記解離チャンバーを設置した状態で、前記注水管の他端から浅水域の海水あるいは湖水を吸入し、該浅水域のメタン濃度が低い海水あるいは湖水を前記解離チャンバーの内部に供給するように構成されていることが望ましい。
【００２２】
この発明においては、注水管の他端から浅水域の海水あるいは湖水を吸入し、この吸入した浅水域の海水あるいは湖水を、注水管を通じて解離チャンバーの内部に供給する。これにより、海水あるいは湖水を利用してメタン濃度が低い水を解離チャンバーの内部に供給することが可能になる。また、揚水管を通じて解離チャンバーの内部の海水あるいは湖水を揚水してメタンガスを生産するとともに、自動的に注水管の他端から浅水域の海水あるいは湖水を吸入させ、解離チャンバーの内部にこのメタン濃度が低い浅水域の海水あるいは湖水を供給することが可能になる。これにより、揚水管を通じて解離チャンバーの内部の海水あるいは湖水を揚水することより、効率的にメタンガスの生産（回収）を行うことが可能になる。
【００２３】
さらに、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置においては、前記注水管を外管とし、前記揚水管を内管として、前記注水管と前記揚水管が二重管構造で構成されており、前記注水管の他端側に、前記浅水域の海水あるいは湖水を吸入して前記解離チャンバーの内部に供給するためのストレーナーが設けられていてもよい。
【００２４】
この発明においては、揚水管を通じて解離チャンバーの内部の海水あるいは湖水を揚水するとともに、自動的に注水管の他端側に設けたストレーナーからメタン濃度が低い浅水域の海水あるいは湖水を注水管に吸入させて解離チャンバーの内部に供給することが可能になる。これにより、揚水管を通じて解離チャンバーの内部の海水あるいは湖水を揚水することより、効率的にメタンガスの生産（回収）を行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、前記解離チャンバーには、前記注水管から送られた前記メタン濃度が低い水を噴射させるウォータージェット機構が設けられ、該ウォータージェット機構は、前記解離チャンバーの前記開口部を形成する先端部側から前記開口部を通じて略軸線方向外側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第１噴射管、及び／又は前記解離チャンバーの内面側から略軸線直交方向内側に向けて前記メタン濃度が低い水を噴射させる第２噴射管を備えて構成されていることがより望ましい。
【００２６】
この発明においては、ウォータージェット機構で、解離チャンバーに送られたメタン濃度が低い水を解離チャンバーの前記開口部を形成する先端部側から前記開口部を通じて略軸線方向外側に向けて噴射させることにより、例えばメタンハイドレート上の地盤を噴射した水によって切削除去することができ、先端部をメタンハイドレートに貫入させて解離チャンバーを好適に設置することが可能になる。
【００２７】
また、ウォータージェット機構で、解離チャンバーに送られたメタン濃度が低い水を解離チャンバーの内面側から略軸線直交方向内側に向けて噴射させることにより、例えば解離チャンバーの内部に配されたメタンハイドレート上の地盤を切削除去するとともに、解離チャンバーの内部で撹拌することが可能になる。そして、解離チャンバーの内部の泥水を揚水することで、メタンハイドレートを解離チャンバーの内部を臨むように露出させることが可能になる。さらに、メタンハイドレートを露出させた状態で、内側に向けて水を噴射させて解離チャンバーの内部を撹拌することにより、メタンハイドレートをより効率的に解離させることが可能になる。
【００２８】
さらに、本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置において、前記ウォータージェット機構は、前記第１噴射管と前記第２噴射管とをそれぞれ複数備え、前記解離チャンバーの周方向に、前記第１噴射管と前記第２噴射管を交互に配置して構成されていることがさらに望ましい。
【００２９】
この発明においては、複数の第１噴射管と第２噴射管が解離チャンバーの周方向に交互に配置されているため、複数の第１噴射管から噴射した水によって、例えば解離チャンバーの先端部周辺の地盤全体を切削除去して、この解離チャンバーの先端部全体を均等にメタンハイドレートに貫入させることが可能になる。また、複数の第２噴射管から噴射した水によって、例えば解離チャンバーの内部に配された地盤を確実に切削除去するとともに、解離チャンバーの内部で撹拌することが可能になり、メタンハイドレートを確実に解離チャンバーの内部に露出させることが可能になる。これにより、メタンハイドレートをさらに効率的に解離させることが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置によれば、メタン濃度が低い水を解離チャンバーの内部に供給してメタンハイドレートと接触させることにより、温度や圧力の相平衡状態を変化させることなく、メタンハイドレートからメタンを効率的に解離させることが可能になる。また、解離チャンバーの内部の水を揚水することで、この水に溶解したメタンがガス化して自動的に解離し自噴するため、容易に水とメタンガスとを分離してメタンガスを生産（回収）することが可能になる。
【００３１】
そして、このように、メタン濃度が低い水を解離チャンバー内でのみメタンハイドレートに接触させて揚水するだけで、メタンをメタンハイドレートから解離させ、メタンガスを生産（回収）できる。このため、従来のように加熱してメタンハイドレートからメタンガスを生産する方法と比較し、海底、湖底の生態系や地球環境に与える影響を少なくすることが可能になる。
【００３２】
また、メタンハイドレートからのメタンの解離が解離チャンバーの内部でのみ限定的に生じるため、解離量の制御を容易に行えるとともに、予期せぬメタンガスの漏洩が発生することを防止しながらメタンガスを生産することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置について説明する。本実施形態は、海底（あるいは湖底）に存在するメタンハイドレートからメタンガスを生産する方法及びこれに用いるメタンガス生産装置に関し、特に表層型メタンハイドレートからメタンガスを好適に生産可能なメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置に関するものである。
【００３４】
本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ａは、図１に示すように、メタンガス回収船１と、メタンハイドレート２からメタンを解離させるための解離チャンバー３と、解離チャンバー３を着脱可能に支持してメタンガス回収船１によって浮遊状態で曳航するためのフロート４と、解離チャンバー３の内部にメタン濃度が低い水（浅水域の海水Ｗ）を供給するための注水管５と、解離チャンバー３の内部の水Ｗ’を揚水するための揚水管６と、ガスセパレーター７と、図示せぬ揚水ポンプとを備えて構成されている。
【００３５】
解離チャンバー３は、略円筒状に形成されるとともに、上端が閉塞し、下端に開口部３ａを備えて形成されている。また、上端側には、注水管５の一端が繋がる注水口３ｂと、揚水管６の一端が繋がる揚水口３ｃとが設けられている。さらに、解離チャンバー３は、メタンガス回収船１のワイヤドラムに巻き回されたワイヤ８の一端が上端に接続されている。そして、メタンガス回収船１による曳航時には、上端側がフロート４に着脱可能に繋げられて浮遊した状態で曳航される。また、メタンガス生産時（メタンガス回収時）には、フロート４から切り離され、メタンガス回収船１のワイヤドラムからワイヤ８を繰り出すとともに海底９まで降下させて設置される。このとき、解離チャンバー３は、下端側を海底９の地盤Ｇに貫入させ、開口部３ａを通じて表層型メタンハイドレート２が内部を臨むように設置される。
【００３６】
注水管５と揚水管６には、それぞれ硬質ポリエチレン管が用いられており、解離チャンバー３を海底９の所定位置に設置した状態で、注水管５は、その他端が浅水域に位置する長さで形成されている。また、注水管５には、開閉弁が設けられている。一方、揚水管６は、その他端が海水面１０よりも上方に位置する長さで形成され、この他端がガスセパレーター７に接続されている。また、揚水管６は、ガスセパレーター７を介して揚水ポンプに接続して設けられるとともに、開閉弁が設けられている。そして、揚水管６の開閉弁を開放して揚水ポンプを駆動することにより、解離チャンバー３の内部の海水（水Ｗ’）が、揚水管６内をガスセパレーター７に向けて流通して揚水される。
【００３７】
ガスセパレーター７は、揚水管６から揚水した解離チャンバー３の内部の海水Ｗ（Ｗ’）とメタンガスＭとを分離して、海水Ｗを海に排水するとともに、回収したメタンガスＭを図示せぬタンクなどに送るように構成されている。
【００３８】
ついで、上記構成からなるメタンガス生産装置Ａを用いて海底９の表層型メタンハイドレート２からメタンガスＭを生産（回収）する方法について説明するとともに、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置Ａの作用及び効果について説明する。
【００３９】
はじめに、フロート４に取り付けて浮遊状態にした解離チャンバー３をメタンガス回収船１で曳航して所定位置に配置する。ついで、解離チャンバー３の注水口３ｂに注水管５の一端を、揚水口３ｃに揚水管６の一端をそれぞれ接続するとともに揚水管６の他端をガスセパレーター７に接続し、解離チャンバー３をフロート４から取り外す。
【００４０】
そして、メタンガス回収船１のワイヤドラムからワイヤ８を繰り出すとともに解離チャンバー３を降下させ、解離チャンバー３を、下端側を海底９の地盤Ｇに貫入させて設置する。これにより、解離チャンバー３は、開口部３ａを通じてその内部に表層型メタンハイドレート２が臨むように設置される。また、解離チャンバー３を所定位置に設置した段階で、注水管５の他端が浅水域に配置され、揚水管６のガスセパレーター７に接続した他端が海水面１０よりも上方に配置される。
【００４１】
このように解離チャンバー３を設置した段階で、注水管５と揚水管６のそれぞれの開閉弁を開放する。そして、揚水ポンプを駆動し、解離チャンバー３の内部の海水Ｗ’を揚水管６で揚水する。このように揚水を行うと、注水管５の他端から浅水域の海水Ｗが注水管５内に吸入され、この海水Ｗが解離チャンバー３の内部に自動的に供給される。
【００４２】
ここで、表層型メタンハイドレート２は、メタンが先ず海水に溶解し、この海水のメタン濃度が飽和状態となって生成が始まることが知られている。このため、表層型メタンハイドレート２の周辺の海水（海底９付近の海水）は、メタン濃度が極めて高くなっており、このように周辺の海水のメタン濃度が極めて高い状態であることによって、メタンハイドレート２は安定した状態で存在している。
【００４３】
そして、本実施形態においては、メタン濃度が低い浅水域の海水Ｗを解離チャンバー３の内部に供給して、表層型メタンハイドレート２からメタンを解離させる。すなわち、従来のメタンガス生産方法のように熱を加えたり、減圧するなどして温度と圧力の相平衡状態を変化させるのではなく、メタン濃度が低い海水Ｗを表層型メタンハイドレート２に接触させることにより、表層型メタンハイドレート２からメタンを解離させる。このとき、浅水域の海水Ｗを解離チャンバー３の内部に供給するとともに、表層型メタンハイドレート２とこの海水Ｗが混合、撹拌されることで、表層型メタンハイドレートからのメタンの解離が促進される。そして、解離したメタンは、海底付近が高圧であるが故にメタン濃度が低い解離チャンバー３の内部の海水Ｗに溶解することになる。
【００４４】
このようにメタンが溶解した海水Ｗ’が解離チャンバー３内から揚水管６を通じて揚水される。このとき、海水Ｗ’がある深度まで上昇すると、この海水Ｗ’に溶解したメタンがガス化して自噴し、海水Ｗ’から自動的に解離して海水面１０上のガスセパレーター７に導かれる。これにより、ガスセパレーター７で容易に海水ＷとメタンガスＭが分離され、海水Ｗを海に排出し、メタンガスＭがタンクなどに回収される。
【００４５】
そして、上記のように揚水ポンプの駆動とともに浅水域のメタン濃度が低い海水Ｗを解離チャンバー３に順次供給し、解離チャンバー３からの海水Ｗ’を順次揚水することで、表層型メタンハイドレート２からメタンガスＭが順次生産されてゆく。
【００４６】
したがって、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置Ａにおいては、メタン濃度が低い浅水域の海水Ｗを解離チャンバー３の内部に供給して表層型メタンハイドレート２と接触させることにより、温度や圧力の相平衡状態を変化させることなく、表層型メタンハイドレート２からメタンを効率的に解離させることが可能になる。
【００４７】
また、このとき、メタンが海底９における高圧環境下で表層型メタンハイドレート２から解離するため、表層型メタンハイドレート２から解離するとともにこのメタンが解離チャンバー３の内部の海水Ｗに溶解する。そして、解離チャンバー３の内部の海水Ｗ’を揚水し、ある深度まで上昇するとともに、溶解したメタンがガス化して自噴することになるため、海水Ｗ’から自動的にメタンガスＭを分離することができ、容易に海水ＷとメタンガスＭとを分離しメタンガスＭを生産（回収）することが可能になる。
【００４８】
そして、このように、メタン濃度が低い海水Ｗを解離チャンバー３内でのみ表層型メタンハイドレート２に接触させて揚水するだけで、メタンを表層型メタンハイドレート２から解離させ、メタンガスＭを生産できる。このため、従来のように加熱してメタンハイドレート２からメタンガスＭを生産する方法と比較し、海底９の生態系や地球環境に与える影響を少なくすることが可能になる。
【００４９】
また、表層型メタンハイドレート２からのメタンの解離が解離チャンバー３の内部でのみ限定的に生じるため、解離量の制御を容易に行えるとともに、予期せぬメタンガスＭの漏洩が発生することを防止しながらメタンガスＭを生産することが可能になる。
【００５０】
さらに、本実施形態においては、浅水域の海水Ｗを解離チャンバー３の内部に供給することで、海水Ｗを利用してメタン濃度が低い水を解離チャンバー３の内部に供給することが可能になる。これにより、効率的に表層型メタンハイドレート２からメタンを解離させることが可能になるとともに、効率的にメタンガスＭを生産することが可能になる。
【００５１】
以上、本発明に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第１実施形態では、解離チャンバー３にそれぞれ個別に注水管５と揚水管６を接続して、注水管５の他端から浅水域のメタン濃度が低い海水Ｗを解離チャンバー３の内部に供給し、解離チャンバー３内のメタンが溶解した海水Ｗ’を揚水管６で揚水するものとした。これに対し、例えば図２に示すように、注水管５と揚水管６を二重管構造で構成し、外管の注水管５及び内管の揚水管６とを解離チャンバー３の内部と連通するように接続するようにしてもよい。また、揚水管６の他端をガスセパレーター７に接続し、解離チャンバー３を海底９の所定位置に設置した状態で浅水域に配置される注水管５の他端にストレーナー１１を設け、さらに開閉弁１２を設ける。そして、このように構成した場合には、開閉弁１２を開放するとともに、ガスセパレーター７を介して揚水管６の他端に繋がる揚水ポンプ１３を駆動して、揚水管６を通じて解離チャンバー３内の海水Ｗ’を揚水するとともに、ストレーナー１２を通じて浅水域のメタン濃度が低い海水Ｗが外管の注水管５と内管の揚水管６の間を流通して解離チャンバー３内に供給される。これにより、メタン濃度が低い海水Ｗを解離チャンバー３内に供給するとともに表層型メタンハイドレート２からメタンが解離する。よって、この解離したメタンが解離チャンバー３内の海水Ｗに溶解し、海水Ｗ’を順次揚水管６で揚水することによって、本実施形態と同様に、メタンガスＭを生産（回収）することが可能になる。
【００５２】
また、第１実施形態では、海底９の表層型メタンハイドレート２からメタンガスＭを生産するものとして説明を行ったが、湖底の表層型メタンハイドレート２からメタンガスＭを生産する場合においても、本実施形態と同様にしてメタンガスＭを効率的に生産することが可能である。さらに、適宜手段によって深層型メタンハイドレートを海水や湖水に露出させることができ、解離チャンバー３内の海水や湖水を深層型メタンハイドレートに接触させることが可能であれば、深層型メタンハイドレートからメタンガスＭを生産するために、本発明を適用してもよい。
【００５３】
ついで、図３から図７を参照し、本発明の第２実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置について説明する。
【００５４】
本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ｂは、図３に示すように、メタンガス回収船１と、メタンハイドレート２からメタンを解離させるための解離チャンバー２０と、解離チャンバー２０を着脱可能に支持してメタンガス回収船１によって浮遊状態で曳航するためのフロート４と、解離チャンバー２０の内部にメタン濃度が低い水（浅水域の海水Ｗ）を供給するための注水管５と、解離チャンバー２０の内部の水Ｗ’を揚水するための揚水管６と、ガスセパレーター７と、送水ポンプ２１と、揚水ポンプ２２とを備えて構成されている。
【００５５】
本実施形態の解離チャンバー２０は、図４から図６に示すように、上端（後端部２３ａ）が閉塞し、下端（先端部２３ｂ）に開口部２３ｃを備えて略円筒状に形成したチャンバー本体部２３の内部にウォータージェット機構２４を一体に設けて構成されている。また、チャンバー本体部２３は、上端側に互いに区画された環状の第１室２３ｄと第２室２３ｅを備えて形成されている。そして、チャンバー本体部２３は、一端側が２つに分岐して形成された注水管５の一方の分岐管５ａを第１室２３ｄに、他方の分岐管５ｂを第２室２３ｅにそれぞれ接続して、注水管５と繋げられている。
【００５６】
一方、ウォータージェット機構２４は、複数の第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂを備え、これら第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂをチャンバー本体部２３（解離チャンバー２０）の周方向に所定の間隔をあけて交互に配設して構成されている。
【００５７】
第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂはそれぞれ、チャンバー本体部２３（解離チャンバー２０）の内面に固設されたアダプター２５によって支持されており、先端をチャンバー本体部２３の開口部２３ｃを形成する下端（先端部２３ｂ）付近に配し、解離チャンバー２０の軸線Ｏ１方向に沿って上端（後端部２３ａ）側に向けて延設されている。また、第１噴射管２４ａはその後端をチャンバー本体部２３の第１室２３ｄに接続して設けられ、第２噴射管２４ｂはその後端を第２室２３ｅに接続して設けられている。
【００５８】
また、第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂはそれぞれ、図４及び図７に示すように、先端に噴射ノズル２６を備えて形成されている。そして、第１噴射管２４ａは、注水管５から第１室２３ｄに浅水域の海水Ｗが送られるとともにこの第１室２３ｄの浅水域の海水Ｗが流通して、その先端の噴射ノズル２６から浅水域の海水Ｗを噴射させる。また、第２噴射管２４ｂは、注水管５から第２室２３ｅに浅水域の海水Ｗが送られるとともにこの第２室２３ｅの浅水域の海水Ｗが流通して、その先端の噴射ノズル２６から浅水域の海水Ｗを噴射させる。
【００５９】
このとき、図３、図４及び図７に示すように、第１噴射管２４ａは、チャンバー本体部２３（解離チャンバー２０）の開口部２３ｃを形成する先端部２３ｂ側から開口部２３ｃを通じて略軸線Ｏ１方向外側に向けて浅水域の海水Ｗを噴射させるように、噴射ノズル２６が形成されている。これに対し、第２噴射管２４ａは、チャンバー本体部２３（解離チャンバー２０）の内面側から略軸線Ｏ１直交方向内側に向けて浅水域の海水Ｗを噴射させるように、噴射ノズル２６が形成されている。
【００６０】
ついで、上記構成からなるメタンガス生産装置Ｂを用いて海底の表層型メタンハイドレートからメタンガスを生産（回収）する方法について説明するとともに、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置Ｂの作用及び効果について説明する。
【００６１】
本実施形態のメタンガス生産装置Ｂを用いて海底の表層型メタンハイドレートからメタンガスＭを生産する際には、図３に示すように、フロート４に取り付けて浮遊状態にした解離チャンバー２０をメタンガス回収船１で曳航して所定位置に配置する。そして、解離チャンバー２０に注水管５と揚水管６をそれぞれ接続し、メタンガス回収船１のワイヤドラムからワイヤ８を繰り出すとともに解離チャンバー２０を降下させて、解離チャンバー２０を海底９の地盤Ｇ上に設置する。このとき、メタンガス回収船１に設けたＧＰＳ３４、方位計３５、トランスデューサー３６、注入管５に設けたトランスポンダー３７を用いて、解離チャンバー２０を海底９の所定位置に設置する。
【００６２】
ついで、一方向開閉弁２９と双方向開閉弁３０を適宜開閉操作するとともに送水ポンプ２１を駆動させる。このように送水ポンプ２１の駆動を開始すると、浅水域の海水Ｗが取水され、注水管５を通じて解離チャンバー２０の第１室２３ｄと第２室２３ｅに浅水域の海水Ｗが供給される。さらに、第１室２３ｄと第２室２３ｅにそれぞれ送られた浅水域の海水Ｗがウォータージェット機構２４の第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂを流通し、これら第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂの噴射ノズル２６からそれぞれ噴射される。このとき、例えば第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂの噴射ノズル２６から浅水域の海水Ｗをその流速が１０ｍ／ｓ以上となるように噴射させる。
【００６３】
また、このように送水ポンプ２１を駆動して、浅水域の海水Ｗを第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂから噴射させるとともに、一方向開閉弁３１と双方向開閉弁３２を適宜開閉操作した上で揚水ポンプ２２の駆動を開始する。これにより、解離チャンバー２０（チャンバー本体部２３）の内部の海水Ｗ’の揚水を開始する。
【００６４】
そして、第１噴射管２４ａによって、浅水域の海水Ｗがチャンバー本体部２３の先端部２３ｂ側から軸線Ｏ１方向外側に向けて噴射されるため、この噴射した海水Ｗによってメタンハイドレート２上の地盤Ｇ１（Ｇ）が切削除去される。これにより、解離チャンバー２０は、その先端部２３ｂがメタンハイドレート２に徐々に貫入されてゆき、先端部２３ｄをメタンハイドレート２に貫入させた好適な状態で設置される。
【００６５】
また、これとともに、第２噴射管２４ｂによって、浅水域の海水Ｗが解離チャンバー２０（チャンバー本体部２３）の内面側から略軸線Ｏ１直交方向内側に向けて噴射させるため、この噴射した海水Ｗによって解離チャンバー２０の内部に配されたメタンハイドレート２上の地盤Ｇ１が切削除去される。さらに、第２噴射管２４ｂから噴射した海水Ｗによって、地盤Ｇ１を切削除去するとともに解離チャンバー２０の内部の海水Ｗ’が撹拌される。これにより、揚水ポンプ２２によって泥水Ｗ’’が汲み上げられて確実に地盤Ｇ１が除去され、メタンハイドレート２が解離チャンバー２０の内部を臨むように露出される。
【００６６】
また、このように地盤Ｇ１を切削除去してメタンハイドレート２を露出させた状態で、さらに第２噴射管２４ｂから海水Ｗを噴射させ、メタンハイドレート２を切削するとともに解離チャンバー２０の内部の海水Ｗ’を撹拌することによって、メタンハイドレート２が効率的に解離し、解離チャンバー２０内の海水Ｗ’にメタンが溶解する。
【００６７】
そして、このようにメタンが溶解した海水Ｗ’が解離チャンバー３内から揚水管６を通じて揚水される際に、第１実施形態と同様、海水Ｗ’がある深度まで上昇すると、この海水Ｗ’に溶解したメタンがガス化して自噴し、海水Ｗ’から自動的に解離して海水面１０上のガスセパレーター７に導かれる。これにより、ガスセパレーター７のセパレータータンク７ａ内で容易に海水ＷとメタンガスＭが分離され、メタンガスＭが回収される。
【００６８】
また、本実施形態においては、第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂがチャンバー本体部２３の周方向に交互に配置されているため、複数の第１噴射管２４ａから噴射した海水Ｗによって、解離チャンバー２０の先端部２３ｂ周辺の地盤Ｇ１全体が確実に切削除去され、この解離チャンバー２０の先端部２３ｂ全体が確実に均等にメタンハイドレート２に貫入される。さらに、複数の第２噴射管２４ｂから噴射した海水Ｗによって、解離チャンバー２０の内部に配された地盤Ｇ１が確実に切削除去されるとともに解離チャンバー２０の内部で撹拌され、メタンハイドレート２が確実に解離チャンバーの内部に露出される。これにより、メタンハイドレート２がより効率的に解離するため、メタンガスＭが効率的に回収される。
【００６９】
ここで、ガスセパレーター７のセパレータータンク７ａ内には、はじめに、第２噴射管２４ｂによって地盤Ｇ１を切削除去することで、泥水Ｗ’’が導入される。そして、この泥水Ｗ’’に含まれてガス化したメタンガスの濃度を順次計測すると、徐々にメタンガス濃度が上昇してゆく。さらに、メタンハイドレート２上の地盤Ｇ１が切削除去されてメタンハイドレート２が露出すると、メタンガスの濃度が高濃度で安定する。このため、順次セパレータータンク７ａで分離したメタンガスの濃度を計測することで、地盤Ｇ１の切削除去の状態、ひいてはメタンハイドレート２の露出状態が把握できる。
【００７０】
なお、セパレータータンク７ａ内のメタンガス分離後の泥水Ｗ’’は、自然環境に配慮して排水ポンプ３３で海底９付近に返送する。また、上記のようにメタンガスＭを生産する際には、注水管５と揚水管６として、リング剛性が高く、軸方向では柔軟性のあるポリエチレンパイプを用いることが望ましく、このような注水管５と揚水管６を長さに余裕を持たせて用いることで、確実に上記のように地盤Ｇ１を切削除去しながらメタンガスＭの生産を好適に行うことが可能である。
【００７１】
したがって、本実施形態のメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンハイドレートからのメタンガス生産装置Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能であるとともに、ウォータージェット機構２４の第１噴射管２４ａで、解離チャンバー２０に送られた浅水域の海水Ｗ（メタン濃度が低い水）を解離チャンバー２０の先端部２３ｂ側から略軸線Ｏ１方向外側に向けて噴射させることにより、メタンハイドレート２上の地盤Ｇ１を噴射した海水Ｗによって切削除去することができ、先端部２３ｂをメタンハイドレート２に貫入させて解離チャンバー２を好適に設置することが可能になる。
【００７２】
また、ウォータージェット機構２４の第２噴射管２４ｂで、解離チャンバー２０に送られた浅水域の海水Ｗを解離チャンバー２０の内面側から略軸線Ｏ１直交方向内側に向けて噴射させることにより、解離チャンバー２０の内部に配されたメタンハイドレート２上の地盤Ｇ１を切削除去するとともに、解離チャンバー２０の内部で撹拌することが可能になる。そして、解離チャンバー２０の内部の泥水Ｗ’’を揚水することで、メタンハイドレート２を解離チャンバー２０の内部を臨むように露出させることが可能になる。さらに、メタンハイドレート２を露出させた状態で、内側に向けて海水Ｗを噴射させて解離チャンバー２０の内部を撹拌することにより、メタンハイドレート２をより効率的に解離させることが可能になる。
【００７３】
さらに、複数の第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂが解離チャンバー２０の周方向に交互に配置されているため、複数の第１噴射管２４ａから噴射した海水Ｗによって、解離チャンバー２０の先端部２３ｂ周辺の地盤Ｇ１を切削除去して、この解離チャンバー２０の先端部２３ｂ全体を均等にメタンハイドレート２に貫入させることが可能になる。また、複数の第２噴射管２４ｂから噴射した海水Ｗによって、解離チャンバー２０の内部に配された地盤Ｇ１を確実に切削除去するとともに、解離チャンバー２０の内部で撹拌することが可能になり、メタンハイドレート２を確実に解離チャンバー２０の内部に露出させることが可能になる。これにより、メタンハイドレート２をさらに効率的に解離させることが可能になる。
【００７４】
以上、本発明に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産方法及びメタンガス生産装置の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態に示した変更例を含み、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本発明に係るウォータージェット機構は、第１噴射管２４ａと第２噴射管２４ｂのどちらか一方を備えて構成してもよい。また、ウォータージェット機構２４は、必ずしもメタンハイドレート２上の地盤Ｇ１を切削除去するためのものとして用いることに限定する必要はなく、既に露出したメタンハイドレート２に対して、解離チャンバー２０を貫入させるために、及び／又は解離チャンバー２０の内部に露出したメタンハイドレート２の解離を促進させるために用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びメタンガス生産方法を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びメタンガス生産方法の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置及びメタンガス生産方法を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置の解離チャンバー（ウォータージェット機構）を示す図である。
【図５】図４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図６】図４のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るメタンハイドレートからのメタンガス生産装置のウォータージェット機構の噴射ノズルを示す図である。
【図８】メタンハイドレートの温度と圧力の相平衡条件を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１      メタンガス回収船
２      メタンハイドレート（表層型メタンハイドレート）
３      解離チャンバー
３ａ    開口部
３ｂ    注水口
３ｃ    揚水口
４      フロート
５      注水管
６      揚水管
７      ガスセパレーター
７ａ    セパレータータンク
８      ワイヤ
９      海底（湖底）
１０    海水面（湖水面）
１１    ストレーナー
１２    開閉弁
１３    揚水ポンプ
２０    解離チャンバー
２１    送水ポンプ
２２    揚水ポンプ
２３    チャンバー本体部
２３ａ  上端（後端部）
２３ｂ  下端（先端部）
２３ｃ  開口部
２３ｄ  第１室
２３ｅ  第２室
２４    ウォータージェット機構
２４ａ  第１噴射管
２４ｂ  第２噴射管
２５    アダプター
２６    噴射ノズル
２９    一方向開閉弁
３０    双方向開閉弁
３１    一方向開閉弁
３２    双方向開閉弁
３３    排水ポンプ
３４    ＧＰＳ
３５    方位計
３６    トランスデューサー
３７    トランスポンダー
Ａ      メタンガス生産装置
Ｂ      メタンガス生産装置
Ｇ      地盤
Ｇ１    地盤
Ｏ１    軸線
Ｗ      浅水域の海水（メタン濃度が低い水）
Ｗ’    メタンが溶解した海水（メタンが溶解した水）
Ｗ’’  泥水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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