(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底堆積物を採掘して処理する方法であって、
１）遠隔操作式クローラー採掘機を用いて海底で堆積物を撹乱させてスラリーを形成するステップと、
２）生成物上昇管を経由して前記スラリーを水面に輸送するステップと、
３）前記水面で前記スラリーを処理して、ガスを含む形の前記スラリーから水和物を分離させて除去するステップと、
４）前記スラリーまたはガス抜きされたスラリーの成分を陸上に輸送するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記ステップ２が、海底に圧縮ガスを搬送して、前記スラリーを前記水面に輸送することを支援する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ３の前または前記ステップ３の実行中に、前記スラリーをスクリーンにかけて比較的大きな粒子を除去するステップをさらに備える、請求項１〜２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記水和物から得られたガスがその後液化される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記水和物から得られたガスがその後圧縮される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記水和物から得られた前記圧縮ガスの一部が、海底に搬送され、前記スラリーを前記水面に輸送することを支援する、請求項２を引用する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記陸上への輸送中に、前記スラリーを撹拌するステップをさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記スラリーを部分的に脱水するステップをさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記スラリーを、鉱物に富む流れと、腐泥に富む流れとに分離するステップをさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記スラリーを脱水する前記ステップと、前記スラリーを、鉱物に富む流れと腐泥に富む流れとに分離する前記ステップとが、同時に三方遠心分離機で実行される、請求項８に従属する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記鉱物に富む流れを、それぞれ特定の鉱物に富む複数の流れに分離するステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
有用な燃料および／またはエネルギーを生成するように前記腐泥に富む流れを処理するステップをさらに備える、請求項９または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記鉱物に富む流れを分離する前記ステップが、前記鉱物に富む流れを個別の鉱物硫化物、鉱物酸化物または金属に分離する工程を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記腐泥に富む流れを処理する前記ステップが、前記腐泥に富む流れをガス化して有用な燃料および／またはエネルギーを生成する工程を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
海底堆積物を採掘して処理する装置であって、
海底を横切って走行し、スラリーを形成するクローラー採掘機と、
前記スラリーを前記クローラーから水面に輸送する生成物上昇管と、
前記水面でガスを含む形の前記スラリーから水和物を分離して除去する第１の分離機と、
前記スラリーまたはガス抜きされたスラリーの成分を陸上に輸送する手段と
を備える、装置。
【請求項１６】
前記スラリーを、鉱物に富む流れと、腐泥に富む流れとに分離する第２の分離機をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記鉱物に富む流れを、それぞれ特定の鉱物に富む複数の流れに分離する第３の分離機をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記腐泥に富む流れを処理して有用な燃料および／またはエネルギーを生成する腐泥処理プラントをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底堆積物を採掘して処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、海底採鉱の分野には最小限の活動しかない。海底採鉱は、海底から鉱物硫化物を採掘するクローラー技術を用いるＮａｕｔｉｌｕｓ  Ｍｉｎｅｒａｌｓなどの会社によって開発され始めている領域である。Ｄｅ  Ｂｅｅｒｓもいくつもの採鉱方法を用いている。これらの採鉱方法には、海底クローラーがダイヤモンドを含む砂利を水上船まで運ぶ水平システムと、ドリルが海底からダイヤモンドを含む砂利を回収する垂直システムとがある。
【０００３】
ガス水和物回収の分野も、本発明に関連性がある。水和物を含む層に入った後、減圧または昇温のいずれかによって、および／または化学的刺激を通して水和物を解離させるために、石油・ガス産業で使用されている坑井掘削に類似した従来の坑井掘削を伴う方法によって地表の下の地層に存在するガス水和物からガスを回収する種々の提案が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、海底を採鉱して、以前には回収されなかった物質を回収する新しい方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、
１）海底で堆積物を攪乱してスラリーを形成するステップと、
２）スラリーを水面まで輸送するステップと、
３）水面でスラリーを処理して、ガスを含む形のスラリーから水和物を解離させて除去するステップと、
を備える海底採鉱方法が提供される。
【０００６】
本発明は、海底を採鉱して、ガス水和物からガス流を抽出する方法を提供する。ガスが分離されたスラリーは、排出されてもよいし、下記に開示するようにさらに処理されて最終製品を産出してもよい。
【０００７】
堆積物は、ハイドローリック・アップリフト・システム（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｕｐｌｉｆｔ  ｓｙｓｔｅｍ：液圧式揚水システム）によって撹乱されてもよい。しかしながら、堆積物を機械的に撹乱させることが可能であることから、撹乱は、好ましくは、遠隔操作式クローラー採掘機によって行われる。
【０００８】
ある状況下では、堆積物の地質または堆積物の海底からの採掘の仕方次第で、水面に輸送されたスラリーが過大粒子を含んでいない可能性がある。しかしながら、本方法は、ステップ３の前または間に、スラリーをスクリーンにかけて大きめの粒子を除去するステップをさらに備えていることが好ましい。
【０００９】
水和物から回収されたガスは、さらなる処理をせず使用するために、単に輸送されるだけであってもよい。しかしながら、好ましくは、回収されたガスは、さらなる取り扱いを容易にするために液化または圧縮される。圧縮されたガスが、海底に搬送され、スラリーを水面に輸送するのを支援してもよい。
【００１０】
スラリーが過剰な量の海水を含んでいる場合は、脱水ステップにかけられてもよい。
【００１１】
この方法のステップ１〜３は、海上で実行されてもよい。ガスが抽出され、任意であるが、脱水ステップで過剰水が除去されると、スラリーは、好ましくは、さらなる処理のために陸上に輸送される。そのような輸送中に、スラリーは、さもなければスラリーのさらなる取り扱いを妨げるような、様々な物質の沈殿を防止するために、撹拌されることが好ましい。
【００１２】
ステップ３）でガスが抽出されたスラリーは、その後さらに処理されてもよい。一適用例では、このスラリーは鉱物と腐泥を含む。腐泥とは、有機物に富む堆積物の公知の専門用語である。この方法は、スラリーを鉱物に富む流れと腐泥に富む流れとに分離するステップをさらに備えている。この分離中に、さらに脱水が実行されてもよい。あるいは、２つの流れが、後の段階で個別に脱水されてもよい。鉱物に富む流れは、それぞれ特定の鉱物に富む複数の流れにさらに分離されてもよい。腐泥に富む流れは、有用な燃料および／またはエネルギーを生むように処理されることが好ましい。
【００１３】
両方の流れは、腐泥堆積物と鉱物堆積物を生じるように遠心分離機によって分離されてもよい。遠心分離機が脱水も提供してもよい。
【００１４】
合成ガスを生成するように、腐泥に富む流れにガス化が施されてもよい。
【００１５】
鉱物に富む流れには、さらなる分離が施され、個別の鉱物硫化物、鉱物酸化物または金属を生ずる。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、海底を横切って走行し、スラリーを形成するクローラー採掘機と、スラリーをクローラーから水面に輸送する生成物上昇管と、水面でガスを含む形のスラリーから水和物を解離させて除去する第１の分離機とを備える、海底堆積物を採掘して処理する装置が提供される。好ましくは、スラリーを鉱物に富む流れと腐泥に富む流れとに分離する第２の分離機が設けられている。第３の分離機は、好ましくは、鉱物に富む流れをそれぞれ特定の鉱物に富む複数の流れに分離するためである。好ましくは、腐泥に富む流れを処理して有用な燃料を生成する腐泥処理プラントが設けられている。
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明にかかる方法および装置の一実施形態を述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、システムの海上の構成要素の概略図である。
【図２】図２は、システムの陸上の構成要素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
システムの海上の構成要素は、以下に詳細に述べる生産設備のさまざまな要素を収容する浮遊式操業船１の周辺に集められている。
【００２０】
海底の採鉱は、最大２０００ｍまでの深海部で動作するよう設計され、操業船に搭載された制御モジュールから制御されるクローラー採掘機２によって実行される。クローラー採掘機は方向操縦可能な牽引車両であり、この牽引車両は、海底３に沿って移動可能であり、堆積物を撹乱させて粒度を低減させる機械的切削ヘッドの形態での堆積物を機械的に回収する機構を、撹乱した堆積物を回収する吸引手段との組合せで備えてる。この採掘機は、船１上の油圧パワーパック４を動力とする油圧モーターによって駆動される。この採掘機は、車両を推進させたり、制御したりするために油圧力と電力を供給するアンビリカル（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）５によって船に接続されている。所望の堆積物回収率を達成するために、海底での走行速度と掘削深さの両方が変更可能である。この車両には、制御と方向を支援する照明およびＣＣＴＶカメラと、堆積物層の厚さを測定するソナー装置も装備されている。
【００２１】
クローラー２は、鋼管から複数の部分で構成された剛性の上昇管、または、機械的強度を付与するための螺旋巻きの鋼線（これらに限定されるものではない）を含む複合材料と、柔軟性と絶縁性を付与するためのゴム層および熱可塑性材料層とから構成された海洋石油・ガス産業で使用される生成物上昇管に類似した可撓性の生成物上昇管６のいずれかによって船１に接続されている。上昇管は、２００ｍｍと６００ｍｍの間の内径を有している。直径は、最高２０ｍ／ｓの最適の流量を達成するように設計されている。掘削された堆積物は、海水と混ざってスラリーを形成する。スラリーは、当初の吸引と上昇管への送給をもたらすためにクローラー採掘機２上に位置する真空ポンプと、圧縮ガスをアンビリカル７に沿って上昇管の下部に注入するガスリフト法との組合せを用いて、操業船１まで押し上げられる。これにより、スラリーとガスの混合物が、生成物上昇管６を通って船１まで流される。スラリーの流量は、ポンプ流量またはガス注入流量を変えることによって制御される。
【００２２】
スラリーが生成物上昇管６に沿って移動するにつれて、圧力が低下し、ガス水和物が自然に解離し始める。この過程は、マイクロ波発生リングによって支援されてもよい。
【００２３】
操業船において、スラリーは、最初に、大きな粒子が自らまたは手作業の洗浄によって除去される分級スクリーン８にかけられる。リンシングスクリーンでもあり得るスクリーンは、固定または衝撃スクリーンであり、または平面スクリーンや傾斜スクリーンであってもよい。
【００２４】
このスクリーンを通過したスラリーは、完全には解離していない遊離ガスと、水和物の小片とを含んでいる。このスラリーは、スラリーから固形物を分離するためにサイクロンを組み込んだ分離機列９に供給され、水とガスを放出し、これらは二相分離機に送給される。分離機列９を通る圧力と温度は、スラリーの流量と組成に依存して制御される。メタン、エタン、プロパン、硫化水素および二酸化炭素を含む可能性がある分離機９からのガスは、ガスの状態調整と、逆ブレイトンサイクルなどのエキスパンダ冷凍サイクルを含むガスターボエキスパンダに基づくプロセスなどの液化プラントとを含むさらなる処理ステージ１０に供給される。圧縮または液化されたガスは、貯蔵タンク１１に送給される。圧縮または液化されたガスは、その後、陸上に輸送されるべく圧縮／液化ガス運搬船１２に送給される。
【００２５】
分離機からのガスの一部は、アンビリカル７に沿ってクローラー２にガスを供給するガス圧縮システム１３に送給される。
【００２６】
分離機列９からの、ガスを含まないスラリーは、スラリー貯蔵タンク１４に移される。スラリー貯蔵タンク１４では、スラリーを入れるために貨物タンクが装備されたバラ積み貨物船１５に汲み上げるのに適した条件にスラリーを維持するために必要である場合に、さらに海水を加えることができる。貨物タンクは、タンク内での堆積物と海水の分離を妨げて堆積物を懸濁状態に維持するために、撹拌器および／または再循環ポンプシステムを内蔵している。バラ積み貨物船１３は、スラリー中の何らかの残留ガスの結果として爆発性の空気ガス混合気が生成される危険性を軽減し、それによってスラリーを安全な条件で輸送するために、タンク中に不活性ガスの覆いを与えて酸素の存在をなくすように、不活性ガスおよびガス抜きシステムも組み込んでいる。
【００２７】
図２は、バラ積み貨物船１５からのガス抜きスラリーの処理を示す。このプロセスは、陸上で実行されるものとして述べられているが、このプロセスが海上でも実行可能であることを理解されたい。実際には、スラリーが陸上に輸送される場所は、クローラー採掘機２によるスラリーの採掘の後に続く処理におけるいかなる場所であってもよい。
【００２８】
バラ積み貨物船１５からのガス抜きスラリー堆積物は、沈積中および続成中に形成または濃縮された堆積物の混合物である。スラリー堆積物は、結晶形の金属硫化物、有機金属化合物、ガス水和物、ならびに高分子量炭化水素、飽和ステロール、脂肪酸およびフミン酸の複合混合物からなる有機物の形で特に存在する鉱物に富んでいる。この貨物船１５からのスラリーは、最初にスラリー前処理ユニット２０に送られる。スラリー前処理ユニット２０は、メタン、エタン、プロパン、硫化水素、二酸化炭素などの残留ガス２１が回収されて、後述するガス化プラントから得られるシンガスと混合されるために送出される滞留槽である。スラリー上に水の層が容易に形成し、この水の層は、デカントされた水流２２としてデカントされてもよい。
【００２９】
前処理されたスラリーの流れ２３は、有機堆積物、またはそれぞれ異なる密度の無機相、有機相および水からなる混合物に水を関与させるいかなる用途にも使用されるＢｉｋｅｌ  Ｗｏｌｆ  ｏｆ  Ａｌｐｈａ  Ｌａｖａｌ遠心分離機であってもよい三方遠心分離機２４に送給される。遠心分離機は、海水の液相を海に戻される廃水の流れ２５として分離する。腐泥に富んだ軽量の固形物が腐泥の流れ２６として分離される一方、遠心分離機の底に分離された重量堆積物は、金属硫化物と有機金属化合物を鉱物の流れ２７として含んでいる。
【００３０】
鉱物の流れ２７は、鉱物処理段階２８において、鉱物処理の周知の技術を使って処理される。化学的技術や電解技術などの還元方法によって酸化物と硫化物鉱物を還元して所望の鉱物を遊離するために、抽出治金技術が使用される。これらの抽出治金技術の後に、多くの場合、分離された金属元素または相溶性合金を生成するために、電気分解、部分溶融、分別および電気処理が行われる。金属硫化物の特定の組成によっては、純粋な溶融金属（廃棄物３２から鉄２９、マグネシウム３０、アルミニウム３１など）を分離するために、水素と、選択的な還元剤、好ましくはコークスまたは木炭を用いた還元溶融と、浄化剤とを含む様々な方法で化学的還元を実行することができる。
【００３１】
腐泥の流れ２６は、その後、滞留タンク内でのデカンテーションまたは遠心分離によって過剰水が除去される前処理段３３に入り、脱水有機物、部分脱水有機物または乾燥有機物が生成れる。有機物は、石炭もしくは石油コークスの練炭または直焚き燃料混合物を製造するための配合成分として使用することができる。しかしながら、好ましくは、処理された腐泥の流れ３５は、ガス化プラント３４に送られ、ガス化プラント３４において、ガス化プラントの電気を生成する複合サイクル火力発電所への統合によってガス化プロセスの価値を高めるＳｈｅｌｌ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＳＧＰ）など、石炭ガス化のフィッシャー‐トロプシュ法を用いて生合成ガス（シンガス）を生成する、酸素３６による有機物の部分酸化によってガス化される。
【００３２】
結果として得られたシンガスの流れ３７は、その後、独立に、またはガス化プラント３４との組合せで残留する二酸化炭素、二酸化硫黄および過剰水を分離することが可能な浄化プラント３８に通過させられ、電気と蒸気３９を得るのに必要な技術仕様を有する清浄なシンガス、精製所での使用４０のための清浄なシンガスまたは有機合成４１による炭化水素が得られる。
【００３３】
ガス化プラント３４は、二酸化硫黄４２を含む流出物も生成し、二酸化硫黄４２からは、純粋な硫黄用のクラウス法のような公知技術によって硫黄処理プラント４３で硫黄が回収される。二酸化硫黄は、Ｓｔｒａｔｃｏ−ＤｕＰｏｎｔ技術を用いて硫酸４４に変換可能であり、または瀝青改質用の粒状硫黄４５に変換可能であり、または工業的用途４６の硫黄分または硫黄を使ったコンクリートに変換可能である。鉱物含有量によっては、ガス化プラント３４で灰４７も生成することができる。灰４７は、ステップ４９で肥料４８を生成するのに適した配合成分である微量元素に富んでいる。
【図１】
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【図２】
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