(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の排熱を回収する排熱回収熱交換器と、前記分離手段に導入される以前の流体を、前記排熱回収熱交換器で回収された熱によって加熱する流体加熱手段とを備えることを特徴とするガスハイドレート採掘システム。
【請求項２】
ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、前記ガスが分離された残りの流体を脱水する脱水手段を備えることを特徴とするガスハイドレート採掘システム。
【請求項３】
ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、前記ガスが分離された後に残るガスハイドレートおよび水を混練してスラリー状にするスラリー生成手段と、生成されたスラリーから水を分離してスラリー中の水濃度を低下させる濃縮手段とを備えることを特徴とするガスハイドレート採掘システム。
【請求項４】
ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、前記ガスが分離された後に残るガスハイドレートを加熱し水分を蒸発させてガス化するハイドレート加熱手段を備えることを特徴とするガスハイドレート採掘システム。
【請求項５】
ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、余剰のガスを原料としてガスハイドレートを生成する生成手段を備えることを特徴とするガスハイドレート採掘システム。
【請求項６】
前記ガスが分離された残りの流体を脱水する脱水手段を備えることを特徴とする請求項１または５記載のガスハイドレート採掘システム。
【請求項７】
前記脱水手段において分離された水に含まれるガス成分を回収するガス回収手段を備えることを特徴とする請求項２または６記載のガスハイドレート採掘システム。
【請求項８】
前記ガスが分離された後に残るガスハイドレートおよび水を混練してスラリー状にするスラリー生成手段と、生成されたスラリーから水を分離してスラリー中の水濃度を低下させる濃縮手段とを備えることを特徴とする請求項１または５記載のガスハイドレート採掘システム。
【請求項９】
前記濃縮手段において濃縮されたスラリーの濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記濃縮手段を制御することを特徴とする請求項３または８記載のガスハイドレート採掘システム。
【請求項１０】
前記濃縮手段において分離された水に含まれるガス成分を回収するガス回収手段を備えることを特徴とする請求項３，８および９のいずれか記載のガスハイドレート採掘システム。
【請求項１１】
前記ガスが分離された後に残るガスハイドレートを加熱し水分を蒸発させてガス化するハイドレート加熱手段を備えることを特徴とする請求項１または５記載のガスハイドレート採掘システム。
【請求項１２】
前記ハイドレート加熱手段は、前記施設内熱源を利用して前記ガスハイドレートを加熱することを特徴とする請求項４または１１記載のガスハイドレート採掘システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に存在するガスハイドレートを採掘する技術に関し、特に採掘に必要となるエネルギーを調達する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスハイドレートとは、気体ガス分子と水分子とからなる氷状の個体物質である。いうまでもなく水分子は１個の酸素原子と２個の水素原子とからなるが、液体の状態では複数の水分子が結合したり離れたりしており、数十個の水分子が結合した状態はクラスター（駕籠）構造と呼ばれる。クラスター構造は液体の状態では不安定であるが、加圧したり冷却したりすると安定し、クラスター構造を構成する水分子の数も増加する。
【０００３】
ここに十分な気体分子が存在すると、駕籠状になった空隙の内側に気体分子が取り込まれて水和物が生成される。クラスター構造の空隙に気体分子を取り込んだものはガスハイドレートと呼ばれ、特にメタン分子を取り込んだものはメタンハイドレートと呼ばれる。
【０００４】
主にメタンを多く含むガスハイドレート、すなわちメタンハイドレートは、自然界では永久凍土の下や水深５００ｍ前後以深の海底地盤中に存在することが明らかになっている。その埋蔵量は非常に膨大で、従来の化石燃料に替わる次世代のエネルギー資源として大きな期待が寄せられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
メタンハイドレートの存在は、海底の音波探査や試掘等によって裏付けられているが、その特異な性状から、石油や天然ガス等の従来の化石燃料とは異なる独自の掘削技術を確立する必要がある。
【０００６】
例えば、メタンハイドレートを産出するガス田は、人間が生活するには困難な極寒の大陸の果てであったり陸地から遠く離れた遠洋の海底に存在する場合が多いので、掘削に必要なエネルギーを如何にして調達するかが大きな問題となる。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、地中に存在するガスハイドレートを、外部からエネルギーの供給を受けることなく独自に調達することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成を採用する。
すなわち本発明に係るガスハイドレート採掘システムは、ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の排熱を回収する排熱回収熱交換器と、前記分離手段に導入される以前の流体を、前記排熱回収熱交換器で回収された熱によって加熱する流体加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、採掘されたガスの一部を、発電機の駆動手段や施設内熱源の燃料としたり、駆動手段の排熱を施設内熱源として利用したりすることにより、施設内で必要となる電力や熱のエネルギーを外部からの供給を受けることなく調達することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係るガスハイドレート採掘システムは、ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、前記ガスが分離された残りの流体を脱水する脱水手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、ガスハイドレートを脱水することにより、輸送の効率を高めることが可能となる。
【００１６】
上記発明において、前記脱水手段において分離された水に含まれるガス成分を回収するガス回収手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
水にはガス成分が豊富に含まれており、十分に利用価値を秘めている。そこで本発明においては、ガス飽和水に含まれるガス成分を回収することにより、資源の収率を高めることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係るガスハイドレート採掘システムは、ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、前記ガスが分離された後に残るガスハイドレートおよび水を混練してスラリー状にするスラリー生成手段と、生成されたスラリーから水を分離してスラリー中の水濃度を低下させる濃縮手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
上記発明において、前記濃縮手段において濃縮されたスラリーの濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記濃縮手段を制御することを特徴とする。
【００２０】
ガスハイドレートの輸送の方法としては、ａ）固形にして容器に詰めて運ぶ、ｂ）スラリー状にしてパイプラインを通じて搬送する、ｃ）ガス状にしてパイプラインを通じて搬送する、が一般的である。そこで本発明においては、採掘されたガスハイドレートをスラリー状に加工し、適度な濃度調節を行うことでパイプラインを通じての搬送が可能となる。
【００２１】
上記発明において、前記濃縮手段において分離された水に含まれるガス成分を回収するガス回収手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
水にはガス成分が豊富に含まれており、これも十分に利用価値を秘めている。そこで本発明においては、ガス飽和水に含まれるガス成分を回収することにより、地下資源の収率を高めることが可能となる。
【００２３】
また、本発明に係るガスハイドレート採掘システムは、ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、前記ガスが分離された後に残るガスハイドレートを加熱し水分を蒸発させてガス化するハイドレート加熱手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
上記発明において、前記ハイドレート加熱手段は、前記施設内熱源を利用して前記ガスハイドレートを加熱することを特徴とする。
【００２５】
本発明においては、採掘されたガスハイドレートをガス状に加工することでパイプラインを通じての搬送が可能となる。
【００２６】
また、本発明に係るガスハイドレート採掘システムは、ガスハイドレート、ガスおよび水が混在する状態の流体から少なくともガスを分離する分離手段と、施設内電力を発電する発電機と、前記分離手段において分離されたガスの一部を燃料とし該発電機を駆動する駆動手段とを備え、余剰のガスを原料としてガスハイドレートを生成する生成手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明においては、分離手段において発生した余剰のガスを原料としてガスハイドレートを生成することにより、地下資源の収率を高めることが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るガスハイドレート採掘システムの第１の実施形態を図１および図２に示して説明する。
図１には海底地盤に埋蔵された主にメタンを多く含むガスハイドレート（すなわちメタンハイドレート）およびメタンを主成分とする天然ガスを掘削する洋上施設を示す。図において符号１は洋上に設置されたプラットフォーム、２はプラットフォーム１上に設けられたガスハイドレート採掘システム、３は採掘されたメタンガスからメタンハイドレートを生成する生成設備、４は地中のハイドレート層Ｈからメタンハイドレートを導通するハイドレート用配管、５は地中のガス層からメタンガスを導通するガス用配管である。プラットフォーム１上で高濃度化もしくは生成されたメタンハイドレートは、輸送船６によって海上を輸送され、陸地に設けられた貯蔵施設７に蓄えられる。
【００２９】
ガスハイドレート採掘システム２には、図２に示すように、ハイドレート用配管４を通じて地中から引き上げられる流体（この流体にはメタンハイドレート、メタンガスおよび水が混在する）からメタンガスを分離する分離装置（分離手段）１０と、プラットフォーム１内で必要な電力を発電する発電機１１と、発電機１１を駆動する原動機（駆動手段）１２とが設けられている。
【００３０】
分離装置１０には、メタンハイドレート、メタンガス、水の比重差を利用する沈降槽や、遠心力を利用するサイクロン型の分離器、慣性力を利用する分離器等が採用されている。また、分離装置１０には、流体からメタンガスを分離する機能に加えて流体に含まれる水や砂礫を分離し外部に排出する機能が与えられている。発電機１１には、プラットフォーム１内の電力需要に十分応えられるだけの容量を備えるものが採用されている。原動機１２には、ガスエンジンやガスタービン等の内燃機関が採用されており、その燃料には分離装置１０において分離されたメタンガスの一部が利用されるようになっている。
【００３１】
ガスハイドレート採掘システム２には、原動機１２の排熱をプラットフォーム１内の熱源として利用するための手段として、排熱回収熱交換器１３と、排熱回収熱交換器１３に熱媒を供給するポンプ１４とが設けられている。なお、熱媒となる水には別途容易した真水が使用されるが、現地で容易に調達可能な海水を利用することも可能である。
【００３２】
排熱回収熱交換器１３には、原動機１２から排出される熱量を補うための燃焼器１５が接続されている。燃焼器１５の燃料には、原動機１２と同じく分離装置１０において分離されたメタンガスの一部が利用されるようになっている。分離装置１０から燃焼器１５へのガス配管１６には、必要に応じてメタンガスの供給量を調節する調整弁１６ａが設けられている。
【００３３】
排熱回収熱交換器１３において熱媒に回収された熱は、熱媒配管１７を通じてプラットフォーム１内の熱を必要とする設備に供給されるようになっている。熱を必要とする設備としては、ハイドレート用配管４には、内部を流通する流体を加熱してガスハイドレートを分解しガス濃度を高める熱交換器（流体加熱手段）１８がある。その他にも、掘削時に海底地盤中のメタンハイドレートを分解したりハイドレート用配管４の途中でメタンハイドレートを分解して凍結による管の閉塞を防止したりと、熱を必要とする様々な設備に利用されるようになっている。
【００３４】
ガスハイドレート採掘システム２には、分離装置１０において分離されたメタンガスのうち、原動機１２や燃焼器１５に燃料として供された分を差し引いた残りのメタンガスを原料としてガスハイドレートを生成する生成装置１９が設けられている。
【００３５】
さらに、ガスハイドレート採掘システム２には、分離装置１０において分離されたメタンハイドレートおよび生成装置１９において生成されたメタンハイドレートを脱水してメタンハイドレートの含水率を低下させる脱水装置２０と、脱水装置２０において含水率を低下させたメタンハイドレートを冷却する冷却装置２１と、冷却されたメタンハイドレートを圧密成形する圧密装置２２と、成形されたメタンハイドレートを減圧する減圧装置２３とが設けられている。
【００３６】
分離装置１０や生成装置１９、脱水装置２０、冷却装置２１、圧密装置２２、減圧装置２３はもとより、プラットフォーム１内に設置されたあらゆる機器駆動するために必要な電力は、すべて発電機１１で発電される電力によって賄われるようになっている。
【００３７】
上記のように構成されたガスハイドレート採掘システムにおいては、まず、ハイドレート用配管４を通じて引き上げられた流体（メタンハイドレート、メタンガスおよび水が混在する）が分離装置１０に導入され、メタンガスが分離される。さらに、メタンハイドレートと水（砂礫を含む）とが粗く分離される。砂礫を含む水は外部に排出される。
【００３８】
分離装置１０において分離されたメタンガスの一部は原動機１２の燃料として使用され、発電機１１を駆動してプラットフォーム１内で使用される電力を発電する。原動機１２から出る排熱は排熱回収熱交換器１３に導入され、熱媒である水を加熱する。加熱された熱媒は、プラットフォーム１内の熱を必要とする設備に熱媒配管１７を通じて供給される。
【００３９】
プラットフォーム１内で必要とされる熱量が、原動機１２の排熱だけでは賄えない場合には、調整弁１６ａが開かれるとともに燃焼器１５が稼働し、発生する熱が排熱回収交換器１３に導入され、熱媒の加熱に利用される。
【００４０】
分離装置１０において分離されるガス量自体が少なく、燃焼器１５を稼働させても必要な熱量が賄えない場合には、熱媒が熱交換器１８に導入され、流体に含まれるガスハイドレートを加熱、分解して分離装置１０に導入されるガス量を増加させる。
【００４１】
分離装置１０において分離されたメタンハイドレートには依然多くの水が含まれている。そこで、このメタンハイドレートは脱水装置２０に導入されて脱水され、含水率の低下が図られる。
【００４２】
分離装置１０において原動機１２や燃焼器１５にメタンガスを供給しても余る場合は、余ったメタンガスが生成装置１９に導入される。生成装置１９では、原料であるメタンガスと水とが氷点よりも高温かつ大気圧よりも高圧下で水和反応してメタンハイドレートが生成される。ここで生成されたメタンハイドレートは、上記と同様に脱水装置２０に導入されて脱水される。
【００４３】
脱水装置２０において含水率を低下させたメタンハイドレートは、冷却装置２１において大気圧下でも分解しない温度にまで冷却され、圧密装置２２において貯蔵や輸送に適した形状に圧密成形され、減圧装置２３において大気圧まで減圧された後、専用の貯蔵タンク２４に詰められる。
【００４４】
貯蔵タンク２４に詰められたガスハイドレートは、積荷装置２４によって貯蔵タンク２３ごと輸送船６に積み込まれ、洋上を貯蔵施設７に向けて輸送される。
【００４５】
次に、本発明に係るガスハイドレート採掘システムの第２の実施形態を図３に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態のガスハイドレート採掘システムには、分離装置１０において分離されたメタンハイドレートとそれに含まれる水とを混合してスラリー状に加工するスラリー製造装置（スラリー生成手段）３０が設けられている。このスラリー製造装置３０には、生成装置１９からもメタンハイドレートが供給されるようになっている。
【００４６】
さらに、スラリー状に加工されたメタンハイドレートから水を分離してスラリー中の水濃度を低下させる濃縮装置（濃縮手段）３１と、濃縮されたメタンハイドレートの濃度を測定する濃度計３２とが設けられている。濃縮装置３２は、濃度計３２によって測定されたメタンハイドレートの濃度に基づき、排水管３３に設けられた排水弁３３ａを開閉することによって制御されるようになっている。
【００４７】
濃縮装置３２から分離される水はメタンを豊富に含んだ飽和水である。そこで、本実施形態のガスハイドレート採掘システムには、濃縮装置３１においてメタンハイドレートから分離されたメタン飽和水に含まれるガス成分を回収するガス回収手段として、排水管３３に接続される貯水槽３４と、貯水槽３４内のメタン飽和水を加熱してメタンガスを発生させるヒータ３５と、貯水槽３４内のメタンガスを生成装置１９に導くガス配管３６とが設けられている。ヒータ３５の熱源には、排熱回収熱交換器１３において加熱された熱媒が当然のごとく利用されている。
【００４８】
上記のように構成されたガスハイドレート採掘システムにおいては、分離装置１０において分離されたメタンハイドレートと、生成装置１９において生成されたメタンハイドレートとが、スラリー製造装置３０に導入されてスラリー状に加工される。
【００４９】
スラリー状に加工されたメタンハイドレートは、ポンプ３７によって濃縮装置３１に搬送され、水を分離されて濃縮される。濃縮後のメタンハイドレートは濃度を計測され、所定の濃度に満たない場合は排水弁３３ａの開度を制御されることにより、メタンハイドレートの濃度調節がなされる。
【００５０】
適切な濃度に濃縮されたメタンハイドレートは、プラットフォーム１と陸地の貯蔵施設７との間に敷設されたパイプラインＰＬを通じて貯蔵施設７に送出される。
【００５１】
次に、本発明に係るガスハイドレート採掘システムの第３の実施形態を図４に示して説明する。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態のガスハイドレート採掘システムには、分離装置１０において分離されたメタンハイドレートとそれに含まれる水とを加熱し水分を蒸発させてガス化する加熱装置（ハイドレート加熱手段）４０が設けられている。加熱装置４０の熱源には、排熱回収熱交換器１３において加熱された熱媒が当然のごとく利用されている。
【００５２】
上記のように構成されたガスハイドレート採掘システムにおいては、分離装置１０において分離されたメタンハイドレートが、加熱装置４０に導入されて加熱され、ガス化される。
【００５３】
加熱装置４０において生成されたメタンガスと、分離装置１０の余剰のメタンガスとは、パイプラインＰＬを通じて貯蔵施設７に送出される。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、採掘されたガスの一部を、発電機の駆動手段や施設内熱源の燃料としたり、駆動手段の排熱を施設内熱源として利用したりすることにより、必要となる電力や熱のエネルギーを外部からの供給を受けることなく調達することができる。
【００５５】
本発明によれば、得られたガスハイドレートを脱水することにより、輸送の効率を高めて生産性を向上させることができる。
【００５６】
本発明によれば、脱水によってガスハイドレートから分離されるガス飽和水中のガス成分を回収することにより、地下資源の収率を高めて生産性を向上させることができる。
【００５７】
本発明によれば、採掘されたガスハイドレートをスラリー状に加工したり、ガス化したりすることでパイプラインを通じての搬送が可能となり、継続的な資源供給を行うことができる。
【００５８】
本発明においては、濃縮によってガスハイドレートから分離されるガス飽和水に含まれるガス成分を回収することにより、地下資源の収率を高めて生産性を向上させることができる。
【００５９】
本発明においては、分離手段において発生した余剰のガスを原料としてガスハイドレートを生成することにより、地下資源の収率を高めて生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る第１の実施形態を示す図であって、海底地盤に埋蔵されたメタンハイドレートおよび天然ガスを掘削する洋上施設を示す概略図である。
【図２】  同じく第１の実施形態を示す図であって、システムの全体概要を示す図である。
【図３】  本発明に係る第２の実施形態を示す図であって、システムの全体概要を示す図である。
【図４】  本発明に係る第３の実施形態を示す図であって、システムの全体概要を示す図である。
【符号の説明】
２      ガスハイドレート採掘システム
４      ハイドレート用配管
１０    分離装置（分離手段）
１１    発電機
１２    原動機（駆動手段）
１３    排熱回収熱交換器
１５    燃焼器
１８    熱交換器（流体加熱手段）
２０    脱水装置
３０    スラリー製造装置（スラリー生成手段）
３１    濃縮装置（濃縮手段）
３２    濃度計
３４    貯水槽
４０    加熱装置（ハイドレート加熱手段）
【図１】
0004968998.tif 000002
【図２】
0004968998.tif 000003
【図３】
0004968998.tif 000004
【図４】
0004968998.tif 000005