JP2000513061A - ハイドレート回収のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 海洋底上のハイドレート層のハイドレートからのガスから液体炭化水素を回収するシステムは、船；ハイドレート層上の所望の位置に船を維持するための船に連結されたポジショニング・サブシステム；海洋底上のハイドレートからのガスを船に送出しハイドレートからガスを分離するための船に連結されたハイドレート回収サブシステム；ハイドレート回収サブシステムからガスを回収し該ガスを炭化水素に転化するためのハイドレート回収サブシステムに連結されたガス転化サブシステム；ガス転化サブシステムにより製造された液体炭化水素を保持するためのガス転化サブシステムに連結された貯蔵用および取り出し用サブシステムを含む。ガス転化サブシステムからの過剰のエネルギーは、システム中で他のどこでも使用される。海洋底からハイドレートを回収する方法も、提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 ハイドレート回収のためのシステムおよび方法発明の技術分野 本発明は、炭化水素の製造、より詳細には、ハイドレート回収のためのシステ ムおよび方法に関する。発明の背景 ハイドレートは、クラスレートまたはクラスレート化合物と称される一群の分 子コンプレックスである。これらのコンプレックスの多くは、広い範囲の有機化 合物を含むことが公知である。それらは、代表的には、２以上のコンポーネント が、他のものにより形成された好適な構造物中で１セットの分子の完全な包囲を 介し通常の化学結合なしに会合する現象によって特徴付けられる。ガスハイドレ ートは、従って、固溶体として見なされ得、そこでは、炭化水素溶質は溶媒水の 格子中に保持されている。 メタンおよび他の炭化水素は、液体状の水または氷と反応して、水および個々 のまたは混合炭化水素の両方を含む固体化合物を形成することが公知であり、そ れは炭化水素ハイドレートの形態である。これらのガスハイドレートは、条件に 応じて組成に変 動があるが、形成し得る２つの組成は、次の通りである： CH₄5.75H₂OおよびC₃H₈17H₂O 莫大な量のメタンハイドレートが、海洋底の特定の部位に位置することが予測 されている。例えば、Richard Monastersky”The Ｍother Load of Naturaｌ Ga s，”150 Science News 298(1996)を参照。もし海洋下のメタンハイドレートが ガスの形態で効率的かつ効果的に取り出され得るなら、燃料のとてつもないソー スが人類に利用可能であろう。そのようなハイドレートを取り出す方法および装 置を開発するために為された努力は欠点を有し、ハイドレートの除去を非実用的 または非経済的なものにしたように見える。発明の概要 本発明によれば、ハイドレート回収を試みた従来の技術およびシステムに伴う 不利益および問題点を実質的に取り除くか又は減少させるハイドレート回収のた めのシステムおよび方法が提供される。本発明の１つの側面によれば、海洋底上 でハイドレートからガスを回収するシステムは、船、ハイドレート層上の所望の 位置で該船を保持するための該船に連 結したポジショニング・サブシステム、海洋底から船にハイドレートを送出し海 洋底から取り出されるハイドレートからガスを分離するための該船に連結したハ イドレート回収サブシステム、ガスを液体に転化するためのハイドレート回収サ ブシステムに連結したガス転化サブシステム、並びに貯蔵用および除去用サブシ ステムを含む。 本発明の他の側面によれば、ハイドレート回収サブシステムは、海洋底からハ イドレートを収容するための主要な導管およびコレクターを含む。本発明の他の 側面によれば、ハイドレート回収サブシステムは、ハイドレートから自己支持用 ガス・フローをセットアップするためのガス注入用導管、液体をハイドレート上 に送出させるための内部液体送出用導管、ハイドレートを通してその間に電流を 創出するための導電性部分を形成するコレクター、複数の加熱エレメントを有す るコレクター、および／またはハイドレートを攪拌するための攪拌ユニットを有 するコレクターを含み得る。 本発明の他の側面によれば、海洋底上でハイドレートから液体炭化水素を回収 するシステムと共に使用されるガス転化サブシステムは、合成ガスを製造 するための合成ガスユニット、合成ガスを液体炭化水素に転化するための該合成 ガスユニットに連結された合成ユニット、並びに合成ユニットおよび合成ガスユ ニットに連結したタービンを含み、合成ガスユニットに提供される空気を圧縮し 、エネルギーを発生するための該タービンは、ガス転化サブシステムおよびハイ ドレート回収サブシステムの少なくとも一部に動力を供給する。 本発明の他の側面によれば、海洋底上でハイドレート層上に船をポジショニン グする工程、ハイドレートを導管に送出し、ここでハイドレートは分解してガス を含む工程、ガスを合成ガス転化システムに送出する工程、合成ガス転化システ ムを使用してガスを液体炭化水素に転化する工程；およびハイドレートを導管に 送出する工程における合成ガス転化システムからのエネルギーを使用する工程を 含む方法が提供される。 本発明の技術的な利点は、転化プロセスからの過剰の動力が、海洋底からハイ ドレートを効率的に回収するのに使用され得ることである。本発明の他の技術的 利点によれば、動力増強された回収技術は、ハイドレートの迅速な除去を可能に する。図面の簡単な説明 本発明およびその利点のより完全な理解は、添付の図面と組合せた発明の詳細 な説明から明らかになる、ここで： 図1は、本発明の１つの実施態様を図解的に提示する側面図である； 図2は、本発明の他の実施態様を図解的に提示する側面図である； 図3は、本発明の１側面の他の実施態様の一部の側面図である； 図4は、本発明の１側面に従う、コレクターの横断面における側面図である； 図5は、本発明の１側面に従う、コレクターの横断面における側面図である； 図6は、本発明の１側面に従う、コレクターの横断面における側面図である； 図7は、ガス転化サブシステムの１つの実施態様の図解的流れ図である；およ び 図8は、ガス転化サブシステムの他の実施態様の図解的流れ図である。発明の詳細な説明 本発明の好ましい実施態様およびその利点は、図 面の図1-8を参照して最も良く理解され、同じ番号は、様々な図面の同じ部分お よび対応する部分のために使用される。 Ａ．はじめに 図1-8を参照すると、本発明は、ガスを含むハイドレートを回収するために使 用され得、該ハイドレートはメタンガスを保持し得る。該ハイドレートは、海洋 底のような大規模な水の底から回収され得、それは本願を通して海洋底と称され る。システム10および12は、船舶または船14および16、ポジショニング・サブシ ステム18および20、ハイドレート回収サブシステム22、23、24、25、27および29 、ガス転化サブシステム32および34、並びに貯蔵用および除去用サブシステム42 および44を含む。ハイドレート回収のためのこれらのコンポーネントおよび方法 は、本発明のさらなる側面と共に、以下で説明される。 Ｂ．船およびポジショニング・サブシステム プラットフォームのいずれの数も、システム10および12を、ハイドレート回収 のために海洋底の部分の上にポジショニングさせるために使用されるが、好まし くは、自己ポジショニング能力を備えた船舶または船、あるいは停泊(mooring) システムを備えた 船舶または船のいずれかが使用される。図1を参照すると、船舶または船50は、 海洋表面52上に示されている。船舶または船50は、船体62を端から端まで貫く水 平トンネル内に装備された、船尾スラスター54、船首スラスター56、船側首スラ スター58および船側尾スラスター60を有するダイナミックな自己ポジショニング 型船であり得る。スラスター58および60は、船50の船尾および船首で制御可能な 側面推力を提供し、船50の前進動に依拠する必要なしに船50の方位および端から 端への動きをコントロールし、船の方向舵64の横作用を提供する。スラスター54 、56、58、および60は、ガス転化サブシステムの過剰エネルギーによって動力供 給される船体62内で、主要な推進力エンジンからの制御された動力離水により、 または独立したスラスター推進力エンジン（図示せず）により、動力供給され得 る。 船50は、コントロールセンターまたはキャビン66を有して、スラスター54、56 、58および60の手動もしくは自動コントロールを提供し得る。スラスター54、56 、58、および60の自動コントロールは、衛星に基づくポジショニング情報を受け るためのGPS装置68を有するグローバルポジショニング・システム(G PS)と連結され得る。サブシステム18は、続いて、スラスター54、56、58および6 0を使用し、海洋の底または底部70に関して望ましい位置を維持する。このよう にして、一旦、ハイドレートの堆積または層72が突き止められると、層の境界は GPS装置内にプリセットされ得、その結果、予め定められたパターンがハイドレ ート層72上で船50によりトレースされる一方、ハイドレート回収サブシステム22 は海洋底70からハイドレートを回収する。 或いは、GSP装置68は、新しい位置が船50によって推定されるべきであるとオ ペレーターが決定するまで、静止的位置に船50を維持するのに使用され得る。従 って、ポジショニング・サブシステム18は、GSP装置68およびスラスター54、56 、58および60、並びに手動コントロールおよび方向舵64を含み得る。ポジショニ ング・サブシステム18は、船50を、海洋底70に関して望ましい位置に維持し得る 一方、ハイドレート回収サブシステム22は、ハイドレート堆積または層72からハ イドレートを回収ために使用される。船50は、他の特徴およびシステムを有して も良い。 図2を参照すると、船舶または船16は、海洋表面80上に示されている。船16は 、半永久的に停泊される 改造型タンカー、あるいは浮動式の貯蔵および荷揚げ船(FSO)または浮動式の製 造物貯蔵および荷揚げ船(FPSO)として公知の特殊目的船であり得る。これらの船 は、近づいてくる強烈な暴風雨または流氷条件が、船の損傷または損失の恐れが ないならば、永久に静止状態で維持するようデザインされている。 船16は、ポジショニング・サブシステム20と共に使用され、該サブシステムは 、ブイ・ローディング・システムであり得る。そのようなシステムは、浮動式ま たは半水没式の製造用プラットフォームの代わりに、水没式または水面下ブイ82 を使用し、そのブイは、海洋底84から１種以上の柔軟な昇水路(riser)または導 管のための接続点を形成する。ブイ82は、水中の平衡位置にあり、上昇可能で、 船16中の補足的タレット・サブシステム86に結合されるようにデザインされてい る。通常、ブイ82は、複数のアンカーまたはカテナリ鎖88を用いて海洋84の底部 に係留され、その結果、ブイ82は、安定な平衡位置で、望ましい水深に、垂直軸 に沿って位置決めされる。カテナリ錨線88は、ブイ82に対して一端で結合され、 他端は、棒パイル92に連結されるか、或いは、海洋底84上に比較的安定に維持さ れる。 ブイ82は、その重量および錨鎖88からの荷重ならびに任意の昇水路の重量を担 持する十分な浮力を有する一方、水中の積荷位置と呼ばれる予め決められた中立 の位置を仮定するよう寸法設計されている。ブイ82は、十分な浮力を与えられ、 ウィンチおよびワイア・システムの助けを得てブイ82上に位置する船16と接触す るよう上昇され得る、或いは、それ自身の浮力下で上昇され得る。船16は、下方 に開口するトンネルまたはシャフト90として記載されるローディング・システム を有し得、該トンネルまたはシャフトは、ブイ82を受け、それに結合するための 回転可能なタレット・サブシステム86を有する。ブイ82およびタレット86は、風 および天候が、ブイ82に対して、即ち、風見に対して船16を回転させるのを可能 にする。他の停泊システムの如何なる数も、システム12に関連して、ポジショニ ング・サブシステム20として使用され得る。船停泊システムの他の例は、Vessel Mooring Systemという名称の米国特許第4,604,961号に示され、該特許は全ての 目的のために本明細書中に参考として援用される。 カテナリ錨線88、棒パイル92、ブイ82、およびタレット86を有するポジショニ ング・サブシステム20 は、海洋底84に関して相対的位置で船16を維持する一方、ハイドレート回収シス テム24は、ハイドレート堆積または層94からハイドレートを回収するために使用 される。船16は、プロセシング・サブシステム28並びに貯蔵用および除去用サブ システム44の全てまたは一部を維持するように使用され得る。 Ｃ．ハイドレート回収サブシステム 一般に、ハイドレートは、幾つかの技術により海洋表面(ocean surface)から 除去され得る。一つの技術は、ハイドレートの表面における周囲温度においてハ イドレートの分解が起こる値までハイドレートの表面の直ぐ上の圧力を減少させ ることを含む。また、ハイドレートは、ハイドレートの表面の圧力においてハイ ドレートが分解する温度にまでハイドレートを温めることにより、除去され得る 。また、ハイドレートは、表面上に触媒を導入しハイドレートの分解を引き起こ すことにより除去され得る。触媒は、単に、例えばメタノール又はアンモニアな どの凝固点降下剤である。これらの技術の組み合わせも、また利用できる。これ らの技術及び他の同様の技術の全ては、ハイドレート回収サブシステムの一面と して使用されてもよく、多くの場合、ガス転化サブ システムからの過剰なエネルギーを使用し得る。 再び図１を参照すると、ハイドレート回収サブシステム２２は、層(formation )７２などのハイドレート層に対して置かれたテント又は装置であるコレクター ９６を含んでいてもよい。コレクター９６は、最初は海洋底７０からハイドレー ト７２を除去するために用いられる。コレクター９６は、コレクター９６と船５ ０との間を走る導管９８に流動的に連結されている。コレクター９６に最も近い 導管９８には、セーフティーコントロールバルブ１００が取り付けられていても よい。導管９８の中間部分には、ダンプバルブ１０２があってもよい。システム ２２が後述するように大きい範囲まで自蔵動力的であってもよいので必要とされ 得る、コレクター９６から導管９８への流体及びハイドレートの流れを制限し、 あるいは導管９８への流れを完全に閉止するために、セーフティーコントロール バルブ１００は、船５０からコントロールされてもよい。ダンプバルブ１０２は 、サブシステム２２による送出の運転停止中に、海洋底７０から持ち上げられた 全ての泥、沈殿物又は他の粒子を導管９８から除去するために、備えられていて もよい。ダンプバルブ１０２は、例えば自 動ダンプバルブという名称の米国特許第４，３２８，８３５号に示されているバ ルブに類似したものであってよく、全ての目的のために本明細書に参照として援 用される。 陸への輸送のためにハイドレートからのガスを液体に転化し得る船５０へ海洋 底７０からハイドレート７２を除くために本発明の一つの側面として使用され得 る多数の技術がある。図１の実施態様では、海洋底７０の周囲圧力よりも低い圧 力がコレクター９６で作られ、それが海洋底にハイドレート７２を保持し得る泥 及び沈殿物が除去される原因となる一方で、コレクター９６及び導管９０に引き 込まれるハイドレート７２の部分が生ずるようにハイドレート７２の上の圧力を 十分に低くする。コレクター９６及び導管９８における圧力の減少については、 圧力が減少すると、ハイドレートが導管９８を通って海表面５２に向かって移動 し、ガスが格子から逃れるとき、ハイドレートはガス及び水に転化される。示さ れている実施態様においては、液体−ガスセパレーター１０４の任意の数が使用 できる。セパレーター１０４は、例えば遠心分離セパレーターであってもよい。 導管９８を通じて船５０に送出された生成物からガスが一度除去されると、液 体部分は船５０の放出出口１０６を通じて放出され得る。海洋底７０からコレク ター９６へのハイドレート及び流体の流れを開始するために、ガス注入ライン１ ０８が制御可能なガスリフトバルブ１１０と共に使用され得る。導管９８におけ る流れを開始するために、バルブ１００及びバルブ１０２を開いたままとし、同 時にメタンなどのガス又は空気がライン１０８からバルブ１１０を通じて導管９ ８に注入され、導管９８中の流れを開始させる、ガスリフトバルブ１１０上に最 も近い導管９８における低圧を引き起こす。次いで、ガスリフトバルブ１１０は 、導管９８のその部分において所望の圧力差を維持するために必要なガスを供給 し続ける。コレクター９６を通じて海洋底７０から回収されたハイドレートは、 それらの中に閉じこめられているガスを放出するので、ガス泡が導管９８内で形 成され、それ自身の圧力上昇を引き起こすので、コレクター９６内により速いか 又はより強い負の圧力が要望されない限り、ライン１０８を通じたガスの連続的 注入は、一般的には必要とされないであろう。導管９８における流れは、自動的 に継 続しているので、導管９８における流速をコントロールし、流れを停止できるよ うにするために必要なことは、バルブ１００により対処され、既述のように、ダ ンプバルブ１０２は、ライン９８から固体粒子を除去する助けのために使用され 得る。所望ならば、無数のダンプバルブ１０２が導管９８に供給され得る。 図２では、ハイドレート回収システム２４は、コレクター１１２、導管１１４ 、セーフティーコントロールバルブ１１６、ガス注入ライン１１８及びガスリフ トバルブ１２０と共に示されている。また、ダンプバルブ１１５は、運転停止中 に導管１１４から固体を除去するために導管１１４の中に置かれてもよい。これ らの特徴について、それらは図１に示された対応するエレメントに類似して機能 するけれども、システム２４はまた、入口１２２と中間液体出口１２４を含む。 入口１２２及び出口１２４は、明示されていないけれども、バルブにより選択的 に開閉され得る。システム２４は、図１のものと同じように操作され得るが、代 替的に、入口１２２を下方のコレクター１１２のより下の部分に流動的に連結し ている導管１１４に位置するセンターパイプの 中に食塩水や海水が入れるようになっており、その結果、導管１１４がバルブ１ ２０のガス注入ライン１１８によりイニシエーションを通って負の圧力が供給さ れたとき、液体が入口１２２の中に駆り出され、更に海洋底８４に送出される。 これは、ハイドレート９４の除去を容易にする。出口１２４は、導管１１４を通 じて移動してきた食塩水又は水のいくらか又は全部を除去するために使用され得 る。或いは、液体の全ては、船１６上のガス−液体セパレーター１２６を用いて 除去することができる。 図３には、他のハイドレート回収サブシステム２３が示されている。サブシス テム２３は、コレクター１３０及び導管１３２を有している。導管１３２は、ハ イドレートを、海洋底１３６上のハイドレート層１３４から気−液セパレーター １３８へ運ぶために、使用される。そこを通過する流速を制御するため、又は船 から選択的に操作するとそれを完全に閉じるために、導管１３２にセフティーコ ントロールバルブ１４０を取り付けることができる。また、導管１３２中の流れ が（意図的に又は非意図的に）停止している間、導管１３２からの固体の除去を 提供するために、導管１３２中にダンプバルブ１４２ を含めることができる。導管１３２中に生じる圧力と流れのために、ひとたびハ イドレート１３４が入り込みそこでガスに転化されると、多くの状況で噴出プリ ベンター１４４を含むことが望ましいだろう。 内部液体送出導管１４６は、導管１３２の一部を貫通していても良い。内部液 体送出導管１４６は、導管１３２の中間部分から下部のコレクター１３０に海水 又はブラインを送出することができる。内部液体送出導管１４６のコレクター１ ３０内の部分は、ハイドレート１３４の撹拌を促進するのを助ける多くの穿孔１ ４８を含むことができるので、コレクター１３０中のより低い圧力と共に導管１ ４６から送出された流体により供給された液体輸送が、ハイドレート１３４を導 管１３２中へ送出するのを助けることができる。 流体を導管１４６中へ流させるため、入口１５２と内部液体送出導管１４６の 間に、ポンプ１５０を設けることができる。ポンプ１５０は、ガス転化サブシス テム３１からの過剰エネルギーを用いる動力ライン１５４により、動力を供給さ れ得る。運転において、ポンプ１５０は、ハイドレート１３４の導管１３２中へ の流れを開始するためにのみ必要とさ れ、そしてハイドレート１３４からのガスの放出のため自動推進又は自家推進さ れ得る。しかし、ポンプ１５０は、海洋底１３６からのハイドレート１３４の除 去速度をより高めるため、運転し続けることができる。 導管１３２を通して送出された液体及び気体は、気−液セパレーター１３８に 供給される。気−液セパレーター１３８は、排出出口１５６を通して、液体部分 を排出することができる。セパレーター１３８で分離されたガスは、必要ならフ ィルター１６０のような多くのフィルターを含みうる導管１５８へ送出でき、又 はガス転化サブシステム３１又はガス貯蔵部１６１へ直接送出でき、そこではバ ルブ１６４で調節された更に他の導管１６２を通してガス転化サブシステム３１ へ送出できる。以下に更に記載されるように、ガス転化サブシステム３１は、そ のガスを液体炭化水素に転化でき、該炭化水素は一つ以上の導管１６６を通って 貯蔵及び除去サブシステムヘ送出できる。 図４には、他のハイドレート回収サブシステム２５が示されている。サブシス テム２５は、海洋底１７２上のハイドレート１７０をコレクター１７４へ 流し込む第一の手段として、又は導管１７６中への送出速度の補足を助けるため の第二のシステムとして、これまでのハイドレート回収システムにおいて示され たいずれの特徴を使用してもよい。サブシステム２５は、第一電極１７８及び第 二電極１８０を含むことができる。電極１７８は、コレクター１７４の二分の一 を形成しており、例えば、もしコレクター１７４が円形であれば、それはコレク ター１７４のほぼ１８０度を形成するであろう。電極１８０は、電極１７８の反 対側に、電極１７８と電極１８０の間に供給される小さな絶縁材と共に、形成で きる。導電ライン１８２は、電極１８０と導電ライン１８４により生ぜられる流 路（flow path）の第二の部分で、電極１７８に電力を供給するために使用され る。この配置で、電流は、参照番号１８６で一般的に示されるように、電極１７ ８からハイドレート１７０を通って電極１８０へ流れるハイドレート１７０中に 生じ得る。電極は、ガスの液体サブシステムへの過剰電力により、動力が供給さ れる。コレクター１７４の異なる部分からの電流の通過に関して、その方法論は 、全ての目的のため本明細書に参照として援用される、地下の層からのオイルの 製造法と いう表題の米国特許第3,920,072号により示されるように、地下の層における第 一電極から第二電極への電流の通過に類似するであろう。 次に、図５には、他のハイドレート回収サブシステム２７が示されている。海 洋底１９２上のハイドレート１９０をコレクター１９４及び導管１９６中へ入れ るための第一の手段として、サブシステム２７は、機械的撹拌装置又はモータ２ ００により回転若しくは駆動されるオーガー１９８を含み得る。モータ２００は 、ライン２０２により供給される動力での電気的に、又はライン２０２により供 給される流体での流体駆動モータであってもよい。 次に、図６は、他のハイドレート回収サブシステム２９が示されている。図４ 及び５での様に、サブシステム２９は、海洋底２０６上のハイドレート２０４を コレクター２０８及び導管２１０中へ入れるための付加的な装置及び方法論を示 しており、それは、ハイドレート除去の第一の手段であり得るし、又は以前に存 在した補助的なハイドレート回収システムであり得る。システム２９は、電気抵 抗加熱エレメント又は複数の抵抗加熱エレメント２１２を含み、該エレメント２ １２はそこに熱を供給してハイ ドレート層２０４を運ぶ原因であり得る。抵抗加熱エレメント２１２は、動力ラ イン２１４によりエネルギーを与えられる。ハイドレート２０４の温度の上昇は 、その中にロックされたガスをコレクター２０８及び導管２１０中へ放出させる であろう。代替的な実施態様によれば、ガス転化サブシステムからの廃熱は、ハ イドレート回収サブシステムに、蒸気又は熱水の形態で導くことができる。 Ｄ．ガス転化サブシステム ガス転化サブシステムは、ハイドレートから回収されたガスを、より容易に、 例えば輸送タンカーにより輸送可能な、より重い炭化水素又は液体に転化する一 方で、ハイドレート回収サブシステムによるハイドレート回収を促進する過剰な 動力を産み出す。この点に関し、フィッシャー−トロプシュを用いる炭化水素の 合成的な製造は、ガス転化の望ましい方法論である。題名が、ガス状軽炭化水素 からより重い炭化水素の製造方法及び装置である米国特許4,883,170及び題名が 、ガス状軽炭化水素からより重い炭化水素の製造装置である米国特許4,973,453 が参照され、両者とも、全ての目的のための参考文献として本明細書に援用され る。これら二つの特許は、転化 サブシステムの一態様として使用されうる背景及び技術を説明する。そのような 転化の合成プロセスを具体化する本発明のさらなる態様をここで示す。各種のバ ルブ、熱交換器及びセパレーターがガス転化サブシステムの一部として含まれう ることは、当業者によって理解される。当該サブシステムを船に据え付けること を便利にするために小さなフットプリントを有するガス転化サブシステムを使用 することが好ましい。 ここで図７について、サブシステム32について、合成ガスユニット302を合成 ユニット304及びガスタービン306と結合することにより利点が得られるであろう 。合成ガスユニットは、合成ガスを液体又は固体炭化水素の形態（以下、”液体 炭化水素”）に転化する合成ユニットに送出される合成ガスを製造する。システ ム32は、転化プロセスに最低限の動力を供給するためにガスタービン306を使用 するが、好ましくは、ハイドレート回収サブシステムの動力供給又は補助に使用 されうる、少なくとも幾分かの付加的な動力を供給するために設計される。 ガスタービン306は、圧縮セクション308及び膨張タービンセクション310を有 する。膨張タービンセク ション310によって産み出された動力は、シャフトであってよいリンケージ312に よって、圧縮セクション308を駆動し、圧縮セクション308の要求を超える余分な 動力は、生産物314によって比喩的に示された電気の生成又は他の装置の駆動に 使用され得る。動力テイクオフ314は、電気的又は機械的動力を、ハイドレート 回収サブシステムに供給するため、該サブシステムに結合されてもよい。圧縮セ クション308は、入口又は導管316を有し、示される実施態様ではコンプレッサー 308が空気を受け入れている。圧縮セクション308は、圧縮された空気を解放する ための出口又は導管318も有する。膨張タービン310は、入口又は導管320及び出 口又は導管322を有する。圧縮セクション308の出口318は、圧縮された空気を合 成ガスユニット302へ導管360を通して供給する。 合成ガスユニット302は、多くの構成を取ってもよいが、特定の示された実施 態様においては、合成ガスリアクター324を含み、該リアクターはここに示され るように、自熱改質リアクターであってもよい。ガス状軽炭化水素の流れ、即ち 、天然ガス流は、入口又は導管325によって、合成ガスリアクター324に送られる 。導管325は、ハイドレート回収サブシステ ムからのガスが送出され；例えば、図３の導管162は図７の入口325と直接連結し てもよい。合成ガスユニット302は、１又はそれ以上の熱交換器326も含む。該熱 交換器は、示された実施態様では、合成ガスリアクター324の合成ガス流出出口3 28の温度を減少させる冷却器である。熱交換器326は、その生産物をセパレータ ー332の入口330に送出する。セパレーター332は、出口334に送出される水分を除 去する。いくつかの例では、導管334中の水蒸気としての水を膨張タービン310に 導入することが望ましいかもしれない。合成ガスは、出口又は導管336を通って セパレータ332を流出する。出口336を通って流出する合成ガスは、合成ユニット 304に送出される。 合成ユニット304は、多くの材料を合成するために使用されうるが、特定の実 施例において、より重い炭化水素の合成に使用される。合成ユニット304は、フ ィッシャー−トロプシュ（F-T）リアクター338を含み、該リアクターは、適当な 触媒、例えば鉄又はコバルトに基づく触媒を包含する。フィッシャーートロプシ ュリアクター338の生産物は、熱交換器342及びその次のセパレーター344へと進 む出口340に送出される。 セパレーター344に入る生産物は、まず入口346に送出される。セパレーター34 4は、その中で分離されたより重い炭化水素を、出口又は導管350を通して貯蔵タ ンク又はコンテナ348に送出する。貯蔵タンク又はコンテナ348は、後述するよう に、例えば、ガス転化サブシステム32を係留する船に直接設置されうるか又はそ れに付属したタンカー船上にであり得る、貯蔵及び除去サブシステムの一部であ る。導管350は、従来の分取ユニットのような付加的な構成要素を含んでよい。 セパレーター344から取り出された水は、出口又は導管352に送出される。いくつ かの例においては、導管352中の水蒸気としての水を膨張タービン310に送出する ことが望ましいかもしれない。セパレーター344からの残りのガスは出口又は導 管354を通って出る。 システム32は、タービンと付随する燃焼器356を含む。焼却器356は、出口318 を合成ガスリアクター324と接続する導管360と流動的に接続する導管358を通っ て送出された圧縮セクション308からの空気を受け入れる。また、セパレーター3 44によって導管354に送出された残りのガスは、焼却器356に接続される。導管35 4の中の残りのガスは、導管358に送出され、 次いで燃料として焼却器356に送出される。残りのガスの付加的な加工が、焼却 器356に送出前に行われてよい。中間導管360と、導管354と導管358との接続は、 必要なように導管354中の圧力を調和するために、圧縮セクション308から焼却器 356へ送出される圧力を落とすためのバルブ（明示されていない）であってよい 。焼却器356の生産物は、膨張タービン310へ送出される。いくつかの実施態様に おいて、焼却器356は、ガスタービン306自体の一部として組み込まれ、他の実施 態様において、合成ガスリアクター324及び焼却器356は、コンビネーションATR 及び焼却器を形成するため結合されうる。 図８を参照すると、他のガス転化サブシステム３４が示されている。該システ ム３４は、殆どの点において、サブシステム３２と類似している。類似の又は対 応する部分は、図７のそれとの対応関係を示すために、同一の下二桁の数字を有 する参照番号で示す。図８における変更を以下に記載する。 図７−８に関して記載されたフロント−エンドプロセスの好ましい運転圧力は 、５０psig〜５００psigの範囲である。より好ましい運転圧力は、１００psig〜 ４００psigである。この比較的低い運転圧力 は、殆どのガスタービンの範囲内であるという利点があり、そのため、追加的な 圧縮が最小限となる。また、合成ガス製造ユニット３０２（図７）を比較的低い 圧力で運転することは、改質反応の改善された効率という利点を有し、天然ガス のような炭素質供給の、二酸化炭素ではなく一酸化炭素への高い転化をもたらす 。加えて、炭素の生成に至る望ましくない反応が、より低い圧力で生じにい。 いくつかの場合には、圧力降下が大きすぎて圧縮セクション３０８を駆動する のに十分なエネルギーを回収できないならば、又は、フィッシャー−トロプッシ ュ反応器３３８において使用された触媒がより高い運転圧力を必要とするならば 、サブシステム３２のプロセス圧力を増加するのが望ましいことがある。いずれ の場合も、より高い圧力が要求されるならば、合成ガスユニット３０２において 製造された合成ガスは、図８に示すように、コンプレッサー４６４により更に圧 縮してもよい。 この構成（図８）において、合成ガスユニット４０２は、前記した理由（反応 器３２４のより高い効率及び固体炭素生成のより低い可能性）から比較的低い圧 力で運転され、一方、フィッシャートロプシ ュ反応器４３８は高められた圧力で運転される。サブシステム３４のこの構成は 、タービン４０６のためのより多くの動力を回収するという利点があるが、この パワーの殆どは、おそらく、合成ガスブースターコンプレッサー４６４を駆動す るのに必要とされるであろう。また、この構成は、フィッシャートロプシュ反応 器４３８を、使用触媒に応じて当該反応の効率を改善する高圧で運転するという 利点をも有する。多数の修飾又は調整をサブシステム３２及び３４に施すことが できるが、本発明の重要な側面は、サブシステム３２及び３４からの過剰のエネ ルギーが、ハイドレート回収サブシステム２２、２３、２４、２５、２７及び２ ９に動力供給しアシストするのに向けられるということである。 Ｄ．貯蔵及び除去サブシステム 貯蔵及び除去サブシステム４２及び４４は多くの実施形態をとることができる が、ガスを、望ましいならば、ガス転化サブシステム３１、３２及び３４による プロセシングの前に保持するように設計され、岸への輸送のために待機している 間に、また、貯蔵室からの除去を便利にするために液体炭化水素を保持するよう に設計される。図１を参照すると、貯蔵 及び除去サブシステム４２は、船５０の一つの態様として示されている。この実 施形態において、船５０は、ガス転化サブシステム２６により送出された液体炭 化水素を保持するための大きい貯蔵タンクを備えていてもよい。加えて、図３に 示されるように、貯蔵及び除去サブシステム４２は、ガス転化サブシステム３１ のようなガス転化サブシステムでのプロセシングの前にハイドレートから回収さ れたガスを集めるためのガス貯蔵タンク１６１を包含していてもよい。サブシス テム４２中の貯蔵室からの液体炭化水素の荷下ろしをするために、タンカー船を 船５０にリンクすることもできる。 図２を参照すると、貯蔵及び除去サブシステム４４が、ガス転化サブシステム ２８により製造された液体炭化水素を収容するための貯蔵ファシリティー４３を 含んで示されている。システム４４も、図３のガス貯蔵室１６１のようなガス貯 蔵ファシリティーを含んでいてもよい。 システム１０及び１２は、例えば、貯蔵及び除去サブシステムの一部としてガ ス転化サブシステム３４及び液体炭化水素貯蔵用の貯蔵タンク４５と共に示され ている図２の船１７のような別個の船の上に、 ガス転化サブシステムを配置することを可能としてもよい。或いは、船１７は、 液体炭化水素を転化サブシステム２８から直接に又は中間貯蔵室４３から送出す るための連結手段４７により連結された単なる貯蔵タンカーであってもよい。 Ｅ．結論 本発明及びその利点を詳述したが、請求の範囲に記載された発明の精神及び範 囲を逸脱することなく、種々の変化、置換及び変更をなし得ることが理解される べきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 アギー ケネス エル. アメリカ合衆国 74119―3216 オクラホ マ トゥルサ サウス ボウルダー 1350 スウィート 1100

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 海洋底上のハイドレート層のハイドレートからのガスから液体炭化水 素を回収するシステムであって、該システムは、 船； ハイドレート層上の所望の位置に船を保持するための、船に連結されたポジシ ョニング・サブシステム； 海洋底上のハイドレートからのガスを船に送出しハイドレートからガスを分離 するための、船に連結されたハイドレート回収サブシステム； ハイドレート回収サブシステムからガスを収容し該ガスを液体炭化水素に転化 するための、ハイドレート回収サブシステムに連結されたガス転化サブシステム ； ガス転化サブシステムにより製造された液体炭化水素を保持するための、ガス 転化サブシステムに連結された貯蔵および除去サブシステム、 を含み；および ガス転化サブシステムにより生成された過剰な動力はハイドレート回収サブシ ステムに供給される、システム。 ２． ハイドレート回収サブシステムが、 第一端および第二端を有する主要な導管、第二端はガス転化サブシステムに流 動的に連結されている；および 海洋底からハイドレートを収容するための、導管の第一端に連結されたコレク ター、 を含む、請求項１に記載のシステム。 ３． ハイドレート回収サブシステムが、主要な導管およびガス上昇バルブ に連結されたガス注入ラインをさらに含み、ガス注入ラインおよびガス上昇バル ブが主要な導管内で水およびガスの自己支持フローを開始するために操作され得 る、請求項２に記載のシステム。 ４． ハイドレート回収サブシステムが主要な導管内に配置され第一端およ び第二端を有する内部液体送出導管をさらに含み、内部液体送出導管の第一端は 主要な導管の第一端に最も近いハイドレート回収サブシステムに連結され、ポン プは水をそれを通して押出すための内部液体送出導管の第二端に連結されている 、請求項２に記載のシステム。 ５． 内部液体送出導管に複数の穿孔が形成される、請求項４に記載のシス テム。 ６． ハイドレート回収サブシステムのコレクターが、 第一の導電性セクション； 第二の導電性セクション； 第一の導電性セクションと第二の導電性セクションとの間に配置された絶縁材 ；および 第一の導電性セクションと第二の導電性セクションとの間に電流を流し、それ からエネルギーを受けるためのガス転化サブシステムに連結された電気的リード 線、 をさらに含む、請求項２に記載のシステム。 ７． ハイドレート回収サブシステムが、海洋底上のハイドレートを攪拌す るために、コレクターに最も近いハイドレート回収サブシステムに連結された攪 拌器をさらに含む、請求項２に記載のシステム。 ８． ハイドレート回収サブシステムが、 コレクターに連結された複数の加熱エレメント；および そこから電気的エネルギーを受けて複数の加熱エレメントを加熱するための、 複数の加熱エレメントおよびガス転化サブシステムに連結された電気的リ ード線、 をさらに含む、請求項２に記載のシステム。 ９． ガス転化サブシステムが、 合成ガスを製造するための合成ガスユニット； 合成ガスを受けて液体炭化水素に転化するための合成ガスユニットに連結され た合成ユニット；および 合成ユニットおよび合成ガスユニットに連結されたタービン、該タービンは合 成ガスユニットに供給される空気を圧縮し、ガス転化サブシステムおよび少なく とも一部の炭化水素回収サブシステムに動力供給するエネルギーを発生するため のものである、 を含む、請求項２に記載のシステム。 １０． ガス転化サブシステムが、 合成ガスを製造するための合成ガスユニット； 合成ガスを受け、合成ガスを液体炭化水素に転化するための、合成ガスユニッ トに連結されたフィッシャー−トロプシュ(Fischer-Tropsch)合成ユニット； 合成ユニットおよび合成ガスユニットに連結されたタービン、該タービンは合 成ガスユニットに供給される空気を圧縮し、ガス転化サブシステムおよび 少なくとも一部のハイドレート回収サブシステムに動力供給するエネルギーを発 生するためのものである、 を含み、並びに、該タービンは燃焼器を含み、フィッシャー−トロプシュ合成 ユニットからの残留ガスの一部がその中で燃料として使用するために燃焼器に送 出される、請求項２に記載のシステム。 １１． ガス転化サブシステムが、 合成ガスを製造するための合成ガスユニット； 合成ガスを収容し該合成ガスを液体炭化水素に転化するための、合成ガスユニ ットに連結されたフィッシャー−トロプシュ合成ユニット； 燃焼器を有するタービン、該タービンはフィッシャー−トロプシュ合成ユニッ トおよび合成ガスユニットに連結されている； ここで、燃焼器および合成ユニットは、合成ガスを製造し、燃焼からのエネル ギーをタービンの膨張部分に供給するための統合ユニットとして流動的に連結さ れている；および フィッシャー−トロプシュ合成ユニットおよび燃焼器に連結されている導管、 該導管は、フィッシャー−トロプシュ合成ユニットからの残留ガスの一部 をその中で燃料として使用するための燃焼器に送出するためのものである、 を含む、請求項２に記載のシステム。 １２． 海洋底上のハイドレートから液体炭化水素を回収する方法であって 、 海洋底上のハイドレート層上に船をポジショニングすること； ハイドレートを導管に送出すること、ここでハイドレートは分解してガスを含 む； ガスを合成ガス転化システムに送出すること； 合成ガス転化システムを使用してガスを液体炭化水素に転化すること；および ハイドレートを導管に送出する工程において合成ガス転化システムからのエネ ルギーを使用すること、 を包含する、方法。 １３． ハイドレートを導管に送出する工程が、導管中でガス上昇を確立し 、ハイドレートを海洋底から引き出すことを包含する、請求項１２に記載の方法 。 １４． 合成ガス転化システムを使用してガスを液体炭化水素に転化する工 程が、 合成ガスユニット中で合成ガスを調製する工程； 合成ガスを合成ユニットに送出する工程；および 合成ガスを液体炭化水素に転化する工程、 を含む、請求項１２に記載の方法。 １５． 合成ガスを調製する工程が、ハイドレートからのガスおよび圧縮空 気を自熱改質器(autothermal reformer)に供給することを包含し；および 合成ガスを液体炭化水素に転化する工程が、合成ガスをフィッシャー−トロプ シュ反応器に送出して液体炭化水素を製造することを包含する、請求項１４に記 載の方法。 １６． 海洋底上のハイドレート層のハイドレートからガスを回収するシス テムであって、該システムは、 海洋を進む船； ハイドレート層上の所望の位置に船を維持するための船に連結されたポジショ ニング・サブシステム； 海洋底上のハイドレートからガスを船に送出するための船に連結されたハイド レート回収サブシステム、ここで、ハイドレート回収サブシステムは第一端およ び第二端を有する主要な導管を含み、主要な導管の第二端はガス転化サブシステ ムに流動的に連 結され、コレクターは海洋底からハイドレートを収容するために主要な導管の第 一端に連結されている； 船に固定されたガス転化サブシステム、該ガス転化サブシステムは、ハイドレ ート回収サブシステムからガスを受け、該ガスを液体炭化水素に転化するために ハイドレート回収サブシステムに連結されている、ここで、該ガス転化サブシス テムは、合成ガスを製造するための合成ガスユニット、合成ガスを受けて合成ガ スを液体炭化水素に転化するための合成ガスユニットに連結されたフィッシャー −トロプシュ合成ユニット、および合成ユニットと合成ガスユニットに連結され たタービンを含み、該タービンは合成ガスユニットに供給された空気を圧縮し、 エネルギーを発生してガス転化サブシステムおよび少なくとも一部のハイドレー ト回収サブシステムに動力供給するためのものである； ガス転化サブシステムによって製造された液体炭化水素を保持するためのガス 転化サブシステムに連結された貯蔵および除去サブシステム、 を含み；および ガス転化サブシステムにより生成された過剰な動 力はハイドレート回収サブシステムに供給され、ハイドレート回収サブシステム に少なくとも一部動力供給する、システム。 １７． タービンが燃焼器を含み、フィッシャー−トロプシュ合成ユニット からの残留ガスの一部がその中で燃料として使用されるために燃焼器に送出され る、請求項１６に記載のシステム。 １８． タービンが燃焼器を含み、タービンがフィッシャー−トロプシュ合 成ユニットおよび合成ガスユニットに連結され、燃焼器および合成ユニットが、 合成ガスを製造し燃焼からのエネルギーをタービンの膨張部分に供給するための 統合ユニットとして流動的に連結されている；および フィッシャー−トロプシュ合成ユニットおよび燃焼器に連結された導管を更に 含み、該導管はフィッシャー−トロプシュ合成ユニットからの残留ガスの一部を その中で燃料として使用されために燃焼器に送出するためのものである、 請求項１６に記載のシステム。 １９． ガス転化サブシステムがポジショニング・サブシステムに連結され 、その結果、ガス転化サブシステムからの過剰エネルギーがポジショニン グ・サブシステムにより要求される任意のエネルギーの一部を提供する、請求項 １６に記載のシステム。