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メタンガス回収方法および二酸化炭素低排出発電方法、ならびに、メタンガス回収システムおよび二酸化炭素低排出発電システム

国内特許コード P200016644
整理番号 (S2017-0412-N0)
掲載日 2020年2月25日
出願番号 特願2019-503009
出願日 平成30年2月27日(2018.2.27)
国際出願番号 JP2018007201
国際公開番号 WO2018159594
国際出願日 平成30年2月27日(2018.2.27)
国際公開日 平成30年9月7日(2018.9.7)
優先権データ
  • 特願2017-037501 (2017.2.28) JP
発明者
  • 圓山 重直
  • 岡島 淳之介
  • 小宮 敦樹
  • 陳 林
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 メタンガス回収方法および二酸化炭素低排出発電方法、ならびに、メタンガス回収システムおよび二酸化炭素低排出発電システム
発明の概要 メタンガス回収方法は、メタンハイドレート層からメタンガスを回収するものであり、二酸化炭素が溶解するとともに加熱された加熱海水をメタンハイドレート層に連通する1または複数の注入井に注入してメタンハイドレート層を予熱し、メタンハイドレート層に連通し、注入井から設定距離だけ離れた位置に設けられた1または複数の生産井で、予熱されたメタンハイドレート層から減圧法によってメタンガスを回収し、設定期間が経過した場合に、注入井を生産井として生産井からメタンガスを回収し、新たな注入井を掘削して、注入井に加熱海水を注入してメタンハイドレートを予熱する。
従来技術、競合技術の概要

近年、従来の化石燃料に代わるエネルギー資源として、メタンハイドレート(Methane Hydrate:MH)が注目されている。特に、日本近海の海底には、メタンハイドレート層(以下、「MH層」と適宜称する)が存在しており、このMH層からメタンガスを回収して純国産エネルギー資源として活用することが期待されている。

MH層からメタンガスを回収する際には、例えば、メタンガスを回収するための生産井を海底に掘削するが、MH層からのメタンガスは、油田またはガス田等と異なり自噴しない。そのため、最近では、MH層からメタンガスを回収するための様々な手法が提案されている。

メタンハイドレートは、一般的に、低温かつ高圧の環境下で存在しており、温度を上げる、または圧力を下げることにより、メタンガスが解離するものである。そこで、メタンガスを回収するための手法として、例えば、MH層を加熱することによってメタンハイドレートからメタンガスを解離させる加熱法と、MH層を減圧することによってメタンガスを解離させる減圧法とに大別される2つの手法が提案されている。

加熱法によるメタンガスの回収方法は、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の方法では、MH層に対して平行井となる注入井および生産井を掘削し、注入井に圧入された熱水の熱によってメタンハイドレートから解離したメタンガスを生産井から回収する、加熱法の一種である熱水圧入法を用いてメタンガスを回収する。

一方、減圧法によるメタンガス回収方法では、メタンガスの回収に係るエネルギー消費量の数十倍のエネルギーを生産できるため、加熱法を用いた場合よりもエネルギー産出比が高い。

産業上の利用分野

本発明は、海洋メタンハイドレートを利用したメタンガス回収方法および二酸化炭素低排出発電方法、ならびに、メタンガス回収システムおよび二酸化炭素低排出発電システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
メタンハイドレート層からメタンガスを回収するメタンガス回収方法であって、
二酸化炭素が溶解するとともに加熱された加熱海水を前記メタンハイドレート層に連通する1または複数の注入井に注入して前記メタンハイドレート層を予熱するステップと、
前記メタンハイドレート層に連通し、前記注入井から設定距離だけ離れた位置に設けられた1または複数の生産井から、減圧法によってメタンガスを回収するステップと
を有し、
設定期間が経過した場合に、前記注入井を生産井として該生産井で予熱された前記メタンハイドレート層からメタンガスを回収し、
新たな注入井を掘削して、該注入井に前記加熱海水を注入して前記メタンハイドレート層を予熱する
ことを特徴とするメタンガス回収方法。

【請求項2】
前記加熱海水を前記注入井に注入するステップは、前記メタンハイドレート層にフラクチャリングを発生させる圧力が加えられた前記加熱海水を注入する
ことを特徴とする請求項1に記載のメタンガス回収方法。

【請求項3】
前記注入井と前記生産井との間の設定距離は、10m以上である
ことを特徴とする請求項1または2に記載のメタンガス回収方法。

【請求項4】
前記注入井および前記生産井は、垂直井である
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のメタンガス回収方法。

【請求項5】
前記設定期間は、2ヶ月から4年の間の周期的な期間である
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のメタンガス回収方法。

【請求項6】
メタンガスを燃料として発電を行うステップと、
前記発電の際に発生する排ガスから二酸化炭素を回収するステップと、
海水を取得し、回収した前記二酸化炭素を前記海水に溶解させるステップと、
前記発電の際に発生する排熱を用いて、前記二酸化炭素が溶解した前記海水を加熱して加熱海水を生成するステップと、
前記加熱海水をメタンハイドレート層に連通する1または複数の注入井に注入して前記メタンハイドレート層を予熱するステップと、
前記メタンハイドレート層に連通し、前記注入井から設定距離だけ離れた位置に設けられた1または複数の生産井から、減圧法によってメタンガスを回収するステップと、
回収した前記メタンガスを発電の燃料として供給するステップと
を有し、
設定期間が経過した場合に、前記注入井を生産井として該生産井で予熱された前記メタンハイドレート層からメタンガスを回収し、
新たな注入井を掘削して、該注入井に前記加熱海水を注入して前記メタンハイドレート層を予熱する
ことを特徴とする二酸化炭素低排出発電方法。

【請求項7】
前記メタンハイドレート層にフラクチャリングを発生させる圧力を前記加熱海水に加えるステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項6に記載の二酸化炭素低排出発電方法。

【請求項8】
前記注入井と前記生産井との間の設定距離は、10m以上である
ことを特徴とする請求項6または7に記載の二酸化炭素低排出発電方法。

【請求項9】
前記注入井および前記生産井は、垂直井である
ことを特徴とする請求項6~8のいずれか一項に記載の二酸化炭素低排出発電方法。

【請求項10】
前記設定期間は、2ヶ月から4年の間の周期的な期間である
ことを特徴とする請求項6~9のいずれか一項に記載の二酸化炭素低排出発電方法。

【請求項11】
メタンハイドレート層からメタンガスを回収するメタンガス回収システムであって、
前記メタンハイドレート層に連通し、二酸化炭素が溶解するとともに加熱された加熱海水を1または複数の注入井のそれぞれに注入する1または複数の注入管と、
前記メタンハイドレート層に連通するとともに、前記注入井から設定距離だけ離れた位置に設けられた1または複数の生産井のそれぞれから、減圧法によってメタンガスを回収する1または複数の回収管と
を有し、
設定期間が経過した場合に、前記注入井を生産井として機能させて該生産井で前記メタンハイドレート層からメタンガスを回収し、新たに掘削された注入井に新たな注入管を配置して前記加熱海水を注入する
ことを特徴とするメタンガス回収システム。

【請求項12】
前記注入管に、前記メタンハイドレート層にフラクチャリングを発生させる圧力が加えられた前記加熱海水が注入される
ことを特徴とする請求項11に記載のメタンガス回収システム。

【請求項13】
前記注入井と前記生産井との間の設定距離は、10m以上である
ことを特徴とする請求項11または12に記載のメタンガス回収システム。

【請求項14】
前記注入井および前記生産井は、垂直井である
ことを特徴とする請求項11~13のいずれか一項に記載のメタンガス回収システム。

【請求項15】
発電を行う発電システムと、メタンハイドレート層からメタンガスを回収するメタンガス回収システムとを備えた二酸化炭素低排出発電システムであって、
前記発電システムは、
メタンガスを燃料として発電を行う発電装置と、
前記発電の際に発生する排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と
を有し、
前記二酸化炭素回収装置は、
海水を取得し、回収した前記二酸化炭素を前記海水に溶解させ、
前記発電の際に発生する排熱を用いて、前記二酸化炭素が溶解した前記海水を加熱して加熱海水を生成し、
前記メタンガス回収システムは、
前記メタンハイドレート層に連通し、前記加熱海水を注入する1または複数の注入井と、
前記メタンハイドレート層に連通するとともに、前記注入井から設定距離だけ離れた位置に設けられ、減圧法によってメタンガスを回収する1または複数の生産井と
を有し、
回収した前記メタンガスを発電の燃料として前記発電システムに供給し、
設定期間が経過した場合に、前記注入井を生産井として機能させて該生産井で前記メタンハイドレート層からメタンガスを回収し、新たに掘削された注入井に新たな注入管を配置して前記加熱海水を注入する
ことを特徴とする二酸化炭素低排出発電システム。

【請求項16】
前記発電システムは、
前記加熱海水を前記注入井に注入する際に、前記メタンハイドレート層にフラクチャリングを発生させる圧力を前記加熱海水に加える
ことを特徴とする請求項15に記載の二酸化炭素低排出発電システム。

【請求項17】
前記注入井と前記生産井との間の設定距離は、10m以上である
ことを特徴とする請求項15または16に記載の二酸化炭素低排出発電システム。

【請求項18】
前記注入井および前記生産井は、垂直井である
ことを特徴とする請求項15~17のいずれか一項に記載の二酸化炭素低排出発電システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 公開
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