气体捕集方法与流程

本发明涉及捕集从海底[sea bottom](以下也包括湖底[lake bottom])释放出的甲烷气体等气体的气体捕集方法[gas collecting method]。

背景技术：

近年来，尝试了对从存在于海底下的甲烷水合物[methane hydrate]等各种气体水合物释放出的气体进行捕集。埋设于海底下的气体水合物根据温度、气压等条件而分离成水和气体，分离出的气体朝向海面上升。当气体向海面上升时，有时与海水混合[mix with seawater]。因此，为了捕集从气体水合物分离出的气体，需要在气体与海水混合之前进行捕集。

下述专利文献1公开了回收海底资源的方法。在专利文献1所公开的方法中，从海底喷出的原油由穹顶状的框体收集，并经由与该框体连结的管道而被海面的原油回收船回收。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-21357号公报

技术实现要素：

但是，由于专利文献1所公开的方法的目的是原油回收，所以需要使穹顶状的框体沉入水中并稳定地进行固定。因此，在海底设置划分圆形区域的锚固件，从而有对虾、蟹等海底的水产资源产生影响的担忧。

本发明的目的在于提供能够不对海底(湖底)的水产资源产生影响且高效地捕集从海底(湖底)释放出的气体的气体捕集方法。

本发明的特征在于提供一种气体捕集方法，在对从存在于海底或者湖底的原料产生的气体进行捕集的气体捕集方法中，向水中投下捕集膜，该捕集膜在下端连接有固定件，且由从顶部朝向下方展开的膜体构成，利用设于上述固定件的位置维持器来把握上述固定件在上述水中的三维位置，并通过自律航行将上述固定件的上述三维位置维持在目标位置，基于由CTD获得的铅垂方向的水温分布，将上述捕集膜的上述下端设定于比上述海底或者上述湖底更高且比上述原料从固体状态分离成水和气体的水深更浅的位置，并且将上述捕集膜的上述顶部设定于比上述气体与海水或者湖水混合而上述气体的气泡消失的水深更深的位置，利用上述捕集膜对从上述海底或者上述湖底释放出的气体进行捕集。

根据上述特征，由于将捕集膜的下端设定为比海底(湖底)更高且比原料从固体状态分离成水和气体的水深更浅的位置，所以能够高效地捕集气体。另外，能够防止对海底(湖底)的渔业资源产生影响。

附图说明

图1是示出实行气体捕集方法的气体捕集装置的基本结构[fundamental configuration]的说明图。

图2是示出海水温度与甲烷水合物分离成水以及甲烷的水深的关系的线图。

图3是上述气体捕集装置的立体图。

图4是示出实行实施方式的气体捕集方法的气体捕集装置的结构的说明图。

图5是示出使用了上述气体捕集装置的捕集顺序的流程图。

图6是示出上述气体捕集装置的变形例的结构的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

[基本结构]

首先，在说明实施方式之前，对实行气体捕集方法的气体捕集装置的基本结构进行说明。如图1所示，气体捕集装置10具备从浮在海上的船21朝向海底(湖底)L1下沉并朝向下方展开的[flare(s)downward]捕集膜[collecting membrane]11。即，捕集膜11由从其顶部T1朝向下方展开的膜体构成。捕集膜11的从下端至顶部T1的距离例如是100m。捕集膜11由四根线缆12支撑。在线缆12的各下端连结有固定于海底L1的配重13。即，配重13安装于捕集膜11的下端，作为将捕集膜11维持(固定)在所希望的水深的固定件[fixture]发挥功能。

若以使安装于线缆12的各下端的配重13位于矩形区域的角部的方式使配重13向海底L1下沉，则由线缆12支撑的捕集膜11以顶部T1作为最上点地呈四棱锥状展开。若使四棱锥状的捕集膜11向存在有从海底L1释放出气体以及气体水合物(原料)的颗粒[grains](例如甲烷气体以及甲烷水合物的颗粒)而形成的气体羽流[gas plume(s)]PL的区域下沉，则能够利用捕集膜11来捕集从海底面释放出的气体以及气体水合物。此外，以下，作为气体水合物以甲烷水合物为例、且作为捕集的气体以甲烷气体为例进行说明。

管14(例如是双重螺旋状管)的一端与捕集膜11的顶部T1(或者其附近)连接。管14的另一端与设于船21的船上单元22连接。即，由捕集膜11捕集了的甲烷气体经由管14向船上单元[shipboard unit]22供给。

船上单元22具备与管14连接的气液分离机[gas liquid separator]30、积蓄回收甲烷的蓄压罐32等设备。船上单元22从经由管14而回收了的甲烷气体和随着该甲烷气体而回收了的气液混合物提取出甲烷气体，并向下游的设备送出。例如，所提取出的甲烷气体经由管道线路向储气罐送出。

捕集膜11由即使长期放置在海水中也不会伸缩、劣化、并且能够长期使用的材质制成。

捕集膜11的下端远离海底L1(参照图1中的距离P1)。即，虽然配重13下沉至海底L1上，但捕集膜11的下端配置于比海底L1更高的位置(更浅的位置)。并且，捕集膜11的顶部T1配置于比甲烷气体与海水混合而气泡消失的水深更深的位置。利用该结构，能够在甲烷水合物(原料)分离成水和甲烷气体的状态下捕集该甲烷气体。另外，即使在甲烷气体与海水混合的情况下，也能够在完全混合之前捕集甲烷气体。

此处，甲烷水合物(原料)分离成水和气体的水深、和甲烷气体的气泡消失的水深根据海水温度而变化。以下，参照图2对甲烷水合物分离成水和气体的水深与海水温度的关系进行说明。

图2所示的图表的横轴示出海水温度(℃)，纵轴示出离海面的深度(m)。符号Q1所示的+标记示出通过计算求出的、甲烷水合物(固体)分离成水和气体的海水温度以及水深。因此，从符号Q1所示的+标记得到的(近似)曲线(Q1)是甲烷水合物稳定区域曲线[methane hydrate stability zone curve]。在该曲线Q1的左侧，甲烷水合物作为固体而存在。在曲线Q1的右侧，甲烷水合物分离成水和甲烷气体。因此，从曲线Q1可知，海水温度越低，作为甲烷水合物(固体)而存在的水深越浅。例如，在水深500m处，若水温超过5℃，则甲烷水合物分离成水和气体。并且，在水深300m处，若水温超过2℃，则甲烷水合物分离成水和气体。

此外，图2中所示的曲线Q2示出日本海海域的典型的水温变化。从曲线Q2可知，若比水深300m浅，则水温急剧上升。即，基于对象海域(此处为日本海海域)的曲线Q2与甲烷水合物稳定区域曲线Q1的对应关系，能够求解甲烷气体消失的水深。在图2所示的例子中，可知在水深300m附近，从甲烷水合物产生甲烷气体。因此，若以使捕集膜11的下端成为比水深300m更浅的位置的方式设置捕集膜11，则能够捕集从甲烷水合物产生的甲烷气体。

另外，若捕集膜11的下端的水深是更浅的位置，则甲烷气体与海水混合，从而无法高效地捕集甲烷气体。因此，优选在曲线Q1与曲线Q2的交点附近的水深配置捕集膜11的下端。

接下来，对使用上述的气体捕集装置10来从自海底L1释放出的甲烷羽流PL捕集甲烷气体的顺序进行说明。首先，在确认从海底L1释放出甲烷气体的甲烷羽流PL的存在并捕集甲烷羽流PL所含有的甲烷气体的情况下，使船21向甲烷羽流PL上方的海面移动。接下来，使配重13下沉至海底，并使用在海中工作的机器人使配重13移动至所希望的位置。具体而言，以使甲烷羽流PL位于展开的捕集膜11的大致中央的方式利用远程操作由机器人移动配重13。此外，作为在海中工作的机器人，公知各种机器人，从而省略机器人的结构、动作的详细说明。

在配重13连接有线缆12，并在线缆12安装有捕集膜11。因此，捕集膜11以顶部T1作为基点而下方呈四棱锥状展开(参照图3)。此处，使用四个配重13来使捕集膜11呈四棱锥状展开。但是，也可以使用三个或五个以上的配重13来使捕集膜11呈多棱锥状展开。并且，展开的捕集膜11的形状优选是多棱锥状、圆锥状的锥体状，但并不限定于这些形状。捕集膜11朝向下方展开，并且顶部T1展开为成为最上点的形状即可。

捕集膜11的下端配置于比海底L1更高的位置。因此，如距离P1(参照图1)所示，由于在海底L1与捕集膜11的下端之间形成缝隙，所以能够减少对在海底生存的水产资源的影响。

并且，捕集膜11的顶部T1配置于比甲烷气体与海水混合而无法由声学声纳进行确认的水深更深的位置。从甲烷水合物分离出的甲烷气体在上浮100～200m左右的期间与海水混合，无法由声学声纳进行确认。

但是，此处，在比甲烷气体与海水混合而无法由声学声纳进行确认的水深更深的位置配置捕集膜11的顶部T1。因此，能够在与海水混合之前由捕集膜11捕集甲烷气体。被捕集了的甲烷气体向与捕集膜11的顶部T1连接的管14导入，之后向设于船21的船上单元22供给。被供给了的甲烷气体由气液分离机30进行分离，之后收纳在蓄压罐32内。

这样，在具备基本结构的气体捕集装置10中，由于由向下方展开的捕集膜11捕集甲烷气体，所以能够高效地捕集从甲烷羽流PL产生的甲烷气体。

并且，由于捕集膜11的下端配置于比海底L1更高(更浅)的位置，所以能够防止对海底L1的水产资源产生影响。另外，由于捕集膜11的下端配置于比甲烷水合物分离成水和甲烷气体的水深更浅的位置，所以能够高效地捕集甲烷气体。

另外，在具备基本结构的气体捕集装置10中，与至今实施的使用钻机进行捕集的方法不同，由于捕集由甲烷羽流PL产生的甲烷气体，所以能够容易使装置移动。并且，从移动容易这一点看，能够容易执行从散布的表层型甲烷水合物释放出的甲烷气体的捕集。

[实施方式]

接下来，对实施方式的气体捕集方法(气体捕集装置50)进行说明。在上述的基本结构中，使配重13下沉至海底L1，并由与配重13连接的线缆12使捕集膜11展开。在本实施方式中，线缆12的端部与作为配重发挥功能的无绳索[non-cable type](无束缚[untethered])的水中机器人31连接。将水中机器人31配置于海中的所希望的水深，并经由线缆12使捕集膜11展开。即，水中机器人31作为将捕集膜11维持在所希望的水深的固定件发挥功能。另外，水中机器人31也作为用于维持固定件的位置的位置维持器[position maintainer]发挥功能。

如图4所示，本实施方式中的气体捕集装置50具备从浮在海上的船21朝向海底L1垂下、并朝向下方展开的捕集膜11。即，捕集膜11具有由从顶部T1朝向下方展开的膜体构成的结构。捕集膜11由四根线缆12支撑，在各线缆12的下端连接有用于保持于海中的所希望位置的水中机器人31。

管14的一端侧与捕集膜11的顶部T1连接，并且该管14的另一端侧与设于船21的船上单元22连接。即，由捕集膜11捕集了的甲烷气体经由管14向船上单元22供给。

水中机器人31具备把握自身的位置的功能，能够自律式地向360度的方向航行。即，若设定目标位置的坐标，则水中机器人31通过上述功能来识别目标位置，向目标位置自律航行并维持目标位置。因此，即使因潮流等影响从捕集膜11的横向作用力，水中机器人31也能对抗潮流而自律航行并维持目标位置。因此，即使并非如上述的基本结构那样使配重13下沉至海底L1，也能够将捕集膜11维持在所希望的位置。

接下来，对使用上述的气体捕集装置50来从自海底L1释放出的甲烷羽流PL捕集甲烷气体的顺序进行说明(参照图5)。在确认甲烷羽流PL的存在之后捕集甲烷羽流PL所含有的甲烷气体的情况下，使船21移动至甲烷羽流PL上方的海面。接下来，向海中投下水中机器人31(步骤S10)，并把握水中机器人31的位置(步骤S20)，之后使水中机器人31移动至目标位置(步骤S50)。具体而言，以使甲烷羽流PL位于展开的捕集膜11的大致中央的方式使水中机器人31移动。通过无线、声纳能够把握水中机器人31的位置。

并且，在水中机器人31连接有线缆12，并在线缆12安装有捕集膜11。因此，捕集膜11以顶部T1作为基点而下方呈四棱锥状展开(参照图4)。并且，在决定了水中机器人31的目标位置的情况(步骤S40)下，使水中机器人31识别目标位置的坐标。在下文中对水温分布的获得(步骤S30)以及基于水温分布的目标位置的决定(步骤S40)进行说明。并且，目标位置可以在向海中投下水中机器人31前预先设定，也可以通过无线进行设定。由于水中机器人31以停止在目标位置的方式进行自律航行，所以利用捕集膜11能够稳定地捕集来自甲烷羽流PL的甲烷气体(步骤S60)。

与上述的基本结构相同，利用捕集膜11捕集从海底L1释放出的甲烷羽流的甲烷气体，并利用管14进行回收。上述的基本结构的优点在本实施方式中也相同。另外，在本实施方式中，通过使用能够自律航行的水中机器人31来代替配重13，还带来更多优点。

在本实施方式的气体捕集装置50中，在线缆12的端部连接有水中机器人31，并通过水中机器人31的自律航行将捕集膜11维持在所希望的目标位置。因此，不需要如基本结构那样使配重13下沉至海底L1，从而即使海底L1的水深较深，也能够在所希望的深度设置捕集膜11。其结果，能够不受海底L1的地形影响而可靠地捕集甲烷气体。

并且，由于捕集膜11的下端配置于比固体的甲烷水合物分离成水和甲烷气体的水深更高(更浅)的位置，所以能够高效地捕集甲烷气体。

并且，捕集膜11的顶部T1配置于比甲烷气体与海水混合而无法由声学声纳进行确认的水深更深的位置。从甲烷水合物分离出的甲烷气体在上浮100～200m左右的期间与海水混合，无法由声学声纳进行确认。

但是，在本实施方式中，在比甲烷气体与海水混合而无法由声学声纳进行确认的水深更深的位置配置捕集膜11的顶部T1。因此，能够在与海水混合之前由捕集膜11捕集甲烷气体。被捕集了的甲烷气体向与捕集膜11的顶部T1连接的管14导入，且向设于船21的船上单元22供给。被供给了的甲烷气体由气液分离机30进行分离，之后收纳在蓄压罐32内。

此外，在本实施方式中，在线缆12的各端部连接有水中机器人31。但是，为了成为所希望的配重，也能够连接水中机器人31同时还连接配重。

[变形例]

接下来，对上述实施方式的变形例进行说明。在上述实施方式中，通过无绳索的水中机器人31的自律航行将捕集膜11维持在所希望的目标位置。与此相对，在本变形例中，利用有绳索[cable type](有束缚[tethered])的水中机器人41将捕集膜11维持在所希望的目标位置。以下，参照图6对变形例进行详细说明。

如图6所示，与上述实施方式相同，本变形例的气体捕集装置51具备从漂浮在海上的船21朝向海底(湖底)L1垂下、并朝向下方展开的捕集膜11。即，捕集膜11由从其顶部T1朝向下方展开的膜体构成。捕集膜11由四根线缆12支撑。在线缆12的各下端连接有用于将捕集膜11维持在海中的所希望位置的有绳索的水中机器人41。

在海面漂浮有用于维持各水中机器人41在海中的位置的多个支撑用船42。各支撑用船42通过支撑用线缆43而与水中机器人41连结。此外，利用四组水中机器人41以及支撑用船42使捕集膜11展开，但图6中仅示出两组水中机器人41以及支撑用船42。

各支撑用船42具备把握自身的位置的功能，能够基于与水中机器人41的相对位置关系来识别水中机器人41的位置(纬度、经度)。因此，水中机器人41本身也可以不具备自律航行功能、把握自身的位置的功能，能够通过控制支撑用船42的位置来将水中机器人41维持在所希望的目标位置。此外，目标位置可以在向海中投下水中机器人41前预先设定，也可以通过无线进行设定，并且也可以经由支撑用线缆43而通过有线进行设定。并且，通过有线、无线、声纳能够把握水中机器人31的位置。

在变形例的气体捕集装置51中，在线缆12的端部连接有绳索的水中机器人41，并且水中机器人41与支撑用船42连结。通过支撑用船42的航行使水中机器人41移动来将捕集膜11维持在所希望的目标位置。因此，不需要如基本结构那样使配重13下沉至海底L1，从而即使海底L1的水深较深，也能够在所希望的深度设置捕集膜11。其结果，能够不受海底L1的地形影响而可靠地捕集甲烷气体。并且，由于水中机器人41通过支撑用线缆43而与支撑用船42连结，所以水中机器人41不需要具有自律航行功能。因此，能够简化水中机器人41的结构，并能够缩小装置规模。

关于上述的目标位置的决定(步骤S40)，利用CTD(Conductivity Temperature Depth profiler，温盐深仪)等测定机器23来预先获得海域的铅垂方向的水温分布(步骤S30)，并基于该水温分布(参照图2中的曲线Q2)与甲烷水合物稳定区域曲线(参照图2中的曲线Q1)的交点的水深来决定捕集膜11的目标位置的水深。并且，考虑甲烷羽流PL的位置(路径)来决定捕集膜11的目标位置的水平坐标。即，将捕集膜11的下端设定于比海底更高且比甲烷水合物分离成水和气体的水深更浅的位置，并且将捕集膜11的顶部T1设定于比甲烷气体与海水混合而其气泡消失的水深更深的位置，将捕集膜11的位置设定为目标位置(步骤S40)。

本发明的气体捕集方法并不限定于上述实施方式(以及其变形例)。各部的结构能够置换成具有相同功能的任意结构。

例如，在上述实施方式中，对从存在于海底(如上所述包括湖底)下的甲烷水合物释放出的甲烷气体进行了捕集。但是，在对从甲烷水合物以外的气体水合物、例如乙烷水合物、丁烷水合物释放出的气体进行捕集的情况下，也能够应用本发明。

并且，水温分布的获得(步骤S30)在目标位置的决定(步骤S40)之前进行即可。另外，目标位置的决定(步骤S40)可以在向海中投下水中机器人31(41)前进行，也可以在投下后进行。但是，目标位置的决定(步骤S40)必须在使水中机器人31(41)(移动并)维持在目标位置(步骤S50)之前进行。