2016 Fiscal Year Research-status Report
メタンプルームの新規回収法開発のための疑似プルーム挙動解析
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16K06821
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
多島 秀男 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90456351)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ガスハイドレート / 気泡発生 / 気泡上昇 / ハイドレートスラリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、表層型メタンハイドレートを念頭に、加圧水中でのハイドレート分解を低圧条件で模擬する実験装置の製作と模擬ガスでの水中での微細気泡群発生および移動挙動のデータ解析を目的としている。
・初年度は、模擬プルームを形成・観察するために、既設のハイドレートガス分離装置に改良を加え、必要な耐圧・冷却性能を有するハイドレート堆積層を形成するハイドレート回収部と模擬プルーム観察部をガラス製部品にて増設した。
・モデルガスにはメタン置換体であるCHClF2を利用して試運転を行った。278K、0.2MPaの条件で疑似単一ガスによるハイドレート生成回収試験を行い、回収器内にハイドレートスラリーが輸送され、粒子が沈降することにより堆積層を形成させることが可能であることが確認できた。このハイドレート堆積層を313K、圧力一定下（大気圧下）で分解し、気泡群が形成されることを確認できた。
・分解直後の気泡径分布および気泡上昇速度の解析テストを行った。ハイドレート堆積層から微細粒子群が上昇する様子を観察できた。気泡径は主に0.3-1.5mm程度でほぼ球形と見なせた。気泡の上昇経路は直線的であった。気泡上昇速度は、連続撮影した画像を合成して２次元の移動距離を測定することで求めた。上昇速度は単一気泡に対するLevichの近似で算出した理論値と実験値が近い値を示した。
・上記装置の製作までは、既設装置によるハイドレート回収分解実験により、ハイドレートスラリー形成のための物質移動特性、ハイドレートスラリーからの気泡発生挙動や伝熱挙動について基礎的データを収集した。界面活性剤によりガス－スラリー間の物質移動特性が向上すること、スラリー分解による大量の気泡の発生は回収器内を激しく攪拌する効果によって伝熱を促進すること、低温・加圧条件ほど気泡発生速度（ガス回収速度）が低下することを明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
・当初の初年度目標の一つは、既設装置に改良を加え、必要な耐圧・冷却性能を有する模擬プルーム観察部を増設することである。この増設作業はおおむね完了し、ハイドレート形成による堆積層の形成と分解時の気泡群形成を確認できている。また、回収器中のハイドレート堆積層近傍における気泡径分布や気泡挙動の解析方法について一定の結果を得たことから、これらはおおむね順調に進行している。観察部での模擬プルームの形成については気泡の誘導や安定化に難航しており、装置の問題点と改善に関する方針を得ることはできた。
・装置改良後は、低圧モデルガスによるハイドレート形成および模擬プルーム形成試験を行い、特に圧力一定条件下での温度差条件、流量条件等の発生微細気泡の水中上昇速度や上昇挙動への影響を評価することを目標としていた。装置改良が想定期間よりもやや遅れたこともあり、温度条件や流量条件による影響を評価するまでには至らなかった。一定温度、一定圧力下での堆積層面からの気泡挙動については試験的には一定の成果を得たが、さらなる検討を要する。
・装置改良までは、既設装置での回分式ハイドレート回収分解実験による温度・圧力条件の気泡発生速度への影響やハイドレートスラリー生成回収に関する基礎的データ収集を目標とした。気泡発生速度（ガス回収速度）への温度・圧力条件の影響について一定の評価ができており、おおむね順調に進行した。
・既設装置での評価が多くなったが、当初計画において想定した再検討課題であり、総合的には想定内の進展状況と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
１年目の評価に基づいて、低圧モデルガスによるハイドレート形成および模擬プルーム分解試験を行い、特に圧力一定条件下での温度差条件、流量条件等の発生微細気泡の水中上昇速度や上昇挙動への影響を評価する。回分式の実験に切り替えることにより、微細気泡発生に関する諸検討を行うこととする。
定圧条件による一定の成果が得られれば、低圧モデルガスを用いた温度一定条件下での圧力差条件、流量条件等のハイドレート形成・供給速度、微細気泡発生量および発生速度への影響を評価する。加えて、発生微細気泡の水中上昇速度や気泡上昇挙動への影響を評価する。進捗状況によっては、初期検討課題を優先する。
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| Causes of Carryover |
装置改良および増設作業が想定期間よりやや遅れたことにより、当初予定していた検討項目の遂行が遅延し、次年度への使用額が生じた。また、試運転によって観察部での模擬プルーム形成について課題が見つかり、当初予定より装置改良方針の変更が必要となったため、この点についても使用額の変更が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
装置改良の経費として使用するほか、高純度ガスや純粋製造消耗品など、検討項目遂行のための原料の経費として使用する。
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