JP2001240565A - ガスハイドレートの効率的製造方法及びガスハイドレート含有多孔質物質 - Google Patents

ガスハイドレートの効率的製造方法及びガスハイドレート含有多孔質物質

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JP2001240565A
JP2001240565A JP2000054324A JP2000054324A JP2001240565A JP 2001240565 A JP2001240565 A JP 2001240565A JP 2000054324 A JP2000054324 A JP 2000054324A JP 2000054324 A JP2000054324 A JP 2000054324A JP 2001240565 A JP2001240565 A JP 2001240565A
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gas
hydrate
water
pressure
porous material
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JP2000054324A
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Tsutomu Uchida
努 内田
Takao Ebinuma
孝郎 海老沼
Hideo Narita
英夫 成田
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生成誘導時間を解消することのできるガスハ
イドレートの製造方法を提供する。 【解決手段】 含水させた多孔質物質にハイドレート生
成ガスを接触させる工程を含むことを特徴とする生成誘
導時間を短縮させたガスハイドレートの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスハイドレート
の生成開始に至るまでの時間を短縮したガスハイドレー
トの効率的製造方法及びガスハイドレートを含有する多
孔質物質に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ガスハイドレートを生成させるに
は、高圧容器中に水を入れ、ハイドレート生成ガスを封
入した後、撹拌器を用いて反応を開始(あるいは促進)
させる方法が良く知られている(例えば、Sloan,
E.D.Jr.,Clthrate Hydrate
of Natural Gases 2nd Ed.R
eised and Expanded,Marcel
Dekker Inc.,1998)。しかしなが
ら、この方法によると、撹拌を開始してから数分〜数時
間の間生成反応が開始しないという「生成誘導時間」が
観測されており、この生成誘導時間を制御する方法が無
かった。また生成したガスハイドレートは、ガスが多い
場合は濡れ雪状態、水が多い場合はスラリー状となり、
ハイドレート自身をガスや冷熱の輸送媒体として開発す
る場合、その取り扱いが困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来方法で
制御が困難であった生成誘導時間を解消することのでき
るガスハイドレートの製造方法を提供することをその課
題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ガスハイ
ドレートの生成制御方法と、生成したガスハイドレート
の性状の制御法について鋭意研究を重ねた結果、多孔質
物質中に水を担持させた試料にハイドレート生成ガスを
反応させてガスハイドレートを生成させることによっ
て、ガスハイドレートの生成誘導時間が大幅に短縮さ
れ、かつガスハイドレート生成前と生成後において多孔
質物質試料の性状が不変であることを見出し、この知見
に基づいて本発明をなすに至った。即ち、本発明によれ
ば、含水させた多孔質物質にハイドレート生成ガスを接
触させる工程を含むことを特徴とする生成誘導時間を短
縮させたガスハイドレートの製造方法が提供される。ま
た、本発明によれば、前記方法で得られたガスハイドレ
ートを含有する多孔質物質が提供される。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の方法は、多孔質物質中に
担持させた水とハイドレート生成ガスとを反応させて、
ガスハイドレートを生成する際に、その生成誘導時間を
大幅に短縮し、結果として生成したガスハイドレートを
多孔質物質中に保持し、全体として多孔質物質に保持し
た状態での扱いを可能にするものである。本発明におい
て用いられる多孔質物質としては、酸化ケイ素(SiO
2)を主成分とする多孔質ガラス粉体などが使用でき
る。当該物質はガスクロマトグラフ装置のカラム充填材
等に広く使用されており、入手が容易である。ただし孔
径が50nmよりも小さいものになると、ガスハイドレ
ートの生成平衡条件が低温・高圧側ヘシフトし、同じ温
度、圧力条件下でも生成の駆動力が小さくなるため(U
chida,T.etal.,Journal of
Physical Chemistry,Vol10
3,No.18,p.3659−3662)、50nm
よりも大きな孔径を持つものが望ましい。また、多孔質
物質の材質としては、微細な孔隙内に水を担持させるた
め、疎水的性質よりも親水的性質の方が好ましい。ただ
しあまり親水性が大きいと、生成平衡条件が低温、高圧
側ヘシフトするため、例えばベントナイトのような粘土
鉱物の使用は余り好ましくない。
【0006】本発明により使用可能な多孔質物質を示す
と、前記多孔質ガラスの他、ゼオライト、シリカゲル等
が挙げられる。多孔質物質は、通常、粉体で用いられる
が、その平均粒径は10μm〜1mm、好ましくは10
0〜300μmである。本発明の多孔質物質は、必要に
応じ、ペレット状や顆粒状等の成形品として用いること
もできる。
【0007】多孔質物質中に水を含有させる方法として
は、多孔質物質に水を添加混合する方法や、多孔質物質
を水中に浸漬した後、これを水中から取り出し、適度に
乾燥する方法、微細水滴(スプレー水)を多孔質物質と
接触させる方法等が挙げられる。多孔質物質中の含水量
は、その多孔質物質の取り扱いが容易なように、表面に
付着水が存在しない状態、通常、その多孔質物質の飽和
吸水量の50〜95%、好ましくは70〜90%程度に
するのがよい。
【0008】本発明において用いられるガスとしては、
メタンガスのほか、ハイドレートを単体で生成すること
の出来るエタンガス、プロパンガスなどの天然ガスの主
成分気体(ただし分子径が0.7nm以下のもの)や、
炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガス等の小さな分子、キセノ
ンガス、アルゴンガス、クリプトンガスなどの希ガスが
挙げられる。ここでは天然ガスの成分としてもっとも一
般的なメタンガスを用いて実施したが、本発明に用いた
手法は、上記に示したような気体成分(単体あるいは混
合体)に対しても一般的に成立する。
【0009】本発明において用いられる水は、通常脱イ
オン水や脱気した蒸留水を用いるが、塩や塩基等の不純
物が多少含まれていてもよい。ただし、含まれる不純物
の種類や濃度により、ハイドレートの生成平衡条件がシ
フトする場合がある。吸水させた多孔資ガラス(平均孔
径100nm)粉体(平均粒径100μm)を用いたハ
イドレート生成ガスと脱イオン・脱気蒸留水との反応を
示すと、この反応は、例えばメタンハイドレート生成の
場合、温度273.2Kにおいて2.5MPa以上のメ
タンガス圧の範囲で行われる。温度範囲は、水とガスと
の反応条件のもとで行うため273.2K以上が好まし
く、またその時の圧力は、生成平衡圧力より十分高いこ
とが望ましい。
【0010】多孔質物質中に水を担持させるための好ま
しい方法を示すと、多孔質物質の孔隙体積に等しい水試
料を添加し、十分に混ぜ合わせる。さらに孔隙中に十分
水を浸透させるため、混合した試料を24時間以上保湿
された密封容器(例えば水をためたデシケータ)中に保
管する。このようにして準備された試料は、粒子間に水
がほとんど無く、粉体同士の付着・凝集が見られず、粉
体として扱うことが可能である。
【0011】図1は、本発明で使用したハイドレート生
成装置の説明図である。含水させた多孔質試料SMを高
圧容器HV中に入れ、全体を恒温槽TB中に入れて所定
温度にする。その後HV中の空気を排気し、ボンベBよ
りメタンガス等の反応気体をHV中へ導入し、所定圧力
にする。圧力が所定圧力に達した時刻をゼロとし、温
度、圧力を熱電対TC、圧力計PGで計測し、記録計R
にて記録する。撹拌する場合は、撹拌器Sを稼動させ
る。
【0012】図2は、本発明方法における反応容器内メ
タンガス圧力Pと時間tとの関係を表すグラフである。
生成誘導時間は、時刻ゼロ(または撹拌を開始した時
刻)から、生成反応により容器内のメタンガスが消費さ
れることで圧力が急激に減少し始めた時刻までの時間t
1までと定義する。撹拌翼Wは、従来方法では板状の形
状をしていたが、本発明で用いるような粉末状の試料を
低速で撹拌するには抵抗が大きく、撹拌器に大きな旦担
がかかるため、図1に示すような櫛の歯状の翼を用い
た。
【0013】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。
【0014】実施例1 酸化ケイ素(SiO2)を主成分とする粒子状多孔質ガ
ラス(孔径30、50nmでは粒子径約20μm、孔径
100nmでは粒子径約100μm)を約50cm3
り、各粒子の孔隙体積に相当する量の脱イオン・脱気蒸
留水を加え、良く混ぜ合わせた後、同じ蒸留水の入った
デシケータ中で24時間以上放置して、試料を準備す
る。多孔質物質中に均一に水分が分散し、水分添加前と
同様な粒子状に戻った含水試料SMを、図1に示す高圧
反応容器HV中に封入し、恒温槽TB中に入れて温度を
所定温度にする。その際、HV中に残存していた空気は
バルブV2をあけて真空ポンプVPにて脱気する。脱気
後バルブV2は閉じる。所定温度に達した後、バルブV
1をあけてボンベBよりメタンガス等の気体をHV中へ
導入し、所定圧力まで昇圧させた後、バルブV1を閉じ
る。撹拌を行う場合は、バルブV1を閉じた後撹拌器S
を稼働させる。その際撹拌速度は100rpm以下の低
速で行う。反応容器の温度T、圧力Pを測定し、記録計
Rにて記録する。
【0015】図2は孔径100nmの多孔質ガラスを試
料として用い、メタンハイドレート生成実験を行った時
の反応容器内圧Pと時間tとの関係変化を示す。温度約
279.9Kに達した後、メタンガスを封入し、圧力を
約5.7MPaまで昇圧させた。その後すぐに約90r
pmで撹拌を開始し、その時刻をゼロとした。メタンハ
イドレート生成反応は、その直後に開始し(t=
1)、容器内圧力Pが急激に減少していることがわか
る。その時生成誘導時間は約1分と見積もられた。
【0016】図3はほぼ同じ温度(278.9K)、圧
力(5.0MPa)条件下で行われた従来方式によるメ
タンハイドレート生成実験の、圧力Pと時間tとの関係
を示すグラフである。この時脱イオン・脱気蒸留水の量
は約50cm3、撹拌速度は約500rpmである。
【0017】このグラフから、生成誘導時間は約305
分と見積もられ、多孔質ガラスを試料として用いた場合
の約300倍になっている事がわかる。
【0018】また、前記と同様にして、30nm、50
nmの孔隙径を持つ多孔質ガラスを試料として用いた実
験を行ったところ、同様な条件下での生成誘導時間は、
いずれも5分以内になることが確認された。
【0019】
【発明の効果】従来方式では図3に示すように生成誘導
時間が長く、その長さが不規則で予測困難であったのに
対し、本発明方法に従うと、図2に示すように、生成誘
導時間をどの条件でもほとんど5分以内に短縮すること
ができる。従って、ガスハイドレートをガス貯蔵・輸送
媒体など工業的に利用する技術を開発する際に、生成誘
導時間の存在による生成反応速度の制御の困難さを解消
することができ、メタンハイドレートなどガスハイドレ
ートの生成方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で使用したハイドレート生成装置の説明
図である。
【図2】孔径100nmの多孔質ガラス粉体を試料とし
て用い、メタンハイドレート生成実験を行った時の反応
容器内圧Pと時間tとの関係を示すグラフである(温度
279.9K、圧力5.7MPa、撹拌速度90rp
m)。
【図3】従来方式による、メタンハイドレート生成実験
を行った時の反応容器内圧Pとの時間tとの関係を示す
グラフである(温度278.9K、圧力5.6MPa、
撹拌速度500rpm)。
【符号の説明】
B:ガス用の高圧ボンベ V1、及びV2:弁 HV:高圧反応容器 TB:恒温槽 SM:含水多孔質物質、または純水(試料) S:撹拌器 W:櫛歯状撹拌翼 PG:圧力計 TC:温度計 R:記録計 VP:真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成田 英夫 北海道札幌市豊平区月寒東2条17丁目2番 1号 工業技術院北海道工業技術研究所内 Fターム(参考) 4H006 AA01 AA02 AD17 BE60 DA44 DA46

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 含水させた多孔質物質にハイドレート生
    成ガスを接触させる工程を含むことを特徴とする生成誘
    導時間を短縮させたガスハイドレートの製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の方法で得られたガスハイドレ
    ートを含有する多孔質物質。
JP2000054324A 2000-02-29 2000-02-29 ガスハイドレートの効率的製造方法及びガスハイドレート含有多孔質物質 Pending JP2001240565A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014512943A (ja) * 2011-03-29 2014-05-29 エスティーエックス オフショア アンド シップビルディング カンパニー,リミテッド ガス水和物連続製造方法

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JP2014512943A (ja) * 2011-03-29 2014-05-29 エスティーエックス オフショア アンド シップビルディング カンパニー,リミテッド ガス水和物連続製造方法

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