JP2001279279A

JP2001279279A - ガスハイドレート製造装置及び多段ガスハイドレート製造装置

Info

Publication number: JP2001279279A
Application number: JP2000096708A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Watabe; 正治渡部; Kozo Yoshikawa; 孝三吉川; Haruhiko Ema; 晴彦江間; Yuichi Kondo; 雄一近藤; Hisayoshi Fujita; 尚義藤田; Takahiro Kimura; 隆宏木村; Hitoshi Endo; 仁遠藤; Yoshihiro Kita; 吉博北
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】複数成分のハイドレート形成物質を含むガス
を効率よく水和させてガスハイドレートを生成し、運転
の安定化を図るとともにコストを抑制した、ガスハイド
レート製造装置及び多段ガスハイドレート製造装置を提
供する。【解決手段】ガスハイドレート製造装置３が、ハイド
レート形成物質を含むガスを水和させてガスハイドレー
トを生成する生成容器１１と、ガスを生成容器１１内に
導入するガス導入管路２１に配設された制御弁３１と、
生成容器１１内のガス組成を検出し、その組成状態に基
づく検出信号を出力するガス組成検出器４１と、生成容
器１１内の圧力を検出し、その圧力状態に基づく検出信
号を出力する圧力検出器４２と、ガス組成検出器４１及
び圧力検出器４２からの各検出信号に基づき制御弁３１
を制御し、ガスの生成容器１１内への流入量を変化させ
る制御器４３と、を備えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイドレート形成
物質（例えばメタン）を含むガスを水和させてガスハイ
ドレートを生成する、ガスハイドレート製造装置、及び
これを多段とした多段ガスハイドレート製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、メタン等の炭化水素を主成分とす
る天然ガスを貯蔵・輸送する方法としては、ガス田から
天然ガスを採取した後液化温度まで冷却し、液化天然ガ
ス（ＬＮＧ）とした状態で貯蔵・輸送する方法が一般的
である。しかし、例えばメタンの場合、液化させるには
−１６２℃といった極低温条件が必要であり、こうした
条件を維持しながら貯蔵・輸送を行うためには、専用の
貯蔵装置や、ＬＮＧ船等といった専用の輸送手段が必要
となる。こうした装置等の製造及び維持・管理には非常
に高いコストを要するため、上記方法に代わる低コスト
の貯蔵・輸送方法が、鋭意研究されてきた。こうした研
究の結果、天然ガスを水和させて固体状態の水和物（ハ
イドレート）を生成し、この固体状態のまま貯蔵・輸送
するとする方法が見出され、近年特に有望視されてい
る。この方法では、ＬＮＧを取扱う場合のような極低温
条件は必要とされず、また固体とするためその取扱いも
比較的容易で、既存の冷凍装置あるいは既存のコンテナ
船を若干改良したものを各々貯蔵装置あるいは輸送手段
として利用可能とでき、大幅な低コスト化が図れるもの
として期待が寄せられている。

【０００３】この天然ガスの水和物（以下、「ガスハイ
ドレート」と記す）とは、包接化合物（クラスレート化
合物）の一種であって、図７（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、複数の水分子（Ｈ₂Ｏ）により形成された立体か
ご型の包接格子（クラスレート）の中に、天然ガスの各
成分を構成するハイドレート形成物質、すなわちメタン
（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）等
の分子が入り込み包接された結晶構造をなすものであ
る。なお、図７（ａ）は、水分子Ｗが１２面体を形成し
た場合を、図７（ｂ）は、１４面体を形成した場合を、
各々示している。また、ハイドレート形成物質の一例と
して、メタン分子を符号Ｍとして示している。クラスレ
ートに包接された天然ガス構成分子同士の分子間距離
は、天然ガスが高圧充填された場合のガスボンベ中にお
ける分子間距離よりも短くなる。これは、天然ガスが緊
密充填された固体を生成し得ることを意味し、例えばメ
タンハイドレートが安定に存在し得る条件下、すなわち
−３０℃・大気圧下（約０．１ＭＰａ）においては、気
体状態と比較して約１／１７０の体積とできるものであ
る。このように、ガスハイドレートは、比較的容易に得
られる温度・圧力条件下において製造可能で、かつ安定
した保存が可能なものである。

【０００４】上記方法においては、ガス田から受け入れ
られた後の天然ガスは、酸性ガス除去工程にて、二酸化
炭素（ＣＯ₂）や硫化水素（Ｈ₂Ｓ）等の酸性ガスを除去
された後、低温・高圧状態とされ、ハイドレート生成工
程にて水和され、ガスハイドレートとなる。このガスハ
イドレートは、続く脱水工程にて、混在している未反応
の水が除去され、更に冷却工程及び減圧工程を経て、所
定の温度・圧力に調整された状態でコンテナ等の容器に
封入され、貯蔵装置内で貯蔵される。輸送時には、この
容器のままコンテナ船等の輸送手段に積み込み、目的地
まで輸送する。目的地での陸揚げ後、ガスハイドレート
は、ハイドレート分解工程を経て天然ガスの状態に戻さ
れ、各供給地へと送られる。

【０００５】ハイドレート生成工程において用いられる
ガスハイドレート製造装置としては、所定の温度・圧力
に設定された耐圧容器内に水を一定量注入しておき、天
然ガスを導入し攪拌することでメタン、エタン、プロパ
ン等を水和させ、生成されたガスハイドレートを外部に
抜き出すものが、一般に用いられている。このとき、反
応容器内の温度・圧力は、天然ガス中の大部分を占める
メタンのハイドレート生成条件に設定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常の天然
ガス組成としては、メタンが主成分として８５％以上を
占めるが、その他にエタン、プロパン等の成分も、各々
数％ずつ含まれている。こうした組成比は、採取したガ
ス田によっても、また同一のガス田内の採取場所によっ
ても異なるものであり、事前に予測することは非常に困
難である。エタンハイドレートやプロパンハイドレート
は、メタンハイドレートよりも低圧の条件下で生成され
るものである。例えば、５℃の温度条件下では、エタン
ハイドレート或いはプロパンハイドレートは、１ＭＰａ
程度の圧力条件下で生成し得るが、メタンハイドレート
は、４ＭＰａ以上の圧力条件下でなくては生成し得な
い。そのため、ガスハイドレート製造装置をメタンのハ
イドレート生成条件に合わせたまま運転し続けた場合に
は、エタンハイドレートやプロパンハイドレートが先に
生成してしまい、ガス組成が変動することで耐圧容器内
の圧力は急激に変動し、安定した運転が行い得ないと言
う欠点があった。また、こうした圧力変動による影響を
少なくして連続運転を行うためには、耐圧容器内の圧力
を非常に高く設定して各成分間の反応速度の差を小さく
することが考えられるが、こうすると、高価な高圧仕様
の耐圧容器が必要となり、ガスハイドレート製造装置の
コストアップを招くこととなっていた。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、複数成分のハイドレート形成物質を含むガスを効率
よく水和させてガスハイドレートを生成し、運転の安定
化を図るとともにコストを抑制した、ガスハイドレート
製造装置及び多段ガスハイドレート製造装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ガスハイドレート製造装置であって、ハイドレート
形成物質を含むガスを水和させてガスハイドレートを生
成する生成容器と、前記ガスを前記生成容器内に導入す
る管路に配設された制御弁と、前記生成容器内のガス組
成を検出し、その組成状態に基づく検出信号を出力する
ガス組成検出器と、前記生成容器内の圧力を検出し、そ
の圧力状態に基づく検出信号を出力する圧力検出器と、
前記ガス組成検出器及び前記圧力検出器からの各検出信
号に基づき前記制御弁を制御し、前記ガスの前記反応容
器内への流入量を変化させる制御器と、を備えているこ
とを特徴とする。

【０００９】このような構成としたことで、生成容器内
の圧力及びガス組成の双方を検出し、その状態に応じ
て、生成容器内へのガスの流入量を適正に制御すること
ができる。そのため、複数成分のハイドレート形成物質
を含むガスを水和させる場合でも、ガス組成の変動によ
って起こる生成容器内の急激な圧力変動を抑制すること
ができ、適正なハイドレート生成条件を維持することが
できる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のガスハイドレート製造装置であって、前記生成容器内
及び該生成容器内に導入されるガスを冷却するための冷
却手段を備えていることを特徴とする。

【００１１】このような構成としたことで、生成容器内
を冷却することができるとともに、ガスを予め冷却した
状態で生成容器内に導入することができるため、水和時
の発熱による生成容器内の温度上昇を高効率で抑制する
ことができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のガスハイドレート製造装置であって、前記生成容器内
の温度を検出し、その温度状態に基づく検出信号を出力
する温度検出器と、該温度検出器からの検出信号に基づ
き前記冷却手段の温度を変化させる温度制御器と、を備
えていることを特徴とする。

【００１３】このような構成としたことで、生成容器内
の温度を検出し、その状態に応じて、生成容器内及び該
生成容器内に導入されるガスを適正温度に制御すること
ができる。そのため、複数成分のハイドレート形成物質
を含むガスを水和させる場合でも、適正なハイドレート
生成条件を維持することができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、多段ガスハイド
レート製造装置であって、ハイドレート形成物質を含む
ガスを水和させてガスハイドレートを生成する第１及び
第２の生成容器と、前記ガスを前記第１の生成容器内に
導入する第１の管路に配設された第１の制御弁と、前記
第１の反応容器内のガスを前記第２の生成容器内に導入
する第２の管路に配設された第２の制御弁と、前記第１
の生成容器内のガス組成を検出し、その組成状態に基づ
く検出信号を出力する第１のガス組成検出器と、前記第
１の生成容器内の圧力を検出し、その圧力状態に基づく
検出信号を出力する第１の圧力検出器と、前記第１のガ
ス組成検出器及び前記第１の圧力検出器からの各検出信
号に基づき前記第１の制御弁を制御し、前記ガスの前記
第１の反応容器内への流入量を変化させる第１の制御器
と、前記第２の生成容器内のガス組成を検出し、その組
成状態に基づく検出信号を出力する第２のガス組成検出
器と、前記第２の生成容器内の圧力を検出し、その圧力
状態に基づく検出信号を出力する第２の圧力検出器と、
前記第２のガス組成検出器及び前記第２の圧力検出器か
らの各検出信号に基づき前記第２の制御弁を制御し、前
記第１の反応容器内のガスの前記第２の反応容器内への
流入量を変化させる第２の制御器と、を備えていること
を特徴とする。また、請求項５に記載の発明は、請求項
４に記載の多段ガスハイドレート製造装置であって、前
記第１及び第２の生成容器内、又はこれら第１及び第２
の生成容器内に導入されるガスを冷却するための冷却手
段を備えていることを特徴とする。更に、請求項６に記
載の発明は、請求項５に記載の多段ガスハイドレート製
造装置であって、前記第１の生成容器内の温度を検出
し、その温度状態に基づく検出信号を出力する第１の温
度検出器と、該第１の温度検出器からの検出信号に基づ
き前記冷却手段の温度を変化させる第１の温度制御器
と、前記第２の生成容器内の温度を検出し、その温度状
態に基づく検出信号を出力する第２の温度検出器と、該
第２の温度検出器からの検出信号に基づき前記冷却手段
の温度を変化させる第２の温度制御器と、を備えている
ことを特徴とする。

【００１５】このように、生成容器を複数個備えた多段
ガスハイドレート製造装置としたので、複数のハイドレ
ート形成物質を、各々のハイドレート生成条件に適した
生成容器内で順次反応させていくことができ、生成容器
内の急激な圧力変動をより適正に抑制することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスハイドレ
ート製造装置及び多段ガスハイドレート製造装置の実施
の形態を、第１乃至第４の実施形態として、図面を用い
て説明する。

【００１７】［第１の実施形態］本発明に係るガスハイ
ドレート製造装置の一実施形態について、図１、図５及
び図６を用いて説明する。始めに、このガスハイドレー
ト製造装置を用いた、天然ガスを製品ハイドレートとす
るまでの一連の装置構成について、図５を用いて説明す
る。ガス田から受け入れられた天然ガスは、先ず天然ガ
ス受入タンク１に受け入れられ、一旦貯蔵される。ここ
から、酸性ガス除去装置２に送られ、ガス中に存在する
二酸化炭素（ＣＯ ₂）や硫化水素（Ｈ₂Ｓ）等の酸性ガス
を除去される。酸性ガスの除去は、これら酸性ガスを、
石灰（ＣａＯ）等のアルカリ試薬と反応させることで行
う。次に、ハイドレート製造装置３に導入され、常温・
高圧のハイドレート生成条件となるように圧縮及び冷却
され、水和されて、ガスハイドレートとなる。ここでい
うハイドレート生成条件とは、メタンハイドレートが生
成し得る条件下、すなわち２〜１０℃程度の温度であっ
て、圧力が４ＭＰａ以上となるような温度・圧力条件で
ある。このガスハイドレートは、未反応の水が残存した
スラリー状となっているので、遠心分離器４で余分な水
分を除去した後、冷却装置５で冷却され、減圧装置６で
減圧され、低温・状圧のハイドレート貯蔵条件とされ
る。このハイドレート貯蔵条件とは、−２０〜−４０℃
程度の温度であって、圧力が大気圧（０．１ＭＰａ程
度）となるような温度・圧力条件である。この状態で、
製品ガスハイドレートとしてコンテナ等の容器に封入さ
れ、図示しない貯蔵装置内に送られ、そこで貯蔵され
る。

【００１８】ガスハイドレート生成装置３は、図１に示
すように、天然ガスを水和させてガスハイドレートを生
成する生成容器１１と、この生成容器１１に天然ガスを
導入するガス導入管路（管路）２１と、ガス導入管路２
１に配設された制御弁３１と、生成容器１１に設けられ
たガス組成検出器４１及び圧力検出器４２と、制御弁３
１を制御する制御器４３と、生成容器１１内及び天然ガ
スを冷却するための冷媒を流す冷媒管路５１と、を備え
ている。

【００１９】生成容器１１は、密閉された耐圧容器であ
り、所定量注入された水と天然ガスとを反応させ、すな
わち水和させて、ガスハイドレートを生成するものであ
る。注入された水は水相Ｗを形成しており、その上部側
には天然ガスが充満された気相Ｇが形成されている。す
なわち、水相Ｗと気相Ｇとの接触部分である気液界面に
おいて、天然ガス中の各成分であるメタン、エタン、プ
ロパン等と水とが反応して、ガスハイドレートが生成さ
れるようになっている。この気液界面の近傍には、生成
されたガスハイドレートを生成容器１１外部に抜き出す
ための、ハイドレート抜出管１２が設けられている。ま
た、生成容器１１の頂部側には、気相Ｇにおけるガスを
生成容器１１外部に抜き出すための、ガス抜管１３が設
けられている。このガス抜管１３の他端側はガス導入管
路２１に連結されており、抜き出されたガスは再び生成
容器１１内部に導入される。すなわち、天然ガス中の未
反応成分を循環させることができるようになっている。
なお、図示は省略するが、水相Ｗを攪拌して気液界面で
の水和を促進させる攪拌羽根、及び生成容器１１内に水
を注入する水注入管が設けられている。攪拌羽根で水相
を攪拌することにより、気相中のガスを水相Ｗ中に分散
させ、気液界面（気液接触面積）を増加させることで、
ガスハイドレートを効率よく生成を行うことができるよ
うになっている。また、ガスを水和することにより水相
Ｗの量が減少しても、水注入管から適宜水を補充し、気
液界面の高さを一定に維持することができるようになっ
ている。

【００２０】この生成容器１１には、内部を、特に水相
Ｗを冷却するための水相熱交換器（冷却手段）１４が設
けられている。この水相熱交換器１４は、生成容器１１
内部を貫通するように設けられた冷媒管路５１の一部分
である。この冷媒管路５１は、後述するガス熱交換器
（冷却手段）２３とも連結されており、冷却器５０から
の冷媒によって、生成容器１１内部及び生成容器１１に
導入される天然ガスの双方を冷却できるようになってい
る。

【００２１】ガス導入管路２１の管路途中には、圧縮機
２２、ガス熱交換器２３及び制御弁３１が設けられてい
る。圧縮機２２は、ガス導入管路２１を通って流れてく
る天然ガスを圧縮し、生成容器１１へと送るものであ
る。また、ガス熱交換器２３は、圧縮機２２で圧縮され
て高温・高圧となった天然ガスを冷却するものである。
更に、制御弁３１は、制御器４１によりその開度を制御
され、天然ガスの反応容器１１内への流入量を変化させ
るものである。

【００２２】ガス組成検出器４１は、生成容器１１内の
ガス組成を検出し、その組成状態に基づく検出信号を制
御器４３へと出力するものである。また、圧力検出器４
２は、生成容器１１内の圧力を検出し、その圧力状態に
基づく検出信号を制御器４３へと出力するものである。
制御器４３は、ガス組成検出器４１及び圧力検出器４２
からの各検出信号に基づき制御弁３１の適正な開度を演
算して制御弁３１を制御するものである。

【００２３】このガスハイドレート製造装置３の運転に
ついて説明する。上述した通り、天然ガス中の主成分は
メタンであるので、メタンハイドレートの生成条件に合
わせた条件で運転を開始することが好ましい。例えば、
生成容器１１内の温度及び圧力が、１０℃・８ＭＰａと
なるように運転する。制御弁３１を開とし、圧縮機２２
を回転させて、ガス導入管路２１から生成容器１１内に
天然ガスを送り込む。圧縮されて高温・高圧となった天
然ガスは、ガス熱交換器２３によって予冷され、適正温
度となって生成容器１１内に導入される。生成容器１１
内に導入された天然ガス中の各成分、すなわちメタン、
エタンあるいはプロパン等は、水相Ｗとの気液界面にお
いて水和され、各々メタンハイドレート、エタンハイド
レート、プロパンハイドレート等が生成されて、これら
はハイドレート抜出管１２から抜き出される。なお、水
和時に発生する水和熱は、水相熱交換器１４によって生
成容器１１内部から外部へと移動され、生成容器１１内
は冷却される。生成容器１１内のガス組成はガス組成検
出器４１によって、また圧力は圧力検出器４２によって
各々検出されており、制御器４３は、生成容器１１内の
圧力及びガス組成を総合的に判断して制御弁３１の開度
を制御し、生成容器１１内へのガス導入量を適正化し、
生成容器１１内を最適なハイドレート生成条件となるよ
うにする。

【００２４】ここで、天然ガス中の各成分のハイドレー
ト生成条件について説明する。図６には、メタン、エタ
ン、プロパン及びｉ−ブタンといった各成分のハイドレ
ート生成平衡線を示している。この図において、各々の
生成平衡線よりも上側の斜線を付した領域は、ハイドレ
ート生成領域（ハイドレート生成条件下）である。この
図から明らかなように、温度条件が同じであれば、メタ
ンハイドレートと比較してエタンハイドレート及びプロ
パンハイドレートの方が、より低圧で生成する。すなわ
ち、生成容器１１内のハイドレート生成条件をメタンハ
イドレートのそれに合わせた場合には、エタンハイドレ
ート及びプロパンハイドレートが先に生成し、これらの
生成がほぼ終了した時点でメタンハイドレートが生成す
ることとなる。上述した通り、ガスハイドレートとなれ
ば気体状態の約１／１７０にまで体積が減少するので、
気相Ｇのエタン及びプロパンの分圧が一気に減少し、生
成容器１１内の圧力は減少する。このままの状態でガス
ハイドレート製造装置３の運転を続けていけば、生成容
器１１内の圧力は、メタンハイドレート生成条件以下の
圧力となってしまう。すなわち、気相Ｇのうちの殆ど
が、水和できないメタンで充満されることとなる。こう
なると、制御弁３１の開度を大きくしてガスの導入量を
急激に多くし、生成容器１１内の圧力を高めなければな
らない。このような運転を繰り返すと、生成容器１１内
の圧力や温度はたえず激しく変動し、一定の生成速度で
安定してガスハイドレートを生成させることが非常に困
難となる。

【００２５】こうした事態を未然に防ぐように、制御器
４３は、生成容器１１内のメタン濃度が高くなると判断
した場合には、制御弁３１の開度を大きくしてガス流入
量を多くし、生成容器１１の内圧を高めて充満している
メタンを積極的に反応させるようにする。逆に、生成容
器１１内のメタン濃度が低くなると判断した場合には、
制御弁３１の開度を小さくしてガス流入量を少なくし、
生成容器１１の内圧を低くしてエタンあるいはプロパン
等を積極的に反応させるようにする。

【００２６】本実施形態に係るガスハイドレート製造装
置３においては、ガス組成検出器４１及び圧力検出器４
２によって生成容器１１内の圧力及びガス組成の双方を
検出し、その状態に応じて、生成容器１１内への天然ガ
スの導入量を適正に制御するように構成している。その
ため、天然ガス中のエタンやプロパンの組成比が高い場
合や、途中で組成比が変動した場合でも、生成容器１１
内の急激な圧力変動を抑制することができ、適正なハイ
ドレート生成条件を維持することができる。そのため、
ガスハイドレート製造装置３の運転を安定化させること
ができるとともに、生成容器１１内の圧力を過度に上げ
る必要がないため、ガスハイドレート製造装置のコスト
アップを抑制することができる。また、水相熱交換器１
４により、生成容器１１内を冷却することができるとと
もに、ガス熱交換器２３により、ガスを予め冷却した状
態で生成容器１１内に導入することができる。そのた
め、水和時の発熱による生成容器内の温度上昇を高効率
で抑制することができる。更に、こうした冷却を同一の
冷媒によって行うこととしているので、冷却手段の構成
を簡易なものとでき、冷却に要するコストを抑制するこ
とができる。

【００２７】［第２の実施形態］本発明に係るガスハイ
ドレート製造装置の他の実施形態について、図２を用い
て説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、生成容器内の温度を検出する温度検出器及び温度制
御器を備えている点である。そのため、第１の実施形態
における構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を
付して、その詳しい説明は省略する。

【００２８】温度検出器６１は、生成容器１１内の温度
を検出し、その温度状態に基づく検出信号を温度制御器
６２へと出力するものである。温度制御器６２は、温度
検出器６１からの検出信号に基づき、冷却器５０を制御
して、生成容器１１内の温度、及び生成容器１１内に導
入される天然ガスの温度を適正とするように、冷媒管路
５１への冷媒流量を変化させるものである。

【００２９】本実施形態に係るガスハイドレート製造装
置３においては、温度検出器６１によって生成容器１１
内の温度を検出し、その状態に応じて冷媒流量を適正に
制御して、生成容器１１内及び生成容器１１内に導入さ
れる天然ガスを適正温度に制御することができる。その
ため、天然ガス中のエタンやプロパンの組成比が高い場
合や、途中で組成比が変動した場合でも、生成容器１１
内の温度を常に最適に維持することができ、ガスハイド
レート製造装置３の運転をより安定化させることができ
る。

【００３０】［第３の実施形態］本発明に係る多段ガス
ハイドレート製造装置の一実施形態について、第３の実
施形態として、図３を用いて説明する。本実施形態に係
る多段ガスハイドレート製造装置は、第１の実施形態に
おけるガスハイドレート製造装置を直列に連結し多段と
している。そのため、第１の実施形態における構成要素
と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その詳し
い説明は省略する。この多段ガスハイドレート生成装置
３Ａは、図３に示すように、低圧側ガスハイドレート製
造装置３ａと、高圧側ガスハイドレート製造装置３ｂか
ら構成されている。低圧側ガスハイドレート製造装置３
ａは、天然ガスを水和させてガスハイドレートを生成す
る低圧側生成容器（第１の生成容器）１１ａと、この低
圧側生成容器１１ａに天然ガスを導入する第１のガス導
入管路（第１の管路）２１ａと、第１のガス導入管路２
１ａに配設された第１の制御弁３１ａと、低圧側生成容
器１１ａに設けられた第１のガス組成検出器４１ａ及び
第１の圧力検出器４２ａと、第１の制御弁３１ａを制御
する第１の制御器４３ａと、を備えている。また、高圧
側ガスハイドレート製造装置３ｂは、高圧側生成容器
（第２の生成容器）１１ｂと、低圧側生成容器１１ａか
ら高圧側生成容器１１ｂにガスを導入する第２のガス導
入管路（第２の管路）２１ｂと、第２のガス導入管路２
１ｂに配設された第２の制御弁３１ｂと、高圧側生成容
器１１ｂに設けられた第２のガス組成検出器４１ｂ及び
第２の圧力検出器４２ｂと、第２の制御弁３１ｂを制御
する第２の制御器４３ｂと、を備えている。

【００３１】低圧側生成容器１１ａ、高圧用生成容器１
１ｂには、生成されたガスハイドレートを外部に抜き出
すための、ハイドレート抜出管１２ａ、１２ｂが各々設
けられている。また、生成容器１１ｂの頂部側には、気
相Ｇにおけるガスを生成容器１１ｂ外部に抜き出すため
の、ガス抜管１３ｂが設けられている。このガス抜管１
３ｂの他端側は第２のガス導入管路２１ｂに連結されて
おり、抜き出されたガスは再び生成容器１１ｂ内に導入
され、未反応ガス成分を循環させることができるように
なっている。

【００３２】低圧側生成容器１１ａには、水相熱交換器
（冷却手段）１４ａが、高圧側生成容器１１ｂには、水
相熱交換器（冷却手段）１４ｂが、各々設けられてい
る。これら水相熱交換器１４ａ、１４ｂは、低圧側生成
容器１１ａ内部及び高圧側生成容器１１ｂを貫通するよ
うに設けられた冷媒管路５１の一部分である。この冷媒
管路５１は、後述する低圧側ガス熱交換器（冷却手段）
２３ａ、高圧側ガス熱交換器（冷却手段）２３ｂとも連
結されており、冷却器５０からの冷媒によって、低圧側
生成容器１１ａ内に導入される天然ガス及び高圧側生成
容器１１ｂに導入される未反応ガスも冷却できるように
なっている。

【００３３】第１のガス導入管路２１ａの管路途中に
は、低圧側圧縮機２２ａ、低圧側ガス熱交換器２３ａ及
び第１の制御弁３１ａが設けられている。また、第２の
ガス導入管路２１ｂの管路途中には、高圧側圧縮機２２
ｂ、高圧側ガス熱交換器２３ｂ及び第２の制御弁３１ｂ
が設けられている。高圧側ガス熱交換器２３ｂには、冷
媒管路５１から分岐した分岐管路５１ａと連結してい
る。この分岐管路には分岐弁５２が設けられており、高
圧側ガス熱交換器２３ｂへの冷媒流量は可変となってい
る。

【００３４】第１のガス組成検出器４１ａは、低圧側生
成容器１１ａ内のガス組成を検出し、その組成状態に基
づく検出信号を第１の制御器４３ａへと出力するもので
ある。また、第１の圧力検出器４２ａは、低圧側生成容
器１１ａ内の圧力を検出し、その圧力状態に基づく検出
信号を第１の制御器４３ａへと出力するものである。第
１の制御器４３ａは、第１のガス組成検出器４１ａ及び
第１の圧力検出器４２ａからの各検出信号に基づき、第
１の制御弁３１ａの適正な開度を演算し、第１の制御弁
３１ａを制御するものである。第２のガス組成検出器４
１ｂは、高圧側生成容器１１ｂ内のガス組成を検出し、
その組成状態に基づく検出信号を第２の制御器４３ｂへ
と出力するものである。また、第２の圧力検出器４２ｂ
は、高圧側生成容器１１ｂ内の圧力を検出し、その圧力
状態に基づく検出信号を第２の制御器４３ｂへと出力す
るものである。第２の制御器４３ｂは、第２のガス組成
検出器４１ｂ及び第２の圧力検出器４２ｂからの各検出
信号に基づき、第２の制御弁３１ｂの適正な開度を演算
し、第２の制御弁３１ｂを制御するものである。

【００３５】この多段ガスハイドレート製造装置３Ａの
運転について説明する。低圧側ガスハイドレート製造装
置３ａと高圧側ガスハイドレート製造装置３ｂとを、互
いに異なるハイドレート生成条件に合わせて運転を開始
する。すなわち、低圧側生成容器１１ａ内では、例えば
エタンハイドレート、プロパンハイドレート等を生成さ
せ、高圧側生成容器１１ｂ内では、例えばメタンハイド
レートを生成させるように運転する。このための温度・
圧力条件の一例としては、低圧側生成容器１１ａ内が２
℃・２ＭＰａ、高圧側生成容器１１ｂ内が０℃・４ＭＰ
ａである。

【００３６】第１の制御弁３１ａ及び第２の制御弁３１
ｂを各々開とし、低圧側圧縮機２２ａ及び高圧側圧縮機
２２ｂを各々回転させて、第１のガス導入管路２１ａか
ら低圧側生成容器１１ａ内に天然ガスを送り込む。圧縮
されて高温・高圧となった天然ガスは、低圧側ガス熱交
換器２３ａによって予冷され、適正温度となって低圧側
生成容器１１ａ内に導入される。低圧側生成容器１１ａ
内に導入された天然ガスのうち、エタンあるいはプロパ
ン等の成分は水和され、各々エタンハイドレート、プロ
パンハイドレート等が生成されて、これらはハイドレー
ト抜出管１２ａから抜き出される。水和時に発生する水
和熱は、水相熱交換器１４ａによって低圧側生成容器１
１ａ内部から外部へと移動され、低圧側生成容器１１ａ
内は冷却される。ここで、低圧側生成容器１１ａ内は、
メタンハイドレートが生成し得る条件とはなっていない
ので、殆どのメタンは未反応ガスとして第２のガス導入
管路２１ｂに吸引され、高圧側生成容器１１ｂへと送ら
れる。高圧側圧縮機２２ｂによって圧縮され高温・高圧
となった未反応ガスは、高圧側ガス熱交換器２３ｂによ
って予冷され、適正温度となって高圧側生成容器１１ｂ
内に導入される。高圧側生成容器１１ｂ内は、メタンハ
イドレートが生成し得る条件となっているので、導入さ
れた未反応ガス中のメタンはここで水和され、メタンハ
イドレートが生成されて、ハイドレート抜出管１２ｂか
ら抜き出される。水和時に発生する水和熱は、水相熱交
換器１４ｂによって高圧側生成容器１１ｂ内部から外部
へと移動され、高圧側生成容器１１ｂ内は冷却される。

【００３７】低圧側生成容器１１ａ内のガス組成は第１
のガス組成検出器４１ａによって、圧力は第１の圧力検
出器４２ａによって各々検出されており、第１の制御器
４３ａは、低圧側生成容器１１ａ内の圧力及びガス組成
を総合的に判断して第１の制御弁３１ａの開度を制御
し、低圧側生成容器１１ａ内への天然ガスの導入量を最
適となるようにする。また、高圧側生成容器１１ｂ内の
ガス組成は第２のガス組成検出器４１ｂによって、圧力
は第２の圧力検出器４２ｂによって各々検出されてお
り、第２の制御器４３ｂは、高圧側生成容器１１ｂ内の
圧力及びガス組成を総合的に判断して第２の制御弁３１
ｂの開度を制御し、高圧側生成容器１１ｂ内への未反応
ガスの導入量を最適となるようにする。

【００３８】本実施形態に係る多段ガスハイドレート製
造装置３Ａにおいては、生成容器として低圧側生成容器
１１ａと高圧側生成容器１１ｂとを備えるとともに、各
生成容器内のガス組成及び圧力を検出してガスの導入量
を制御するように構成している。そのため、天然ガス中
のメタン、エタンあるいはプロパン等を、各々のハイド
レート生成条件に適した条件で順次反応させていくこと
ができる。そのため、生成容器内の圧力変動を更に適正
に抑制することができ、運転を更に安定化させることが
できる。また、各生成容器を各々に適した仕様とできる
ので、ガスハイドレート製造装置のコストアップを抑制
することができる。

【００３９】［第４の実施形態］本発明に係る多段ガス
ハイドレート製造装置の他の実施形態について、第４の
実施形態として、図４を用いて説明する。本実施形態が
上記第３の実施形態と異なる点は、生成容器内の温度を
検出する温度検出器及び温度制御器を備えている点であ
る。そのため、第３の実施形態における構成要素と同一
の構成要素には、同一の符号を付して、その詳しい説明
は省略する。

【００４０】第１の温度検出器６１ａは、低圧側生成容
器１１ａ内の温度を検出し、その温度状態に基づく検出
信号を第１の温度制御器６２ａへと出力するものであ
る。第１の温度制御器６２ａは、第１の温度検出器６１
ａからの検出信号に基づき、分岐管路５１ａに設けられ
た分岐制御弁５２ａを制御して、高圧側生成容器１１ｂ
内に導入される未反応ガスの温度を適正とするように、
且つ水相熱交換器１４ａへ流れる冷媒の温度を適正とす
るように、高圧側ガス熱交換器２３ｂへの冷媒流量を変
化させるものである。なお、分岐制御弁５２ａは、上記
第３の実施形態における分岐弁５２を自動制御可能とし
たものである。また、第２の温度検出器６１ｂは、高圧
側生成容器１１ｂ内の温度を検出し、その温度状態に基
づく検出信号を第２の温度制御器６２ｂへと出力するも
のである。第２の温度制御器６２ｂは、第２の温度検出
器６１ｂからの検出信号に基づき、冷却器５０を制御し
て、冷媒管路５１への冷媒流量を変化させるものであ
る。

【００４１】本実施形態に係る多段ガスハイドレート製
造装置３Ａにおいては、第１の温度検出器６１ａによっ
て低圧側生成容器１１ａ内の温度を、第２の温度検出器
６１ｂによって高圧側生成容器１１ｂ内の温度を各々検
出し、これらの状態に応じて冷却器５０又は分岐制御弁
５２ａを制御して、水相熱交換器１４ａ、１４ｂ、低圧
側ガス熱交換器２３ａ及び高圧側ガス熱交換器２３ｂへ
の冷媒流量を適正に制御するように構成している。その
ため、低圧側生成容器１１ａ内及び高圧側生成容器１１
ｂ内の温度を常に最適に維持することができ、更に適正
なハイドレート生成条件を維持することができ、運転を
更に一層安定化させることができる。

【００４２】なお、上記各実施形態においては、何れ
も、生成容器内において水相を攪拌することにより気相
中のガスを水相中に分散させ、気液界面（気液接触面
積）を増加させることでガスハイドレートを効率よく生
成を行うとする、いわゆる攪拌型の生成容器を構成して
いるが、これに限定されるものではない。例えば、水相
の下側からガスをバブリングし、泡と水相との気液界面
でも反応を起こさせる、いわゆるバブリング型生成容器
や、生成容器の上部から気相に向けて水を噴射し、水滴
と気相との気液界面で反応を起こさせる、いわゆるスプ
レー型生成容器等が用いられても、差し支えない。ま
た、第３及び第４の実施形態においては、生成容器を２
段、すなわち低圧用と高圧用としたが、３段以上設けた
多段式としても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
ハイドレート製造装置においては、ガス組成及び圧力を
検出してガス導入量を制御するようにしているので、複
数成分のハイドレート形成物質を含むガスを効率よく水
和させてガスハイドレートを生成し、運転の安定化を図
るとともにコストを抑制することができる。また、本発
明に係る多段ガスハイドレート製造装置においては、上
記特徴を有するガスハイドレート製造装置を直列に連結
し多段としているので、各成分のハイドレート生成条件
に適した条件で順次反応させていくことができ、更に運
転の安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスハイドレート製造装置の
一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係るガスハイドレート製造装置の
他の実施形態を示す概略構成図である。

【図３】本発明に係る多段ガスハイドレート製造装
置の一実施形態を示す概略構成図である。

【図４】本発明に係る多段ガスハイドレート製造装
置の他の実施形態を示す概略構成図である。

【図５】天然ガスを製品ガスハイドレートとするま
での一連の装置構成を示すブロック図である。

【図６】ガスハイドレートの生成平衡線図である。

【図７】ガスハイドレートの分子構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

３ガスハイドレート製造装置３Ａ多段ガスハイドレート製造装置１１生成容器１１ａ低圧側生成容器（第１の生成容器）１１ｂ高圧側生成容器（第２の生成容器）１４、１４ａ、１４ｂ水相熱交換器（冷却手段）２１ガス導入管路（管路）２１ａ第１のガス導入管路（第１の管路）２１ｂ第２のガス導入管路（第２の管路）２３ガス熱交換器（冷却手段）２３ａ低圧側ガス熱交換器（冷却手段）２３ｂ高圧側ガス熱交換器（冷却手段）３１制御弁３１ａ第１の制御弁３１ｂ第２の制御弁４１ガス組成検出器４１ａ第１のガス組成検出器４１ｂ第２のガス組成検出器４２圧力検出器４２ａ第１の圧力検出器４２ｂ第１の圧力検出器４３制御器４３ａ第１の制御器４３ｂ第２の制御器６１温度検出器６１ａ第１の温度検出器６１ｂ第２の温度検出器６２温度制御器６２ａ第１の温度制御器６２ｂ第２の温度制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０７Ｃ 9/04 Ｃ０７Ｃ 9/06 9/06 9/08 9/08 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ａ (72)発明者江間晴彦兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者近藤雄一兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者藤田尚義兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者木村隆宏兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者遠藤仁兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者北吉博兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内Ｆターム(参考） 4H006 AA02 AC93 BC10 BC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハイドレート形成物質を含むガスを水
和させてガスハイドレートを生成する生成容器と、前記ガスを前記生成容器内に導入する管路に配設された
制御弁と、前記生成容器内のガス組成を検出し、その組成状態に基
づく検出信号を出力するガス組成検出器と、前記生成容器内の圧力を検出し、その圧力状態に基づく
検出信号を出力する圧力検出器と、前記ガス組成検出器及び前記圧力検出器からの各検出信
号に基づき前記制御弁を制御し、前記ガスの前記反応容
器内への流入量を変化させる制御器と、を備えていることを特徴とするガスハイドレート製造装
置。
【請求項２】前記生成容器内及び該生成容器内に導
入されるガスを冷却するための冷却手段を備えているこ
とを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレート製造
装置。
【請求項３】前記生成容器内の温度を検出し、その
温度状態に基づく検出信号を出力する温度検出器と、該温度検出器からの検出信号に基づき前記冷却手段の温
度を変化させる温度制御器と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載のガスハ
イドレート製造装置。
【請求項４】ハイドレート形成物質を含むガスを水
和させてガスハイドレートを生成する第１及び第２の生
成容器と、前記ガスを前記第１の生成容器内に導入する第１の管路
に配設された第１の制御弁と、前記第１の反応容器内のガスを前記第２の生成容器内に
導入する第２の管路に配設された第２の制御弁と、前記第１の生成容器内のガス組成を検出し、その組成状
態に基づく検出信号を出力する第１のガス組成検出器
と、前記第１の生成容器内の圧力を検出し、その圧力状態に
基づく検出信号を出力する第１の圧力検出器と、前記第１のガス組成検出器及び前記第１の圧力検出器か
らの各検出信号に基づき前記第１の制御弁を制御し、前
記ガスの前記第１の反応容器内への流入量を変化させる
第１の制御器と、前記第２の生成容器内のガス組成を検出し、その組成状
態に基づく検出信号を出力する第２のガス組成検出器
と、前記第２の生成容器内の圧力を検出し、その圧力状態に
基づく検出信号を出力する第２の圧力検出器と、前記第２のガス組成検出器及び前記第２の圧力検出器か
らの各検出信号に基づき前記第２の制御弁を制御し、前
記第１の反応容器内のガスの前記第２の反応容器内への
流入量を変化させる第２の制御器と、を備えたことを特徴とする多段ガスハイドレート製造装
置。
【請求項５】前記第１及び第２の生成容器内、及び
これら第１及び第２の生成容器内に導入されるガスを冷
却するための冷却手段を備えていることを特徴とする請
求項４に記載の多段ガスハイドレート製造装置。
【請求項６】前記第１の生成容器内の温度を検出
し、その温度状態に基づく検出信号を出力する第１の温
度検出器と、該第１の温度検出器からの検出信号に基づき前記冷却手
段の温度を変化させる第１の温度制御器と、前記第２の生成容器内の温度を検出し、その温度状態に
基づく検出信号を出力する第２の温度検出器と、該第２の温度検出器からの検出信号に基づき前記冷却手
段の温度を変化させる第２の温度制御器と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の多段ガ
スハイドレート製造装置。