JP2001348583A - ガスハイドレート製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低含水率のガスハイドレートを製造し、後工
程での脱水作業を大幅に簡略化して貯蔵効率や輸送効率
を向上させるとともに、ガスハイドレートの製造効率を
向上させて運転コストを抑制することができる、ガスハ
イドレート製造装置を提供する。 【解決手段】 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ためのガスハイドレ
ート製造装置３であって、装置本体３０と、ハイドレー
ト形成物質を含むガスを装置本体３０内に導入するガス
導入管路３１と、親水性のドラム表面３２ａを有し装置
本体３０内を回転可能な回転ドラム３２と、ドラム表面
３２ａに水膜を形成させる水膜形成手段３４と、水膜と
ハイドレート形成物質を含むガスとが水和して生成され
たガスハイドレートをドラム表面３２ａから除去するス
クレーパ３６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
ドレートを製造する、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１３（ａ）及び図１３（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）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１３（ａ）は、水分子
Ｈ₂Ｏが１２面体を形成した場合を、図１３（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ＣＨ₄を
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０．１ＭＰ
ａ）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、殆どメタンのみとなった後、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・圧力に調整された固体
状態の製品ガスハイドレートとされ、コンテナ等の容器
に封入されて、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、例えば図１４に示
すような装置が用いられている。このガスハイドレート
製造装置においては、所定の圧力・温度条件に設定され
た耐圧容器１５０内に水を一定量注入しておき、ガス導
入管１５２から天然ガスを導入し攪拌羽根１５４で攪拌
することで天然ガスを水和させ、生成されたガスハイド
レートを抜出管１５３から外部に抜き出すようになって
いる。なお、符号１５５は恒温槽である。この場合にお
いて、ガスハイドレートは気液界面、すなわち水面で生
成されるため、抜出管１５３は水面と位置を合わせて設
けられ、ガスハイドレートは水とともに抜き出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】こうしたガスハイドレ
ート製造装置では、生成されたガスハイドレートを水と
ともに抜き出すため、ガスハイドレートは高含水率のス
ラリー状となったまま、後工程である脱水工程へと送ら
れていた。ガスハイドレート中に余分な水分が残存して
いると、貯蔵効率上及び輸送効率上好ましくないことか
ら、脱水工程においては、こうした水分を充分に脱水し
て粉体状のガスハイドレートとすることが要求される。
しかし、スラリー状から一気に粉体状としていたので、
脱水に多大な労力やコストを要するとともに長時間を要
し、一連の工程中でのネックとなっていた。また脱水方
法としては、ニップローラでガスハイドレートを挟み込
む方法や、遠心分離による方法等があるが、こうした機
械的脱水方法では、脱水できる量にも一定の限界があ
る。そのため、充分に脱水されていないガスハイドレー
トのままで貯蔵及び輸送される場合もあり、貯蔵効率や
輸送効率を向上させることは困難な状況となっていた。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、低含水率のガスハイドレートを製造し、後工程での
脱水作業を大幅に簡略化して貯蔵効率や輸送効率を向上
させるとともに、ガスハイドレートの製造効率を向上さ
せて運転コストを抑制することができる、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、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ためのガスハイドレート製造装
置であって、装置本体と、ハイドレート形成物質を含む
ガスを該装置本体内に導入するガス導入手段と、親水性
の面部を有し該面部を前記装置本体内で移動させる面移
動手段と、前記面部に水膜を形成させる水膜形成手段
と、前記水膜と前記ハイドレート形成物質を含むガスと
が水和して生成されたガスハイドレートを前記面部から
除去するガスハイドレート除去手段と、を備えたことを
特徴とする。

【０００９】このように、面部に水膜を形成させてガス
ハイドレートが生成されるようにしているので、水膜形
成手段による面部への水の付着量を調節して、水膜の膜
厚を適正値となるように制御すれば、低含水率のガスハ
イドレートを製造することができる。

【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、前記面移動手段
を、前記装置本体内で回転する回転ドラムにより構成
し、前記面部を、前記回転ドラムの外面としたことを特
徴とする。

【００１１】このように、回転ドラムの外面に水膜を形
成させてガスハイドレートが連続的に生成されるように
しているので、回転ドラムの径又は回転速度を調節す
る、あるいは水膜形成手段による面部への水の付着量を
調節して、水膜の膜厚を適正値となるように制御すれ
ば、低含水率のガスハイドレートを連続的に製造するこ
とができる。

【００１２】請求項３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、前記面移動手段
を、前記装置本体内で回転する複数の回転軸体と、これ
ら回転軸体間に掛け渡される無端ベルトにより構成し、
前記面部を、前記無端ベルトの外面としたことを特徴と
する。

【００１３】このように、無端ベルトの外面に水膜を形
成させてガスハイドレートが連続的に生成されるように
しているので、装置本体内の容積に対する面部の面積比
を大きくとることができ、低含水率のガスハイドレート
を大量にかつ効率的に連続製造することができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載のガスハイドレート製造装置であって、
前記面移動手段は、前記面部を所定温度に調節する温度
調節手段を備えていることを特徴とする。

【００１５】このような構成としたことで、装置本体内
において、面部のみをガスハイドレートが生成する圧力
・温度条件とすることができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかに記載のガスハイドレート製造装置であって、
前記水膜形成手段は、水を霧状にして前記面部に噴霧す
る水噴霧ノズルと、噴霧された水を部分的に遮り前記面
部への水の付着量を変化させるスリットと、を備えたこ
とを特徴とする。また、請求項６に記載の発明は、請求
項１〜５のいずれかに記載のガスハイドレート製造装置
であって、前記水膜形成手段は、前記面部のうちの少な
くとも一部分を水中に浸す水浴と、該水浴によって前記
面部に形成された水膜のうちの余分な水分を吸収する水
分吸収用ローラと、を備えたことを特徴とする。更に、
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６に記載のガスハ
イドレート製造装置であって、前記水膜形成手段は、前
記面部に水を転写して水膜を形成させる水転写用ローラ
と、該水転写ローラに水を付与する水付与手段と、を備
えたことを特徴とする。

【００１７】このような構成としたことで、面部に連続
的に形成される水膜の膜厚を、安定して適正値に維持す
ることができる。

【００１８】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の
いずれかに記載のガスハイドレート製造装置であって、
前記面部から除去されたガスハイドレートを脱水する脱
水手段と、脱水されたガスハイドレートを圧縮するとと
もに冷却して圧密成形体とする圧密冷却手段と、を備え
たことを特徴とする。

【００１９】このような構成としたことで、ガスハイド
レートを製造してから製品ガスハイドレートとするまで
を、ガスハイドレート製造装置で行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスハイドレ
ート製造装置の第１乃至第３の実施の形態について、図
面を用いて説明する。

【００２１】［第１の実施形態］第１の実施形態につい
て、図１乃至図３、及び図６乃至図９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て天
然ガスを製品ハイドレートとするまでの一連の流れにつ
いて、図６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
リ薬品と反応させることで行う。酸性ガスを除去されて
殆どメタンのみとなった天然ガスは、ハイドレート製造
装置３に導入され、水和されて、メタンハイドレート
（ガスハイドレート）が製造される。このメタンハイド
レートは、脱水装置４へと送られて余分な水分を除去さ
れた後、冷却装置５で冷却され、減圧装置６で減圧され
て、低温・常圧のハイドレート貯蔵条件とされた固体状
態のメタンハイドレートが得られる。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。このメタンハイドレートは、減圧装置
６から製品ガスハイドレートとして取り出され、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
て貯蔵される。

【００２２】ガスハイドレート製造装置３は、図１に示
すように、装置本体３０と、メタンガスを装置本体３０
に導入するためのガス導入手段としてのガス導入管路３
１と、外面として親水性のドラム表面（面部）３２ａを
有し装置本体３０内を回転可能な回転ドラム（面移動手
段）３２と、ドラム表面３２ａに水膜を形成させる水膜
形成手段３４と、水膜とメタンガスとが水和して生成さ
れたメタンハイドレートをドラム表面３２ａから除去す
るスクレーパ（ガスハイドレート除去手段）３６と、を
備えている。

【００２３】装置本体３０は、密閉された耐圧容器であ
り、その内部で水とメタンガスとを水和反応させて、ガ
スハイドレートを生成するものである。この装置本体３
０内の空間は、ガス導入管路３１より導入されたガスが
充満した気相Ｇを形成しており、この気相Ｇの温度を調
節する気相温度調節手段（図示省略）が設けられてい
る。また、装置本体３０の底部には、排水口３０ａ及び
排水管路３０ｂが設けられており、装置本体３０の底部
に溜まった水を外部へ排出できるようになっている。

【００２４】ガス導入管路３１は、その一端側を装置本
体３０に連結されて、酸性ガス除去装置２で酸性ガスを
除去されたメタンガスを装置本体３０内に導入するもの
である。ガス導入管路３１の管路途中には、図示しない
バルブが設けられており、装置本体３０内の圧力に応じ
てメタンガスの導入量及びを調節できるようになってい
る。

【００２５】回転ドラム３２は、略円筒形状をなす回転
体であって、図示しないアクチュエータによって軸線Ｏ
回りに図中Ｒ方向に回転駆動されるものである。この回
転ドラム３２の内部には、液冷媒３３が注入されてい
る。この液冷媒３３は、軸線Ｏ方向に設けられた図示し
ないヒートポンプと回転ドラム３２内とを循環し、回転
ドラム３２のドラム表面３２ａの温度を所定値に調節・
維持できるようになっている。すなわち、液冷媒３３及
びヒートポンプは、回転ドラム３２の温度調節手段を構
成している。また、回転ドラム３２の材質は、熱伝導率
の高いアルミニウム等の金属からなり、ドラム表面３２
ａの温度調節を容易に且つ正確に行い得るようになって
いる。

【００２６】ドラム表面３２ａは親水性処理が施され、
すなわち水酸基（―ＯＨ）が導入されており、水が付着
し易いようになっている。、例えば、回転ドラム３２の
材質としてアルミニウムを採用した場合には、ドラム表
面３２ａは水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３あるい
はＡｌＯＯＨ）となっている。このため、ドラム表面３
２ａには、所定の膜厚を有する水膜を形成させることが
でき、これによりドラム表面３２ａには、メタンハイド
レートを生成させることができる。

【００２７】水膜形成手段３４は、水噴霧ノズル３４ａ
と、スリット３４ｂと、を備えている。水噴霧ノズル３
４ａは、水管路３５の一端側と連結されており、この水
管路３５を流れてくる水を霧状にしてドラム表面３２ａ
に噴霧するものである。水管路３５の他端側は、貯水槽
（図示省略）と連結されているとともに、水管路３５の
管路途中には水供給ポンプ及びバルブ等（図示省略）が
設けられており、水噴霧ノズル３４ａからの水の噴霧量
を調節できるようになっている。スリット３４ｂは、水
噴霧ノズル３４ａと回転ドラム３２との間に設けられ、
スリット幅、すなわち開口面積を変化させることができ
るものである。この図の例においては、２枚のスリット
片が上下方向に相対移動することで、スリット幅を変化
させるようになっている。すなわち、このスリット３４
ｂは、スリット幅を変化させることで、水噴霧ノズル３
４ａから噴霧された水を部分的に遮り、ドラム表面３２
ａへの水の付着量を制御することができる。

【００２８】スクレーパ３６は、ドラム表面３２ａと弾
性的に当接し、回転ドラム３２のドラム表面３２ａに生
成したメタンハイドレートＭＨを掻き取り、除去するも
のである。このスクレーパ３６の下部側には、掻き取ら
れたメタンハイドレートを装置本体３０外部へと搬送す
るための搬送手段（図示略）が設けられている。

【００２９】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。ドラム表面３２ａのみがメタンハイド
レート生成条件となるように、装置本体３０内の気相Ｇ
の圧力・温度条件、及びドラム表面３２ａの温度条件を
調節し、回転ドラム３２を図中Ｒ方向に回転させて運転
を開始する。このとき、液冷媒３３によって、回転ドラ
ム３２のドラム表面３２ａを適正な温度条件となるよう
にする。

【００３０】ここで、メタンハイドレートの生成条件に
ついて、図７を用いて説明する。この図には、メタンの
ハイドレート生成平衡線を示している。なお、参考まで
に、エタン、プロパン及びｉ−ブタンのハイドレート生
成平衡線も示している。この図において、メタンの生成
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）である。この図に示
すように、例えば気相Ｇの圧力・温度条件を、４ＭＰａ
・１０℃（２８３Ｋ）としたならば、メタンハイドレー
トは生成しない。しかし、圧力条件はそのままで温度条
件を２℃（２７５Ｋ）としたならば、メタンハイドレー
トは生成する。このように、ガスハイドレート製造装置
３では、ドラム表面３２ａのみがメタンハイドレート生
成条件となるようにする。すなわち上記の例では、気相
Ｇの圧力条件を４ＭＰａとしておき、温度条件を、気相
Ｇは１０℃、ドラム表面３２ａは２℃とする。こうすれ
ば、ドラム表面３２ａのみにおいてガスハイドレートが
生成され、気相Ｇ内に滞留する水滴とメタンとが水和反
応してガスハイドレートが生成されることはない。これ
により、生成されたメタンハイドレートのほぼ全てを、
有効に回収することができる。

【００３１】次に、水噴霧ノズル３４ａから、水を霧状
にしてドラム表面３２ａに噴霧する。このとき、回転ド
ラム３２の径又は回転速度を考慮して、水噴霧ノズル３
４ａからの単位時間当たりの水の噴霧量、及びスリット
３４ｂの開口面積を調節して、ドラム表面３２ａに形成
される水膜の膜厚が適正値となるように制御する。

【００３２】ここで、水膜の膜厚を制御することの意義
について説明する。先ず、気液界面においてメタンハイ
ドレートが生成される様子を、図８（ａ）及び図８
（ｂ）に単純なモデルとして示す。これらの図において
は、略球形状の水滴（直径１ｍｍ程度）の表面にメタン
ハイドレートが生成される様子を、模式的に示してい
る。この水滴Ｄは、メタンハイドレート生成条件となっ
ている加圧メタン雰囲気下に曝露されている。水滴Ｄが
このメタン雰囲気に曝露された直後から、図８（ａ）に
示すように、水滴Ｄの表面、すなわちメタンとの気液界
面では、メタン分子Ｍが次々に水和されていきメタンハ
イドレートを生成していく。そして、通常は２〜３秒程
度で、図８（ｂ）に示すように、水滴Ｄの表面は一定の
膜厚に成長したメタンハイドレートＭＨの膜で被覆され
た状態となる。この状態となると、水和反応は停止し、
メタンハイドレートＭＨはこれ以上成長しなくなる。す
なわち、水滴Ｄは固体であるメタンハイドレートＭＨの
膜で覆われているため、メタン分子Ｍがこの固体膜を拡
散透過して水滴Ｄの内部に入り込むことができなくな
る。このように、メタンハイドレートＭＨが成長して一
定の膜厚に達したら、今度は逆に、その膜厚から更に成
長することを自らが阻害する。これが、いわゆる「バリ
アー効果」とよばれる現象である。本発明者らの検討に
よれば、このバリアー効果が生じる「一定の膜厚」と
は、少なくとも５０μｍ以下、平均的には約１０μｍで
ある。

【００３３】次に、回転ドラム３２のドラム表面３２ａ
に形成された水膜と気相Ｇとの気液界面において、メタ
ンハイドレートＭＨが生成される様子を、図９（ａ）及
び図９（ｂ）を用いて具体的に説明する。図９（ａ）
は、水膜Ｗ０の膜厚ｔＷ０が厚過ぎる場合、例えば５０
μｍよりも厚い場合を示している。この場合、メタンハ
イドレートＭＨは膜厚ｔＭＨまで成長して、その後バリ
アー効果により成長を停止する。つまり、メタンハイド
レートＭＨの内側（回転ドラム３２側）には、未反応の
水膜Ｗが膜厚ｔＷ（＝ｔＷ０−ｔＭＨ）で形成された状
態となっている。この水膜Ｗは、メタンハイドレートＭ
Ｈとともにスクレーパ３６よってドラム表面３２ａから
掻き取られるため、大量の水が脱水装置４へと送られる
こととなる。すなわちこの場合には、低含水率のメタン
ハイドレートＭＨを生成させることができない。

【００３４】また逆に、図９（ｂ）は、水膜Ｗ０の膜厚
ｔＷ０が薄過ぎる場合、例えば数μｍ程度である場合を
示している。なお参考までに、図９（ａ）におけるメタ
ンハイドレートＭＨの膜厚ｔＭＨを、破線で図示してい
る。この場合にはバリアー効果の影響は殆どなく、水膜
Ｗ０と同等の膜厚のメタンハイドレートＭＨが得られ
る。すなわちｔＭＨ＝ｔＷ０となっている。つまりこの
場合には、未反応の水膜は形成されないので、水分を殆
ど含まない低含水率のメタンハイドレートＭＨを生成さ
せることができる。しかし、そもそも水膜Ｗの膜厚ｔＷ
０が薄いため、単位時間当たりに得られるメタンハイド
レートＭＨの量は少なくなる。すなわち、図中破線で示
した膜厚までのメタンハイドレートＭＨを生成させるこ
とが可能であるから、図９（ａ）の場合と比べて、製造
効率が低下してしまうという問題がある。

【００３５】以上のように、バリアー効果による水の持
ち出しを最小限に抑制し、且つメタンハイドレートＭＨ
の製造効率を最大限に向上させるためには、水膜Ｗ０の
膜厚ｔＷ０を適正値に制御する必要がある。この適正値
は、上記の通り少なくとも５０μｍ以下、より好ましく
は約１０μｍである。

【００３６】膜厚を適正値に制御された水膜によって、
ドラム表面３２ａには低含水率のメタンハイドレートＭ
Ｈが生成される。このメタンハイドレートＭＨは、回転
ドラム３２の回転によってスクレーパ３６まで運ばれて
いき、このスクレーパ３６によってドラム表面３２ａか
ら掻き取られ、除去される。掻き取られたメタンハイド
レートＭＨは、スクレーパ３６から搬送手段へと落下
し、装置本体３０外部へと搬送され、次の脱水装置４へ
と送られる。

【００３７】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、回転ドラム３２のドラム表面３２ａに
水膜を形成させてガスハイドレートが連続的に生成され
るようにしている。このため、回転ドラム３２の径又は
回転速度を調節する、あるいは水噴霧ノズル３４ａから
の単位時間当たりの水の噴霧量、及びスリット３４ｂの
開口面積を調節することで、ドラム表面３２ａへの水の
付着量を調節し、ドラム表面３２ａに形成される水膜の
膜厚が適正値となるように制御することができる。これ
により、低含水率のガスハイドレートを高い製造効率で
連続的に製造することができ、脱水装置４での脱水作業
を大幅に簡略化して貯蔵効率や輸送効率を向上させると
ともに、ガスハイドレートの製造効率を向上させて運転
コストを抑制することができる。また、液冷媒３３によ
ってドラム表面３２ａの温度を所定値に調節・維持でき
るようにしているので、装置本体３０内において、ドラ
ム表面３２ａのみをメタンハイドレートの生成条件とす
ることができる。これにより、生成されたメタンハイド
レートのほぼ全てを有効に回収することができ、製造効
率を更に向上させることができる。

【００３８】また、図１に示したガスハイドレート製造
装置３の変形例を、図２に示す。この例においては、、
回転ドラムに替えて、回転軸体３７ａ、３７ｂと無端ベ
ルト３８とで面移動手段を構成している。また、水膜形
成手段３４及びスクレーパ３６を複数個（図示の例では
３個）備えている。回転軸体３７ａ、３７ｂは、ともに
図示しないアクチュエータによって軸線Ｏ回りに回転
し、回転軸体３７ａ、３７ｂ間に掛け渡された無端ベル
ト３８を図中矢印方向に移動させるものである。また無
端ベルト３８の外面は、親水性のベルト表面（面部）３
８ａを有しており、その材質は、熱伝導率の高いアルミ
ニウム等の金属薄板からなる。このベルト表面３８ａに
は、図１において示した回転ドラム３２のドラム表面３
２ａと同様の親水化処理が施されている。更に、無端ベ
ルト３８のうち水膜形成手段３４によって水が噴霧され
る部分の裏面には、冷媒ローラ（温度調節手段）３３ａ
が設けられており、無端ベルト３８と当接している。こ
の冷媒ローラ３３ａの内部には冷媒が流れ、ベルト表面
３８ａの温度を所定値に調節・維持できるようになって
いる。

【００３９】この例におけるガスハイドレート製造装置
３においては、無端ベルト３８のベルト表面３８ａの複
数箇所に水膜を形成させてガスハイドレートが連続的に
生成されるようにしているので、装置本体３０内の容積
に対する面部の面積比を大きくとることができる。すな
わち、限られた装置本体３０内の容積の中で、水膜の総
面積を大きくとることができるので、ガスハイドレート
製造装置３全体の小型化に寄与するとともに、低含水率
のガスハイドレートを、大量かつ効率的に連続製造する
ことができる。

【００４０】なお、この例においては、冷媒ローラ３３
ａを用いてベルト表面３８ａの温度調節を行うこととし
たが、温度調節手段の構成としてはこれに限定されるも
のではない。例えば、無端ベルト３８を多層構造として
その間に温度調節手段を挟持するような構成としても差
し支えない。

【００４１】また、図１に示したガスハイドレート製造
装置３の更に他の変形例として、図３に示すように、回
転ドラム３２の下部側を浸漬させる水浴３４ｃを、水膜
形成手段３４に付加するようにしてもよい。この場合に
は、水浴３４ｃ及び水噴霧ノズル３４ａの双方によりド
ラム表面３２ａに水膜が形成されるので、回転ドラム３
２の回転速度を高めても、より正確な膜厚制御を可能と
できる。

【００４２】［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第２の実施形態について、図４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、水膜形成手段３４の構成のみであるので、その他の
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。
この水膜形成手段３４は、水浴３４ｃと、水分吸収用ロ
ーラ３４ｄとから構成されている。

【００４３】水浴３４ｃは、回転ドラム３２の下側に設
けられており、一定量の水が張られて、回転ドラム３２
の下部側を浸漬している。この水浴３４ｃは、ドラム表
面３２ａに水を付着させ、水膜を形成させるものであ
り、水管路３５から水が供給されるようになっている。
水分吸収用ローラ３４ｄは、軸線Ｏ２回りに回転して、
水浴３４ｃによってドラム表面３２ａに形成された水膜
のうちの余分な水分を除去し、水膜の膜厚を一定に制御
するものである。この水分吸収用ローラ３４ｄは、図示
しないアクチュエータによって回転ドラム３２と反対方
向に回転駆動される。また、水分吸収用ローラ３４ｄの
表面には、紙あるいはスポンジ等の、吸水率の高い材料
が用いられている。

【００４４】回転ドラム３２が図中Ｒ方向に回転する
と、ドラム表面３２ａには、水浴３４ｃの水が付着して
水膜が形成される。この水膜のうちの余分な水分は、回
転ドラム３２と反対方向に回転する水分吸収用ローラ３
４ｄによって吸収され、これにより水膜の膜厚は一定に
制御される。

【００４５】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、回転ドラム３２又は水分吸収用ローラ
３４ｄの回転速度を調節する、あるいは水浴３４ｃの水
位を調節することで、ドラム表面３２ａへの水の付着量
を調節し、水膜の膜厚を適正値に制御することができ
る。これにより、低含水率のメタンハイドレートを高い
製造効率で連続的に製造することができる。

【００４６】［第３の実施形態］本発明に係るガスハイ
ドレート製造装置の第３の実施形態について、図５を用
いて説明する。本実施形態が第１及び第２の実施形態と
異なる点は、水膜形成手段３４の構成のみであるので、
その他の第１及び第２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。この水膜形成手段３４は、水転写用ロー
ラ３４ｅと、水浴（水付与手段）３４ｆと、を備えてい
る。

【００４７】水転写用ローラ３４ｅは、軸線Ｏ３回りに
回転可能なように装置本体３０に支持されており、ドラ
ム表面３２ａに水を転写するものである。この水転写用
ローラ３４ｅは、図示しないアクチュエータによって回
転ドラム３２と反対方向に回転駆動される。水浴３４ｆ
は、水転写用ローラ３４ｅの下部側を浸漬させて、水転
写用ローラ３４ｅの表面に水を付与するものであり、水
管路３５から水が供給されるようになっている。

【００４８】回転ドラム３２が図中Ｒ方向に回転し、水
転写用ローラ３４ｅが回転ドラム３２と反対方向に回転
すると、ドラム表面３２ａには、水転写用ローラ３４ｅ
から水が転写されて水膜が形成される。

【００４９】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、回転ドラム３２又は水転写用ローラ３
４ｅの回転速度を調節する、あるいは水浴３４ｆの水位
を調節して水転写用ローラ３４ｅへの水の付与量を調節
することで、ドラム表面３２ａに形成される水膜の膜厚
を適正値に制御することができる。これにより、低含水
率のメタンハイドレートを高い製造効率で連続的に製造
することができる。

【００５０】次に、上記第１乃至第３の実施形態に係る
ガスハイドレート製造装置に、脱水冷却取出部を組み込
んだ場合の例を、各々図１０乃至図１２に示す。これら
の場合におけるガスハイドレート製造装置は、図６にお
いて示した脱水装置４、冷却装置５、及び減圧装置６を
一体に組み込んだ形態となっている。

【００５１】第１の実施形態に係るガスハイドレート製
造装置３に、脱水冷却取出部４０を組み込んだ場合につ
いて、図１０を用いて説明する。この図においては、ガ
スハイドレート製造装置３と区別するために、ガスハイ
ドレート製造装置の符号を３Ａとする。また、上記第１
の実施形態において示していない構成要素についてのみ
詳細に説明することとし、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。

【００５２】水膜形成手段３４に水を供給する水供給手
段ＷＳは、水管路３５、貯水槽３５ａ、水供給ポンプ３
５ｂ及びバルブ３５を備えている。水管路３５の他端側
は貯水槽３５ａに連結されており、この貯水槽３５ａ内
から水が水管路３５を経由して装置本体３０内に導入さ
れることにより、ドラム表面３２ａに水膜を形成するこ
とができる。水管路３５には、水供給ポンプ３５ｂやバ
ルブ３５ｃが配設されており、水噴霧ノズル３４ａから
の水噴霧量を調節できるようになっている。また、排水
管路３０ｂは貯水槽３５ａと連結されており、装置本体
３０のの底部に溜まった水は、排水口３０ａから排水管
路３０ｂを経て貯水槽３５ａへと循環するようになって
いる。

【００５３】ガス導入管路３１の他端側、すなわち装置
本体３０の反対側は、酸性ガス除去装置２で酸性ガスを
除去されたメタンガスを一旦貯蔵しておくためのガス貯
蔵部３１ａと連結されている。また、ガス導入管路３１
には通常のバルブ３１ｂ及び流量制御弁３１ｃが配設さ
れており、流量制御弁３１は、装置本体３０内の圧力を
検出する圧力計３０Ｐによって開度を制御されるように
なっている。すなわち、メタンガス供給源としてのガス
貯蔵部３１ａからガス導入管路３１を経由してメタンガ
スが供給される際に、装置本体３０内の圧力を常に一定
値に維持するように制御することができる。

【００５４】続いて、脱水冷却取出部４０の構成につい
て説明する。この脱水冷却取出部４０は、ニップローラ
（脱水手段）４１と、加圧ガス導入管路４２と、スクリ
ュー押出成型機（圧密冷却手段）４３と、を備えてい
る。

【００５５】ニップローラ４１は、スクレーパ３６から
落下してくるメタンハイドレート中の水分を脱水して、
更に低含水率とするものである。このニップローラ４１
は、一対のローラが上下方向に複数段設けられたローラ
群より構成されるものであり、メタンハイドレートが各
々一対設けられたローラ間を通過する際に、挟持される
圧縮力で余剰水を脱水する構造のものである。脱水され
た余剰水は、各々のローラ上から両脇、すなわち各ロー
ラの回転軸線の両側方へ排水されるようになっている。

【００５６】加圧ガス導入管路４２は、装置本体３０の
ニップローラ４１よりも下側に接続されている。この加
圧ガス導入管４２は、装置本体３０内に、メタンガスハ
イドレートの形成物質であるメタンガスを押し込んで供
給するものであり、ニップローラ４６で脱水しきれなか
った余剰水とメタンガスとを水和反応させて、メタンハ
イドレートを生成させるためのものである。

【００５７】加圧ガス導入管路４２より下側である装置
本体３０の下部には、スクリュー押出成形機４３が設け
られている。このスクリュー押出成形機４３は、ケーシ
ング（図示省略）内部に設けられたスクリュー４４と、
このスクリュー４４の駆動手段であるモータ４４Ｍと、
スクリュー４４により圧送されるメタンハイドレートを
冷却する手段としての冷却ジャケット４５と、圧密・冷
却状態とされたメタンハイドレートを所定の形状に切り
分ける切断手段４６と、を備えている。なお、ケーシン
グには、メタンハイドレートをスクリュー押出成形機４
３内へと導入するスクリュー入口４４ａと、スクリュー
４４により圧送されてきたメタンハイドレートを外部へ
押し出すためのスクリュー出口４４ｂとが形成されてい
る。

【００５８】スクリュー４４は、モータ４４Ｍで回転さ
れることにより、スクリュー入口４４ａから導入したメ
タンハイドレートを押出方向（図中の左から右方向）へ
圧送する機能を有している。なお、このスクリュー押出
成形機４３は、スクリュー４４が１本の単軸のものを採
用してもよいし、あるいは、スクリュー４４が２本以上
ある複数軸のものを採用してもよい。また、ケーシング
には、スクリュー出口４４ｂに至るまでの間に、ケーシ
ングの断面形状を徐々に小さくして絞る圧密成形部４４
ｃが形成されている。

【００５９】スクリュー押出成形機４３のスクリュー出
口４４ｂ付近には、圧密成形されたメタンハイドレート
を冷却するための、冷却ジャケット４５が設けられてい
る。この冷却ジャケット４５は、スクリュー出口４４ｂ
から圧密成形部４４ｃ及びケーシングの外周を覆うよう
に取り付けられている。

【００６０】また、スクリュー出口４４ｂには、連続し
て大気圧下に押し出される長尺のメタンハイドレートの
成形体を所定の長さに切るとともに、スクリュー出口４
４ｂを密閉可能な切断手段４６が設けられている。この
切断手段４６としては、たとえばスクリュー出口４４ｂ
に沿って上下動するカッター等を採用でき、メタンハイ
ドレート成形体を貯蔵や搬送に適した長さに切断するこ
とが可能になる。このような貯蔵及び搬送を考慮する
と、スクリュー出口４４ｂの断面形状は、円形、楕円形
及び多角形などよりもむしろ矩形とするのが好ましい。
これは、スクリュー出口４４ｂを矩形断面とすること
で、長い直方体状のメタンハイドレートの成形体が連続
して押し出されてくるので、これを適当な長さに切断す
れば適度な大きさの直方体や立方体となり、無駄な空間
を出すことなく積み重ねて貯蔵及び搬送することが可能
になるからである。

【００６１】次に、上述したガスハイドレート製造装置
の動作について説明する。回転ドラム３２は図中Ｒ方向
に回転しながら、水膜形成手段３４によりドラム表面３
２ａに適正膜圧の水膜が形成され、この水膜が装置本体
３０内のメタンガスと水和反応して、ドラム表面には低
含水率のメタンハイドレートが生成される。このメタン
ハイドレートは、回転ドラム３２の回転に伴い、スクレ
ーパ３６でドラム表面から削ぎ落とされ、ニップローラ
４１へと供給される。ここで、メタンハイドレートは機
械的に脱水されて、更に低含水率とされる。そして、加
圧ガス導入管路４２から加圧したメタンガスが供給さ
れ、ニップローラ４６で脱水しきれなかった余剰水とこ
のメタンガスとを水和反応させて、メタンハイドレート
を生成させる。こうして、必要最低限まで含水率を低下
されたメタンハイドレートは、スクリュー入口４４ａか
らスクリュー押出成型機４３へと導入される。

【００６２】スクリュー押出成型機４３に導入されたメ
タンハイドレートは、スクリュー４４の回転によって徐
々に圧送されるとともに、冷却ジャケット４５によって
徐々に所定温度（−３０℃程度）まで冷却されていく。
この結果、圧送及び冷却されたメタンハイドレートは、
圧密されるとともに出口断面形状に成形された長尺直方
体状の圧密成形体となって、スクリュー出口４４ｂから
連続的に大気圧下に送り出される。そして、切断手段４
６によって所定の長さに切断されて直方体状に切り揃え
られ、製品ガスハイドレートＧＨとして搬送手段６０に
よって搬送され、低温状態のうちにコンテナ等の容器に
封入され、図示しない貯蔵装置内にて貯蔵される。

【００６３】このように、メタンハイドレートはスクリ
ュー押出成形機４３で圧密成形され、さらに冷却ジャケ
ット４５で冷却されて、スクリュー出口４４ｂの断面形
状を有するメタンハイドレート成形体として、すなわち
メタンハイドレートの粉体を押し固めた長尺の成形体と
して、大気圧下に連続して取り出すことが可能となる。
また、冷却ジャケット４５により、−３０℃程度まで冷
却されるので、大気圧下に取り出しても直ちに分解する
心配のない製品ガスハイドレートＧＨとなる。こうして
得られた製品ガスハイドレートＧＨは、スラリー状や粉
体状の場合と比較して取扱いが容易であるばかりか、空
気を含む粉体の約半分の容積となり、また、貯蔵装置内
やコンテナ等の容器内においても無駄な空間を形成する
ことなく、効率よく積み重ねることができる。

【００６４】このガスハイドレート製造装置３Ａにおい
ては、脱水冷却取出部４０によって、ドラム表面３２ａ
から除去されたメタンハイドレートを脱水、圧送及び冷
却して圧密成形体とし、この圧密成形体を切断して製品
ガスハイドレートＧＨが得られるようにしている。この
ため、メタンハイドレートを製造してから製品ガスハイ
ドレートＧＨとするまでを、ガスハイドレート製造装置
３Ａで行うことができ、これまで必要であった脱水装
置、冷却装置及び減圧装置を不要、もしくは規模を小さ
くすることができる。

【００６５】なお、上記第１の実施形態における二つの
変形例として図２及び図３に示したガスハイドレート製
造装置３も、このガスハイドレート製造装置３Ａに適用
できることはもちろんである。

【００６６】また、上記第２の実施形態に係るガスハイ
ドレート製造装置３に脱水冷却取出部４０を組み込んだ
場合の、ガスハイドレート製造装置３Ａを図１１に、上
記第３の実施形態に係るガスハイドレート製造装置３に
脱水冷却取出部４０を組み込んだ場合の、ガスハイドレ
ート製造装置３Ａを図１２に、各々示す。これらの場合
において、図１０に示したガスハイドレート製造装置３
Ａと異なる点は、水管路３５が各々水浴３４ｃあるいは
水浴３４ｆと連結されている点のみであるため、説明は
省略する。

【００６７】

【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、低含水率のガスハイ
ドレートを製造し、後工程での脱水作業を大幅に簡略化
して貯蔵効率や輸送効率を向上させるとともに、ガスハ
イドレートの製造効率を向上させて運転コストを抑制す
ることができる、ガスハイドレート製造装置を提供する
ことができる。また、こうしたガスハイドレート製造装
置に、脱水手段と圧密冷却手段とを備えた脱水冷却取出
部を組み込むようにすれば、脱水装置、冷却装置及び減
圧装置を不要、もしくは規模を小さくすることができ、
一連の工程における装置構成を簡易なものとできる。

【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
第１の実施形態を示す概略構成図である。

【図２】 同第１の実施形態の他の例を示す概略構成
図である。

【図３】 同第１の実施形態の更に他の例を示す概略
構成図である。

【図４】 本発明に係るガスハイドレート製造装置の
第２の実施形態を示す概略構成図である。

【図５】 本発明に係るガスハイドレート製造装置の
第３の実施形態を示す概略構成図である。

【図６】 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７】 ガスハイドレートの生成平衡線図である。

【図８】 気液界面においてガスハイドレートが生成
される様子を示す模式図である。

【図９】 ドラム表面においてガスハイドレートが生
成される様子を示す模式図である。

【図１０】 第１の実施形態に係るガスハイドレート
製造装置に脱水冷却取出部を組み込んだ場合の一例を示
す概略構成図である。

【図１１】 第２の実施形態に係るガスハイドレート
製造装置に脱水冷却取出部を組み込んだ場合の一例を示
す概略構成図である。

【図１２】 第３の実施形態に係るガスハイドレート
製造装置に脱水冷却取出部を組み込んだ場合の一例を示
す概略構成図である。

【図１３】 ガスハイドレートの分子構造を示す図で
ある。

【図１４】 従来のガスハイドレート製造装置の一例
を示す概略構成図である。

【符号の説明】

３、３Ａ ガスハイドレート製造装置 ３０ 装置本体 ３１ ガス導入管路（ガス導入手段） ３２ 回転ドラム（面移動手段） ３２ａ ドラム表面（面部） ３３ 冷媒（温度調節手段） ３４ 水膜形成手段 ３４ａ 水噴霧ノズル ３４ｂ スリット ３４ｃ 水浴 ３４ｄ 水分吸収用ローラ ３４ｅ 水転写用ローラ ３４ｆ 水浴（水付与手段） ３６ スクレーパ（ガスハイドレート除去手段） ３７ａ、３７ｂ 回転軸体 ３８ 無端ベルト ３８ａ ベルト表面（面部） ４０ 脱水冷却取出部 ４１ ニップローラ（脱水手段） ４３ スクリュー押出成型機（圧密冷却手段） ４５ 冷却ジャケット ＧＨ 製品ガスハイドレート

───────────────────────────────────────────────────── 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 5/00 Ｃ０７Ｃ 7/20 7/20 9/04 9/04 Ｆ１７Ｃ 11/00 Ｂ Ｆ１７Ｃ 11/00 Ｃ０７Ｂ 61/00 Ｃ // Ｃ０７Ｂ 61/00 63/02 Ｂ 63/02 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 渡部 正治 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 Ｆターム(参考） 3E072 EA10 4G075 AA23 BA10 BB05 BB07 BD13 BD26 CA03 CA05 CA65 CA66 DA01 DA12 DA13 EC01 EC09 EC12 ED03 ED04 ED09 ED11 FB01 FC20 4H006 AA05 AC93 BD81 BE60

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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ためのガスハイド
   レート製造装置であって、 装置本体と、 ハイドレート形成物質を含むガスを該装置本体内に導入
   するガス導入手段と、 親水性の面部を有し該面部を前記装置本体内で移動させ
   る面移動手段と、 前記面部に水膜を形成させる水膜形成手段と、 前記水膜と前記ハイドレート形成物質を含むガスとが水
   和して生成されたガスハイドレートを前記面部から除去
   するガスハイドレート除去手段と、 を備えたことを特徴とするガスハイドレート製造装置。
2. 【請求項２】 前記面移動手段を、前記装置本体内で
   回転する回転ドラムにより構成し、 前記面部を、前記回転ドラムの外面としたことを特徴と
   する請求項１に記載のガスハイドレート製造装置。
3. 【請求項３】 前記面移動手段を、前記装置本体内で
   回転する複数の回転軸体と、これら回転軸体間に掛け渡
   される無端ベルトにより構成し、 前記面部を、前記無端ベルトの外面としたことを特徴と
   する請求項１に記載のガスハイドレート製造装置。
4. 【請求項４】 前記面移動手段は、前記面部を所定温
   度に調節する温度調節手段を備えていることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載のガスハイドレート製
   造装置。
5. 【請求項５】 前記水膜形成手段は、 水を霧状にして前記面部に噴霧する水噴霧ノズルと、 噴霧された水を部分的に遮り前記面部への水の付着量を
   変化させるスリットと、 を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のガスハイドレート製造装置。
6. 【請求項６】 前記水膜形成手段は、 前記面部のうちの少なくとも一部分を水中に浸す水浴
   と、 該水浴によって前記面部に形成された水膜のうちの余分
   な水分を吸収する水分吸収用ローラと、 を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
   載のガスハイドレート製造装置。
7. 【請求項７】 前記水膜形成手段は、 前記面部に水を転写して水膜を形成させる水転写用ロー
   ラと、 該水転写ローラに水を付与する水付与手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記
   載のガスハイドレート製造装置。
8. 【請求項８】 前記面部から除去されたガスハイドレ
   ートを脱水する脱水手段と、 脱水されたガスハイドレートを圧縮するとともに冷却し
   て圧密成形体とする圧密冷却手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記
   載のガスハイドレート製造装置。