JP2003064385A - ガスハイドレートの生成システムおよび生成方法 - Google Patents
ガスハイドレートの生成システムおよび生成方法Info
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Abstract
産性のもとに生成して生成効率の向上を図る。 【解決手段】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反応
させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの
生成方法において、反応容器に導入する原料ガスの組成
を検出し、該組成に応じて原料ガスの成分調整を行う。
Description
く含む天然ガス等の原料ガスを水と効率よく反応させて
ハイドレート化し、その生成効率を高める技術に関す
る。
る天然ガスを貯蔵・輸送する方法としては、ガス田から
天然ガスを採掘したあと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。しかしながら、例えば液化天然ガスの主成分
であるメタンの場合、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
輸送船といった専用の輸送手段が必要となる。こうした
装置等の製造および維持・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。
て固体状態の水和物(以下「天然ガスハイドレート」と
する)を生成し、この固体状態のまま貯蔵・輸送すると
いう方法が見出され、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
易である。このため、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なり、したがって、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。
物(クラスレート化合物)の一種であって、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
分子、すなわちメタン(CH4)、エタン(C2H6)、
プロパン(C3H8)等が入り込み包接された結晶構造を
なすものである。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、例えばメタンの水和物が
安定に存在し得る条件下、すなわち−30℃・大気圧
(1kg/cm2)においては、気体状態と比較して約
1/170の体積とすることができる。このように、天
然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。
天然ガスは、酸性ガス除去工程において二酸化炭素(C
O2)や硫化水素(H2S)等の酸性ガスを除去され、低
温・高圧状態にしていったんガス貯蔵部に貯蔵され、生
成工程において水和される。この天然ガスハイドレート
は水が混在するスラリー状であり、続く脱水工程におい
て、混在している未反応の水が除去され、さらに冷却工
程および減圧工程を経てコンテナ等の容器に封入され、
貯蔵装置内において所定の温度・圧力に調整された状態
で貯蔵される。
の輸送手段に積み込まれ、目的地まで輸送される。目的
地での陸揚げ後、天然ガスハイドレートは分解工程を経
て天然ガスの状態に戻され、各供給地へと送られる。
来の天然ガスハイドレートの生成プロセスにおいては、
下記のような解決すべき問題を有している。すなわち、
天然ガスは産地によって組成が異なり、同じ産地であっ
ても産出の時期が異なると組成が変化することが知られ
ている。このように組成が異なると、それに応じてハイ
ドレート化に適した生成温度や生成圧力も異なってくる
が、これを考慮しないで生成を行うと貯蔵や輸送に有利
な含水率の低い天然ガスハイドレートを高い生産性を発
揮して生成することができなくなる。
であり、組成が一定ではない原料ガスを水と反応させて
ガスハイドレートを生成する際にその生産性の向上を図
ること目的とする。
課題を解決するために以下の手段を採用する。すなわち
本発明に係る請求項1記載のガスハイドレートの生成方
法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させてガ
スハイドレートを生成するガスハイドレートの生成シス
テムにおいて、前記反応容器に導入する原料ガスの組成
を検出する第1のガス組成検出手段を備えることを特徴
とする。
ステムは、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させ
てガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生成
システムにおいて、前記反応容器に導入する水の水質を
検出する水質検出手段を備えることを特徴とする。
ステムは、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させ
てガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生成
システムにおいて、前記反応容器から払い出されるスラ
リー状のガスハイドレートの濃度を検出するスラリー濃
度検出手段を備えることを特徴とする。
ステムは、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレー
トを生成し、生成されたガスハイドレートを脱水するガ
スハイドレートの生成システムにおいて、前記脱水後の
ガスハイドレートの含水率を検出する含水率検出手段を
備えることを特徴とする。
ステムは、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレー
トを生成し、生成されたガスハイドレートを冷却するガ
スハイドレートの生成システムにおいて、前記冷却を終
えたガスハイドレートの温度を検出する温度検出手段を
備えることを特徴とする。
ステムは、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレー
トを生成し、生成されたガスハイドレートを圧密成形す
るガスハイドレートの生成システムにおいて、圧密成形
されたガスハイドレートの嵩密度を検出する嵩密度検出
手段を備えることを特徴とする。
ステムは、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレー
トを生成し、生成されたガスハイドレートを圧密成形す
るガスハイドレートの生成システムにおいて、圧密成形
されたガスハイドレートのガス含有率を検出するガス含
有率検出手段を備えることを特徴とする。
法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させてガ
スハイドレートを生成するガスハイドレートの生成方法
において、前記反応容器に導入する原料ガスの組成を検
出し、該組成に応じて前記原料ガスの成分調整を行うこ
とを特徴とする。
法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させてガ
スハイドレートを生成するガスハイドレートの生成方法
において、前記反応容器に導入する水の水質を検出し、
該水質に応じて前記水の純化を行うことを特徴とする。
方法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させて
ガスハイドレートを生成し、生成されたガスハイドレー
トを脱水するガスハイドレートの生成方法において、前
記反応容器から払い出されるスラリー状のガスハイドレ
ートの濃度を検出し、該濃度に応じて前記脱水の程度を
調節することを特徴とする。
方法は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレート
を生成し、生成されたガスハイドレートを脱水するガス
ハイドレートの生成方法において、前記脱水後のガスハ
イドレートの含水率を検出し、該含水率に応じて前記脱
水の程度を調節することを特徴とする。
方法は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレート
を生成し、生成されたガスハイドレートを物理的に脱水
して含水率を低下させる物理脱水を行い、該物理脱水を
終えたガスハイドレートに含まれる水分を原料ガスと反
応させてガスハイドレートを生成してさらに含水率を低
下させる水和脱水を行うガスハイドレートの生成方法に
おいて、前記物理脱水を終えたガスハイドレートの含水
率を検出し、該含水率に応じて前記物理脱水の程度を調
節するか、同含水率に応じて前記水和脱水の程度を調節
するか、少なくともいずれか一方を行うことを特徴とす
る。
方法は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレート
を生成し、生成されたガスハイドレートを物理的に脱水
して含水率を低下させる物理脱水を行い、該物理脱水を
終えたガスハイドレートに含まれる水分を原料ガスと反
応させてガスハイドレートを生成してさらに含水率を低
下させる水和脱水を行うガスハイドレートの生成方法に
おいて、前記水和脱水を終えたガスハイドレートの含水
率を検出し、該含水率に応じて前記水和脱水におけるガ
スハイドレートの温度を調節することを特徴とする。
方法は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレート
を生成し、生成されたガスハイドレートを冷却するガス
ハイドレートの生成方法において、前記冷却を終えたガ
スハイドレートの温度を検出し、該温度に応じて前記冷
却の程度を調節することを特徴とする。
方法は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレート
を生成し、生成されたガスハイドレートを圧密成形する
ガスハイドレートの生成方法において、圧密成形された
ガスハイドレートの嵩密度を検出し、該嵩密度に応じて
前記加圧の程度を調節することを特徴とする。
方法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させて
ガスハイドレートを生成し、生成されたガスハイドレー
トを圧密成形するガスハイドレートの生成方法におい
て、圧密成形を終えて製品化されたガスハイドレートの
ガス含有率を検出し、該ガス含水率をもとに製品化され
たガスハイドレートの品質管理を行うことを特徴とす
る。
システムは、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応さ
せてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生
成システムにおいて、前記反応容器内部に存在するガス
の組成を検出する第2のガス組成検出手段を備えること
を特徴とする。
システムは、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応さ
せてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生
成システムにおいて、前記反応容器内部に存在する液体
の不純物濃度を検出する不純物濃度検出手段を備えるこ
とを特徴とする。
システムは、請求項18記載のガスハイドレートの生成
システムにおいて、前記不純物濃度検出手段の検出結果
に基づいて前記液体の一部を前記反応容器から排出する
液体排出手段を備えることを特徴とする。
システムは、請求項18記載のガスハイドレートの生成
システムにおいて、前記不純物濃度検出手段の検出結果
に基づいて前記液体を脱塩する脱塩手段を備えることを
特徴とする。
方法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させて
ガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生成方
法において、前記反応容器内部に存在するガスの組成を
検出し、該組成に応じて前記反応容器内部に蓄積した未
反応成分を含むガスを除去することを特徴とする。
方法は、請求項21記載のガスハイドレートの生成方法
において、前記除去した未反応成分を含むガスを他の機
関の動力または燃料として利用することを特徴とする。
請求項23記載のガスハイドレートの生成方法は、反応
容器の内部で原料ガスと水とを反応させてガスハイドレ
ートを生成するガスハイドレートの生成方法において、
前記反応容器内部に存在するガスの組成を検出し、該組
成に応じて反応容器内部の圧力、同じく反応容器内部の
温度、反応容器に導入される水の温度の少なくともいず
れかひとつを調節することを特徴とする。
方法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させて
ガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生成方
法において、前記反応容器内部に存在する液体の不純物
濃度を検出し、該不純物濃度に応じて前記反応容器内部
の液体の一部を水と入れ替えることを特徴とする。
方法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させて
ガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生成方
法において、前記反応容器内部に存在する液体の不純物
濃度を検出し、該不純物濃度に応じて前記液体の脱塩を
行って不純物濃度を低下させることを特徴とする。
方法は、反応容器の内部で原料ガスと水とを反応させて
ガスハイドレートを生成するガスハイドレートの生成方
法において、前記生成を停止させた後に前記反応容器内
部に不活性ガスを導入することを特徴とする。
料ガスの組成を検出し該組成に応じて原料ガスの成分調
整を行ったり、反応容器に導入する水の水質を検出し該
水質の調整を行うことにより、生成速度の向上と品質の
安定化が図れる。
れるスラリー状のガスハイドレートの濃度を検出し該濃
度に応じて脱水の程度を調節したり、脱水後のガスハイ
ドレートの含水率を検出し該含水率に応じて脱水の程度
を調節したりすることにより、脱水後の天然ガスハイド
レートの含水率が一定化される。また、物理脱水を終え
たガスハイドレートの含水率を検出し該含水率に応じて
物理脱水の程度を調節するか、同含水率に応じて水和脱
水の程度を調節するか、いずれか一方もしくは両方を行
うことによっても、脱水後の天然ガスハイドレートの含
水率が一定化される。
ハイドレートの含水率を検出し、該含水率に応じて前記
水和脱水におけるガスハイドレートの温度を調節するこ
とにより、水和脱水後の天然ガスハイドレートの含水率
が一定化される。本発明においては、冷却を終えたガス
ハイドレートの温度を検出し該温度に応じて冷却の程度
を調節することによっても冷却後の天然ガスハイドレー
トの温度が一定化される。
レートの嵩密度を検出し該嵩密度に応じて加圧の程度を
調節することにより、単位体積当たりのガスハイドレー
ト(個体)の中に必要量の原料ガスを閉じこめてしまえ
る。
化されたガスハイドレートのガス含有率を検出すること
により、該ガス含有率をもとに製品化されたガスハイド
レートの品質を安定化させることが可能となる。
るガスの組成を検出し該組成に応じて反応容器内部に蓄
積した未反応成分を含むガスを除去することにより、反
応容器内部のガス組成が水和に適した組成に保持され
る。
る液体の不純物濃度を検出し該不純物濃度に応じて反応
容器内部の液体の一部を水と入れ替えることにより、反
応容器内部の液体に含まれる不純物濃度が低く抑えられ
る。また、反応容器内部に存在する液体の不純物濃度を
検出し該不純物濃度に応じて液体の脱塩を行って不純物
濃度を低下させることよっても反応容器内部の液体に含
まれる不純物濃度が低く抑えられる。
反応容器内部に不活性ガスを導入することにより、停止
時における生成システムの安全が確保される。
いて説明する。図1は本発明に係る天然ガスハイドレー
トの生成システムのプロセスを示すブロック図である。
図において、符号1は天然ガスと水とを氷点よりも高温
かつ大気圧よりも高圧下で反応させて天然ガスハイドレ
ートを生成する生成手段、2は生成された天然ガスハイ
ドレートをろ過する等して物理的に脱水する物理脱水手
段、3は物理脱水を終えた天然ガスハイドレートに含ま
れる残存水分を低温、高圧条件下で天然ガスと反応させ
て天然ガスハイドレートを生成する水和脱水手段、4は
生成された天然ガスハイドレートを大気圧でも分解しな
い温度まで冷却する冷却手段、5は冷却された天然ガス
ハイドレートを大気圧まで減圧しながら加圧し成形する
成形手段である。
ら生成手段1に原料となる水を導入する原料水導入手段
6と、図示しないガス貯蔵部から生成手段1に原料とな
る天然ガスを導入する原料ガス導入手段7と、同じく図
示しないガス貯蔵部から生成手段1に原料となる天然ガ
スを導入する原料ガス導入手段8とが設けられている。
水を搬送する経路L1には、搬送される水を抽出して脱
塩等の純化を行う純化手段9が設けられている。また、
原料ガス導入手段7から生成手段1に向けて天然ガスを
搬送する経路L2には、搬送される原料ガスに含まれる
酸性ガスを除去する酸性ガス除去手段10aと、同原料
ガスを抽出して重質成分の除去を行う重質成分除去手段
10が設けられている。
ドレート化しない成分を含むガス、いわゆる未反応ガス
を生成プロセスから除去する未反応ガス除去手段11が
設けられている。水和脱水手段3にも、同様の未反応ガ
ス除去手段12が設けられている。
水質を検出する水質モニタ(水質検出手段)Aが設けら
れている。原料水の水質劣化は天然ガス中に含まれる溶
解成分の混入および海水の混入が原因になると予想され
る。その意味から、水質モニタ13には、イオン濃度を
迅速に検出可能な導電率計や、イオンクロマト法やイオ
ン電極法を用いたモニタ等を使用するのが好ましい。
ガスの組成を検出するガス組成モニタ(第1のガス組成
検出手段)B1が設けられている。ガス組成モニタ14
には、ガスコロマトグラフィ(GC)やO2センサ、G
C−質量分析法を用いたモニタを使用するのが好まし
い。また、応答速度が速いレーザラマン分光、赤外分
光、近赤外分光等の分光法を用いたモニタや、ガス分子
固有の吸収波長の吸収強度を計測する光吸収法等を用い
たモニタ、ラマンスペクトル分光装置等を使用すること
も可能である。
せる反応容器(図示略)内部の圧力を計測する圧力計C
1と、反応容器内部の温度を計測する温度計D1とが設
けられている。
の天然ガスハイドレートを物理脱水手段2に向けて搬送
する経路L3には、スラリー状のガスハイドレートの濃
度を検出するスラリー濃度計(スラリー濃度検出手段)
Eが設けられている。スラリー濃度計Eには、ガスハイ
ドレートと水との誘電率の違いを利用した水分計、ガス
ハイドレートは単位体積当たりの水素原子濃度が多いこ
とに起因する中性子との相互作用が大きいことを利用し
たハイドレート濃度計、製品となったガスハイドレート
を分取し分解させた後の水とガスとの量から含水率を算
出する方法を用いたモニタ等を使用することが好まし
い。
スハイドレートを水和脱水手段3に向けて搬送する経路
L4には、脱水後の天然ガスハイドレートの含水率を検
出する含水率モニタ(含水率検出手段)F1が設けら
れ、水和脱水手段3において脱水された天然ガスハイド
レートを冷却手段4に向けて搬送する経路L5にも、同
様の含水率モニタ(含水率検出手段)F2が設けられて
いる。これら含水率モニタF1,F2には、スラリー濃
度計Eと同じ機構を有する装置が使用可能である。
天然ガスと水とを反応させる反応容器(図示略)が設け
られており、この反応容器内部の圧力を計測する圧力計
C2と、反応容器内部の温度を計測する温度計D2とが
設けられている。
イドレートを成形手段5に向けて搬送する経路L6に
は、冷却後の天然ガスハイドレートの温度を計測する温
度計D3が設けられている。
スハイドレートを輸送に向けて払い出す経路L7には、
固化されたガスハイドレートの嵩密度を検出する嵩密度
モニタ(嵩密度検出手段)Gが設けられている。嵩密度
モニタGには、スラリー濃度計Eや含水率モニタF2と
同じ機構を有する装置の他、製品となったガスハイドレ
ートの一部を分取し、予め作成しておいた荷重と嵩密度
との関係を表す検量線をロードセルにより確認する方法
を採用することも可能である。
ドレートのガス含有率を検出するハイドレート中ガス量
モニタ(ガス含有率検出手段)Hが設けられている。ハ
イドレート中ガス量モニタHには、製品となったガスハ
イドレートを分取し分解させた後の水とガスとの量から
含水率を算出する方法を用いたモニタ(熱分解−重量計
測装置)、示差熱分析装置、ラマンスペクトル分光装
置、レーザラマン分光装置等を使用することが好まし
い。また、これらとガスクロマトグラフィやO2セン
サ、GC−質量分析法を用いたモニタとを組み合わせて
使用してもよい。
る天然ガスハイドレートの生成について説明する。生成
手段1に天然ガスと水とを導入し、両者を氷点よりも高
温(例えば1℃〜5℃)、かつ大気圧よりも高圧(例え
ば40atm)下で反応させる。これにより、水を凍ら
せることなく天然ガスハイドレートを生成することがで
きる。生成された天然ガスハイドレートは多量の水を含
むことになるので、これを物理脱水手段2に導入して物
理的に脱水し、続いて物理脱水を終えた天然ガスハイド
レートを水和脱水手段3に導入し、天然ガスハイドレー
トに含まれる残存水分を天然ガスと反応させて天然ガス
ハイドレートを生成することによって天然ガスハイドレ
ートの含水率を低下させる。
気圧よりも高圧下で実施されるので、水和脱水を終えた
天然ガスハイドレートを大気圧下に取り出すべく、冷却
手段4に導入して氷点よりも低温(例えば−30℃)に
なるまで冷却し、続いて成形手段5に導入して大気圧ま
で減圧しながら成形、固化して天然ガスハイドレートを
氷の塊にする。
レートの生成を行う本生成システムにおいて最も重要に
なるのは、システムを構成する各手段における中間生産
品(原料水や原料ガス、スラリー状の天然ガスハイドレ
ート、段階的に含水率を下げた天然ガスハイドレートの
こと)および最終生産品(固化された天然ガスハイドレ
ートのこと)の品質と、各手段の生産能力とが適切な状
態で噛み合っていることである。そのためには、各手段
における生産品の品質や生産速度を常時検知し、品質や
生産速度に影響を与える因子の制御や運転条件の制御を
行う必要がある。
ず、生成手段1に導入される原料水の水質を水質モニタ
Aによって検出し、水質に劣化が見られたら純化手段9
に指示して原料水を純化する。また、生成手段1に導入
される天然ガスの組成をガス組成モニタB1によって検
出し、重質成分除去手段10に指示して原料ガスから重
質成分を除去し、生成手段1に導入される天然ガスの成
分調整を行う。原料水の劣化や天然ガス中の重質成分の
増加は天然ガスハイドレートの単位時間当たりの生成量
(生成速度)を低下させたり品質を悪化させる一因とな
るが、上記のように原料水の純化と天然ガス中の重質成
分除去を行うことにより、生成速度の向上と品質の安定
化が図れる。
力を圧力計C1によって検出し、同じく反応容器内部の
温度を温度計D1によって常時検出し、反応容器の内部
が水和反応に適した状態となるように圧力および温度の
調整を行う。これによっても天然ガスハイドレートの生
成速度が安定化される。圧力の調整は、原料ガス導入手
段7からの導入量を調節したり、未反応ガス除去手段1
1からの除去量を調節したりすることで可能である。温
度の調整は、反応容器そのものを冷却したり、原料水導
入手段6から導入する水の温度調節を行ったり、原料ガ
ス導入手段7から導入する天然ガスの温度調節を行った
りすることで可能である。
スラリー状の天然ガスハイドレートの濃度を検出し、そ
の検出結果に応じて物理脱水の程度を調節する。例え
ば、濃度が高ければ物理脱水の程度を緩めて脱水する水
の量を控えめにし、逆に濃度が低ければ物理脱水の程度
をきつくして脱水する水の量を増やす。これにより、物
理脱水後の天然ガスハイドレートの含水率が一定化され
る。
天然ガスハイドレートの含水率を検出し、その検出結果
に応じて上記の要領で物理脱水の程度を調節する。これ
によっても物理脱水後の天然ガスハイドレートの含水率
が一定化される。
の圧力を圧力計C2によって検出し、同じく水和脱水手
段3内部の温度を温度計D2によって検出し、反応容器
の内部が水和反応に適した状態となるように圧力および
温度の調整を行う。圧力の調整は、原料ガス導入手段8
からの導入量を調節したり、未反応ガス除去手段12か
らの除去量を調節したりすることで可能である。温度の
調整は、反応容器そのものを冷却したり、原料ガス導入
手段8から導入する天然ガスの温度調節を行ったりする
ことで可能である。これにより、水和脱水後の天然ガス
ハイドレートの含水率が一定化される。
天然ガスハイドレートの含水率を検出し、その検出結果
に応じて上記の要領で水和脱水の程度を調節する。これ
によっても水和脱水後の天然ガスハイドレートの含水率
が一定化される。
ドレートの温度を温度計D3によって検出し、その検出
結果に応じて冷却の程度を調節する。天然ガスハイドレ
ートは大気圧化でも分解しないためにある温度(例えば
−30℃)まで冷却しておく必要があるので、冷却を終
えた天然ガスハイドレートが所定の温度に冷却されてい
なければ冷却を強め、天然ガスハイドレートの温度を下
げる。
ドレートの嵩密度を嵩密度モニタGによって検出し、そ
の検出結果に応じて加圧の程度を調節する。天然ガスハ
イドレートは所定の量のガスを輸送容器に詰めることを
前提としてある一定の嵩密度になるまで加圧する必要が
あるので、成形を終えた天然ガスハイドレートが一定の
嵩密度に達していなければ加圧力を強めて嵩密度を高く
してやる。これにより、ある体積の天然ガスハイドレー
ト(固体)のなかに必要な量の天然ガスを閉じこめてし
まうことができ、貯蔵や輸送の際のメリットが損なわれ
ない。
品質や生産速度を常時検知し、品質や生産速度に影響を
与える因子の制御や運転条件の制御を行うことにより、
最終生産品である成形固化された天然ガスハイドレート
を高品質なものとすることができる。
ガスの成分調整について詳述する。ガスハイドレートは
ガスの種類によって結晶構造が異なりガス密度も異なる
が、貯蔵や輸送を有利に行うには、ガス密度が高く、発
熱量が大きく、かつメタン含有率が高いものが望まれ
る。ところで、天然ガスのように多くのガス成分が混在
するガス(多成分系ガス)をハイドレート化した場合に
は、(a)メタンハイドレートの結晶構造(I型結晶構
造)とプロパンハイドレートの結晶構造(II型結晶構
造)との混合物、(b)プロパンハイドレートの結晶構造
においてプロパンの替わりにメタンが入ったもの、
(c)プロパンハイドレートの結晶構造においてプロパ
ンハイドレートの空孔にメタンが入ったもの、ほとんど
がこれら3つの結晶構造となる。
度が高くなるのは(c)であるが、実際には上記の3つ
のタイプが混在した状態で存在していると考えられる。
とすれば、(c)の結晶構造の存在する比率を高めてや
ることができれば、貯蔵や輸送に好適な状態のガスハイ
ドレートが得られる。
に具備される反応容器に導入する天然ガスの組成をガス
組成モニタB1によって検出し、検出された組成から生
成後の天然ガスハイドレートのガス密度が最大となるよ
うに、つまり上記(c)の結晶構造の存在する比率が最
も高くなるように重質成分除去手段10を制御する。反
応容器1aに導入されようとしている天然ガスの成分組
成から、その天然ガスがハイドレート化したときに適正
なガス(メタン)含有率となるように、重質成分除去手
段10において反応容器1aに導入前の天然ガスからエ
タンやプロパン等の重質成分の割合を変化させ、成分調
整を行うのである。
明すると、天然ガスはその多くをメタンが占め、その他
にエタンやプロパン等の分子量の大きい(重い)成分を
含んでいる。ところで、エタンやプロパン等の重質成分
はメタンに比べて液化するエネルギーが小さいことか
ら、重質成分除去手段10においては、処理すべき天然
ガスに対して操作圧力を高く設定したり操作温度を低く
設定したりすることで、メタンをガスの状態に保ちつ
つ、エタンやプロパン等の重質成分を液化してしまう。
そこで、液化した重質成分を取り除けば、メタンの組成
比率の高い原料ガスが得られる。
分の組成比率が低くメタンの組成比率が高い原料ガスを
ハイドレート化すると、プロパンハイドレートの結晶構
造においてプロパンハイドレートに空孔ができ易く、か
つその空孔にメタンが入り込み易くなるため、結果的に
(c)の結晶構造が多く形成されることになる。
ば、ガス密度が高く、かつメタン含有率が高いガスハイ
ドレートを効率よく生産することができ、貯蔵や輸送の
コストを削減できるといった利点が得られる。
ニタF1によって天然ガスハイドレートの含水率を検出
しその検出結果に応じて物理脱水の程度を調節している
が、同検出結果に応じて水和脱水の程度を調節し、これ
によって水和脱水後の天然ガスハイドレートの含水率の
一定化を図るようにしても構わない。また、これらの制
御を組み合わせて実施しても構わない。
よって天然ガスハイドレートの含水率を検出しその検出
結果に応じて水和脱水の程度を調節しているが、同検出
結果に応じて冷却の程度を調節し、これによって冷却後
の天然ガスハイドレートの温度の一定化を図るようにし
ても構わない。また、これらの制御を組み合わせて実施
しても構わない。
然ガスハイドレートから分離された水については触れて
いないが、この分離水には少なからず天然ガスハイドレ
ートの粒子が含まれる。そこで、この分離水を生成手段
1に導入して再利用するようにしても構わない。また、
再利用を図るべく生成手段1に導入される分離水を導入
前に冷却し、生成手段1における温度調節の手段として
も構わない。
和脱水手段3とに2系統に分けて導入しているが、例え
ば天然ガスの導入手段を共通化し、まず、水和脱水手段
3に天然ガスを導入し、水和脱水手段3において天然ガ
スハイドレートの生成に供されなかった天然ガスを生成
手段1に導入するようにしても構わない。また、水和脱
水手段3を経て生成手段1に導入される天然ガスを導入
前に冷却し、生成手段1における温度調節の手段として
も構わない。
て説明する。なお、上記実施形態において既に説明した
構成要素には同一符号を付して説明は省略する。本実施
形態においては、図2に示すように、生成手段1を構成
する反応容器1aの内部に存在するガスの組成をガス組
成モニタ(第2のガス組成検出手段)B2によって検出
し、検出された組成から反応容器1の内部に蓄積した未
反応ガスの濃度が高くなりすぎないように未反応ガス除
去手段11を制御する。
濃度がある基準値を越えたら、未反応ガス除去手段11
に具備される弁機構11aを作動させて未反応ガスを反
応容器1aの外に排出する。この場合の弁機構11aに
は、開度を自在に変更できる調節弁を使用して未反応ガ
スの連続的な排出を行うようにし、反応容器1a内部の
未反応ガス濃度を基準値以下の一定値に保つようにする
ことも可能である。また、弁機構11aに開閉切替
弁(”開”または”閉”のいずれかのみを選択する)を
使用して未反応ガスの断続的な排出を行うようにし、反
応容器1a内部の未反応ガス濃度を基準値以下に保つよ
うにすることも可能である。
aの内部に存在するガスの組成を水和に適した組成に保
持することができ、これによって天然ガスハイドレート
の生成効率を向上させることができる。本実施形態のご
とく反応容器1a内部のガス組成を検出し、検出された
組成から反応容器1a内部の圧力、反応容器1a内部の
温度、反応容器1aに導入される水の温度の少なくとも
いずれかひとつを調節し、これによって反応容器1a内
部を生成すべき原料ガスが水和し易い状態としてやるこ
とで天然ガスハイドレートの生成効率を向上させること
もできる。
未反応ガスは非常に高圧で高い運動エネルギーを与えら
れているので、この未反応ガスを駆動流体としてガスタ
ービン20を駆動し、これによって得られた回転運動を
例えば本生成システムの周辺設備の駆動に利用すること
により、エネルギーを無駄なく使って生成システムの効
率的な運用が可能になる。
応ガスには、ハイドレート化されるべきメタン等の可燃
成分が少なからず含まれている。そこで、こういった可
燃成分を燃料として内燃機関21を駆動し、これによっ
て得られた運動を上記のガスタービン20と同様に本生
成システムの周辺設備の駆動に利用することにより、エ
ネルギーを無駄なく使って生成システムの効率的な運用
が可能になる。この他に、未反応ガスを燃料としてボイ
ラを炊いて蒸気を発生させ、その熱を利用することも可
能である。
て説明する。なお、上記実施形態において既に説明した
構成要素には同一符号を付して説明は省略する。本生成
システムにおいては、反応容器1aに、天然ガスのハイ
ドレート化に必要である以上の水量を導入しており、こ
の余剰の水を生成熱を回収する媒体として利用してい
る。ところで、反応容器1aの内部に溜まった水には、
天然ガス中に含まれる腐食性成分(Cl,S,NH
3等)や当初から原料水に混入していた成分が少ないな
がらも存在するが、ハイドレートの生成を開始してから
時間が経過すると、ハイドレート化に伴い天然ガスおよ
び水が消費されるため、反応容器1a内部の液体には上
記腐食性成分や当初から原料水に混入していた成分(こ
れらを総称して「不純物」とする)が濃縮される。こう
いった不純物濃度が高くなると、天然ガスハイドレート
の生成速度や生成量が減少してしまう原因となったり、
装置の腐食等の原因となったりする。
ように、反応容器1aには内部に存在する液体を排出す
る液体排出手段30を設けておき、反応容器1aの内部
に存在する液体中の不純物濃度を不純物濃度モニタ(不
純物濃度検出手段)Iで検出し、その検出結果から液体
中の不純物濃度が高くなりすぎないように液体排出手段
30を制御する。
濃度がある基準値を越えたら、液体除去手段30に具備
される弁機構30aを作動させて液体の一部を反応容器
1aの外に排出し、その分の水量を原料水導入手段6か
ら補充して反応容器1a内部の液体の不純物濃度を低下
させる。この場合の弁機構30aには、開度を自在に変
更できる調節弁を使用して液体の連続的な排出を行うよ
うにし、これに合わせて原料水導入手段6を連続的に作
動させて反応容器1a内部の液体の不純物濃度を基準値
以下の一定値に保つようにすることも可能である。ま
た、弁機構30aに開閉切替弁を使用して液体の断続的
な排出を行うようにし、これに同期して原料水導入手段
6を作動させて反応容器1a内部の不純物濃度を基準値
以下に保つようにすることも可能である。
a内部の液体に含まれる不純物濃度を基準値以下に保つ
ことができ、これによって天然ガスハイドレートの生成
速度や生成量を安定した状態に保つことができる。さら
に、装置の腐食等を回避することもできる。
て説明する。なお、上記実施形態において既に説明した
構成要素には同一符号を付して説明は省略する。本実施
形態においては、上記第3の実施形態と同様に反応容器
1a内部の液体に含まれる不純物除去を目的としてお
り、図4に示すように、反応容器1aには内部に存在す
る液体を脱塩する脱塩手段40を設けておき、反応容器
1aの内部に存在する液体中の不純物濃度を不純物濃度
モニタIで検出し、その検出結果から液体中の不純物濃
度が高くなりすぎないように脱塩手段40を制御する。
濃度がある基準値を越えたら、脱塩手段40を作動させ
て液体を脱塩し、不純物濃度を低下させる。なお、脱塩
手段40としては、逆浸透膜、拡散浸透折膜、電気透折
膜、電気脱塩装置等を使用することが好ましい。
の実施形態と同様に反応容器1a内部の液体に含まれる
不純物濃度を基準値以下に保つことができ、これによっ
て天然ガスハイドレートの生成速度や生成量を安定した
状態に保つことができる。
て説明する。なお、、空気上記実施形態において既に説
明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本生成システムにおいては、天然ガスハイドレートの生
成を停止した場合に反応容器1aの内部にメタンを主成
分とする天然ガスが充満した状態となってしまうため、
停止時には安全性を確保する必要がある。そこで本実施
形態においては、図5に示すように、反応容器1aの内
部に不活性ガス(例えばN2、空気等)を導入する不活
性ガス導入手段50を設けておき、天然ガスハイドレー
トの生成を停止したら、未反応ガス除去手段11によっ
て反応容器1aの内部から天然ガス成分を排出し、その
代替として不活性ガスを導入する。これにより、反応容
器1aの内部が安定した状態となる。
a内部のガスを不活性ガスに置換することにより、停止
時における生成システムの安全を確保することができ
る。
る各手段における中間生産品および最終生産品の品質を
各種検出手段を用いて検出し、それらの品質を各手段の
生産能力とを適切な状態で噛み合せることにより、ガス
ハイドレートの生産性を格段に向上させるとともに高い
品質を確保することができる。
容器の内部に存在するガスの組成を検出し、検出された
組成から反応容器内部に蓄積した未反応ガスの濃度が高
くなりすぎないように未反応ガスを適時反応容器の外に
排出することにより、反応容器内部のガス組成を水和に
適した組成に保持することができ、これによって天然ガ
スハイドレートの生成効率を向上させて高い生産性を得
ることができる。
る液体中の不純物濃度を検出し、その検出結果から液体
中の不純物濃度が高くなりすぎないように液体の一部を
反応容器の外に排出し、その分の水量を補充して水の入
れ替えを実施することにより、反応容器内部の液体に含
まれる不純物濃度を低く抑えて天然ガスハイドレートの
生成速度や生成量を安定した状態に保つことができる。
不純物濃度を検出し、その検出結果から液体中の不純物
濃度が高くなりすぎないように液体を脱塩することによ
り、反応容器内部の液体に含まれる不純物濃度を低く抑
えて天然ガスハイドレートの生成速度や生成量を安定し
た状態に保つことができる。
メタンを主成分とするガスを生成システムを停止させた
場合、天然ガス成分を排出した後に反応容器内部を不活
性ガスに置換することにより、停止時における生成シス
テムの安全を確保することができる。
て、天然ガスハイドレート生成システムのプロセスを示
すブロック図である。
て、天然ガスハイドレート生成システムの生成手段を中
心とする構成を示す図である。
て、天然ガスハイドレート生成システムの生成手段を中
心とする構成を示す図である。
て、天然ガスハイドレート生成システムの生成手段を中
心とする構成を示す図である。
て、天然ガスハイドレート生成システムの生成手段を中
心とする構成を示す図である。
段) C1,C2 圧力計 D1〜D3 温度計 E スラリー濃度計(スラリー濃度検出手段) F1,F2 含水率モニタ(含水率検出手段) G 嵩密度モニタ(嵩密度検出手段) H ハイドレート中ガス量モニタ(ガス含有率
検出手段)H B2 ガス組成モニタ(第2のガス組成検出手
段) I 不純物濃度モニタ(不純物濃度検出手段)
I
Claims (26)
- 【請求項1】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反応
させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの
生成システムにおいて、 前記反応容器に導入する原料ガスの組成を検出する第1
のガス組成検出手段を備えることを特徴とするガスハイ
ドレートの生成システム。 - 【請求項2】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反応
させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの
生成システムにおいて、 前記反応容器に導入する水の水質を検出する水質検出手
段を備えることを特徴とするガスハイドレートの生成シ
ステム。 - 【請求項3】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反応
させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの
生成システムにおいて、 前記反応容器から払い出されるスラリー状のガスハイド
レートの濃度を検出するスラリー濃度検出手段を備える
ことを特徴とするガスハイドレートの生成システム。 - 【請求項4】 原料ガスと水とを反応させてガスハイド
レートを生成し、生成されたガスハイドレートを脱水す
るガスハイドレートの生成システムにおいて、 前記脱水後のガスハイドレートの含水率を検出する含水
率検出手段を備えることを特徴とするガスハイドレート
の生成システム。 - 【請求項5】 原料ガスと水とを反応させてガスハイド
レートを生成し、生成されたガスハイドレートを冷却す
るガスハイドレートの生成システムにおいて、 前記冷却を終えたガスハイドレートの温度を検出する温
度検出手段を備えることを特徴とするガスハイドレート
の生成システム。 - 【請求項6】 原料ガスと水とを反応させてガスハイド
レートを生成し、生成されたガスハイドレートを圧密成
形するガスハイドレートの生成システムにおいて、 圧密成形されたガスハイドレートの嵩密度を検出する嵩
密度検出手段を備えることを特徴とするガスハイドレー
トの生成システム。 - 【請求項7】 原料ガスと水とを反応させてガスハイド
レートを生成し、生成されたガスハイドレートを圧密成
形するガスハイドレートの生成システムにおいて、 圧密成形されたガスハイドレートのガス含有率を検出す
るガス含有率検出手段を備えることを特徴とするガスハ
イドレートの生成システム。 - 【請求項8】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反応
させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの
生成方法において、 前記反応容器に導入する原料ガスの組成を検出し、該組
成に応じて前記原料ガスの成分調整を行うことを特徴と
するガスハイドレートの生成方法。 - 【請求項9】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反応
させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの
生成方法において、 前記反応容器に導入する水の水質を検出し、該水質に応
じて前記水の純化を行うことを特徴とするガスハイドレ
ートの生成方法。 - 【請求項10】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成し、生成されたガスハ
イドレートを脱水するガスハイドレートの生成方法にお
いて、 前記反応容器から払い出されるスラリー状のガスハイド
レートの濃度を検出し、該濃度に応じて前記脱水の程度
を調節することを特徴とするガスハイドレートの生成方
法。 - 【請求項11】 原料ガスと水とを反応させてガスハイ
ドレートを生成し、生成されたガスハイドレートを脱水
するガスハイドレートの生成方法において、 前記脱水後のガスハイドレートの含水率を検出し、該含
水率に応じて前記脱水の程度を調節することを特徴とす
るガスハイドレートの生成方法。 - 【請求項12】 原料ガスと水とを反応させてガスハイ
ドレートを生成し、生成されたガスハイドレートを物理
的に脱水して含水率を低下させる物理脱水を行い、該物
理脱水を終えたガスハイドレートに含まれる水分を原料
ガスと反応させてガスハイドレートを生成してさらに含
水率を低下させる水和脱水を行うガスハイドレートの生
成方法において、 前記物理脱水を終えたガスハイドレートの含水率を検出
し、該含水率に応じて前記物理脱水の程度を調節する
か、同含水率に応じて前記水和脱水の程度を調節する
か、少なくともいずれか一方を行うことを特徴とするガ
スハイドレートの生成方法。 - 【請求項13】 原料ガスと水とを反応させてガスハイ
ドレートを生成し、生成されたガスハイドレートを物理
的に脱水して含水率を低下させる物理脱水を行い、該物
理脱水を終えたガスハイドレートに含まれる水分を原料
ガスと反応させてガスハイドレートを生成してさらに含
水率を低下させる水和脱水を行うガスハイドレートの生
成方法において、 前記水和脱水を終えたガスハイドレートの含水率を検出
し、該含水率に応じて前記水和脱水におけるガスハイド
レートの温度を調節することを特徴とするガスハイドレ
ートの生成方法。 - 【請求項14】 原料ガスと水とを反応させてガスハイ
ドレートを生成し、生成されたガスハイドレートを冷却
するガスハイドレートの生成方法において、 前記冷却を終えたガスハイドレートの温度を検出し、該
温度に応じて前記冷却の程度を調節することを特徴とす
るガスハイドレートの生成方法。 - 【請求項15】 原料ガスと水とを反応させてガスハイ
ドレートを生成し、生成されたガスハイドレートを圧密
成形するガスハイドレートの生成方法において、 圧密成形されたガスハイドレートの嵩密度を検出し、該
嵩密度に応じて前記加圧の程度を調節することを特徴と
するガスハイドレートの生成方法。 - 【請求項16】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成し、生成されたガスハ
イドレートを圧密成形するガスハイドレートの生成方法
において、 圧密成形を終えて製品化されたガスハイドレートのガス
含有率を検出し、該ガス含水率をもとに製品化されたガ
スハイドレートの品質管理を行うことを特徴とするガス
ハイドレートの生成方法。 - 【請求項17】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成システムにおいて、 前記反応容器内部に存在するガスの組成を検出する第2
のガス組成検出手段を備えることを特徴とするガスハイ
ドレートの生成システム。 - 【請求項18】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成システムにおいて、 前記反応容器内部に存在する液体の不純物濃度を検出す
る不純物濃度検出手段を備えることを特徴とするガスハ
イドレートの生成システム。 - 【請求項19】 前記不純物濃度検出手段の検出結果に
基づいて前記液体の一部を前記反応容器から排出する液
体排出手段を備えることを特徴とする請求項18記載の
ガスハイドレートの生成システム。 - 【請求項20】 前記不純物濃度検出手段の検出結果に
基づいて前記液体を脱塩する脱塩手段を備えることを特
徴とする請求項18記載のガスハイドレートの生成シス
テム。 - 【請求項21】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成方法において、 前記反応容器内部に存在するガスの組成を検出し、該組
成に応じて前記反応容器内部に蓄積した未反応成分を含
むガスを除去することを特徴とするガスハイドレートの
生成方法。 - 【請求項22】 前記除去した未反応成分を含むガスを
他の機関の動力または燃料として利用することを特徴と
する請求項21記載のガスハイドレートの生成方法。 - 【請求項23】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成方法において、 前記反応容器内部に存在するガスの組成を検出し、該組
成に応じて反応容器内部の圧力、同じく反応容器内部の
温度、反応容器に導入される水の温度の少なくともいず
れかひとつを調節することを特徴とするガスハイドレー
トの生成方法。 - 【請求項24】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成方法において、 前記反応容器内部に存在する液体の不純物濃度を検出
し、該不純物濃度に応じて前記反応容器内部の液体の一
部を水と入れ替えることを特徴とするガスハイドレート
の生成方法。 - 【請求項25】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成方法において、 前記反応容器内部に存在する液体の不純物濃度を検出
し、該不純物濃度に応じて前記液体の脱塩を行って不純
物濃度を低下させることを特徴とするガスハイドレート
の生成方法。 - 【請求項26】 反応容器の内部で原料ガスと水とを反
応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート
の生成方法において、 前記生成を停止させた後に前記反応容器内部に不活性ガ
スを導入することを特徴とするガスハイドレートの生成
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001254691A JP2003064385A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | ガスハイドレートの生成システムおよび生成方法 |
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