JP2003313569A - Method and apparatus for producing gas hydrate - Google Patents
Method and apparatus for producing gas hydrateInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質体の中で均一に
ガスハイドレートを生成する方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing gas hydrate uniformly in a porous body.
【０００２】[0002]
【従来技術】天然ガスは、地盤内に形成されたガス層
(「フリーガス層」と呼ばれる)内部に気体状態で存在す
る場合が多く、こうしたフリーガス層から掘削されて利
用される場合が一般的である。しかし、これとは別に、
天然ガスが水和されて生成された、固体状態の水和物と
して存在する場合がある。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、複数の水分子（Ｈ2
Ｏ）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、天然ガスの成分であるメタン（Ｃ
Ｈ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）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。2. Description of the Related Art Natural gas is a gas layer formed in the ground.
It often exists in a gas state inside (called “free gas layer”), and it is common to excavate and use from such a free gas layer. But apart from this,
It may exist as a solid-state hydrate produced by hydration of natural gas. The hydrate of natural gas (hereinafter referred to as "gas hydrate") is a type of clathrate compound (clathrate compound), and is composed of a plurality of water molecules (H 2
O), a squirrel cage clathrate formed by methane (C) which is a component of natural gas.
It has a crystal structure in which molecules such as H 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) enter and are included.
【０００３】こうしたガスハイドレートは、その内部に
天然ガスが高密充填された状態となっている。理論上
は、ガスハイドレート１ｍ3中に、標準状態における気
体に換算して約１７０ｍ3の天然ガスが含まれているこ
ととなり、次世代のエネルギー源として注目を集めてい
る。Such a gas hydrate is in a state in which natural gas is highly densely packed inside. Theoretically, 1 m 3 of gas hydrate contains about 170 m 3 of natural gas in terms of gas in the standard state, and is attracting attention as a next-generation energy source.
【０００４】ガスハイドレートは、低温・高圧の条件下
で生成されて安定的に存在することができるので、こう
した条件に合致する地盤内に層をなして(「ガスハイド
レート層」、あるいは単に「ハイドレート層」と呼ばれ
る)存在している。具体的には、北極圏や南極圏等の永
久凍土層の下部、あるいは深度３００ｍ程度以深の海底
地盤中等に広く分布することがわかってきている。ま
た、例えば南海トラフ等といった、我が国近海の海底地
盤中にも多量に存在するであろうと考えられており、そ
の調査或いは掘削回収が順次行われようとしている。Since the gas hydrate is produced under the conditions of low temperature and high pressure and can exist stably, it forms a layer in the ground that meets these conditions ("gas hydrate layer", or simply It is called "hydrate layer". Specifically, it has been found that it is widely distributed in the lower part of the permafrost layer in the Arctic Circle, the Antarctic Circle, etc., or in the seabed ground with a depth of about 300 m or less. In addition, it is considered that a large amount will exist in the seabed ground near Japan, such as the Nankai Trough, and investigations or excavation and recovery thereof are about to be carried out sequentially.
【０００５】このような天然のガスハイドレート、特に
メタンハイドレートを採取し資源として回収する為に
は、地上での分解挙動等の基礎データを把握する必要が
ある。この為には多孔質体の中に人工的にガスハイドレ
ートの模擬サンプルを均一に生成させ、これを分解試験
等に供することが好ましい。In order to collect such natural gas hydrates, especially methane hydrates, and recover them as resources, it is necessary to understand basic data such as decomposition behavior on the ground. For this purpose, it is preferable to artificially generate a simulated gas hydrate sample uniformly in the porous body and subject it to a decomposition test or the like.
【０００６】一方、メタンハイドレートは、気体と液体
（水）との接触界面で固体が生成する反応であるため、
一旦固体が生成すると、気体がその固体を透過できなく
なるため、それ以上の反応の進行が困難となる。従っ
て、多孔質体中にガスハイドレートを生成させる場合に
は、水及びガスが混入してしまい、ガスハイドレートを
均一に生成させることが困難であるという問題がある。On the other hand, methane hydrate is a reaction in which a solid is produced at the contact interface between a gas and a liquid (water).
Once the solid is produced, the gas cannot pass through the solid, which makes further progress of the reaction difficult. Therefore, when gas hydrate is generated in the porous body, there is a problem that water and gas are mixed and it is difficult to uniformly generate gas hydrate.
【０００７】このため、現状では液体窒素温度、例えば
−１９６℃付近で、メタンハイドレートとセメントとを
混練することにより、模擬サンプルを生成する手法が用
いられようとしている。しかし、かかる方法では、空気
の混入や水分の混入が避けられず、海底におけるガスハ
イドレートの状態を十分に再現できないため、分解挙動
等の実験に用いるには精度に問題があった。Therefore, at present, a method is being used in which a simulated sample is produced by kneading methane hydrate and cement at a liquid nitrogen temperature, for example, around -196 ° C. However, in such a method, mixing of air and mixing of water is unavoidable, and the state of gas hydrate on the seabed cannot be sufficiently reproduced, so that there is a problem in accuracy when used in experiments such as decomposition behavior.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】こうしたことから、空
気や水分等の不純物が混入することなく、多孔質体の中
でガスハイドレートを均一に生成する方法およびかかる
方法を実現する装置が切望されている。Therefore, a method for uniformly producing a gas hydrate in a porous body without mixing impurities such as air and water and a device for realizing such a method are desired. ing.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明にかかるガスハイ
ドレート生成方法は、上記事情に鑑みてなされたもので
あって、圧力を一定に保持しうる容器に、原料ガスと水
蒸気と多孔質体とを内蔵し、ガスハイドレートの臨界生
成点温度より高い温度領域にある高温領域から、ガスハ
イドレートの臨界生成点温度より低い温度領域にある低
温領域へと多孔質体を遷移させ、上記多孔質体中にガス
ハイドレートを均一に生成させることを特徴とする。こ
こで、遷移とは、容器内の多孔質体が、高温領域と低温
領域との間で相対的に移動することをいい、多孔質体が
移動するものであってもよく、高温領域および低温領域
が移動するものであってもよい。遷移の速度は一定であ
ることが好ましい。また、多孔質体が高温領域から低温
領域に遷移するとは、必ずしも多孔質体の全てが高温領
域にある状態から、全てが低温領域にある状態に遷移す
ることをいうものではなく、初期状態において、多孔質
体の一部が高温領域にあって、それ以外の部分が低温領
域にあってもよい。さらに、かかるガスハイドレート生
成反応は、原料ガスの圧力を測定しながら行うことが好
ましい。The method for producing gas hydrate according to the present invention has been made in view of the above circumstances, and a raw material gas, water vapor, and a porous body are provided in a container capable of maintaining a constant pressure. And a porous body that transitions from a high temperature region in a temperature region higher than the critical hydrate point temperature of gas hydrate to a low temperature region in a temperature region lower than the critical temperature of gas hydrate formation point. It is characterized in that the gas hydrate is uniformly generated in the body. Here, the transition means that the porous body in the container relatively moves between the high temperature region and the low temperature region, and the porous body may move, and the high temperature region and the low temperature region may move. The area may move. The rate of transition is preferably constant. Further, the transition of the porous body from the high temperature region to the low temperature region does not necessarily mean that all of the porous body is in the high temperature region, and that all of the porous body is in the low temperature region, in the initial state. The part of the porous body may be in the high temperature region, and the other part may be in the low temperature region. Furthermore, it is preferable that the gas hydrate formation reaction is performed while measuring the pressure of the raw material gas.
【００１０】別の形態によれば、本発明はガスハイドレ
ート生成方法であって、前記容器内に供給される原料ガ
スと水蒸気との流量を測定することにより、前記ガスハ
イドレートの生成をモニタリングすることを特徴とす
る。According to another aspect, the present invention is a method for producing a gas hydrate, wherein the production of the gas hydrate is monitored by measuring the flow rates of the raw material gas and water vapor supplied into the container. It is characterized by doing.
【００１１】本発明は、別の側面としてはガスハイドレ
ート生成装置であり、該装置は原料ガスと水蒸気と多孔
質体とを内蔵するための容器と、該容器を外部から加熱
する加熱媒体と、該容器を外部から冷却する冷却媒体
と、上記加熱媒体によって形成される高温領域から、上
記冷却媒体によって形成される低温領域に、上記多孔質
体を遷移させる手段とを含んでなり、上記多孔質体中に
ガスハイドレートを均一に生成させることを特徴とす
る。上記容器には、該容器にガスを供給する手段と水蒸
気を供給する手段とを設けることが好ましい。かかるガ
スハイドレート生成装置には、さらに容器内の圧力を測
定するための圧力センサと、水蒸気を有効に供給するた
めの水のリザーバ及び該水のリザーバの水量を一定に保
つためのレベル計とを設けることが好ましい。レベル計
としては、電気接点式液面計を用いることが好ましい。Another aspect of the present invention is a gas hydrate generator, which comprises a container for containing a raw material gas, water vapor, and a porous body, and a heating medium for heating the container from the outside. A cooling medium for cooling the container from the outside, and a means for transitioning the porous body from a high temperature region formed by the heating medium to a low temperature region formed by the cooling medium. It is characterized in that the gas hydrate is uniformly generated in the body. It is preferable that the container is provided with a means for supplying gas and a means for supplying water vapor. Such a gas hydrate generator further includes a pressure sensor for measuring the pressure in the container, a water reservoir for effectively supplying water vapor, and a level meter for keeping the amount of water in the water reservoir constant. Is preferably provided. It is preferable to use an electric contact type liquid level gauge as the level meter.
【００１２】本発明は、また別の形態において、ガスハ
イドレート生成装置であり、該装置は上記容器に、該容
器に供給される原料ガスの流量測定手段と水蒸気の流量
測定手段とをさらに設けたことを特徴とする。[0012] The present invention, in yet another form thereof, is a gas hydrate production apparatus, wherein the apparatus is further provided with a flow rate measuring means of a raw material gas supplied to the vessel and a flow rate measuring means of steam. It is characterized by that.
【００１３】このような本発明にかかるガスハイドレー
ト生成方法及び装置によれば、空気や水分等の不純物が
混入することなく、多孔質体の中でガスハイドレートを
均一に生成することができる。これにより、得られた人
工的なガスハイドレートの模擬サンプルは地上での分解
挙動等の基礎データを得るのに適しており、ガスハイド
レートの資源開発に大きく貢献し得るものである。According to the method and apparatus for producing gas hydrate according to the present invention, the gas hydrate can be uniformly produced in the porous body without mixing impurities such as air and water. . Thus, the obtained artificial gas hydrate simulated sample is suitable for obtaining basic data such as the decomposition behavior on the ground, and can greatly contribute to the gas hydrate resource development.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明をさ
らに詳細に説明する。以下の実施の形態は、本発明を限
定するものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the present invention.
【００１５】図1に本発明にかかるガスハイドレート生
成装置の実施の形態を概念的に示す。本発明にかかるガ
スハイドレート生成装置１は、原料ガスと水蒸気と多孔
質体７とを内蔵するための容器２と、加熱媒体５と、冷
却媒体６と、上記多孔質体７の遷移手段（図示せず）と
を含む。容器２には、原料ガスの供給装置３と水蒸気の
供給装置４とが設けられ、これらには、それぞれ原料ガ
スの流量測定計１３と水蒸気の流量測定計１４がさらに
設けられている。加熱媒体５は、該容器２を外部から加
熱するものであり、冷却媒体６は、該容器２を外部から
冷却するものである。容器２と加熱媒体５及び冷却媒体
６とは、遷移可能であるように構成され、上記多孔質体
７を上記加熱媒体５によって形成される高温領域にある
状態から、上記冷却媒体６によって形成される低温領域
へと遷移させる。FIG. 1 conceptually shows an embodiment of a gas hydrate generator according to the present invention. The gas hydrate production apparatus 1 according to the present invention includes a container 2 for containing a raw material gas, water vapor, and a porous body 7, a heating medium 5, a cooling medium 6, and a transition means for the porous body 7 ( (Not shown). The container 2 is provided with a raw material gas supply device 3 and a steam supply device 4, and these are further provided with a raw material gas flow rate meter 13 and a steam flow rate meter 14, respectively. The heating medium 5 is for heating the container 2 from the outside, and the cooling medium 6 is for cooling the container 2 from the outside. The container 2, the heating medium 5, and the cooling medium 6 are configured to be transitionable, and the porous body 7 is formed by the cooling medium 6 from a state in a high temperature region formed by the heating medium 5. Transition to the low temperature region.
【００１６】ここで、本発明にかかるガスハイドレート
生成装置１の作用について説明する。まず、容器２中に
多孔質体７を充填した後、原料ガスの供給装置３から原
料ガスを、水蒸気の供給装置４から水蒸気を供給して、
容器２内を一定の圧力Ｐ0に保つ。加熱手段５は、容器
２を外部から、圧力Ｐ0における臨界生成点温度Ｔ0より
高い温度Ｔhに加熱し、高温領域を形成する。一方、冷
却手段６は、容器２を外部から、圧力Ｐ0における臨界
生成点温度Ｔ0より低い温度Ｔcに冷却し、低温領域を形
成する。容器２は、反応前には高温領域にあって、高温
領域から低温領域に徐々に遷移させることができるよう
に調整する。なお、遷移は相対的なものであってよく、
固定された加熱媒体５と冷却媒体６に対して容器２自体
が移動しても、固定された容器２に対して加熱媒体５と
冷却媒体６とが移動しても、両方が各々逆の方向に移動
してもよい。The operation of the gas hydrate generator 1 according to the present invention will be described. First, after filling the porous body 7 in the container 2, the raw material gas is supplied from the supply device 3 and the steam is supplied from the steam supply device 4,
The inside of the container 2 is kept at a constant pressure P 0 . Heating means 5, the container 2 from the outside, and heated to a temperature T h than the critical point of generation temperature T 0 at the pressure P 0, to form a high temperature region. On the other hand, the cooling means 6 cools the container 2 from the outside to a temperature T c lower than the critical generation point temperature T 0 at the pressure P 0 to form a low temperature region. The container 2 is in a high temperature region before the reaction and is adjusted so that the container 2 can gradually transition from the high temperature region to the low temperature region. Note that the transitions may be relative,
Even if the container 2 itself moves with respect to the fixed heating medium 5 and the cooling medium 6, or the heating medium 5 and the cooling medium 6 move with respect to the fixed container 2, both are in opposite directions. You may move to.
【００１７】ここで、多孔質体７とは、大気と繋がった
連続した空隙を有する固体又は粉体の集合体をいい、例
えば、軽石や砂利や土砂や粉体などが挙げられるが、本
発明においては、かかるものに限定されない。Here, the porous body 7 refers to an aggregate of solids or powders having continuous voids connected to the atmosphere, and examples thereof include pumice, gravel, earth and sand, and powders. However, it is not limited thereto.
【００１８】原料ガスとは、ガスハイドレートの原料と
なり得るガスをいい、特には、メタン、エタン、プロパ
ン、ＣＯ2等が挙げられるがこれらに限定されるもので
はない。原料ガスは、容器２内で気体であるように供給
される。The raw material gas refers to a gas that can be a raw material for a gas hydrate, and particularly includes, but is not limited to, methane, ethane, propane, CO 2, and the like. The raw material gas is supplied so as to be a gas in the container 2.
【００１９】水蒸気は、原料ガスの周囲にケージをつく
って、ガスハイドレートを形成するためのものであり、
原料ガスと同様にガスハイドレート生成反応における反
応物質となる。本発明においては、反応物質である水を
気体の状態である水蒸気で供給する。これは、容器２内
に液体の水を充填することに比べ、反応前の水蒸気を多
孔質体７表面全体に対して均一に分布させることによ
り、より均一な反応を進行させることが可能となるため
である。Water vapor is for forming a cage around the raw material gas to form a gas hydrate,
It becomes a reaction substance in the gas hydrate formation reaction like the source gas. In the present invention, water as a reactant is supplied as water vapor in a gaseous state. This is because, compared to filling the container 2 with liquid water, the water vapor before the reaction is evenly distributed over the entire surface of the porous body 7, so that a more uniform reaction can be progressed. This is because.
【００２０】容器２は、一定圧力で使用されるため耐圧
性を有するものが好ましい。例えば、メタンハイドレー
トを製造する場合に、圧力Ｐ0を４０〜５０ａｔｍとす
るため、かかる圧力に耐えられる素材で構成する。この
ようなものには例えば、熱伝導性を有し、耐腐食性や耐
圧性を有するステンレス鋼がある。しかし、圧力Ｐ0は
使用するガスの種類によっても異なるため、これに限定
されるものではない。例えば、容器２をガラスや透明プ
ラスチックで製造した場合には、メタンハイドレートの
生成を目視で確認できるため、好都合である。また、図
示する容器２は円筒形であるが、容器２の形状はこれに
限定されることなく、外部からの加熱及び冷却に対し熱
効率の良い形状に適宜形成することができる。Since the container 2 is used at a constant pressure, it is preferable that it has pressure resistance. For example, when producing methane hydrate, the pressure P 0 is set to 40 to 50 atm, and therefore, the material is made of a material that can withstand such pressure. Examples of such materials include stainless steel having thermal conductivity, corrosion resistance, and pressure resistance. However, the pressure P 0 is not limited to this because it depends on the type of gas used. For example, when the container 2 is made of glass or transparent plastic, the production of methane hydrate can be visually confirmed, which is convenient. Although the illustrated container 2 has a cylindrical shape, the shape of the container 2 is not limited to this, and the container 2 can be appropriately formed into a shape having high thermal efficiency against heating and cooling from the outside.
【００２１】容器２は、容器２内に原料ガスおよび水蒸
気を供給するためのガスの供給装置３及び水蒸気の供給
装置４を備えている。原料ガスと水蒸気との反応により
ガスハイドレートが生成すると、容器２内の圧力が低下
する。従って、容器２内を一定圧力Ｐ0に保持するため
に、原料ガス及び水蒸気を供給する必要があるためであ
る。原料ガス及び水蒸気を圧力が一定になるように供給
するために、原料ガスの供給装置３及び水蒸気の供給装
置４には圧力センサを備える。The container 2 is provided with a gas supply device 3 and a steam supply device 4 for supplying a source gas and steam into the container 2. When the gas hydrate is generated by the reaction between the raw material gas and the water vapor, the pressure inside the container 2 decreases. Therefore, in order to maintain the inside of the container 2 at a constant pressure P 0 , it is necessary to supply the raw material gas and the steam. In order to supply the source gas and the steam at a constant pressure, the source gas supply device 3 and the steam supply device 4 are provided with pressure sensors.
【００２２】ガスの流量測定計１３と水蒸気の流量測定
計１４は、それぞれ供給されたガスおよび水蒸気の量を
測定することにより、ガスハイドレートの生成量をモニ
タリングすることができる。例えば、これらのガスの流
量測定計１３と水蒸気の流量測定計１４にコンピュータ
をつなぎ、モニタ画面に測定結果から得られたガスハイ
ドレートの生成量を表示することもできる。The gas flow rate measuring device 13 and the water vapor flow rate measuring device 14 can monitor the production amount of gas hydrate by measuring the amounts of the supplied gas and water vapor, respectively. For example, a computer may be connected to the gas flow rate measuring device 13 and the water vapor flow rate measuring device 14 and the amount of gas hydrate produced obtained from the measurement result may be displayed on the monitor screen.
【００２３】さらに、本実施の形態では、水蒸気を容器
２内に適当な量で供給するための図1では図示しない水
リザーバを容器２内であって、多孔質体７と水が接しな
い位置に設置することができる。これは、容器２内に水
蒸気を飽和させ供給するためである。水リザーバ１５を
備えた容器２の一例を示す図を、図４に示す。ここで、
図４に示すように、容器２内の多孔質体７と接すること
のない位置に水リザーバ１５を設けることにより、水蒸
気の供給装置４から、容器２内に常に飽和量の水蒸気を
供給することが可能となる一方で、過剰な水分の供給に
よるガスハイドレートへの水分の混入を防止することが
できる。このように水リザーバ１５を設けて水蒸気の供
給を行う場合には、水リザーバに電気接点式液面計１６
を設置して、水量を一定に保つことができる。Further, in this embodiment, a water reservoir (not shown in FIG. 1) for supplying an appropriate amount of water vapor into the container 2 is provided in the container 2 at a position where the porous body 7 and the water do not come into contact with each other. Can be installed in This is because the water vapor is saturated and supplied into the container 2. A diagram showing an example of the container 2 having the water reservoir 15 is shown in FIG. here,
As shown in FIG. 4, by providing the water reservoir 15 at a position in the container 2 that does not contact the porous body 7, it is possible to constantly supply a saturated amount of steam from the steam supply device 4 into the container 2. On the other hand, mixing of water into the gas hydrate due to excessive supply of water can be prevented. When the water reservoir 15 is provided in this way to supply water vapor, an electric contact type liquid level gauge 16 is provided in the water reservoir.
Can be installed to keep the amount of water constant.
【００２４】上記加熱媒体５としては例えばヒータ等を
用い、容器２を温度Ｔhに加熱することができる。加熱
媒体５により加熱される高温領域全体が、一定温度Ｔh
となる。冷却媒体６としては例えばエチレングリコール
と水との混合冷却媒体を用い、容器２を温度Ｔcに冷却
することができる。冷却媒体６により冷却される低温領
域全体が、一定温度Ｔcとなる。[0024] uses the example heater or the like as the heating medium 5, it is possible to heat the container 2 to a temperature T h. The entire high temperature region heated by the heating medium 5 has a constant temperature Th.
Becomes For example, a mixed cooling medium of ethylene glycol and water is used as the cooling medium 6, and the container 2 can be cooled to the temperature T c . The entire low temperature region cooled by the cooling medium 6 has a constant temperature Tc .
【００２５】加熱媒体５と冷却媒体６とは、容器２に内
蔵された多孔質体７が高温領域から低温領域に連続的に
遷移できるように、実質的に連続して設けられている。
例えば、容器２が円筒形の場合には、円筒形の容器２の
側面をドーナツ状に取り囲むように加熱媒体５を設け、
それに隣接して、円筒形の容器２の側面をドーナツ状に
取り囲むように冷却媒体６を設ける。加熱媒体５と冷却
媒体６とのあいだに断熱装置を設けて、熱の交換がない
ようにすることもできる。The heating medium 5 and the cooling medium 6 are provided substantially continuously so that the porous body 7 contained in the container 2 can continuously transition from the high temperature region to the low temperature region.
For example, when the container 2 has a cylindrical shape, the heating medium 5 is provided so as to surround the side surface of the cylindrical container 2 in a donut shape.
Adjacent thereto, the cooling medium 6 is provided so as to surround the side surface of the cylindrical container 2 in a donut shape. A heat insulating device may be provided between the heating medium 5 and the cooling medium 6 to prevent heat exchange.
【００２６】容器２は、圧力Ｐ0に保持したまま高温領
域から低温領域へ遷移させる必要がある。このような遷
移は、例えばネジ送り機構による移動装置により実施す
る。The container 2 must be transitioned from the high temperature region to the low temperature region while maintaining the pressure P 0 . Such a transition is carried out, for example, by a moving device having a screw feed mechanism.
【００２７】本実施の形態では、比較的大きな装置とな
り得る加熱媒体５と冷却媒体６とは固定して設置してい
る。一方、容器に設置したガスの供給装置３及び水蒸気
の供給装置４は、各々供給パイプと調節バルブとを含ん
でなり、供給パイプの一部をバネのように伸縮可能な材
料、あるいはホースのような柔軟性のある材料で形成
し、供給パイプの本体部分は固定したまま、容器２のみ
を加熱媒体５と冷却媒体６との間で移動させるように構
成することができる。In this embodiment, the heating medium 5 and the cooling medium 6, which can be relatively large devices, are fixedly installed. On the other hand, the gas supply device 3 and the water vapor supply device 4 installed in the container each include a supply pipe and a control valve, and a part of the supply pipe is made of a material that can expand and contract like a spring or a hose. It may be formed of a flexible material, and the container 2 alone may be moved between the heating medium 5 and the cooling medium 6 while the main body of the supply pipe is fixed.
【００２８】容器２の遷移は、一定の速度で行う。容器
２内多孔質体７の表面温度が順次Ｔ 0に達し、かかる部
位でガスハイドレート生成反応が生ずるため、均一にガ
スハイドレートを生成させるには一定の速度で行うこと
が好ましいからである。また、かかる速度は、実用的な
生産が可能な程度に遅くすることが好ましく、例えば、
１００ｍｍ／ｈｒ以下であって５ｍｍ／ｈｒ程度にする
ことが好ましい。The transition of the container 2 is performed at a constant speed. container
2 The surface temperature of the inner porous body 7 is T 0Reaches and takes
Gas hydrate formation reaction occurs at
Do it at a constant speed to generate hydrate
Is preferable. Also, the speed is practical
It is preferable to slow down production as much as possible, for example,
Less than 100 mm / hr and about 5 mm / hr
It is preferable.
【００２９】図１に示した本発明にかかるガスハイドレ
ート生成装置１を用いることにより、高温領域と低温領
域の間で多孔質体７を内蔵した容器２を遷移することが
できる。また、その遷移速度を調節することも可能であ
る。従って、実用的なガスハイドレートの生産を確実に
行うことができる。また、ガスハイドレートの生成量の
モニタリングができ、安定したガスハイドレートの生産
ができる。従って、工業的なレベルでの生産も可能とな
る。By using the gas hydrate generator 1 according to the present invention shown in FIG. 1, the container 2 containing the porous body 7 can be transitioned between a high temperature region and a low temperature region. It is also possible to adjust the transition speed. Therefore, it is possible to reliably produce a practical gas hydrate. In addition, the amount of gas hydrate produced can be monitored, and stable production of gas hydrate can be achieved. Therefore, production on an industrial level is also possible.
【００３０】メタンハイドレートは、海底地盤中にあっ
ては、固体状態の水和物として存在する。このような水
和物は、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
成分であるメタンを包接した包接化合物として存在して
おり、その組成はＣＨ4・（Ｈ2Ｏ）5.75で表される。ま
た、メタンハイドレートは通常砂岩などと混同した状態
で存在している。Methane hydrate exists as a solid-state hydrate in the seabed. Such a hydrate is a clathrate compound in which methane that is a component of natural gas is clathrated in a three-dimensional cage clathrate lattice formed of a plurality of water molecules (H 2 O). And its composition is represented by CH 4. (H 2 O) 5.75 . In addition, methane hydrate is usually confused with sandstone.
【００３１】本発明によって得られた砂岩等のモデルと
される多孔質体７中に均一に生成されたガスハイドレー
トを用いることにより、地上での分解挙動等の基礎デー
タを得ることができる。ここで、ガスハイドレートの一
つであるメタンハイドレートは、以下の平衡反応式に従
って反応生成することが知られている。By using the gas hydrate uniformly generated in the porous body 7 which is a model of sandstone or the like obtained by the present invention, basic data such as decomposition behavior on the ground can be obtained. Here, it is known that methane hydrate, which is one of gas hydrates, is reacted and produced according to the following equilibrium reaction formula.
【００３２】[0032]
【化１】 [Chemical 1]
【００３３】図２にメタンハイドレートの生成平衡線図
を示す。メタンガスと水蒸気とを一定体積の容器に充填
してメタンガスの圧力を一定の値Ｐ0に保持したとき、
図２から、メタンハイドレートの臨界生成点温度はＴ0
に決まり、Ｔ0が０℃以上の時には、圧力Ｐ0における臨
界生成点温度Ｔ0より高い温度領域にある高温領域にお
いてはメタンガスと水の状態で存在する。一方、圧力Ｐ
0における臨界生成点温度Ｔ0より低い温度領域にある低
温領域においてはメタンハイドレートの状態で存在す
る。FIG. 2 shows a production equilibrium diagram of methane hydrate. When methane gas and water vapor are filled in a container having a constant volume and the pressure of methane gas is maintained at a constant value P 0 ,
From FIG. 2, the critical temperature at which methane hydrate is produced is T 0.
When T 0 is 0 ° C. or higher, methane gas and water exist in the high temperature region which is higher than the critical generation point temperature T 0 at the pressure P 0 . On the other hand, pressure P
Present in the form of methane hydrate in the low temperature region at the lower temperature region than the critical point of generation temperature T 0 at 0.
【００３４】従って、図２における生成域に温度及び圧
力が設定されると上記式（１）の平衡は右に移動し、分
解域に温度及び圧力が設定されると式（１）の平衡は左
に移動する。Therefore, when the temperature and pressure are set in the production zone in FIG. 2, the equilibrium of the above equation (1) moves to the right, and when the temperature and pressure are set in the decomposition zone, the equilibrium of the equation (1) becomes Move to the left.
【００３５】本発明にかかるガスハイドレート生成方法
では、上記したようにメタンガス圧力を所定の値Ｐ0に
保持した容器２に、原料ガスと水蒸気と多孔質体７とを
内蔵し、上記多孔質体７を、圧力Ｐ0における臨界生成
点温度Ｔ0より高い温度領域にある温度Ｔhの高温領域か
ら、圧力Ｐ0における臨界生成点温度Ｔ0より低い温度領
域にある温度Ｔcの低温領域へと遷移させている。In the method for producing gas hydrate according to the present invention, the raw material gas, the water vapor and the porous body 7 are contained in the container 2 in which the methane gas pressure is kept at the predetermined value P 0 as described above, and the body 7, the high temperature region of the temperature T h in the temperature range higher than the critical point of generation temperature T 0 at the pressure P 0, the low-temperature region of the temperature T c in the lower temperature region than the critical point of generation temperature T 0 at the pressure P 0 It is transitioning to.
【００３６】このとき、多孔質体７は容器２内でガス及
び水蒸気と十分に接触した状態であり、水蒸気又は水
は、容器２内の温度勾配に従って、容器２内の高温にあ
る領域では低濃度に容器内の低温にある領域では高濃度
に分布している。多孔質体７表面において、温度Ｔhか
ら温度Ｔcに変化する際に、臨界生成点温度Ｔ0に達した
時点で式（１）の平衡がメタンハイドレート生成の方向
へ移動し、メタンハイドレートが生成する。容器２が一
定の方向性をもって、高温領域から低温領域へと移動さ
れるため、これに従って多孔質体７表面温度は順次、臨
界生成点温度Ｔ0に達することとなり、多孔質体７中で
メタンハイドレートが順次生成する。このように外部か
ら温度勾配をかけて一定の方向にメタンハイドレートの
生成を生じさせることで、反応停止の原因となる固体皮
膜の影響を受けにくく、その結果、原料ガスや水を内部
に閉じ込めることなく、多孔質体７中に均一にメタンハ
イドレートを生成させることが可能となる。At this time, the porous body 7 is in a state in which it is in sufficient contact with the gas and water vapor in the container 2, and the water vapor or water is low in the high temperature region of the container 2 according to the temperature gradient in the container 2. Concentration is distributed in high concentration in the region where the temperature is low in the container. When the temperature T h changes from the temperature T h to the temperature T c on the surface of the porous body 7, the equilibrium of the formula (1) shifts to the direction of methane hydrate formation at the time point when the temperature reaches the critical production point temperature T 0. Rate generated. Since the container 2 is moved from the high temperature region to the low temperature region with a certain directionality, the surface temperature of the porous body 7 sequentially reaches the critical production point temperature T 0 accordingly , and the methane in the porous body 7 is Hydrates are generated sequentially. By generating a methane hydrate in a certain direction by applying a temperature gradient from the outside in this way, it is less affected by the solid film that causes the reaction to stop, and as a result, the source gas and water are confined inside. Methane hydrate can be uniformly generated in the porous body 7.
【００３７】なお、上記圧力Ｐ0は、臨界生成点温度Ｔ0
との関係で決定される。上記（１）式の反応が有利に進
行するように、臨界生成点温度Ｔ0が、反応物質である
水が液体である温度領域内に入るように決定することが
できる。The above pressure P 0 is the critical point T 0
It is decided in relation to. In order for the reaction of the above formula (1) to proceed favorably, the critical production point temperature T 0 can be determined so that the reactant water falls within the liquid temperature range.
【００３８】従って、例えば原料ガスがメタンの時に
は、Ｔ0が２℃であることが好ましく、図２に示す平衡
曲線から、圧力Ｐ0は、約３０ｋｇ／ｃｍ2以上であるこ
とが好ましい。しかし、これらの圧力Ｐ0と臨界生成点
温度Ｔ0とはガスの種類によって異なるため、使用する
ガスの平衡線図に従って適宜決定することができる。Therefore, for example, when the source gas is methane, T 0 is preferably 2 ° C., and from the equilibrium curve shown in FIG. 2, the pressure P 0 is preferably about 30 kg / cm 2 or more. However, since the pressure P 0 and the critical generation point temperature T 0 differ depending on the type of gas, they can be appropriately determined according to the equilibrium diagram of the gas used.
【００３９】臨界生成点温度Ｔ0より高い温度領域にあ
る温度Ｔh及び臨界生成点温度Ｔ0より低い温度領域にあ
るＴcは、Ｔh−Ｔ0≧１℃、Ｔ0−ＴC≧１℃となるよう
に決定することができ、例えばＴ0が２℃である場合に
は、Ｔhが３℃、Ｔcが１℃であることが好ましい。The T c in the lower temperature range than the temperature T h and critical generation point temperature T 0 in the temperature range higher than the critical point of generation temperature T 0 is, T h -T 0 ≧ 1 ℃ , T 0 -T C ≧ It can be determined to be 1 ° C., for example, when T 0 is 2 ° C., it is preferable that T h is 3 ° C. and T c is 1 ° C.
【００４０】容器２を移動させるときの移動距離Ｌと容
器２内の温度Ｔの関係を示すグラフを図３に示す。容器
２を移動させる際に、容器２内の温度が臨界生成点温度
Ｔ0となる点が生じ、上式（１）に従ってメタンハイド
レートが生成する。このとき、ＴhからＴcの温度勾配が
急であること、例えば、勾配が０．４℃／ｍｍ程度であ
ることが好ましい。一定圧力Ｐ0で温度勾配が大きいほ
ど、距離に対して臨界温度Ｔ0からの差Ｔh−Ｔ0が大き
くなり、それに従って生成速度が速くなるためである。A graph showing the relationship between the moving distance L when the container 2 is moved and the temperature T in the container 2 is shown in FIG. When the container 2 is moved, a point where the temperature inside the container 2 reaches the critical production point temperature T 0 occurs, and methane hydrate is generated according to the above equation (1). At this time, it is preferable that the temperature gradient from T h to T c is steep, for example, the gradient is about 0.4 ° C./mm. The greater the temperature gradient at a constant pressure P 0, the difference T h -T 0 from the critical temperature T 0 becomes larger with respect to the distance, because the generation rate increases accordingly.
【００４１】また、容器２内に供給される原料ガスと水
蒸気との流量の測定を行うことで、原料ガスと水蒸気と
の減少量がわかり、理論的にメタンハイドレートの生成
量を計算することができる。例えばこれらをコンピュー
タで計測しながらモニタリングすることができる。Further, by measuring the flow rates of the raw material gas and the steam supplied into the container 2, the reduction amount of the raw material gas and the steam can be known, and the production amount of methane hydrate can be theoretically calculated. You can For example, these can be monitored while being measured by a computer.
【００４２】これらの実施の形態において、ガスハイド
レートの例として、主にメタンハイドレートにつき説明
した。しかし、本発明にかかるガスハイドレート生成方
法及び装置により生成されるガスハイドレートはメタン
ハイドレートに限定されるものではない。同様の方法及
び装置により製造することができる本発明のガスハイド
レートには、例えばエタンハイドレート、プロパンハイ
ドレートや、二酸化炭素のハイドレート等のガスハイド
レートを形成するすべてのゲスト分子が挙げられる。ま
た、本発明にかかる実施の形態を挙げて詳細に説明した
が、本発明はかかる実施の形態には限定されるものでは
ない。In these embodiments, methane hydrate has been mainly described as an example of gas hydrate. However, the gas hydrate produced by the method and apparatus for producing gas hydrate according to the present invention is not limited to methane hydrate. Gas hydrates of the present invention that can be produced by similar methods and apparatus include, for example, ethane hydrate, propane hydrate, and all guest molecules that form a gas hydrate, such as carbon dioxide hydrate. . Further, although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the embodiments.
【００４３】[0043]
【発明の効果】このような本発明にかかるガスハイドレ
ート生成方法及び装置によれば、空気や水分等の不純物
が混入することなく、多孔質体の中でガスハイドレート
を均一に生成することができる。また、ガスハイドレー
トの生成をモニタリングすることで、安定した実用的な
生産が可能となる。これにより、得られた人工的なガス
ハイドレートの模擬サンプルは地上での分解挙動等の基
礎データを得るのに適しており、ガスハイドレートの資
源開発に大きく貢献し得るものである。According to the method and apparatus for producing gas hydrate according to the present invention as described above, it is possible to uniformly produce gas hydrate in a porous body without mixing impurities such as air and water. You can Also, by monitoring the production of gas hydrate, stable and practical production becomes possible. Thus, the obtained artificial gas hydrate simulated sample is suitable for obtaining basic data such as the decomposition behavior on the ground, and can greatly contribute to the gas hydrate resource development.
【図１】図１は、本発明のガスハイドレート生成装置を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a gas hydrate generator of the present invention.
【図２】図２は、メタンハイドレートの生成平衡線図を
示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a production equilibrium diagram of methane hydrate.
【図３】図３は、本発明の方法に従って容器を移動させ
る際の相対的な移動距離と容器内の温度の関係を示すグ
ラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the relative movement distance and the temperature inside the container when the container is moved according to the method of the present invention.
【図４】図４は、水リザーバを備えた容器を示す図であ
る。FIG. 4 shows a container with a water reservoir.
１ ガスハイドレート生成装置 ２ 容器 ３ 原料ガス供給装置 ４ 水蒸気供給装置 ５ 加熱媒体 ６ 冷却媒体 ７ 多孔質体 １３ 原料ガスの流量測定計 １４ 水蒸気の流量測定計 １５ 水リザーバ １６ 電気接点式液面計 1 Gas hydrate generator 2 containers 3 Raw material gas supply device 4 Water vapor supply device 5 heating medium 6 Cooling medium 7 Porous body 13 Raw material gas flow meter 14 Water vapor flow meter 15 Water reservoir 16 Electric contact type liquid level gauge
───────────────────────────────────────────────────── 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 7/20 Ｃ０７Ｃ 9/04 9/04 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ａ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) C07C 7/20 C07C 9/04 9/04 C10L 3/00 A
Claims (4)
スと水蒸気と多孔質体とを内蔵し、 ガスハイドレートの臨界生成点温度より高い温度領域に
ある高温領域から、ガスハイドレートの臨界生成点温度
より低い温度領域にある低温領域へと多孔質体を遷移さ
せ、 上記多孔質体中にガスハイドレートを均一に生成させる
ことを特徴とするガスハイドレート生成方法。1. A container capable of maintaining a constant pressure, containing a source gas, water vapor, and a porous body, from a high temperature region higher than a critical generation point temperature of gas hydrate to a gas hydrate A method for producing a gas hydrate, characterized in that the porous body is transitioned to a low temperature region lower than a critical generation point temperature to uniformly generate a gas hydrate in the porous body.
気との流量を測定することにより、前記ガスハイドレー
トの生成をモニタリングす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生成方法。2. The production of the gas hydrate is monitored by measuring the flow rates of the raw material gas and water vapor supplied into the container.
The method for producing gas hydrate according to.
るための容器と、 該容器を外部から加熱する加熱媒体と、 該容器を外部から冷却する冷却媒体と、 上記加熱媒体によって形成される高温領域から上記冷却
媒体によって形成される低温領域に上記多孔質体を遷移
させる手段とを含んでなる、上記多孔質体中にガスハイ
ドレートを均一に生成させることを特徴とするガスハイ
ドレート生成装置。3. A container for containing a raw material gas, water vapor, and a porous body, a heating medium for heating the container from the outside, a cooling medium for cooling the container from the outside, and the heating medium. A gas hydrate, characterized in that it comprises a means for transitioning the porous body from a high temperature region to a low temperature region formed by the cooling medium, to uniformly generate a gas hydrate in the porous body. Generator.
ガスの流量測定手段と水蒸気の流量測定手段とをさらに
設けたことを特徴とする請求項３に記載のガスハイドレ
ート生成装置。4. The gas hydrate generation device according to claim 3, wherein the container is further provided with a flow rate measuring unit of a raw material gas supplied into the container and a flow rate measuring unit of steam.
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|---|---|---|---|---|
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| JP2015531065A (en) * | 2013-07-11 | 2015-10-29 | コリア ガス コーポレイション | Experimental device for predicting ground deformation during gas hydrate recovery |
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