JP2003324994A - エネルギープラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 天然ガス水和物の分解処理を無駄なく行いな
がら、効率の良いエネルギー生産を実現する。 【解決手段】 発電設備２の排熱を回収し、該排熱を利
用して天然ガス水和物を加熱してガスと水とに分解し、
発生したガスを発電設備２の燃料として発電を行い、発
生した電力を外部の利用設備に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水和物化した天然
ガスを分解してガス化する天然ガス水和物の分解装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、地球上の各地で原油採掘を目的と
したボーリングが実施されている。これらはいずれも地
盤の構造や地質学的な見地から原油の存在する可能性が
高いと認められた場所であるが、実際に原油採掘が可能
な層にあたるのはほんのひとにぎりでしかない。原油採
掘がかなわなかった採掘地のなかには天然ガスを埋蔵す
る層にあたるものも多いが、天然ガスを大気中に排出し
てしまう訳にはいかず、専ら採掘地に設けた処理塔で燃
やしてしまっているのが現状である。

【０００３】近年、環境問題の意識の高まりとともにこ
ういった天然ガスの採掘地における天然ガスの処理の仕
方が問題となっている。天然ガスの燃焼により発生する
熱が地球温暖化の一因ともなり得るというのである。そ
こで、上記のような採掘地においても天然ガスを回収
し、エネルギー源として利用しようという試みがなされ
ている。

【０００４】一般に、天然ガスは採掘地やその近辺に建
設された液化プラントにおいて液化され、専用の輸送船
で洋上を運ばれ、消費地に隣接する貯蔵基地に貯蔵さ
れ、順次ガス化消費される。しかしながら、液化プラン
トは採掘量が大きくなければ効率的に天然ガスを液化す
ることが難しく、埋蔵量の少ない採掘地に適用すること
は稀である。一方で、液化プラントを適用することの難
しい埋蔵量の少ない天然ガスの採掘地は数多く存在す
る。

【０００５】そこで現在注目を集めているのが、天然ガ
スを水和物化して輸送する方法である。その概要につい
ては特開昭５４−１３５７０８号公報に述べられている
が、水和物化された天然ガス、いわゆる天然ガス水和物
は、液化天然ガスと比べると単位体積当たりの容積減少
率は少ない（液化天然ガスが元の体積の１／６００にな
るのに対し、天然ガス水和物は１／１７０）が、液化天
然ガスのように極低温の条件下でなくても生成が可能で
あり生成プラントにも極低温のための特殊な設備が必要
とならない。そのため、天然ガス水和物の生成プラント
は、液化プラントと比較すると、埋蔵量の少ない天然ガ
スの採掘地の開発に適していると考えられる。

【０００６】また、輸送に際しても極低温に対応した貯
蔵設備を備える専用の輸送船は特に必要ではないので、
既存のコンテナ船を若干改良したものが利用できる等、
低コスト化が図れる。さらに、採掘地が洋上である場合
には生成プラントを移動可能なフロート施設として建設
し、ひとつの採掘地の天然ガスが尽きれば洋上を移動し
次の採掘地に移って新たに採掘を行うといった構想もあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、天然ガ
スを水和物化して輸送する技術は今後の天然ガス利用を
考えるうえで非常に有効な手だてではあるが、天然ガス
の安定的かつ安価な供給を実現するにはさらなる技術革
新が必要であることは否めない。例えば、天然ガス水和
物を受け入れ、これを加熱、分解して再ガス化する施設
においては、天然ガス水和物を分解するために必要な熱
を如何に確保するかといった点が問題となる。

【０００８】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、天然ガス水和物の分解処理を無駄なく行いなが
ら、効率の良いエネルギー生産を実現することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次のような構成のエネルギープラント
を採用する。すなわち本発明に係る請求項１記載のエネ
ルギープラントは、発電設備の排熱を回収し、該排熱を
利用してガスハイドレートを加熱してガスと水とに分解
し、発生したガスを前記発電設備の燃料として発電を行
い、発生した電力を外部の利用設備に供給することを特
徴とする。

【００１０】本発明に係る請求項２記載のエネルギープ
ラントは、ガスハイドレートを加熱してガスと水とに分
解し、発生したガスを外部の利用設備に供給するととも
に該ガスの一部を燃料として発電を行い、その排熱を回
収して前記ガスハイドレートの加熱に利用することを特
徴とする。

【００１１】本発明に係る請求項３記載のエネルギープ
ラントは、ガスを燃料として発電を行う発電設備と、該
発電設備の排熱を回収する排熱回収手段と、回収された
排熱を利用してガスハイドレートを加熱してガスと水と
に分解する加熱手段とを備え、発生したガスの一部を前
記発電設備の燃料とすることを特徴とする。

【００１２】本発明においては、発電設備にて消費され
るも電力エネルギーに変換されることなく回収されるガ
スの熱エネルギーにより、ガスハイドレートの分解に要
する熱エネルギーを賄うことで、余計なエネルギーの消
費が抑えられ、効率の良いエネルギー生産が可能にな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施形態を図
１に示して説明する。図１は天然ガス水和物（ガスハイ
ドレート）を受け入れ、これをもとに電力エネルギーを
生産する発電プラントの構成を示している。図におい
て、符号１はスラリー状に加工された天然ガス水和物の
分解処理を行う分解容器、２は分解処理によって発生し
た天然ガスを燃料として発電を行う発電設備、３は発電
設備から排出される排ガスの熱、いわゆる排熱を回収す
る熱回収器（排熱回収手段）、４は熱回収器３によって
回収された排熱を利用して分解容器１内部の天然ガス水
和物を加熱する加熱器（加熱手段）である。

【００１４】分解容器１は、スラリー状の天然ガス水和
物を加熱器４によって加熱して天然ガスと水とに分解す
る設備である。分解容器１には、スラリー状の天然ガス
水和物の供給を受ける水和物供給路５と、分解処理によ
って発生した天然ガスを発電設備に向けて搬送するガス
搬送路６と、分解処理によって発生した水を排出する排
水路７とが接続されている。

【００１５】ガス搬送路６には、ガス中に含まれる水分
を除去する気水分離装置８と、水分を除去された天然ガ
スを一時的に貯留するガスホルダ９とが設けられてい
る。ガス搬送路６はガスホルダ９の先で二手に分岐し、
主たる一方のガス搬送路６ａは発電設備２に接続され、
他方のガス搬送路６ｂは外部の利用設備（例えば都市ガ
ス供給網等、天然ガスを燃料として熱を利用する設備）
に接続されている。

【００１６】発電設備２は、天然ガスを燃料とするボイ
ラ、ガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン
等の機関を単独、もしくは複合的に備え、主として電力
を生産し、二次的に蒸気を生産する設備である。発電設
備２には、ガス搬送路６ａとは別に、外部から補助的に
燃料供給を受ける燃料供給路１０が接続されている。

【００１７】熱回収器３は、発電設備２の排気路１１に
設置され、加熱器４は、分解容器１の内部に設置されて
おり、熱回収器３と加熱器４との間には熱媒を循環させ
る熱媒循環路１２が配設されている。熱回収器３には、
排ガスの経路と熱媒の経路とを完全に分離して両者を直
に接触させない構造が採用されている。加熱器４にはヒ
ートチューブが採用されており、分解容器１とともにシ
ェルアンドチューブ型の熱交換器を構成している。熱媒
循環路１２には、熱媒を搬送する熱媒ポンプ１３と、熱
媒を一時的に貯留するバッファタンク１４とが設けられ
ている。

【００１８】分解容器１には、内部に導入された天然ガ
ス水和物の量を検出するレベル検出器１５と、排水路７
を開閉する制御弁１６とが設けられており、レベル検出
器１５の検出結果に基づいて排水路７を開閉して分解容
器１内部の天然ガス水和物の量を制御するようになって
いる。

【００１９】ガス搬送路６には、水分を除去された天然
ガスの温度を測定する温度計１７が設けられており、温
度計１７の測定結果に基づいて熱媒ポンプ１３の駆動量
を変化させ、加熱器４の能力を調節して分解容器１内部
における分解反応の進行を制御するようになっている。

【００２０】上記のように構成された発電プラントの運
転の仕方について説明する。まず、燃料供給路１０を通
じて補助的に燃料の供給を受けて発電設備２を稼働させ
る。次に、熱回収器３において発電設備２の排ガスと熱
媒との間で熱交換を行わせる。次に、発電設備２の排熱
を回収した熱媒を循環させて加熱器４に導通し、分解容
器１に受け入れたスラリー状の天然ガス水和物を加熱し
て天然ガスと水とに分解する。天然ガス水和物を加熱す
ることで冷めた熱媒は熱回収器３に搬送され、再び上記
のごとく循環する。

【００２１】分解処理によって発生した天然ガスは、大
部分が発電設備２に供給されてその燃料として使用さ
れ、一部が外部の利用設備に供給される。また、分解処
理によって発生した水は、排水路７を通じて外部に排出
される。

【００２２】分解容器１から発電設備２に天然ガスが安
定して供給されるようになったら、補助燃料の供給を断
ち、分解容器１において生産（発生）した天然ガスだけ
を使用して発電設備２を稼働させ、生産された電力を外
部の利用設備（一般消費者を含む）に供給する。

【００２３】一般に、天然ガスを含む化石燃料を使用す
る発電設備においては燃料のもつエネルギーの３０〜４
０％を電力エネルギーに変換して回収し、残りの４０〜
５０％を熱エネルギーとして回収しているが、２０％ほ
どの熱エネルギーは回収されないまま放散してしまう。

【００２４】一方、天然ガスの主成分であるメタンの燃
焼熱は２１２．８kcal/mol、メタンハイドレートの分解
熱は１２．９５kcal/molであり、メタンハイドレートを
分解するには分解によって発生するメタンの約６％を燃
焼させたときの熱エネルギーが必要であることがわか
る。

【００２５】これによると、天然ガスを使用する発電設
備においては、電力エネルギーに変換されることなく回
収される熱エネルギーによって天然ガス水和物の分解に
要する熱エネルギーが十分に賄えることになる。

【００２６】上記のように構成された発電プラントによ
れば、電力エネルギーを生産する過程で電力エネルギー
に変換されることなく回収される熱エネルギーを利用し
て天然ガス水和物を分解するので、分解処理に余計なエ
ネルギーを消費することがなく、効率の良い発電が可能
である。

【００２７】次に、本発明に係る第２の実施形態を図２
に示して説明する。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、排熱回収手段として冷却塔２０
が設けられている。冷却塔２０は、排気路１１から分岐
して再び排気路１１に合流する分岐排気路１１ａに設置
されており、排ガスと熱媒となる温水とを直に接触させ
る構造となっている。

【００２８】詳細には、冷却塔２０は、内部に導入され
る排ガスと熱媒とを熱交換させるとともに熱交換した熱
媒を一時的に貯留する筐体２１と、筐体２１の内部に熱
媒を噴霧するスプレー部２２と、排ガスに含まれる熱媒
のミスト成分を除去するデミスタ２３とを備えている。
分岐排気路１１ａには、熱媒と熱交換した排ガスを排気
路１１に搬送する吸引ファン２４が設けられ、冷水塔２
０と加熱器３との間で熱媒を循環させる熱媒循環路２５
には、筐体２１の底に溜まった熱媒を加熱器４に搬送す
るとともに加熱器４を経て冷めた熱媒をスプレー部２２
に搬送する熱媒ポンプ２６が配設されている。

【００２９】分岐排気路１１ａには、熱媒と熱交換して
冷めた排ガスの温度を測定する温度計２７が設けられて
おり、温度計２７の測定結果に基づいて熱媒ポンプ２７
の駆動量を変化させ、加熱器４の能力を調節して分解容
器１内部における分解反応の進行を制御するようになっ
ている。

【００３０】また、本実施形態では、温度計１７の測定
結果に基づいて吸引ファン２４の駆動量を変化させ、冷
却塔２０における排ガスと熱媒との熱交換量を増減させ
ることで加熱器４の能力を調節して分解容器１内部にお
ける分解反応の進行を制御するようになっている。

【００３１】上記のように構成された発電プラントの運
転の仕方は上記第１の実施形態と同じであるので、ここ
では冷却塔２０による排熱回収について説明する。排熱
回収にあたっては、発電設備２の排ガスを、分岐排気路
１１ａを通じて冷却塔２０に導入するとともに、熱媒ポ
ンプ２６を駆動させてスプレー部２２から熱媒を噴霧す
る。噴霧された熱媒は、高温の排ガスが満たされた筐体
２１の内部を落下する過程で排ガスと熱交換して加熱さ
れ、筐体２１の底に溜まる。筐体２１の底に溜まった熱
媒を、熱媒ポンプ２６の働きにより加熱器４に導通し、
分解容器１に受け入れたスラリー状の天然ガス水和物を
加熱して天然ガスと水とに分解する。天然ガス水和物を
加熱することで冷めた熱媒は冷却塔２０に搬送され、ス
プレー部２２から噴霧されて再び上記のごとく循環す
る。

【００３２】次に、本発明に係る第３の実施形態を図３
に示して説明する。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、発電設備２に、天然ガスを燃料
とするボイラ３０と、ボイラ３０の発生した蒸気によっ
て駆動されて蒸気タービン３１と、蒸気タービン３１に
仕事をした蒸気を冷却して水に戻す復水器（排熱回収手
段）３２と、蒸気タービン３１によって駆動される発電
機Ｇとを備える構造が採用されている。

【００３３】ボイラ３０、蒸気タービン３１および復水
器３２の間には、蒸気（水）を循環させる蒸気循環路３
３が配設されており、蒸気循環路３３には、復水器３２
によって冷却された水をボイラ３０に搬送する復水ポン
プ３４が配設されている。

【００３４】復水器３２には、加熱器３との間で熱媒を
循環させる熱媒循環路１２の他に、復水器３２に冷却水
を導通する冷却水導通路３５が配設されている。

【００３５】上記のように構成された発電プラントの運
転の仕方は上記第１の実施形態と同じであるので、ここ
では復水器３２による排熱回収について説明する。排熱
回収にあたっては、蒸気タービン３１に仕事をした蒸気
を復水器３２に導通し、冷却水によって冷却するととも
に蒸気のもつ熱の一部を熱媒に回収させ、排熱を回収し
た熱媒を循環させて加熱器４に導通し、分解容器１に受
け入れたスラリー状の天然ガス水和物を加熱して天然ガ
スと水とに分解する。天然ガス水和物を加熱することで
冷めた熱媒は復水器３２に搬送され、再び上記のごとく
循環する。

【００３６】ところで、上記第３の実施形態において
は、蒸気タービン３１を駆動した蒸気のみから排熱を回
収する構造を採用したが、図４に示すように、排気路１
１に熱回収器３を設置し、熱媒循環路１２を復水器３
２、熱回収器３および加熱器４の間に配設して、蒸気の
排熱だけでなく排ガスの排熱も回収して分解容器１にお
ける処理能力を大幅に向上させることも可能である。

【００３７】ところで、上記第１ないし第３の各実施形
態においては、分解処理によって発生した天然ガスの大
部分を発電設備２の燃料として発電を行う、電力供給を
主目的とした発電プラントについて説明したが、本発明
のエネルギープラントは、発生した天然ガスの大部分を
そのまま外部の利用設備（天然ガスを燃料として熱を利
用する設備。一般消費者を含む）に供給する、ガス供給
を主目的としたプラントを構成してもよい。その場合、
発電設備２は主としてプラント内部の設備を駆動する電
力供給を担うものとする。ただし、その場合には、発電
設備２から回収する熱エネルギーが、天然ガス水和物の
分解に要するエネルギーと同量、もしくはそれより多く
なければならない。

【００３８】また、上記の各実施形態においては、天然
ガス水和物を分解して発生した天然ガスを燃料として発
電を行う施設について説明したが、本発明のエネルギー
プラントは、天然ガスに限らず可燃性を備えるあらゆる
種類のガスの水和物を使用してエネルギー生産を行うこ
とが可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電設備にて消費されるも電力エネルギーに変換される
ことなく回収されるガスの熱エネルギーにより、ガスハ
イドレートの分解に要する熱エネルギーを賄うことで、
余計なエネルギーの消費が抑えられ、効率の良いエネル
ギー生産が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るエネルギープラントの第１の実
施形態を示す図であって、電力供給を主目的とする発電
プラントの概略構成図である。

【図２】 同じく、本発明に係るエネルギープラントの
第２の実施形態を示す図であって、電力供給を主目的と
する発電プラントの概略構成図である。

【図３】 同じく、本発明に係るエネルギープラントの
第３の実施形態を示す図であって、電力供給を主目的と
する発電プラントの概略構成図である。

【図４】 上記第３の実施形態の変形例を示す発電プラ
ントの概略構成図である。

【符号の説明】

１ 分解容器 ２ 発電設備 ３ 熱回収器（排熱回収手段） ４ 加熱器（加熱手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｃ 6/18 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電設備の排熱を回収し、該排熱を利用
   してガスハイドレートを加熱してガスと水とに分解し、
   発生したガスを前記発電設備の燃料として発電を行い、
   発生した電力を外部の利用設備に供給することを特徴と
   するエネルギープラント。
2. 【請求項２】 ガスハイドレートを加熱してガスと水と
   に分解し、発生したガスを外部の利用設備に供給すると
   ともに該ガスの一部を燃料として発電を行い、その排熱
   を回収して前記ガスハイドレートの加熱に利用すること
   を特徴とするエネルギープラント。
3. 【請求項３】 ガスを燃料として発電を行う発電設備
   と、該発電設備の排熱を回収する排熱回収手段と、回収
   された排熱を利用してガスハイドレートを加熱してガス
   と水とに分解する加熱手段とを備え、発生したガスの一
   部を前記発電設備の燃料とすることを特徴とするエネル
   ギープラント。