JP2004059630A

JP2004059630A - ガスハイドレート生成方法及び装置

Info

Publication number: JP2004059630A
Application number: JP2002216592A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 鈴木　剛
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP4022446B2

Abstract

【課題】氷とボイルオフガスから効率的にガスハイドレートを生成することができるガスハイドレート生成方法を提供する。
【解決手段】反応タンク２内に、氷点以下のガスａを噴出させるとともに、このガスａの中に水ｂを噴霧させて微細な氷粒ｃを形成させると同時に、この氷粒ｃ内にガスａを取り込む。しかる後に、ガスａを取り込んだ氷粒ｃを生成塔３に導入する。そして、生成塔３にてガスａを取り込んだ氷粒ｃを過冷却してガスハイドレートｅを生成させる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷の表面の疑似液体層を利用してガスハイドレートを生成するガスハイドレート方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスハイドレートの製造は、高圧で、かつ、低温の雰囲気内で行われ、例えば、メタンの水和物（ハイドレート）は、図３の平衡線のもとに形成されている。すなわち、平衡温度が２８０Ｋ（摂氏７℃）の場合、その圧力は４０気圧に達する。
【０００３】
ところで、ＬＮＧ受入基地のＬＮＧ貯蔵タンクに貯蔵されているＬＮＧ（液化天然ガス）から蒸発するガス（ボイルオフガス）は、常圧である。このボイルオフガスを用いてガスハイドレートを生成するには、上記の事例から分かるように昇圧する必要がある。
【０００４】
しかし、ボイルオフガスを昇圧するのであれば、ボイルオフガスを圧縮機で昇圧して市中に送出している現状と何ら変わりがなく、ボイルオフガスをガスハイドレートに変換する意義が無くなってしまう。
【０００５】
天然ガスの輸送形態としては、ＬＮＧが一般的であるが、新たな輸送形態として、天然ガスをハイドレート化した後、造粒機によってペレットなどの固形物にして輸送することが注目されている。その理由は、ガスハイドレート（ＮＧＨ）の製造エネルギがＬＮＧの約半分で済むという利点を有するからである。
【０００６】
ＬＮＧ受入基地におけるボイルオフガスのハイドレート化は、対象ガスとしてのガス量が国内で最も多く、その処理方法として、動力費が少なく、かつ、貯蔵可能であれば、ガスの需給に柔軟に対応できる利点がある。そのためには、省エネルギー化が不可欠である。
【０００７】
一方、固−気相界面において、氷からガスハイドレートを生成する場合には、氷の初期粒径が小さく、かつ、比表面積が大きいもの程、ハイドレート化率が高いことが分かっている。
【０００８】
一般に、水とメタンとの溶解度は、極めて小さいが、氷の表面の疑似液体層は、比表面積の増大に伴って増加することによって多量のメタンを取り込むことを可能にし、また、固体層への移動速度が増大する。ガスハイドレートを生成する条件（温度及び圧力）を満たせば、氷の表面にガスハイドレートが生成する。温度範囲が−０℃〜−２０℃で氷の表面に疑似液体層が存在し、−５℃〜−１５℃付近の疑似液体層が多量にメタンを取り込む現象が分かっている。
【０００９】
ところで、氷の表面にメタンハイドレートを生成する実験が報告されているが、この実験は、疑似液体層を利用したものに他ならない。例えば、−５℃〜−１０℃の温度でメタンハイドレートを生成する場合、その平衡圧力は、数１０気圧にもなるが、例えば、−８０℃以下でメタンハイドレートを生成させようとすると、平衡点が常圧となる。温度が−８０℃以下のメタンガスの中に水を噴霧すると、水は、直ちに氷塊を形成するが、−２０℃以下になると、氷の表面からのメタンの拡散が極めて遅いために、−８０℃で、かつ、常圧の雰囲気で、直接、ハイドレートを生成することは、工業的に困難である。
【００１０】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、先ず、常圧で、かつ、−１５℃以下の環境でメタンを微細な氷塊の表層に吸収させ、その後、異なる環境下（−８０℃以下）に投入して平衡条件に到達させることにより、メタンハイドレートを急速に生成させうることを見いだした。
【００１１】
【発明が解決使用とする課題】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、氷とボイルオフガスから効率的にガスハイドレートを生成することができるガスハイドレート生成方法及び装置を提供することを主たる目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のガスハイドレート生成方法は、反応タンク内に、氷点以下のガスを噴出させるとともに、このガスの中に水を噴霧させて微細な氷粒を形成させると同時に、この氷粒内にガスを取り込み、しかる後に、ガスを取り込んだ氷粒を生成塔に導入し、該生成塔にてガスを取り込んだ氷粒を過冷却してガスハイドレートを生成させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のガスハイドレート生成方法は、反応タンク及び生成槽内で氷粒を流動させることを特徴とする。
また、本発明のガスハイドレート生成方法は、反応タンク内の雰囲気を−０℃〜−２０℃に保持するとともに、生成槽内の雰囲気を−８０℃以下に保持することを特徴とする。
【００１４】
一方、本発明のガスハイドレート生成装置は、多孔床より反応タンク内に氷点以下のガスを噴出させるとともに、このガスの中に流体噴射ノズルから水を噴霧させて微細な氷粒を形成させると同時に、この氷粒内にガスを取り込み、しかる後に、ガスを取り込んだ氷粒を固−気分離器によって分離させて生成塔に導入し、該生成塔にてガスを取り込んだ氷粒を過冷却してガスハイドレートを生成させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のガスハイドレート生成装置は、生成塔を複数段設置することを特徴とする。
また、本発明のガスハイドレート生成装置は、生成塔内に、過冷却された冷媒を循環させ、生成塔内の氷粒を流動させながら過冷却することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るガスハイドレート生成装置の系統図である。
図１に示すように、このガスハイドレート生成装置１は、縦形の反応タンク２、同じく縦形の生成塔３、サイクロン４、第１の熱交換器５および第２の熱交換器６を備えている。
【００１７】
常圧で、かつ、超低温（−１５０℃程度）のボイルオフガスａは、第１の熱交換器５を経て反応タンク２の底部に供給される。この反応タンク２は、その下部に多孔床７を水平に備え、その無数の孔からタンク上方に向けて上述したボイルオフガスａを噴出するようになっている。このボイルオフガスの供給量は、反応タンク２内の雰囲気が−０℃〜−２０℃の範囲を保持するように調節されている。
【００１８】
一方、この反応タンク２は、その上部にスプレーノズル８を備え、上述したボイルオフガスａの中に水ｂを噴霧するようになっている。このスプレーノズル８から噴霧された水ｂは、上述したボイルオフガスａに触れて微細な氷粒ｃになると同時に、その表面にボイルオフガスａを取り込む。
【００１９】
ボイルオフガスａを取り込んだ氷粒ｃは、多孔板７の無数の孔から噴出するボイルオフガスａに吹き上げられ、反応タンク２内を流動するとともに、配管９を通ってサイクロン４に導入される。このサイクロン４に導入された氷粒ｃは、ボイルオフガスａから分離され、配管１０を通って生成塔３に導入される。
【００２０】
サイクロン４から排出されたボイルオフガスａは、配管１１を通って反応タンク２に戻される。その際、ボイルオフガスａの流れは、ファン１２によって助長される。
【００２１】
上記生成塔３は、循環装置１３を備えており、生成塔３内に導入された上記氷粒ｃは、生成塔３内を下から上に向かって流れる冷媒ｄによって流動化されるとともに、第２の熱交換器６によって過冷却されている冷媒ｄに触れて−８０℃以下に過冷却され、純度の高いガスハイドレートｅが連続的に生成される。生成されたガスハイドレートｅは、生成塔３の底部に接続させたダクト１４を通って次工程に送出される。
【００２２】
上記循環装置１３は、生成塔３の上部と下部を連通する連通管１５、ファン１６及び第２の熱交換器６を備えており、第２の熱交換器６は、ＬＮＧの冷熱（−１６２℃）を用いて上記冷却媒体ｄを過冷却するとともに、ハイドレート生成熱を除去するようになっている。
【００２３】
この発明では、氷粒ｃを生成塔３内に一定時間滞留させることが求められるので、生成塔３を、複数段、例えば、２段以上設置することも考えられる。図２の場合は、生成塔３を２段とし、上段の生成塔３と下段の生成塔３を連通管１７によって連通させている。尚、図１の実施形態のものと同じ機器に同じ符号を付け、詳しい説明については省略する。
【００２４】
以上の説明では、常圧のボイルオフガスと、−８０℃以下の冷媒を適用した場合について説明したが、冷媒の温度が−８０℃より高ければ、より高圧にすることによりガスハイドレートの生成が可能である。
【００２５】
また、タンク形の反応タンクとタンク形の生成塔を適用した場合について説明したが、タンクの代わりにチューブを用いた所謂チューブラタイプの装置を適用することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように、本発明のガスハイドレート生成方法は、反応タンク内に、氷点以下のガスを噴出させると共に、このガスの中に水を噴霧させて微細な氷粒を形成させると同時に、この氷粒内にガスを取り込み、しかる後に、ガスを取り込んだ氷粒を生成塔に導入し、該生成塔にてガスを取り込んだ氷粒を過冷却してガスハイドレートを生成させるので、ほぼ常圧下でガスハイドレートを効率的に生成することができる。また、本発明は、氷粒からガスハイドレートを生成するから、生成されたガスハイドレートの脱水が不要となり、設備費やランニングコストを低減を計ることができる。
【００２７】
一方、本発明のガスハイドレート生成装置は、多孔床より反応タンク内に氷点以下のガスを噴出させるとともに、このガスの中に流体噴射ノズルから水を噴霧させて微細な氷粒を形成させると同時に、この氷粒内にガスを取り込み、しかる後に、ガスを取り込んだ氷粒を固−気分離器によって分離させて生成塔に導入し、該生成塔にてガスを取り込んだ氷粒を過冷却してガスハイドレートを生成させるので、上記の効果に加え、装置の簡略化およびコンパクト化を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスハイドレート生成装置の系統図である。
【図２】本発明に係るガスハイドレート生成装置の他の系統図である。
【図３】メタンハイドレートの３相データである。
【符号の説明】
ａ　低温のガス
ｂ　水
ｃ　氷粒
ｄ　ガスハイドレート
１　ガスハイドレート生成装置
２　反応タンク
３　生成塔
４　固−気分離器
７　多孔床
８　流体噴射ノズル

Claims

反応タンク内に、氷点以下のガスを噴出させるとともに、このガスの中に水を噴霧させて微細な氷粒を形成させると同時に、この氷粒内にガスを取り込み、しかる後に、ガスを取り込んだ氷粒を生成塔に導入し、該生成塔にてガスを取り込んだ氷粒を過冷却してガスハイドレートを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。
反応タンク及び生成槽内で氷粒を流動させることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレート生成方法。
反応タンク内の雰囲気温度を−０℃〜−２０℃に保持するとともに、生成槽内の雰囲気温度を−８０℃以下に保持することを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレート生成方法。
多孔床より反応タンク内に氷点以下のガスを噴出させるとともに、このガスの中に流体噴射ノズルから水を噴霧させて微細な氷粒を形成させると同時に、この氷粒内にガスを取り込み、しかる後に、ガスを取り込んだ氷粒を固−気分離器によって分離させて生成塔に導入し、該生成塔にてガスを取り込んだ氷粒を過冷却してガスハイドレートを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。
生成塔を複数段設置することを特徴とする請求項４記載のガスハイドレート生成装置。
生成塔内に、過冷却された冷媒を循環させ、生成塔内の氷粒を流動させながら過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のガスハイドレート生成装置。