JP2004197006A - Process and apparatus for producing gas hydrate having excellent storage stability - Google Patents

Process and apparatus for producing gas hydrate having excellent storage stability Download PDF

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JP2004197006A JP2002368961A JP2002368961A JP2004197006A JP 2004197006 A JP2004197006 A JP 2004197006A JP 2002368961 A JP2002368961 A JP 2002368961A JP 2002368961 A JP2002368961 A JP 2002368961A JP 2004197006 A JP2004197006 A JP 2004197006A
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英幸 宮本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process and an apparatus for producing a hydrate which can improve the stability of the hydrate while restraining the ratio of ice to a minimum. <P>SOLUTION: The process for producing a gas hydrate composed of a nucleus part which a gas molecule and a water molecule constitute and a shell part which has ice as the component and covers the nucleus part comprises a step of forming a first hydrate 1 of a first gas which is a guest molecule of the hydrate in the above nucleus part, a step of forming a second hydrate 2 having a second gas as the guest molecule around the above hydrate 1 of the first gas under conditions milder than the conditions of allowing the first gas to form the hydrate, and a step of decomposing the above second hydrate by adjusting the temperature and/or the pressure to the conditions which cannot allow the above second gas to form a hydrate and forming an ice shell 3 by freezing the water which has constituted the above second hydrate on the surface of the above first hydrate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば天然ガスの輸送、貯蔵手段として用いるハイドレートの製造方法であって、特に安定性に優れたハイドレートの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスハイドレート(単に「ハイドレート」と言う場合あり。)は水分子が構成する籠状構造の内部に気体分子が取り込まれたものであり、単位体積当たり多量の気体を包蔵できることから、天然ガス等の輸送、貯蔵への応用が注目されている。
ガスハイドレートは、気体の種類毎に固有の平衡曲線で示される温度以下、および圧力以上においては分解しない。しかし、この温度・圧力は低温・高圧であり、例えば、純粋なメタンハイドレートは大気圧下において約−78℃以下である。
このように、ガスハイドレートは単位体積当たりの気体包蔵量には優れるものの、安定な条件が厳しいという問題がある。
【0003】
ところで、大気圧下において−78℃以上でも、氷点下の温度で氷の中にメタンハイドレートを分散させることにより、氷が一種の圧力容器の役割を果たし、その解離を防止できることが知られている(自己保存効果)。
そこで、氷点以上でハイドレートを生成し、未反応水を脱水した後に残る少量の水と共にハイドレートを氷点下まで冷却してハイドレートを氷で覆うようにすることで安定化させることが提案されている(例えば、特許文献等1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−303083号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例のように、未反応水を脱水した後に残る少量の水と共にハイドレートを氷点下まで冷却してハイドレートを氷で覆う方法では、脱水後の水の偏在が原因となってハイドレートに対して生成した氷が偏在し、氷が圧力容器として充分機能しない場合がある。
他方、ハイドレート全体に均等に水を浸透させようとすると多量の水が必要であり、ハイドレートと氷の混合物全体に占めるガスの割合が減少し、輸送、貯蔵効率が低下する。
【0006】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、氷の割合を最小に抑えながら、ハイドレートの安定性を向上させることができるハイドレートの製造方法及び装置を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスハイドレートの製造方法は、ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、該核部分を覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるガスハイドレートを製造する方法であって、
前記核部分のハイドレートのゲスト分子である第1ガスの第1ハイドレートを生成する工程と、前記第1ガスのハイドレートの周囲に、第1ガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い第2ガスをゲスト分子とする第2ハイドレートを生成する工程と、温度そして/または圧力を前記第2ガスがハイドレートを形成できない条件に調整することにより、前記第2ハイドレートを分解し、該第2ハイドレートを構成していた水を前記第1ハイドレートの表面で凍結させる工程と、を備えたものである。
【0008】
また、ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、該核部分を覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるガスハイドレートを製造する方法であって、
核部分のハイドレートのゲスト分子である第1ガスがハイドレートを生成する温度、圧力条件下で核部分の第1ハイドレートを生成する工程と、核部分の第1ハイドレートのゲスト分子である第1ガスがハイドレートを生成する条件を維持したまま、第1ガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い第2ガスを該第1ハイドレートの周囲に該第2ガスがハイドレートを生成する条件になるまで供給することにより前記第1ハイドレートの表面に第2ガスをゲスト分子とする第2ハイドレートを形成する工程と、第1ガスと第2ガスの分圧はそれぞれのガスのハイドレートが生成する条件内に制御した状態で、温度条件を第2ガスがハイドレートを形成できない条件に調整することにより、該第2ハイドレートを分解し、該第2ハイドレートを構成していた水が前記第1ハイドレートの表面で凍結することにより該第1ハイドレートの表面に氷を成分とする殻部分を生成する工程と、を備えたものである。
【0009】
また、混合ガスを原料として、ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、それを覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるハイドレートを製造する方法であって、
混合ガス中の第1ガスをゲスト分子とするハイドレートが生成できる温度、圧力条件下で第1ハイドレートを生成する工程と、第1ハイドレートのゲスト分子である第1ガスがハイドレートを生成する条件を維持したまま、第1ガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い混合ガス中の第2ガスがハイドレートを生成する条件に設定することにより該第1ハイドレートの表面に第2ガスをゲスト分子とした第2ハイドレートを形成する工程と、温度そして/または圧力条件を第2ガスがハイドレートを形成できない領域に調整することにより、該第2ハイドレートを分解し、該第2ハイドレートを構成していた水が該第1ハイドレートの表面で凍結することにより該第1ハイドレートの表面に氷を成分とする殻部分を生成する工程と、を備えたものである。
【0010】
なお、上記発明において第1ガス、第2ガスと言ったときには、それぞれ単一成分からなる場合、複数成分からなる場合を含む。
そして、例えば第1ガス、第2ガスが複数成分からなる場合において、第1ガス、第2ガスと言ったときには、複数成分の全ての成分ガスを意味する。
【0011】
また、本発明に係るハイドレートの製造装置は、ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、それを覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるハイドレートを製造する装置であって、
第1ハイドレートが貯留される貯留槽と、該貯留槽に前記第1ハイドレートのゲスト分子と同一の第1ガスを供給する第1ガス供給手段と、前記貯留槽に前記第1ハイドレートの表面に形成する第2ハイドレートのゲスト分子と同一の第2ガスを供給する第2ガス供給手段と、前記貯留槽の温度を調整する温度調整手段と、前記貯留槽内における第1ガスの分圧を計測する第1分圧計測手段と、前記貯留槽内における第2ガスの分圧を計測する第2分圧計測手段と、を備えたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の一実施形態である保存性に優れたハイドレートの製造工程を模式的に示した説明図であり、各工程におけるハイドレートの構造を示したものである。図2は各ガスのハイドレート生成平衡曲線である。
まず、図1、図2に基づいて本実施形態のハイドレート製造方法を説明する。
【0013】
本実施形態のハイドレート製造方法は、メタン分子と水分子で構成されるメタンハイドレートからなる核部分と、該核部分を覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるガスハイドレートを製造する方法である。
まず、核部分を構成するメタンハイドレート1を生成する(図1(a))。このメタンハイドレート1を生成するための条件は、図2における(a)の領域である。なお、メタンハイドレートを生成する方法は公知の方法、例えば貯留槽内に貯留された水に原料となるメタンガスを微細気泡状にして供給し、槽内条件(温度・圧力)を図2における(a)の領域に設定する方法による。
【0014】
次に、メタンハイドレート1の周囲に、メタンガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い第2ガス、例えばブタンガス、をゲスト分子とするブタンハイドレート2を生成する(図1(b))。
このブタンハイドレート2を生成するための条件は、図2における、(b)の領域である。
【0015】
次に、温度条件をブタンがハイドレートを形成できない領域に調整する。このときの温度条件は、図2における(c)の領域である。温度条件の調整としては、温度を氷点下から4℃にまで上昇させる。このように、温度条件の調整をすることで、ブタンハイドレート2を分解し、該ブタンハイドレート3を構成していた水をメタンハイドレート1の表面で凍結させ、氷殻3を形成する(図1(c))。
【0016】
以上のように、本実施形態の方法によれば、氷の割合を最小に抑えながら、メタンハイドレートの表面に氷殻を形成してハイドレートの安定性を向上させることができる。
【0017】
実施の形態2.
図3は本発明の一実施形態に係る保存性に優れたガスハイドレートの製造装置の説明図である。
本実施形態に係る装置は、公知のメタンハイドレート製造装置5にハイドレート取り出し管7、バルブ9a、9bを介して接続された2台の氷殻製造装置A、Bから構成されている。
【0018】
氷殻製造装置A、Bは同様の構成であるので、以下の説明では、氷殻製造装置Aについて説明する。なお、氷殻製造装置Aを示す場合は符号の後に添字aを、氷殻製造装置Bを示す場合は符号の後に添字bを、それぞれ付するものとする。
本実施の形態に係る氷殻製造装置Aは、ハイドレート取り出し管7から供給されるメタンハイドレートを貯留する貯留容器11aと、貯留容器11aに設けられて貯留容器11aの温度を調節する温度調整装置13aとを備えている。
【0019】
また、貯留容器11aにメタンガス供給管15a及び流量調整弁17aを介してメタンガスを供給するメタンガスボンベ19aと、貯留容器11aにブタンガス供給管21a及び流量調整弁23aを介してブタンガスを供給するブタンガスボンベ25aとを備えている。そして、貯留容器11a内のメタンガス及びブタンガスの分圧は、メタン分圧測定手段27a及びブタン分圧測定手段29aで測定可能となっており、この測定値に基づいて流量調整弁17a、23aが制御される。
【0020】
貯留容器11aの底部には氷殻ハイドレート取り出し管31aが接続され、その端部には貯留容器11aから取り出された氷殻ハイドレートを貯留する氷殻ハイドレート貯留槽33が設けられている。また、氷殻ハイドレート取り出し管31aには、氷殻ハイドレート排出弁36aが設けられている。
【0021】
以上のように構成された上記装置によって保存性に優れた氷殻ハイドレートを製造する方法を以下に説明する。
メタンハイドレート製造装置5で、図2に示すメタンのハイドレート生成平衡曲線より左側の領域の条件にすることにより、公知の技術によってメタンハイドレートを生成する。この時のハイドレートの断面図は図1(a)である。
【0022】
生成されたメタンハイドレートはハイドレート供給バルブ9aを開くことにより貯留容器11aに供給される。この時、氷殻製造装置B側のバルブ9bは閉じておく。
貯留容器11a内では温度とメタン分圧、ブタン分圧が図2中に示した(a)(b)の領域、すなわち温度約0℃、圧力約6MPaの条件となるように温度調整装置13a、ブタン分圧測定手段29a、メタン分圧測定手段27a、流量調整弁17a、23aにより制御されている。
【0023】
分圧調整手順としては、まずメタンのみを貯留容器11a内にメタン分圧測定手段27aで計測しながら圧力3MPaまで供給し、その後、ブタンを、ブタン分圧測定手段29aで計測しながら貯留容器11aの内部圧力が6MPaになるまで供給する。これによって、メタンとブタンの分圧をそれぞれ3MPaに調整される。
【0024】
貯留容器11a内の条件が、図2中に示した(a)(b)の領域にありメタンハイドレート及びブタンハイドレート共に生成可能な条件であるので、メタンハイドレート製造装置5で製造されたメタンハイドレートは分解することなく安定したまま貯留容器11a内に供給される。
【0025】
ところで、図2で明らかなように同一温度においてはブタンの方がメタンと比較して約2MPaも低圧な圧力条件でハイドレート化するため、メタンとブタンを同一分圧に保っている貯留容器11a内ではメタンハイドレートよりもブタンハイドレートの方が生成しやすい環境となっている。
したがって、貯留容器11a内に表面が濡れた状態程度に脱水されたメタンハイドレート34が投入されると、上述した理由により表面の水が優先的にブタンハイドレートを形成する。また、メタンハイドレート製造装置5において完全に脱水が行われ、メタンハイドレート表面に水分が存在しない場合であっても、上述した理由によりメタンハイドレートの表面部分がブタンハイドレートに置換される。
【0026】
ブタンハイドレート生成又はメタンハイドレートからブタンハイドレートへの置換が行われると、貯留容器11a内の温度が変化するが、この温度変化は温度調整装置13aにて加熱、冷却することにより約0℃に保たれる。
また、ブタンハイドレート生成又はメタンハイドレートからブタンハイドレートへの置換によって、貯留容器11a内の圧力も変化するが、この圧力変化は流量調整弁17a、23aにて調整する。
すなわち、メタンハイドレート表面の水分がブタンハイドレート化した場合には貯留容器11a内の圧力が低下するが、このとき消費されたガスはブタンであるので貯留容器11a内の圧力が6MPaになるようにブタン分圧測定手段29a、流量調整弁23aにより制御される。
【0027】
また、表面のメタンハイドレートとブタンハイドレートが置換した場合にはメタンの分圧が上昇し、ブタンの分圧が減少するためブタンの分圧を正確に制御することはできない。しかしこの場合は表面のみの置換であるため、ブタンハイドレートの生成条件を満たす圧力以下にブタン分圧が低下することはない。この置換反応は全表面部分がブタンハイドレートに置換された時点で停止する。
【0028】
このように投入されるメタンハイドレートの脱水状態に関わらず貯留容器11a内では核部分にメタンハイドレートを、殻部分にブタンハイドレートを形成した2層化ハイドレート35が生成される。この2層化ハイドレート35の断面図を図1(b)に示す。
【0029】
貯留容器11a内に2層化ハイドレート35が所定量貯留された時点でバルブ9aを閉じ、同時にバルブ9bを開けて引き続きメタンハイドレートを貯留容器11bに供給する。貯留容器11b内では上述した貯留容器11aと同一の制御が実施され、2層化ハイドレート35が生成される(図4参照)。
【0030】
他方、貯留容器11aでは、バルブ9aを閉じた後、温度調整装置13aにより温度を0℃から4℃まで温度を上昇させる。これにより貯留容器11a内の条件は4℃、約6MPaとなる。このときの条件を図2中の(c)で示した。この領域ではメタンハイドレートは安定に存在するが、ブタンハイドレートは分解しはじめる。
【0031】
ブタンハイドレートの分解反応は吸熱反応であり、また周囲温度が4℃であるので、ブタンハイドレートの分解により自由水と化した水は熱を奪われて再度メタンハイドレート表面に氷を形成する。このようにして貯留容器11aに貯留された2層化ハイドレートはメタンハイドレートの表面に氷殻を有する氷殻ハイドレート37に変化する(図4参照)。
【0032】
このようにして得られた氷殻ハイドレート37を、氷殻ハイドレート排出弁36aを開けることによって、氷殻ハイドレート取り出し管31aを介して氷殻ハイドレート貯留槽33に供給し、貯蔵する。
氷殻ハイドレート37を全て排出した貯留容器11aには、貯留容器11bへのメタンハイドレート供給が所定量になった時点で、再度メタンハイドレートが供給される。また、貯留容器11bでは、上述した貯留容器11aと同一の制御が実施されて氷殻ハイドレート37を製造する(図5参照)。
【0033】
以上のように、本実施の形態によれば、メタンハイドレートの表面に氷殻を確実に形成でき、氷の割合を最小に抑えながら、ハイドレートの安定化を実現できる。
【0034】
なお、上記実施形態では貯留容器11a、11bを設けた2系統バッチによる例を示したが、1系統によるバッチ処理でも同様に氷殻ハイドレートを製造できることは言うまでもない。
また、上記実施形態ではメタンとブタンを同一分圧としたが、貯留容器11a内でメタンハイドレートよりブタンハイドレートが生成しやすい条件を満たす分圧関係であればよい。
【0035】
実施の形態3.
本実施の形態においては、混合ガス、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタンを成分とする天然ガスを原料とする場合について説明する。なお、製造装置としては、図3に示したものと同様なものでよい。
まず、メタンハイドレートとエタンハイドレートの混合物を生成するために、図2の(c)の条件を設定する。このとき、プロパンやブタンがハイドレート化しないようにするために、温度は7℃以上に設定する必要がある。
【0036】
次に、温度を低下させて図2の(a)(b)の領域にすると、生成したメタンハイドレートとエタンハイドレートの混合物表面にプロパンハイドレートやブタンハイドレートが生成され、図1(b)の構造をもつハイドレートが生成される。その後、温度を再度約7℃に設定することにより、メタンハイドレートとエタンハイドレートの混合物表面に生成したプロパンハイドレートやブタンハイドレートが分解し始める。分解したプロパンハイドレートおよびブタンハイドレートは、熱を奪いながら分解するためハイドレートを構成する水がそのままメタンハイドレートとエタンハイドレートの混合物表面で氷を形成することになり、図1(c)の氷殻ハイドレートが生成される。
【0037】
以上のように、混合ガス、例えば天然ガスの場合には、成分ガスのハイドレート生成条件の差を利用して、例えば温度を変化させるだけで、氷殻をもつハイドレート、例えばメタンハイドレートとエタンハイドレートの混合物を生成することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、ハイドレート表面に確実に氷殻を形成することができるので、ハイドレートの安定的な貯蔵、輸送を行うことが可能となる。また、ハイドレート表面にのみ氷殻を形成することができるので、氷の体積を最小に抑制したガス含有率の高いハイドレートを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である保存性に優れたハイドレートの製造工程を模式的に示した説明図である。
【図2】各ガスのハイドレート生成平衡曲線である。
【図3】本発明の一実施形態に係るハイドレート製造装置の説明図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るハイドレート製造装置の説明図である。
【図5】本発明の一実施形態に係るハイドレート製造装置の説明図である。
【符号の説明】
1 メタンハイドレート
2 ブタンハイドレート
3 氷殻
5 メタンハイドレート製造装置
11a、11b 貯留容器
17a、17b、23a、23b 流量調整弁
19a、19b メタンボンベ
25a、25b ブタンボンベ
27a、27b メタン分圧測定手段
29a、29b ブタン分圧測定手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a hydrate used as, for example, a means for transporting and storing natural gas, and particularly to a method for producing a hydrate having excellent stability.
[0002]
[Prior art]
Gas hydrates (sometimes simply referred to as “hydrates”) are gas molecules incorporated into a cage structure composed of water molecules, and can store a large amount of gas per unit volume. Attention has been paid to the application to transportation and storage.
Gas hydrate does not decompose below the temperature and above the pressure indicated by the equilibrium curve specific to each type of gas. However, the temperature and pressure are low and high, for example, pure methane hydrate is about -78 ° C or less at atmospheric pressure.
As described above, although the gas hydrate has an excellent gas storage amount per unit volume, there is a problem that stable conditions are severe.
[0003]
By the way, it is known that, even at −78 ° C. or more under atmospheric pressure, ice can serve as a kind of pressure vessel by dispersing methane hydrate in ice at a temperature below freezing, thereby preventing its dissociation. (Self-preserving effect).
Therefore, it has been proposed to produce hydrates above the freezing point and stabilize the hydrate by cooling the hydrate to below the freezing point with a small amount of water remaining after dehydrating unreacted water and covering the hydrate with ice. (For example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-303083 A
[Problems to be solved by the invention]
In the method of cooling the hydrate to below freezing with a small amount of water remaining after dehydrating unreacted water and covering the hydrate with ice as in the above-mentioned conventional example, the hydrate is unevenly distributed due to the uneven distribution of water after dehydration. In some cases, the generated ice is unevenly distributed, and the ice does not function sufficiently as a pressure vessel.
On the other hand, in order to uniformly infiltrate water throughout the hydrate, a large amount of water is required, the proportion of gas in the entire mixture of hydrate and ice is reduced, and transport and storage efficiency is reduced.
[0006]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and provides a method and an apparatus for producing a hydrate which can improve the stability of the hydrate while minimizing the proportion of ice.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a gas hydrate according to the present invention produces a gas hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion composed of ice covering the core portion. A way to
Generating a first hydrate of the first gas, which is a guest molecule of the hydrate of the nucleus portion; and forming a first hydrate around the hydrate of the first gas, the conditions for generating the hydrate being lower than the first gas. Decomposing the second hydrate by adjusting a temperature and / or a pressure so that the second gas cannot form a hydrate; and Freezing the water constituting the second hydrate on the surface of the first hydrate.
[0008]
Further, a method for producing a gas hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion composed of ice covering the core portion,
A step of generating the first hydrate of the core portion under the temperature and pressure conditions at which the first gas that is the guest molecule of the hydrate of the core portion generates hydrate; The second gas generates hydrate around the first hydrate with the second gas having a less hydrate generation condition than the first gas while maintaining the condition that the first gas generates hydrate. Forming a second hydrate having a second gas as a guest molecule on the surface of the first hydrate by supplying until the conditions are satisfied; and a partial pressure of the first gas and the second gas is determined by the hydration of each gas. The second hydrate is decomposed by adjusting the temperature condition to a condition in which the second gas cannot form a hydrate while controlling the temperature within the conditions for generating the rate. Configured to have water is obtained and a step of generating a shell portion to ice component on the surface of the first hydrate by freezing on the surface of the first hydrate.
[0009]
Further, a method for producing a hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion composed of ice covering the same, using a mixed gas as a raw material,
A step of generating a first hydrate under a temperature and pressure condition at which a hydrate having a first gas in the mixed gas as a guest molecule can be generated, and a first gas which is a guest molecule of the first hydrate generates a hydrate While maintaining the condition that the second gas in the mixed gas is less hydrate-generating than the first gas, the second gas in the mixed gas is set to the condition that produces the hydrate, thereby keeping the second gas on the surface of the first hydrate. Forming a second hydrate using as a guest molecule, and adjusting the temperature and / or pressure conditions to a region where the second gas cannot form a hydrate, thereby decomposing the second hydrate, Water forming the hydrate is frozen on the surface of the first hydrate to form a shell portion containing ice as a component on the surface of the first hydrate. Those were.
[0010]
In the above-mentioned invention, the terms “first gas” and “second gas” include a case where each of the first gas and the second gas is composed of a single component and a case where each of them is composed of a plurality of components.
For example, when the first gas and the second gas are composed of a plurality of components, the first gas and the second gas mean all component gases of the plurality of components.
[0011]
The apparatus for producing a hydrate according to the present invention is an apparatus for producing a hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion covering the core with ice. And
A storage tank in which the first hydrate is stored, first gas supply means for supplying the same first gas as the first hydrate guest molecules to the storage tank, and a first hydrate of the first hydrate in the storage tank. Second gas supply means for supplying the same second gas as the guest molecules of the second hydrate formed on the surface, temperature adjustment means for adjusting the temperature of the storage tank, and the amount of the first gas in the storage tank. It comprises a first partial pressure measuring means for measuring the pressure and a second partial pressure measuring means for measuring the partial pressure of the second gas in the storage tank.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a hydrate production process which is an embodiment of the present invention and has excellent storage stability, and shows the hydrate structure in each process. FIG. 2 is a hydrate generation equilibrium curve of each gas.
First, the hydrate manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0013]
The hydrate production method of the present embodiment produces a gas hydrate composed of a core part composed of methane hydrate composed of methane molecules and water molecules, and a shell part composed of ice covering the core part. How to
First, methane hydrate 1 constituting a core portion is generated (FIG. 1A). The conditions for generating the methane hydrate 1 are in the region (a) in FIG. In addition, a method for generating methane hydrate is a known method, for example, methane gas as a raw material is supplied in the form of fine bubbles to water stored in a storage tank, and the conditions (temperature and pressure) in the tank are shown in FIG. It depends on the method set in the area of a).
[0014]
Next, butane hydrate 2 is generated around methane hydrate 1 using a second gas, for example, butane gas, whose guest molecules are less hydrate-generating than methane gas, as guest molecules (FIG. 1B).
The conditions for generating this butane hydrate 2 are the region (b) in FIG.
[0015]
Next, the temperature condition is adjusted to a region where butane cannot form a hydrate. The temperature condition at this time is a region (c) in FIG. As the adjustment of the temperature condition, the temperature is raised from below freezing to 4 ° C. Thus, by adjusting the temperature condition, butane hydrate 2 is decomposed, and water constituting the butane hydrate 3 is frozen on the surface of the methane hydrate 1 to form an ice crust 3 ( FIG. 1 (c)).
[0016]
As described above, according to the method of the present embodiment, it is possible to improve the stability of the hydrate by forming an ice shell on the surface of the methane hydrate while minimizing the proportion of ice.
[0017]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 3 is an explanatory view of an apparatus for producing gas hydrate having excellent storage stability according to an embodiment of the present invention.
The apparatus according to the present embodiment includes two ice-shell manufacturing apparatuses A and B connected to a known methane hydrate manufacturing apparatus 5 via a hydrate extraction pipe 7 and valves 9a and 9b.
[0018]
Since the ice-shell manufacturing apparatuses A and B have the same configuration, the ice-shell manufacturing apparatus A will be described below. In addition, when indicating the ice-shell manufacturing apparatus A, a suffix a is added after the code, and when indicating the ice-shell manufacturing apparatus B, the suffix b is added after the code.
The ice crust manufacturing apparatus A according to the present embodiment includes a storage container 11a for storing methane hydrate supplied from the hydrate extraction pipe 7, and a temperature control provided in the storage container 11a to adjust the temperature of the storage container 11a. Device 13a.
[0019]
Further, a methane gas cylinder 19a for supplying methane gas to the storage container 11a via a methane gas supply pipe 15a and a flow control valve 17a, and a butane gas cylinder 25a for supplying butane gas to the storage container 11a via a butane gas supply pipe 21a and a flow control valve 23a. And The partial pressures of the methane gas and the butane gas in the storage container 11a can be measured by the methane partial pressure measuring means 27a and the butane partial pressure measuring means 29a, and the flow regulating valves 17a and 23a are controlled based on the measured values. Is done.
[0020]
An ice-shell hydrate extraction pipe 31a is connected to the bottom of the storage container 11a, and an ice-shell hydrate storage tank 33 for storing the ice-shell hydrate extracted from the storage container 11a is provided at an end thereof. The ice-shell hydrate extraction pipe 31a is provided with an ice-shell hydrate discharge valve 36a.
[0021]
A method for producing an ice-shell hydrate having excellent preservability by the above-configured apparatus will be described below.
The methane hydrate production apparatus 5 produces methane hydrate by a known technique by setting the conditions in the region on the left side of the methane hydrate production equilibrium curve shown in FIG. FIG. 1A is a sectional view of the hydrate at this time.
[0022]
The generated methane hydrate is supplied to the storage container 11a by opening the hydrate supply valve 9a. At this time, the valve 9b on the ice shell manufacturing apparatus B side is closed.
In the storage container 11a, the temperature adjusting device 13a is set so that the temperature, the methane partial pressure, and the butane partial pressure are in the regions (a) and (b) shown in FIG. It is controlled by butane partial pressure measuring means 29a, methane partial pressure measuring means 27a, and flow control valves 17a and 23a.
[0023]
As a partial pressure adjusting procedure, first, only methane is supplied to the storage container 11a up to a pressure of 3 MPa while being measured by the methane partial pressure measuring means 27a, and then butane is measured by the butane partial pressure measuring means 29a. Until the internal pressure becomes 6 MPa. Thereby, the partial pressures of methane and butane are adjusted to 3 MPa, respectively.
[0024]
Since the conditions in the storage container 11a are in the regions (a) and (b) shown in FIG. 2 and are conditions under which both methane hydrate and butane hydrate can be produced, the methane hydrate production device 5 produces the methane hydrate. Methane hydrate is supplied to the storage container 11a in a stable state without decomposition.
[0025]
By the way, as is clear from FIG. 2, at the same temperature, butane hydrates under a pressure condition of about 2 MPa lower than that of methane, so that the storage vessel 11a which keeps methane and butane at the same partial pressure is used. Butane hydrate is easier to produce than methane hydrate.
Therefore, when the methane hydrate 34 dehydrated to a degree that the surface is wet is charged into the storage container 11a, the water on the surface preferentially forms butane hydrate for the reason described above. In addition, even if the dehydration is completely performed in the methane hydrate production device 5 and there is no moisture on the methane hydrate surface, the surface portion of the methane hydrate is replaced with butane hydrate for the above-described reason.
[0026]
When butane hydrate is produced or methane hydrate is replaced with butane hydrate, the temperature in the storage container 11a changes. This temperature change is reduced to about 0 ° C. by heating and cooling with the temperature control device 13a. Is kept.
Further, the pressure in the storage container 11a also changes due to butane hydrate generation or methane hydrate replacement with butane hydrate, and this pressure change is adjusted by the flow control valves 17a and 23a.
That is, when the water on the methane hydrate surface is converted to butane hydrate, the pressure in the storage container 11a decreases. However, since the gas consumed at this time is butane, the pressure in the storage container 11a becomes 6 MPa. Is controlled by a butane partial pressure measuring means 29a and a flow regulating valve 23a.
[0027]
Further, when methane hydrate and butane hydrate on the surface are replaced, the partial pressure of methane increases and the partial pressure of butane decreases, so that the partial pressure of butane cannot be accurately controlled. However, in this case, since only the surface is replaced, the butane partial pressure does not decrease below the pressure that satisfies the conditions for producing butane hydrate. This substitution reaction stops when the entire surface is replaced with butane hydrate.
[0028]
Regardless of the dehydration state of the methane hydrate charged in this way, a two-layered hydrate 35 in which methane hydrate is formed in the core and butane hydrate is formed in the shell is generated in the storage container 11a. A cross-sectional view of the two-layer hydrate 35 is shown in FIG.
[0029]
When a predetermined amount of the two-layered hydrate 35 is stored in the storage container 11a, the valve 9a is closed, and at the same time, the valve 9b is opened to continuously supply methane hydrate to the storage container 11b. In the storage container 11b, the same control as that of the above-described storage container 11a is performed, and the two-layer hydrate 35 is generated (see FIG. 4).
[0030]
On the other hand, in the storage container 11a, after closing the valve 9a, the temperature is increased from 0 ° C. to 4 ° C. by the temperature adjusting device 13a. As a result, the conditions in the storage container 11a become 4 ° C. and about 6 MPa. The condition at this time is shown by (c) in FIG. In this region, methane hydrate exists stably, butane hydrate starts to decompose.
[0031]
Since the decomposition reaction of butane hydrate is an endothermic reaction and the ambient temperature is 4 ° C., water converted into free water by the decomposition of butane hydrate loses heat and forms ice again on the methane hydrate surface. . The two-layered hydrate stored in the storage container 11a in this manner changes to an ice-shell hydrate 37 having an ice-shell on the surface of methane hydrate (see FIG. 4).
[0032]
The ice-shell hydrate 37 thus obtained is supplied to and stored in the ice-shell hydrate storage tank 33 through the ice-shell hydrate take-out pipe 31a by opening the ice-shell hydrate discharge valve 36a.
When the supply of methane hydrate to the storage container 11b reaches a predetermined amount, the methane hydrate is again supplied to the storage container 11a from which all the ice-shell hydrate 37 has been discharged. In the storage container 11b, the same control as that of the storage container 11a described above is performed to manufacture the ice shell hydrate 37 (see FIG. 5).
[0033]
As described above, according to the present embodiment, ice shells can be reliably formed on the surface of methane hydrate, and hydrate stabilization can be achieved while minimizing the proportion of ice.
[0034]
In the above-described embodiment, an example using two batches provided with the storage containers 11a and 11b has been described. However, it goes without saying that ice shell hydrate can be similarly produced by batch processing using one system.
In the above embodiment, methane and butane have the same partial pressure. However, a partial pressure relationship that satisfies the condition that butane hydrate is more easily generated than methane hydrate in the storage container 11a may be used.
[0035]
Embodiment 3 FIG.
In the present embodiment, a case will be described in which a mixed gas such as methane, ethane, propane, and butane is used as a raw material. The manufacturing apparatus may be the same as that shown in FIG.
First, in order to generate a mixture of methane hydrate and ethane hydrate, the condition of FIG. 2C is set. At this time, the temperature must be set to 7 ° C. or higher in order to prevent hydration of propane or butane.
[0036]
Next, when the temperature is lowered to the regions shown in FIGS. 2A and 2B, propane hydrate and butane hydrate are generated on the surface of the mixture of the generated methane hydrate and ethane hydrate. A hydrate having the structure of ()) is generated. Thereafter, by setting the temperature to about 7 ° C. again, propane hydrate and butane hydrate generated on the surface of the mixture of methane hydrate and ethane hydrate begin to decompose. The decomposed propane hydrate and butane hydrate decompose while removing heat, so that water constituting the hydrate forms ice on the surface of the mixture of methane hydrate and ethane hydrate as it is, and FIG. 1 (c) Ice hydrate is produced.
[0037]
As described above, in the case of a mixed gas, for example, natural gas, using a difference in hydrate generation conditions of component gases, for example, only by changing the temperature, a hydrate having an ice shell, for example, methane hydrate and A mixture of ethane hydrates can be produced.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, an ice crust can be reliably formed on the hydrate surface, so that the hydrate can be stably stored and transported. Further, since ice shells can be formed only on the surface of the hydrate, it is possible to manufacture a hydrate having a high gas content with a minimum volume of ice.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a production process of a hydrate having excellent storage stability according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a hydrate generation equilibrium curve of each gas.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a hydrate manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a hydrate production apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a hydrate production apparatus according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Methane hydrate 2 Butane hydrate 3 Ice shell 5 Methane hydrate production equipment 11a, 11b Reservoir 17a, 17b, 23a, 23b Flow control valve 19a, 19b Methane cylinder 25a, 25b Butane cylinder 27a, 27b Methane partial pressure measuring means 29a, 29b Butane partial pressure measuring means

Claims (4)

ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、該核部分を覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるガスハイドレートを製造する方法であって、
前記核部分のハイドレートのゲスト分子である第1ガスの第1ハイドレートを生成する工程と、
前記第1ガスのハイドレートの周囲に、第1ガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い第2ガスをゲスト分子とする第2ハイドレートを生成する工程と、
温度そして/または圧力を前記第2ガスがハイドレートを形成できない条件に調整することにより、前記第2ハイドレートを分解し、該第2ハイドレートを構成していた水を前記第1ハイドレートの表面で凍結させる工程と、を備えたことを特徴とするガスハイドレートの製造方法。
A method for producing a gas hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion composed of ice covering the core portion,
Generating a first hydrate of a first gas that is a guest molecule of the hydrate of the core portion;
A step of generating a second hydrate around the hydrate of the first gas, the second gas being a guest molecule whose second gas is less hydrate-generating than the first gas;
By adjusting the temperature and / or pressure to such a condition that the second gas cannot form a hydrate, the second hydrate is decomposed, and the water constituting the second hydrate is removed from the first hydrate. A method for producing gas hydrate, comprising: a step of freezing on a surface.
ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、該核部分を覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるガスハイドレートを製造する方法であって、
核部分のハイドレートのゲスト分子である第1ガスがハイドレートを生成する温度、圧力条件下で核部分の第1ハイドレートを生成する工程と、
核部分の第1ハイドレートのゲスト分子である第1ガスがハイドレートを生成する条件を維持したまま、第1ガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い第2ガスを該第1ハイドレートの周囲に該第2ガスがハイドレートを生成する条件になるまで供給することにより前記第1ハイドレートの表面に第2ガスをゲスト分子とする第2ハイドレートを形成する工程と、
第1ガスと第2ガスの分圧はそれぞれのガスのハイドレートが生成する条件内に制御した状態で、温度条件を第2ガスがハイドレートを形成できない条件に調整することにより、該第2ハイドレートを分解し、該第2ハイドレートを構成していた水が前記第1ハイドレートの表面で凍結することにより該第1ハイドレートの表面に氷を成分とする殻部分を生成する工程と、を備えたことを特徴とするハイドレートの製造方法。
A method for producing a gas hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion composed of ice covering the core portion,
Generating a first hydrate of the core under a temperature and pressure condition in which the first gas, which is a guest molecule of the hydrate of the core, generates hydrate;
While maintaining the conditions for the first gas, which is the guest molecule of the first hydrate in the core portion, to generate the hydrate, the second gas whose conditions for generating the hydrate are lower than the first gas is changed to the first gas for the first hydrate. Forming a second hydrate having a second gas as a guest molecule on the surface of the first hydrate by supplying the second gas to the surroundings until the second gas generates hydrate-generating conditions;
By adjusting the temperature condition to a condition under which the second gas cannot form a hydrate, while controlling the partial pressures of the first gas and the second gas within the conditions for generating the hydrate of each gas, the second gas is adjusted. Decomposing the hydrate and freezing the water constituting the second hydrate on the surface of the first hydrate to form a shell portion containing ice as a component on the surface of the first hydrate; A method for producing a hydrate, comprising:
混合ガスを原料として、ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、それを覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるハイドレートを製造する方法であって、
混合ガス中の第1ガスをゲスト分子とするハイドレートが生成できる温度、圧力条件下で第1ハイドレートを生成する工程と、
第1ハイドレートのゲスト分子である第1ガスがハイドレートを生成する条件を維持したまま、第1ガスよりもハイドレートを生成する条件が緩い混合ガス中の第2ガスがハイドレートを生成する条件に設定することにより該第1ハイドレートの表面に第2ガスをゲスト分子とした第2ハイドレートを形成する工程と、
温度そして/または圧力条件を第2ガスがハイドレートを形成できない領域に調整することにより、該第2ハイドレートを分解し、該第2ハイドレートを構成していた水が該第1ハイドレートの表面で凍結することにより該第1ハイドレートの表面に氷を成分とする殻部分を生成する工程と、を備えたことを特徴とするハイドレートの製造方法。
Using a mixed gas as a raw material, a method for producing a hydrate composed of a core portion composed of a hydrate composed of gas molecules and water molecules, and a shell portion composed of ice covering the core portion,
Generating a first hydrate under a temperature and pressure condition at which a hydrate having a first gas in the mixed gas as a guest molecule can be generated;
While maintaining the condition that the first gas, which is the guest molecule of the first hydrate, generates the hydrate, the second gas in the mixed gas in which the conditions for generating the hydrate are lower than the first gas generates the hydrate. Forming a second hydrate with a second gas as a guest molecule on the surface of the first hydrate by setting conditions;
By adjusting the temperature and / or pressure conditions to a region where the second gas cannot form a hydrate, the second hydrate is decomposed, and the water constituting the second hydrate is converted into the first hydrate. Producing a shell containing ice as a component on the surface of the first hydrate by freezing the surface of the first hydrate.
ガス分子と水分子が構成するハイドレートからなる核部分と、それを覆う氷を成分とする殻部分とで構成されるハイドレートを製造する装置であって、
第1ハイドレートが貯留される貯留槽と、該貯留槽に前記第1ハイドレートのゲスト分子と同一の第1ガスを供給する第1ガス供給手段と、前記貯留槽に前記第1ハイドレートの表面に形成する第2ハイドレートのゲスト分子と同一の第2ガスを供給する第2ガス供給手段と、前記貯留槽の温度を調整する温度調整手段と、前記貯留槽内における第1ガスの分圧を計測する第1分圧計測手段と、前記貯留槽内における第2ガスの分圧を計測する第2分圧計測手段と、を備えたことを特徴とするハイドレートの製造装置。
An apparatus for producing a hydrate composed of a core part composed of hydrate composed of gas molecules and water molecules and a shell part composed of ice covering the core part,
A storage tank in which the first hydrate is stored, first gas supply means for supplying the same first gas as the first hydrate guest molecules to the storage tank, and a first hydrate of the first hydrate in the storage tank. Second gas supply means for supplying the same second gas as the guest molecules of the second hydrate formed on the surface, temperature adjustment means for adjusting the temperature of the storage tank, and the amount of the first gas in the storage tank. An apparatus for producing a hydrate, comprising: a first partial pressure measuring means for measuring a pressure; and a second partial pressure measuring means for measuring a partial pressure of a second gas in the storage tank.
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US8436219B2 (en) 2006-03-15 2013-05-07 Exxonmobil Upstream Research Company Method of generating a non-plugging hydrate slurry

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