【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスと原料水とを反応させて天然ガスハイドレートを生成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、メタン等の炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵・輸送する方法としては、ガス田から天然ガスを採取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。
【０００３】
こうした研究の結果、天然ガスを水和させ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（例えば下記の特許文献１）。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。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２６４８５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の特許文献に記載されたハイドレートの製造装置においては、ハイドレート生成容器の内部で生成された天然ガスハイドレートを抜き出し、脱水してから冷却、減圧、成形といった工程を経て天然ガスハイドレートを固形物として取り出すことになるが、生成容器から抜き出される原料水中の天然ガスハイドレートの濃度が低いと、脱水装置にかけても捕着できる固形物の量が少なく、結果的に固形化して取り出すことのできる天然ガスの量が非常に少なくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、天然ガスハイドレートを常に安定して生成し、固形化して取り出すことが可能な天然ガスハイドレート生成システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【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、次のような構成の天然ガスハイドレート生成装置を採用する。
すなわち本発明に係る請求項１記載の天然ガスハイドレートの生成方法は、生成容器の内部で天然ガスと原料水とを反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成工程と、生成した天然ガスハイドレートを脱水する脱水工程とを備える天然ガスハイドレートの生成方法であって、
前記天然ガスハイドレートを含む原料水を濃縮して天然ガスハイドレートの濃度を高めたうえで、前記生成容器における天然ガスハイドレートの単位時間当たりの生成量とほぼ同量の天然ガスハイドレートを含む濃縮水を、前記単位時間ごとに前記生成容器から抜出して脱水することを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、天然ガスハイドレートを含む原料水を濃縮することにより、脱水の際に捕着される天然ガスハイドレートの量が増加する。また、生成容器における天然ガスハイドレートの単位時間当たりの生成量とほぼ同量の天然ガスハイドレートを含む濃縮水を、単位時間ごとに生成容器から抜出して脱水することにより、天然ガスハイドレートの生成、脱水を絶え間なく連続して行うことができる。
【０００９】
請求項２記載の天然ガスハイドレートの生成方法は、請求項１記載の天然ガスハイドレートの生成方法において、前記脱水工程にて前記濃縮水から分離された余剰水を前記生成容器に直接戻すことを特徴とする。
【００１０】
脱水工程にて濃縮水から分離された余剰水には、捕着されなかった天然ガスハイドレートの微小成分がかなりの量存在していることがわかってきた。そこで本発明においては、脱水工程にて前記濃縮水から分離された余剰水を生成容器に直接戻すことにより、生成された天然ガスハイドレートが無駄にならない。
【００１１】
請求項３記載の天然ガスハイドレートの生成方法は、請求項１または２記載の天然ガスハイドレートの生成方法において、前記生成容器内部の未反応水を吸い上げて同生成容器内部の気相に噴霧することを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、生成容器内部の未反応水を吸い上げて同生成容器内部の気相に噴霧することにより、生成容器内部における天然ガスハイドレートの濃度を高めることができる。
【００１３】
請求項４記載の天然ガスハイドレート生成システムは、生成容器の内部で天然ガスと原料水とを反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成手段と、生成した天然ガスハイドレートを脱水する脱水手段とを備える天然ガスハイドレート生成システムであって、
前記脱水手段にて分離された余剰水を前記生成容器に直接戻す余剰水回帰経路を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の天然ガスハイドレート生成システムは、請求項４記載の天然ガスハイドレート生成システムにおいて、前記生成容器内部の原料水を吸い上げて同生成容器内部の気相に噴霧する原料水循環経路を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、天然ガスハイドレートを含む原料水を濃縮することにより、脱水の際に捕着される天然ガスハイドレートの量が増加する。また、生成容器における天然ガスハイドレートの単位時間当たりの生成量とほぼ同量の天然ガスハイドレートを含む濃縮水を、単位時間ごとに生成容器から抜出して脱水することにより、天然ガスハイドレートの生成、脱水を絶え間なく連続して行えるようになる。
【００１６】
脱水工程にて濃縮水から分離された余剰水には、捕着されなかった天然ガスハイドレートの微小成分がかなりの量存在していることがわかってきた。そこで本発明においては、脱水工程にて前記濃縮水から分離された余剰水を生成容器に直接戻すことにより、生成された天然ガスハイドレートが無駄にならない。
【００１７】
本発明においては、生成容器内部の未反応水を吸い上げて同生成容器内部の気相に噴霧することにより、生成容器内部における天然ガスハイドレートの濃度を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態を図１に示して説明する。
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具体的な装置構成を示す。図において、１１は天然ガスと原料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反応装置、１２は生成された天然ガスハイドレートを物理的に脱水するスクリュープレス型脱水装置、１３は脱水の過程もしくは脱水後において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２軸スクリュー型脱水装置、１４は生成された天然ガスハイドレートを冷却するスクリューコンベア型冷却装置、１５は冷却された天然ガスハイドレートを大気圧まで減圧するバルブ切替型の減圧装置、１６は天然ガスハイドレートを成形固化する加圧プレス型成形装置である。また、符号１７は原料である水を貯蔵する貯水槽、１８は同じく原料である天然ガスを産出するガス田、１９はガス田１８から産出された天然ガスを貯蔵するガス貯蔵部である。
【００１９】
生成反応装置１１は、圧力容器（生成容器）２０を有している。圧力容器２０には、貯水槽１７の原料水を導入する水配管２１が接続されるとともに、ガス貯蔵部１９の天然ガスを導入するガス配管２２が接続されている。水配管２１には、原料水を吸い上げて圧力容器２０の内部に導入する水ポンプ２３と、バルブ２４とが設けられている。圧力容器２０の内部には、原料水が導入されて水相Ｌが形成されるとともに、天然ガスが導入されて気相Ｇが形成されている。
【００２０】
さらに、圧力容器２０には、気相Ｇの圧力を計測する圧力計２５が設けられ、ガス配管にはバルブ２６および流量調節弁２７が設けられている。流量調節弁２７の開度は、圧力計２５の計測値に基づき圧力容器２０内部に天然ガスを補充して気相Ｇの圧力をガスハイドレートの生成圧力（例えば５．０ＭＰａ）に保つように制御される。
【００２１】
圧力容器２０には、水相Ｌの温度を氷点よりも高温であってかつガスハイドレートの生成温度よりも低温（この状態を「過冷却」と定義する）に保つ冷却装置２８が設けられている。冷却装置２８によって圧力容器２０の内部を過冷却の状態に保つのは、天然ガスハイドレートが生成する過程で発生する水和熱を回収し、圧力容器２０の内部を常に生成温度（例えば４．０℃〜６．０℃）に保つためである。
【００２２】
圧力容器２０には、底部と頂部とを繋いで原料水を循環させる水配管３０が接続されている。水配管３０には、水相Ｌの原料水を吸い上げて循環させる水循環ポンプ３１と、水循環ポンプ３１によって吸い上げられた原料水を冷却する熱交換器３２と、原料水のみを透過するフィルタ３３と、バルブ３４，３５とが設けられている。また、圧力容器２０の頂部から内側に突き出した水配管２６の先端には、気相Ｇ中に原料水を噴霧するスプレーノズル３６が設けられている（水配管３０と水循環ポンプ３１、スプレーノズル３６が原料水循環手段をなす）。
【００２３】
圧力容器２０の側壁には、水相Ｌの液面に生成されたスラリー状の天然ガスハイドレートを抜き出すスラリー抜出口２０ａが設けられており、圧力容器２０は、スラリー抜出口２０ａに接続されたスラリー配管３７を介してスクリュープレス型脱水装置１２と接続されている。スラリー配管３７には、バルブ３８と、水相Ｌの液面に浮遊するスラリーを吸い出すスラリー抜出ポンプ３９とが設けられている。
【００２４】
スクリュープレス型脱水装置１２は、円筒形の内部空間４０ａを有する容器体４０と、側面に螺旋状の突条部４１ａを有し内部空間４０ａに配置された軸体４１とを備えている。容器体４０の先端には、生成反応装置１１においてスラリー状に生成された天然ガスハイドレートを内部空間４０ａに取り入れる取入口４０ｂが設けられている。取入口４０ｂには、上述したスラリー配管３７が接続されている。
【００２５】
容器体４０は、内部空間４０ａを形成する内壁４０ｃと外殻を構成する筐体４０ｄとの二重構造になっており、内壁４０ｃはメッシュ加工され、筐体４０ｄには内部に溜まったろ過水を排出する排水口４０ｅが設けられている。筐体４０ｄは、排水口４０ｅに接続された水配管（余剰水回帰経路）４４を介して圧力容器２０に直に接続されている。水配管４４には、排出された水を圧力容器２０の内部に導入する水ポンプ４５と、バルブ４６とが設けられている。
【００２６】
軸体４１は、突条部４１ａを内部空間４０ａの内面に近接させて配置されるとともに、自らの軸線を中心として所定方向に回転可能に支持されており、駆動部４２によって回転駆動される。容器体４０の終端には、軸体４１の回転によって搬送されてきた天然ガスハイドレートを取り出す取出口４０ｆが設けられている。容器体４０は、取出口４０ｆに接続されたハイドレート配管４３を介して後段の２軸スクリュー型脱水装置１３に接続されている。
【００２７】
２軸スクリュー型脱水装置１３は、断面が長円形をなす筒形の内部空間５０ａを有する容器体５０と、側面に螺旋状の突条部５１ａ，５２ａを有し内部空間５０ａに配置されて個々に回転しながら天然ガスハイドレートを搬送する２本の軸体５１，５２とを備えている。容器体５０の先端には、スクリュープレス型脱水装置１２において物理的に脱水された天然ガスハイドレートを取り入れる取入口５０ｂが設けられている。取入口５０ｂには、上述したハイドレート配管４３が接続されている。
【００２８】
軸体５１，５２は、両者が平行に配置されるとともに軸方向から見てそれぞれの突条部５１ａ，５２ａを重複させて配置されている。さらに、それぞれの突条部５１ａ，５２ａを内部空間５０ａの内面に近接させて配置されるとともに、自らの軸線を中心として回転可能に支持されており、駆動部５３によって回転駆動される。なお、両軸体の回転方向は同方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。
【００２９】
容器体５０の終端には、軸体５１，５２の回転によって搬送されてきたガスハイドレートを取り出す取出口５０ｃが設けられている。取出口５０ｃにはハイドレート配管５４を介して後段のスクリューコンベア型冷却装置１４に接続されている。取出口５０ｃに近い容器体５０の側面には、天然ガスを内部空間５０ａに供給するガス供給孔５０ｄが設けられている。ガス供給孔５０ｄは、ガス配管２２から分岐するガス配管５５を介してガス貯蔵部１９に接続されている。ガス配管５５にはバルブ５６および流量調節弁５７が設けられている。一方、取入口５０ｂに近い容器体５０には、内部空間５０ａの圧力を検出する圧力計５８が設置されており、流量調節弁５７の開度は、圧力計５８の計測値に基づき内部空間５０ａに天然ガスを補充して内部の圧力を常に生成圧（例えば５．０ＭＰａ）に保持するように制御される。
【００３０】
スクリュープレス型脱水装置１２および２軸スクリュー型脱水装置１３には、内部空間４０，５０の内部を上記過冷却の状態に保持する冷却装置（図示略）が設けられている。
【００３１】
スクリューコンベア型冷却装置１４は、円筒形の内部空間６０ａを有する容器体６０と、側面に螺旋状の突条部６１ａを有し内部空間６０ａに配置された軸体６１とを備えている。容器体６０の先端には、２軸スクリュー型脱水装置１３において水和脱水された天然ガスハイドレートを内部空間６０ａに取り入れる取入口６０ｂが設けられている。取入口６０ｂには、上述したハイドレート配管５４が接続されている。軸体６１は、突条部６１ａを内部空間６０ａの内面に近接させて配置されるとともに、自らの軸線を中心として所定方向に回転可能に支持されており、駆動部６２によって回転駆動される。容器体６０の終端には、軸体６１の回転によって搬送されてきた天然ガスハイドレートを取り出す取出口６０ｃが設けられている。取出口６０ｃはハイドレート配管６３を介して後段のバルブ切替型減圧装置１５に接続されている。
【００３２】
容器体６０は、内部空間６０ａを形成する内壁６０ｄと外殻を構成する筐体６０ｅとの二重構造になっており、取出口６０ｃに近い筐体６０ｅの側面には内壁６０ｄとの隙間に冷媒を導入する冷媒入口６０ｆが設けられ、取入口６０ｂに近い筐体６０ｅの側面には冷媒を導出する冷媒出口６０ｇが設けられている。容器体６０には、冷媒入口６０ｆと冷媒出口６０ｇとを繋ぐ冷媒配管６５が接続されており、冷媒配管６５には冷媒循環ポンプ６６および熱交換器６７が設けられている。冷媒は熱交換器６６によって冷却され、冷媒配管６５を通じて内壁６０ｄと筐体６０ｅとの隙間に流入し、脱水を終えた天然ガスハイドレートを低気圧下でも分解しない氷点以下の低温（例えば−１０℃〜−１５℃）まで冷却する。
【００３３】
バルブ切替型減圧装置１５は、ハイドレート配管６３に直列に設けられた２つのバルブ７１，７２によって構成されている。２つのバルブ７１，７２は離間して配置され、後段のバルブ７２を経たハイドレート配管６３は大気開放されており、その後段には加圧プレス型成形装置１６が設けられている。加圧プレス型成形装置１６は、固定の壁部７５と壁部７５に接近離間可能に駆動されるプレート７６とを備えている。
【００３４】
上記のように構成された生成システムによる天然ガスハイドレートの生成について説明する。
まず、貯水槽１７から圧力容器２０内に原料水を導入し水相Ｌを形成する。同時に、ガス貯蔵部１９から圧力容器２０内に天然ガスを導入し、気相Ｇの圧力をガスハイドレートの生成圧力にまで高める。なお、水相Ｌを形成する原料水には、必要であれば安定化剤を添加してもよい。次に、水相Ｌの温度を過冷却の状態にまで冷却し、以後はこの状態が維持されるように温度管理を行う。
【００３５】
圧力容器２０内の温度および圧力の状態が安定したら、水相Ｌを形成する原料水の一部を水配管３０を通じて圧力容器２０の底部から抜き出し、熱交換器３２によって再度冷却した後、スプレーノズル３６から気相Ｇ中に噴霧する。スプレーノズル３６から噴霧された水粒子は気相Ｇ中を漂いながら水相Ｌに向けて落下する。このように気相Ｇ中に水の粒子を多量に形成することにより、気相Ｇ中に存在する水粒子の表面積、すなわち気相Ｇを形成する天然ガスとの接触面積が極めて大きくなる。水粒子の表面では、水と天然ガスとの水和反応が起こり、天然ガスハイドレートが生成される。このとき、水配管３０を通じてスプレーノズル３６から噴霧される原料水の１時間当たりの流量を１ｍ３／ｈ、原料水の噴霧によって生成される１時間当たりの天然ガスハイドレートの量を０．０２ｍ３／ｈとする。
なお、圧力容器２０内の温度は氷点よりも高温になるように制御されているので、水相Ｌを形成する原料水や噴霧された水粒子が凍りつくことはない。
【００３６】
水粒子の表面で生成された天然ガスハイドレートはそのまま落下し、水相Ｌの液面に降り積もり、天然ガスハイドレートの層を形成する。当初は生成反応装置１１のみ運転され、水配管３０を通じた原料水の循環を繰り返すことで圧力容器２０内部の原料水に含まれる天然ガスハイドレートの比率が徐々に高められる。例えば、圧力容器２０内部の原料水の量が１ｍ３であれば、５時間続けて生成を行えば圧力容器２０内部の原料水１ｍ３に含まれる天然ガスハイドレートはほぼ５倍、０．１０ｍ３ほどとなり、圧力容器２０内部の原料水の濃度は５倍に高められる。
【００３７】
原料水中に含まれる天然ガスハイドレートが濃縮されたら、スクリュープレス型脱水装置１２以降の装置の運転が開始される。圧力容器２０内部の濃縮水はスラリー抜出口２０ａから抜き出され、スラリー配管３７を通じてスクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれる。このとき、スクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれる濃縮水（スラリー状の天然ガスハイドレート）の１時間当たりの流量を０．２ｍ３／ｈとすると、圧力容器２０内部の原料水と比較して濃度が５倍に高められているので、スクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれる１時間当たりの天然ガスハイドレートの量は０．０２ｍ３／ｈとなり、圧力容器２０内部で生成される１時間当たりの天然ガスハイドレートの量０．０２ｍ３／ｈにほぼ等しくなる。
【００３８】
スクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれた濃縮水は、取入口４０ｂを通じて内部空間４０ａに収容され、軸体４１の回転によって軸方向に搬送され、その過程で加圧されることによって物理的に脱水されるが、濃縮水に含まれる天然ガスハイドレートは、濃度が高いほど、そして流量が少ないほど捕着され易い。濃度が高いほど捕着され易いのは当然ながら、流量が少ないと、メッシュを通過する原料水の運動エネルギーが小さいから、原料水に随伴してメッシュを透過したりメッシュから押し出されたりする天然ガスハイドレートも少なくなるのである。
【００３９】
天然ガスハイドレートから分離された余剰の水分は、今だに非常に多くの天然ガスハイドレートを含んでいる。そこで、この余剰水は内壁４０ｃのメッシュを通じて筐体４０ｄの内部に集められて排水口４０ｅから排出され、水配管４４を通じて圧力容器２０に再度導入される。
【００４０】
一方、物理脱水を終えた天然ガスハイドレートは、取出口４０ｆを通じてスクリュープレス型脱水装置１２から取り出され、ハイドレート配管４３を通じて２軸スクリュー型脱水装置１３に送り込まれる。
【００４１】
２軸スクリュー型脱水装置１３に送り込まれた天然ガスハイドレートは、取入口５０ｂを通じて内部空間５０ａに収容され、軸体５１，５２の回転によって軸方向に搬送される。その過程で残存する水分と内部空間５０ａに供給された天然ガスと接触し、これとともに撹拌されつつ冷却されることによって残存する水分と天然ガスとを反応させてハイドレート化する。
【００４２】
内部空間５０ａに収容された天然ガスハイドレートは、取出口５０ｃに至るころには残存する水分のほとんどを未水和の天然ガスと水和反応させることで脱水され、結果的に天然ガスハイドレートそのものの量を増加させる。水和脱水を終えた天然ガスハイドレートは、取出口５０ｃを通じて２軸スクリュー型脱水装置１３から取り出され、ハイドレート配管５４を通じてスクリューコンベア型冷却装置１４に送り込まれる。
【００４３】
スクリューコンベア型冷却装置１４に送り込まれた天然ガスハイドレートは、取入口６０ｂを通じて内部空間６０ａに収容され、軸体６１の回転によって軸方向に搬送され、その過程で容器体６０内部を循環する冷媒によって冷却される。氷点以下の低温になるまで冷却された天然ガスハイドレートは、取出口６０ｆを通じてスクリューコンベア型冷却装置１４から取り出され、ハイドレート配管６３を通じてバルブ切替型減圧装置１５に送り込まれる。
【００４４】
バルブ切替型減圧装置１５は上流側のバルブ７１を開き、下流側のバルブ７２を閉じた状態とされ、天然ガスハイドレートを受け入れる。バルブ７１，７２間には天然ガスハイドレートが蓄積していくので、ある程度になったらバルブ７１を閉じ、続いてバルブ７２を開いてバルブ７１，７２間の天然ガスハイドレートを大気圧まで減圧する。減圧を終えた天然ガスハイドレートは、バルブ切替型減圧装置１５から取り出され、加圧プレス型成形装置１６に送り込まれる。
【００４５】
加圧プレス型成形装置１６に送り込まれた天然ガスハイドレートは、プレート７６によって壁部７５に押し付けられるようにして成形固化される。成形固化された天然ガスハイドレートは図示しない専用の輸送容器に収容され、貯蔵・輸送される。
【００４６】
上記のように構成された天然ガスハイドレート生成システムにおいては、圧力容器２０内部において天然ガスハイドレートを含む原料水を濃縮することにより、脱水の際に捕着される天然ガスハイドレートの量が増加するので、結果的に固形物として取り出せる天然ガスの量を増加させることができる。また、圧力容器２０内部における天然ガスハイドレートの単位時間当たりの生成量とほぼ同量の天然ガスハイドレートを含む濃縮水を、単位時間ごとに圧力容器２０から抜出して脱水することにより、天然ガスハイドレートの生成、脱水を絶え間なく連続して行えるようになるので、天然ガスハイドレートを常に安定して生成することができる。
【００４７】
また、脱水装置にて濃縮水から分離された余剰水を圧力容器２０に直接戻すことにより、脱水装置にて捕着されなかった天然ガスハイドレートが分解することなく圧力容器２０に戻るので、生成された天然ガスハイドレートが無駄にならず、生成効率が高められる。
【００４８】
なお、本実施形態において示した各流量、天然ガスハイドレート量、圧力容器２０内部の原料水量等の値は一例であって、各機器の仕様や運転状況によって異なる値を示し得る。例えば、スクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれる濃縮水の１時間当たりの流量は、０．２ｍ３／ｈを最適として好ましくは０．１ｍ３／ｈ〜０．３ｍ３／ｈのあらゆる値をとり得る。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、生成容器内部において天然ガスハイドレートを含む原料水を濃縮することにより、脱水の際に捕着される天然ガスハイドレートの量が増加するので、結果的に固形物として取り出せる天然ガスの量を増加させることができる。また、生成容器内部における天然ガスハイドレートの単位時間当たりの生成量とほぼ同量の天然ガスハイドレートを含む濃縮水を、単位時間ごとに生成容器から抜出して脱水することにより、天然ガスハイドレートの生成、脱水を絶え間なく連続して行えるようになるので、天然ガスハイドレートを常に安定して生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の天然ガスハイドレート生成装置の具体的な装置構成を示す図である。
【符号の説明】
１１ 生成反応装置（生成手段）
１２ スクリュープレス型脱水装置（脱水手段）
２０ 圧力容器（生成容器）
３０ 水配管
３１ 水循環ポンプ
３６ スプレーノズル
４４ 水配管（余剰水回帰経路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for producing natural gas hydrate by reacting natural gas with raw water.
[0002]
[Prior art]
Currently, as a method of storing and transporting natural gas mainly composed of hydrocarbons such as methane, natural gas is collected from gas fields, cooled to a liquefaction temperature, and stored and liquefied natural gas (LNG). The method of transportation is common. However, in the case of methane, which is a main component of liquefied natural gas, for example, cryogenic conditions require cryogenic conditions such as -162 ° C. In order to perform storage and transport while maintaining such conditions, a dedicated storage device is required. And a dedicated transportation means such as an LNG transport ship. Since the production, maintenance and management of such devices and the like require extremely high costs, low-cost storage and transportation methods as alternatives to the above methods have been intensively studied.
[0003]
As a result of these studies, a method has been discovered in which natural gas is hydrated to produce a hydrate in a solid state (hereinafter referred to as "natural gas hydrate") and stored and transported in this solid state. Particularly promising (for example, Patent Document 1 below). This method does not require cryogenic conditions as in the case of handling LNG, and is relatively easy to handle because it is solid. For this reason, an existing refrigeration system or a slightly improved version of an existing container ship can be used as a storage device or a transportation means, and therefore, it is expected that the cost can be significantly reduced.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-264851
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the hydrate production apparatus described in the above-mentioned patent document, the natural gas hydrate generated inside the hydrate generation container is extracted, dehydrated, cooled, depressurized, and subjected to natural gas through steps such as molding. Hydrate is extracted as a solid, but if the concentration of natural gas hydrate in the raw water extracted from the production vessel is low, the amount of solid that can be trapped even in a dehydrator is small, resulting in solidification. The amount of natural gas that can be extracted from the gas can be very small.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a natural gas hydrate generation system capable of always generating a natural gas hydrate stably and solidifying and extracting it.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-mentioned problems, a natural gas hydrate generator having the following configuration is employed.
In other words, the method for producing natural gas hydrate according to claim 1 of the present invention comprises: a production step of producing natural gas hydrate by reacting natural gas with raw water in a production vessel; A dehydration step of dehydrating the natural gas hydrate comprising:
After concentrating the feedstock water containing the natural gas hydrate to increase the concentration of the natural gas hydrate, the natural gas hydrate in the production vessel in the same amount as the natural gas hydrate generated per unit time is discharged. The concentrated water containing water is withdrawn from the production container every unit time and dehydrated.
[0008]
In the present invention, by concentrating the raw water containing the natural gas hydrate, the amount of the natural gas hydrate captured during the dehydration increases. In addition, concentrated water containing approximately the same amount of natural gas hydrate as the amount of natural gas hydrate produced per unit time in the production vessel is extracted from the production vessel every unit time and dewatered, so that natural gas hydrate is produced. Generation and dehydration can be performed continuously without interruption.
[0009]
The method for producing natural gas hydrate according to claim 2 is the method for producing natural gas hydrate according to claim 1, wherein surplus water separated from the concentrated water in the dehydration step is directly returned to the production vessel. It is characterized by.
[0010]
It has been found that the surplus water separated from the concentrated water in the dehydration step contains a considerable amount of a small component of the natural gas hydrate that has not been trapped. Therefore, in the present invention, the generated natural gas hydrate is not wasted by directly returning the surplus water separated from the concentrated water in the dehydration step to the production vessel.
[0011]
The method for producing a natural gas hydrate according to claim 3 is the method for producing a natural gas hydrate according to claim 1 or 2, wherein unreacted water inside the production vessel is sucked up and sprayed on a gas phase inside the production vessel. It is characterized by doing.
[0012]
In the present invention, the concentration of natural gas hydrate inside the production vessel can be increased by sucking up the unreacted water inside the production vessel and spraying it on the gas phase inside the production vessel.
[0013]
The natural gas hydrate generating system according to claim 4, wherein the natural gas hydrate is generated by reacting the natural gas with the raw water inside the generating vessel, and a dehydrating means for dehydrating the generated natural gas hydrate. A natural gas hydrate generation system comprising:
A surplus water return path for directly returning surplus water separated by the dehydrating means to the production container is provided.
[0014]
The natural gas hydrate generation system according to claim 5 is the natural gas hydrate generation system according to claim 4, wherein a raw water circulation path for sucking raw water inside the production container and spraying the raw water into a gas phase inside the production container is provided. It is characterized by having.
[0015]
In the present invention, by concentrating the raw water containing the natural gas hydrate, the amount of the natural gas hydrate captured during the dehydration increases. In addition, concentrated water containing approximately the same amount of natural gas hydrate as the amount of natural gas hydrate produced per unit time in the production vessel is extracted from the production vessel every unit time and dewatered, so that natural gas hydrate is produced. Generation and dehydration can be performed continuously without interruption.
[0016]
It has been found that the surplus water separated from the concentrated water in the dehydration step contains a considerable amount of a small component of the natural gas hydrate that has not been trapped. Therefore, in the present invention, the generated natural gas hydrate is not wasted by directly returning the surplus water separated from the concentrated water in the dehydration step to the production vessel.
[0017]
In the present invention, the concentration of natural gas hydrate inside the production vessel can be increased by sucking up the unreacted water inside the production vessel and spraying it on the gas phase inside the production vessel.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a specific apparatus configuration of a natural gas hydrate generation system according to the present invention. In the figure, 11 is a production reactor for producing natural gas hydrate by reacting natural gas and raw water at a temperature higher than the freezing point and at a pressure higher than the atmospheric pressure, and 12 is a device for physically producing the natural gas hydrate. A screw press type dehydrator 13 for dehydrating to a twin screw type dehydrator for generating natural gas hydrate by reacting the residual moisture contained in natural gas hydrate with natural gas during or after dehydration; Screw conveyor type cooling device for cooling the generated natural gas hydrate, 15 is a valve switching type decompression device for reducing the pressure of the cooled natural gas hydrate to atmospheric pressure, and 16 is pressurization for forming and solidifying the natural gas hydrate. It is a press molding device. Reference numeral 17 denotes a water storage tank for storing water as a raw material, reference numeral 18 denotes a gas field for producing natural gas also for the raw material, and reference numeral 19 denotes a gas storage unit for storing natural gas produced from the gas field 18.
[0019]
The production reactor 11 has a pressure vessel (production vessel) 20. The pressure vessel 20 is connected to a water pipe 21 for introducing raw water in the water storage tank 17 and a gas pipe 22 for introducing natural gas in the gas storage unit 19. The water pipe 21 is provided with a water pump 23 that sucks up the raw water and introduces the raw water into the pressure vessel 20, and a valve 24. Raw water is introduced into the pressure vessel 20 to form an aqueous phase L, and natural gas is introduced into the pressure vessel 20 to form a gas phase G.
[0020]
Further, the pressure vessel 20 is provided with a pressure gauge 25 for measuring the pressure of the gas phase G, and the gas pipe is provided with a valve 26 and a flow control valve 27. The opening degree of the flow rate control valve 27 is set so that natural gas is replenished inside the pressure vessel 20 based on the measurement value of the pressure gauge 25 to maintain the pressure of the gas phase G at the gas hydrate generation pressure (for example, 5.0 MPa). Controlled.
[0021]
The pressure vessel 20 is provided with a cooling device 28 that keeps the temperature of the aqueous phase L higher than the freezing point and lower than the generation temperature of the gas hydrate (this state is defined as “supercooling”). I have. The reason why the inside of the pressure vessel 20 is kept in a supercooled state by the cooling device 28 is that the heat of hydration generated in the process of generating the natural gas hydrate is recovered, and the inside of the pressure vessel 20 is always kept at the generation temperature (for example, 4. (0 ° C. to 6.0 ° C.).
[0022]
The pressure vessel 20 is connected to a water pipe 30 that connects the bottom and the top to circulate the raw water. In the water pipe 30, a water circulation pump 31 that sucks up and circulates the raw water in the aqueous phase L, a heat exchanger 32 that cools the raw water sucked up by the water circulation pump 31, a filter 33 that transmits only the raw water, Valves 34 and 35 are provided. At the tip of the water pipe 26 projecting inward from the top of the pressure vessel 20, a spray nozzle 36 for spraying raw water into the gas phase G is provided (the water pipe 30, the water circulation pump 31, the spray nozzle 36). Constitutes a raw water circulation means).
[0023]
The side wall of the pressure vessel 20 is provided with a slurry outlet 20a for extracting a slurry-like natural gas hydrate generated on the liquid surface of the aqueous phase L, and the pressure vessel 20 is connected to the slurry outlet 20a. The slurry press 37 is connected to the screw press type dehydrator 12 via a slurry pipe 37. The slurry pipe 37 is provided with a valve 38 and a slurry extraction pump 39 for sucking slurry floating on the liquid surface of the aqueous phase L.
[0024]
The screw press type dewatering device 12 includes a container body 40 having a cylindrical internal space 40a, and a shaft body 41 having a spiral ridge 41a on a side surface and arranged in the internal space 40a. At an end of the container body 40, an intake port 40b for introducing the natural gas hydrate produced in the form of slurry in the production reactor 11 into the internal space 40a is provided. The above-described slurry pipe 37 is connected to the intake port 40b.
[0025]
The container body 40 has a double structure of an inner wall 40c forming an inner space 40a and a housing 40d forming an outer shell. The inner wall 40c is mesh-processed, and filtered water accumulated inside the housing 40d. Is provided with a drain port 40e for discharging water. The housing 40d is directly connected to the pressure vessel 20 via a water pipe (excess water return path) 44 connected to the drain port 40e. The water pipe 44 is provided with a water pump 45 for introducing discharged water into the pressure vessel 20 and a valve 46.
[0026]
The shaft body 41 is arranged so that the protruding ridge portion 41a is close to the inner surface of the internal space 40a, and is supported so as to be rotatable in a predetermined direction about its own axis. At the end of the container body 40, an outlet 40f for taking out the natural gas hydrate conveyed by the rotation of the shaft body 41 is provided. The container body 40 is connected to the subsequent twin screw type dehydrator 13 via a hydrate pipe 43 connected to an outlet 40f.
[0027]
The twin-screw dewatering device 13 includes a container body 50 having a cylindrical internal space 50a having an elliptical cross section, and spiral ridges 51a and 52a on the side surface. And two shafts 51 and 52 for conveying the natural gas hydrate while rotating. At the tip of the container body 50, an inlet 50b for taking in natural gas hydrate physically dehydrated in the screw press type dehydrator 12 is provided. The hydrate pipe 43 described above is connected to the intake port 50b.
[0028]
The shaft bodies 51 and 52 are arranged in parallel with each other, and are arranged so that the respective ridges 51a and 52a are overlapped when viewed from the axial direction. Further, each of the ridges 51a, 52a is arranged close to the inner surface of the internal space 50a, and is supported rotatably about its own axis. The rotation directions of the two shafts may be the same or different.
[0029]
At the end of the container 50, an outlet 50c for taking out the gas hydrate conveyed by the rotation of the shafts 51 and 52 is provided. The outlet 50c is connected via a hydrate pipe 54 to the screw conveyor type cooling device 14 at the subsequent stage. A gas supply hole 50d for supplying natural gas to the internal space 50a is provided on a side surface of the container body 50 near the outlet 50c. The gas supply hole 50d is connected to the gas storage unit 19 via a gas pipe 55 branched from the gas pipe 22. The gas pipe 55 is provided with a valve 56 and a flow control valve 57. On the other hand, a pressure gauge 58 for detecting the pressure of the internal space 50a is installed in the container body 50 near the inlet 50b, and the opening degree of the flow control valve 57 is determined based on the measurement value of the pressure gauge 58. Is controlled so that the internal pressure is always maintained at the generation pressure (for example, 5.0 MPa).
[0030]
The screw press type dewatering device 12 and the twin screw type dewatering device 13 are provided with a cooling device (not shown) for keeping the inside of the internal spaces 40 and 50 in the above-mentioned supercooled state.
[0031]
The screw conveyor type cooling device 14 includes a container body 60 having a cylindrical internal space 60a, and a shaft body 61 having a spiral ridge 61a on the side surface and arranged in the internal space 60a. At the tip of the container body 60, an intake port 60b for introducing the natural gas hydrate hydrated and dehydrated by the twin screw dehydrator 13 into the internal space 60a is provided. The hydrate pipe 54 described above is connected to the intake 60b. The shaft 61 is arranged with the protruding ridge 61a close to the inner surface of the internal space 60a, and is supported so as to be rotatable in a predetermined direction about its own axis. At the end of the container body 60, an outlet 60c for taking out the natural gas hydrate conveyed by the rotation of the shaft body 61 is provided. The outlet 60c is connected via a hydrate pipe 63 to the downstream valve switching type pressure reducing device 15.
[0032]
The container body 60 has a double structure of an inner wall 60d forming an inner space 60a and a housing 60e forming an outer shell, and a side surface of the housing 60e close to the outlet 60c has a gap with the inner wall 60d. A coolant inlet 60f for introducing the coolant is provided, and a coolant outlet 60g for leading the coolant is provided on a side surface of the housing 60e near the inlet 60b. A refrigerant pipe 65 connecting the refrigerant inlet 60f and the refrigerant outlet 60g is connected to the container body 60, and the refrigerant pipe 65 is provided with a refrigerant circulation pump 66 and a heat exchanger 67. The refrigerant is cooled by the heat exchanger 66, flows into the gap between the inner wall 60d and the housing 60e through the refrigerant pipe 65, and the dehydrated natural gas hydrate does not decompose even at low pressure. (.Degree. C. to -15.degree. C.).
[0033]
The valve switching type decompression device 15 includes two valves 71 and 72 provided in series with the hydrate pipe 63. The two valves 71 and 72 are arranged apart from each other, the hydrate pipe 63 passing through the valve 72 at the subsequent stage is open to the atmosphere, and the pressure press molding device 16 is provided at the subsequent stage. The press press molding apparatus 16 includes a fixed wall portion 75 and a plate 76 driven to be able to approach and separate from the wall portion 75.
[0034]
Generation of natural gas hydrate by the generation system configured as described above will be described.
First, raw water is introduced into the pressure vessel 20 from the water storage tank 17 to form an aqueous phase L. At the same time, natural gas is introduced into the pressure vessel 20 from the gas storage unit 19, and the pressure of the gas phase G is increased to the gas hydrate generation pressure. In addition, a stabilizer may be added to the raw water forming the aqueous phase L, if necessary. Next, the temperature of the aqueous phase L is cooled to a supercooled state, and thereafter, temperature management is performed so that this state is maintained.
[0035]
When the state of the temperature and pressure in the pressure vessel 20 is stabilized, a part of the raw water forming the aqueous phase L is withdrawn from the bottom of the pressure vessel 20 through the water pipe 30 and cooled again by the heat exchanger 32. Spray from 36 into the gas phase G. Water particles sprayed from the spray nozzle 36 fall toward the aqueous phase L while floating in the gas phase G. By forming a large amount of water particles in the gas phase G, the surface area of the water particles existing in the gas phase G, that is, the contact area with the natural gas forming the gas phase G becomes extremely large. On the surface of the water particles, a hydration reaction between water and natural gas occurs, and natural gas hydrate is generated. At this time, the flow rate of the raw water sprayed from the spray nozzle 36 through the water pipe 30 per hour is 1 m 3 / h, and the amount of the natural gas hydrate generated per hour by the spray of the raw water is 0.02 m. 3 / h.
Since the temperature in the pressure vessel 20 is controlled to be higher than the freezing point, the raw water forming the aqueous phase L and the sprayed water particles do not freeze.
[0036]
The natural gas hydrate generated on the surface of the water particles falls as it is, and falls on the liquid surface of the aqueous phase L to form a natural gas hydrate layer. At first, only the production reactor 11 is operated, and the ratio of the natural gas hydrate contained in the raw water in the pressure vessel 20 is gradually increased by repeating the circulation of the raw water through the water pipe 30. For example, if the amount of the pressure vessel 20 inside of the raw water is 1 m 3, approximately five times the natural gas hydrate contained in the pressure vessel 20 inside the raw water 1 m 3 by performing the production continued for 5 hours, 0.10 m It becomes about three, and the concentration of the raw water in the pressure vessel 20 is increased five times.
[0037]
When the natural gas hydrate contained in the raw water is concentrated, the operation of the devices after the screw press type dewatering device 12 is started. The concentrated water in the pressure vessel 20 is extracted from the slurry outlet 20 a and sent to the screw press type dewatering device 12 through the slurry pipe 37. At this time, assuming that the flow rate per hour of the concentrated water (slurry natural gas hydrate) sent to the screw press type dewatering device 12 is 0.2 m 3 / h, it is compared with the raw water in the pressure vessel 20. Since the concentration is increased five times, the amount of the natural gas hydrate sent to the screw press type dewatering device 12 per hour is 0.02 m 3 / h, and the amount of the natural gas hydrate generated per hour Of natural gas hydrate of 0.02 m 3 / h.
[0038]
The concentrated water sent to the screw press type dewatering device 12 is stored in the internal space 40a through the inlet 40b, is conveyed in the axial direction by the rotation of the shaft body 41, and is physically dewatered by being pressurized in the process. However, the natural gas hydrate contained in the concentrated water is more likely to be trapped as the concentration is higher and the flow rate is lower. Naturally, the higher the concentration, the easier it is to be trapped. Of course, if the flow rate is small, the kinetic energy of the raw water passing through the mesh is small, so natural gas that permeates the mesh and is pushed out of the mesh accompanying the raw water Hydrate is also reduced.
[0039]
The excess water separated from the natural gas hydrate still contains a great deal of natural gas hydrate. Then, the surplus water is collected inside the housing 40d through the mesh of the inner wall 40c, discharged from the drain 40e, and introduced again into the pressure vessel 20 through the water pipe 44.
[0040]
On the other hand, the natural gas hydrate that has undergone the physical dehydration is taken out of the screw press type dehydrator 12 through the outlet 40f and sent to the twin screw type dehydrator 13 through the hydrate pipe 43.
[0041]
The natural gas hydrate sent to the twin-screw dehydrator 13 is accommodated in the internal space 50a through the inlet 50b, and is conveyed in the axial direction by the rotation of the shafts 51 and 52. The remaining water in the process comes into contact with the natural gas supplied to the internal space 50a, and is cooled while being stirred while reacting the remaining water with the natural gas to hydrate.
[0042]
The natural gas hydrate contained in the internal space 50a is dehydrated by hydrating most of the remaining water with the unhydrated natural gas before reaching the outlet 50c, and as a result, the natural gas hydrate is dehydrated. Increase the amount of itself. The natural gas hydrate having undergone the hydration dehydration is taken out of the twin-screw dehydrator 13 through the outlet 50c, and sent into the screw conveyor-type cooling device 14 through the hydrate pipe 54.
[0043]
The natural gas hydrate sent to the screw conveyor type cooling device 14 is housed in the internal space 60a through the inlet 60b, and is conveyed in the axial direction by the rotation of the shaft 61, and in the process, the refrigerant circulates inside the container 60. Cooled by. The natural gas hydrate cooled to a low temperature below the freezing point is taken out of the screw conveyor type cooling device 14 through the outlet 60f and sent to the valve switching type pressure reducing device 15 through the hydrate piping 63.
[0044]
The valve switching type pressure reducing device 15 opens the upstream valve 71 and closes the downstream valve 72 to receive natural gas hydrate. Since natural gas hydrate accumulates between the valves 71 and 72, the valve 71 is closed when a certain amount is reached, and then the valve 72 is opened to reduce the natural gas hydrate between the valves 71 and 72 to atmospheric pressure. . The natural gas hydrate that has been depressurized is taken out of the valve switching type depressurizing device 15 and sent to the press press forming device 16.
[0045]
The natural gas hydrate fed into the press-molding apparatus 16 is pressed and solidified by the plate 76 against the wall 75. The molded and solidified natural gas hydrate is stored in a dedicated transport container (not shown), and stored and transported.
[0046]
In the natural gas hydrate generation system configured as described above, the amount of the natural gas hydrate captured during dehydration is reduced by concentrating the raw water containing the natural gas hydrate inside the pressure vessel 20. As a result, the amount of natural gas that can be taken out as a solid can be increased. Further, concentrated water containing substantially the same amount of natural gas hydrate as natural gas hydrate generated in the pressure vessel 20 per unit time is withdrawn from the pressure vessel 20 per unit time and dehydrated, whereby natural gas is dehydrated. Since hydrate generation and dehydration can be performed continuously without interruption, natural gas hydrate can always be generated stably.
[0047]
Further, by returning the excess water separated from the concentrated water by the dehydrator directly to the pressure vessel 20, natural gas hydrate not captured by the dehydrator returns to the pressure vessel 20 without being decomposed. Natural gas hydrate is not wasted, and the production efficiency is improved.
[0048]
The values of the flow rate, the natural gas hydrate amount, the amount of raw water in the pressure vessel 20, and the like shown in the present embodiment are merely examples, and may differ depending on the specifications and operating conditions of each device. For example, the flow rate per hour of concentrated water fed to the screw press type dewatering device 12 preferably takes any value of 0.1m 3 /h~0.3m 3 / h to 0.2 m 3 / h as the best obtain.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by concentrating the raw water containing the natural gas hydrate inside the production vessel, the amount of the natural gas hydrate trapped during the dehydration increases, and as a result, It is possible to increase the amount of natural gas that can be taken out as a solid material. In addition, natural gas hydrate is obtained by extracting concentrated water containing the same amount of natural gas hydrate as natural gas hydrate generated per unit time inside the production vessel from the production vessel every unit time and dewatering. The production and dehydration can be continuously and continuously performed, so that natural gas hydrate can always be produced stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a specific device configuration of a natural gas hydrate generation device of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Production reaction device (production means)
12 Screw press type dewatering device (dewatering means)
20 Pressure vessel (generation vessel)
30 Water piping 31 Water circulation pump 36 Spray nozzle 44 Water piping (return path for surplus water)
