JP2005075950A - Process for producing clathrate hydrate of natural gas and apparatus for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は天然ガスの包接水和物の製造方法及び製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing natural gas clathrate hydrate.
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種々の方法が提案されているが、近年、天然ガスを包接水和物(Clathrate Hydrate:ハイドレート)に変換して貯蔵・輸送する方法が提案されている。天然ガスの包接水和物は高圧低温環境下(例えば1〜10MPa、0〜10℃)で天然ガスと水とを反応させ、メタン等の分子が複数の水分子により形成された立体籠型の包接格子の中に入り込むことで生成される。生成された包接水和物は大気圧低温環境下(約0.1MPa、−15℃〜−30℃程度)に減圧された後、貯蔵・輸送される。前記大気圧低温環境下におけるある質量の天然ガスを含む包接水和物の体積はこれと同じ質量の気体状態の天然ガスの約100〜180分の1であり、体積が小さいこと、化合物の安定に極低温を必要としないことから、包接水和物は貯蔵・輸送用の形態として有効である。 Various methods have been proposed for storing and transporting natural gas mainly composed of hydrocarbons such as methane. Recently, natural gas has been converted to clathrate hydrate (Clathrate Hydrate). A method of storing and transporting has been proposed. Natural gas clathrate hydrate is a three-dimensional cage formed by reacting natural gas and water in a high pressure and low temperature environment (for example, 1 to 10 MPa, 0 to 10 ° C.), and a molecule such as methane is formed by a plurality of water molecules. It is generated by entering the inclusion grid. The clathrate hydrate produced is depressurized under an atmospheric pressure and low temperature environment (about 0.1 MPa, about −15 ° C. to −30 ° C.), and then stored and transported. The volume of clathrate hydrate containing a certain mass of natural gas under the atmospheric pressure and low temperature environment is about 100 to 180 times smaller than that of the natural gas in the gaseous state with the same mass, and the volume of the compound is small. Since a cryogenic temperature is not required stably, clathrate hydrate is effective as a form for storage and transportation.
上述したように、天然ガスの包接水和物の生成工程は高圧環境下で行われ、生成された包接水和物は貯蔵・輸送されるに際し大気圧環境下まで減圧される。ここで、急速な減圧処理は包接水和物の分解を招くおそれがあるため、生成された包接水和物の雰囲気圧力を制御しつつ減圧する必要がある。下記文献には、タンクにガス(天然ガス)を高圧に充填し、このタンクに包接水和物を投入した後、タンク内のガスを排出することにより包接水和物を減圧環境下とする技術が記載されている。
ところで、上述した従来技術には以下に述べる問題が生じる。
包接水和物をタンク内に投入する際にガスを用いてタンクを高圧に設定しようとすると、ガスは圧縮性流体であるため多量のガスを必要とする。例えば、タンクを高圧にするために必要なガスはタンクの容積の数十倍であり、多大なガス圧縮動力を必要とし、タンクに多量のガスを充填して高圧にするための設備(大型ポンプなど)が必要となる。そして、高圧のタンクを減圧する際には、多量のガスをタンクから排出することになり、エネルギー損失が大きくなる。用いられるガスは通常、包接水和物の生成工程と同じ天然ガスであり、システム全体として効率が低くなる。
By the way, the following problems occur in the above-described conventional technology.
If an attempt is made to set the tank to a high pressure using a gas when the clathrate hydrate is introduced into the tank, the gas is a compressible fluid and requires a large amount of gas. For example, the gas required to increase the pressure of the tank is several tens of times the volume of the tank, requires a large amount of gas compression power, and equipment for filling the tank with a large amount of gas to increase the pressure (large pump Etc.) is required. When decompressing the high-pressure tank, a large amount of gas is discharged from the tank, resulting in a large energy loss. The gas used is usually the same natural gas as the clathrate hydrate production process, which reduces the efficiency of the entire system.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、生成した包接水和物を減圧環境下にする場合、エネルギー損失を抑えて効率良く包接水和物を取り出すことができる天然ガスの包接水和物の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when the produced clathrate hydrate is put under a reduced pressure environment, the natural clathrate hydrate can be efficiently taken out while suppressing energy loss. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a clathrate hydrate of gas.
上記の課題を解決するため、本発明の天然ガスの包接水和物の製造方法は、天然ガスと水とを反応させ天然ガスの包接水和物を生成する生成工程と、前記生成工程で生成された包接水和物を、所定の液体が満たされ第1の圧力に設定されている容器に投入する投入工程と、前記包接水和物が投入された前記第1の圧力に保持されている前記容器のうち該容器外部に通じる流路を塞止した状態で該容器内の液体の一部及び減圧により発生する該液体に溶存しているガスを該容器外に排出し該容器内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定する減圧工程と、前記第2の圧力に設定された前記容器から前記包接水和物を取り出す取り出し工程とを有することを特徴とする。
本発明の天然ガスの包接水和物の製造装置は、天然ガスと水とを反応させ天然ガスの包接水和物を生成する包接水和物生成装置と、所定の液体が満たされ第1の圧力に設定されている収容装置と、前記収容装置と前記第1の圧力に設定された包接水和物生成装置との間の流路を塞止弁で仕切り、前記包接水和物が投入された前記収容装置を独立した圧力系統にした状態で、該収容装置の液体の少なくとも一部または該液体に加えて該液体に溶存するガスを該収容装置外に排出し該収容装置内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定する減圧装置と、前記第2の圧力に設定された前記収容装置から前記包接水和物を取り出す取り出し装置とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a method for producing a clathrate hydrate of natural gas according to the present invention includes a generation step of reacting natural gas with water to generate a clathrate hydrate of natural gas, and the generation step. A charging step of charging the clathrate hydrate produced in
An apparatus for producing a clathrate hydrate of natural gas according to the present invention includes a clathrate hydrate generator for reacting natural gas and water to produce a clathrate hydrate of natural gas, and a predetermined liquid. Partitioning the flow path between the storage device set at the first pressure and the storage device and the clathrate hydrate generating device set at the first pressure with a blocking valve; In a state where the storage device into which the Japanese product has been put is made into an independent pressure system, at least a part of the liquid in the storage device or a gas dissolved in the liquid in addition to the liquid is discharged out of the storage device and stored. A pressure reducing device for setting the inside of the device to a second pressure lower than the first pressure, and a take-out device for taking out the clathrate hydrate from the storage device set to the second pressure. And
本発明によれば、容器(収容装置)に充填する流体を非圧縮性流体である液体としたことにより、容器に満たす液体の量を容器の容積に対して僅かに(容器の容積に対して数%)増やすだけで、すなわち、わずかな動力エネルギーで高圧にすることができる。そして、この高圧にした容器に包接水和物を投入後、容器から僅かの量の液体を排出するだけで減圧することができる。したがって、エネルギー損失を抑えて効率良く包接水和物を取り出すことができる。 According to the present invention, the fluid that fills the container (accommodating device) is a liquid that is an incompressible fluid, so that the amount of liquid that fills the container is slightly smaller than the volume of the container (relative to the volume of the container). It can be increased to a high pressure with only a small amount of power energy. Then, after the clathrate hydrate is introduced into the high-pressure container, the pressure can be reduced only by discharging a small amount of liquid from the container. Therefore, the clathrate hydrate can be taken out efficiently while suppressing energy loss.
ここで、用いる液体は、天然ガスの包接水和物の分解性状に影響が無いもの、つまり包接水和物を分解する特性を有さないものが好ましい。また、低温下で扱われるため低凝固点(例えば−30℃以下)である物質が好ましい。更に、天然ガスの溶存量が少ない(天然ガスが溶け込みにくい)物質、つまり高分子量な物質が好ましい。また、蒸発して天然ガスと同伴しないように高沸点な物質が好ましい。このような観点から、用いる液体としては、例えばケロシンが好ましい。 Here, the liquid to be used is preferably a liquid that does not affect the decomposition properties of the clathrate hydrate of natural gas, that is, a liquid that does not have a property of decomposing the clathrate hydrate. A substance having a low freezing point (for example, −30 ° C. or lower) is preferable because it is handled at a low temperature. Further, a substance in which the dissolved amount of natural gas is small (natural gas is difficult to dissolve), that is, a high molecular weight substance is preferable. A substance having a high boiling point is preferred so that it does not evaporate and accompany natural gas. From such a viewpoint, as the liquid to be used, for example, kerosene is preferable.
本発明の天然ガスの包接水和物の製造方法において、前記取り出し工程は、前記容器に液体を供給しつつ取り出すことを特徴とする。これによれば、容器内は供給された液体により洗浄されることになるので、容器内における包接水和物の残存を抑えることができる。 In the method for producing a clathrate hydrate of natural gas according to the present invention, the removing step is characterized in that the container is taken out while supplying a liquid. According to this, since the inside of the container is washed with the supplied liquid, it is possible to suppress the clathrate hydrate remaining in the container.
本発明の天然ガスの包接水和物の製造方法において、前記取し出し工程は、前記包接水和物とともに前記液体を取り出し、この取り出しの妨げにならない様に該取り出し容積に応じた容積の液体及び取り出し先であるスラリータンクの気相部分のガスを前記容器の上部に戻すことを特徴とする。これによれば、容器から取り出された取り出し物とほぼ同量の液体あるいはガスを容器に供給することにより、包接水和物を円滑に取り出すことができる。すなわち、容器の上部にガスを供給しなければ、容器の上部は容器内の液柱にかかる重力による減圧・真空状態となり包接水和物(スラリー)の排出に必要な勢いの良い流れを得られなくなるが、容器の内容物の排出先であるスラリータンクの気相部分のガスを容器の上部に導くことにより、重力を最大限に利用した勢いの良い流れを実現できる。 In the method for producing a clathrate hydrate of natural gas according to the present invention, the take-out step takes out the liquid together with the clathrate hydrate, and a volume corresponding to the take-out volume so as not to hinder the take-out. The liquid and the gas in the gas phase portion of the slurry tank as the take-out destination are returned to the upper part of the container. According to this, the clathrate hydrate can be smoothly taken out by supplying substantially the same amount of liquid or gas as the taken-out matter taken out from the container. In other words, if no gas is supplied to the upper part of the container, the upper part of the container is in a reduced pressure and vacuum state due to gravity applied to the liquid column in the container, and a high flow rate necessary for discharging clathrate hydrate (slurry) is obtained. Although it will not be possible, a gas flow in the gas phase part of the slurry tank to which the contents of the container are discharged is guided to the upper part of the container, so that a vigorous flow utilizing the gravitational force can be realized.
本発明の天然ガスの包接水和物の製造装置において、前記収容装置に前記液体を供給して該収容装置の圧力を調整する加圧装置を備えることを特徴とする。これによれば、収容装置から液体が排出された後も、収容装置内を所定の圧力に設定できる。 The apparatus for producing clathrate hydrate of natural gas according to the present invention is characterized by comprising a pressurizing device for supplying the liquid to the housing device and adjusting the pressure of the housing device. According to this, even after the liquid is discharged from the storage device, the inside of the storage device can be set to a predetermined pressure.
本発明の天然ガスの包接水和物の製造装置において、前記収容装置の上部に流路を介して接続する第2収容装置を備え、前記液体は前記流路及び前記第2収容装置の一部に満たされていることを特徴とする。これによれば、流路を介して第2収容装置の下部に配置されている収容装置は液体で全部を完全に満たされ、実質的にガス相が存在しない状態となる。また、2つの収容装置を設けたことにより、上部の第2収容装置を包接水和物の生成工程と同じ第1の圧力に常時設定しておくことにより、この第2収容装置で生成装置からの包接水和物を常時受け取ることができる。そして、下部に設けられた収容装置の圧力を、第1の圧力と第2の圧力との間で圧力調整することにより、収容装置は、第2収容装置による包接水和物の受け取り動作とは独立した排出操作を効率良く行うことができる。 The natural gas clathrate hydrate manufacturing apparatus of the present invention includes a second storage device connected to an upper portion of the storage device via a flow path, and the liquid is one of the flow path and the second storage device. It is characterized by being filled with a part. According to this, the storage device arranged at the lower part of the second storage device via the flow path is completely filled with the liquid, and the gas phase is substantially absent. In addition, by providing two storage devices, the upper second storage device is always set to the same first pressure as in the clathrate hydrate generation step, so that the second storage device can generate the generation device. You can receive clathrate hydrate from all the time. Then, by adjusting the pressure of the storage device provided in the lower portion between the first pressure and the second pressure, the storage device can receive clathrate hydrate by the second storage device. Can perform an independent discharge operation efficiently.
本発明の天然ガスの包接水和物の製造装置において、前記収容装置から液体または溶存ガスを該収容装置外部に排出し圧力を低下する場合において、この排出ガスを2段もしくは3段の圧力段階に分け、その各段階毎に準備した蓄圧槽に蓄積し、後に前記収容装置を加圧する際に、前記蓄圧槽に蓄積したガスを利用することを特徴とする。これによれば、蓄積しておいたガスを収容装置の加圧溶ガスとして利用することで外部からのガスの供給動力の節約を図ることができる。 In the natural gas clathrate hydrate manufacturing apparatus according to the present invention, when the pressure is lowered by discharging a liquid or dissolved gas from the storage device to the outside of the storage device, the exhaust gas is discharged in two or three stages. It is divided into stages, accumulated in a pressure accumulating tank prepared for each stage, and the gas accumulated in the pressure accumulating tank is used when pressurizing the storage device later. According to this, it is possible to save the supply power of the gas from the outside by using the accumulated gas as the pressurized dissolved gas of the storage device.
なお、上記第1の圧力は包接水和物生成工程の圧力であり、第2の圧力は大気圧である。また、第2の圧力の設定は、大気に開放する動作を含む。 The first pressure is the pressure in the clathrate hydrate generation step, and the second pressure is atmospheric pressure. The setting of the second pressure includes an operation of opening to the atmosphere.
圧力容器(収容装置)に充填する流体を非圧縮性流体である液体としたことにより、容器に満たす液体の量を容器の容積に対して僅かに増やすだけで容器内を高圧に設定できる。そして、高圧に設定された容器に包接水和物を投入後、容器から僅かの量の液体を排出するだけで減圧処理できる。したがって、エネルギー損失を抑えて効率良く包接水和物を取り出すことができる。 By using a liquid that is an incompressible fluid as the fluid filled in the pressure vessel (accommodating device), the inside of the vessel can be set to a high pressure only by slightly increasing the amount of the liquid filling the vessel with respect to the volume of the vessel. Then, after the clathrate hydrate has been put into the container set to a high pressure, the depressurization treatment can be performed by simply discharging a small amount of liquid from the container. Therefore, the clathrate hydrate can be taken out efficiently while suppressing energy loss.
以下、本発明の天然ガスの包接水和物の製造装置について図面を参照しながら説明する。図1は包接水和物の生成システム(包接水和物生成装置)を示す模式図、図2は生成された包接水和物を減圧して取り出す取り出しシステムを示す模式図である。
図1において、生成システム1は、天然ガス及び水を反応させる反応器2と、反応器2を冷却する冷却ジャケット3と、反応器2で生成された生成物を気相と液相・固相とに分離する気液分離槽4と、気液分離槽4で分離された液相・固相の分離物をさらに液相と固相とに分離する反応生成物分離槽5とを備えている。反応器2は円柱形状を有し、冷却ジャケット3は反応器2を取り囲む環筒形状を有している。反応器2内部には、天然ガス及び水を攪拌する攪拌装置及び反応器2の内壁に付着している生成物を掻き取る掻取装置が設けられている。
The natural gas clathrate hydrate production apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a clathrate hydrate production system (clathrate hydrate production apparatus), and FIG. 2 is a schematic view showing a take-out system for taking out the produced clathrate hydrate under reduced pressure.
In FIG. 1, a
反応器2には、天然ガスを反応器2内に供給する天然ガス供給管11と、水を反応器2内に供給する水供給管12と、反応器2から天然ガスの包接水和物、未反応の天然ガス、及び未反応の水の混合物を吐き出す吐出管13とが設けられている。吐出管13は気液分離槽4に接続している。気液分離槽4には、そこで分離された気体すなわち天然ガスを反応器2に供給する天然ガス戻し管14と、分離された気体以外を反応生成物分離槽5に供給する配管15とが設けられている。天然ガス戻し管14の途中には未反応天然ガスを送り込む未反応天然ガス循環コンプレッサー16が設けられている。
The
反応生成物分離槽5には、分離された液体すなわち水を反応器2へ供給する水戻し管17と、分離された反応生成物である天然ガスの包接水和物を吐き出す反応生成物吐出管18とが設けられている。水戻し管17は反応器2に接続しており、水戻し管17の途中には未反応水循環ポンプ19が設けられている。また、天然ガス戻し管14は天然ガス供給管11と接続されており、水戻し管17は水供給管12と接続している。
In the reaction
次に、上記の構成からなる生成システム1の動作について説明する。
まず、冷却ジャケット3により反応器2の内部が一定の温度(例えば5℃)に保たれ、この状態で、天然ガスが天然ガス供給管11から反応器2に供給されるとともに、水が水供給管12から反応器2に供給される。この際、反応器2の内部が一定の圧力(例えば2MPa)となるように天然ガスの供給量が調整される。所定の温度及び圧力に保たれた反応器2内に天然ガス及び水が導入されることで天然ガスと水とが接触して反応し、包接水和物が生成される。
Next, the operation of the
First, the inside of the
生成された包接水和物は、未反応の天然ガスと水とが混在した混合物として反応器2の外部へ吐き出される。吐き出された混合物は吐出管13を介して気液分離槽4へ供給され、気液分離槽4は未反応天然ガスと未反応水及び天然ガスの包接水和物とに分離する。分離された未反応水及び天然ガスの包接水和物は配管15を介して反応生成物分離槽5へと供給される。ここで、配管15を搬送される物質は包接水和物と未反応水との混合物であるスラリー体である。以下、配管15を搬送される分離物を「第1スラリー体」と称する。反応生成物分離槽5は供給された第1スラリー体を液相と固相とに分離する。反応生成物分離槽5で分離された液相は、未反応水として水戻し管17により未反応水循環ポンプ19を介して反応器2へと供給される。また、気液分離槽4で分離された未反応天然ガスは天然ガス戻し管14により未反応天然ガス循環コンプレッサー16を介して反応器2へ供給される。
The produced clathrate hydrate is discharged out of the
一方、反応生成物分離槽5で分離された固相は、未反応水の中に懸濁した包接水和物のスラリー体であり、反応生成物吐出管18に送られる。すなわち、反応生成物吐出管18には未反応水を同伴した包接水和物が送られる。以下、反応生成物吐出管18を搬送される分離物を「第2スラリー体」と称する。第2スラリー体には未反応水が例えば50%程度含まれている。反応生成物吐出管18の途中には濾過装置19が設けられている。第2スラリー体に含まれる未反応水は濾過装置19により分離される。濾過装置19により第2スラリー体に含まれる未反応水は例えば10%程度にまで低減される。なお、濾過装置の代わりに遠心分離器を設けてもよい。以下、濾過装置19により未反応水を低減されたスラリー体を「第3スラリー体」と称する。第3スラリー体は不図示の反応器により、反応器2における水和反応と同じ条件で反応される。すなわち、第3スラリー体は不図示の反応器において天然ガス雰囲気の加圧下に置かれる。生成された水和物は混練されながら冷却され、高いレベルの天然ガス量を有する包接水和物として、吐出管8を介して、図2に示す取り出しシステム20の上部ホッパ21へ送られる。
On the other hand, the solid phase separated in the reaction
図2は生成システム1で生成された包接水和物を取り出す取り出しシステムを示す模式図である。図2に示すように、取り出しシステム20は、上部ホッパ(第2収容装置)21と、上部ホッパ21の下部に設けられた下部ホッパ(容器、収容装置)22とを備えている。生成システム1で生成された包接水和物は上部ホッパ21に接続する第1流路23を介して上部ホッパ21に供給される。また、上部ホッパ21と下部ホッパ22とは第2流路24を介して接続されている。生成システム1から供給された包接水和物は、第1流路23、上部ホッパ21、及び第2流路24を介して下部ホッパ22に投入可能となっている。また、下部ホッパ22の下部には第3流路25が設けられており、第3流路25の下部にはスラリータンク26が配置されている。下部ホッパ22内の包接水和物は第3流路25を介してスラリータンク26に供給可能となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a take-out system for taking out the clathrate hydrate produced by the
下部ホッパ22の上部に設けられた第2流路24には塞止弁としての第1弁41が設けられており、下部ホッパ22の下部に設けられた第3流路25には塞止弁としての第2弁42が設けられている。第1弁41の開閉動作により第2流路24における包接水和物の流通が制御され、第2弁42の開閉動作により第3流路25における包接水和物の流通が制御される。すなわち、第1弁41を閉じることにより、生成システム1から供給される包接水和物は上部ホッパ21に蓄えられる。一方、第1弁41を開けて第2弁42を閉じることにより、生成システム1から供給される包接水和物は上部ホッパ21及び第2流路24を介して下部ホッパ22に蓄えられる。第2弁42を開けることにより、下部ホッパ22の包接水和物はスラリータンク26に供給される。
The
下部ホッパ22には、予め所定の液体LQが満たされている。この液体LQは、下部ホッパ22の全部と、第2流路24と、上部ホッパ21の一部に配置されている。すなわち、空間的に連続する上部ホッパ21、第2流路24、及び下部ホッパ22が予め液体LQで満たされている。液体LQには例えばケロシンまたはそれに類する媒体が用いられ、性状としては沸点が高く、蒸気圧が低く、流動点も低い分子量の大きい液状媒体が用いられる。この液体LQには、生成システム1から投入される包接水和物の分解性状に対して影響が無いか、または影響が少ない物質が選定される。また、液体LQとしては、低凝固点であるとともに、高分子量、高沸点な物質であり天然ガスの溶け込みが少ないことが望ましい。低温度で扱う限り、蒸発してその蒸気が天然ガスと同伴する量が支障をきたさない量であることが望ましい。更に、液体LQは包接水和物より密度が小さい(包接水和物より比重が小さい)。したがって、包接水和物は液体LQに沈降状態に保たれる。このため、ホッパを減圧するためにホッパ上部から液体及びガスを放出する際、包接水和物を同伴させることが無い。
The
下部ホッパ22の上部(頂部)には放圧用流路(減圧装置)27が設けられており、放圧用流路27には放圧弁(減圧装置)としての第3弁43が設けられている。そして、一端を下部ホッパ22に接続している放圧用流路27の他端は気液分離器(フラッシュドラム)28に接続されている。
A pressure relief flow path (pressure reduction device) 27 is provided on the upper part (top) of the
下部ホッパ22に液体LQ及び包接水和物が設けられている状態において、第3流路25の第2弁42を開けることにより、下部ホッパ22中の液体LQ及び包接水和物は第3流路25を介してスラリータンク26に供給される。ここで、スラリータンク26にはスクリーン(フィルタ)29が設けられており、包接水和物を濾し取るようにして、包接水和物と液体LQとを分離する。分離された包接水和物はスラリータンク26のスクリーン上部の空間26Aに配置され、分離された液体LQはスラリータンク26のスクリーン下部の空間26Bに配置される。
In a state where the liquid LQ and clathrate hydrate are provided in the
スラリータンク26の空間26Bには流路30の一端が接続されており、流路30の他端は下部ホッパ22に接続されている。流路30の途中には、下部ホッパ22に空間26Bの液体LQを供給して下部ホッパ22を加圧する加圧ポンプ(加圧装置)31が設けられている。また、流路30の途中には、流路30の液体LQの流通を制御する第4弁44が設けられている。なお、加圧ポンプ31は不図示の液体供給部からの液体LQを下部ホッパ22に供給して加圧することができる。
One end of the
また、スラリータンク26の空間26Bには流路32の一端が接続されており、流路32の他端は下部ホッパ22に接続されている。流路32の他端は下部ホッパ22の上部に接続されている。流路32の途中には、空間26B、及び不図示の液体供給部より下部ホッパ22に対して液体LQを供給する液体補充ポンプ33が設けられている。液体補充ポンプ33の液体供給動作により、処理によってホッパ内の液体量が減少しても、このホッパ内(上部、下部ホッパ、及び第2流路を含む)の液体量は所定量に維持される。流路32の途中には、流路32の液体LQの流通を制御する第5弁45が設けられている。
One end of the
スラリータンク26の空間26Aには流路34が接続されており、流路34の途中にはスラリーポンプ35が設けられている。スラリータンク26において分離され、空間26Aに配置されている包接水和物(スラリー)はスラリーポンプ35により流路34を介して、製品として取り出される。第3流路25、第2弁42、スラリータンク26、及び流路34に設けられたスラリーポンプ35により、下部ホッパ22から包接水和物を取り出す取り出し装置が構成される。
A
次に、上述した構成を有する取り出しシステム20により、生成システム1で生成された包接水和物を減圧して製品として取り出す方法について説明する。
まず、第1弁41が開けられ第2弁42が閉じられた状態で、図2に示すように、下部ホッパ22の全部、流路24、及び上部ホッパ21の途中位置まで液体LQが満たされる。すなわち、上部ホッパ21内において液体LQの液面が形成される。そして、生成システム1において例えば1〜10MPa、0〜10℃環境下(本実施形態では2MPa、5℃環境下)で生成された包接水和物が第1流路23を介して上部ホッパ21に連続的あるいは間欠的に投入される。包接水和物が投入されるに際し、上部ホッパ21及び下部ホッパ22は、上記生成システム1の生成工程と同じ圧力(第1の圧力)、すなわち、1〜10MPa程度(本実施形態では2MPa程度)の圧力環境下に予め設定されている。第1流路23から投入された包接水和物は液体LQ中を沈降し、上部ホッパ21及び第2流路24を移行後、下部ホッパ22の下部に沈積する。こうして、液体LQが満たされ第1の圧力に設定されている下部ホッパ22に包接水和物が投入される(投入工程)。
Next, a method of taking out the clathrate hydrate produced by the
First, with the
次いで、下部ホッパ22に所定量(例えば下部ホッパ22の容積の60〜70%程度)の包接水和物が沈積された時点で、停止していた液体補充ポンプ33が駆動される。この液体補充ポンプ33の駆動は、後述する下部ホッパ22の洗浄処理の準備である。このとき、第5弁45は閉じられている。また、加圧ポンプ31は停止している。なお、包接水和物を投入してから前記時点に達したかどうかは、包接水和物の単位時間あたりの生成量(生成速度)に基づいて判断される。下部ホッパ22に所定量の包接水和物が沈積されたと判断されたら、第1弁41が閉じられる。このとき、上部ホッパ21は第1の圧力に維持される。ここで、生成システム1(第1流路23)からは包接水和物が連続的に供給されており、この供給された包接水和物は上部ホッパ21に蓄えられることになる。
Next, when a predetermined amount (for example, about 60 to 70% of the volume of the lower hopper 22) of clathrate hydrate is deposited on the
第1弁41が閉じられたら、第3弁43が開けられる。ここで、第1弁41を閉じてから第3弁43を開けるまでの時間はほぼ同時あるいは可能な限り短時間であることが好ましい。これは、第1弁41を閉じて下部ホッパ22が密閉されると、下部ホッパ22内の包接水和物は下部ホッパ22の冷熱損失により温度上昇して分解し、これにより少量のガスが発生し、所望の圧力値より圧力が上昇するためである。減圧装置としての第3弁43が開けられることにより、下部ホッパ22内の液体LQの少なくとも一部及び減圧によって分離した溶存ガスが流路27を介して外部に排出される。液体LQ及びその溶存ガスが下部ホッパ22の外部に排出されることにより、下部ホッパ22内は所定の圧力(第2の圧力)まで減圧される(減圧工程)。
When the
ここで、第2の圧力はほぼ大気圧(約0.1MPa)である。このとき、液体LQ又はその溶存ガスの単位時間あたりの排出量(排出速度)は第3弁43の開放状態に基づいて制御可能である。したがって、下部ホッパ22内の減圧速度(単位時間あたりの圧力下降値)が制御可能であるので、下部ホッパ22(包接水和物)は急激に減圧されることがない。
Here, the second pressure is almost atmospheric pressure (about 0.1 MPa). At this time, the discharge amount (discharge speed) of the liquid LQ or its dissolved gas per unit time can be controlled based on the open state of the
また、流路27は下部ホッパ22の上部(頂部)に設けられており、下部ホッパ22内の包接水和物は下部ホッパ22の下部に沈積している。したがって、流路27からは液体LQ及び溶存ガスのみが排出され、包接水和物は流路27からはほとんどあるいは全く排出されない。なお、下部ホッパ22内には、包接水和物の分解により発生したガス、あるいは液体LQに予め溶存していたガスが存在する場合があるが、このガスも流路27から排出される。
The
下部ホッパ22より排出され、流路27を流通する液体LQ及びガス成分は気液分離器28に送られる。気液分離器28は液体LQとガス成分とを分離する。分離された液体LQは流路36を介してスラリータンク26(空間26B)に送られる。一方、分離されたガス成分は、大気に対するシール機構を有する不図示の流路を介して例えば生成システム1の生成器2などに送られる。
The liquid LQ and gas components discharged from the
下部ホッパ22が大気圧まで減圧されたら、流路32の第5弁45が開けられる。このとき、上述したように液体補充ポンプ33は駆動しているので、流路32を介して液体LQが下部ホッパ22内に供給される。これにより、後述する下部ホッパ22の洗浄処理の準備が完了する。第3弁43及び第5弁45を開けた状態で液体補充ポンプ33を駆動することにより、下部ホッパ22内のガス成分(気泡)が流路27より排出される。
When the
下部ホッパ22が大気圧まで減圧されたら、第3流路25の第2弁42が開けられる。これにより、下部ホッパ22からは第3流路25を介して包接水和物が液体LQとともにスラリータンク26に排出される。スラリータンク26に排出された包接水和物及び液体LQはスクリーン29により分離され、分離された液体LQは空間26Bに流入し、包接水和物は空間26Aに留まり液体LQの一部と混合したまま流路34を介して製品として取り出される(取り出し工程)。
When the
第2弁42を開けて包接水和物及び液体LQの排出処理を行っている間、下部ホッパ22の上部からは液体補充ポンプ33の駆動により流路32を介して液体LQが供給されている。すなわち、包接水和物は下部ホッパ22に液体LQを供給しつつ下部ホッパ22より取り出される。これにより、下部ホッパ22の内部は供給された液体LQにより洗浄処理が施されている状態となるので、下部ホッパ22内に包接水和物が残存することが抑えられる。
While the
また、スラリータンク26のガス成分は管路36を上昇した後、気液分離器28を経て、更に流路27を通過して下部ホッパ22の上部に供給される。供給されるガスは下部ホッパ22からの包接水和物(スラリー)の取り出し容積に応じた量である。これにより、下部ホッパ22から取り出されたスラリーとほぼ同量の液体あるいはガスが下部ホッパ22に供給され、スラリーが円滑に取り出される。すなわち、下部ホッパ22の上部にガスを供給しなければ、下部ホッパ22の上部は下部ホッパ22内の液柱にかかる重力による減圧・真空状態となり包接水和物(スラリー)の排出に必要な勢いの良い流れを得られなくなるが、下部ホッパ22の内容物の排出先であるスラリータンク26の気相部分のガスを下部ホッパ22の上部に導くことにより、重力を最大限に利用した勢いの良い流れを実現できる。
In addition, the gas component in the
下部ホッパ22から包接水和物が排出されたら、第2弁42が閉じられる。このとき、第5弁45の開放及び液体補充ポンプ33の駆動は維持されており、下部ホッパ22には流路32を介して液体LQが供給される。やがて、下部ホッパ22は液体LQで満たされる。ここで、液体補充ポンプ33より下部ホッパ22に対して供給される液体LQの量は、第3流路25より取り出された包接水和物及び液体LQ(取り出し物)の総量とほぼ同じである。これにより、下部ホッパ22は液体LQで完全に満たされる。下部ホッパ22は液体LQで再び満たされる。
When the clathrate hydrate is discharged from the
下部ホッパ22が液体LQで満たされたら、第3弁43が閉じられる。更に、第5弁45が閉じられるとともに液体補充ポンプ33の駆動も停止される。これにより、下部ホッパ22は液体LQを満たした状態で密閉される。このとき、下部ホッパ22には実質的にガス相が存在しない。次いで、加圧ポンプ31が駆動され、第4弁44が開けられる。これにより、下部ホッパ22には所定量の液体LQが加えられ、これにより下部ホッパ22内は前記第1の圧力まで加圧される(加圧工程)。
When the
上部ホッパ21と下部ホッパ22との圧力差が許容範囲内になったら(圧力差がほぼ無くなったら)、第1弁41が開けられる。このとき、不図示の流路を介して加圧ポンプ31より液体LQを上部ホッパ21に供給し、上部ホッパ21内の液面位置調整をしてもよい。第1弁41が開けられることにより、上部ホッパ21に蓄えられていた包接水和物が第2流路24を介して下部ホッパ22に沈降する。以下、同様の処理が繰り返される。
When the pressure difference between the
ところで、減圧工程において、下部ホッパ22から液体LQを排出する際、例えば流路37を介して接続されている蓄圧槽38(図では1つであるが、蓄圧槽38は例えば3つ設けられている)に、下部ホッパ22から生じるガスを蓄え、この蓄えたガスを加圧工程において活用するようにしてもよい。具体的には、下部ホッパ22内の液体LQを排出する際に、この液体LQに溶存していたガス成分を含むガスを、圧力の減少に応じて複数の圧力段階(例えば2段もしくは3段階)に分けて放出し、この圧力段階毎の放出ガスを複数の蓄圧槽38に順次注入して蓄積し、後に下部ホッパ22を加圧する際に、蓄圧槽38に蓄積しておいたガスを利用することができる。蓄えておいたガスを下部ホッパ22の加圧用ガスとして利用することで外部からのガスの供給動力の節約を図ることができる。
By the way, when discharging the liquid LQ from the
以上説明したように、この包接水和物の分解性状に実質的に影響しない液体LQを満たした実質的にガス相が存在しないホッパ22に、生成システム1で生成した包接水和物を投入・充填し、その後、液体LQの一部(及び減圧により放出される液体LQに溶存していたガスを含む)をホッパから放出するようにしたので、僅かな動力エネルギーで包接水和物を減圧環境下とすることができる。
As described above, the clathrate hydrate produced by the
減圧工程後、第3流路25から包接水和物及び液体LQを取り出す際、排出される液体LQ及び包接水和物の単位時間当たりの総体積流量に相当する体積の流体を下部ホッパ22の頂部に供給する必要から、その一部を流路32を介して液体補充ポンプ33で下部ホッパ22の洗浄用として液体LQの供給で賄い、残りをスラリータンク26の気相部分からガスを導入することで賄うようにすることで、第3流路25から包接水和物及び液体LQを円滑に排出することができる。更に、流路32を介して下部ホッパ22に液体LQを供給する際、下部ホッパ22内のガス成分を流路27より自然に排出できるので、下部ホッパ22内部を実質的に液体LQのみで満たすことができる。したがって、この後、加圧ポンプ31の動作により加圧用液体を注入する際には、僅かな量の液体を注入するだけで下部ホッパ22内を加圧することができる。
When the clathrate hydrate and the liquid LQ are taken out from the
上部ホッパ21と下部ホッパ22とを第2流路24を介して接続し、下部ホッパ22を液体LQで満たすとともに、上部ホッパ21内に液面が形成されるように途中の高さ位置まで液体LQを設けるようにしたので、生成システム1で生成された包接水和物を上部ホッパ21に対して連続的に投入可能であるとともに、上部ホッパ21に対する投入動作とは独立して、下部ホッパ22において減圧動作ができるので、包接水和物に対する処理を効率良く行うことができる。
The
上部ホッパ21には液面が存在し、この液面を介して液体LQ中にガス成分が多量に溶解する場合があり、ガス成分が溶存する液体LQを下部ホッパ22に注入して減圧した際、圧力低下に応じたガスが放出される。そこて、この放出ガスを複数段(例えば2段もしくは3段)の圧力段階に分けて放出し、この圧力段階毎の放出ガスを複数の蓄圧槽38のそれぞれに蓄えておき、下部ホッパ22を加圧する工程において蓄圧槽38に蓄えておいたガス成分を利用することにより、加圧ガスの外部からの供給を低減でき、消費動力エネルギーを低減することができる。
The
1…生成システム(包接水和物生成装置)、20…取り出しシステム(製造装置)
21…上部ホッパ(第2収容装置)、22…下部ホッパ(容器、収容装置)、
24…第2流路、25…第3流路(取り出し装置)、
26…スラリータンク(取り出し装置)、27…流路(減圧装置)、41…第1弁、
42…第2弁(取り出し装置)、43…第3弁(減圧装置)、
31…加圧ポンプ(加圧装置)、34…流路(取り出し装置)、
35…スラリーポンプ(取り出し装置)、LQ…液体
DESCRIPTION OF
21 ... Upper hopper (second storage device), 22 ... Lower hopper (container, storage device),
24 ... 2nd flow path, 25 ... 3rd flow path (extraction apparatus),
26 ... Slurry tank (take-out device), 27 ... Flow path (pressure reduction device), 41 ... First valve,
42 ... 2nd valve (extraction device), 43 ... 3rd valve (pressure reduction device),
31 ... Pressurizing pump (pressurizing device), 34 ... Channel (extraction device),
35 ... Slurry pump (extraction device), LQ ... Liquid
Claims (7)
前記生成工程で生成された包接水和物を、所定の液体が満たされ第1の圧力に設定されている容器に投入する投入工程と、
前記包接水和物が投入された前記第1の圧力に保持されている前記容器のうち該容器外部に通じる流路を塞止した状態で該容器内の液体の一部及び減圧により発生する該液体に溶存しているガスを該容器外に排出し該容器内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定する減圧工程と、
前記第2の圧力に設定された前記容器から前記包接水和物を取り出す取り出し工程とを有することを特徴とする天然ガスの包接水和物の製造方法。 A production process for reacting natural gas with water to produce a clathrate hydrate of natural gas;
A charging step of charging the clathrate hydrate generated in the generating step into a container filled with a predetermined liquid and set to a first pressure;
Generated by part of the liquid in the container and reduced pressure in a state in which the flow path leading to the outside of the container held at the first pressure into which the clathrate hydrate has been charged is blocked. A pressure reducing step of discharging the gas dissolved in the liquid to the outside of the container and setting the inside of the container to a second pressure lower than the first pressure;
A method for producing a clathrate hydrate of natural gas, comprising a step of taking out the clathrate hydrate from the container set at the second pressure.
所定の液体が満たされ第1の圧力に設定されている収容装置と、
前記収容装置と前記第1の圧力に設定された包接水和物生成装置との間の流路を塞止弁で仕切り、前記包接水和物が投入された前記収容装置を独立した圧力系統にした状態で、該収容装置の液体の少なくとも一部または該液体に加えて該液体に溶存するガスを該収容装置外に排出し該収容装置内を前記第1の圧力より低い第2の圧力に設定する減圧装置と、
前記第2の圧力に設定された前記収容装置から前記包接水和物を取り出す取り出し装置とを備えることを特徴とする天然ガスの包接水和物の製造装置。 A clathrate hydrate generator for reacting natural gas with water to produce a clathrate hydrate of natural gas;
A storage device filled with a predetermined liquid and set at a first pressure;
A flow path between the containing device and the clathrate hydrate generating device set to the first pressure is partitioned by a blocking valve, and the containing device into which the clathrate hydrate has been charged is an independent pressure. In a systematic state, at least a part of the liquid in the storage device or a gas dissolved in the liquid in addition to the liquid is discharged out of the storage device, and the second inside the storage device is lower than the first pressure. A decompressor to set the pressure;
An apparatus for producing a clathrate hydrate of natural gas, comprising: a take-out device for taking out the clathrate hydrate from the storage device set at the second pressure.
前記液体は前記流路及び前記第2収容装置の一部に満たされていることを特徴とする請求項4又は5記載の天然ガスの包接水和物の製造装置。 A second storage device connected to the upper portion of the storage device via a flow path;
The said liquid is filled in the said flow path and a part of said 2nd storage apparatus, The manufacturing apparatus of the clathrate hydrate of the natural gas of Claim 4 or 5 characterized by the above-mentioned.
When liquid or dissolved gas is discharged from the storage device to the outside of the storage device to reduce the pressure, the exhaust gas is divided into two or three pressure stages and stored in a pressure accumulating tank prepared for each stage. The apparatus for producing clathrate hydrate of natural gas according to any one of claims 4 to 6, wherein the gas accumulated in the pressure accumulating tank is used when pressurizing the storage device later.
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