JP2006089419A - クラスレート水和物の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラスレート水和物の高速生成を実現できるクラスレート水和物の製造方法及び製造装置を提供すること。
【解決手段】 本発明は、原料ガス及び水を接触させてクラスレート水和物を製造する装置１において、反応槽２内に水を噴霧する電極を兼ねるノズル１０、電極１１、電極１０，１１間に電界を印加する電界印加手段１２を備え、ノズル１０及び電極１１が、電界印加手段１２によりノズル１０及び電極１１間に印加される電界を、電極１０から噴霧される水に印加可能な位置に配置される。この装置１によれば、反応槽２内に水を供給すると、水は電極１０により反応槽２内に噴霧され、微少な水滴を形成する。このとき、反応槽２内に原料ガスが供給されると、原料ガス及び水滴が接触してクラスレート水和物が製造される。ここで、電界印加手段１２により、上記水滴に電界が印加されることで、クラスレート水和物の結晶核の高速生成、ひいてはクラスレート水和物の高速生成が実現可能となる。また水滴の熱伝達率が増加し、水滴の冷却が容易となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クラスレート水和物の製造方法および製造装置に関する。

クラスレート水和物とは、原子、分子又は原子団が水分子の三次元結晶構造の空孔に閉じ込められたものであり、その原子、分子又は原子団により構成される原料ガスと水とを、低温、高圧環境下で接触させることにより生成される。

このようなクラスレート水和物の製造方法として、従来、例えば反応槽内で、ガス中にノズルで水を噴霧する方法（スプレー法）が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−２５６２２７号公報

しかしながら、前述した従来の方法では、ノズルで水を噴霧することにより微少な水滴が形成されるものの、その水滴の粒径の微細化には限界があり、そのため、クラスレート水和物の生成速度は決して十分とは言えないものであった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、クラスレート水和物の高速生成を実現することができるクラスレート水和物の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、反応槽内に水滴を導入するときにその水滴に電界を印加することにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、原料ガスと水とを接触させてクラスレート水和物を製造するクラスレート水和物の製造装置において、反応槽と、前記反応槽内に設けられる第１電極と、前記反応槽内に水を噴霧するノズルと、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電界を印加する電界印加手段と、を備えており、前記第１電極及び前記第２電極が、前記電界印加手段により前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電界を前記ノズルから噴霧される水に印加可能な位置に配置されていることを特徴とする。

この製造装置によれば、反応槽内に水を供給すると、水はノズルを経て反応槽内に噴霧され、微少な水滴が形成される。このとき、反応槽内に原料ガスが供給されていると、原料ガスと水滴とが接触することによりクラスレート水和物が製造される。ここで、電界印加手段により第１電極と第２電極との間に電界が印加されると、上述した水滴に電界が印加される。これにより、水滴を帯電させることが可能となり、水滴径の制御が可能となる。このため、水滴同士間の合体抑制、ひいては水滴の微粒化を図ることができる。従って、ノズルの内径を十分に大きくすることが可能となり、反応槽内に供給する水量の確保と、水滴の微粒化との両立を図ることができる。また、上記のように水滴に電界を印加すると、水滴の熱伝達率が増加し、水滴を容易に冷却することも可能となり、結晶核の生成に適した温度に容易に制御できる。

上記製造装置は、前記反応槽が、水が供給される水供給口、及び原料ガスが供給される原料ガス供給口を有し、前記水供給口に水を供給する水供給手段と、前記原料ガス供給口に原料ガスを供給する原料ガス供給手段とを更に備えていてもよい。

この場合、反応槽内への水の供給は、水供給手段により水供給口を通して行われ、反応槽内への原料ガスの供給は原料ガス供給手段により原料ガス供給口を通して行われる。

上記製造装置は、反応槽内のスラリが配管を通して導入されるスラリ導入槽と、前記反応槽の内部を冷却する第１冷却手段と、前記スラリ導入槽の内部を冷却する第２冷却手段とを更に備えることが好ましい。

この場合、第１冷却手段により反応槽の内部を冷却して、反応槽の内部を結晶核の生成に適した温度に調整すると、クラスレート水和物の結晶核生成をより高速に行うことが可能となる。そして、反応槽内のスラリがスラリ導入槽内に導入され、第２冷却手段により、スラリ導入槽の内部を上記反応槽の内部温度よりも高い温度となるように冷却して、その温度を結晶成長に適した温度に調整すると、結晶の高速成長を実現することが可能となる。以上のように反応槽内の温度を核生成に適した温度とし、スラリ導入槽内の温度を結晶成長に適した温度とすることで、核生成及び結晶成長を経て生成されるクラスレート水和物の高速生成を実現することが可能となる。また、上記のようにして製造装置の運転を継続すると、結晶により配管が閉塞するおそれがあるが、第１冷却手段により反応槽内の温度をスラリ導入槽内の温度に近づけることで、結晶による配管の閉塞が十分に防止される。

上記製造装置は、前記スラリ導入槽内に導入されるスラリを脱水する脱水手段を更に備えてもよい。

上記製造装置は、前記スラリ導入槽内に導入されるスラリを脱水する脱水手段と、前記脱水手段による脱水により得られる水を前記反応槽に返送する返送手段とを更に備えることが好ましい。

この場合、スラリ導入槽内に導入されるスラリが脱水手段により脱水される。このとき、脱水により得られる水中には、クラスレート水和物の結晶核が残存している。従って、この結晶核を返送手段により反応槽に返送すると、結晶核を、反応槽を経てスラリ導入槽に導入することが可能となり、本来結晶成長に寄与し得なかった結晶核を、スラリ導入槽内で結晶成長に寄与させることが可能となる。このため、クラスレート水和物の製造効率を向上させることが可能となる。

上記製造装置においては、前記第２電極が円筒状電極であり、前記ノズルから前記円筒状電極の内側に水を噴霧することが可能となっていることが好ましい。

この場合、電界印加手段により第１電極と第２電極との間に電界が印加されると、ノズルから噴霧されて形成される微少な水滴に対して整流効果が付与される。これにより、水滴同士の合体がより十分に抑制される。

また、本発明は、原料ガスと水とを接触させてクラスレート水和物を製造するクラスレート水和物の製造方法において、反応槽内で、水滴と原料ガスとを接触させる気液接触工程と、前記水滴に電界を印加する電界印加工程とを含むことを特徴とする。

この製造方法によれば、反応槽内で、原料ガスと水滴とが接触することによりクラスレート水和物の結晶核が生成される。ここで、反応槽において水滴に電界が印加される。これにより、水滴を帯電させることが可能となり、水滴径の制御が可能となる。このため、水滴同士間の合体抑制、ひいては水滴の微粒化を図ることができる。従って、ノズルの内径を十分に大きくすることが可能となり、反応槽内に供給する水量の確保と、微粒化との両立を図ることができる。また、上記のように水滴に電界を印加すると、水滴の熱伝達率が増加し、水滴を容易に冷却することも可能となり、結晶核の生成に適した温度に容易に制御できる。

また上記製造方法は、前記反応槽の内部の温度及び圧力のうち少なくとも一方をコントロールする第１調整工程と、前記反応槽内のスラリをスラリ導入槽に導入するスラリ導入工程と、前記スラリ導入槽の内部の温度及び圧力のうち少なくとも一方をコントロールする第２調整工程とを更に含むことが好ましい。

この場合、水滴と原料ガスとの反応が発熱反応である場合、反応槽の内部の温度及び圧力のうち少なくとも一方がコントロールされることにより、水滴と原料ガスとの反応温度の上昇を十分に防止することが可能となる。また反応槽の内部の温度及び圧力をクラスレート水和物の結晶核の生成に適した温度及び圧力とすることが可能となり、クラスレート水和物の核生成速度を十分に高くすることが可能となる。そして、反応槽内のスラリをスラリ導入槽内に導入し、スラリ導入槽の内部の温度及び圧力を、クラスレート水和物の結晶成長に適した温度及び圧力にコントロールしてスラリ導入槽内で結晶成長を行うと、結晶成長速度を十分に高くすることが可能となる。このように反応槽の内部温度を核生成に適した温度とし、スラリ導入槽の内部温度を結晶成長に適した温度とすることで、核生成及び結晶成長を経て生成されるクラスレート水和物の高速生成を実現することが可能となる。

上記製造方法においては、上記第１調整工程において、反応槽の内部の温度及び圧力をクラスレート水和物の結晶核の生成に適した温度及び圧力にコントロールし、第２調整工程において、スラリ導入槽の内部をクラスレート水和物の結晶成長に適した温度及び圧力にコントロールすることが好ましい。この場合、核生成及び結晶成長を経て生成されるクラスレート水和物の高速生成を十分に実現することが可能となる。

上記製造方法は、前記反応槽の内部の温度を前記スラリ導入槽内の温度に近づける温度調整工程を更に含み、前記反応槽内のスラリを、配管を通して前記スラリ導入槽に導入することが好ましい。

反応槽の内部を冷却し、スラリ導入槽の内部を、反応槽内の温度よりも高い温度で且つ結晶成長に適した温度に調整して結晶成長を行うことによりクラスレート水和物の製造を継続すると、反応槽内のスラリを、配管を通してスラリ導入槽に導入する場合に、その配管が結晶により閉塞するおそれがあるが、途中で、反応槽内の温度をスラリ導入槽内の温度に近づけると、結晶による配管の閉塞が十分に防止される。

本発明のクラスレート水和物の製造方法及び製造装置によれば、クラスレート水和物の高速生成を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の一実施形態を概略的に示すフロー図、図２は、図１の製造装置の要部を示す部分断面図である。

図１に示すように、本実施形態のクラスレート水和物の製造装置１は、金属製の反応槽２と反応槽２内のスラリが導入されるスラリ導入槽２０とを備えている。反応槽２とスラリ導入槽２０とは接続配管２１によって接続され、反応槽２内のスラリは、接続配管２１を経てスラリ導入槽２０内に導入することが可能となっている。なお、反応槽２およびスラリ導入槽２０は、加圧される場合があるため、耐圧容器で構成されることが好ましい。

反応槽２はその頂部に水供給口３を有しており、水供給口３には水供給配管４を介して水供給源５が接続されている。水供給配管４には、当該水供給配管４を通る水を冷却するための冷却装置６が設置されている。従って、水供給源５から水供給配管４及び水供給口３を経て反応槽２内に水を供給することが可能となっている。また水供給配管４には、当該水供給配管４内を通る水の温度を測定する温度測定装置１３が設置されている。なお、水供給配管４及び水供給源５により水供給手段が構成されている。

また反応槽２にはその側壁に原料ガス供給口７が形成され、原料ガス供給口７には、原料ガス供給配管８を介して原料ガス供給源９に接続されている。従って、原料ガス供給源９より、水供給配管８及び原料ガス供給口７を経て反応槽２内に原料ガスを供給することが可能となっている。なお、原料ガス供給源９及び原料ガス供給配管８により原料ガス供給手段が構成されている。

更に反応槽２には、水供給口３にノズル１０が接続されている。ノズル１０は、水供給口３より供給される水を反応槽２の内部に噴霧するものであり、反応槽２の内部に微少な水滴を形成するものである。またノズル１０は金属で構成されており、水を噴霧する機能のみならず、電極としての機能をも有している。従って、ノズル１０は、第１電極を構成している。またノズル１０は反応槽２と導通状態にあり、反応槽２は接地されている。このため、ノズル１０は接地されていることになる。

更にまた、反応槽２の内部には、円筒状の電極１１が設けられており、電極１１は直流電源（電界印加手段）１２に電気的に接続されている。ここで、直流電源１２の正極側は接地され、負極側は電極１１に電気的に接続されている。従って、電極１１には直流電源１２により負の電位が付与されるようになっている。このため、ノズル１０から電極１１に向かうように電界を印加することが可能である。

ここで、図２に示すように、電極１１は、水滴Ｗに整流効果を付与する観点から、ノズル１０から電極１１の内側に水が噴霧されるように配置されていることが好ましい。

また、反応槽２には、当該反応槽２の内部を冷却するための冷却装置（第１冷却手段）１４が設けられている。冷却装置１４としては、例えば、エチレングリコールやジエチレングリコール等を冷媒として反応槽２の隔壁内を循環させる冷媒冷却方式の冷却装置が用いられる。また、製造装置１は、反応槽２の内部の温度を測定する温度測定装置１５を有している。従って、冷却装置１４により反応槽２の内部を冷却し、そのときの反応槽２の内部温度を温度測定装置１５により測定し、その測定温度に基づいて冷却装置１４を制御することで、反応槽２の内部温度をほぼ一定に保持することが可能となる。

一方、スラリ導入槽２０の内部には、反応槽２から導入されるスラリを脱水するフィルタ２２が設置され、スラリ導入槽２０には、フィルタ２２による脱水により得られる水を排出する水排出配管２６が接続されている。

またスラリ導入槽２０には、スラリ導入槽２０の内部を冷却するための冷却装置（第２冷却手段）２３が設置されている。更にスラリ導入槽２０には、当該スラリ導入槽２０内で脱水により得られる生成物としてのクラスレート水和物を外部に排出する生成物排出配管２４が接続されている。

次に、前述したクラスレート水和物の製造装置１を用いたクラスレート水和物の製造方法について説明する。ここでは、原料ガスとして、メタンガスを用いた場合を例にして説明する。

先ず、原料ガス供給源９から原料ガス供給配管８及び原料ガス供給口７を経て反応槽２内に原料ガスであるメタンガスを供給する。

このとき、反応槽２内の圧力は加圧状態、即ち大気圧より大きい圧力とする。ここでは、反応槽２の内部の圧力は、例えば、５〜６ＭＰａとする。反応槽２内の圧力は５〜６ＭＰａに限定されるものではない。つまり、原料ガスに対して、固有のクラスレート水和物の平衡線図（温度―圧力）が存在し、原料ガスが５〜６ＭＰａの範囲を外れる場合であっても、原料ガス圧力を決定すれば、その原料ガス圧力に対応してクラスレート水和物生成温度が決まる。

次に、直流電源１２により電極１１とノズル１０との間に直流電圧を印加する。このとき、ノズル１０が接地され、電極１１に負の電位が付与されているため、電界は、ノズル１０から電極１１に向かう方向に形成される。ここで、印加する電圧は、電極１１とノズル１０との間で放電が起こる程度の大きさとする。本実施形態では、放電はコロナ放電である。コロナ放電を起こすためには、具体的には、電界強度が０．５〜１０ｋＶ／ｃｍとなるようにする。例えば、ノズル１０と電極１１との間の距離を２〜４ｃｍ、ノズル１０と電極１１との間の電位差（絶対値）は２〜２０ｋＶとなるようにする。ノズル１０と電極１１との距離は、任意で良いが、距離が小さすぎるとノズルから噴霧される水滴の流れが電極１１により阻害され、大きすぎるとコロナ放電を起こすために大きな電位差が必要になる。ノズル１０と電極１１との間の電位差は、上記電極間距離において２ｋＶ未満ではコロナ放電が起こりにくく、２０ｋＶを超えるとコロナ放電から火花放電へ進展しやすくなる。

この状態で、水供給源５から水供給配管４及び水供給口３を経てノズル１０に水を供給する（気液接触工程）。ここで、冷却装置６により水供給配管４を冷却する。

このとき、水供給配管４を５〜１２℃の温度まで冷却することが好ましい。５℃未満ではスプレーノズル内または出口でクラスレート水和物が生成し、スプレーが閉塞することがある。また、１２℃を超えると、反応槽２内でクラスレート水和物の結晶核生成速度が落ちることがある。こうしてノズル１０により反応槽２内に水が噴霧されて微少な水滴が形成される。

また冷却装置１４により反応槽２の内部の温度Ｔ１と、上述した水供給配管４の温度Ｔ０との差ΔＴ１（＝Ｔ１−Ｔ０）を、核生成に適した温度まで、本実施形態の場合、具体的には、０〜５℃まで冷却する（第１調整工程）。

このとき、クラスレート水和物の核生成反応は発熱反応であるため、そのまま放置すると、反応槽２の内部温度が上昇する。このため、反応槽２の内部の温度を温度測定装置１５で測定し、測定された温度に基づいて冷却装置１４を制御し、反応槽２の内部の温度を上記温度範囲に保持することが好ましい。これにより、水滴と原料ガスとの反応温度の過度の上昇が防止され、反応槽２内の温度が、核生成に適した温度から大きく外れることを十分に防止することが可能となる。

こうして原料ガスと水滴とが接触し、結晶構造のクラスレート水和物が製造される。

このとき、直流電源１２によりノズル１０と電極１１との間に直流電圧が印加されるため、上述した水滴に電界が印加される（電界印加工程）。このとき、上述したように、ノズル１０と電極１１との間ではコロナ放電が起こっている。従って、水滴を帯電させることが可能となり、水滴径の制御が可能となる。

このため、水滴同士間の合体抑制、ひいては水滴の微粒化を図ることができる。従って、ノズル１０の内径を十分に大きくすることが可能となり、反応槽２内に導入する流量の確保と、水滴の微粒化との両立を図ることができる。

また、上記のように水滴に電界を印加すると、水滴の熱伝達率が増加し、冷却装置１４により水滴を容易に冷却することが可能となる。このため、反応槽２の内部の温度を容易に結晶核の生成に適した温度、即ち上述の０〜５℃に保持することが可能となり、核生成に適した温度と反応温度とのずれを十分に小さくすることが可能となる。

以上より、クラスレート水和物の結晶核の高速生成を実現することが可能となる。

更に、製造装置１では、水滴が円筒状電極１１の内側に噴霧される。このため、水滴が帯電することにより、水滴流の整流化が可能となり、水滴同士間の合体抑制がより効果的に行われる。

上記のようにして水滴と原料ガスとを反応させると、反応槽２の底部に、クラスレート水和物の結晶核と、未反応水と、原料ガスとを含有するスラリ２５が貯留される。

貯留されたスラリ２５は、接続配管２１を経てスラリ導入槽２０に導入する（スラリ導入工程）。ここで、反応槽２とスラリ導入槽２０は接続配管２１で繋がっているため、スラリ導入槽２０内の圧力は反応槽２内の圧力と同一となる。またこのとき、スラリ導入槽２０の内部は、冷却装置２３によって、結晶核の成長に適した温度まで冷却する。具体的には、冷却装置２３によりスラリ導入槽２０の内部の温度Ｔ２と、上述した水供給配管４の温度Ｔ０との差ΔＴ２（＝Ｔ２−Ｔ０）を、結晶核の成長に適した温度まで、本実施形態の場合、具体的には５〜７℃まで冷却する（第２調整工程）。ここで、ΔＴ２は通常、反応槽２０内の温度よりも高い温度である。このようにすることで、結晶核の高速成長が実現され、結晶構造のクラスレート水和物の高速生成が実現される。

このとき、温度測定装置（図示せず）によりスラリ導入槽２０の内部の温度を測定し、測定された温度に基づいて冷却装置２３を制御し、スラリ導入槽２０の内部温度が上記温度範囲内の温度となるように温度を調整することが好ましい。これにより、スラリ導入槽２０において、結晶核の成長をより高速に行うことができる。

上記のようにして得られたクラスレート水和物は、生成物排出配管２４を経て排出される。なお、スラリ２５は、フィルタ２２によって脱水され、脱水により得られる水は、水排出配管２６を経て反応槽２０の外部に排出される。

以上のように製造装置１が反応槽２とスラリ導入槽２０とを有するものとし、反応槽２内の温度をクラスレート水和物の結晶核生成に適した温度とし、スラリ導入槽２０内の温度を結晶核の成長に適した温度とすることで、クラスレート水和物の生成を反応槽２のみで行う場合に比べて、クラスレート水和物の生成をより高速に実現することが可能となる。

但し、上記のようにして製造装置１の運転を継続すると、反応槽２の内部で成長した結晶により接続配管２１が閉塞するおそれがある。

そこで、結晶による接続配管２１の閉塞を防止するために、冷却装置１４により反応槽２内の温度をスラリ導入槽２０内の温度に近づけることが好ましい（温度調整工程）。この場合、結晶による接続配管２１の閉塞を十分に防止することができる。

次に、本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の第２実施形態について図３を用いて説明する。図３は、本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の第２実施形態を概略的に示すフロー図である。なお、図３において、図１及び図２と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態のクラスレート水和物の製造装置１０１は、スラリ導入槽２０において脱水により得られる水を排出する水排出配管２６が、水供給配管４の途中に接続され、水排出配管２６にはポンプ１０２及び弁１０３が設置されると共に、水供給配管４上であって水排出配管２６及び水供給配管４との接続点Ｐと水供給源５との間に弁１０６が設置されている点で第１実施形態の製造装置１と相違する。なお、水排出配管２６、ポンプ１０２及び弁１０３により返送手段が構成されている。

この製造装置１０１によれば、弁１０６を閉じ、弁１０３を開き、ポンプ１０２を作動させることにより、スラリ導入槽２０で脱水により得られる水を、水排出配管２６、水供給配管４、水供給口３及びノズル１０を経て反応槽２の内部に導入することが可能となる。即ち、反応槽２から排出されたクラスレート水和物の結晶核を反応槽２に返送することが可能となる。このとき、スラリ導入槽２０において、脱水により得られる水中には、クラスレート水和物の結晶核が残存している。従って、この結晶核を反応槽２に返送すると、反応槽２を経てスラリ導入槽２０に導入することが可能となり、結晶成長に寄与し得なかった結晶核を、再度スラリ導入槽２０内に導入することにより結晶成長に寄与させることが可能となる。このため、クラスレート水和物の生成効率を向上させることが可能となる。なお、クラスレート水和物の生成により系内の水は減少するが、スラリ導入槽２０の水位を水位検出器（図示せず）により検知し、水位が一定となるよう弁１０６を開くように制御することにより、系内に水が補給される。

次に、本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の第３実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の第３実施形態を概略的に示すフロー図である。なお、図４において、図１及び図２と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態のクラスレート水和物の製造装置２０１は、スラリ導入槽２０、冷却装置２３及びフィルタ２２が除去され、接続配管２１に代えて生成物排出配管２４が用いられている点で第１実施形態の製造装置１と相違する。

この製造装置２０１を用いる場合でも、ノズル１０から噴霧されて形成される水滴に電界が印加されることで、クラスレート水和物の結晶核の高速生成を実現することが可能となり、ひいてはクラスレート水和物の高速生成を実現することが可能となる。このように電界の印加により結晶核の生成速度が高まる理由については、上記第１実施形態の場合と同様である。

本発明は、前述した第１〜第３実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、第２電極として円筒状の電極１１が用いられているが、図５（ａ）に示すように、第２電極は、２枚の平板状電極部１１ａを相互に対向して配置して構成したものであったり、図５（ｂ）に示すように、複数の平板状電極部１１ｂを円周に沿って等間隔に配置して構成したものであってもよい。あるいは、第２電極は、図５（ｃ）に示すように、上記平板状電極部１１ａ，１１ｂを針状の電極部に代えたものであってもよい。但し、水滴に対して整流効果を付与する観点からは、上記電極部には水滴に対して同一の電位が付与される。または、第２電極は、図５（ｃ）に示すように、円環状電極であってもよい。なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、各電極部によって囲まれる領域にノズル１０から水が噴霧されるようになっている。

また上記実施形態では、ノズル１０の全体が金属製となっているが、ノズル１０を管状のノズル本体部とノズル本体部の内周又は外周に設けられる電極部とで構成してもよい。この場合、ノズル本体部は例えばプラスチックで構成すればよい。この場合でも、ノズル１０と電極１１との間に電界を印加することは可能である。

また上記実施形態では、ノズル１０と電極１１との間に電界を印加するに際して、ノズル１０を接地し、電極１１に負の電位を付与しており、ノズル１０が電極１１よりも高電位とされているが、ノズル１０が電極１１より低電位とされても構わない。

更に上記実施形態では、電界印加手段として直流電源１２が設けられているが、直流電源１２に代えて交流電源を用いてもよい。

更に、上記実施形態では、スラリ２５の脱水手段としてフィルタ２２が用いられているが、フィルタ２２を、スラリ２５を搬送するスクリューに代え、当該スクリューとスラリ導入槽２０とでスクリューフィーダを構成し、これを脱水手段としても構わない。即ちスラリ導入槽２０が脱水手段を兼ねる構成であっても構わない。

更にまた上記実施形態では、原料ガスとしてメタンガスが用いられているが、原料ガスは、これに限定されるものではない。例えば原料ガスとして、エタンガス、プロパンガス、イソブタンガス、炭酸ガスなど、さらには、例えばメタンガスとエタンガスの混合ガスなど２種類以上の混合ガスを用いることもできる。この場合、これら原料ガスに対して、それぞれのガス圧力のとき、核生成に適した温度及び結晶成長に適した温度の範囲は、下記表１に示す通りとなる。

また、上記実施形態では、１つの原料ガス供給源９から原料ガス供給配管８を経て反応槽２に原料ガスを供給しているが、原料ガス供給源９をガスの種類の数だけ設け、各原料ガス供給源から各単体ガス、それぞれを反応槽２に導入するようにしても構わない。

なお、上記第１〜第３実施形態では、反応槽２内に電極１１が設けられているが、反応槽２が金属製であるため、電極１１に代えて反応槽２を電極として用いてもよい。但し、この場合、ノズル１０と反応槽２とは、相互に導通状態ではなく、相互に非導通状態、即ち絶縁状態とする必要がある。このとき、反応槽２が円筒状であれば、噴霧により形成される水滴流に対し整流効果を付与することが可能となる。

更に、上記第１実施形態では、反応槽の内部の温度及び圧力をコントロールする場合、温度及び圧力のコントロールを別々のタイミングで行っているが、温度及び圧力のコントロールを同時に行ってもよい。また上記第１実施形態では、第１調整工程で温度及び圧力の両方をコントロールしているが、核生成に適していれば、いずれか一方のみをコントロールするだけでも構わない。また第２調整工程でスラリ導入槽の内部の温度及び圧力の両方をコントロールしているが、結晶成長に適していれば、いずれか一方のみをコントロールするだけでも構わない。

一般に、天然ガスをクラスレート水和物の形態で輸送すれば、液化天然ガスを輸送する場合よりも天然ガスの低コスト化を図ることができることが知られている。本発明のクラスレート水和物の製造方法及び製造装置によれば、クラスレート水和物の高速生成を実現できるため、天然ガスの大量輸送が可能となり、天然ガスの更なる低コスト化を図ることができる。

本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の一実施形態を概略的に示すフロー図である。 図１の製造装置の要部を示す部分断面図である。 本発明に係るクラスレート水和物の製造装置の他の実施形態を概略的に示すフロー図である。 本発明に係るクラスレート水和物の製造装置のさらに他の実施形態を概略的に示すフロー図である。 第２電極の種々の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１，１０１，２０１…クラスレート水和物の製造装置、２…反応槽、３…水供給口、５…水供給源（水供給手段）、６…水供給配管（水供給手段）、７…原料ガス供給口、８…原料ガス供給配管（原料ガス供給手段）、９…原料ガス供給源（原料ガス供給手段）、１０…ノズル（第１電極）、１１…電極（第２電極）、１２…直流電源（電界印加手段）、１４…冷却装置（第１冷却手段）、２０…スラリ導入槽、２１…接続配管（配管）、２２…フィルタ（脱水手段）、２３…冷却装置（第２冷却手段）、２５…スラリ、２６…水排出配管（返送手段）、１０２…ポンプ（返送手段）、１０３…弁（返送手段）。

Claims (10)

1. 原料ガスと水とを接触させてクラスレート水和物を製造するクラスレート水和物の製造装置において、
   反応槽と、
   前記反応槽内に設けられる第１電極と、
   前記反応槽内に水を噴霧するノズルと、
   第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電界を印加する電界印加手段と、
   を備えており、
   前記第１電極及び前記第２電極が、前記電界印加手段により前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電界を前記ノズルから噴霧される水に印加可能な位置に配置されていることを特徴とするクラスレート水和物の製造装置。
2. 前記反応槽が、水が供給される水供給口、及び原料ガスが供給される原料ガス供給口を有し、
   前記水供給口に水を供給する水供給手段と、前記原料ガス供給口に原料ガスを供給する原料ガス供給手段とを更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のクラスレート水和物の製造装置。
3. 前記反応槽内のスラリが配管を通して導入されるスラリ導入槽と、
   前記反応槽の内部を冷却する第１冷却手段と、
   前記スラリ導入槽の内部を冷却する第２冷却手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラスレート水和物の製造装置。
4. 前記スラリ導入槽内に導入されるスラリを脱水する脱水手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のクラスレート水和物の製造装置。
5. 前記脱水手段による脱水により得られる水を前記反応槽に返送する返送手段を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のクラスレート水和物の製造装置。
6. 前記第２電極が円筒状電極であり、前記ノズルから前記円筒状電極の内側に水を噴霧することが可能となっている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のクラスレート水和物の製造装置。
7. 原料ガスと水とを接触させてクラスレート水和物を製造するクラスレート水和物の製造方法において、
   反応槽内で、水滴と原料ガスとを接触させる気液接触工程と、
   前記水滴に電界を印加する電界印加工程と、
   を含むことを特徴とするクラスレート水和物の製造方法。
8. 前記反応槽の内部の温度及び圧力のうち少なくとも一方をコントロールする第１調整工程と、
   前記反応槽内のスラリをスラリ導入槽に導入するスラリ導入工程と、
   前記スラリ導入槽の内部の温度及び圧力のうち少なくとも一方をコントロールする第２調整工程と、
   を更に含む
   ことを特徴とする請求項７に記載のクラスレート水和物の製造方法。
9. 前記第１調整工程において、前記反応槽の内部の温度及び圧力を前記クラスレート水和物の結晶核の生成に適した温度及び圧力にコントロールし、
   前記第２調整工程において、前記スラリ導入槽の内部を前記クラスレート水和物の結晶成長に適した温度及び圧力にコントロールする、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のクラスレート水和物の製造方法。
10. 前記反応槽の内部の温度を前記スラリ導入槽の内部の温度に近づける温度調整工程を更に含み、
    前記反応槽内のスラリを、配管を通して前記スラリ導入槽に導入することを特徴とする請求項９に記載のクラスレート水和物の製造方法。

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