JP2006096867A - Hydrate-forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タンク内にハイドレート形成ガスと水を投入し、所定温度下、所定圧力下でハイドレートを生成するハイドレート生成装置に関する。 The present invention relates to a hydrate generating apparatus that supplies hydrate forming gas and water into a tank and generates hydrate under a predetermined temperature and a predetermined pressure.
従来から天然ガスと水をタンク内に投入し、所定温度下、所定圧力下で攪拌して天然ガスハイドレート(Natural Gas Hydrate.以下、NGHと呼ぶ)を生成する技術が開発されている(例えば、特許文献1乃至4参照)。特許文献1乃至4では、タンク内を所定温度に冷却するために、タンク内の水を冷却装置を備える循環水ラインで循環させている。 Conventionally, a technology has been developed in which natural gas and water are introduced into a tank and stirred at a predetermined temperature and a predetermined pressure to generate a natural gas hydrate (hereinafter referred to as NGH) (for example, NGH) (for example, Patent Documents 1 to 4). In Patent Documents 1 to 4, in order to cool the inside of the tank to a predetermined temperature, the water in the tank is circulated through a circulating water line including a cooling device.
ここで、循環水ラインには水だけではなく天然ガスまでも流入してしまう。このため、循環水ライン内の温度、圧力がNGHの生成境界を越えると循環水ライン内でNGHが生成されてしまう。また、循環水ラインにはタンク内で生成されたハイドレートも流入する。これに伴って、循環水ラインを循環する水のNGHの含有率(スラリー濃度)が所定値以上まで上昇すると、循環水ラインでの水の流動性が悪くなり、循環水ラインがNGHで閉塞されてしまう。このようになると、一旦NGHの生成ラインを停止してNGHを循環水ラインから取り除かなければならず、NGHの生産性が低下するという問題があった。
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、循環水ラインがハイドレートによって閉塞されることを防止することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and an object thereof is to prevent the circulating water line from being blocked by hydrate.
請求項1に記載のハイドレート生成装置は、水とハイドレート形成ガスをタンク内へ投入し、所定温度下、所定圧力下でハイドレートを生成するハイドレート生成装置において、前記タンク内の水を冷却して循環させ、前記タンク内の水を所定温度に冷却する循環水ラインと、前記循環水ラインに設けられ、循環する水のスラリー濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段で検出されたスラリー濃度が所定値まで上昇すると、前記タンク内へ水を給水する給水手段の給水量を設定量より増加させる制御手段と、を有することを特徴とする。 The hydrate generating apparatus according to claim 1, wherein water and hydrate forming gas are introduced into the tank, and the hydrate generating apparatus generates hydrate under a predetermined temperature and a predetermined pressure. A circulating water line that cools and circulates and cools the water in the tank to a predetermined temperature, a concentration detector that is provided in the circulating water line and detects a slurry concentration of the circulating water, and is detected by the concentration detector And a control means for increasing the water supply amount of the water supply means for supplying water into the tank when the slurry concentration is increased to a predetermined value.
請求項1に記載のハイドレート生成装置では、天然ガス等のハイドレート形成ガスと水がタンク内に投入され、所定温度下、所定圧力下でハイドレートが生成される。ここで、タンク内の水は循環水ラインで冷却されて循環されることで所定温度に冷却されるが、循環水ラインには水のみではなくハイドレート形成ガスも流入する。このため、循環水ラインの温度、圧力がハイドレートの生成境界を越えると循環水ライン内でハイドレートが生成され、循環する水のスラリー濃度が上昇する。また、タンク内で生成されたハイドレートが循環水ラインに流入することによっても、循環する水のスラリー濃度が上昇する。このスラリ濃度は、濃度検出手段によって検出されており、所定値まで上昇すると、制御手段が、タンク内へ水を給水する給水手段の給水量を設定量より増加させる。これによって、タンク内でのハイドレートの生成率が抑制されてタンク内のハイドレートの含有率が低下し、以って循環水ラインに流入するハイドレートの量が抑制される。従って、循環水ラインを循環する水のスラリー濃度が間接的に下げられ、ハイドレートによる循環水ラインの閉塞が防止される。 In the hydrate generating apparatus according to the first aspect, a hydrate forming gas such as natural gas and water are introduced into the tank, and hydrate is generated at a predetermined temperature and a predetermined pressure. Here, the water in the tank is cooled to a predetermined temperature by being cooled and circulated in the circulating water line, but not only water but also hydrate forming gas flows into the circulating water line. For this reason, when the temperature and pressure of the circulating water line exceed the hydrate generation boundary, hydrate is generated in the circulating water line, and the slurry concentration of the circulating water increases. In addition, the hydrate generated in the tank also flows into the circulating water line, so that the concentration of the circulating water slurry increases. This slurry concentration is detected by the concentration detection means, and when it rises to a predetermined value, the control means increases the water supply amount of the water supply means for supplying water into the tank from the set amount. Thereby, the production rate of hydrate in the tank is suppressed, the content rate of hydrate in the tank is reduced, and thus the amount of hydrate flowing into the circulating water line is suppressed. Therefore, the slurry concentration of the water circulating through the circulating water line is indirectly lowered, and the circulating water line is prevented from being blocked by hydrate.
請求項2に記載のハイドレート生成装置は、請求項1に記載のハイドレート生成装置であって、前記制御手段は、前記給水手段の前記タンク内への給水量を増加させることに替えて、前記給水手段から前記循環水ラインへ水を給水させることを特徴とする。 The hydrate generation device according to claim 2 is the hydrate generation device according to claim 1, wherein the control means increases the amount of water supplied into the tank of the water supply means, Water is supplied from the water supply means to the circulating water line.
請求項2に記載のハイドレート生成装置では、濃度検出手段によって検出される循環水ラインを循環する水のスラリ濃度が所定値まで上昇すると、制御手段が給水手段から循環水ラインへ水を給水させ、循環水ラインを循環する水の流量を増加させる。これによって、直接的に循環水ラインを循環する水のスラリー濃度が下がり、ハイドレートによる循環水ラインの閉塞が防止される。 In the hydrate generator according to claim 2, when the slurry concentration of the water circulating in the circulating water line detected by the concentration detecting means rises to a predetermined value, the control means feeds water from the water supplying means to the circulating water line. Increase the flow rate of water circulating through the circulating water line. As a result, the slurry concentration of the water circulating directly through the circulating water line is reduced, and blockage of the circulating water line due to hydrate is prevented.
請求項3に記載のハイドレート生成装置は、請求項1に記載のハイドレート生成装置であって、前記制御手段は、前記給水手段の前記タンク内への給水量を所定の割合で増加させると共に、前記給水手段から前記循環水ラインへ所定の割合で水を給水させることを特徴とすることを特徴とする。 The hydrate generating device according to claim 3 is the hydrate generating device according to claim 1, wherein the control means increases the amount of water supplied into the tank of the water supplying means at a predetermined rate. The water supply means supplies water to the circulating water line at a predetermined rate.
請求項3に記載のハイドレート生成装置では、濃度検出手段によって検出される循環水ライン内の循環水のスラリ濃度が所定値まで上昇すると、制御手段が、給水手段のタンク内への給水量を所定の割合で増加させると共に、給水手段から循環水ラインへ所定の割合で水を給水させる。これによって、タンク内の水位と循環水ラインを循環する水のスラリー濃度をバランス良く維持できる。 In the hydrate generating apparatus according to claim 3, when the slurry concentration of the circulating water in the circulating water line detected by the concentration detecting means rises to a predetermined value, the control means reduces the amount of water supplied into the tank of the water supplying means. While increasing at a predetermined rate, water is supplied from the water supply means to the circulating water line at a predetermined rate. As a result, the water level in the tank and the slurry concentration of water circulating in the circulating water line can be maintained in a well-balanced manner.
請求項4に記載のハイドレート生成装置は、請求項1乃至3の何れか1項に記載のハイドレート生成装置であって、前記濃度検出手段は、循環する水の密度を検出することでスラリー濃度を算出することを特徴とする。
The hydrate generating device according to
循環水ラインを循環する水の密度は、例えば、マイクロモーション流量計で測定される。この流量計は、循環水が曲管を通過するとき、曲管が循環水から受ける抵抗値を測定して、循環水の密度に換算する。そして、密度とスラリー濃度は負の相関関係にあり、循環水の密度が下がると、濃度が高くなり、密度が上がると、濃度が低くなる。 The density of water circulating in the circulating water line is measured by, for example, a micro motion flow meter. When the circulating water passes through the curved pipe, this flow meter measures the resistance value that the curved pipe receives from the circulating water and converts it to the density of the circulating water. The density and the slurry concentration have a negative correlation, and when the density of circulating water decreases, the concentration increases, and when the density increases, the concentration decreases.
これは、ハイドレートが水より比重が小さいため、ハイドレートの含有率が大きくなると、循環水の密度が小さくなり、ハイドレートの含有率が小さくなると、循環水の密度が大きくなる関係にあるためである。 This is because hydrate has a lower specific gravity than water, and therefore the density of circulating water decreases as the hydrate content increases, and the density of circulating water increases as the hydrate content decreases. It is.
そこで、請求項4に記載のハイドレート生成装置では、循環水ラインを循環する水の密度を検出することで、循環水ラインのスラリー濃度を算出し、算出されたスラリー濃度に基づいて請求項1乃至3の何れか1つの制御を行っている。
Therefore, in the hydrate generator according to
本発明は上記構成にしたので、ハイドレートによって循環水ラインが閉塞されることを防止できる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to prevent the circulating water line from being blocked by hydrate.
1.実施形態1
以下、本発明のハイドレート生成装置の一例につき、説明する。
1. Embodiment 1
Hereinafter, an example of the hydrate generator of the present invention will be described.
1−1 構成
図1に示すように、実施形態1に係るハイドレート生成装置100は、水と天然ガスとを接触させてハイドレートを生成させる第1生成装置2と、第1生成装置2の下方に位置し、第1生成装置2で生成したハイドレートに更に天然ガスを接触させる第2生成装置4とを備える。
1-1 Configuration As illustrated in FIG. 1, a
第1生成装置2は、上面が開口し、所定温度下および所定圧力下で水と天然ガスとを接触させるタンク6と、タンク6を内部に収容するとともに、第2生成装置4に連通する外部タンク8と、タンク6において水と天然ガスとを攪拌する攪拌機10と、攪拌機10と同軸に設けられ、タンク6内で生成したハイドレートを外部タンク8に導出するハイドレート排出スクレーパ12とを備える。
The first generator 2 has an open top surface, a
外部タンク8は、上面が開口し、タンク6を収容する本体8Bと、本体8Bの上面開口部を覆蓋する蓋部8Aとから構成されている。
The external tank 8 has an upper surface that is open and includes a
攪拌機10は、蓋部8Aを垂直に貫通する回転軸10Cと、攪拌羽根10Cの下端に設けられた攪拌羽根10Aと、回転軸10Cを回転させるモータ10Bとから構成される。一方、ハイドレート排出スクレーパ12は、攪拌機10の回転軸10Cと同軸に設けられた回転力伝達装置12Aを介してモータ12Bによって攪拌機10とは別個独立に回転する。
The stirrer 10 includes a rotating
外部タンク8の蓋部8Aには、更に、タンク6に天然ガスを供給するガス供給ライン14と、外部タンク8内部が所定圧力を越えたら放圧する放圧ライン16とが設けられている。
The
外部タンク8の本体8Aおよびタンク6には、夫々ジャケット8Cおよびジャケット6Aが設けられ、ジャケット8Cおよびジャケット6Aに所定温度の冷媒を流通させることにより、外部タンク8およびタンク6の内部は所定の温度に保持されている。
The
タンク6には、外部から水を供給する給水ライン18と、タンク6内の水を冷却して循環させる循環水ライン20、およびタンク6内のガスを循環させる循環ガスライン22が設けられている。
The
また、タンク6の底部近傍には、所定間隔でガス吹出し孔が穿設されたガス吹出し管24が水平に設けられている。
Further, in the vicinity of the bottom of the
循環水ライン20の一端は、タンク6の底部に設けられた循環水抜取ライン26に接続され、他端は、タンク内部に循環水を戻す循環水戻しライン28に接続されている。循環水戻しライン28の出口は、タンク6内において水面レベルよりも下方において開口している。
One end of the circulating
循環水ライン20には、循環水抜取ライン26から抜き取った循環水を矢印aの方向に循環させるポンプPと、循環水の循環方向aに対してポンプPの下流側に位置するマイクロモーション流量計29と、マイクロモーション流量計29の下流側に位置する熱交換器30と、熱交換器30の下流側、即ち循環水戻しライン28の近傍に位置する温度センサ32とが介装されている。熱交換器30は、CPU34によって制御される。また、マイクロモーション流量計29は、循環水が曲管を通過するとき、曲管が循環水から受ける抵抗値を測定して、循環水の密度に換算する。
The circulating
ここで、循環水ライン26には水だけではなくタンク6内で生成されたハイドレートが流入する。また、タンク6内のガスが循環水ライン26に流入し、循環水ライン26内の温度、圧力がハイドレートの生成境界を越えると循環水ライン26でハイドレートが生成される。そして、循環水ライン26内の循環水のハイドレートの含有率(スラリー濃度)が増加すると、循環水ライン26で水の流動性が悪くなり、スラリー濃度が所定値以上になると循環水ライン26がハイドレートによって閉塞される。
Here, not only water but also hydrate generated in the
ところで、ハイドレートは水より比重が小さく、循環水中のハイドレートの含有率が大きくなると、循環水の密度が小さくなり、循環水中のハイドレートの含有率が小さくなると、循環水の密度が大きくなる。このため、図3に示すように、密度とスラリー濃度は負の相関関係にあり、循環水の密度が下がると、スラリー濃度が高くなり、循環水の密度が上がると、スラリー濃度が低くなる。 By the way, the specific gravity of hydrate is smaller than that of water, and when the hydrate content in the circulating water increases, the density of the circulating water decreases. When the hydrate content in the circulating water decreases, the density of the circulating water increases. . Therefore, as shown in FIG. 3, the density and the slurry concentration have a negative correlation. When the circulating water density decreases, the slurry concentration increases, and when the circulating water density increases, the slurry concentration decreases.
上述したように、循環水ライン26はスラリー濃度が所定値以上になると閉塞される。これを言換えると循環水ライン26は循環水の濃度が所定値以下になると閉塞される。
As described above, the circulating
そこで、ハイドレート生成装置100では、マイクロモーション流量計29によって検出された循環水の濃度が所定値以下まで低下すると、CPU34が、給水ライン18によるタンク6への給水量を設定量より増加させてタンク6内の水の密度を上げ、タンク6内のハイドレート及びハイドレート形成ガスの含有率を下げる。これによって、循環水ライン26に流入するハイドレート及びハイドレート形成ガスの量を抑制でき、循環水ライン26内の循環水のスラリー濃度を間接的に下げることができる。従って、ハイドレートによる循環水ライン26の閉塞を防止できる。
Therefore, in the
一方、循環ガスライン22の一端は、外部タンク8の蓋部8Aに設けられた循環ガス抜取ライン38に接続され、他端は、ガス吹出し管24に接続されている。
On the other hand, one end of the circulating
循環ガスライン22には、循環ガス抜取ライン38から抜き取った循環ガスを圧縮して矢印bの方向に圧送する圧縮機40と、圧縮機40で圧縮された循環ガスを所定の温度に加熱または冷却する熱交換器42とが介装されている。
The circulating
1−2 作用、効果
第1生成装置2においては、ジャケット6Aおよびジャケット8Cに温度の冷媒を流通させてタンク6および外部タンク8の内部を所定温度に保持しつつ、給水ライン18からタンク6内に所定量の水を供給し、循環水ライン20に水を循環させつつ、熱交換器30で循環水戻り温度T1を所定の温度に保持する。
1-2 Actions and Effects In the first generator 2, a coolant having a temperature is circulated through the
そして、攪拌機10を回転させつつ、ガス供給ライン14を通して外部タンク8に天然ガスを供給すると、供給された天然ガスは、タンク6内で水と搬送してハイドレートを生成する。生じたハイドレートは、ハイドレート排出スクレーパ12によって外部タンク8内に排出され、外部タンク8から第2生成装置4に導出される。外部タンク8から第2生成装置4に導出されたハイドレートは転化率が約40%であり、約60重量%の水を含んでいる。
When natural gas is supplied to the external tank 8 through the
第2生成装置4においては、第1生成装置2から導入されたハイドレートを回転パドル44で攪拌しつつ、更に天然ガスと接触させることにより、ハイドレートの転化率を転化率を約90%まで高める。
In the
また、マイクロモーション流量計29によって循環水ライン26内を循環する水の濃度を検出し、検出された水の濃度から循環水ライン26内のスラリー濃度を算出し、算出されたスラリー濃度が所定値より高くならないように、タンク6への給水量を制御することにより、循環水ライン26がハイドレートによって閉塞されることを防止できる。
Further, the concentration of water circulating in the circulating
2.実施形態2
以下、本発明のハイドレート生成装置の一例につき、説明する。
2. Embodiment 2
Hereinafter, an example of the hydrate generator of the present invention will be described.
図3に示すように、実施形態2に係るハイドレート生成装置110では、給水ライン18に、三方弁19を介して給水ライン18の支流(以下、給水ライン支流という)18Aの一端が接続されている。この給水ライン支流18Aの他端は開閉弁21を介して循環水ライン20に接続されている。
As shown in FIG. 3, in the hydrate generator 110 according to the second embodiment, one end of a tributary (hereinafter referred to as a water supply line tributary) 18 </ b> A of the
CPU35は、マイクロモーション流量計29によって検出された循環水ライン26内の循環水の濃度が所定値以下まで下がると、三方弁19を切替えて給水ライン18から給水ライン支流18Aへ水を流し、開閉弁21を開放して循環水ライン26へ直接給水させる。
When the concentration of circulating water in the circulating
これによって、直接的に循環水ライン26を循環する水のスラリー濃度が下がり、ハイドレートによる循環水ライン26の閉塞が防止される。
As a result, the slurry concentration of the water directly circulating in the circulating
3.実施形態3
以下、本発明のハイドレート生成装置の一例につき、説明する。
3. Embodiment 3
Hereinafter, an example of the hydrate generator of the present invention will be described.
図3に示すように、実施形態3に係るハイドレート生成装置110では、三方弁19は、水の流れを給水ライン18及び給水ライン支流18Aにオンオフで切換えるのみではなく、任意の割合で連続的に振り分けることができる。CPU37は、マイクロモーション流量計29によって検出された循環水ライン26内の循環水の濃度が所定値以下まで下がると、三方弁19を調整して給水ライン18及び給水ライン支流18Aを流れる水を三方弁19で所定の割合で分岐させ、開閉弁21を開放してタンク6内と循環水ライン26の双方へ給水させる。
As shown in FIG. 3, in the hydrate generator 110 according to the third embodiment, the three-
この際、CPU37は、三方弁19の開度を制御して、給水ライン18からタンク6内への給水量を所定の割合で増加させると共に、給水ライン支流18Aから循環水ライン26へ所定の割合で水を給水させる。これによって、タンク6内の水位と循環水ライン26を循環する水のスラリー濃度をバランス良く維持できる。
At this time, the CPU 37 controls the opening degree of the three-
なお、実施形態1〜3では、ハイドレートが生成されるのと同時に、ハイドレートをタンク6から排出する構成を例に取って本発明を説明した。しかし、これに限らず、ハイドレートをタンク6から排出せずに、タンク内にハイドレートが所定量溜まるまでハイドレートの生成を続ける所謂バッチ式のハイドレート生成装置であっても、タンク内の水を循環水ラインで循環させる場合には、同様にハイドレートによる閉塞という問題は起り得る。このため、バッチ式のハイドレート生成装置にも本発明を適用可能である。
In the first to third embodiments, the present invention has been described by taking as an example a configuration in which the hydrate is discharged from the
6 タンク
18 給水ライン(給水手段)
20 循環水ライン
29 マイクロモーション流量計(濃度検出手段)
34 CPU(制御手段、濃度検出手段)
35 CPU(制御手段、濃度検出手段)
37 CPU(制御手段、濃度検出手段)
100 ハイドレート生成装置
110 ハイドレート生成装置
6
20 Circulating
34 CPU (control means, concentration detection means)
35 CPU (control means, concentration detection means)
37 CPU (control means, concentration detection means)
100 Hydrate Generator 110 Hydrate Generator
Claims (4)
前記タンク内の水を冷却して循環させ、前記タンク内の水を所定温度に冷却する循環水ラインと、
前記循環水ラインに設けられ、循環する水のスラリー濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段で検出されたスラリー濃度が所定値まで上昇すると、前記タンク内へ水を給水する給水手段の給水量を設定量より増加させる制御手段と、
を有することを特徴とするハイドレート生成装置。 In a hydrate generating device for introducing water and hydrate forming gas into a tank and generating hydrate under a predetermined temperature and a predetermined pressure,
A circulating water line for cooling and circulating the water in the tank, and cooling the water in the tank to a predetermined temperature;
A concentration detecting means provided in the circulating water line for detecting the concentration of the circulating water slurry;
Control means for increasing the water supply amount of the water supply means for supplying water into the tank from a set amount when the slurry concentration detected by the concentration detection means rises to a predetermined value;
A hydrate generation apparatus comprising:
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