JP2006111746A

JP2006111746A - ガスハイドレートの取り扱い装置および脱水装置

Info

Publication number: JP2006111746A
Application number: JP2004301118A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Oya; 信貴大屋; Seiji Horiguchi; 清司堀口
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】ガスハイドレートスラリの高濃度化に伴う流動性の低下を抑制すること。
【解決手段】原料ガスと水とを反応させて生成されたガスハイドレートスラリ３９を濃縮ないし脱水処理して高濃度のガスハイドレート４９を生成するガスハイドレートの取り扱い装置（２）において、ガスハイドレートが接する面（３３，３５，３７）に撥水膜を形成することにより、ガスハイドレートと接触面との摩擦が小さくなり、含水率低下に伴うガスハイドレートスラリの流動性低下を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスハイドレートの取り扱い装置および脱水装置に関する。

ガスハイドレートは、水分子の作る籠の中にガスを取り込んだ構造の固形の水和物であり、例えば、−１０数℃の大気圧で安定することから、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送・貯蔵手段として利用する研究が進められている。

一般に、ガスハイドレートは、例えば、天然ガス、メタンガス、炭酸ガスなどの原料ガスと水とを低温高圧の容器内で反応させて生成される。生成容器内で生成されるガスハイドレートは、多量の未反応水を含むことから、水を分離して製品ハイドレートを精製する必要がある。

特許文献１に記載されたガスハイドレートの脱水方法によれば、まず、生成容器から抜き出したガスハイドレートスラリをスクリュープレスなどの加圧脱水装置に導いて物理脱水を行うようにする。そして、物理脱水されたガスハイドレートスラリをスクリューコンベアなどに導いて移送させると共に、原料ガスを取り込んでガスハイドレートに付着する水分と原料ガスとを反応させ、水和脱水を行うことにより、付着水の少ないガスハイドレートを得るようにしている。

特開２００１−３４２４７３号公報

ところで、ガスハイドレートスラリは、脱水による含水率の低下に伴い、流動特性が変化する。例えば、特許文献１のスクリュープレスの場合、ガスハイドレートスラリをスクリューの回転で搬送しながら圧搾しているが、この搬送過程でスラリ中の水分が分離して脱水され、含水率が低下する。

このように、ガスハイドレートスラリの含水率が低下して所定値以下になると流動性が極端に低下して、搬送負荷が増大するという問題がある。特許文献１では、ガスハイドレートスラリの含水率低下に伴う流動性の低下についてなんら検討がされていない。

本発明は、ガスハイドレートスラリの高濃度化に伴う流動性の低下を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、原料ガスと水とを反応させて生成されたガスハイドレートスラリを濃縮ないし脱水処理して高濃度のガスハイドレートを生成するガスハイドレートの取り扱い装置において、ガスハイドレートが接する面に撥水膜を備えることを特徴としている。これによれば、ガスハイドレート粒子と接触面との間の摩擦抵抗を低減できるため、ガスハイドレートの高濃度化に伴う流動性低下を抑制できる。

具体的に、本発明では、外筒と、この外筒の内部に設けられた筒状の脱水スクリーンと、この脱水スクリーンの内部に挿通された回転軸と、この回転軸の外周に設けられたスクリュー羽根と、この脱水スクリーンの一端の内部に挿通されたガスハイドレートスラリの供給口と、外筒に設けられた水の排出口と、脱水スクリーンの他端に設けられたガスハイドレートの排出口とを備えたガスハイドレートの脱水装置において、回転軸とスクリュー羽根と脱水スクリーンの内周面との少なくとも１つ以上の表面に撥水膜を形成するようにしている。

すなわち、ガスハイドレートスラリは、回転軸の軸方向に搬送されると共に、圧搾力で水分が連続的に分離されて含水率が低下するが、ガスハイドレートが接する面に撥水膜を形成することにより、例えば、脱水スクリーンの内周面との間の摩擦抵抗が小さくなるため、流動性の低下を抑制できる。この場合において、撥水膜は、例えば、フッ素樹脂膜であることが好ましい。

本発明によれば、ガスハイドレートスラリの高濃度化に伴う流動性の低下を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明が適用されるスクリュープレスの断面図を示し、図２は、本発明が適用される一実施形態のハイドレート製造プラントの構成図を示す。

図２に示す実施形態は、天然ガスのハイドレート（以下、ＮＧＨと略す。）を製造するプラントを示しているが、本発明は天然ガスに限らず、他の原料ガス、例えば、メタンガス、炭酸ガス等のハイドレート製造に適用できる。同図に示すように、本実施形態のハイドレート製造プラントは、ＮＧＨスラリを生成する生成器１を含むハイドレートスラリー製造装置と、生成器１で生成されたＮＧＨスラリの水分をスクリュープレスにより物理的に脱水する物理脱水装置２と、物理脱水装置２で脱水されたＮＧＨの付着水と天然ガスとを反応させてＮＧＨの濃度を製品レベルに高める水和脱水装置３とを備えて構成されている。これらの生成器１、物理脱水装置２、水和脱水装置３は、いずれも所定の高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）および低温（例えば、１〜１０℃）に保持されている。

生成器１は、円筒状の容器で形成され、容器の上部にＮＧ（天然ガス）タンク１１から圧縮機１２と冷却器１３を介して冷却された原料ガスである天然ガスが連続して供給されるようになっている。また、生成器１の底部には、水タンク１４からポンプ１５と冷却器１６を介して冷却された水が連続して供給されるようになっている。冷却器１３、１６には図示していない冷凍装置から冷媒が循環され、これによって生成器１に供給する天然ガスと水を所定の温度に冷却するようになっている。生成器１の頂部には、水のスプレーノズル１７が設けられ、このスプレーノズル１７には生成器１の底部に連通された水循環ポンプ１８によって抜き出された水が、冷却器１９によって冷却されて循環供給されるようになっている。冷却器１９には、図示していない冷凍装置から冷媒が循環され、これによってスプレーノズル１７に供給する水を所定の温度（例えば、１℃）に冷却するようになっている。

生成器１で生成されたＮＧＨスラリは、生成器１の中腹部からスラリ移送ポンプ２０によって連続的に抜き出され、必要に応じて図示しない濃縮器により水分の一部を分離して濃縮された後、物理脱水装置２に供給されて脱水される。物理脱水装置２によりＮＧＨから分離された水は、ポンプ２１によりライン２４を通じて生成器１に戻されるようになっている。

一方、物理脱水装置２により脱水されたＮＧＨは、高濃度スラリードラム２５に一時貯蔵された後、水和脱水装置３に供給され、ＮＧＨに付着している付着水と別途供給される原料ガスとを反応させてＮＧＨを生成し、これによってＮＧＨの濃度が十分に高められる。水和脱水装置３としては、例えば、特許文献１に記載の２軸スクリュー型脱水装置を適用することができる。また、これに代えて、流動層式の水和脱水装置を適用することができる。すなわち、流動層式水和脱水装置は、物理脱水装置２により脱水されたＮＧＨを縦型容器内に供給し、容器の底部から原料ガスを吹き込んでＮＧＨの流動層を形成し、流動層反応によりＮＧＨに付着している付着水をＮＧＨ化するものである。

次に、本実施形態のガスハイドレート製造プラントの動作を説明する。前述したように、生成器１内は天然ガスおよび水の供給圧により高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）保持されると共に、冷却器１３，１６により低温（例えば、１〜１０℃）に保持されている。そして、頂部のスプレーノズル１７から十分に冷却された水が生成器１内に噴霧されると、生成器１内の気相部の天然ガスと反応して、水和生成物であるＮＧＨの粉粒体２２が生成されて液相部に落下する。液相部のＮＧＨを含む水は底部から水循環ポンプ１８によって抜き出され、冷却器１９を介してスプレーノズル１７から再び生成器１内に噴霧される。なお、水循環ポンプ１８によって抜き出される水にＮＧＨが混入するのを抑制するために、生成器１の底部に多孔板などからなるフィルタ２３が設けられている。また、生成器１内におけるＮＧＨ生成反応は発熱を伴うことから、生成器１内の温度を設定温度に保持するために、冷却器１９によって循環水を凍結する限界の温度近くまで冷却してスプレーノズル１７に循環するようにしている。

このようにして、水を循環してスプレーすることにより連続的にＮＧＨが生成され、生成されたＮＧＨの比重は水よりも小さいことから、液相部の水面近傍のＮＧＨ濃度が最も高くなる。この抜き出されるＮＧＨスラリの濃度は、一般に低濃度（例えば、０．５〜５重量％）である。

ここで、本発明が適用される物理脱水装置２の一実施の形態の詳細構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態の物理脱水装置２は、図に示すように、円筒状の高圧用シェル３１と、高圧用シェル３１内に設けられた円筒状の脱水スクリーン３３と、脱水スクリーン３３内の空間に配置され、スクリュー羽根３５を有する回転軸３７が備えられている。

高圧用シェル３１の一端の上部にはＮＧＨスラリ３９を取り入れる供給口４１が設けられる一方、他端の下部には脱水されたＮＧＨ４９を排出する排出口５１が設けられている。また、高圧用シェル３１の下部中央には、ＮＧＨスラリ３９から分離された水分４５を排出する排出口４３が設けられている。高圧用シェル３１の下部内周面は、排出口４３に向かって傾斜して形成され、分離された水分４５が排出口４３に集合するようになっている。脱水スクリーン３３は、ＮＧＨスラリ３９から分離された水分４５を通す孔４７が全周に渡って形成されている。また、孔４７の大きさは、ＮＧＨが通らずに、水分のみが通過するように設定されている。

回転軸３７は、搬送方向に向かって軸径をテーパ状に拡げて形成され、図示しない駆動装置と回転可能に連結されている。つまり、ＮＧＨスラリ３９は排出口５１に向かって搬送されるに従い収容容積が圧縮されるようになっている。スクリュー羽根３５は、回転軸３７に沿って螺旋状で形成され、脱水スクリーン３３の内周面と近接するように設けられている。回転軸３７の両端は、高圧用シェル３１の両側面に軸支されている。また、排出口５１にはスプリングコーン５３が設けられ、排出口５１から排出されるＮＧＨ５１の排出を抑制し、圧搾圧力を安定させるようになっている。

次に、このように構成される物理脱水装置２の動作を説明する。まず、生成器１からスラリー移送ポンプ２０により抜き出されたＮＧＨスラリ３９は、供給口４１を介して脱水スクリーン３３内に導かれる。脱水スクリーン３３内に導入されたＮＧＨスラリ３９は、回転軸３７の回転によりスクリュー羽根３５の溝空間を通じて軸方向に搬送されると共に、回転軸３７の締付力により発生する圧搾圧力で連続的に圧縮され、分離された水分が脱水される。この分離された水分４３は、脱水スクリーン３３の孔４７から外部に流出され、排出口４３から排出される。このように、ＮＧＨスラリ３９は、物理脱水装置２を通過する過程で水分が分離されて低濃度から高濃度（例えば、７０重量％）に濃縮される。

このように、物理脱水装置２は、ＮＧＨスラリ３９を回転軸３７の回転により搬送しながら圧搾して脱水するものである。しかしながら、ＮＧＨスラリ３９は、この搬送過程で脱水により含水率が徐々に低下するため、例えば、含水率が所定値以下に低下すると、ＮＧＨスラリ３９の流動性が極端に低下して搬送負荷が増大するという不具合が生じる。

そこで、本実施形態では、低濃度のＮＧＨスラリ３９を濃縮または脱水処理して高濃度のＮＧＨ４９を生成させる取り扱い装置において、ＮＧＨスラリ３９の接触面に撥水膜を形成するようにしている。特に、ＮＧＨスラリ３９の含水率が大きく減少する物理脱水装置２においては、回転軸３７、スクリュー羽根３５、脱水スクリーン３３のいずれかの表面に撥水膜を形成するようにする。これにより、ＮＧＨ粒子と接触面との間の摩擦抵抗が低減されるから、ＮＧＨの高濃度化に伴う流動性低下を抑制できる。

また、上記の物理脱水装置２に加えて、例えば、物理脱水装置２の排出口５１からラインを通じて高濃度スラリードラム２５の内壁に至るまで撥水膜を形成しておくことが好ましい。これによれば、例えば、高濃度のＮＧＨ４９が壁面に付着して堆積することによる流路抵抗（搬送負荷）の増加を抑制できる。さらに、ＮＧＨスラリ３９から分離された水分４５を排出口４３に集合させる高圧用シェル３１の下部内周面、排出口４３と生成器１とを接続するライン２４の内壁においても、撥水膜を形成しておくことが好ましい。これによれば、脱水スクリーン３３の孔４７を通過したＮＧＨ３９が、壁面に付着して堆積することを抑制できる。

本実施形態では、撥水膜としてフッ素樹脂を含有する撥水性材料が用いられ、例えば、テフロン（登録商標）が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。さらに、本実施形態では、撥水膜を形成する領域として、物理脱水装置２を含めた数箇所について示したが、ＮＧＨと接する面であればこれらの箇所に限定されるものではない。

以上述べたように、本実施形態では、低濃度のＮＧＨスラリを濃縮または脱水処理して高濃度のＮＧＨを生成させる取り扱い装置などにおいて、ＮＧＨの接触面に撥水膜を形成するようにしているから、ＮＧＨ粒子と接触面との間の摩擦抵抗を小さくすることができ、ＮＧＨの高濃度化に伴う流動性低下を抑制することができる。

本発明が適用されるスクリュープレスの断面図である。本発明が適用される一実施形態のハイドレート製造プラントの構成図である。

符号の説明

１生成器
２物理脱水装置
３水和脱水装置
２４ライン
２５高濃度スラリードラム
３１高圧用シェル
３３脱水スクリーン
３５スクリュー羽根
３７回転軸
３９ガスハイドレートスラリ（ＮＧＨスラリ）
４３排出口
４９ガスハイドレート（ＮＧＨ）

Claims

原料ガスと水とを反応させて生成されたガスハイドレートスラリを濃縮ないし脱水処理して高濃度のガスハイドレートを生成するガスハイドレートの取り扱い装置において、前記ガスハイドレートが接する面に撥水膜を有してなることを特徴とするガスハイドレートの取り扱い装置。
外筒と、該外筒の内部に設けられた筒状の脱水スクリーンと、前記脱水スクリーンの内部に挿通された回転軸と、前記回転軸の外周に設けられたスクリュー羽根と、前記脱水スクリーンの一端の内部に挿通されたガスハイドレートスラリの供給口と、前記外筒に設けられた水の排出口と、前記脱水スクリーンの他端に設けられたガスハイドレートの排出口とを備えたガスハイドレートの脱水装置において、前記回転軸と前記スクリュー羽根と前記脱水スクリーンの内周面との少なくとも１つ以上の表面に撥水膜を有することを特徴とするガスハイドレートの脱水装置。
前記撥水膜は、フッ素樹脂膜であることを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレートの脱水装置。