JP2006111769A

JP2006111769A - ガスハイドレート製造装置における脱水装置

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Publication number: JP2006111769A
Application number: JP2004301809A
Authority: JP
Inventors: Toru Iwasaki; 徹岩崎; Kikuo Nakamura; 喜久男中村; Takashi Arai; 新井　　敬
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
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: JP4653998B2

Abstract

【課題】重力を利用した脱水装置の導出部での抵抗の増大を抑制し、脱水装置の安定した運転を実現する。
【解決手段】原料ガスｇと水ｗとを反応させてガスハイドレートｎを生成し、このガスハイドレートｎを脱水器１２によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置である。前記脱水器１２を、ガスハイドレートスラリーｓを導入する導入部１８と、ガスハイドレートｎに付随する水ｗを脱水する水切り部２０と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートｎを導出する導出部１９とからなる縦型筒状本体２１により形成する。そして、導出部１９の内面に上下方向に延在する微細溝２３を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置における脱水装置に関するものである。

現在、メタンなどの炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵および輸送する方法として、ガス田から天然ガスを採取した後、液化温度まで冷却し、液化天然ガス（ＬＮＧ）とした状態で貯蔵および輸送する方法が採用されている。

しかし、天然ガスをＬＮＧとして貯蔵し、その後、輸送するためには、多大の費用が必要になっている。

このため、近年、天然ガスを水と水和させて固体状態の水和物、すなわち、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を生成し、この固体状態のまま貯蔵あるいは輸送することが鋭意検討されている。この天然ガスハイドレートは、比較的容易に得られる温度および圧力条件下において製造可能であるため、製造、貯蔵および輸送コストが少なくなり、斯界で注目されている。

ところで、天然ガスハイドレートは、原料ガスと水とを接触させ水和物として固体化させたものであるが、通常、未反応の水が生じるため、多量の水を含んだスラリー状となる。

従って、このスラリー状の天然ガスハイドレートを貯蔵および輸送すれば、その貯蔵および輸送にかかるコストが膨大になってしまう。そこで、含水率の低い天然ガスハイドレートを生成し、その貯蔵や輸送にかかるコストを低減するため、スラリー状の天然ガスハイドレートを脱水器に導入して未反応水を脱水除去する必要がある。そして、この脱水器として、横型のスクリュープレス型脱水装置が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１０５３６２号公報（第７−１０頁、図２）

ところで、このスクリュープレス型脱水装置は、メッシュ加工した内壁と、この内壁の外側にあって外殻を構成する筒体との二重構造になっており、内壁内に設置したスクリュー軸によってスラリー状の天然ガスハイドレートを強制的に前進させることによって内壁に加工したメッシュから水を除去するようにしているので、脱水（濃縮）中に天然ガスハイドレートの多くが水と一緒に内壁のメッシュ孔をすり抜け、天然ガスハイドレートの回収率が低下するという問題がある。

また、スクリュー軸を高トルクで回転させるため、動力費がかかるという問題がある。更に、脱水装置の内部が高圧の状態で高トルクを発生させるため、設備全体が過重になっており、スクリュー軸を高圧域から大気圧域までシールする必要がある。

このような問題を解決するために、本発明者らは、従来のような強制脱水ではなく、重力を利用したガスハイドレートの脱水装置について検討した。即ち、図６に示すように、脱水器１を、ガスハイドレートスラリーｓを導入する導入部４と、ガスハイドレートに付随する水ｗを脱水する水切り部６と、該水切り部６で脱水されたガスハイドレートｎを導出する導出部５とからなる縦型筒状本体２と、該縦型筒状本体２の外側で、かつ、前記水切り部６を覆うように設けた脱水集合部３により形成したものである。

しかし、このような重力脱水式の脱水装置は、水切り部６で脱水されたガスハイドレートｎを導出させる導出部５においてガスハイドレートｎの移動抵抗が大きくなる。そのため、スラリー状のガスハイドレートｓを脱水器１に供給するスラリーポンプ７の吐出圧力が増大したり、ガスハイドレートｎによって脱水器１が閉塞したり、或いは、液面（水位）が上昇して脱水不良になるなどの問題が発生し、一定の脱水率を維持したまま安定した運転ができなくなる恐れがあった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、重力を利用した脱水装置の導出部での抵抗の増大を抑制し、脱水装置の安定した運転を実現するとともに、定脱水率の運転を可能にするためのガスハイドレート製造装置における脱水装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。

請求項１に記載の発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートに付随する水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部とからなる縦型筒状本体により形成し、かつ、前記導出部の内面に上下方向に延在する微細溝を設けたことを特徴とするガスハイドレート製造装置における脱水装置である。

請求項２に記載の発明は、導出部に設けた微細溝は、溝深さが０．２〜５mm、溝幅が０．５〜５mmの範囲となるように形成する請求項１記載のガスハイドレート製造装置における脱水装置である。

請求項３に記載の発明は、導出部の内面に沿って水を流下させるようにした請求項１記載のガスハイドレート製造装置における脱水装置である。

請求項４に記載の発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートに付随する水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部とからなる縦型筒状本体により形成し、かつ、前記導出部の少なくとも内面を撥水性部材により形成させたことを特徴とするガスハイドレート製造装置における脱水装置である。

請求項５に記載の発明は、導出部の内面に沿って水を流下させるようにした請求項３記載のガスハイドレート製造装置における脱水装置である。

上記のように、請求項１に記載の発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートに付随する水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部とからなる縦型筒状本体により形成し、かつ、前記導出部の内面に上下方向に延在する微細溝を設けたため、導出部内面へのガスハイドレートの付着や堆積が抑制され、低含水率のガスハイドレートが通過するときの移動抵抗の増大を抑制することができる。

その結果、脱水装置にガスハイドレートを供給するスラリーポンプの吐出圧力が増大したり、ガスハイドレートによって脱水装置が閉塞したり、或いは、液面が上昇して脱水不良になるなどの問題を回避することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の脱水装置において、導出部における微細溝を、溝深さが０．２〜５mm、溝幅が０．５〜５mmの範囲となるように形成したため、導出部内面へのガスハイドレートの付着や堆積がより抑制され、導出部での抵抗増大をより効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の脱水装置において、導出部の内面に沿って水を流下させるように構成したため、導出部内面にガスハイドレートの付着や堆積が防止され、また、場合によっては、付着物が容易に剥離し、その結果として、導出部での移動抵抗の増大が抑制されたり、或いは移動抵抗の低減を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートに付随する水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部とからなる縦型筒状本体により形成し、かつ、前記導出部の少なくとも内面を撥水性部材により形成させたため、低含水率のガスハイドレートが通過するときの移動抵抗が小さくなる。

その結果、脱水装置にガスハイドレートを供給するためのスラリーポンプの吐出圧力が増大したり、ガスハイドレートによって脱水装置が閉塞したり、或いは、液面が上昇して脱水不良になるなどの問題を回避することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の脱水装置において、導出部の内面に沿って水を流下させるように構成したため、導出部内面にガスハイドレートの付着や堆積が防止され、また場合によっては、付着物が容易に剥離し、その結果として、導出部での抵抗の増大が抑制されまたは抵抗の低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１において、１１はガスハイドレート生成器、１２はガスハイドレート生成器１１で生成したスラリー状のガスハイドレートｎを脱水する脱水器、１３は脱水塔１２でほぼ脱水されたガスハイドレートｎを次工程（図示せず）に横移送するガスハイドレート搬送装置である。

ガスハイドレート生成器１１は、耐圧容器１４と、原料ガスである天然ガスｇを気泡状に噴出するガス噴出ノズル１５と、耐圧容器１４内の被処理物を攪拌する攪拌機１６と、反応熱を除去する伝熱部１７を備えている。

脱水器１２は、ガスハイドレートｎを導入する導入部１８と、ガスハイドレートｎに付随する水ｗを脱水する水切り部２０と、この水切り部２０で脱水されたガスハイドレートｎを導出する導出部１９とからなる縦型筒状本体２１と、水切り部２０で脱水された水ｗを集合するために、水切り部２０の外側に設けた筒状の脱水集合部２２により形成されている。

その上、導出部１９の内面には、図２に示すように、上下方向に延在するＶ型の微細溝２３が導出部１９の円周方向全域にわたって設けられている。勿論、この微細溝２３の形状は、Ｖ型に限られるものではなく、例えば、コの字型や円弧型でもよい。また、Ｖ型の微細溝２３を所定間隔を有するように配置した構成でもよい。

この微細溝２３は、好ましくは、溝深さｄが０．２〜５mm、溝幅ｔが０．５〜５mmの範囲内で選定される（図３参照。）。即ち、ガスハイドレートの結晶は、０．１mm程度の微細な粒子であるため、この粒子が微細溝２３内に入って付着したり、堆積するのを抑制するためには、粗大な溝を形成すると効果が低下することになる。

上記導出部１９は、必要により外筒と内筒との二重殻とし、内筒の内面に微細溝２３を形成し、適宜、内筒を交換する構造にしてもよい。

また、導入部１８と導出部１９との間に設けた水切り部２０には、金網を筒型に丸めたり、あるいは穴開き円筒を用いる。水切り部２０に設けられる穴径は、０．１〜５mm程度とされる。この穴径が、０．１mm未満の場合には、目詰まりが発生しやすく、これとは逆に５mmを超えると、カスハイドレートが流失し易くなり歩留まりが低下する。

かかる構成によるガスハイドレート製造装置において、ガスハイドレート生成器１１において生成されたガスハイドレートｎは、ガスハイドレートの濃度が２０％程度のスラリー状である。このガスハイドレートスラリーｓは、スラリーポンプ２５により脱水装置１２の導入部１８内に供給される。

そして、その液面が、水切り部２０に達するとガスハイドレートスラリーｓの水（スラリー母液）ｗは、脱水集合部２２内に排出され、すなわち、脱水され、含水率が５０％程度となったガスハイドレートｎは、脱水装置１２内を上昇して導出部１９を経てガスハイドレート搬出装置１３により次工程に移送される。

このガスハイドレートｎが導出部１９を通過するとき、ここに設けられている微細溝２３の作用によりガスハイドレートｎの付着、堆積が防止され、結果として移動抵抗増大を抑制することができる。

前記実施例においては、脱水器１２の導出部１９の内面に微細溝２３を形成したが、この導出部１９の内面を例えば、テフロン（登録商標）等の撥水性材質、アモルファス、油等の離型剤や超撥水材を用いてコーティングすることによって摩擦抵抗の増大を抑制することもできる。その結果、スラリーポンプ２５の吐出圧力の増大や脱水器１２の閉塞、或いは、液面Ｌの上昇による脱水不良などの問題がなくなる。

図４は、さらに他の実施例を示す系統図であって、図１乃至図３と同一符号は同一機器を示す。

この図４において、２６は、水供給ノズルであって、導出部１９に設けた検出器２７からの信号Ｖを入力した制御装置３０によってポンプ２８を作動させることにより、給水ライン２９から原料水または未反応水から選ばれた水ｗ’を導出部１９の内面に供給するようになっている。即ち、脱水器１２の導出部１９にガスハイドレートｎが付着する等して抵抗が大きくなると、このガスハイドレートｎの上昇速度が遅くなる。

したがって、この状態を検出器２７によって検出し、その信号Ｖによりポンプ２８を作動させて水供給ノズル２６から導出部１９の内面に水ｗ’を供給し、かつ、流下させることにより導出部１９の内面の抵抗増大を抑制することができより効果的である。

その際、図５に示すように、導出部１９の内面全周にわたって溝３１を設けると共に、この溝３１内に焼結金属製の均一分散手段３２を装着することにより、水を均一に流下させることができる。

本発明に係る脱水装置を適用したガスハイドレート製造装置の概略構成図である。導出部の横断面図である。図２の符号Ａ部の拡大図である。本発明に係る脱水装置を適用したガスハイドレート製造装置の第２の概略構成図である。均一分散手段の拡大図である。従来の脱水装置の概略構成図である。

符号の説明

ｇ原料ガス
ｗ水
ｎガスハイドレート
１２脱水器
１８導入部
１９導出部
２０水切り部
２１縦型筒状本体
２３微細溝

Claims

原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートに付随する水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部とからなる縦型筒状本体により形成し、かつ、前記導出部の内面に上下方向に延在する微細溝を設けたことを特徴とするガスハイドレート製造装置における脱水装置。
導出部に設けた微細溝は、溝深さが０．２〜５mm、溝幅が０．５〜５mmの範囲となるように形成する請求項１記載のガスハイドレート製造装置における脱水装置。
導出部の内面に沿って水を流下させるようにした請求項１記載のガスハイドレート製造装置における脱水装置。
原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートに付随する水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部とからなる縦型筒状本体により形成し、かつ、前記導出部の少なくとも内面を撥水性部材により形成させたことを特徴とするガスハイドレート製造装置における脱水装置。
導出部の内面に沿って水を流下させるようにした請求項３記載のガスハイドレート製造装置における脱水装置。