JP2006124467A - ハイドレート脱水システムおよびハイドレート製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】 運転を停止することなく、脱水スクリーンの目詰まりを解除できるハイドレート脱水システムおよびハイドレート製造システムを提供する。
【解決手段】ハイドレートスラリーの脱水機能を有する脱水スクリーン６と、前記脱水スクリーンが閉塞したことを検知する閉塞検知手段と、前記閉塞を解除する閉塞解除手段とを有するハイドレート脱水システム、および前記ハイドレート脱水システムを有するハイドレート製造システム１００。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイドレート脱水システムおよびハイドレート製造システムに関し、特に、ハイドレートスラリーを脱水して高濃度にするための脱水スクリーンを有するハイドレート脱水システムであって、運転を継続しつつ、脱水スクリーンの閉塞を解除できるもの、および前記ハイドレート脱水システムを有するハイドレート製造システムに関する。

ハイドレート製造装置には、直立した筒状容器の内部を所定の温度、圧力に保持しつつ、頂部から底部に向かって水を噴霧してハイドレート形成ガスと接触させ、ハイドレートを形成させるものがある（特許文献１）。

前記形態のハイドレート製造装置においては、ハイドレートは、通常水と混合したスラリーの形態で得られるから、得られたスラリーから水を除去して濃縮する脱水スクリーンが筒状容器の底部近傍に設けられている。

前記スラリー中の水は、前記脱水スクリーンを通過して回収され、新たに供給された水とともに頂部から再び噴霧される。一方、スラリー中のハイドレートは脱水スクリーンの直ぐ上方に残るから、スクリューコンベアなどで生成装置外に取り出した後、スクリュープレスなどで脱水処理される。

ハイドレート生成装置としては、他に、内部が所定の温度、圧力に保持された攪拌槽に水とハイドレート形成ガスとを導入して攪拌し、ハイドレートを生成させる攪拌槽型ハイドレート生成装置がある。前記攪拌槽型ハイドレート生成装置においては、生成装置の外部に取り出したハイドレートは、脱水スクリーンを有する脱水装置で脱水されたあと、第２生成器に導入されてハイドレート生成性ガスと再び接触させ、純度を更に高くする。
特開２０００−３０９７８５号公報

しかしながら、 脱水スクリーンとしては、通常は、所定の平均孔径を有するメッシュやパンチングメタルなどが使用されるから、ハイドレートを生産中に脱水スクリーンが目詰まりすることがあった。また、脱水装置においても脱水スクリーンが目詰まりすることがあった。

脱水スクリーンで目詰まりを放置すると、筒状容器の内部で生成したハイドレートが濃縮されずに外部に取り出されるので、生産効率が低下してしまい、また、脱水スクリーンでの目詰まりを放置すると、円滑な脱水が行なわれなくなるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであって、運転を停止することなく、脱水スクリーンの目詰まりを解除できるハイドレート脱水システムを提供することを目的とする。また、前記ハイドレート脱水システムを有するハイドレート製造システムの提供も目的とする。

請求項１に記載の発明は、ハイドレートスラリーの脱水機能を有する脱水スクリーンと、前記脱水スクリーンが閉塞したことを検知する閉塞検知手段と、前記閉塞を解除する閉塞解除手段とを有することを特徴とするハイドレート脱水システムに関する。

前記ハイドレート脱水システムにおいては、前記閉塞検知手段で脱水スクリーンの閉塞を常時検知するともに、閉塞を検知した場合には、前記閉塞解除手段において前記閉塞を解除する。

したがって、前記ハイドレート脱水システムは、脱水スクリーンで閉塞が生じた場合においても、運転を停止することなく閉塞を解除でき、生産性の低下が極めて少ないという特長を有している。

ここで、ハイドレート形成ガスとしては、ある所定の圧力および温度下でハイドレートを生成する性質があるものを言い、たとえば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、二酸化炭素、フロンガス、酸素、窒素、水素などがある。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のハイドレート脱水システムにおいて、前記閉塞検知手段が脱水スクリーンの両側の圧力差を検知する圧力差検知手段を備え、前記圧力差検知手段が予め定められた所定値以上の圧力差を検知したら、前記脱水スクリーンに閉塞が生じたものと判断するハイドレート脱水システムに関する。

脱水スクリーンで目詰まりが生じると、脱水スクリーンの上側では圧力が高くなり、下側では圧力が低くなる。前記ハイドレート脱水システムにおいては、このようにして脱水スクリーンの両側に生じる圧力差を前記閉塞検知手段における圧力差検知手段で検知し、所定値以上の圧力差を検知したら、前記脱水スクリーンに閉塞が生じたものと判断する。

したがって、前記ハイドレート脱水システムにおいては、脱水スクリーンの目詰まりを非接触で検出できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のハイドレート脱水システムにおいて、前記閉塞解除手段は、前記脱水スクリーンを加熱する脱水スクリーン加熱手段を備えてなり、前記閉塞検知手段が閉塞を検知すると、前記脱水スクリーン加熱手段で前記脱水スクリーンを加熱するハイドレート脱水システムに関する。

ハイドレート脱水システムにおいては、多くの場合、反応器内で生じた粒径の小さなハイドレートが脱水スクリーンの目に詰まることによって脱水スクリーンが目詰まりする。

前記ハイドレート脱水システムにおいては、前記閉塞解除手段において脱水スクリーンを加熱して脱水スクリーンに詰まったハイドレートをハイドレート形成ガスと水とに分解して除去している。

脱水スクリーン加熱手段は、脱水スクリーンを加熱するヒータであってもよく、前記脱水スクリーンに直接通電して加熱する脱水スクリーン通電加熱装置であってもよい。また、熱媒体の流通する熱媒体流通管路を脱水スクリーンに埋設し、この熱媒体流通管路に高温の熱媒体を流通して脱水スクリーンを加熱してもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のハイドレート脱水システムにおいて、前記脱水スクリーンの平均開口部径が０．１ｍｍ〜１ｍｍであるハイドレート脱水システムに関する。

粒径の小さなハイドレート粒子は、生成過程における脱水効率が低く、保存安定性が低い。したがって、ハイドレート生成装置においては、ある程度以上粒径の大きなハイドレート粒子を生成させることが好ましい。

前記ハイドレート脱水システムにおいては、脱水スクリーンの平均開口部径が０．１ｍｍ〜１ｍｍである。平均開口部径が０．１ｍｍよりも小さい場合、脱水スクリーンが直ぐに閉塞してしまう。一方、平均開口部径が１ｍｍより大きな場合は、たとえば水を噴霧する水スプレーノズルが反応器の頂部に設けられたハイドレート生成装置において、脱水スクリーンで除去された水を再利用しようとするとスプレーノズルが閉塞し易くなるため好ましくない。

したがって、前記ハイドレート脱水システムにおいて得られるハイドレート粒子は、脱水効率や保存安定性も高い。

請求項５に記載の発明は、水とハイドレート形成ガスとを所定の温度および圧力下で接触させてハイドレートを製造するハイドレート製造システムであって、得られたハイドレートを脱水する請求項１〜４の何れか１項に記載のハイドレート脱水システムを備えてなることを特徴とするハイドレート製造システムに関する。

前記ハイドレート脱水システムにおいては、前述のように、閉塞検知手段で脱水スクリーンの閉塞を常時検知するともに、閉塞を検知した場合には、前記閉塞解除手段において脱水スクリーンの閉塞を解除する。

したがって、前記ハイドレート製造システムは、脱水スクリーンで閉塞が生じた場合においても、運転を停止することなく閉塞を解除でき、生産性の低下が極めて少ないという特長を有している。

以上説明したように、本発明によれば、脱水スクリーンや脱水スクリーンに目詰まりが生じても運転を停止することなく、自動的に目詰まりを解除できるハイドレート脱水システムおよび前記ハイドレート脱水システムを有するハイドレート製造システムが提供される。

１．実施形態１

本発明のハイドレート脱水システムにつき、天然ガスハイドレート製造システムを例にとって図１を用いて説明する。

図１に示すように、実施形態１に係るハイドレート製造システム１００は、直立した筒状容器２と、筒状容器２の内部における頂部に設けられ、下方に向かって水をスプレーする水スプレーノズル４と、筒状容器２の底部近傍に設けられた脱水スクリーン６と、脱水スクリーン６の上方に近接して設けられ、脱水スクリーン６の上面に溜まったハイドレートを外部に導出するスクリューコンベア８とを備える。なお、脱水スクリーン６の上面に溜まったハイドレートを外部に導出する手段は、スクリューコンベア８には限定されず、たとえば、ポンプなどを介した排出ラインなども使用できる。ハイドレート製造システム１００は、本発明のハイドレート製造システムに相当する。

筒状容器２の底板２Ｂには、水循環ライン１０の一端が開口している。水循環ライン１０の他端は、筒状容器２の天板２Ａを貫通して水スプレーノズル４に接続されている。水循環ライン１０には、ポンプ１２および熱交換器１４が介装され、ポンプ１２と熱交換器１４との間には新鮮水を供給する給水ライン１６が接続されている。

脱水スクリーン６としては、０．１〜１ｍｍ程度の平均孔径の孔が全面に設けられた金属プレートや、金属繊維や金属粒子を燒結した焼結フィルタなどが使用される。脱水スクリーン６を加熱するヒータ６Ａは、図１に示すように、脱水スクリーン６内部に埋設されてもよく、また、脱水スクリーン６の下方に重ね合わせるように設けてもよい。

筒状容器２には、更に、天板２Ａの直下方および脱水スクリーン６の直上方に、夫々天然ガスを導入するガス導入ライン１８および天然ガスを外部に導出するガス導出ライン２０が設けられている。また、脱水スクリーン６を挟んで上下には、脱水スクリーン６の上側と下側との圧力差を検知する差圧検知ライン２２が設けられている。差圧検知ライン２２には圧力計２４が設けられている。差圧検知ライン２２および圧力計２４は、本発明における閉塞検知手段に相当し、また圧力差検知手段にも相当する。圧力計２４における圧力差の検知結果は、閉塞解除制御部３０に入力され、閉塞解除制御部３０は、圧力計２４から入力された検知結果に基づいて脱水スクリーン６に埋設されたヒータ６Ａのｏｎ−ｏｆｆおよび流すべき電流の強さを制御する。ヒータ６Ａおよび閉塞解除制御部３０は、本発明における閉塞解除手段に相当し、中でもヒータ６Ａは、脱水スクリーン加熱手段に相当する。また、脱水スクリーン６、ヒータ６Ａ、差圧検知ライン２２、圧力計２４、閉塞解除制御部３０は、本発明のハイドレート脱水システムを構成する。

なお、筒状容器２の胴部にはジャケット２Ｃが設けられ、ジャケット２Ｃに冷媒を流通させることにより、筒状容器２の内部を所定の温度に設定する。

以下、ハイドレート製造システム１００の作用について説明する。

筒状容器２において、水スプレーノズル４から水がスプレーされ、ガス導入ライン１８から天然ガスが導入されると、筒状容器２の内部でハイドレート粒子が生成し、脱水スクリーン６上に堆積する。ここで、前記ハイドレート粒子は、水スプレーノズル４からスプレーされた水が天然ガスと接触して生成したものであるから、内部には水が残っている。したがって、前記ハイドレート粒子中のハイドレートは脱水スクリーン６上に残存し、水は、脱水スクリーン６の開口を通って筒状容器２における脱水スクリーン６と底板２Ｂとの間の部分に溜まる。

底板２Ｂと脱水スクリーン６との間に溜まった水は、水循環ライン１０によって水スプレーノズル４に向かって循環する。水循環ライン１０を循環する水は、ポンプ１２によって矢印ａの方向に沿って流通すると同時に、給水ライン１６からの新鮮水と合わされ、熱交換器１４で所定の温度に制御されて水スプレーノズル４に戻される。

一方、脱水スクリーン６上に残存したハイドレートは、スクリューコンベア８によって筒状容器２の外部に取り出される。

ここで、脱水スクリーン６にはある程度の流通抵抗があるから、脱水スクリーン６の上側の圧力が下側の圧力よりも高くなる。したがって、差圧検知ライン２２はある程度の圧力差が現れる。この圧力差は、圧力計２４で検知されて閉塞解除制御部３０に入力される。圧力計２４で検知される圧力差が予め定められた所定値以上になると、閉塞解除制御部３０は、脱水スクリーン６において閉塞が生じたものと判断し、ヒータ６Ａに通電して、脱水スクリーン６を加熱する。これにより、脱水スクリーン６の孔に詰まったハイドレートは天然ガスと水とに分解される。分解された水は、脱水スクリーン６の上側と下側との間の圧力差によって下方に押し出され、脱水スクリーン６の閉塞は解除される。
なお、脱水スクリーン６の閉塞は、水循環ライン１０の流量の低下やポンプ１２の入口圧力の低下も引き起こすから、水循環ライン１０のポンプ１２よりも上流側にポンプ入口側圧力計２５や循環水流量計２６を設け、これらの変化を検出することによっても脱水スクリーン６の閉塞を検出できる。なお、ポンプ入口側圧力計２５や循環水流量計２６もまた、本発明における閉塞検知手段に相当する。

実施形態１のハイドレート製造システム１００においては、脱水スクリーン６の上側と下側との間の圧力差を検知して閉塞の有無を判定しているから、高い信頼性で脱水スクリーン６の閉塞を検知できる。

また、脱水スクリーン６の閉塞を検知したら、脱水スクリーン６を加熱し、脱水スクリーン６を閉塞させているハイドレートを分解して閉塞を解除しているから、脱水スクリーン６のどの箇所で閉塞が生じても、容易に閉塞を解除できる。また、脱水スクリーン６に水を注入して閉塞を解除する方法とは異なり、余計な配管が不要であり、ハイドレート脱水システム全体の構成を簡略化できる。

２．実施形態２

以下、本発明に係るハイドレート製造システムについて天然ガスハイドレートの製造を例に説明する。

実施形態２に係るハイドレート製造ライン２００は、図２に示すように、水と天然ガスとからハイドレートを生成させる第１ハイドレート生成器２０２と、第１ハイドレート生成器２０２で生成したハイドレートを脱水するハイドレート脱水装置２０４と、ハイドレート脱水装置２０４で脱水されたハイドレートを更に高濃度化する第２ハイドレート生成器２０６とを備えている。

第１ハイドレート生成器２０２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反応タンク１０２と、反応タンク１０２に水を供給する給水ライン１０４と、反応タンク１０２に天然ガスを供給する天然ガス供給ライン１０６と、攪拌羽根１０８と、天然ガス供給ライン１０６から供給された天然ガスのうち、水と反応しなかったものを反応タンク１０２に戻すガス循環ライン１１０と、反応タンク１０２内で生成したハイドレートのスラリーを抜き出して循環させるスラリー循環ライン１１２とを備える。

ガス循環ライン１１０は、一端が、反応タンク１０２の頂部近傍に開口し、他端は、反応タンク１０２底部近傍に配設されたガス吹出し管１１４に連通している。ガス循環ライン１１０には、コンプレッサ１１０Ａおよび熱交換器１１０Ｂが介装されている。

スラリー循環ライン１１２は、ポンプ１１２Ａおよび熱交換器１１２Ｂが介装されているとともに、ポンプ１１２Ａと熱交換器１１２Ｂとの間から、ハイドレートのスラリーを外部に抜き出すハイドレート抜出ライン１１６が分岐している。

ハイドレート脱水装置２０４は、略直立円筒状であり、ハイドレート抜出ライン１１６を介して底部からハイドレートのスラリーが導入される脱水塔１２０と、脱水塔１２０の上半部に設けられた脱水スクリーン部１２２と、脱水塔１２０の頂部に設けられ、脱水塔１２０で脱水されたハイドレートを第２ハイドレート生成器２０６に搬送するスクリューコンベアである脱水ハイドレート搬送コンベア１２６とを備える。脱水スクリーン部１２２は、脱水スクリーン部１２２でハイドレートと分離された水を回収する水回収ジャケット１２４によって外側から覆われている。水回収ジャケット１２４には、回収した水を反応タンク１０２に戻す水戻りライン１２５が設けられている。
脱水スクリーン部１２２の近傍には、また、脱水スクリーン１２２Ａの内側と外側との圧力差を検知する差圧検知ライン１２８が設けられている。差圧検知ライン１２８には圧力計１２９が設けられている。差圧検知ライン１２８および圧力計１２９は、本発明における閉塞検知手段に相当し、また圧力差検知手段にも相当する。圧力計１２９における圧力差の検知結果は、閉塞解除制御部１３０に入力され、閉塞解除制御部１３０は、圧力計１２９から入力された検知結果に基づいて脱水スクリーン１２２Ａに埋設されたヒータのｏｎ−ｏｆｆおよび流すべき電流の強さを制御する。ヒータおよび閉塞解除制御部１３０は、本発明における閉塞解除手段に相当する。差圧検知ライン１２８、圧力計１２９、閉塞解除制御部１３０、脱水スクリーン１２２Ａ、ヒータは、本発明のハイドレート脱水システムを構成する。
なお、脱水スクリーン１２２Ａが閉塞すると、水戻りライン１２５の水量が減少したり、脱水スクリーン１２２Ａより下流側のハイドレートスラリー密度が低下したりするから、水戻りライン１２５に循環水流量計１３２や密度計１３４を設け、循環水流量計１３２で循環水流量の低下を検出したり、密度計１３４で循環水の密度（比重）の上昇を検出してハイドレートスラリー密度の低下を検知したりすることによっても脱水スクリーン１２２Ａの閉塞を検出できる。循環水流量計１３２や密度計１３４もまた、本発明における閉塞検知手段に相当する。

第２ハイドレート生成器２０６は、脱水ハイドレート搬送コンベア１２６によって、頂部からハイドレートが装入されるとともに、反応タンク１０２から抜き出された天然ガスが、ガス導入ライン１４０を通して底部から導入される。ガス導入ライン１４０には、天然ガスを冷却する熱交換器１４２が介装されている。

第２ハイドレート生成器２０６の底部には、更に、冷却されたハイドレートを抜き出すハイドレート抜出コンベア１４４が設けられている。

以下、ハイドレート製造ライン２００の作用について説明する。

第１ハイドレート生成器２０２では、給水ライン１０４から供給された水および天然ガス供給ライン１０６から供給された天然ガスが、反応タンク１０２内で接触してハイドレートのスラリーが生成する。

余剰の天然ガスは、ガス循環ライン１１０を通ってガス吹出し管１１４から反応タンク１０２中のハイドレートスラリー中に噴出される。

生成したスラリーの一部は、スラリー循環ライン１１２を通って反応タンク１０２に戻される一方、前記スラリーの大半はハイドレート抜出ライン１１６から抜き出されてハイドレート脱水装置２０４の脱水塔１２０に導入される。

脱水塔１２０にスラリーが導入されると、スラリー中のハイドレートが脱水塔１２０中を浮上し、脱水塔１２０の頂部に集まる。そして、脱水スクリーン部１２２においては、脱水塔１２０中を浮上するハイドレート粒子の浮上力によってハイドレート粒子同士が押圧され、ハイドレート粒子中の水分は、脱水スクリーン１２２Ａを通って水回収ジャケット１２４に押し出される。水回収ジャケット１２４に押し出された水は、水戻りライン１２５を通って反応タンク１０２に戻される。

一方、脱水後のハイドレートは、脱水ハイドレート搬送コンベア１２６によって脱水塔１２０の頂部から抜き出され、第２ハイドレート生成器２０６に導入されて更に高濃度化される。第２ハイドレート生成器２０６で高濃度化されたハイドレートは、ハイドレート抜出コンベア１４４で抜き出され、所定の形状に成形されて冷却され、製品とされる。

ここで、脱水スクリーン１２２Ａにはある程度の流通抵抗があるから、脱水スクリーン１２２Ａの内側の圧力が外側の圧力よりも高くなる。したがって、差圧検知ライン１２８はある程度の圧力差が現れる。この圧力差は、圧力計１２９で検知されて閉塞解除制御部１３０に入力される。圧力計１２９で検知される圧力差が予め定められた所定値以上になると、閉塞解除制御部１３０は、脱水スクリーン１２２Ａにおいて閉塞が生じたものと判断し、脱水スクリーン１２２Ａに通電して、脱水スクリーン１２２Ａを加熱する。これにより、脱水スクリーン１２２Ａの孔に詰まったハイドレートは天然ガスと水とに分解される。分解された水は、脱水スクリーン１２２Ａの上側と下側との間の圧力差によって下方に押し出され、脱水スクリーン１２２Ａの閉塞は解除される。

実施形態２のハイドレート製造ライン２００においては、脱水スクリーン１２２Ａの内側と外側との間の圧力差を検知して閉塞の有無を判定しているから、高い信頼性で脱水スクリーン１２２Ａの閉塞を検知できる。

また、脱水スクリーン１２２Ａの閉塞を検知したら、脱水スクリーン１２２Ａを加熱し、脱水スクリーン１２２Ａを閉塞させているハイドレートを分解して閉塞を解除しているから、脱水スクリーン１２２Ａのどの箇所で閉塞が生じても、容易に閉塞を解除できる。また、脱水スクリーン１２２Ａに水を注入して閉塞を解除する方法とは異なり、余計な配管が不要であり、ハイドレート脱水装置２０４の構成を簡略化できる。

図１は、実施形態１に係るハイドレート製造システムの構成を示す概略図である。 図２は、実施形態２に係るハイドレート製造ラインの構成を示す概略図である。

符号の説明

２ 筒状容器
２Ａ 天板
２Ｂ 底板
２Ｃ ジャケット
４ 水スプレーノズル
６ 脱水スクリーン
６Ａ ヒータ
８ スクリューコンベア
１０ 水循環ライン
１２ ポンプ
１４ 熱交換器
１６ 給水ライン
１６ 平成
１８ ガス導入ライン
２０ ガス導出ライン
２２ 差圧検知ライン
２４ 圧力計
２５ ポンプ入口側圧力計
２６ 循環水流量計
３０ 閉塞解除制御部
１００ ハイドレート製造システム
１０２ 反応タンク
１０４ 給水ライン
１０６ 天然ガス供給ライン
１０８ 攪拌羽根
１１０ ガス循環ライン
１１０Ａ コンプレッサ
１１０Ｂ 熱交換器
１１２ スラリー循環ライン
１１２Ａ ポンプ
１１２Ｂ 熱交換器
１１４ ガス吹出し管
１１６ ハイドレート抜出ライン
１２０ 脱水塔
１２２ 脱水スクリーン部
１２２Ａ 脱水スクリーン
１２４ 水回収ジャケット
１２６ 脱水ハイドレート搬送コンベア
１２８ 差圧検知ライン
１２９ 圧力計
１３０ 閉塞解除制御部
１３２ 循環水流量計
１３４ 密度計
１４０ ガス導入ライン
１４２ 熱交換器
１４４ ハイドレート抜出コンベア
２００ ハイドレート製造ライン
２０２ 第１ハイドレート生成器
２０４ ハイドレート脱水装置
２０６ 第２ハイドレート生成器

Claims (5)

1. ハイドレートスラリーの脱水機能を有する脱水スクリーンと、前記脱水スクリーンが閉塞したことを検知する閉塞検知手段と、前記閉塞を解除する閉塞解除手段とを有することを特徴とするハイドレート脱水システム。
2. 前記閉塞検知手段は、脱水スクリーンの両側の圧力差を検知する圧力差検知手段を備え、前記圧力差検知手段が予め定められた所定値以上の圧力差を検知したら、前記脱水スクリーンに閉塞が生じたものと判断する請求項１に記載のハイドレート脱水システム。
3. 前記閉塞解除手段は、前記脱水スクリーンを加熱する脱水スクリーン加熱手段を備えてなり、前記閉塞検知手段が閉塞を検知すると、前記脱水スクリーン加熱手段で前記脱水スクリーンを加熱する請求項１または２に記載のハイドレート脱水システム。
4. 前記脱水スクリーンの平均開口部径は０．１ｍｍ〜１ｍｍである請求項１〜３の何れか１項に記載のハイドレート脱水システム。
5. 水とハイドレート形成ガスとを所定の温度および圧力下で接触させてハイドレートを製造するハイドレート製造システムであって、得られたハイドレートを脱水する請求項１〜４の何れか１項に記載のハイドレート脱水システムを備えてなることを特徴とするハイドレート製造システム。

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