JP2006143771A - ガスハイドレートの製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輸送中、貯蔵中におけるハイドレート中のガスの残存率を向上させる。
【解決手段】 演算・制御装置６０のハイドレート化率演算部７２は、水分センサ５６が検出信号に基づいてガスハイドレート生成物のハイドレート化率ｘを求め、評価関数・制御目標温度演算部７８に入力する。残存率演算部８０は、粒子径演算部７６が求めたガスハイドレート生成物の粒子径と、製造・輸送条件設定部８４に設定された製造条件、輸送条件と、残存率データ記憶部８６に記憶されている粒子径に対応したガスハイドレートの残存率から、ガスハイドレートの残存率ｙを求めて評価関数・制御目標温度演算部７８の入力する。評価関数・制御目標温度演算部７８は、評価関数Ｊ＝ｘ・ｙを求めるとともに、評価関数Ｊが最大となる生成温度を求めて制御部８２に制御目標温度として出力する。制御部８２は、温度センサ５４の検出する生成温度が制御目標温度となるように制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガスの固体状水和物を製造する方法に係り、特に水分子が形成する籠状の結晶構造の中にガス分子を取り込んだ包接化合物を生成するのに好適なガスハイドレートの製造方法および装置に関する。

メタンを主成分とする天然ガスは、従来からクリーンなエネルギーとして使用されている。従来、この天然ガスは、輸送または貯蔵する場合、一般に液化した液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ：ＬＮＧ）の状態にして輸送、貯蔵するのが一般的である。しかし、ＬＮＧは、天然ガスを−１６０℃以下の極低温に冷却する必要があり、大規模で高価な液化装置を必要とするとともに、輸送船も極低温を保持可能な冷却設備を備えた特殊な輸送船を使用しなければならず、非常に大きな輸送コスト、貯蔵コストを必要とする。このため、天然ガスを液化せずに輸送、貯蔵する方法が研究され、近年、天然ガスをハイドレート化して輸送、貯蔵することが注目され、実用化に向けた研究が盛んに行なわれている。

天然ガスハイドレート（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅ：ＮＧＨ）は、籠状をなす水の結晶（クラスタ）の中にガス分子が取り込まれた包接化合物である。このＮＧＨは、圧力が数ＭＰａ〜１０ＭＰａ、温度が０〜１０℃程度の水の中に天然ガスを吹き込むことによって、氷状の粒子として生成される。そして、特許文献１には、メタンハイドレートの原料水にポリビニピロリドンやポリビニルカプロラクタムなどの粒子径調整剤を添加し、粒子径が１μｍ〜５ｍｍのメタンハイドレートを生成し、メタンハイドレートを生成する反応容器の伝熱面や配管等にメタンハイドレートが付着するのを防止するメタンハイドレートの製造方法が記載されている。
特開２００１−７２６１５号公報

ところで、天然ガスハイドレートは、大気圧の状態で保存すると、天然ガスがハイドレートから解離する。しかし、天然ガスハイドレートは、大気圧状態であっても、−２０℃程度の温度に保持すると、ガスの解離が小さくなる自己保存性といわれる現象を示す。このため、天然ガスハイドレートを輸送、貯蔵する場合、天然ガスハイドレートの自己保存性を利用している。この自己保存性は、現在のところ、天然ガスを取り込んでいるハイドレートの表層部が解けて氷の膜を作り、天然ガスがハイドレートから離脱するのを防止しているためと解釈されている。そして、天然ガスハイドレートは、ハイドレートの粒子径が大きいほど自己保存性が大きく、粒子径が小さいほど自己保存性の小さいことが知られている。

一方、天然ガスハイドレートは、生成温度（ガスと水との反応温度）とガスのハイドレート化率との間に、図４に示したような関係がある。すなわち、天然ガスは、生成温度が低ければ低いほどハイドレート化率が高くなり、生成温度が高くなるとハイドレート化率が低下する。また、天然ガスハイドレートは、生成温度と生成されたガスハイドレートの粒子径との間に、図５に示したような関係があることが実験的に得られている。すなわち、天然ガスハイドレートは、生成温度が高ければ高いほど粒子径が大きくなって自己保存性がよくなり、生成温度が低くなると粒子径が小さくなって自己保存性がよくない。つまり、天然ガスハイドレートの生成においては、ハイドレート化率と粒子径（自己保存性）との間にトレードオフの関係があることが実験的に得られている。したがって、天然ガスハイドレートは、天然ガスのハイドレート化率とハイドレートの粒子径とを考慮した生成条件により製造しなければならない。

また、天然ガスハイドレートの輸送を考えた場合、例えばガス田において天然ガスハイドレートを製造して目的地に輸送したときに、いかに多くの天然ガスがハイドレートとして残存しているかが問題となる。したがって、天然ガスハイドレートの製造は、ハイドレート化率を高くするとともに、自己保存性の大きなハイドレートとなるように生成する必要がある。しかし、特許文献１に記載のハイドレートの製造方法は、ハイドレートの原料水に粒子径調整剤を添加して粒子径の小さなメタンハイドレートを製造するようにしている。このため、特許文献１に記載のメタンハイドレートの製造方法は、自己保存性が小さく、メタンハイドレートを製造現地から消費地などの目的地に輸送する間にハイドレートからのガスの解離が進行し、目的地におけるメタンガスの残存率の低下により、輸送効率の低下を招いて輸送コストが上昇する。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、輸送中、貯蔵中におけるガスハイドレート中のガスの残存率（ガスがハイドレートとして残っている割合）を向上させることを目的としている。

また、本発明は、輸送コスト、貯蔵コストを低減できるようにすることを目的としている。
さらに、本発明は、ガスのハイドレート化の効率を実質的に向上させることなどを目的としている。

発明者らは、天然ガスハイドレートの製造について鋭意研究し、種々検討した結果、天然ガスハイドレートを製造現地から目的地に輸送したときに、天然ガスハイドレートの残存率、すなわち正味利用できるガス量を最大にすることが非常に重要であることに思い至った。そこで、本発明は、ガスと水との反応過程で得た生成物中のガスハイドレートの割合（ハイドレート化率）をｘ、目的地へガスハイドレートを輸送した場合に、前記生成物中のガスの残存率をｙとしたときに、ガスハイドレートを生成するときの評価関数Ｊを、
Ｊ＝ｘ・ｙ
として求め、評価関数Ｊが最大となるようにガスハイドレートの生成条件を制御することに思い至ったものである。つまり、評価関数Ｊは、ガスハイドレートの輸送後における正味使えるガスの量を示す。

すなわち、本発明に係るガスハイドレートの製造方法は、冷却した水とガスとを高圧下において反応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの製造方法において、生成した前記ガスハイドレートの粒子径と、生成後における前記ガスハイドレートの残存率との関係を予め求め、前記ガスと前記水とを反応させる過程において得た生成物中のガスハイドレートの割合であるハイドレート化率と、生成された前記ガスハイドレートの前記粒子径に基づいて前記残存率とを求め、前記ハイドレート化率と前記求めた残存率との積として表される評価関数の値が最大となるように、前記ガスハイドレートの生成温度を制御する、ことを特徴としている。但し、制御された生成温度は、０．５ｍｍ以上の粒子径が得られる温度にすることを制限条件とする。

また、上記のガスハイドレートの製造方法を実施する本発明に係るガスハイドレートの製造装置は、水とガスとを高圧下において反応させてガスハイドレートを生成する反応器と、前記反応器に冷熱を供給して前記水と前記ガスとの反応熱を除去する冷却ユニットと、予め求めた生成された前記ガスハイドレートの粒子径と、生成後における前記ガスハイドレートの残存率との関係を記憶した残存率記憶部と、前記反応器内の温度を検出する温度検出部と、前記反応器において生成された生成物中の前記ガスハイドレートの割合であるハイドレート化率を検出するハイドレート化率検出部と、前記反応器において生成された前記ガスハイドレートの粒子径を検出する粒子径検出部と、前記粒子径検出部と前記残存率記憶部の記憶内容とに基づいて、生成された前記ガスハイドレートの残存率を求める残存率演算部と、前記ハイドレート化率検出部の検出したハイドレート化率と前記残存率演算部の求めた残存率との積として表される評価関数を求める評価関数演算部と、前記評価関数演算部が求めた評価関数の値を最大にする生成温度を求める制御目標温度演算部と、前記制御目標温度演算部が求めた制御目標温度と前記温度検出部の検出した生成温度とに基づいて、前記冷却ユニットを介して前記生成温度を前記制御目標温度に制御する制御部と、を有することを特徴としている。

上記のごとくなっている本発明は、（ハイドレート化率ｘ）×（ガスの残存率ｙ）として表される評価関数Ｊが最大となるように生成温度を制御する。評価関数Ｊは、生成したガスハイドレートの輸送後における正味使用できるガスの量に対応しており、評価関数Ｊが最大となるように生成温度を制御することにより、ガスハイドレートの輸送後におけるガスハイドレート中のガスの正味量が大きくなる。このため、天然ガスの輸送効率を最大化することができ、天然ガスの輸送コストを低減することができる。上記の評価関数Ｊが最大となるようにガスハイドレートを製造するため、ガスをハイドレート化する効率を実質的に向上させることができる。なお、ガスハイドレートの生成温度は、ガスハイドレートの粒子径が０．５ｍｍ以上となる温度にする。発明者らの研究によると、ガスハイドレートの粒子径が０．５ｍｍより小さくなると、自己保存性が急速に悪化する。

本発明に係るガスハイドレートの製造方法および装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガスハイドレート製造装置の概略を示す説明図である。なお、実施形態においては、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）の製造を例にして説明する。図１において、ガスハイドレート製造装置１０は、ハイドレート生成部１２が第１反応器１４と第２反応器１６とによって構成してある。第１反応器１４には、ガス供給配管１８を介してガス供給源２０が接続してあるとともに、生成水供給配管２２を介して生成水供給源２４が接続してある。

第１反応器１４は、ガスハイドレートの生成時に内部が数〜１０ＭＰａの高圧に保持され、原料ガスである天然ガスと生成水（水）とを反応させる。このため、ガス供給配管１８と生成水供給配管２２とには、供給ポンプ２６、２８が設置してあり、高圧のガスと高圧の水とを第１反応器１４に供給できるようになっている。なお、実施形態の場合、原料ガスは、メタンガスを主成分とする天然ガスである。

また、第１反応器１４は、図示しないバブリング機構と攪拌機とを備えていて、ガスと水とを効率よく接触させることができるようになっている。そして、第１反応器１４は、内部水を外部循環させて冷却するラインが設置されており、この冷却ラインには、冷却ユニット３０が接続され、循環水を冷媒で冷却することができるようにしてある。内部水を外部循環して冷媒で冷却することにより、ガスと水とが反応してガスハイドレートとなる際の反応熱を除去し、第１反応器１４の内部を０〜１０℃に冷却する。

第１反応器１４の下方には、第２反応器１６が配置してある。第２反応器１６は、第１反応器１４と連通していて、第１反応器１４において生成されたガスハイドレートが、水（付着水）とともに流入するようになっている。また、第２反応器１６は、通常、内部の圧力が第１反応器１４の内部と同じに設定してある。そして、第２反応器１６は、周面に冷媒流路を有していて、冷却ユニット３２から供給された冷媒によって、ガスハイドレートが生成される際の反応熱が除去され、内部が０〜１０℃に保持される。さらに、第２反応器１６は、ガス供給源２０からガスが供給されるようになっていて（図示せず）、詳細を後述するように、第１反応器１４から流入した水（付着水）とガスとを反応させて、ガスハイドレートと付着水とからなる生成物中のガスハイドレートの割合（ハイドレート化率）を高めることができるようになっている。

第２反応器１６は、図２に示したように、軸線が水平に配置された円筒容器３４を備えていて、円筒容器３４の中心部を回転軸３６が貫通している。回転軸３６は、円筒容器３４に回転自在に支持されていて、一端に駆動モータ３８が接続してあり、駆動モータ３８によって回転させられる。また、円筒容器３４は、一端側の上部に流入口４０を備え、他端側の下部に排出口４２を備えている。流入口４０は、第１反応器１４に接続してあって、第１反応器１４からガスハイドレートと付着水とからなるガスハイドレート生成物４５が流入する。一方、排出口４２は、図１に示したように、ハイドレート冷却装置４４に接続してあり、第２反応器１６において生成されたガスハイドレート生成物９５をハイドレート冷却装置４４に供給する。

回転軸３６には、複数の攪拌翼４６が取り付けてある。各攪拌翼４６は、門型をなしている。これらの攪拌翼４６は、回転軸３６の軸線に沿って螺旋をなすよう配置してあるとともに、一部は回転軸３６の接線方向に対して傾斜して取り付けてある。したがって、第２反応器１６は、攪拌翼４６が回転軸３６と一体に回転することにより、流入口４０から流入したガスハイドレート生成物４５をガス中で攪拌し、付着水とガスとを反応させつつ排出口４２に向けて送り、次のハイドレート冷却装置４４に入れるようにしてある。

ハイドレート冷却装置４４は、第２反応器１６から流入したガスハイドレート生成物９５を、供給されたブライン６２によって、−２０℃程度に冷却する。このハイドレート冷却装置４４の排出口９７には、脱圧装置６４が接続してある。脱圧装置６４は、冷却され高圧に保持されているガスハイドレート生成物９６を大気圧まで減圧できるようになっている。脱圧装置６４によって脱圧されたガスハイドレート生成物９６は、脱圧装置６４に接続した貯蔵タンク６６に貯蔵される。貯蔵タンク６６に貯蔵されたガスハイドレート生成物９６は、必要に応じてペレット化装置に送られ、取り扱いを容易にするために、例えば直径が２ｃｍ程度の球状のペレットにされる。

なお、円筒容器３４は、周面に冷媒流路４８が形成してあって、冷却ユニット３２から供給された冷媒５０によって内部を冷却できるようになっている。また、円筒容器３４には、軸線に沿って複数（実施形態の場合、３つ）の温度センサを挿入するセンサ挿入部５２が設けてあり、センサ挿入部５２から円筒容器３４内に挿入した温度検出部である温度センサによって、円筒容器３４内の温度（生成温度）を検出できるようにしてある。

円筒容器３４のセンサ挿入部５２に挿入した温度センサ５４の検出信号は、図１に示したように、詳細を後述する演算・制御装置６０に入力するようにしてある。また、演算・制御装置６０には、水分センサ５６と粒径センサ５８との検出信号が入力するようになっている。水分センサ５６は、後述するようにハイドレート化率検出部を構成していて、第２反応器１６またはハイドレート冷却装置４４において生成・冷却されたガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６にレーザや赤外線やＸ線を照射し、生成物中の付着水（氷）の割合を検出する。また、粒径センサ５８は、粒子径検出部を構成していて、第２反応器１６またはハイドレート冷却装置４４から排出されたガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６にレーザなどを照射し、ガスハイドレート生成物９５、９６の粒子径を計測する。なお、水分センサ５６、粒径センサ５８による生成物の水分、粒子径の計測は、第２反応器１６の排出口４２またはハイドレート冷却装置４４の排出口９７から排出されるガスハイドレート生成物９５、９６に直接レーザなどを照射してインラインで測定してもよいし、第２反応器１６またはハイドレート冷却装置４４から排出されたガスハイドレート生成物９５、９６をサンプリングしてオフラインで計測してもよい。

演算・制御装置６０は、図３に示したように、水分センサ５６に接続されて、水分センサ５６とともにハイドレート化率検出部７０を構成しているハイドレート化率演算部７２、粒径センサ５８とともに粒子径検出部７４を構成している粒子径演算部７６を有する。粒子径演算部７６は、入力側が粒径センサ５８に接続しており、粒径センサ５８が検出したガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート９６の粒子径を求める。

さらに、演算・制御装置６０は、評価関数・制御目標温度演算部７８、残存率演算部８０、制御部８２、製造・輸送条件設定部８４、残存データ記憶部８６を有する。残存率演算部８０は、粒子径演算部７６の出力側に接続してあって、粒子径演算部７６の求めた粒子径が入力する。また、残存率演算部８０は、製造・輸送条件設定部８４と残存データ記憶部８６が接続してあり、製造・輸送条件設定部８４で設定されたガスハイドレートの製造条件、輸送条件が入力するようになっている。一方、残存率データ記憶部８６には、予め求めたガスハイドレートの製造条件、輸送条件に対応させた、ガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６の粒子径に対するガスハイドレートの残存率のデータが記憶させてある。この残存率のデータは、残存率演算部８０が粒子径演算部７６の求めた粒子径に基づいてガスハイドレートの残存率を演算する際に読み出される。

評価関数・制御目標温度演算部７８は、図示しない評価関数演算部と制御目標温度演算部とを有していて、入力側がハイドレート化率演算部７２と残存率演算部８０とに接続してあり、これらが求めたハイドレート化率ｘと残存率ｙとに基づいて、評価関数演算部が評価関数Ｊを演算する。さらに、評価関数・制御目標温度演算部７８は、制御目標温度演算部が評価関数Ｊの値を最大にするガスハイドレートの生成温度を求めて制御部８２に出力する。制御部８２は、評価関数・制御目標温度演算部７８が求めた生成温度となるように冷却ユニット３２を介して第２反応器１６の温度を制御する。

このようになっている第１実施形態の作用は、次のとおりである。
まず、ガスと水とを反応させる過程で得た生成物中のガスハイドレートの割合（ハイドレート化率）と、生成したのちの時間の経過に伴うガスハイドレート中のガス、すなわちガスと水との反応過程で得たガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６のガスハイドレートの残存率が最大となるガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６の粒子径（実施形態の場合、平均粒子径）の関係（残存率データ）を予め求める。この残存率データは、ガスハイドレートの製造条件、輸送条件による残存率の相違を考慮して、製造条件、輸送条件に対応させて実験やシミュレーションなどによって求める。そして、予め求めた残存率データを演算・制御装置６０の粒子径記憶部８４に記憶させる。また、第２反応器１６においてガスと水（付着水）とを反応させたときに、第２反応器１６内の温度、すなわち生成温度（反応温度）と生成されたガスハイドレート生成物９５の粒子径との関係を予め求めておく。

ガスハイドレート（天然ガスハイドレート）を製造する場合、供給ポンプ２６、２８によってガス供給源２０から原料ガス（メタンガスを主成分とする天然ガス）と、生成水供給源２４から水（生成水）とを、ハイドレート生成部１２を構成している第１反応器１４に供給する。第１反応器１４は、バブリング機構と攪拌機とを備えており、第１反応器１４中の生成水中に原料ガスをバブリングして水とガスとを混合し、さらに攪拌して両者を効率よく反応させる。第１反応器１４に供給されたガスは、一部が籠状をなす水の結晶中に取り込まれ、包接化合物であるガスハイドレートとなる。

実施形態の場合、第２反応器１６またはハイドレート冷却装置４４において生成・冷却したガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６中のハイドレート化率が９０％程度となるように、また第２反応器１６またはハイドレート冷却装置４４において生成・冷却されたガスハイドレート生成物９５またはガスハイドレート生成物９６の粒子径が０．５ｍｍ以上となるようなガスハイドレートの生成条件が設定される。具体的には、第１反応器１４および第２反応器１６の内部圧力が例えば５ＭＰａ前後となるように設定する。ここで、第１反応器１４では、内部液を外部循環し、冷却ユニット３０において冷媒で冷却することにより冷熱が供給され、また、第２反応器１６では、冷却ユニット３２からの冷媒により冷熱が供給され、水とガスとのハイドレート化における反応熱が除去されて内部が例えば０〜５℃の温度にされる。

第１反応器１４において生成されたガスハイドレート生成物４５は、ガスハイドレートと水（付着水）との混合物であって、混合物中のガスハイドレートの割合（ハイドレート化率）が通常４０％程度で、水分が６０％程度である。そして、第１反応器１４において生成されたガスハイドレート生成物４５は、シャーベット状またはスラリー状の状態で第２反応器１６に供給される。第２反応器１６には、第１反応器１４におけるガスハイドレート生成物４５が供給されるとともに、原料ガスが供給される。そして、第２反応器１６は、駆動モータ３８によって攪拌翼４６が回転させられ、第１反応器１４から供給されたガスハイドレート生成物４５を攪拌してガスと反応させつつ排出口４２に向けて送る。第１反応器１４から供給されたガスハイドレート生成物４５は、攪拌翼４６によってガス中において攪拌され、ガスハイドレート生成物４５の付着水がガスと反応し、ハイドレート化率が９０％程度のガスハイドレート生成物９５となってハイドレート冷却装置４４に送られる。

第２反応器１６に取り付けた温度センサ５４は、第２反応器１６における反応温度を検出し、演算・制御装置６０の制御部８２にフィードバック信号として入力する。制御部８２は、温度センサ５４の検出信号に基づいて、冷却ユニット３２を介して第２反応器１６に与える冷熱量を制御し、反応温度が所定の温度になるように制御する。

一方、第２反応器１６の排出口４２からハイドレート冷却装置４４に送られるガスハイドレート生成物９５は、生成物に含まれる水分量と粒子径とが検出される。すなわち、ハイドレート化率検出部７０を構成している水分センサ５６は、第２反応器１６において生成されたガスハイドレート生成物９５にレーザや赤外線やＸ線を照射してガスハイドレート生成物９５に含まれている付着水（氷）の割合を検出し、演算・制御装置６０のハイドレート化率演算部７２に入力する。ハイドレート化率演算部７２は、水分センサ５６の検出信号に基づいて、第２反応器１６から排出されたガスハイドレート生成物９５中のガスハイドレートの割合（ハイドレート化率）ｘを演算し、評価関数・制御目標温度演算部７８に入力する。

また、粒子径検出部７４を構成している粒径センサ５８は、第２反応器１６から排出されたガスハイドレート生成物９５にレーザを照射し、生成物の粒子径を検出して演算・制御装置６０の粒子径演算部７６に入力する。粒子径演算部７６は、粒径センサ５８の検出したガスハイドレート生成物９５の粒子径（実施形態の場合、平均粒子径）を求めて残存率演算部８０に送出する。

残存率演算部８０は、粒子径演算部７６から粒子径が入力すると、製造・輸送条件設定部８４に設定されている製造条件、輸送条件を読み込むとともに、この製造条件、輸送条件と粒子径演算部７６が求めた粒子径とに基づいて残存データ記憶部８６を検索し、読み込んだ製造条件、輸送条件に対応した粒子径と残存率との関係を読み出し、生成されたガスハイドレートの残存率ｙを求めて評価関数・制御目標温度演算部７８に出力する。

評価関数・制御目標温度演算部７８は、評価関数演算部がハイドレート化率演算部７２の求めたハイドレート化率ｘと、残存率演算部８０の求めたハイドレートの残存率ｙとに基づいて、評価関数Ｊを演算する。評価関数Ｊは、実施形態の場合、ハイドレート化率ｘと残存率ｙとの積として求めるようになっている。すなわち、評価関数Ｊは、
Ｊ＝ｘ・ｙ
として表され、製造したガスハイドレートの輸送後における正味に使用できるガス量を意味するものとなっている。そして、評価関数・目標温度演算部７８は、制御目標温度演算部が評価関数Ｊを最大にするガスハイドレートの生成温度を求める。評価関数Ｊを最大にするガスハイドレート最適生成温度は、ガスの成分組成等によって変化する。従って、この最適生成温度は、評価関数Ｊの現在値及び過去の履歴とその時の生成温度をデータとして記録しておき、このデータ群から評価関数Ｊを最大化する生成温度を推定して求める。具体的には次の方法による。

あるハイドレート生成圧力におけるハイドレート化率ｘ、ガスの残存率ｙ、評価関数Ｊおよびハイドレート生成温度Ｔとの間には、図６に示したような関係が存在する。そこで、まず、粒子径が０．５ｍｍとなる温度に設定する。（これ以下の温度では、残存率が極端に落ちるため、この温度を最低ラインとする。）評価関数Ｊを計算しながら、徐々に温度を上げていく。温度が上がれば粒子径が大きくなり、ガスの残存率ｙは向上するが、ハイドレート化率ｘは低下するので、評価関数Ｊがどこかで極大点（最大値）に達するはずである。その最大値となる温度Ｔ_Ｍに制御する。評価関数Ｊの値がそこから低下する場合には、粒子径、ハイドレート化率ｘの変化に応じて温度を変化させる方向を決定し、その方向に温度を振って、再び評価関数Ｊを極大点まで復帰させる。

評価関数・制御目標温度演算部７８が求めた最適生成温度は、制御目標温度として制御部８２に与える。制御部８２は、温度センサ５４が検出した第２反応器１６内の生成温度を読み込み、この生成温度が評価関数・制御目標温度演算部７８の求めた最適生成温度となるように、冷却ユニット３２が第２反応器１６に供給する冷熱量を制御する。

これにより、ハイドレート化率ｘとガスの残存率ｙとの積として求められる評価関数Ｊの値を最大とすることができる。したがって、実施形態においては、生成したガスハイドレートの輸送後におけるガスの正味量が大きくなって輸送効率、貯蔵効率を向上することができ、天然ガスの輸送コストを低減することができる。また、一定の生成条件に設定した場合に、外乱などによってハイドレート化率が変動したり、粒子径の平均値が変動したりしても、これらの変動に容易、迅速に追従して評価関数Ｊが最大となる生成条件を得ることができ、この結果、ガスのハイドレート化の効率を実質的に高めることができる。

なお、前記実施形態においては、第２反応器１６からハイドレート冷却装置４４に送られる第２反応器１６の排出口におけるガスハイドレート生成物９５に含まれる水分量と粒子径とを検出する例について説明したが、水分量と粒子径との検出は、ハイドレート冷却装置４４において冷却されたのちのハイドレート冷却装置４４の排出口におけるガスハイドレート生成物９６について行なってもよい。また、前記実施形態においては、天然ガスをハイドレート化する場合について説明したが、炭酸ガスなどの他のガスをハイドレート化する場合にも適用することができる。さらに、前記実施形態においては、第２反応器１６におけるガスハイドレートの生成について説明したが、第１反応器１４におけるガスハイドレートの生成に対して適用してもよい。

本発明の第１実施の形態に係るガスハイドレート製造装置の説明図である。 実施の形態に係る第２反応器の断面図である。 第１実施形態に係る演算・制御装置の説明図である。 ガスハイドレートの生成温度とハイドレート化率との関係を示す概念図である。 ガスハイドレートの生成温度とガスハイドレートの平均粒子径との関係を示す概念図である。 本発明のガスハイドレートの製造方法を説明する図である。

符号の説明

１０………ガスハイドレート製造装置、１２………ハイドレート生成部、１４………第１反応器、１６………第２反応器、３０、３２………冷却ユニット、５４………温度センサ、５６………水分センサ、５８………粒径センサ、６０………演算・制御装置、７０………ハイドレート化率検出部、７２………ハイドレート化率演算部、７４………粒子径検出部、７６………粒子径演算部、７８………評価関数・制御目標温度演算部、８０………残存率演算部、８２………制御部、８６………残存率データ記憶部。

Claims (3)

1. 冷却した水とガスとを高圧下において反応させてガスハイドレートを生成するガスハイドレートの製造方法において、
   生成した前記ガスハイドレートの粒子径と、生成後における前記ガスハイドレートの残存率との関係を予め求め、
   前記ガスと前記水とを反応させる過程において得た生成物中のガスハイドレートの割合であるハイドレート化率と、生成された前記ガスハイドレートの前記粒子径に基づいて前記残存率とを求め、
   前記ハイドレート化率と前記求めた残存率との積として表される評価関数の値が最大となるように、前記ガスハイドレートの生成温度を制御する、
   ことを特徴とするガスハイドレートの製造方法。
2. 請求項１に記載のガスハイドレートの製造方法において、
   制御された前記生成温度は、０．５ｍｍ以上の前記粒子径が得られる温度であることを特徴とするガスハイドレートの製造方法。
3. 水とガスとを高圧下において反応させてガスハイドレートを生成する反応器と、
   前記反応器に冷熱を供給して前記水と前記ガスとの反応熱を除去する冷却ユニットと、
   予め求めた生成された前記ガスハイドレートの粒子径と、生成後における前記ガスハイドレートの残存率との関係を記憶した残存率記憶部と、
   前記反応器内の温度を検出する温度検出部と、
   前記反応器において生成された生成物中の前記ガスハイドレートの割合であるハイドレート化率を検出するハイドレート化率検出部と、
   前記反応器において生成された前記ガスハイドレートの粒子径を検出する粒子径検出部と、
   前記粒子径検出部と前記残存率記憶部の記憶内容とに基づいて、生成された前記ガスハイドレートの残存率を求める残存率演算部と、
   前記ハイドレート化率検出部の検出したハイドレート化率と前記残存率演算部の求めた残存率との積として表される評価関数を求める評価関数演算部と、
   前記評価関数演算部が求めた評価関数の値を最大にする生成温度を求める制御目標温度演算部と、
   前記制御目標温度演算部が求めた制御目標温度と前記温度検出部の検出した生成温度とに基づいて、前記冷却ユニットを介して前記生成温度を前記制御目標温度に制御する制御部と、
   を有することを特徴とするガスハイドレート製造装置。

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