JP2006160841A - Method and apparatus for gasifying gas hydrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスハイドレートのガス化方法およびガス化装置に関し、さらに詳しくは、ガス化の際のエネルギーを有効に利用することができるガスハイドレートのガス化方法およびガス化装置に関するものである。 The present invention relates to a gas hydrate gasification method and gasification apparatus, and more particularly, to a gas hydrate gasification method and gasification apparatus that can effectively use energy in gasification. .
近年、高いガス包蔵性を有し、また、液化天然ガスのように極低温にする必要がなく、常圧・低温(−20℃程度)で輸送、貯蔵ができるガスハイドレートが新たな天然ガスの輸送、貯蔵手段等として注目されている。 In recent years, natural gas has a new gas hydrate that has high gas storability and can be transported and stored at normal and low temperatures (about -20 ° C) without the need for extremely low temperatures like liquefied natural gas. It is attracting attention as a means of transportation and storage.
このガスハイドレートはペレット状、パウダー状等の性状で輸送、貯蔵等され、包蔵したガスをエネルギーとして使用する際には、加温してガスと水とに分解され、この分解で生成したガスが各種機器にエネルギー源として供給される。 This gas hydrate is transported, stored, etc. in the form of pellets, powders, etc. When using the stored gas as energy, it is heated and decomposed into gas and water, and the gas generated by this decomposition Is supplied to various devices as an energy source.
例えば、ガスタービン発電機等の高圧のガスを必要とする機器には、耐圧容器内でガスハイドレートを分解してガスと水とを生成し、高圧状態となった耐圧容器内から高圧状態の生成ガスをそのまま、もしくは圧力を調節して供給するようにしている(特許文献1参照)。 For example, in a device that requires high-pressure gas such as a gas turbine generator, gas hydrate is decomposed in a pressure-resistant vessel to generate gas and water. The produced gas is supplied as it is or with the pressure adjusted (see Patent Document 1).
また、耐圧容器内でガスハイドレートを分解して、高圧状態となった生成ガスを耐圧容器からそのまま取り出して、余計な動力を使用することなく、この高いガス圧を利用して外部の利用設備まで生成ガスを搬送する方法が提案されている(特許文献2参照)。 In addition, the gas hydrate is decomposed in the pressure vessel, and the product gas in a high pressure state is taken out from the pressure vessel as it is, and the external gas equipment is used by using this high gas pressure without using extra power. There has been proposed a method for conveying the produced gas to the maximum (see Patent Document 2).
このようなガスハイドレートを加温して分解し、ガスと水とを生成して内部が高圧状態となる耐圧容器内には、高圧状態の生成ガスとともに高圧状態の生成水が存在している。しかしながら、この高圧状態の生成水は耐圧容器から減圧されてそのまま排出され、または減圧されて貯蔵タンク等に貯蔵されており、有効に使用されていなかった。
本発明の目的は、ガス化の際のエネルギーを有効に利用することができるガスハイドレートのガス化方法およびガス化装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas hydrate gasification method and a gasification apparatus capable of effectively utilizing energy in gasification.
上記目的を達成するため本発明のガスハイドレートのガス化方法は、ガスハイドレートを耐圧容器内で加温して分解することによってガスと水とを生成し、高圧状態となった前記耐圧容器から、前記生成したガスを高圧状態で取り出すガスハイドレートのガス化方法において、前記生成した水を前記耐圧容器から高圧状態で取り出すとともに、該取り出した高圧状態の水のエネルギーをエネルギー回収装置によって回収することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the gas hydrate gasification method of the present invention is the above pressure vessel in which gas and water are generated by heating and decomposing the gas hydrate in the pressure vessel to generate a gas and water. In the gas hydrate gasification method for extracting the generated gas in a high pressure state, the generated water is extracted from the pressure vessel in a high pressure state, and the energy of the extracted high pressure water is recovered by an energy recovery device. It is characterized by doing.
また、本発明のガスハイドレートのガス化装置は、内部に収容したガスハイドレートを加温して分解することによってガスと水とを生成し、内部を高圧状態に維持可能な耐圧容器と、前記生成したガスを高圧状態で取り出すガス排出管とを備えたガスハイドレートのガス化装置において、前記生成した水を前記耐圧容器から高圧状態で取り出すガス排出管と、該水排出管で取り出した高圧状態の水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置を設けたことを特徴とするものである。 In addition, the gas hydrate gasification apparatus of the present invention generates a gas and water by heating and decomposing the gas hydrate accommodated therein, and can maintain the inside in a high pressure state, In a gas hydrate gasification apparatus having a gas discharge pipe for taking out the generated gas in a high pressure state, the gas discharge pipe for taking out the generated water in a high pressure state from the pressure vessel and the water discharge pipe An energy recovery device that recovers the energy of high-pressure water is provided.
本発明のガスハイドレートのガス化方法によれば、ガスハイドレートを耐圧容器内で加温して分解することによってガスと水とを生成し、高圧状態となった耐圧容器から、生成したガスを高圧状態で取り出すガスハイドレートのガス化方法において、生成した水を耐圧容器から高圧状態で取り出すとともに、この取り出した高圧状態の水のエネルギーをエネルギー回収装置によって回収するので、高圧の耐圧容器内で必然的に高圧状態となる水のエネルギーを有効に利用することができる。また、エネルギーを回収することによって、この水は減圧されて、後処理が容易となる。 According to the gas hydrate gasification method of the present invention, gas and water are produced by heating and decomposing gas hydrate in a pressure vessel, and the gas produced from the pressure vessel in a high pressure state. In the gas hydrate gasification method for taking out water in a high pressure state, the generated water is taken out from the pressure vessel in a high pressure state, and the energy of the taken out high pressure water is recovered by an energy recovery device. Therefore, it is possible to effectively use the energy of water that inevitably becomes a high pressure state. Moreover, by recovering energy, this water is decompressed and post-processing becomes easy.
本発明のガスハイドレートのガス化装置によれば、内部に収容したガスハイドレートを加温して分解することによってガスと水とを生成し、内部を高圧状態に維持可能な耐圧容器と、生成したガスを高圧状態で取り出すガス排出管とを備えたガスハイドレートのガス化装置において、生成した水を耐圧容器から高圧状態で取り出すガス排出管と、この水排出管で取り出した高圧状態の水のエネルギーを回収するエネルギー回収装置を設けたので、高圧の耐圧容器内で必然的に高圧状態となる水のエネルギーを有効に利用することができる。また、エネルギーを回収することによって、この水は減圧されて、後処理が容易となる。 According to the gas hydrate gasifier of the present invention, a pressure vessel capable of generating gas and water by heating and decomposing the gas hydrate accommodated therein and maintaining the inside in a high pressure state; In a gas hydrate gasifier equipped with a gas discharge pipe for taking out the generated gas in a high pressure state, a gas discharge pipe for taking out the generated water in a high pressure state from the pressure vessel, and a high pressure state taken out by the water discharge pipe. Since the energy recovery device for recovering the energy of water is provided, it is possible to effectively use the energy of water that is inevitably in a high pressure state in the high pressure pressure vessel. Moreover, by recovering energy, this water is decompressed and post-processing becomes easy.
以下、本発明のガスハイドレートのガス化方法およびガス化装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。図1にガスハイドレートのガス化装置の全体概要を示す。 Hereinafter, the gas hydrate gasification method and gasification apparatus of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows an overall outline of a gas hydrate gasifier.
このガス化装置は、高圧の天然ガスを必要とするガスタービン発電機9にガスGを供給するので、ガスハイドレートHをガス化するガス化槽1の内部は高圧状態となるため耐圧容器となっており、ガスハイドレートHを加温するための所定量の水Wが収容されている。 Since this gasifier supplies the gas G to the gas turbine generator 9 that requires high-pressure natural gas, the inside of the gasification tank 1 for gasifying the gas hydrate H is in a high-pressure state. Thus, a predetermined amount of water W for heating the gas hydrate H is accommodated.
このガス化槽1の上面には、ガスハイドレートHを供給するハイドレート供給ドラム8に接続されたハイドレート供給管4と、ガスタービン発電機9にガスGを供給するガス排出管10が接続されている。
Connected to the upper surface of the gasification tank 1 are a hydrate supply pipe 4 connected to a hydrate supply drum 8 for supplying a gas hydrate H, and a
ガスハイドレート供給ドラム8の上流および下流のガスハイドレート供給管4にはそれぞれ制御弁4a、4bが設けられ、上流側のガスハイドレート供給管4は図示しないガスハイドレート貯蔵タンクに接続している。
ガス化槽1の底面には、外部に設置された生成水貯水槽7に一端を接続した水排出管2が接続され、水排出管2の中途からは、水還流管3が分岐してガス化槽1内部の上方に配置された水スプレー管11に接続している。
A
水排出管2には循環ポンプ5と、両側に制御弁14a、14bを配置したエネルギー回収装置となる水車タービン発電機6とが設けられている。水還流管3には、熱源ポンプ13を備えた熱交換器12がガス化槽1内部のガスハイドレートHの加温手段として設けられている。
The
尚、ガス化槽に接続する水排出管2、水還流管3、ガス排出管10の接続端部近傍には、それぞれ制御弁2a、3a、10aが設けられて、これらの制御弁2a、3a、10aとガスハイドレート供給管4の制御弁4bとを同時に閉弁状態にすることによって、ガス化槽1が密閉状態となる。
以下、ガスハイドレートHをガス化する手順を説明する。ガスハイドレート供給ドラム8内には所定量の水Wが収容され、上流側の制御弁4aを開弁し、図示しないガスハイドレート貯蔵タンクから所定量のガスハイドレートHを供給してから制御弁4aを閉弁する。その後、下流側の制御弁4bを開弁してガス化槽1に所定量のガスハイドレートHを供給する。この制御弁4a、4bの交互の開閉および収容された水Wによって高圧状態のガス化槽1からのガスGの吹き出しを防止することができる。ハイドレート供給ドラム8内には、例えば、後述する水還流管3から水Wが補充される。
Hereinafter, a procedure for gasifying the gas hydrate H will be described. A predetermined amount of water W is stored in the gas hydrate supply drum 8, the
供給されたガスハイドレートHは、ガス化槽1内部の水Wによって加温されてガスGと水Wとに分解される。この分解によるガスGの生成、即ちガス化によって密閉状態のガス化槽1内部は高圧状態となる。例えば、圧力3.0MPa程度のガス圧を要求するガスタービン発電機9に対しては、ガス化槽1内部を3.5MPa程度の高圧状態として制御弁10aを開弁し、この高圧状態のガスGをガス排出管10を介して燃料として供給する。
The supplied gas hydrate H is heated by water W inside the gasification tank 1 and decomposed into gas G and water W. The inside of the gasification tank 1 in a sealed state becomes a high pressure state by the generation of the gas G by this decomposition, that is, gasification. For example, for the gas turbine generator 9 requiring a gas pressure of about 3.0 MPa, the control valve 10a is opened with the gasification tank 1 inside in a high pressure state of about 3.5 MPa, and the gas in this high pressure state is opened. G is supplied as fuel through the
ガス化槽1には、生成したガスGの他に、分解によって生成した水Wと、ガスハイドレートHを加温して熱が奪われて低温となった水Wとが存在し、ガス化槽1の内部の水Wの温度が低下し過ぎると、ガスハイドレートHをガス化しにくくなる。また、生成した水Wによってガス化槽1内部の水量が増加する。 In the gasification tank 1, in addition to the generated gas G, there are water W generated by decomposition and water W that has been heated to remove the heat from the gas hydrate H and has become low in temperature. If the temperature of the water W inside the tank 1 is too low, the gas hydrate H is difficult to gasify. Further, the amount of water in the gasification tank 1 is increased by the generated water W.
そこで、制御弁2aを開弁し、水排出管2を介してガス化槽1から水Wを取り出して、一部の水Wを循環ポンプ5で水還流管3に還流させ、熱源ポンプ13で熱源流体が送り込まれる熱交換器12で加温するとともに、その他の増加分の水Wを生成水貯蔵タンク7に貯蔵してガス化槽1の内部の水Wの量を一定に保つようにする。
Therefore, the
加温された水Wは、制御弁3aが開弁した水還流管3を介してガス化槽1内部の水スプレー管11から噴射されて再度、ガス化槽1に戻されてガスハイドレートHを加温するために使用される。
The heated water W is sprayed from the water spray pipe 11 inside the gasification tank 1 through the
ガス化槽1内部の水量を所定量に保つようにするには、例えば、ガス化槽1の内部に水量センサを設けて、この水量センサの検知信号によって水排出管2の制御弁2a、14a、14bの開閉を制御して増加分の水Wを外部に設置された生成水貯蔵タンク7に一時的に貯蔵する。
In order to keep the water amount inside the gasification tank 1 at a predetermined amount, for example, a water amount sensor is provided inside the gasification tank 1, and the
ガス化槽1の内部は高圧状態なので、水排出管2を流通する水W必然的に高圧状態となる。そこで、この高圧状態の水Wを用いて水車タービン発電機6を稼動させて発電してエネルギーを回収する。発電に用いた水Wは減圧されるので、後処理が容易となり、生成水貯蔵タンク7に貯蔵され、またはそのまま外部に排出される。
Since the inside of the gasification tank 1 is in a high pressure state, the water W flowing through the
例えば、沿岸地域に設置されるガス化装置では、熱交換器12に熱源ポンプ13で熱源流体となる海水を送り込んで、ガス化槽1で温度が下がった水Wを熱交換によって加温してガス化槽1内に還流させる。ガスハイドレートHを加温してガスGと水Wとに分解するには、約808kcal/kg(ガス重量)の大きな熱量が必要となるため、熱交換のために熱交換器12に海水を送り込む熱源ポンプ13の動力消費が大きくなる。そこで、水車タービン発電機6で回収して得た電力を熱源ポンプ13の動力エネルギーとして有効に利用してエネルギー効率を向上させることができる。
For example, in a gasification apparatus installed in a coastal area, seawater that is a heat source fluid is sent to a
実施形態では、水車タービン発電機6を水排出管2の水還流路3が分岐する下流側に設けているが、上流側に設けることもできる。また、水車タービン発電機6で回収したエネルギーは、実施形態で示した熱源ポンプ13の動力エネルギーとして利用することに限定されず、他の機器等に利用することもできる。
In the embodiment, the
以下にガスタービン発電機9に天然ガスを50ton/hr供給する場合、本発明によって回収できるエネルギーを試算する。ガスハイドレートHの重量構成は、おおよそ天然ガス(メタンガス)が13%、水が87%となっている。したがって、50ton/hrで天然ガスをガス化すると、335ton/hrの水が生成する。ガスハイドレートHのガス化に必要な熱量は、約808kcal/kgである。 Below, when natural gas is supplied to the gas turbine generator 9 at 50 ton / hr, the energy that can be recovered by the present invention is estimated. The weight composition of the gas hydrate H is approximately 13% for natural gas (methane gas) and 87% for water. Therefore, when natural gas is gasified at 50 ton / hr, 335 ton / hr of water is generated. The amount of heat required for gasifying the gas hydrate H is about 808 kcal / kg.
熱源ポンプ13で送り込んだ海水による熱交換でガス化する場合、既存の類似設備の運転条件を考慮した所定条件下では、海水の温度変化は6℃程度であり、必要となる海水量は約6731ton/hr、熱交換器12に海水を送り込む熱源ポンプ13に要する動力は約324kWとなる。一方、生成する335ton/hrの水を用いて水車タービン6で回収できる動力を所定条件下で求めると約263kWとなる。これにより、ガス化に消費する動力は約61kW(=324−263)となる。
In the case of gasification by heat exchange with seawater fed by the
以上の結果より、本発明によればガス化に必要な動力の80%以上を回収でき、エネルギーを有効に利用可能であることがわかる。 From the above results, it can be seen that according to the present invention, 80% or more of the power required for gasification can be recovered and energy can be used effectively.
1 ガス化槽
2 水排出管 2a 制御弁
3 水還流管 3a 制御弁
4 ガスハイドレート供給管 4a、4b 制御弁
5 循環ポンプ
6 水車タービン発電機
7 生成水貯水槽
8 ハイドレート供給ドラム
9 ガスタービン発電機
10 ガス排出管 10a 制御弁
11 水スプレー管
12 熱交換器
13 熱源ポンプ
14a、14b 制御弁
H ガスハイドレート
G ガス
W 水
1 Gasification tank
2
5 Circulation pump
6
9
13
G gas
W Water
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