JP2006213894A - Apparatus for producing gas hydrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲストガス(例えば、天然ガス)と水から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して付着水の少ない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関するものである。 The present invention relates to a gas hydrate production apparatus for producing a gas hydrate from a guest gas (for example, natural gas) and water, and dehydrating the gas hydrate to produce a gas hydrate with little attached water.
現在、混合ガス(例えば、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が、天然ガスをLNGとして貯蔵し、その後、輸送するためには、高性能の冷凍設備や貯蔵施設などが必要となっている。 Currently, as a method of storing and transporting mixed gas (for example, natural gas mainly composed of hydrocarbons such as methane), after collecting natural gas from a gas field, it is cooled to a liquefaction temperature and liquefied natural gas (LNG) However, in order to store natural gas as LNG and then transport it, high-performance refrigeration equipment and storage facilities are required.
このため、混合ガスである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。 For this reason, it has been intensively studied to hydrate natural gas, which is a mixed gas, with water to produce a solid state hydrate, that is, natural gas hydrate (NGH), which is stored or transported in this solid state. ing. Since this natural gas hydrate can be produced under conditions of temperature and pressure that are relatively easily obtained, production, storage and transportation costs are low, and has attracted attention in this field.
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っている。 By the way, natural gas hydrate is obtained by bringing a raw material gas into contact with water and solidifying it as a hydrate. Usually, however, unreacted water is produced, so that it becomes a slurry containing a large amount of water. ing.
従って、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、正味ガス量が少なく、その貯蔵および輸送にかかるコストが膨大なものになってしまうという問題がある。 Therefore, if the slurry-like natural gas hydrate is stored and transported, there is a problem that the net amount of gas is small and the cost for storing and transporting becomes enormous.
このため、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。付着水の少ない混合ガスガスハイドレートの製造方法に関しては、ガスハイドレートの性状が付着水量の変化によって激変するため、多段階で製造することが一般的である(例えば、特許文献1参照。)。
上記特許文献1では、水供給手段と原料ガス供給手段を備えたガスハイドレート生成装置(第1工程)にガスハイドレートを回収する手段を備えている。このガスハイドレートを回収する手段により回収したクラスター状のガスハイドレートに残存する付着成分を更にハイドレート化する再ガスハイドレート化装置の第2工程により、ガスハイドレート含水率が高まった高濃度のガスハイドレートとすることが可能である、としている。 In Patent Document 1, a gas hydrate generating device (first step) having a water supply means and a raw material gas supply means is provided with means for recovering gas hydrate. A high concentration in which the moisture content of the gas hydrate is increased by the second step of the regas hydration apparatus that further hydrates the adhering components remaining in the clustered gas hydrate recovered by the means for recovering the gas hydrate. The gas hydrate can be used.
しかしながら、第1工程ハイドレート生成装置と第2工程ハイドレート生成装置の2つに分かれた反応装置となっているため、第1工程から第2工程への生成ガスハイドレートの輸送が困難である、という問題があった。また、設備的には、第1工程ハイドレート生成装置と第2工程ハイドレート生成装置間に輸送設備が必要になるため、複雑で大きな場所が必要な設備になる、という問題があった。 However, since the reaction apparatus is divided into the first process hydrate generation apparatus and the second process hydrate generation apparatus, it is difficult to transport the product gas hydrate from the first process to the second process. There was a problem. Further, in terms of equipment, there is a problem in that a transportation facility is required between the first process hydrate generating device and the second process hydrate generating device, and thus a complicated and large space is required.
本発明は、このような多くの問題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、複数の装置から構成されるガスハイドレート生成装置を一体化してシンプルで効率的なガスハイドレート製造設備を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve such many problems, and the object of the present invention is to integrate a gas hydrate generating device composed of a plurality of devices into a simple and efficient manner. A gas hydrate production facility is provided.
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。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
請求項1に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、水とガスとを反応させてガスハイドレートを生成した後、このガスハイドレートを脱水して高濃度のガスハイドレートを製造する装置において、水とガスとを反応させてガスハイドレートを生成するハイドレート生成装置と、該ハイドレート生成装置で製造されたガスハイドレートの水分を分離するハイドレート脱水装置とを上下に配置したことを特徴とするガスハイドレート製造装置である。 An apparatus for producing a gas hydrate according to a first aspect of the present invention is an apparatus for producing gas hydrate by reacting water and gas to produce gas hydrate and then dehydrating the gas hydrate to produce a high concentration gas hydrate. A hydrate generator for generating gas hydrate by reacting water and gas, and a hydrate dehydrator for separating the moisture of the gas hydrate produced by the hydrate generator. Is a gas hydrate production apparatus characterized by the above.
請求項2に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、ハイドレート脱水装置の上にハイドレート生成装置を配置すると共に、両装置をスラリー搬送管で接続し、ハイドレート生成装置で製造されたガスハイドレートスラリーをスラリー搬送管を経てハイドレート脱水装置に流下させることを特徴とする請求項1記載のガスハイドレート製造装置である。
A gas hydrate manufacturing apparatus according to the invention of
請求項3に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、ハイドレート脱水装置で脱水されたガスハイドレートを、該装置の中に設けた縦形のハイドレート排出管内に掻き落として該装置外部に排出することを特徴とする請求項2記載のガスハイドレート製造装置である。
A gas hydrate production apparatus according to the invention of
請求項4に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、ハイドレート生成装置の上にハイドレート脱水装置を配置すると共に、ハイドレート生成装置で製造されたガスハイドレートスラリーをポンプによってハイドレート脱水装置に押し上げることを特徴とする請求項1記載のガスハイドレート製造装置である。 A gas hydrate production apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes a hydrate dewatering device disposed on a hydrate production device, and hydrate dehydration produced by the hydrate production device by a pump. The gas hydrate production apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is pushed up to the apparatus.
上記のように、請求項1に記載の発明は、水とガスとを反応させてガスハイドレートを生成した後、このガスハイドレートを脱水し、高濃度、すなわち水分量の少ないガスハイドレートを製造する装置において、水とガスとを反応させてガスハイドレートを生成するハイドレート生成装置と、該ハイドレート生成装置で製造されたガスハイドレートの水分を分離するハイドレート脱水装置とを上下に配置したため、従来に比して配管類が非常に少なくなり、ガスハイドレート製造装置のコンパクト化、簡略化を図ることができる。さらに、ハイドレート生成装置とハイドレート脱水装置との接続配管を短くできるため、冷熱のロスを軽減できる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, after gas hydrate is produced by reacting water and gas, the gas hydrate is dehydrated to obtain a gas hydrate having a high concentration, that is, a low water content. In a manufacturing apparatus, a hydrate generating apparatus that reacts water and gas to generate a gas hydrate, and a hydrate dehydrating apparatus that separates moisture of the gas hydrate manufactured by the hydrate generating apparatus up and down. Because of the arrangement, the number of pipes is significantly reduced as compared with the conventional case, and the gas hydrate manufacturing apparatus can be made compact and simplified. Furthermore, since the connecting pipe between the hydrate generator and the hydrate dehydrator can be shortened, the loss of cooling energy can be reduced.
請求項2に記載の発明は、ハイドレート脱水装置の上にハイドレート生成装置を配置すると共に、両装置をスラリー搬送管で接続し、ハイドレート生成装置で製造されたガスハイドレートスラリーをスラリー搬送管を経てハイドレート脱水装置に流下させるので、ガスハイドレートスラリーの搬送に動力を必要としないか、必要な場合でも動力が少なくて済み、経済的である。 According to the second aspect of the present invention, the hydrate generating device is disposed on the hydrate dewatering device, and both devices are connected by a slurry transfer pipe, and the gas hydrate slurry produced by the hydrate generating device is transferred to the slurry. Since it is made to flow down to the hydrate dewatering device through the pipe, power is not necessary for conveying the gas hydrate slurry, or even when necessary, power is small and economical.
請求項3に記載の発明は、ハイドレート脱水装置で脱水されたガスハイドレートを、該装置の中に設けた縦形のハイドレート排出管内に掻き落として該装置外部に排出するので、脱水後のハイドレートを容易に取り出すことができる。 In the third aspect of the invention, the gas hydrate dehydrated by the hydrate dewatering device is scraped into a vertical hydrate discharge pipe provided in the device and discharged to the outside of the device. Hydrate can be easily taken out.
請求項4に記載の発明は、ハイドレート生成装置の上にハイドレート脱水装置を配置すると共に、ハイドレート生成装置で製造されたガスハイドレートスラリーをポンプによってハイドレート脱水装置に押し上げるので、ガスハイドレートスラリーを一定流量で脱水することができ、また、その流量を任意に変更するすることができる。 In the invention according to claim 4, the hydrate dewatering device is disposed on the hydrate generating device, and the gas hydrate slurry produced by the hydrate generating device is pushed up to the hydrate dewatering device by a pump. The rate slurry can be dehydrated at a constant flow rate, and the flow rate can be arbitrarily changed.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
(1)第1の実施形態
図1に示すように、このガスハイドレート製造装置は、ハイドレート脱水装置2の上に仕切板3を介してハイドレート生成装置1を一体的に設置したものであり、両装置は、ハイドレートスラリー搬送管4を介して連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) First Embodiment As shown in FIG. 1, this gas hydrate production apparatus is an apparatus in which a hydrate generator 1 is integrally installed on a
より具体的に説明すると、ハイドレート脱水装置2は、2重構造になっており、外側にある大径の有底タンク5は、その上のハイドレート生成装置1の有蓋タンク6と一体的に形成されている。その上、ハイドレート脱水装置の有底タンク5とハイドレート生成装置の有蓋タンク6間は、下に凸の仕切板3によって仕切られている。
More specifically, the
他方、ハイドレート脱水装置2の小径の有底タンク7は、ハイドレート脱水装置2の大径の有底タンク5の底部を貫通しており、その上部に搬送装置であるスクリューコンベア8を備えている。このスクリューコンベア8は、ハイドレート脱水装置2の大径の有底タンク5の側面を貫通し、その外部に突き出ている。更に、ハイドレート脱水装置2の小径の有底タンク7は、その側面に金網やポーラス層(ポーラス部材)からなる水切部9を備えている。この水切部9は、大径の有底タンク5の底部より上方に位置している。
On the other hand, the small-diameter bottomed
上記ハイドレート生成装置1は、天然ガスなどの混合ガスgを気泡状に吐出するガス吐出管10を有すると共に、その上方に攪拌装置11を有している。このハイドレート生成装置1には、生成したガスハイドレートの上昇を助長するためのガイド(図示せず)を設置するとよい。
The hydrate generator 1 has a
また、ハイドレート生成装置1の側部とハイドレート脱水装置2の小径タンク7の側部は、流量を制御する流量調整バルブ12を有するハイドレートスラリー搬送管4によって接続している。このハイドレートスラリー搬送管4の上部とハイドレート生成装置1の上部間は、連通管13によって接続している。なお、ハイドレートスラリーがつかえる場合には、ハイドレートスラリー搬送管4に軸流ポンプ(図示せず)を適用することが好ましい。
Further, the side portion of the hydrate generating device 1 and the side portion of the small-
また、ハイドレート生成装置1の上部とガス吐出管10間は、ブロワ14及び冷却器34を有するライン15によって接続しており、ハイドレート生成装置1の底部と測部間は、ポンプ16と冷却器17を有するライン18によって接続している。
Further, the upper part of the hydrate generator 1 and the
更に、ハイドレート脱水装置2の外筒(大径有底タンク)5とハイドレート生成装置1の側部間は、ポンプ19を有するライン20によって接続している。また、ハイドレート生成装置1の上部には、原料ガス供給管21が設けられ、ハイドレート生成装置1の側部には、原料水供給管22が、ハイドレート脱水装置2の外筒(大径有底タンク)5には、外筒(大径有底タンク)5内の未反応ガスを取り出す均圧ライン23が各々設けられている。
Further, the outer cylinder (large diameter bottomed tank) 5 of the
ここで、ハイドレート生成装置1の圧力をP1 (MPa)、ハイドレート脱水装置2の圧力をP2 (MPa)とすると、次式のように設定されている。
P1 ≧P2
Here, when the pressure of the hydrate generator 1 is P 1 (MPa) and the pressure of the
P 1 ≧ P 2
次に、このガスハイドレート製造装置の作動について説明する。
今、攪拌装置11によってハイドレート生成装置1内の原料水wを攪拌しながら、ブロア14によってハイドレート生成装置1内の混合ガスgをガス吐出管10から原料水wの中にバブリングさせると、所定の条件下(例えば、温度1〜5℃、圧力5MPa)で混合ガスgと原料ガスwとが水和反応し、ガスハイドレートhが生成される。
Next, the operation of this gas hydrate production apparatus will be described.
Now, when the raw material water w in the hydrate generator 1 is stirred by the stirring
このガスハイドレートhは、水より軽いため(比重:0.8〜0.9)、ハイドレート生成装置1内を上昇し、ハイドレート生成装置1とハイドレート脱水装置2との圧力差と重力によってハイドレートスラリー搬送管4を経由してハイドレート生成装置1から、その下方のハイドレート脱水装置2に供給される。
Since this gas hydrate h is lighter than water (specific gravity: 0.8 to 0.9), the gas hydrate h rises in the hydrate generator 1 and the pressure difference between the hydrate generator 1 and the
ハイドレート生成装置1では、ガスハイドレート生成の反応熱を除去するための装置が必要であり、ハイドレート生成装置1内のスラリー液を外部循環ライン18を介して外部循環して冷却器17で除熱している。原料水wは、図1では、ハイドレート生成装置1に、直接、供給されるが、スラリー外部循環ライン18に供給してもよい。また、未反応の原料ガスgは、ブロワ14及び冷却器34を持つライン15介して循環される。
In the hydrate generator 1, an apparatus for removing the reaction heat of gas hydrate generation is necessary. The slurry liquid in the hydrate generator 1 is externally circulated through the
ハイドレート脱水装置2では、ハイドレート生成装置1で製造されたガスハイドレートスラリーsを脱水して高濃度のガスハイドレートhが生成される。生成した高濃度のガスハイドレート(例えば、含水率:50〜55%)hは、ハイドレート脱水装置2より取り出される。高濃度のガスハイドレートhは、図1では、ハイドレート脱水装置2の側面より取り出されるが、底部より取り出してもよい(図2参照。)。
In the
ハイドレート生成装置2は、ガスハイドレートと水の重力差を利用した重力脱水装置である。有底小径タンク7の底部に供給されたガスハイドレートスラリーsは、ハイドレート脱水装置2の有底小径タンク7内を上昇する。有底小径タンク7内を上昇したガスハイドレートスラリーsの水wは、ハイドレート脱水装置2の有底小径タンク7の側面に開けられた細孔から排出され、脱水されたガスハイドレートhは、更に、上昇して排出装置であるスクリューコンベア8により次工程に取り出される。
The hydrate production |
ハイドレート脱水装置2の有底小径タンク7の側面に開けられた細孔から排出された水wは、有底大径タンク5と有底小径タンク7間にあるジャケット部24に蓄えられたのち、ポンプ19よってハイドレート生成装置1に戻される。
The water w discharged from the pores opened in the side surface of the bottomed small-
図2および図3は、ハイドレート排出装置の一つの実施形態であり、図1のスクリューコンベアの代替装置である。これは、ハイドレート脱水装置2の有底小径タンク7によって脱水されたガスハイドレートhをスクレーパ25で有底小径タンク7の中央部にかき集め、有底小径タンク7の底部を貫通するテーパー管26によって外部に排出するようになっている。
2 and 3 show one embodiment of the hydrate discharge device, which is an alternative device to the screw conveyor of FIG. This is because the gas hydrate h dehydrated by the bottomed small-
スクレーパ25は、彎曲した複数の羽根27を放射状に配した羽根車からなり、ウォーム歯車28の下面に取り付けられている。このウォーム歯車28の軸29は、支持体30によって有底大径タンク5に支持されている。ウォーム歯車28に対するウォーム31は、タンク外のモーター32によって駆動するようになっている。
The
(2)第2の実施形態
図4は、ハイドレート生成装置1をハイドレート脱水装置2の下部に設置した例である。この例では、ハイドレート生成装置1で生成したガスハイドレートスラリーsをポンプ35及び冷却器36を含むライン38を経由してハイドレート脱水装置2に搬送し、高濃度ガスハイドレート(例えば、含水率:50〜55%)hを生成するものである。
(2) Second Embodiment FIG. 4 shows an example in which the hydrate generating device 1 is installed in the lower part of the
より具体的に説明すると、ハイドレート脱水装置2は、二重構造になっており、外側にある大径の有蓋タンク5aは、その下のハイドレート生成装置1の有底タンク6aと一体的に形成されている。その上、ハイドレート脱水装置の有蓋タンク5aとハイドレート生成装置の有底タンク6a間は、下に凸の仕切板3によって仕切られている。
More specifically, the
他方、ハイドレート脱水装置2の中に設けられた小径のタンク(脱水塔)7aは、その上部に搬送装置であるスクリューコンベア8を備えている。このスクリューコンベア8は、ハイドレート脱水装置2の大径の有蓋タンク5aの側面を貫通し、その外部に突き出ている。更に、ハイドレート脱水装置2の小径タンク(脱水塔)7aは、その側面に金網やポーラス層(ポーラス部材)からなる水切部9を備えている。このハイドレート脱水装置2の小径タンク(脱水塔)7aは、環状の支持板39によって支持されている。
On the other hand, a small-diameter tank (dehydration tower) 7a provided in the
なお、その他の部位については、第1の実施形態のガスハイドレート製造装置と同じ部位に同じ符号を付与して詳細な説明を省略する。 In addition, about another site | part, the same code | symbol is provided to the same site | part as the gas hydrate manufacturing apparatus of 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
この例の場合、攪拌装置11によってハイドレート生成装置1内の原料水wを攪拌しながら、ブロア14によってハイドレート生成装置1内の混合ガスgをガス吐出管10から原料水wの中にバブリングさせると、所定の条件下(例えば、温度1〜5℃、圧力5MPa)でガスgと水wとが水和反応し、ガスハイドレートhが生成する。
In the case of this example, the raw material water w in the hydrate generator 1 is stirred by the stirring
このガスハイドレートhは、ハイドレート生成装置1内ではスラリー状であるからポンプ35及び冷却器36を含むライン38を経由してハイドレート脱水塔置2に搬送する。この際、ガスハイドレートスラリーsの一部は、ライン37を経由してハイドレート生成装置1へ循環する。
Since this gas hydrate h is in the form of a slurry in the hydrate generator 1, it is conveyed to the
このハイドレート脱水装置2では、ハイドレート生成装置1で製造されたガスハイドレートスラリーsを脱水して高濃度のガスハイドレートhが生成される。生成した高濃度のガスハイドレート(例えば、含水率:50〜55%)hは、スクリューコンベア8によってハイドレート脱水装置2より取り出される。
In the
ハイドレート脱水装置2は、ガスハイドレートと水の重力差を利用した重力脱水装置である。小径タンク(脱水塔)7aの底部に供給されたガスハイドレートスラリーsは、ハイドレート脱水装置2の小径タンク(脱水塔)7a内を上昇する。この小径タンク(脱水塔)7a内を上昇したガスハイドレートスラリーsの水wは、ハイドレート脱水装置2の小径タンク(脱水塔)7aの側面に開けられた細孔から排出され、脱水されたガスハイドレートhは、更に、上昇して排出装置であるスクリューコンベア8により次工程に取り出される。
The
ハイドレート脱水装置2の小径タンク(脱水塔)7aの側面に開けられた細孔から排出された水wは、有蓋大径タンク5aと小径タンク(脱水塔)7a間にあるジャケット部24に蓄えられたのち、ポンプ19よってハイドレート生成装置1に戻される。
The water w discharged from the pores opened in the side surface of the small-diameter tank (dehydration tower) 7a of the
w 水
g ガス
h ガスハイドレート
s ガスハイドレートスラリー
1 ハイドレート生成装置
2 ハイドレート脱水装置
3 仕切板
w water g gas h gas hydrate s gas hydrate slurry 1
Claims (4)
2. The gas hydrate according to claim 1, wherein a hydrate dehydrator is disposed on the hydrate generator, and a gas hydrate slurry produced by the hydrate generator is pushed up to the hydrate dewaterer by a pump. Manufacturing equipment.
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