JP2006348193A

JP2006348193A - 天然ガスハイドレートの分解方法及び分解装置

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Publication number: JP2006348193A
Application number: JP2005177204A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Uchida; 和男内田; Takeshi Suzuki; 鈴木　　剛; Seiji Horiguchi; 清司堀口
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: JP4751110B2

Abstract

【課題】天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）のガス化に伴う気液分離をすみやかにおこなうことができるＮＧＨの分解方法及び分解装置を提供する。
【解決手段】ＮＧＨの加熱分解が行われるガス化槽１、そのガス化槽１の上部に設けられたＮＧＨの供給手段２、ＮＧＨを加熱分解する温水の循環手段３、及び生成した天然ガスの排出手段４から構成されるＮＧＨの分解装置であって、ガス化槽１にはＮＧＨの粉砕器６、粉砕されたＮＧＨを保持する多孔性支持体７、及び多孔性支持体７に保持されたＮＧＨ５ａに温水を散布する散布手段が備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、天然ガスハイドレートを分解してガス化する分解方法及び分解装置に関するものである。

現在、海外で産出した天然ガスを国内へ輸送する方法としては、産出地に建設されたプラントにおいて天然ガスを液化する温度まで冷却することにより生成した液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）とした状態で行う方法が採用されている。

しかし、天然ガスが液化する温度は−１６２℃と極めて低温であり、このような低温状態を維持することができる貯蔵設備や輸送船などを製造・保有するためには巨額の資本が必要となる。

そこで、最近では、天然ガスを水和物化して貯蔵・輸送する手段が注目されている。この天然ガスの水和物は天然ガスハイドレート（以下、「ＮＧＨ」という。）と称され、水分子が作る球形あるいはそれを押しつぶしたサッカーボール様の格子の中に天然ガスを構成する分子、例えばメタン、エタン、プロパンなどが取り込まれた構造をとっており、包接化合物の一種として分類されるものである。

ＮＧＨはＬＮＧと比較すると、単位体積当たりの容積減少率は少ない（ＬＮＧ：１／６００に対してＮＧＨ：１／１７０）が、ＬＮＧのように極低温の状態でなくても生成が可能（常圧下で約−８０℃、５．４ Mpaで約５℃）であり、常圧で−２０℃程度に冷却されていればその自己保存性から安定的に貯蔵・輸送が可能であるため、貯蔵設備や輸送船などにかかる費用を大幅に低減できることが期待されている。

ここで、輸送されてきたＮＧＨの受け入れ地においては、ＮＧＨを加熱分解してガス化することにより天然ガスを生成する必要がある。

このＮＧＨのガス化については、これまでに種々の方法が提案されている。

例えば、特開２００１−２７９２８１号公報においては、図４に示すように、処理容器４０内にＮＧＨ４１と塊体４２とを収納して、温水４３をその内部に供給しながら処理容器４０を回転させることにより、ＮＧＨ４１を分解して天然ガス４４を生成する分解装置が提案されている。この分解装置においては、処理容器４０内でＮＧＨ４１と塊体４２が衝突して、自己保存効果によりＮＧＨ４１の表面に形成された氷被膜が破砕されることにより、ＮＧＨ４１の分解が促進される仕組みになっている。

また、特開２００４−７５８４９号公報においては、図５に示すように、再ガス化槽５０内において粉砕器５１により粉砕されたＮＧＨ（図示しない）を、撹拌機５２により撹拌されている温水５３内へ投入することにより、ＮＧＨを分解して天然ガス５４を生成する分解装置が提案されている。
この分解装置は、固体ペレット状のＮＧＨをあらかじめ粉砕してから大量の温水４３中で撹拌することにより、その分解を促進させようとするものである。
特開２００１−２７９２８１号公報特開２００４−７５８４９号公報

しかし上記の分解方法及び装置においては、ＮＧＨを加熱分解することにより生じた天然ガスと水（以下、「分解水」という。）との分離（気液分離）を、加熱分解に用いる温水とともに撹拌することにより行っているため、気液分離に時間がかかるという問題点があった。

特に、生成した天然ガスをガスタービンに使用するような場合には、ガス化が行われる容器（ガス化槽）内の圧力がガスタービンの要求するガス圧（例えば、１．０〜５．０ＭＰａ）に相当する高圧状態となっているため、ＮＧＨから生成した天然ガスは数μｍ程度の極めて微少な気泡となって水中に存在することになる。従って、水中において気泡に加わる浮力が小さくなり、気液分離に更に長い時間がかかることになるため、ガス化槽を巨大化して水の滞留時間を確保する必要がある。このガス化槽の巨大化により、多額の建造費や広大な敷地が必要となるため、天然ガスの製造コストを上昇させる原因となる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ガスタービンが要求するような高圧下においても、ＮＧＨのガス化に伴う気液分離をすみやかに行うことができるＮＧＨの分解方法及び分解装置を提供するものである。

本発明に係るＮＧＨの分解方法は、ＮＧＨを粉砕する工程と、前記粉砕されたＮＧＨを多孔性支持体の上面に保持する工程と、前記保持されたＮＧＨに温水を散布して加熱分解する工程とからなるものである。

また、本発明に係るＮＧＨの分解装置は、ＮＧＨと温水とを反応させて天然ガスを生成するガス化槽と、前記ガス化槽の上部から前記ＮＧＨを供給する供給手段と、前記ガス化槽から排出される水を加熱して前記ガス化槽に供給する循環手段と、前記生成した天然ガスを前記ガス化槽の外部へ排気する排気手段とからなるＮＧＨの分解装置であって、前記ガス化槽は前記供給手段により供給されるＮＧＨの粉砕手段と、前記粉砕手段の下方に配置され前記粉砕されたＮＧＨを保持する多孔性支持体と、前記粉砕手段と前記多孔性支持体との間に配置され前記保持されたＮＧＨに温水を散布する散布手段とを備えたものである。

本発明により、ガスタービンが要求するような高圧下においても、ＮＧＨのガス化に伴う気液分離をすみやかに行うことができるため、ガス化槽を小型化することにより天然ガスの供給コストを低減することが可能となる。

本発明に係る実施の形態について、図１に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るＮＧＨの分解装置の系統図を示したものである。

ＮＧＨの分解装置は、ＮＧＨの加熱分解が行われるガス化槽１、そのガス化槽１の上部に設けられたＮＧＨの供給手段２、ＮＧＨを加熱分解する温水の循環手段３、及び生成した天然ガスの排出手段４から構成されている。

ガス化槽１は鋼鉄製の容器であり、ガスタービンが要求する圧力（例えば、１．０〜５．０ＭＰａ）にも十分に耐える強度を有している。ガス化槽１内の頂部には、供給手段２により供給されたＮＧＨ５を数ｍｍの大きさに粉砕する粉砕手段である粉砕器６が配置されている。この粉砕器６については様々な形式のものがあるが、構造が簡単で耐久性に優れていることから、図２に示すようなローター式のグラニュレーターを用いることが好ましい。

このローター式のグラニュレーターは、横置きされて回転する円筒形のローター３０と、そのローターの下半分を外囲するように取り付けられたスクリーン３１から構成され、ローター３０の外周には押し板３２が等間隔に取り付けられており、押し板３２の先端の傾斜面３３はスクリーン３１の内表面と対向するようになっている。また、スクリーン３１は数ｍｍ角の大きさの網目を有する金属製の網状体から構成されている。

ローター３０の上方から投入されたＮＧＨ５は、ローター３０とスクリーン３１との間に挟まれながら回転し、押し板３２の傾斜面３３によりスクリーン３１に押圧されることにより、数ｍｍの大きさのＮＧＨ５ａに粉砕されてスクリーン３１の網目を通って下方へ供給されることとなる。

粉砕器６の下方には、ガス化槽１の径方向断面の全面を覆うように多孔性支持体７が設けられている。この多孔性支持体７の孔の大きさは、粉砕後のＮＧＨ５ａの大きさよりも細かく（１ｍｍ角未満）なるように製作されている。なお、多孔性支持体７は耐腐食性に優れているという観点から、ステンレス鋼製の金網が好ましい。

これら粉砕器６と多孔性支持体７の間には、温水９の散布手段であるリング状のスプレー管８が配置されている。このリング状のスプレー管８は、ガス化槽１の径方向内面に接するように取り付けられたリング状の配管から構成され、配管の表面には、多孔性支持体７の全上面にむらなく温水９を散布できるように複数の噴射口が設けられている。

ガス化槽１の底部には、粉砕後のＮＧＨ５ａと反応した後の温水と、ＮＧＨ５ａの分解により生じた分解水からなる貯留水１０を循環手段に導くための導管が接続されている。

ガス化槽１の上部に設けられたＮＧＨの供給手段２は、第１導入管１１とその途中に設けられた第１ゲート弁１２、第２導入管１４とその途中に設けられた第２ゲート弁１５、及び第１導入管１１と第２導入管１４を接続する導入タンク１３からなる。これらは全体として一種のエアロックとしての機能を有しており、適切な弁操作により高圧状態に保持されたガス化槽１内へ気密を破ることなくＮＧＨ５を供給することができるようになっている。

温水の循環手段３は、ガス化槽１内に貯留した水を外部へ導出するためのポンプ１６、水ポンプにより昇圧されている水の中に残存している気泡を除去する気泡分離器１７、及び分離された水を加熱して温水を生成する加熱器１８から構成されている。

また、ガス化槽１内で生成した天然ガスを外部へ排気する排気手段は、粉砕器２の上部空間に通じる第１排気管１９と第１排気弁２０、粉砕器６とリング状スプレー管８の間の空間に通じる第２排気管２１と第２排気弁２２、及び多孔性支持体７と貯留水１０との間の空間に通じる第３排気管２３と第３排気弁２４から構成されており、それぞれがガスタービン２５へ接続している。

次に、上記のように構成された分解装置を用いてのＮＧＨを分解する工程を説明する。

第１ゲート弁１１を開き第２ゲート弁１５を閉じた状態で、図示しないＮＧＨの貯蔵施設から、第１導入管１１を介して導入タンク１３へＮＧＨ５を供給する。ＮＧＨ５が導入タンク１３に収納された後に、第１ゲート弁１２を閉じてから第２ゲート弁１５を開いて、粉砕器６の上方へＮＧＨ５を供給する。なお、ＮＧＨ５を供給した後は、第２ゲート弁１５は再び閉じられる。

このような弁の開閉操作を行うことにより、高圧状態になっているガス化槽１への影響を抑えることができる。

粉砕器６に供給されたＮＧＨ５は、数ｍｍの大きさに粉砕されて、その下方に配置されている多孔性支持体７の上に落下して保持される。そして、保持されたＮＧＨ５ａには、リング状スプレー管８から温水９が散布され、ＮＧＨ５ａは加熱分解されて天然ガスと分解水とに分解される。

このときＮＧＨ５ａは、分解に必要とされる量の温水と接触・反応し、余分な温水は多孔性支持体７を通過して除去されるため、発生した天然ガスと分解水の気液分離が瞬時に行われることになる。

また、ＮＧＨ５ａは一定温度の温水と常に接触することになるため、従来のようにＮＧＨを温水中で撹拌することに比べて、両者の温度差（ガス化の駆動力）を大きく取ることができ、天然ガスを安定的に生成することが可能となる。

ここで生成した天然ガスは、主に第２排気管２１を介してガスタービン２５へ供給されるが、一部の天然ガスは粉砕器６の上方へ逆流するため、第１排気管１９から回収されることになる。

ＮＧＨの分解により生成する天然ガスのほとんどは、ここで回収されることになる。

分解反応が進むことにより小さくなったＮＧＨは、多孔性支持体７の孔を通過して、温水９と分解水からなる貯留水１０中に落下する。この小さくなったＮＧＨは、更に貯留水１０中で分解されて天然ガスが生成することになる。ここで生成した天然ガスのうち貯留期間中に貯留水１０から分離したものは、第３排気管２３を通じてガスタービン２５へ供給される。

貯留水１０は、ガス化槽１の底部に接続している導管に設けられたポンプ１６によりガス化槽１の外部へ導出される。ガス化槽１内で回収されずに残存している微少な気泡状態の天然ガスは気泡分離器１７において除去されてガスタービン２５へ送られることになる。このときまでに残存している天然ガスの量は極少量であるため、気泡分離器１７も小型化することができるので、分離装置の製造コストを更に低減することができる。

気泡分離器１７で分離された水は、加熱器１８により加温されて再びリング状スプレー管８に供給されることになる。

なお、温水９の温度は、ガス化槽１の内圧、ＮＧＨ量及び循環する水量などにより決定される。

本発明に係る別の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は、本発明に係るＮＧＨの分解装置の系統図を示したものである。なお、ガス化槽１の断面は、図１を軸方向に９０度回転させた方向からのものに該当する。また、図１と共通する部分については、同一の符号を付しているが、供給手段１の一部を省略して示している。

粉砕器６に、図２に示すようなローター式のグラニュレーターを用いた場合には、ローター３０の軸方向の端とガス化槽１の内壁との間に生じた隙間から、未粉砕のＮＧＨ５が貯留水１０の中へ落下してしまう可能性があることが問題となる。そのようにして落下するＮＧＨ５の量が多くなると、貯留水１０の温度が下がるためガス化の駆動力が減少してしまうとともに、ローター６と内壁の間にかじりが生じて粉砕器６の性能が劣化するおそれがある。

従って、ローター３０上に未処理のＮＧＨ５がなるべく堆積しないようにＮＧＨ５の供給量を制限する必要があるため、分解装置の処理量が大きく制限されてしまう可能性がある。

そこで、本実施形態においては、図３に示すように、ガス化槽１内に２台のローター式のグラニュレーターを並列して設けることによりローター３０上に堆積するＮＧＨ５の量を減らすとともに、ガス化槽１の内壁とスクリーン３１の間に傾斜板３６を設けて、未粉砕のＮＧＨ５の落下を防止している。なお、ＮＧＨ５の供給手段１は各粉砕器６ごとに１系列ずつ設けており、ガス化槽１内に供給されたＮＧＨ５は各ローター３０上に設けられたカゴ状の金網３５内を導かれて、それぞれの粉砕器６に供給されることになる。

また、この実施形態においては、粉砕器６をガス化槽１内に収納するようにしたため、図１のような特別な形状のガス化槽１ではなく、従来の形状のガス化槽１をそのまま使用できるため、分解装置の建設費の更なる低減を図ることができる。

本発明に係るガスハイドレート分解装置の系統図である。ローター式のグラニュレーターの断面図である。ガスハイドレート分解装置の他の実施形態の系統図である。従来のガスハイドレート分解装置の系統図である。別の従来のガスハイドレート分解装置の系統図である。

符号の説明

１ガス化槽
２ＮＧＨ供給手段
３循環水供給手段
４天然ガス排気手段
５ＮＧＨ
５ａ粉砕後のＮＧＨ
６粉砕器
７多孔性支持体
８リング状スプレー管
９散布水
１０貯留水
１１第１導入管
１２第１ゲート弁
１３導入タンク
１４第２導入管
１５第２ゲート弁
１６ポンプ
１７気泡分離器
１８加熱器
１９第１排気管
２０第１排気弁
２１第２排気管
２２第２排気弁
２３第３排気管
２４第３排気弁
２５ガスタービン
３０ローター
３１スクリーン
３２押し板
３３傾斜面
３４電動機
３５カゴ状の金網
３６傾斜板
４０処理容器
４１ＮＧＨ
４２ＮＧＨ塊体
４３温水
４４天然ガス
４５気液分離器
５０再ガス化槽
５１粉砕器
５２撹拌機
５３温水
５４天然ガス
５５ガスハイドレート供給装置
５６電動モータ
５７循環パイプ

Claims

天然ガスハイドレートから天然ガスを生成する天然ガスハイドレートの分解方法であって、
天然ガスハイドレートを粉砕する工程と、
前記粉砕された天然ガスハイドレートを多孔性支持体の上面に保持する工程と、
前記保持された天然ガスハイドレートに温水を散布して加熱分解する工程と、
からなる天然ガスハイドレートの分解方法。
天然ガスハイドレートと温水とを反応させて天然ガスを生成するガス化槽と、
前記ガス化槽の上部から前記天然ガスハイドレートを供給する供給手段と、
前記ガス化槽から排出される水を加熱して前記ガス化槽に供給する循環手段と、
前記生成した天然ガスを前記ガス化槽の外部へ排気する排気手段と、
からなる天然ガスハイドレートの分解装置であって、
前記ガス化槽は、
前記供給手段により供給される天然ガスハイドレートの粉砕手段と、
前記粉砕手段の下方に配置され前記粉砕された天然ガスハイドレートを保持する多孔性支持体と、
前記粉砕手段と前記多孔性支持体との間に配置され前記保持された天然ガスハイドレートに温水を散布する散布手段と、
を備えた天然ガスハイドレートの分解装置。
前記粉砕手段はローター式のグラニュレーターであることを特徴とする請求項２に記載の天然ガスハイドレートの分解装置。