JP2007224249A - ガスハイドレートペレット冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスハイドレートペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現する
【解決手段】ガスハイドレートペレット冷却装置６を、横型容器５０と、横型容器５０の一端に設けられ、原料ガスと水とを水和反応させて生成されたガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットが供給される供給口５１と、横型容器内に設けられ、供給口５１から供給されたガスハイドレートペレットを搬送する搬送手段５２と、横型容器の他端に設けられ、搬送手段５２により搬送されたガスハイドレートペレットを排出する排出口５３と、横型容器の胴部に設けられ、搬送手段５２により搬送されるガスハイドレートペレットに、沸点が目標冷却温度未満の液冷媒を噴霧するノズル５５と、ノズルに液冷媒を供給するポンプ５７とで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料ガスと水とを水和反応させて生成されたガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットを冷却するガスハイドレートペレット冷却装置に関する。

ガスハイドレートは、水分子の作る籠の中にガスを取り込んだ構造の固形の水和物であり、−２０数℃〜−１０数℃の大気圧下で安定することから、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送及び貯蔵の手段として利用する研究が進められている。

このようなガスハイドレートの生成方法としては、特許文献１に記載されているように、まず、第１生成器で原料ガスと水とを反応させて比較的水分を多く含むガスハイドレートスラリーを生成し、脱水器でガスハイドレートスラリーから水分を分離した後、第２生成器で脱水後のガスハイドレートに再度原料ガスを供給して、原料ガスと未反応の水分とを反応させて粉状のガスハイドレートとすることが知られている。

このようなガスハイドレートの生成過程では、全ての工程で高圧（例えば、３ＭＰａ〜１０ＭＰａ）、かつ低温（例えば、０℃〜１０℃）の環境下で処理が行われる。しかし、上述したように、ガスハイドレートは大気圧下では−２０数℃〜−１０数℃で安定することから、大気圧下で輸送及び貯蔵を行うためには、生成したガスハイドレートを−２０数℃〜−１０数℃まで冷却する必要がある。

特開２００５−２６３６７５号公報

特許文献１には、生成された粉状ガスハイドレートを、例えば−２０℃〜−１５℃に冷却することが記載されているが、その具体的な冷却方法については記載されていない。

そこで、例えば、外周をジャケットで包囲された容器に粉状ガスハイドレートを供給し、供給された粉状ガスハイドレートを容器内で搬送しながらジャケットに冷媒を循環させることで冷却することなどが考えられる。しかしながら、輸送時の利便性などを考慮して粉状ガスハイドレートを圧縮成型してペレット化したガスハイドレートペレットにこのような方法を適用した場合は、冷却効率が悪いため所望の温度のガスハイドレートペレットを得るためには長時間の冷却を必要とし、そのために冷却装置が大型化する。

本発明は、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のハイドレートペレット冷却装置は、横型容器と、横型容器の一端に設けられ、原料ガスと水とを水和反応させて生成されたガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットが供給される供給口と、横型容器内に設けられ、供給口から供給されたガスハイドレートペレットを搬送する搬送手段と、横型容器の他端に設けられ、搬送手段により搬送されたガスハイドレートペレットを排出する排出口と、横型容器の胴部に設けられ、搬送手段により搬送されるガスハイドレートペレットに、沸点が目標冷却温度未満の液冷媒を噴霧するノズルと、ノズルに液冷媒を供給するポンプとを備えてなることを特徴とする。

すなわち、搬送手段によって横型容器の供給口から排出口まで搬送されている間に、ガスハイドレートペレットの表面には沸点が目標冷却温度よりも低い液冷媒が付着する。ガスハイドレートペレットの表面に付着した液冷媒は、ガスハイドレートペレットによって温度が上昇し、沸点を超えて気化する。つまり、ガスハイドレートペレットは、液冷媒の気化熱により急速に冷却される。したがって、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却することができる。

この場合において、搬送手段は、ガスハイドレートペレットを攪拌しながら搬送することが望ましく、特に、スクリューコンベア又は回転軸に複数の攪拌羽根が設けられた攪拌搬送機であることが好ましい。

これによれば、搬送されているガスハイドレートペレットは、攪拌されて回転するので、表面全体にわたって液冷媒が付着する。すると、液冷媒の気化熱による冷却もガスハイドレートペレットの表面全体で行われることになり、より効率よくガスハイドレートペレットを冷却することができる。

さらに、液冷媒をノズルに供給する供給路に液冷媒の流量を制御する流量制御弁を設け、流量制御弁は、横型容器内に設けられた温度センサにより検出された温度が設定温度になるように液冷媒の流量を制御することが望ましい。

これによれば、横型容器内温度が設定温度よりも高いときは、液冷媒の流量を増やすことで、ガスハイドレートペレットが十分冷却されてない状態で排出されることを防止することができる。また、横型容器内温度が設定温度よりも低いときは、液冷媒の流量を減らすことで、気化することなく液状のままの液冷媒が横型容器の底面に貯留することを防止できる。すなわち、目標冷却温度のガスハイドレートペレットを得るために必要な液冷媒を流量を制御しながら供給することができるので、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却することができる。

本発明によれば、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現することができる。

以下、本発明を適用してなるガスハイドレートペレット冷却装置の実施形態を、図１を用いて説明する。図１は、本発明のガスハイドレートペレット冷却装置を適用してなるガスハイドレートペレット製造プラントの全体構成を示す図である。なお、本実施形態は、天然ガスのハイドレート（以下、ＮＧＨという。）ペレットを製造するプラントを示しているが、本発明は天然ガスに限らず、他の原料ガスのハイドレートペレット製造にも適用できる。

図１に示すように、本実施形態のハイドレートペレット製造プラント１は、ＮＧＨスラリーを生成する生成器２と、生成器２で生成されたＮＧＨスラリーから水分を分離する脱水塔３と、脱水塔３で脱水されたＮＧＨに再度天然ガスを供給して、ＮＧＨ中に含まれる未反応水と天然ガスとを反応させて粉状のＮＧＨを生成する流動層反応塔４と、流動層反応塔４で生成された粉状ＮＧＨを圧縮成型してＮＧＨペレットを生成する高圧ペレタイザー５と、ＮＧＨペレットを冷却するＮＧＨペレット冷却装置６と、冷却されたＮＧＨペレットを大気圧まで脱圧するＮＧＨペレット脱圧器７とを備えて構成されている。生成器２、脱水塔３、流動層反応塔４、高圧ペレタイザー５は、いずれも所定の高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）で、かつ所定の低温（例えば、０℃〜１０℃）に保持されている。

生成器２は、円筒状の容器１０と、容器内を攪拌する攪拌機１１と、容器の下部に設けられたノズル１２などで構成されている。また、容器１０の上部とノズル１２は、循環ガスブロワー１３を介して接続されており、容器１０底部と容器１０上部は、循環スラリーポンプ１５及び冷却器１６を介して接続されている。

図示していない供給装置から、高圧の原料ガス（天然ガス）と高圧の水が生成器２内に導入されると、天然ガスと水は生成器２内の低温高圧条件下で反応してスラリー状のＮＧＨが生成される。このとき、未反応の天然ガスは、容器１０の上部から循環ガスブロワー１３を介して抜き出された後ノズル１２から吐出され、攪拌機１１によって水とともに攪拌されて反応が促進される。また、ＮＧＨの生成は発熱を伴うことから、ＮＧＨスラリーは、容器底部から循環スラリーポンプ１５を介して抜き出され、冷却器１６で冷媒と熱交換して冷却された後に容器１０上部に戻される。このようにして生成器２で生成されたＮＧＨスラリーは、生成器２の底部からスラリー移送ポンプ１８によって連続的に抜き出され、脱水塔３の底部に供給される。

脱水塔３は、円筒状の縦型容器２０と、縦型容器２０の略中央に設けられた水抜き部２１と、水抜き部２１に対応する縦型容器内壁である多孔壁２２などで構成されている。多孔壁２２は、例えば金網や多孔板等により形成されるのが好ましい。また、水抜き部２１は、流量制御弁２３及び脱水循環ポンプ２４を介して容器１０の上部と接続されており、さらに、水抜き部２１には水位計２５が備えられている。なお、図示していないが、縦型容器２０の外周は、ジャケットで包囲されており、ジャケットに冷媒を循環することにより縦型容器２０内は所定の低温に保たれている。

生成器２から供給されたＮＧＨスラリーは、スラリー中に含まれる水分が多孔壁２２を通って水抜き部２１に分離除去され、濃度の高いＮＧＨスラリーとなって縦型容器２０の頂部に達する。水抜き部２１に貯留する水は、流量制御弁２３を介して脱水循環ポンプ２４により抜き出され容器１０に戻される。ここで、脱水塔３で脱水されたＮＧＨスラリーの濃度を制御するために、容器１０に戻される水量は、水抜き部２１における水位を設定水位に保つように水位計２５の計測値に基づいて流量制御弁２３で制御している。脱水塔３で水分が分離除去されたＮＧＨスラリーは、縦型容器２０の頂部から流動層反応塔４の略中央部に供給される。

流動層反応塔４は、円筒状の縦型容器３０と、多孔板３１と、ＮＧＨを排出する排出機３２と、排出機３２を回転駆動するモータ３３などで構成されている。また、縦型容器３０の頂部と底部は、冷却装置３５と循環ブロワー３６を介して接続されている。ここで、排出機３２は、例えばスクリューコンベア又は回転軸に複数の攪拌羽根が設けられた攪拌排出機などとするのが好ましい。

脱水塔３から供給されたＮＧＨスラリーは、流動層反応塔４内で多孔板３１の上部に蓄積される。そして、冷却装置３５により冷却された天然ガスが循環ブロワー３６を介して縦型容器３０の底部から噴出されると、多孔板３１の上部にＮＧＨの流動層が形成される。この流動層においてＮＧＨの付着水と天然ガスとが反応して粉状ＮＧＨが生成される。このようにして生成された粉状ＮＧＨは、排出機３２で搬送されて高圧ペレタイザー５に供給される。

高圧ペレタイザー５は、容器４０と、複数のディンプル４１を有する２つのロール４２と、ロール４２を回転駆動するモータ４３などで構成されている。なお、図示していないが、容器４０の外周は、ジャケットで包囲されており、ジャケットに冷媒を循環することにより容器４０内は所定の低温に保たれている。

流動層反応塔４から供給された粉状ＮＧＨは、図示矢印方向４５に回転する２つのロール４２に圧縮されながら下方に押し出され、２つのロール４２が略接触する部分の２つのディンプル４１によって形づけられたＮＧＨペレットとなる。生成されたＮＧＨペレットは、ＮＧＨペレット冷却装置６に供給される。

なお、生成器２、脱水塔３、流動層反応塔４、高圧ペレタイザー５と処理されるにつれて、ＮＧＨ中に含まれる水分量は序々に低下しているが、ＮＧＨペレットとなってＮＧＨペレット冷却装置６に供給される時点では、若干の水分が付着している。

次に、本実施形態の特徴部であるＮＧＨペレット冷却装置６について詳細に説明する。ＮＧＨペレット冷却装置６は、横型容器５０と、横型容器５０の一端に設けられた供給口５１と、横型容器５０内に設けられた搬送機５２と、横型容器５０の他端に設けられた排出口５３と、搬送機５２を回転駆動するモータ５４と、横型容器５０の胴部の略中央上部に設けられた噴霧ノズル５５などで構成されている。また、噴霧ノズル５５は、流量調整弁５６を介して液冷媒ポンプ５７に接続されており、さらに、流量調整弁５６は、横型容器５０内のＮＧＨペレットの出口部に設けられた温度センサ５８と接続されている。ここで、搬送機５２は、スクリューコンベア又は回転軸に複数の攪拌羽根が設けられた攪拌搬送機であるのが望ましいが、これに限らず、ＮＧＨペレットを攪拌・回転させながら搬送できるものであればよい。

高圧ペレタイザー５で生成されたＮＧＨペレットは、供給口５１から横型容器５０内に供給され、搬送機５２の回転にともなって、図示矢印５９方向へ搬送される。一方、液化天然ガス（ＬＮＧ）は、液冷媒ポンプ５７に吸引されて、流量調整弁を介して噴霧ノズル５５から横型容器５０内に噴霧される。噴霧されたＬＮＧは、横型容器５０内の雰囲気温度によって温度上昇して気化するとともに、搬送機５２によって搬送されているＮＧＨペレットの表面に付着し、温度上昇して気化する。すなわち、横型容器５０内の雰囲気及びＮＧＨペレットは、ＬＮＧの気化熱によって急速に冷却される。このとき、ＬＮＧの流量は、温度センサ５８の温度に基づき流量制御弁５６で制御されている。

このようにしてＬＮＧの気化熱により目標冷却温度まで冷却されたＮＧＨペレットは、排出口５３から排出され、ＮＧＨペレット脱圧器７に供給され、ＮＧＨペレット脱圧器７で大気圧まで脱圧されて製品としてのＮＧＨペレットが生成される。なお、図示していないが、ＮＧＨペレット脱圧器７の外周は、ジャケットで包囲されており、ジャケットに冷媒を循環することによりＮＧＨペレット脱圧器７内は所定の低温に保たれている。

以上、説明してきたように、本実施形態のＮＧＨペレット冷却装置によれば、沸点がＮＧＨペレットの目標冷却温度よりも低い液冷媒を直接ＮＧＨペレットに噴霧するので、ＮＧＨペレット表面での気化熱を利用して急速冷却が可能となる。したがって、ＮＧＨペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現することができる。

しかも、ＮＧＨペレットは、攪拌されて回転しながら搬送されているので、表面全体にまんべんなく液冷媒が付着し、表面全体で液冷媒の気化熱による冷却が行われる。したがって、さらに効率よくＮＧＨペレットを冷却することができる。

また、温度センサ５８によって横型容器５０内のＮＧＨペレットの出口部の温度を検出し、その温度に応じてＬＮＧの流量を制御弁５６で制御するので、ＮＧＨペレットを目標冷却温度まで冷却するために必要な量のＬＮＧを供給することができ、効率のよい冷却が実現できる。

なお、本実施形態では、ＬＮＧを用いてＮＧＨペレットの冷却を行ったが、ＬＮＧに限らず、沸点がＮＧＨペレットの目標冷却温度より低い液冷媒であれば本発明の効果を奏することができる。

本発明のガスハイドレートペレット冷却装置を適用してなるガスハイドレートペレット製造プラントの全体構成を示す図である。

符号の説明

１ ガスハイドレートペレット製造プラント
６ ＮＧＨペレット冷却装置
５０ 横型容器
５１ 供給口
５２ 搬送機
５３ 排出口
５５ 噴霧ノズル
５６ 流量調整弁
５７ 液冷媒ポンプ
５８ 温度センサ

Claims (4)

1. 横型容器と、該横型容器の一端に設けられ、原料ガスと水とを水和反応させて生成されたガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットが供給される供給口と、該横型容器内に設けられ、前記供給口から供給された前記ガスハイドレートペレットを搬送する搬送手段と、前記横型容器の他端に設けられ、前記搬送手段により搬送された前記ガスハイドレートペレットを排出する排出口と、前記横型容器の胴部に設けられ、前記搬送手段により搬送される前記ガスハイドレートペレットに、沸点が目標冷却温度未満の液冷媒を噴霧するノズルと、該ノズルに前記液冷媒を供給するポンプとを備えてなるガスハイドレートペレット冷却装置。
2. 前記搬送手段は、前記ガスハイドレートペレットを攪拌しながら搬送することを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートペレット冷却装置。
3. 前記搬送手段は、スクリューコンベア又は回転軸に複数の攪拌羽根が設けられた攪拌搬送機であることを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレートペレット冷却装置。
4. 前記液冷媒を前記ノズルに供給する供給路に前記液冷媒の流量を制御する流量制御弁を設け、前記流量制御弁は、前記横型容器内に設けられた温度センサにより検出された温度が設定温度になるように前記液冷媒の流量を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のガスハイドレートペレット冷却装置。
   

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