JP2007238826A

JP2007238826A - ガスハイドレートの生成方法及び装置

Info

Publication number: JP2007238826A
Application number: JP2006064998A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 鈴木　　剛; Tetsuo Murayama; 哲郎村山
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】生成装置の小型化、簡略化を図ると共に、ガスハイドレートの生成速度の改善を図る。
【解決手段】生成器１内で原料ガスｇと原料水ｗとを反応させてガスハイドレートｎを生成するガスハイドレートの生成方法である。生成器１内に氷スラリーｓ又は粉粒体状の氷ｉを供給し、原料ガスｇと原料水ｗとが反応してガスハイドレートｎとなる時に発生する反応熱を氷の冷熱によって除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料ガスと原料水とを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生成方法及び装置に関する。

現在、天然ガスを貯蔵及び輸送する方法としては、天然ガスを液化温度まで冷却してＬＮＧ（液化天然ガス）にした状態で貯蔵及び輸送する方法が一般的である。しかし、ＬＮＧの主成分であるメタンを液化させる場合は、極低温条件（−１６２℃）が必要であり、こうした条件を維持しながら、貯蔵及び輸送を行うには、専用の貯蔵装置やＬＮＧ船などの専用の輸送手段が必要となる。こうした貯蔵装置や輸送船などの製造及び維持管理は、高コストを要するため、上記の方法に代わる低コストの貯蔵及び輸送方法が研究されている。

こうした研究の結果、天然ガスと原料水とを反応させて固体状態の水和物（ガスハイドレート）を生成し、この固体状態のまま貯蔵及び輸送する方法が見出され、有望視されている。この方法では、ＬＮＧのような極低温を必要としないため、その取り扱いも比較的容易である。このため、既存の冷凍装置、或いは既存のコンテナ船を、若干、改良したものを貯蔵装置、或いは輸送手段として利用可能となり、大幅な低コスト化が図れるものとして期待されている。

ところで、天然ガスハイドレートを生成する場合、圧力容器内の原料水を攪拌機で攪拌しながら天然ガスを気泡状に注入する攪拌バブリング方式と、圧力容器内に充満した天然ガス内に原料水を噴霧する噴霧方式（例えば、特許文献１参照。）との２つの方式があるが、天然ガスハイドレートを生成する生成速度は、攪拌バブリング方式の方が高いと言われている。しかし、いずれの方式でも、天然ガスと原料水とが反応して天然ガスハイドレートになる時に発生する反応熱（生成熱）の除去が問題になっている。

従来は、圧力容器の外部に熱交換器を設け、圧力容器内の原料水を外部の熱交換器によって冷却又は除熱した後、再度、圧力容器に戻しているが、この熱交換器は、液−液タイプの熱交換器であり、原料水の氷結を防ぐことから、圧力容器内の水相の温度Ｔ₁と、熱交換器に供給する冷ブラインの温度Ｔ₂との温度差ΔＴを大きくすることが難しい。このため、必然的に熱交換器が大型になるという問題があると同時に、このΔＴを大きくしようとして熱交換器のＬＮＧなどの極低温の冷媒を供給すると、伝熱コイルの表面に氷が付着して伝熱コイルの熱伝導度が悪化したり、最悪の場合、管路が閉塞するなどの問題が発生する所以である。
特開２００３−１０５３６２号公報

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、生成装置の小型化、簡略化を図ると共に、ガスハイドレートの生成速度の改善を図ることができるガスハイドレートの生成方法及び装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明に係るガスハイドレートの生成方法は、生成器内で原料ガスと原料水とを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生成方法において、前記生成器内に氷スラリー又は粉粒体状の氷を供給し、原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートとなる時に発生する反応熱を氷の冷熱によって除去することを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレートの生成方法は、請求項１記載のガスハイドレートの生成方法において、前記生成器に供給する氷スラリー又は粉体状の氷の供給量を制御して生成器内の圧力を設定圧に維持することを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係るガスハイドレートの生成装置は、生成器内で原料ガスと原料水とを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生成装置において、前記生成器内の原料水を循環させる循環路を前記生成器に設けると共に、前記循環路の経路中に容器状の混合器を設け、かつ、該混合器内を通過する原料水に粉体状の氷を投入して氷スラリーを形成することを特徴とする。

請求項４に記載の発明に係るガスハイドレートの生成装置は、生成器内で原料ガスと原料水とを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生成装置において、前記生成器にスクリューフィーダーを設け、該スクリューフィーダーによって粉体状の氷を前記生成器内に投入することを特徴とする。

上記のように、請求項１に記載の発明は、生成器内で原料ガスと原料水とを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生成方法において、前記生成器内に氷スラリー又は粉粒体状の氷を供給し、原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートとなる時に発生する反応熱を氷の冷熱によって除去するため、８０ｋｃａｌ／ｋｇの氷の融解熱を利用して原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートとなる時に発生する反応熱を、直接、除去することができる。このため、ガスハイドレートの生成条件が安定すると共に、ガスハイドレートの生成速度が改善され、粒径の揃った高い品位のガスハイドレートを生成することができるようになった。従って、後工程にある脱水器などの負担を軽減することが可能となった。

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレートの生成方法は、請求項１記載のガスハイドレートの生成方法において、前記生成器に供給する氷スラリー又は粉体状の氷の供給量を制御して生成器内の圧力を設定圧に維持するので、ガスハイドレートの生成条件が安定すると共に、ガスハイドレートの生成速度が改善され、粒径の揃った高い品位のガスハイドレートを生成することができるようになった。

請求項３に記載の発明に係るガスハイドレートの生成方法は、生成器内で原料ガスと原料水とを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生成装置において、前記生成器内の原料水を循環させる循環路を前記生成器に設けると共に、前記循環路の経路中に容器状の混合器を設け、かつ、該混合器内を通過する原料水に粉体状の氷を投入して氷スラリーを形成するので、従来の液−液タイプの熱交換器が軽減され、生成器の附帯設備の簡素化、簡略化を図ることが可能となった。その上、８０ｋｃａｌ／ｋｇの氷の融解熱を利用して原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートとなる時に発生する反応熱を、直接、除去することができる。このため、ガスハイドレートの生成条件が安定すると共に、ガスハイドレートの生成速度が改善され、粒径の揃った高い品位のガスハイドレートを生成することができるようになった。従って、後工程にある脱水器などの負担を軽減することが可能となった。

請求項４に記載の発明に係るガスハイドレートの生成方法は、生成器内で原料ガスと原料水とを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生成装置において、前記生成器にスクリューフィーダーを設け、該スクリューフィーダーによって粉体状の氷を前記生成器内に投入するので、従来の液−液タイプの熱交換器や混合器などが不要になり、より一層、生成器の附帯設備の簡素化、簡略化を図ることが可能となった。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係るガスハイドレート生成装置の概略構成図であり、生成器１は、耐圧容器２内に無蓋の反応器３を内蔵すると共に、反応器３内の原料水ｗを循環させる原料水循環路４を備えている。この原料水循環路４の出口５は、原料水ｗの液面６下に位置している。耐圧容器２は、容器内の圧力を検出する圧力計７と、耐圧容器２内のガスハイドレート（ＮＧＨ）ｎを排出する排出バルブ８を備えている。

上記原料水循環路４は、原料水ｗの流れに沿って循環ポンプ９と、熱交換器１０と、容器状の混合器１１とを有している。ここで、原料水を供給する給水管１２は、循環ポンプ９の上流側に位置するように原料水循環路４に接続している。また、原料ガスｇを供給するガス供給管１３は、反応器３内に設けたスパージャ１４に接続している。更に、耐圧容器２の上部空間１５は、ガス循環用の配管１６を介してガス供給管１３に接続しており、ブロワ１７によって耐圧容器２の上部空間１５に溜まった原料ガスｇをガス供給管１３に還流するようになっている。

他方、混合器１１の側には、製氷器１８と、破砕機１９と、スクリューフィーダー２０とを設け、製氷器１８で製造した氷片を破砕機１９で細かに破砕して粉体状にし、この粉体状の氷ｉをスクリューフィーダー２０によって混合器１１に供給するようになっている。また、製氷器１８に給水する第２の給水管２１に流量調製弁２２を設けると共に、この流量調製弁２２の制御を、圧力計７の計測値を入力するコントローラ２３によって行うようにしている。

ここで、製氷器としては、氷点以下に冷却した容器の内面に水を吹き付けて薄い氷の層を形成し、この氷の層を掻取り手段によって掻き取るようにしたもの、或いは、氷点以下のガス中に水を噴霧して微細な氷を製造するようにしたものなどを挙げることができる。後者の場合は、破砕機が不要となる。また、氷の粒径としては、０．５〜３．０ｍｍの範囲が好ましい。０．５ｍｍ未満の場合は、融け易く取り扱いが難しい。３．０ｍｍを超えると、搬送が困難となる。

次に、このガスハイドレート生成装置の作用について説明する。
図１に示すように、反応器３内の原料水ｗにスパージャ１４から原料ガスｇを気泡状に噴出すると、反応器３内で原料ガスｇと原料水ｗとが反応してガスハイドレートとなる。このガスハイドレートｎは、反応器３の上端から溢れて耐圧容器２内に貯蔵される。その際、リボンスクリューなどによってガスハイドレートを積極的に払い出すようにしても差し支えがない。

他方、ブロワ１７を運転することにより、耐圧容器２の上部区間１５に溜まった原料ガスｇは、配管１６を通ってガス供給管１３に還流される。また、循環ポンプ９を運転することにより、反応器３内の原料水ｗが原料水循環路４に沿って流れ、熱交換器１０および混合器１１を通過する。そこで、製氷器１８で製造した氷片（図示せず）を破砕機１９で破砕して粉体状の氷とし、この粉体状の氷ｉをスクリューフィーダー２０によって原料水循環路４に供給すると、原料水循環路４内を流れている原料水ｗ内に粉体状の氷ｉが混入し、氷スラリーｓとなって反応器３内に供給される。そして、原料ガスｇと原料水ｗとが反応してガスハイドレートｎとなる時に発生する反応熱が氷ｉの冷熱によって除去される。

ところで、反応器３内の水温が設定値より低下して原料ガスｇと原料水ｗとの反応速度が上昇すると、耐圧容器２内の圧力が設定値より低下するので、コントローラ２３によって第２の供給管２１に設けた流量調製弁２２が絞られ、通水量、強いては、氷スラリーｓの供給量が低下する。逆に、反応器３内の水温が設定値より上昇して原料ガスｇと原料水ｗとの反応速度が低下すると、耐圧容器２内の圧力が設定値より上昇するので、コントローラ２３によって第２の供給管２１に設けた流量調製弁２２が弛められ、通水量、強いては、氷スラリーｉの供給量が上昇する。

以上の説明では、原料水循環路４の経路に設けた混合器１１に粉粒体状の氷ｉを供給する場合について説明したが、例えば、原料水循環路４に、直接、粉粒体状の氷ｉを供給するようにしても支障がない。また、反応器３に粉粒体状の氷ｉを、直接、投入するようにしても支障がない。また、氷の代わりに過冷却水を使用することにも考えられるが、その場合には、過冷却水の供給量が氷の４０倍になるという問題がある。すなわち、仮に、原料水の温度を５℃、過冷却水の温度を３℃とすると、その差が２℃となることから、水の顕熱は、２ｋｃａｌ／ｋｇとなる。他方、氷の融解熱は、８０ｋｃａｌ／ｋｇであるから、過冷却水の供給量は、８０／２＝４０倍となる。

本発明に係るガスハイドレートの生成装置の概略構成図である。

符号の説明

１生成器
ｇ原料ガス
ｉ粉粒体状の氷
ｎガスハイドレート
ｓ氷スラリー
ｗ原料水

Claims

生成器内で原料ガスと原料水とを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生成方法において、前記生成器内に氷スラリー又は粉粒体状の氷を供給し、原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートとなる時に発生する反応熱を氷の冷熱によって除去することを特徴とするガスハイドレートの生成方法。
前記生成器に供給する氷スラリー又は粉体状の氷の供給量を制御して生成器内の圧力を設定圧に維持することを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートの生成方法。
生成器内で原料ガスと原料水とを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生成装置において、前記生成器内の原料水を循環させる循環路を前記生成器に設けると共に、前記循環路の経路中に容器状の混合器を設け、かつ、該混合器内を通過する原料水に粉体状の氷を投入して氷スラリーを形成することを特徴とするガスハイドレートの生成装置。
生成器内で原料ガスと原料水とを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生成装置において、前記生成器にスクリューフィーダーを設け、該スクリューフィーダーによって粉体状の氷を前記生成器内に投入することを特徴とするガスハイドレートの生成装置。