JP2007238850A - Method and apparatus for forming gas hydrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for forming a gas hydrate, achieving the formation of the gas hydrate by mixing a liquefied natural gas with raw material water. <P>SOLUTION: The method for forming the gas hydrate comprises spraying the liquefied raw material gas (a) and the raw material water (w) into a generating vessel 1, aggressively mixing the liquefied raw material gas (a) and the raw material water (w) atomized by the spraying by a stirrer 30, and removing the heat of reaction by feeding a cooling medium cooled by utilizing the liquefied raw material gas (a) to a cooling jacket 11 installed in the generating vessel 1. The apparatus therefor is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの液化原料ガスと原料水によりガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法及び装置に関する。   The present invention relates to a gas hydrate production method and apparatus for producing gas hydrate from a liquefied raw gas such as liquefied natural gas (LNG) and raw water.

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（−１６２℃程度）の条件が必要であり、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。   Currently, as a method of storing and transporting natural gas, a method of storing and transporting natural gas in a state of being cooled to a liquefaction temperature and converted into LNG (liquefied natural gas) is common. However, when methane, which is the main component of LNG, is liquefied, conditions of extremely low temperatures (about −162 ° C.) are necessary. To perform storage and transportation while maintaining these conditions, a dedicated storage device or A dedicated means of transportation such as an LNG ship is required. Since manufacturing and maintenance of such storage devices and transport ships require high costs, low-cost storage and transport methods that replace the above methods have been studied.

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を製造する時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。   As a result of these studies, a method for producing a solid state hydrate (gas hydrate) by reacting natural gas with raw material water, and storing and transporting the solid state in this solid state has been found and promising. . Since this method does not require a cryogenic temperature as in the case of manufacturing LNG, its handling is relatively easy. For this reason, an existing refrigeration apparatus or an existing container ship, which is slightly improved, can be used as a storage apparatus or a transportation means, which is expected to greatly reduce the cost.

ところで、ガスハイドレートを生成する方式としては、圧力容器内の原料水を攪拌機で攪拌しながら原料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ている原料ガス内に原料水を噴霧する噴霧方式との２つの方式があるが、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、原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートになる時に発生する反応熱（生成熱ともいう。）の除去が問題になっている。   By the way, as a method for generating gas hydrate, a stirring bubbling method in which raw material gas in a pressure vessel is injected with bubbles while stirring raw material water in a pressure vessel, and a raw material gas filled in the pressure vessel is used as a raw material. There are two methods, namely, a spray method for spraying water, and it is said that the generation rate for generating gas hydrate is higher in the stirring bubbling method. However, in any of the methods, removal of reaction heat (also referred to as generated heat) generated when the raw material gas and raw material water react to form gas hydrate is a problem.

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るから、圧力容器内の水相の温度と、熱交換器に供給する冷ブラインの温度との温度差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。   Conventionally, a heat exchanger is provided outside the pressure vessel, and the raw water in the pressure vessel is cooled or removed by an external heat exchanger, and then returned to the pressure vessel again. Since it is a liquid-liquid type heat exchanger, it is difficult to increase the temperature difference ΔT between the temperature of the water phase in the pressure vessel and the temperature of the cold brine supplied to the heat exchanger. For this reason, there is a problem that the heat exchanger inevitably becomes large.

他方、ガス田において液化され、消費地域に設けられたＬＮＧコンビナートに輸送された液化天然ガスの一部を、ＬＮＧコンビナートにおいて水和物化し、水和物化したガスハイドレートを各消費地又はガスハイドレートサテライトに輸送する天然ガスの供給方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。   On the other hand, a part of the liquefied natural gas liquefied in the gas field and transported to the LNG complex provided in the consumption area is hydrated in the LNG complex, and the hydrated gas hydrate is converted into each consumption area or gas hydrate. A method for supplying natural gas to be transported to a rate satellite has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、この特許文献１には、液化天然ガスの水和物化処理は、例えば、常圧下において、常温の水と約−１６２℃の液化天然ガスとを混合し、両者間で行われる熱交換反応を利用して行われる化学処理等が挙げられ、これによりガスハイドレートを容易に生成されるとあるが、工業化するには克服すべき問題がある。
特開２００３−２２７６００号公報 However, in Patent Document 1, the hydrated treatment of liquefied natural gas is performed by, for example, mixing water at normal temperature and liquefied natural gas at about −162 ° C. under normal pressure and performing a heat exchange reaction between the two. There are chemical treatments and the like carried out by using this, and gas hydrate can be easily generated by this, but there are problems to be overcome for industrialization.
JP 2003-227600 A

本発明は、液化天然ガスと原料水との混合によるガスハイドレートの生成の実現化を図るガスハイドレート生成方法及び装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gas hydrate generation method and apparatus for realizing the generation of gas hydrate by mixing liquefied natural gas and raw water.

請求項１に記載の発明に係るガスハイドレート生成方法は、液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法において、前記生成器内に液化原料ガスと原料水とを噴霧すると共に、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを攪拌機によって積極的に混合させ、更に、前記液化原料ガスを利用して冷却した冷媒を生成器に設けた冷却ジャケットに供給して反応熱を除去することを特徴とする。   A gas hydrate production method according to the invention of claim 1 is a gas hydrate production method for producing a gas hydrate by mixing a liquefied raw material gas and raw material water in a generator. The raw material gas and raw material water are sprayed, the liquefied raw material gas atomized by spraying and the raw material water are positively mixed with a stirrer, and a refrigerant cooled by using the liquefied raw material gas is provided in the generator. The reaction heat is removed by supplying to a cooling jacket.

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置において、前記生成器に、液化原料ガスを噴霧する液化原料ガス噴霧ノズルと原料水を噴霧する原料水噴霧ノズルとを設けると共に、前記生成器内に噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを積極的に混合する攪拌機を設け、更に、前記生成器の反応熱を除去する冷却ジャケットを設けたことを特徴とする。   A gas hydrate generation device according to a second aspect of the present invention is a gas hydrate generation device that generates a gas hydrate by mixing a liquefied raw material gas and raw material water in a generator. A liquefied raw material gas spray nozzle for spraying raw material gas and a raw material water spray nozzle for spraying raw material water are provided, and a stirrer that actively mixes the liquefied raw material gas atomized by spraying and raw water into the generator. And a cooling jacket for removing reaction heat of the generator.

上記のように、請求項１に記載の発明は、前記生成器内に液化原料ガスと原料水とを噴霧すると共に、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを攪拌機によって積極的に混合させ、更に、前記液化原料ガスを利用して冷却した冷媒を生成器に設けた冷却ジャケットに供給して反応熱を除去するので、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水との直接伝熱により、ガスハイドレートの生成速度の向上が見込まれるようになった。特に、本発明は、液化原料ガスと原料水との双方を噴霧するので、原料水が大きな塊になるブロック化を防止することができ、機器の破損などを防止することが可能になった。更に、液化原料ガスをガスハイドレート化することにより、コンビナートにおいて、天然ガスなどの原料ガスを安全に、かつ、長期にわたって貯蔵することが可能になった。   As described above, in the invention described in claim 1, the liquefied raw material gas and raw material water are sprayed into the generator, and the liquefied raw material gas and raw material water atomized by spraying are actively mixed by a stirrer. Furthermore, since the refrigerant cooled by using the liquefied raw material gas is supplied to a cooling jacket provided in the generator to remove reaction heat, direct heat transfer between the liquefied raw material gas atomized by spraying and the raw water As a result, an improvement in the gas hydrate generation rate is expected. In particular, according to the present invention, since both the liquefied raw material gas and the raw material water are sprayed, it is possible to prevent the raw water from becoming a large block and to prevent damage to the equipment. Furthermore, by converting the liquefied raw material gas into a gas hydrate, it has become possible to store the raw material gas such as natural gas safely and for a long time in the complex.

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置において、前記生成器に、液化原料ガスを噴霧する液化原料ガス噴霧ノズルと原料水を噴霧する原料水噴霧ノズルとを設けると共に、前記生成器内に噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを積極的に混合する攪拌機を設け、更に、前記生成器の反応熱を除去する冷却ジャケットを設けたので、液化原料ガスと原料水との直接伝熱によるガスハイドレートの生成を円滑に、かつ、容易に行うことが可能になった。また、従来の液−液型の外部熱交換器が不要になり、装置の小型化、コンパクト化を図ることが可能となった。   A gas hydrate generation device according to a second aspect of the present invention is a gas hydrate generation device that generates a gas hydrate by mixing a liquefied raw material gas and raw material water in a generator. A liquefied raw material gas spray nozzle for spraying raw material gas and a raw material water spray nozzle for spraying raw material water are provided, and a stirrer that actively mixes the liquefied raw material gas atomized by spraying and raw water into the generator. Furthermore, since a cooling jacket for removing the reaction heat of the generator is provided, it is possible to smoothly and easily generate gas hydrate by direct heat transfer between the liquefied raw material gas and raw material water. became. Further, the conventional liquid-liquid type external heat exchanger is not required, and the apparatus can be reduced in size and size.

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、耐圧性を有する横型の生成器１は、生成器１の軸芯（図示せず）上に設けた水平な回転軸２の周囲に複数のヘリカルオーガ３を設けている。ヘリカルオーガとしては、Ｘ字形状に設けたヘリカルオーガ３ａと、山形状に設けたヘリカルオーガ３ｂとがある。これらのヘリカルオーガ３ａ，３ｂは、半径方向の支持軸４を介して回転軸２に固定され、攪拌機３０を形成している。回転軸２は、電動モータ５によって駆動するようになっている。符号６は、回転軸２に設けた大歯車、７は、減速機８の軸に設けた小歯車である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas hydrate generator according to the present invention. A horizontal generator 1 having pressure resistance is a horizontal rotating shaft provided on an axis (not shown) of the generator 1. A plurality of helical augers 3 are provided around 2. As the helical auger, there are a helical auger 3a provided in an X shape and a helical auger 3b provided in a mountain shape. These helical augers 3 a and 3 b are fixed to the rotary shaft 2 via a support shaft 4 in the radial direction to form a stirrer 30. The rotating shaft 2 is driven by an electric motor 5. Reference numeral 6 is a large gear provided on the rotary shaft 2, and 7 is a small gear provided on the shaft of the speed reducer 8.

上記生成器１は、その中央上部にノズル収納部９を有すると共に、その直下に生成したガスハイドレートスラリーｓを排出する排出部１０を有している。更に、生成器１は、その外周面に冷却ジャケット１１を有し、液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷熱を利用して冷却した冷媒（中間冷媒）ｂを通過させるようになっている。なお、所望により、回転軸２内ににも同様の冷媒（中間冷媒）ｂを通過させるようにしても良い。   The generator 1 has a nozzle housing portion 9 at the center upper portion thereof and a discharge portion 10 for discharging the gas hydrate slurry s generated immediately below the nozzle storage portion 9. Further, the generator 1 has a cooling jacket 11 on the outer peripheral surface thereof, and allows the refrigerant (intermediate refrigerant) b cooled by using the cold heat of liquefied natural gas (LNG) to pass therethrough. If desired, a similar refrigerant (intermediate refrigerant) b may be passed through the rotary shaft 2 as well.

上記ノズル収納部９は、その内部に液化原料ガス噴霧ノズル１２と原料水噴霧ノズル１３とを設けている。ここで、ＬＮＧタンク１４内の液化天然ガス（ＬＮＧ）ａは、第１の昇圧ポンプ１５によって所定の圧力に昇圧後、配管１７を経て液化原料ガス噴霧ノズル１２に供給するようになっている。他方、水槽１８内の原料水ｗは、第２の昇圧ポンプ１６によって所定の圧力に昇圧後、冷却器１９によって所定の温度に冷却され、配管２０を経て原料水噴霧ノズル１３に供給するようになっている。   The nozzle housing 9 is provided with a liquefied raw material gas spray nozzle 12 and a raw water spray nozzle 13 therein. Here, the liquefied natural gas (LNG) a in the LNG tank 14 is pressurized to a predetermined pressure by the first booster pump 15 and then supplied to the liquefied raw material gas spray nozzle 12 via the pipe 17. On the other hand, the raw material water w in the water tank 18 is boosted to a predetermined pressure by the second booster pump 16, cooled to a predetermined temperature by the cooler 19, and supplied to the raw water spray nozzle 13 through the pipe 20. It has become.

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、先ず、電動モータ５を稼働して回転軸２及びヘリカルオーガ３を回転すると共に、液化天然ガスによって冷却された冷媒ｂを冷却ジャケット１１に供給して生成器１を冷却する。 Next, the operation of this gas hydrate generator will be described.
As shown in FIG. 1, first, the electric motor 5 is operated to rotate the rotating shaft 2 and the helical auger 3, and the refrigerant b cooled by the liquefied natural gas is supplied to the cooling jacket 11 to cool the generator 1. To do.

しかる後に、第１の昇圧ポンプ１５及び第２の昇圧ポンプ１６を駆動すると、第１の昇圧ポンプ１５によって所定の圧力（例えば、５ＭＰａ）に昇圧された液化原料ガス（ＬＮＧ）ａは、液化原料ガス噴霧ノズル１２から生成器１内に噴霧される。と同時に、第２の昇圧ポンプ１６によって所定の圧力（例えば、５ＭＰａ）に昇圧された原料水ｗは、冷却器１９によって所定の温度（例えば、５℃）に冷却された後、原料水噴霧ノズル１３から生成器１内に噴霧される。噴霧によって微粒化した液化原料ガス（ＬＮＧ）ａと原料水ｗとは、互いに接触して高濃度（例えば、５０ｗｔ％）のガスハイドレートスラリーｓとなる。その際、噴霧により微粒化した液化原料ガスａと原料水ｗとの直接伝熱によりガスハイドレートの生成速度の向上が見込まれる。その上、噴霧によって微粒化した液化原料ガス（ＬＮＧ）ａと原料水ｗは、攪拌機３０のヘリカルオーガ３によって攪拌されるため、ガスハイドレート化が促進される。   Thereafter, when the first booster pump 15 and the second booster pump 16 are driven, the liquefied raw material gas (LNG) a that has been boosted to a predetermined pressure (for example, 5 MPa) by the first booster pump 15 is converted into the liquefied raw material. It sprays in the generator 1 from the gas spray nozzle 12. At the same time, the raw material water w whose pressure has been increased to a predetermined pressure (for example, 5 MPa) by the second booster pump 16 is cooled to a predetermined temperature (for example, 5 ° C.) by the cooler 19, and then the raw water spray nozzle 13 is sprayed into the generator 1. The liquefied raw material gas (LNG) a and the raw material water w atomized by spraying are brought into contact with each other to form a gas hydrate slurry s having a high concentration (for example, 50 wt%). At that time, an improvement in the gas hydrate production rate is expected by direct heat transfer between the liquefied raw material gas a and the raw material water w atomized by spraying. In addition, since the liquefied raw material gas (LNG) a and raw material water w atomized by spraying are stirred by the helical auger 3 of the stirrer 30, gas hydrate conversion is promoted.

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る。It is a schematic block diagram of the gas hydrate production | generation apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

ａ 液化原料ガス
ｗと原料水
１ 生成器
１１ 冷却ジャケット
１２ 液化原料ガス噴霧ノズル
１３ 原料水噴霧ノズル
３０ 攪拌機 a Liquefied raw material gas w and raw water 1 Generator 11 Cooling jacket 12 Liquefied raw material gas spray nozzle 13 Raw material water spray nozzle 30 Stirrer

Claims (2)

液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法において、前記生成器内に液化原料ガスと原料水とを噴霧すると共に、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを攪拌機によって積極的に混合させ、更に、前記液化原料ガスを利用して冷却した冷媒を生成器に設けた冷却ジャケットに供給して反応熱を除去することを特徴とするガスハイドレート生成方法。 In the gas hydrate production method for producing a gas hydrate by mixing a liquefied raw material gas and raw material water in a generator, the liquefied raw material gas and raw material water are sprayed into the generator and atomized by spraying. The liquefied raw material gas and raw material water are actively mixed by a stirrer, and further, the refrigerant cooled by using the liquefied raw material gas is supplied to a cooling jacket provided in a generator to remove reaction heat, Gas hydrate generation method. 液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置において、前記生成器に、液化原料ガスを噴霧する液化原料ガス噴霧ノズルと原料水を噴霧する原料水噴霧ノズルとを設けると共に、前記生成器内に噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを積極的に混合する攪拌機を設け、更に、前記生成器の反応熱を除去する冷却ジャケットを設けたことを特徴とするガスハイドレート生成装置。
In a gas hydrate generating device for generating a gas hydrate by mixing a liquefied raw material gas and raw material water in a generator, a liquefied raw material gas spray nozzle for spraying a liquefied raw material gas and raw water are sprayed on the generator. A raw material water spray nozzle is provided, and a stirrer that actively mixes the liquefied raw material gas atomized by spraying and raw material water is provided in the generator, and a cooling jacket for removing reaction heat of the generator is further provided. A gas hydrate generating device provided.
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