JP2007268407A - 重力脱水装置、重力脱水方法およびガスハイドレートの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水塔内に送り込まれるスラリー濃度が変動してもその影響を受けずにベットを一定の速度で上昇させることができ、もって重力脱水を確実に行うことのできる重力脱水装置を提供すること。
【解決手段】下部にスラリー導入部21が設けられ、中部にはスラリー中の水を外部に排出する排水口22が設けられ、上部には脱水物取り出し部23が設けられた縦長の脱水塔2と、脱水塔2内で前記スラリー中の固形分で形成されたベット30を上方に移動させるベット移動手段31とを備え、前記ベット移動手段は、前記脱水塔内に設けられ、該脱水塔内の下部から上部に向かって移動可能で且つ水を透過可能なピストン32と、該ピストンを設定速度で移動させる駆動機構33とを備え、前記ベットが前記排水口の位置を越えた後は、当該ピストンによって前記ベットを前記設定速度で上方に移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、縦長の脱水塔に、その下部からガスハイドレートスラリー等のスラリーを送り込み、脱水塔の途中に設けられた排水口からスラリー中の水を塔外に排出し、スラリー中の固形分で形成されるベットを前記排水口の位置より上方の所定高さ以上に移動させることで該排水口より上方に移動した前記ベット中から水を重力によって脱落分離するように構成された重力脱水装置、重力脱水方法およびガスハイドレートの製造装置に関する。

ガスハイドレートは、水分子が結合して形成された立体構造の籠の内部に、例えば天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や二酸化炭素等のガス分子が取り込まれて形成される包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。すなわちガスハイドレートは、原料ガス分子と水分子からなる氷状の固体物質であり、水分子が形成する立体的な籠状構造の内部に原料ガス分子を包接した安定な包接化合物の一種である。このガスハイドレートは、ガス包蔵量が比較的大きいと共に、大きな生成・分解エネルギーや、ハイドレート化ガスの選択性等の特徴ある性質を有しているため、例えば、天然ガス等の輸送・貯蔵手段や、蓄熱システム、アクチュエータ、特定成分ガスの分離回収等の多様な用途が可能であり、盛んに研究がなされている。

ガスハイドレートは、通常、高圧・低温条件の下で生成される。生成方法として、以下の方式が良く知られている。原料ガスを高圧に充填した反応容器の上部から冷却した水を噴霧することにより、水滴が原料ガス中を落下する際に水滴表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「水噴霧方式」や、反応容器内の水中に原料ガスを気泡として導入（バブリング）することにより、原料ガスの気泡が水中を上昇する際に気泡表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「バブリング方式」等である。

バブリング方式では、反応容器内の水中で生成されるガスハイドレートは、比重が水より小さいので水中を浮上する。そして、生成反応の進行によりガスハイドレートの量が増えると共に撹拌によりスラリー化される。通常、スラリー中のガスハイドレートの含有量が約２０ｗｔ％程度になった段階で、生成されたガスハイドレートはスラリー状態で反応容器外に抜き出される。

この抜き出されたスラリー状態のガスハイドレートは、脱水装置に通されて脱水されガスハイドレートの含有量が約５０ｗｔ％程度に高められる。その状態にして更にガスハイドレートの含有量を約９０ｗｔ％程度に高めるための次の生成工程に送られる。

前記脱水装置の一つに重力脱水装置があり（例えば特許文献１）、ガスハイドレートの脱水に有効とされその改良が進められている。従来の重力脱水装置は、下部にスラリー導入部が設けられ、中部には前記スラリー中の水を外部に排出する排水口が設けられ、上部には脱水されて上昇してきた脱水ガスハイドレートの取り出し部が設けられている縦長の脱水塔と、該脱水塔内で前記スラリー中の固形分であるガスハイドレートで形成されたベットを上方に移動させるベット移動手段とを備えている。

前記ベット移動手段は、スラリーポンプを用いて一定の送り量で脱水塔下部の前記スラリー導入部から脱水塔内にスラリーを送り込み、そして上昇させ、そのスラリー中の水を前記脱水塔の中部に位置する排水口から流出させる連続的な流れを形成する。そして、このスラリー流入および排水の連続的な流れによって生じる上昇圧力によって前記ベットを脱水塔内で上方に移動させ、脱水塔上部に位置する脱水ガスハイドレートの取り出し部まで移動させ、その間に該取り出し部と前記排水口との高低差によって水が重力脱水され、脱水ガスハイドレートとなって当該取り出し部に到達することができるように構成されている。

脱水塔内に送り込まれるスラリーの濃度が常に一定であれば、スラリー中の水の量も常に一定である。従って、一定濃度のスラリーを一定圧力のスラリーポンプで脱水塔内に送り込めば、脱水塔内を上昇して脱水されて排水口から流出する水の流量は単位時間当たり一定となり、これによって生じる上昇圧力も一定となり、この上昇圧力で脱水塔内を上方に移動されるベットの上昇速度が一定となり、もって脱水塔上部の前記取り出し部に到達するベットの流量も単位時間当たり一定となる。そして、該取り出し部にまで押し上げられてくるベットから一定量ずつが取り出され、そして次工程に送られる。これにより、常時ほぼ一定濃度の脱水ガスハイドレートが次工程に送られる。

重力脱水の原理は、脱水塔上部の前記取り出し部と脱水塔中部の前記排水口との高低差による重力と毛細管現象を利用して水を前記ベット中から脱落分離するというものである。その高低差は必要以上に大きくすると脱水装置全体が無駄に大型化するため、重力脱水を確実に行うことができる範囲で安全を見た最小限のサイズに設定される。具体的には脱水塔内に送り込まれるスラリーの濃度に対応して、前記上昇圧力、そしてベットの前記上昇速度が決まるため、その上昇速度に合わせて重力脱水がしっかりと行われ且つ無駄のない最適サイズに設定される。

特開２００５−２６３６７５号公報

しかしながら、脱水塔内に送り込まれるスラリーの濃度を常に一定にすることは現実的に簡単ではない。そのため、スラリー濃度が変動することがあり、それにより以下の問題が生じる。例えばスラリー濃度が薄い状態に変わった場合、スラリー中の水の割合がその分だけ増し、その結果前記排水口から流出する水の流量が多くなる。これにより、前記上昇圧力が大きくなり、ベットの上昇速度が高くなる。その結果、ベットが充分に重力脱水されずに含水量の多い状態で脱水塔上部の前記取り出し部に到達する問題が生じる。

また、スラリー濃度が濃い状態に変わった場合は、逆に前記上昇圧力が小さくなり、ベットの上昇速度が低くなり、スループットが低下する問題或いはベットの上昇が不能になる問題が生じる。

本発明の目的は、脱水塔内に送り込まれるスラリー濃度が変動してもその影響を受けずにベットを一定の速度で上昇させることができ、もって重力脱水を確実に行うことのできる重力脱水装置、重力脱水方法およびガスハイドレートの製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、下部にスラリー導入部が設けられ、中部には前記スラリー中の水を外部に排出する排水口が設けられ、上部には脱水物取り出し部が設けられた縦長の脱水塔と、前記脱水塔内で前記スラリー中の固形分で形成されたベットを上方に移動させるベット移動手段とを備えた重力脱水装置であって、前記ベット移動手段は、前記脱水塔内に設けられ、該脱水塔内の下部から上部に向かって移動可能で且つ水を透過可能なピストンと、該ピストンを設定速度で移動させる駆動機構とを備え、前記ベットが前記排水口の位置を越えた後は、当該ピストンによって前記ベットを前記設定速度で上方に移動させるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第１の態様に係る重力脱水装置によれば、ベットが脱水塔の前記排水口の位置を越えた後は、脱水塔内に設けられたピストンによって前記ベットを設定された一定速度で上方に移動させるように構成されているので、脱水塔内に送り込まれるスラリー濃度が変動してもその影響を受けずにベットを一定の速度で上昇させることができ、もって重力脱水を確実に行うことができる。

また、本発明の第２の態様は、前記第１の態様の重力脱水装置において、前記ベット移動手段を構成する前記駆動機構は、ラック・ピニオン構造と動力源を備えて構成されていることを特徴とするものである。
本発明の第２の態様に係る重力脱水装置によれば、ラック・ピニオン構造を用いたことにより、構造簡単にして、ピストンの上昇速度を一定にすることができる。

また、本発明の第３の態様は、縦長の脱水塔に、その下部からスラリーを送り込み、脱水塔の途中に設けられた排水口からスラリー中の水を塔外に排出し、スラリー中の固形分で形成されるベットを前記排水口の位置より上方の所定高さ以上に移動させることで該排水口より上方に移動した前記ベット中から水を重力によって脱落分離する重力脱水方法であって、前記脱水塔内で前記ベットが前記排水口の位置を越えた後は、該脱水塔内を下部から上方に向かってピストンを設定速度で移動させ、当該ピストンの移動によって水は透過させつつ前記ベットを上方に移動させることを特徴とするものである。

本発明の第３の態様に係る重力脱水方法によれば、前記第１の態様と同様に、脱水塔内に送り込まれるスラリー濃度が変動してもその影響を受けずにベットを一定の速度で上昇させることができ、もって重力脱水を確実に行うことができる。

また、本発明の第４の態様は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させて一次ガスハイドレートを生成する第一生成部と、生成した一次ガスハイドレートのスラリーを脱水する脱水装置と、脱水された一次ガスハイドレートと原料ガスとを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレートを生成する第二生成部と、を有するガスハイドレートの製造装置であって、前記脱水装置は、前記第１の態様または第２の態様に記載された重力脱水装置より成ることを特徴とするものである。

本発明に係るガスハイドレートの製造装置によれば、第一生成部で生成される一次ガスハイドレートのスラリー濃度が変動しても、その後段の脱水装置はその濃度変動の影響を受けないので、重力脱水の確実な実行を経て、更に第二生成部に送ることができ、もって高濃度の二次ガスハイドレートを安定して生成することができる。

本発明によれば、ベットが脱水塔の前記排水口の位置を越えた後は、脱水塔内に設けられたピストンによって前記ベットを設定された一定速度で上方に移動させるように構成されているので、脱水塔内に送り込まれるスラリー濃度が変動してもその影響を受けずにベットを一定の速度で上昇させることができ、もって重力脱水を確実に行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る重力脱水装置を備えた本発明の一実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置を示す概略構成図である。本実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させて一次ガスハイドレート６を生成する第一生成部である第一生成器１と、生成した一次ガスハイドレート６を脱水する重力脱水装置２と、脱水一次ガスハイドレート７を均一な大きさに解砕する解砕機３と、解砕一次ガスハイドレート８と原料ガスとを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレート９を生成する第二生成部である第二生成器４とを備えて構成されている。前記解砕機３は、重力脱水装置２と第二生成器４との連結部である本実施の形態では円筒状の連結管５に設けられている。

はじめに、第一生成器１及び第一生成工程について説明する。第一生成器１内は、公知の方法により、所定の温度及び圧力に調整され、原料ガスと原料水が第一生成器１に供給され、そこで一次ガスハイドレート６の生成反応を進行させる。本実施の形態では温度は１℃〜５℃、圧力は４ＭＰa〜８ＭＰa、好ましくは温度は２℃〜４℃、圧力は５ＭＰa〜６ＭＰaである。

前記一次ガスハイドレート６の比重は水より小さいので水中を浮上し、スラリー化する。生成された一次ガスハイドレート６は、前記スラリー状態で第一生成器１外に抜き出され、続く重力脱水装置２０による脱水工程に供される。スラリー状の一次ガスハイドレート６は、水分を多く含み、そのガスハイドレート含有量は約２０ｗｔ％である。

次に重力脱水装置２０及び脱水工程について説明する。
第一生成器１から抜き出されたスラリー状態の一次ガスハイドレート６は、重力脱水装置２０の脱水塔２に導入される。この脱水塔２は、その下部にスラリー導入部２１が設けられ、中部には前記スラリー中の水を外部に排出する排水口２２が設けられ、上部には脱水物の取り出し部２３が設けられた縦長形状を成している。前記スラリー導入部２１には第１生成器１からスラリーポンプ２４を用いて一定の送り量でライン２５を通って一次ガスハイドレート６のスラリーが送り込まれる。前記排水口２２から流出した水は、ライン２６を介して第一生成器１に戻されるようになっている。

本発明では、前記脱水塔２内で前記スラリー中の固形分であるガスハイドレートによって形成されたベット３０を上方に移動させるベット移動手段３１を備えている。前記ベット移動手段３１は、本実施の形態では、前記脱水塔２内に設けられ、該脱水塔２内の下部から上部に向かって移動可能で且つ水を透過可能なピストン３２と、該ピストン３２を設定速度で移動させる駆動機構３３とを備え、前記ベット３０が前記排水口２２の位置を越えた後は、当該ピストン３２によって前記ベット３０を設定された一定速度で上方に移動させるように構成されている。ここで、前記駆動機構３３は、ラック・ピニオン構造３４と図示しない動力源を備えて構成されている。

脱水塔２を上昇して脱水された一次ガスハイドレート７（以下、脱水一次ガスハイドレートと称する）のベット３０は、脱水塔２の上部の取り出し部２３に押し上げられる。脱水一次ガスハイドレート７のガスハイドレート含有量は約５０ｗｔ％である。
この脱水一次ガスハイドレート７を更に後段の第二生成器４内でガスと接触させて反応させることにより、ガスハイドレート含有量を高め、ガス包蔵量の大きな、高濃度の二次ガスハイドレート９を得ることができる。

次に、解砕機と解砕工程について説明する。解砕工程に用いられる解砕機３は、脱水塔２と第二生成器４との間の連結管５に設けられ、第二生成器４への導入口１１の近傍に設けられたメッシュ部１２と、軸１３の先端に掻集作用板１４を備えた掻集部１５とを備えて構成されている。前記メッシュ部１２は、第二生成器４への導入口１１の直前に設けられている。該メッシュ部１２のメッシュは２〜５ｍｍであることが好ましい。

前記掻集作用板１４は、脱水塔２の取り出し部２３を通り、前記メッシュ部１２との間を軸方向に往復動可能に構成されている。該軸１３は、連結管５の外部から、手動または公知の動力装置（図示せず）によって、操作することができる構造である。

解砕工程について説明する。
まず、脱水塔２の取り出し部２３に押し上げられた脱水一次ガスハイドレート７を、前記掻集部１５の掻集作用板１４を連結管５の底部に沿ってスライドさせることによって掻集し、前記メッシュ部１２側へ押し集める。該脱水一次ガスハイドレート７は、該メッシュ部１２を通過させることによって均一な粒径に解砕される。この解砕動作を繰り返すことによって、均一な粒径の解砕一次ガスハイドレート８が第二生成器４に供給される。

次に、第二生成器４および第二生成工程について説明する。
前記解砕工程によって解砕された解砕一次ガスハイドレート８は、メッシュ部１２の下流側の導入口１１から、第二生成器４に供給される。第二生成器４では、ガスハイドレート含有量が約５０ｗｔ％である前記解砕一次ガスハイドレート８に、原料ガスをブローして流動化させ、解砕一次ガスハイドレート８の残存水と原料ガスとを再反応させ、高濃度の二次ガスハイドレート９を生成させる第二生成工程が行われる。
該第二生成工程によって、ガスハイドレート含有量が約９０ｗｔ％の高濃度の二次ガスハイドレート９を得ることができる。生成した二次ガスハイドレート９は、スクリューコンベア１７で次工程に送られる。

次に、本実施の形態に係る重力脱水装置の作用を説明する。
スラリーポンプ２４によって一次ガスハイドレート６のスラリーが脱水塔２内に、その下部のスラリー導入部２１から送り込まれ、脱水塔２内を上昇しつつベット３０が形成される。スラリーの水面が排水口２２の高さにまで上昇すると該水は排水口２２から脱水塔２の外部に流出する。一方ベット３０は排水口２２から流出しないで脱水塔２内に留まる。その後少しの時間スラリーポンプ２４でスラリーを送り続け、スラリー流入および排水の連続的な流れによって生じる上昇圧力によって前記ベット３０をその下端で成長させつつ、脱水塔内を上方に更に押し上げ、重力脱水が始まる状態にする。

そのタイミングでスラリーポンプ２４が停止するように構成されている。これにより、ベット３０の上昇は止まり、スラリー濃度の変動による影響を受けない状態になる。そして、当該駆動機構３３がＯＮされて脱水塔２内に設けられたピストン３２によって前記ベット３０が設定された一定速度で上方に移動される。この一定速度は重力脱水が確実に行われる速度値に設定されている。従って、脱水塔２内に送り込まれるスラリー濃度が変動してもその影響を受けずにベット３０を一定の速度で脱水塔２の上部の前記取り出し部２３まで押し上げることができ、もって重力脱水を確実に行うことができる。
る。

また、本実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置によれば、第一生成器１で生成される一次ガスハイドレート６のスラリー濃度が変動しても、その後段の重力脱水装置２０はその濃度変動の影響を受けないので、重力脱水の確実な実行を経て、更に第二生成器４に送ることができ、もって高濃度の二次ガスハイドレート９を安定して生成することができる。

本発明は、縦長の脱水塔に、その下部からガスハイドレートスラリー等のスラリーを送り込み、脱水塔の途中に設けられた排水口からスラリー中の水を塔外に排出し、スラリー中の固形分で形成されるベットを前記排水口の位置より上方の所定高さ以上に移動させることで該排水口より上方に移動した前記ベット中から水を重力によって脱落分離するように構成された重力脱水装置、重力脱水方法およびガスハイドレートの製造装置に利用可能である。

本発明の実施の形態に係る重力脱水装置を備えた本発明の一実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 第一生成器、 ２ 脱水塔、 ３ 解砕機、 ４ 第二生成器、 ５ 連結管、 ６ 一次ガスハイドレート、 ７ 脱水一次ガスハイドレート、 ８ 解砕一次ガスハイドレート、 ９ 二次ガスハイドレート、 １１ 導入口、 １２ メッシュ部、 １３ 軸部、 １４ 掻集作用板、 １５ 掻集部、 １８ スクリューコンベア、 ２０ 重力脱水装置、 ２１ スラリー導入部、 ２２ 排水口、 ２３ 取り出し部、 ２４ スラリーポンプ、 ２５、２６ ライン、 ３０ ベット、 ３１ ベット移動手段、 ３２ ピストン、 ３３ 駆動機構、 ３４ ラック・ピニオン構造

Claims (4)

1. 下部にスラリー導入部が設けられ、中部には前記スラリー中の水を外部に排出する排水口が設けられ、上部には脱水物取り出し部が設けられた縦長の脱水塔と、
   前記脱水塔内で前記スラリー中の固形分で形成されたベットを上方に移動させるベット移動手段と、を備えた重力脱水装置であって、
   前記ベット移動手段は、前記脱水塔内に設けられ、該脱水塔内の下部から上部に向かって移動可能で且つ水を透過可能なピストンと、該ピストンを設定速度で移動させる駆動機構とを備え、前記ベットが前記排水口の位置を越えた後は、当該ピストンによって前記ベットを前記設定速度で上方に移動させるように構成されていることを特徴とする重力脱水装置。
2. 請求項１に記載の重力脱水装置において、前記ベット移動手段を構成する前記駆動機構は、ラック・ピニオン構造と動力源を備えて構成されていることを特徴とする重力脱水装置。
3. 縦長の脱水塔に、その下部からスラリーを送り込み、脱水塔の途中に設けられた排水口からスラリー中の水を塔外に排出し、スラリー中の固形分で形成されるベットを前記排水口の位置より上方の所定高さ以上に移動させることで該排水口より上方に移動した前記ベット中から水を重力によって脱落分離する重力脱水方法であって、
   前記脱水塔内で前記ベットが前記排水口の位置を越えた後は、該脱水塔内を下部から上方に向かってピストンを設定速度で移動させ、当該ピストンの移動によって水は透過させつつ前記ベットを上方に移動させることを特徴とする重力脱水方法。
4. 原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させて一次ガスハイドレートを生成する第一生成部と、生成した一次ガスハイドレートのスラリーを脱水する脱水装置と、脱水された一次ガスハイドレートと原料ガスとを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレートを生成する第二生成部と、を有するガスハイドレートの製造装置であって、
   前記脱水装置は、請求項１または２に記載された重力脱水装置より成ることを特徴とするガスハイドレートの製造装置。

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