JP2007330891A - Apparatus for manufacturing hydrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a forming rate by making smaller the average particle size of minute particles of water and to efficiently hydrate a raw gas. <P>SOLUTION: In the apparatus for manufacturing hydrates, water is atomized to minute particles and is converted to a hydrate by bringing the minute particles of the atomized water into contact with a raw gas as it keeps cooled. The apparatus for manufacturing hydrates is provided with a tightly closed chamber 1 supplied with the raw gas, an ultrasonic oscillation element 2 atomizing in minute particles the water supplied to the tightly closed chamber 1 into the raw gas by ultrasonic-vibration, a reaction chamber 3 to which the minute particles atomized by the ultrasonic oscillation element 2 together with the raw gas is transferred, a moving duct 4 moving the raw gas containing the minute particles of water to the reaction chamber 3 from the tightly closed chamber 1, and a cooler 5 bringing the minute particles of water and the raw gas moved through the moving duct 4 into a reaction environment by cooling the reaction chamber 3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、空気中の炭酸ガスや天然ガス等の原料ガスを水の微細粒子と反応させてハイドレートを製造する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for producing a hydrate by reacting a raw material gas such as carbon dioxide gas or natural gas in the air with fine particles of water.

原料ガスを水に反応させてハイドレートとする装置は開発されている。簡単な装置は、原料ガスを充填する容器に氷を入れて撹拌して、ハイドレートにできる。この装置は、容器の内部で撹拌される氷が、表面から原料ガスと反応してハイドレートとなる。この構造の装置は、効率よくハイドレートを製造できない。   An apparatus for reacting a raw material gas with water to form a hydrate has been developed. A simple device can be hydrated by putting ice in a container filled with source gas and stirring. In this apparatus, ice stirred inside the container reacts with the raw material gas from the surface to become hydrate. An apparatus having this structure cannot efficiently produce a hydrate.

製造効率を高くする装置として、原料ガスを充填している圧力タンク内に、ノズルから水を噴霧して微細粒子としてハイドレートとする装置が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００１−３４２４７３号公報 As an apparatus for increasing the production efficiency, an apparatus has been developed in which water is sprayed from a nozzle into a pressure tank filled with a raw material gas to form hydrates as fine particles. (See Patent Document 1)
JP 2001-342473 A

特許文献１の公報に記載される装置は、図１に示すように、ハイドレートを生成する反応タンク９１を備える。反応タンク９１は圧力容器で、内部には冷却コイル９２を設けている。冷却コイル９２は、反応タンク９１内の水相Ｌを、ハイドレートを生成する温度として約１℃に冷却保持する。ハイドレートを生成する際には水和熱が発生するが、ハイドレートは低温・高圧状態でなければ生成できないので、冷却コイル９２で冷却している。さらに、図の装置は、貯水槽９３を備える。貯水槽９３は反応タンク９１に水を配管９４で供給して、反応タンク９１内の底部を水相Ｌとする。さらに、反応タンク９１の下部には、メタン導入口９１ａを設けている。このメタン導入口９１ａはガス貯蔵部９７に連結されて、ここから原料ガスのメタンガスが供給される。反応タンク９１に供給されるメタンは、気相Ｇの圧力をハイドレートの生成圧力として、４０ａｔｍに保持する。反応タンク９１の底部には、未反応の水を抜出する水抜出口９１ｂを設けている。水抜出口９１ｂは、ポンプ９５と熱交換器９６を介して反応タンク９１の上端部のスプレーノズル９８に連結している。スプレーノズル９８は、熱交換器９６でハイドレートを生成できる温度まで水を冷却して反応タンク９１の内部に微細粒子として噴霧する。スプレーノズル９８は、反応タンク９１の内部に、下向きに水を数十μｍの微細粒子として噴霧する。スプレーノズル９８から噴霧される微細粒子は、平均粒径を小さくすることで、水の単位体積あたりの表面積、すなわち気相Ｇとの接触面積を大きくして、ハイドレートを速やかに生成できる。   The apparatus described in the gazette of patent document 1 is provided with the reaction tank 91 which produces | generates a hydrate, as shown in FIG. The reaction tank 91 is a pressure vessel, and a cooling coil 92 is provided inside. The cooling coil 92 cools and holds the aqueous phase L in the reaction tank 91 at about 1 ° C. as a temperature for generating hydrate. When generating hydrate, heat of hydration is generated. However, since hydrate cannot be generated unless it is in a low temperature and high pressure state, it is cooled by the cooling coil 92. Furthermore, the illustrated apparatus comprises a water tank 93. The water storage tank 93 supplies water to the reaction tank 91 through a pipe 94, and sets the bottom of the reaction tank 91 to the water phase L. Further, a methane inlet 91 a is provided at the lower part of the reaction tank 91. The methane inlet 91a is connected to a gas storage unit 97, from which raw material methane gas is supplied. The methane supplied to the reaction tank 91 maintains the pressure of the gas phase G at 40 atm with the hydrate generation pressure. The bottom of the reaction tank 91 is provided with a water outlet 91b for extracting unreacted water. The drain outlet 91 b is connected to a spray nozzle 98 at the upper end of the reaction tank 91 via a pump 95 and a heat exchanger 96. The spray nozzle 98 cools the water to a temperature at which the hydrate can be generated by the heat exchanger 96 and sprays the water inside the reaction tank 91 as fine particles. The spray nozzle 98 sprays water as fine particles of several tens of μm downward in the reaction tank 91. By reducing the average particle size of the fine particles sprayed from the spray nozzle 98, the surface area per unit volume of water, that is, the contact area with the gas phase G can be increased, and hydrates can be generated quickly.

さらに、特許文献１は、微細粒子の粒径を小さくするために、図２に示すように、スプレーノズル９８に代わって、超音波振動板８０を使用する装置も記載する。超音波振動板８０は、反応タンク８１の上部に水平に配置される。超音波振動板８０の上方に、配管８２から水が供給される。供給される水は、超音波振動板８０上に水膜８３を形成する。水膜８３は、超音波振動により微細粒子となって反応タンク８１内に放出される。この構造は、スプレーノズル９８のように水を微細粒子にするための気体を噴射する必要がなく、また水の微細粒子の粒径を均一にできる。   Furthermore, Patent Document 1 also describes an apparatus that uses an ultrasonic vibration plate 80 instead of the spray nozzle 98 as shown in FIG. 2 in order to reduce the particle size of the fine particles. The ultrasonic vibration plate 80 is horizontally disposed above the reaction tank 81. Water is supplied from the pipe 82 above the ultrasonic vibration plate 80. The supplied water forms a water film 83 on the ultrasonic vibration plate 80. The water film 83 is released into the reaction tank 81 as fine particles by ultrasonic vibration. This structure eliminates the need to inject a gas for making water into fine particles unlike the spray nozzle 98, and makes the particle size of the water fine particles uniform.

しかしながら、以上の構造によっては、原料ガスを効率よく速やかにハイドレートにできない。スプレーノズルを使用する構造では、微細粒子の平均粒径をミクロン単位よりも小さくできないからである。また、超音波振動板の上に水膜を設けて、これを超音波振動で微細粒子とする構造によっても、効率よく水を平均粒径の小さくする微細粒子に霧化できない。   However, depending on the above structure, the raw material gas cannot be hydrated efficiently and promptly. This is because the average particle diameter of the fine particles cannot be made smaller than a micron unit in the structure using the spray nozzle. Further, even when a water film is provided on the ultrasonic vibration plate and this is made into fine particles by ultrasonic vibration, water cannot be atomized efficiently into fine particles having a small average particle diameter.

ハイドレートを効率よく製造するには、水の微細粒子の平均粒径をいかに小さくできるかが大切である。平均粒径が小さくなると、体積あたりの表面積が増加して、原料ガスと水とが速やかに反応して生成速度が速くなるからである。また、水の微細粒子の平均粒径を小さくすることは、生成されたハイドレートに含まれる原料ガスの割合を増加することにも効果がある。さらに、水と原料ガスとの反応効率、言いかえると製造されたハイドレートが原料ガスを含む割合は、温度を低くして向上できる。ただ、温度を低くすると、反応タンクの生成速度が遅くなるので、反応効率を高くするために、温度を低くする場合も、水の微細粒子の平均粒径を小さくすることが大切である。   In order to efficiently produce hydrates, it is important how the average particle size of the fine water particles can be reduced. This is because as the average particle size becomes smaller, the surface area per volume increases, and the raw material gas and water react quickly to increase the production rate. Moreover, reducing the average particle size of the fine water particles is also effective in increasing the proportion of the raw material gas contained in the generated hydrate. Furthermore, the reaction efficiency between water and the raw material gas, in other words, the ratio of the produced hydrate containing the raw material gas can be improved by lowering the temperature. However, if the temperature is lowered, the reaction tank generation rate is slowed down. Therefore, in order to increase the reaction efficiency, it is important to reduce the average particle size of the fine water particles even when the temperature is lowered.

本発明は、水の微細粒子の平均粒径を小さくして生成速度を速くすると共に、効率よく原料ガスをハイドレートとすることを目的に開発されたものである。   The present invention was developed for the purpose of reducing the average particle size of fine water particles to increase the production rate and efficiently converting the raw material gas into a hydrate.

本発明のハイドレートの製造装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
ハイドレートの製造装置は、水を微細粒子に霧化し、霧化された水の微細粒子と原料ガスを冷却状態で接触させてハイドレートとする。ハイドレートの製造装置は、原料ガスが供給される密閉チャンバ１と、この密閉チャンバ１に供給される水を超音波振動させて原料ガス中に微細粒子に霧化する超音波振動子２と、この超音波振動子２で霧化された微細粒子が原料ガスと一緒に搬送される反応室３と、密閉チャンバ１から反応室３に水の微細粒子を含む原料ガスを移送する移送ダクト４と、反応室３を冷却して、移送ダクト４で移送される水の微細粒子と原料ガスを反応環境とする冷却器５とを備える。 The hydrate manufacturing apparatus of the present invention has the following configuration in order to achieve the above-described object.
The hydrate manufacturing apparatus atomizes water into fine particles, and makes the fine particles of atomized water and the raw material gas contact in a cooled state to form a hydrate. The hydrate manufacturing apparatus includes a sealed chamber 1 to which a raw material gas is supplied, an ultrasonic vibrator 2 that ultrasonically vibrates water supplied to the sealed chamber 1 to atomize into fine particles in the raw material gas, A reaction chamber 3 in which fine particles atomized by the ultrasonic vibrator 2 are transported together with the raw material gas, and a transfer duct 4 for transferring the raw material gas containing fine water particles from the sealed chamber 1 to the reaction chamber 3; The reactor 5 is provided with a cooler 5 that cools the reaction chamber 3 and uses the fine particles of water transferred by the transfer duct 4 and the source gas as a reaction environment.

本発明のハイドレートの製造装置は、密閉チャンバ１が底部に水溜部６を備え、この水溜部６の底部に超音波振動子２を配設して、超音波振動子２でもって水溜部６を超音波振動して、微細粒子に霧化することができる。   In the hydrate manufacturing apparatus according to the present invention, the sealed chamber 1 includes a water reservoir 6 at the bottom, and an ultrasonic vibrator 2 is disposed at the bottom of the water reservoir 6. Can be atomized into fine particles by ultrasonic vibration.

本発明のハイドレートの製造装置は、原料ガスを、炭酸ガスを含む空気、または天然ガスとすることができる。   In the hydrate production apparatus of the present invention, the raw material gas can be air containing carbon dioxide gas or natural gas.

本発明のハイドレートの製造装置は、密閉チャンバ１と反応室３の間に、密閉チャンバ１の水の微細粒子を含む原料ガスを吸入して、反応室３に強制送風する強制移送器８を連結することができる。   The hydrate production apparatus of the present invention includes a forced transfer device 8 that sucks a raw material gas containing fine water particles in the sealed chamber 1 between the sealed chamber 1 and the reaction chamber 3 and forcibly blows air into the reaction chamber 3. Can be linked.

本発明のハイドレートの製造装置は、水の微細粒子の平均粒径を小さくして生成速度を速くし、また効率よく原料ガスをハイドレートにできる特徴がある。図３と図４は、メタンハイドレートが生成される状態を示すグラフである。図３は本発明の製造装置がハイドレートを生成する特性を示し、図４は図１に示す製造装置がハイドレートを生成する特性を示す。ただし、これ等の図は、横軸を時間軸とし、縦軸はハイドレートが生成される相対値を示している。図３と図４から明らかなように、本発明の製造装置は、従来の装置に比較して、ハイドレートの生成速度を飛躍的に向上できる。   The hydrate production apparatus of the present invention is characterized in that the average particle size of fine water particles is reduced to increase the production rate, and the raw material gas can be efficiently hydrated. 3 and 4 are graphs showing a state in which methane hydrate is generated. FIG. 3 shows the characteristic that the manufacturing apparatus of the present invention generates hydrate, and FIG. 4 shows the characteristic that the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 generates hydrate. In these figures, the horizontal axis is a time axis, and the vertical axis indicates a relative value at which a hydrate is generated. As apparent from FIGS. 3 and 4, the manufacturing apparatus of the present invention can dramatically improve the hydrate generation speed as compared with the conventional apparatus.

さらに、図３と図４は、各々６時間後におけるハイドレートの生成量を１としていることから、図３と図４において、６時間後におけるハイドレート率は同一ではない。図３に示す本発明の製造装置は、図４に示す従来の装置に比較して、ハイドレート率も相当に向上できる。それは、図１に示す従来の装置を使用して、水の微細粒子の粒径を変化させると、６時間後におけるハイドレート率が、５．６％〜１９．７％の範囲で変化するからである。ここで、ハイドレート率とは、（メタンを含む水のモル数）／（水のモル数）［ｍｏｌ／ｍｏｌ］を示す値である。本発明の製造装置は、水の微細粒子の粒径を、従来の装置のマイクロオーダーからナノオーダと著しく小さくできる。このことから、本発明の製造装置は、ハイドレート率を相当に向上して、効率よくガスハイドレートを製造できる。   Further, in FIGS. 3 and 4, the amount of hydrate generated after 6 hours is set to 1, and therefore the hydrate rate after 6 hours is not the same in FIGS. 3 and 4. The manufacturing apparatus of the present invention shown in FIG. 3 can significantly improve the hydrate rate as compared with the conventional apparatus shown in FIG. That is, if the conventional apparatus shown in FIG. 1 is used to change the particle size of fine water particles, the hydrate rate after 6 hours changes in the range of 5.6% to 19.7%. It is. Here, the hydrate rate is a value indicating (number of moles of water containing methane) / (number of moles of water) [mol / mol]. The production apparatus of the present invention can remarkably reduce the particle diameter of water fine particles from the micro order of the conventional apparatus to nano-order. From this, the manufacturing apparatus of this invention can improve a hydrate rate considerably, and can manufacture a gas hydrate efficiently.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイドレートの製造装置を例示するものであって、本発明は製造装置を以下のものに特定しない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments shown below exemplify a hydrate manufacturing apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the manufacturing apparatus as follows.

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。   Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.

図５に示すハイドレートの製造装置は、水を微細粒子に霧化し、霧化された水の微細粒子と原料ガスを冷却状態で接触させてハイドレートとする。この製造装置は、原料ガスとして炭酸ガスを含む空気や天然ガス等を使用する。ただし、本発明の装置は、原料ガスを空気や天然ガスには特定しない。原料ガスには、ハイドレートにできる全てのガスを使用できる。炭酸ガスを含む空気を原料ガスとしてハイドレートを生成して、空気から炭酸ガスを分離できる。炭酸ガスが、空気に含まれる窒素や酸素などに比較して、効率よくハイドレートになるからである。このため、空気に炭酸ガスが含まれる排気ガスからハイドレートを生成して、排気ガスから炭酸ガスを分離でき、また分離された炭酸ガスを廃棄に好都合なハイドレートにできる。   The hydrate production apparatus shown in FIG. 5 atomizes water into fine particles, and makes the fine particles of atomized water and the raw material gas contact in a cooled state to form a hydrate. This manufacturing apparatus uses air containing carbon dioxide, natural gas, or the like as a raw material gas. However, the apparatus of the present invention does not specify the source gas as air or natural gas. All gases that can be hydrated can be used as the source gas. Hydrate can be generated using air containing carbon dioxide as a raw material gas, and carbon dioxide can be separated from the air. This is because carbon dioxide gas is efficiently hydrated compared to nitrogen, oxygen, etc. contained in the air. For this reason, it is possible to generate hydrate from the exhaust gas containing carbon dioxide gas in the air, to separate the carbon dioxide gas from the exhaust gas, and to use the separated carbon dioxide gas as a hydrate convenient for disposal.

さらに、天然ガスをハイドレートとすることで、体積をガス状態の約１／１６０に減少できる。このため、天然ガスはハイドレートの状態として輸送に好ましい状態にできる。現在、天然ガスは、冷却し、液化させて体積を小さくして輸送している。この状態で輸送される天然ガスは、気化を阻止するために、極めて低い低温に保持する必要がある。このため、輸送装置には極低温状態に保持する特別装置を必要とする。ハイドレートの天然ガスは、液化された状態よりも簡単な装置で輸送できる。ハイドレートに保持する温度が、液化された状態に保持する温度よりも高いからである。したがって、本発明の製造装置で天然ガスをハイドレートとすることで、天然ガスを簡単に能率よく移送できる。この場合、天然ガスをいかに能率よく速やかにハイドレートにできるかが大切であるが、本発明の装置は、天然ガスを効率よくハイドレートに生成できる。   Furthermore, the volume can be reduced to about 1/160 of the gas state by using natural gas as a hydrate. For this reason, natural gas can be made into a favorable state for transportation as a hydrate state. Currently, natural gas is cooled, liquefied, and transported in a reduced volume. The natural gas transported in this state needs to be kept at a very low low temperature in order to prevent vaporization. For this reason, the transport device requires a special device for keeping it in a cryogenic state. Hydrate natural gas can be transported with simpler equipment than liquefied. This is because the temperature maintained in the hydrate is higher than the temperature maintained in the liquefied state. Therefore, natural gas can be easily and efficiently transferred by making the natural gas hydrate with the production apparatus of the present invention. In this case, it is important how efficiently and quickly the natural gas can be hydrated, but the apparatus of the present invention can efficiently generate natural gas into the hydrate.

図５に示すハイドレートの製造装置は、原料ガスを供給する密閉チャンバ１と、この密閉チャンバ１内で水を超音波振動させて原料ガス中に微細粒子に霧化する超音波振動子２と、この超音波振動子２で霧化された微細粒子が原料ガスと一緒に搬送される反応室３と、密閉チャンバ１から反応室３に水の微細粒子を含む原料ガスを移送する移送ダクト４と、反応室３を冷却して、移送ダクト４で移送される水の微細粒子と原料ガスを反応環境とする冷却器５とを備える。   The hydrate production apparatus shown in FIG. 5 includes a sealed chamber 1 for supplying a raw material gas, and an ultrasonic vibrator 2 for ultrasonically vibrating water in the sealed chamber 1 to atomize into fine particles in the raw material gas. The reaction chamber 3 in which the fine particles atomized by the ultrasonic vibrator 2 are transported together with the raw material gas, and the transfer duct 4 for transferring the raw material gas containing fine water particles from the sealed chamber 1 to the reaction chamber 3. And a cooler 5 that cools the reaction chamber 3 and uses the fine particles of water transferred by the transfer duct 4 and the source gas as a reaction environment.

密閉チャンバ１は、天然ガスや排気ガス等の原料ガスを供給して、原料ガスを充満させている。超音波振動子２は、従来装置に使用されるスプレーノズルのように、水を霧化するために加圧空気などを密閉チャンバ１内に噴射しない。このため、本発明の製造装置は、密閉チャンバ１内を原料ガスで満たすことができる。原料ガスを満たしている密閉チャンバ１は、霧化される水粒子を原料ガス中に微細粒子として霧化させる。水の微細粒子を原料ガス中に霧化させる装置は、霧化効率が、原料ガスの水粒子濃度に影響を受ける。超音波振動による霧化は、原料ガスの水粒子濃度を低くして効率を高くできる。この状態を実現するために、図の装置は、密閉チャンバ１に原料ガスを連続して供給し、さらに、水粒子を含む原料ガスを連続的に排出する。図の密閉チャンバ１は、一方から原料ガスを供給して、反対側から水粒子を含む原料ガスを排出する。この密閉チャンバ１は、霧化された水粒子を霧化領域から移動させると共に、霧化領域には水粒子を含まない新鮮な原料ガスを供給する。この構造の密閉チャンバ１は、原料ガスを一定の方向に流動して、水粒子を効率よく霧化する。霧化領域の原料ガスの水粒子濃度を低くできるからである。   The sealed chamber 1 is filled with a source gas by supplying a source gas such as natural gas or exhaust gas. The ultrasonic vibrator 2 does not inject pressurized air or the like into the sealed chamber 1 in order to atomize water, unlike a spray nozzle used in a conventional apparatus. For this reason, the manufacturing apparatus of this invention can fill the inside of the sealed chamber 1 with the source gas. The sealed chamber 1 filled with the source gas atomizes the water particles to be atomized as fine particles in the source gas. In an apparatus for atomizing fine water particles into a raw material gas, the atomization efficiency is affected by the concentration of water particles in the raw material gas. Atomization by ultrasonic vibration can increase the efficiency by lowering the water particle concentration of the raw material gas. In order to realize this state, the apparatus shown in the figure continuously supplies the source gas to the sealed chamber 1, and further continuously discharges the source gas containing water particles. The illustrated sealed chamber 1 supplies the source gas from one side and discharges the source gas containing water particles from the opposite side. The sealed chamber 1 moves the atomized water particles from the atomization region and supplies fresh raw material gas not containing water particles to the atomization region. The sealed chamber 1 having this structure allows the raw material gas to flow in a certain direction to efficiently atomize water particles. This is because the water particle concentration of the raw material gas in the atomization region can be lowered.

さらに、霧化領域の水粒子濃度は、霧化される水粒子の粒径にも影響を与える。霧化される水粒子の粒径は、霧化領域の水粒子濃度を低くして小さくできる。図に示すように、原料ガスを密閉チャンバ１内で一定の方向に流動させて、水粒子を含む霧化領域の原料ガスを霧化領域から流動させ、さらに霧化領域には水粒子を含まない新鮮な原料ガスを供給する装置は、微細粒子の粒径を小さくできる。   Furthermore, the water particle concentration in the atomization region also affects the particle size of the water particles to be atomized. The particle size of the water particles to be atomized can be reduced by lowering the water particle concentration in the atomization region. As shown in the figure, the raw material gas is caused to flow in a certain direction in the sealed chamber 1 to cause the raw material gas in the atomization region containing water particles to flow from the atomization region, and the atomization region contains water particles. An apparatus that supplies no fresh raw material gas can reduce the particle size of fine particles.

密閉チャンバ１に供給する原料ガスの流量は、水粒子の霧化量を考慮して最適値に特定される。水粒子の霧化量は、超音波振動子２の入力電力で特定される。超音波振動子２の入力電力に対する霧化量は、超音波振動子２の効率により変化するが、たとえば入力電力を１０Ｗとする超音波振動子２は、１時間に約０．５リットル〜１リットルの水を霧化させる。このことから、超音波振動子２の入力電力１０Ｗに対する原料ガスの流量は、１０リットル／分以上、好ましくは１５リットル／分以上、さらに好ましくは２０リットル／分以上とする。超音波振動子２の入力電力に対する原料ガスの流量が多すぎると、原料ガスに含まれる水粒子が少なくなる。このため、超音波振動子２の入力電力１０Ｗに対する原料ガスの流量は、好ましくは１００リットル／分以下とする。   The flow rate of the source gas supplied to the sealed chamber 1 is specified to an optimum value in consideration of the amount of atomization of water particles. The amount of atomization of water particles is specified by the input power of the ultrasonic vibrator 2. Although the amount of atomization with respect to the input power of the ultrasonic vibrator 2 varies depending on the efficiency of the ultrasonic vibrator 2, for example, the ultrasonic vibrator 2 having an input power of 10 W is about 0.5 liter to 1 per hour. Atomize 1 liter of water. Therefore, the flow rate of the raw material gas with respect to the input power of 10 W of the ultrasonic transducer 2 is 10 liters / minute or more, preferably 15 liters / minute or more, more preferably 20 liters / minute or more. If the flow rate of the raw material gas with respect to the input power of the ultrasonic vibrator 2 is too large, water particles contained in the raw material gas are reduced. For this reason, the flow rate of the raw material gas with respect to the input power of 10 W of the ultrasonic transducer 2 is preferably 100 liters / minute or less.

さらに、原料ガスの流量は、原料ガスと微細粒子の水とを反応させてハイドレートとすることからも特定される。微細粒子の水と原料ガスの理論比は、全ての原料ガスがハイドレートとなると仮定すれば、５．７５モル／１．０モルである（Ｉ型メタンハイドレートの場合、ガス種及び生成する構造により規定される。）。現実には、霧化した水とガスの反応効率等を考慮して、適切な水及びガスの供給量を特定する。   Furthermore, the flow rate of the raw material gas is also specified by reacting the raw material gas with fine particle water to form a hydrate. The theoretical ratio between fine particle water and source gas is 5.75 mol / 1.0 mol assuming that all source gases are hydrated (in the case of type I methane hydrate, the gas species and the generated gas). Defined by the structure). In reality, appropriate supply amounts of water and gas are specified in consideration of the reaction efficiency of atomized water and gas.

密閉チャンバ１は、気密に密閉されたタンクで、底部を水溜部６としている。水溜部６の底部に超音波振動子２を配設している。超音波振動子２は、超音波電源７に接続されて、水溜部６の水を超音波振動させる。超音波振動子２は、可聴周波数よりも高い周波数、たとえば２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの超音波で振動される。超音波振動子２の振動周波数は、霧化される水粒子の粒径に影響を与える。超音波振動子２の振動周波数を高くすると、霧化される水粒子の粒径を小さくできる。ただ、超音波振動子２は、振動周波数が高すぎると効率が低下し、また極めて高い周波数で振動する素子は製作も難しくなる。このことから、超音波振動子２の周波数は、好ましくは、１〜５ＭＨｚ、最適には２〜３ＭＨｚとする。   The sealed chamber 1 is a hermetically sealed tank and has a water reservoir 6 at the bottom. The ultrasonic vibrator 2 is disposed at the bottom of the water reservoir 6. The ultrasonic vibrator 2 is connected to an ultrasonic power source 7 and ultrasonically vibrates the water in the water reservoir 6. The ultrasonic transducer 2 is vibrated with an ultrasonic wave having a frequency higher than the audible frequency, for example, 20 kHz to 10 MHz. The vibration frequency of the ultrasonic transducer 2 affects the particle size of water particles to be atomized. When the vibration frequency of the ultrasonic vibrator 2 is increased, the particle diameter of the water particles to be atomized can be reduced. However, if the vibration frequency of the ultrasonic vibrator 2 is too high, the efficiency is lowered, and an element that vibrates at an extremely high frequency becomes difficult to manufacture. For this reason, the frequency of the ultrasonic transducer 2 is preferably 1 to 5 MHz, and optimally 2 to 3 MHz.

密閉チャンバ１の水溜部６は、水を効率良く霧化できる水深とする。水溜部６の水深が浅すぎると、水を効率よく霧化できない。水溜部６の水深が５ｍｍよりも浅いと、水を効率よく霧化できない。また、水溜部６の水深が５ｃｍよりも深くても、水を効率よく霧化できなくなる。このことから、たとえば超音波振動子２の入力電力を１０Ｗ、振動周波数を１０ｋＨｚ〜５ＭＨｚとする場合、好ましくは水溜部６の水深を１ｃｍ〜５ｃｍ、さらに好ましくは１ｃｍ〜３ｃｍとする。ただし、水溜部の最適な水深は、超音波振動子の周波数や入力電力により変化するので、本発明は水溜部の水深を前述の範囲には特定しない。   The water reservoir 6 of the sealed chamber 1 has a water depth that enables efficient atomization of water. If the water depth of the water reservoir 6 is too shallow, water cannot be efficiently atomized. If the water depth of the water reservoir 6 is shallower than 5 mm, water cannot be atomized efficiently. Moreover, even if the water depth of the water reservoir 6 is deeper than 5 cm, water cannot be atomized efficiently. From this, for example, when the input power of the ultrasonic transducer 2 is 10 W and the vibration frequency is 10 kHz to 5 MHz, the water depth of the water reservoir 6 is preferably 1 cm to 5 cm, and more preferably 1 cm to 3 cm. However, since the optimum water depth of the water reservoir varies depending on the frequency of the ultrasonic transducer and the input power, the present invention does not specify the water depth of the water reservoir within the above range.

超音波振動子２は、水溜部６の底部に水平に固定されて、水を上下に超音波振動させる。ただし、超音波振動子は、多少傾斜する姿勢で水溜部に配設して、水を超音波振動させることもできる。また、図示しないが、密閉チャンバに供給する水中に超音波振動子を配設して、密閉チャンバに供給される水を超音波振動して霧化することもできる。この構造は、密閉チャンバに供給される全ての水を霧化できないので、密閉チャンバの底部から水を回収して、繰り返し密閉チャンバに供給して、供給される水の一部を霧化させる。   The ultrasonic vibrator 2 is fixed horizontally to the bottom of the water reservoir 6 and ultrasonically vibrates water up and down. However, the ultrasonic transducer can be disposed in the water reservoir in a slightly inclined posture to cause ultrasonic vibration of the water. Although not shown, an ultrasonic vibrator may be disposed in the water supplied to the sealed chamber, and the water supplied to the sealed chamber may be atomized by ultrasonic vibration. Since this structure cannot atomize all the water supplied to the sealed chamber, water is collected from the bottom of the sealed chamber and repeatedly supplied to the sealed chamber to atomize a part of the supplied water.

水は冷却されて密閉チャンバ１に供給される。水は０℃以下に冷却すると凍るので、０℃よりも高く、かつできるかぎり０℃に近い温度、例えば０℃〜５℃に冷却して、密閉チャンバ１に供給される。図の装置は、水槽１０に蓄える水を水ポンプ１１で密閉チャンバ１に供給している。図の装置は、水ポンプ１１で供給する水を、さらに冷却器５で冷却して密閉チャンバ１に供給している。   The water is cooled and supplied to the sealed chamber 1. Since water freezes when cooled to 0 ° C. or lower, it is cooled to a temperature higher than 0 ° C. and as close to 0 ° C. as possible, for example, 0 ° C. to 5 ° C., and supplied to the sealed chamber 1. In the illustrated apparatus, water stored in a water tank 10 is supplied to a sealed chamber 1 by a water pump 11. In the illustrated apparatus, the water supplied by the water pump 11 is further cooled by the cooler 5 and supplied to the sealed chamber 1.

密閉チャンバ１は、内圧を低下して水の霧化効率を向上できる。図の製造装置は、密閉チャンバ１に強制移送器８を連結して内圧を減圧している。強制移送器８は、密閉チャンバ１と反応室３の間に連結されて、水粒子を含む原料ガスを密閉チャンバ１から吸入して、反応室３に強制的に移送する。強制移送器８はルーツブロア等のブロアや、リショルムコンプレッサ等のコンプレッサである。この装置は、強制移送器８で密閉チャンバ１を大気圧以下に減圧して、水の霧化率を向上できる。大気圧以下に減圧された密閉チャンバ１は、霧化効率を高くして、原料ガスをスムーズに吸入する。   The sealed chamber 1 can improve the atomization efficiency of water by reducing the internal pressure. In the manufacturing apparatus shown in the figure, a forced transfer device 8 is connected to the sealed chamber 1 to reduce the internal pressure. The forced transfer device 8 is connected between the sealed chamber 1 and the reaction chamber 3, sucks a raw material gas containing water particles from the sealed chamber 1, and forcibly transfers the raw material gas to the reaction chamber 3. The forced transfer device 8 is a blower such as a Roots blower or a compressor such as a Rishorum compressor. In this apparatus, the closed chamber 1 is decompressed to an atmospheric pressure or less by the forced transfer device 8 and the atomization rate of water can be improved. The sealed chamber 1 decompressed below the atmospheric pressure increases the atomization efficiency and smoothly sucks the raw material gas.

密閉チャンバ１は、排出口１Ａを開口して、ここに強制移送器８の吸入側を連結している。さらに、図の密閉チャンバ１は、排出口１Ａに、霧化された大粒の水粒子を除去するデミスタ９を設けている。この装置は、密閉チャンバ１から排出される原料ガスに含まれる大粒の水粒子を除去して反応室３に水の微細粒子を供給するので、反応室３に供給される水の微細粒子の平均粒径を小さくできる。このため、反応室３には、微細な水の微細粒子を供給して、効率よくハイドレートを生成できる。図の装置は、排出口１Ａにデミスタ９を設けて大きな水粒子を除去しているが、デミスタ９に代わって、大きな水粒子を分離する機構、たとえば大きな水粒子を表面に結露させて分離する分離機構等を、密閉チャンバと反応室との間に設けることもできる。   The sealed chamber 1 opens the discharge port 1 </ b> A and connects the suction side of the forced transfer device 8 thereto. Further, the sealed chamber 1 shown in the figure is provided with a demister 9 for removing large atomized water particles at the discharge port 1A. Since this apparatus removes large water particles contained in the raw material gas discharged from the sealed chamber 1 and supplies water fine particles to the reaction chamber 3, the average of the water fine particles supplied to the reaction chamber 3 The particle size can be reduced. For this reason, fine particles of water can be supplied to the reaction chamber 3 to efficiently generate hydrate. In the illustrated apparatus, a demister 9 is provided at the outlet 1A to remove large water particles. Instead of the demister 9, a mechanism for separating large water particles, for example, large water particles are condensed on the surface and separated. A separation mechanism or the like can also be provided between the sealed chamber and the reaction chamber.

反応室３は耐圧容器で、強制移送器８で密閉チャンバ１から供給される水粒子を含む原料ガスを加圧状態で冷却して、原料ガスのハイドレートを生成する。原料ガスが水と反応してハイドレートを生成する温度と圧力は、原料ガスによって特定される。たとえば天然ガスは、大気圧において−３０℃以下で水と反応してハイドレートを生成する。したがって、反応室３は、温度を−５０℃に冷却して、大気圧で天然ガスのハイドレートを生成する。ただし、反応室３は、−３０℃以下、好ましくは−５０℃以下、さらに好ましくは−７０℃以下として、天然ガスのハイドレートを生成することができる。耐圧容器の反応室３は、強制移送器８で移送する原料ガスで加圧状態にできるので、加圧状態として、ハイドレートを生成する温度を低くすることもできる。したがって、反応室３を加圧状態として、天然ガスのハイドレートを生成する場合、反応室３の温度は、前述の設定温度よりも高くできる。原料ガスが水と反応してハイドレートを生成するとき、反応熱が発生する。この反応熱で反応室３の温度が上昇しないように、反応室３は冷却器５で冷却される。   The reaction chamber 3 is a pressure vessel, and the source gas containing water particles supplied from the sealed chamber 1 is cooled in a pressurized state by the forced transfer device 8 to generate a hydrate of the source gas. The temperature and pressure at which the source gas reacts with water to produce hydrate is specified by the source gas. For example, natural gas reacts with water at -30 ° C. or lower at atmospheric pressure to produce hydrate. Accordingly, the reaction chamber 3 cools the temperature to −50 ° C. and generates a hydrate of natural gas at atmospheric pressure. However, the reaction chamber 3 can generate natural gas hydrate at -30 ° C or lower, preferably -50 ° C or lower, more preferably -70 ° C or lower. Since the reaction chamber 3 of the pressure vessel can be pressurized with the raw material gas transferred by the forced transfer device 8, the temperature at which the hydrate is generated can be lowered as the pressurized state. Therefore, when the reaction chamber 3 is in a pressurized state and hydrate of natural gas is generated, the temperature of the reaction chamber 3 can be higher than the set temperature. When the raw material gas reacts with water to produce hydrate, heat of reaction is generated. The reaction chamber 3 is cooled by the cooler 5 so that the temperature of the reaction chamber 3 does not increase due to the reaction heat.

反応室３は密閉状態でハイドレートを取り出すロータリフィーダ１２を底部に設けている。ロータリフィーダ１２は、ローターを回転させて、反応室３を密閉状態に保ちながら底部に溜まったハイドレートを排出する。   The reaction chamber 3 is provided with a rotary feeder 12 at the bottom for taking out the hydrate in a sealed state. The rotary feeder 12 rotates the rotor to discharge the hydrate accumulated at the bottom while keeping the reaction chamber 3 sealed.

図の製造装置は、密閉チャンバ１に供給する水を冷却する熱交換器１３と、密閉チャンバ１を冷却する熱交換器１４と、反応室３に供給する水粒子を含む原料ガスを冷却する熱交換器１５と、さらに反応室３を冷却する熱交換器１６とを備える。各々の熱交換器１３、１４、１５、１６はチラー（図示せず）に連結されて、チラーから供給される冷媒で冷却される。各々の熱交換器１３、１４、１５、１６は、水や原料ガスを冷却する温度が異なるので、最適温度となるように、冷媒の循環量をコントロールする制御弁（図示せず）を設けている。   The manufacturing apparatus shown in the figure includes a heat exchanger 13 that cools water supplied to the sealed chamber 1, a heat exchanger 14 that cools the sealed chamber 1, and heat that cools a source gas containing water particles supplied to the reaction chamber 3. An exchanger 15 and a heat exchanger 16 for further cooling the reaction chamber 3 are provided. Each of the heat exchangers 13, 14, 15, 16 is connected to a chiller (not shown) and is cooled by a refrigerant supplied from the chiller. Since each of the heat exchangers 13, 14, 15, 16 has a different temperature for cooling the water and the raw material gas, a control valve (not shown) for controlling the circulation amount of the refrigerant is provided so as to be an optimum temperature. Yes.

従来のハイドレートの製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional hydrate manufacturing apparatus. 従来の製造装置において微細粒子の粒径を小さくする他の一例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows another example which makes the particle size of a fine particle small in the conventional manufacturing apparatus. 本発明の一実施例にかかるハイドレートの製造装置がハイドレートを生成する特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic which the manufacturing apparatus of the hydrate concerning one Example of this invention produces | generates a hydrate. 従来のハイドレートの製造装置がハイドレートを生成する特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic which the manufacturing apparatus of the conventional hydrate produces | generates a hydrate. 本発明の一実施例にかかるハイドレートの製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the manufacturing apparatus of the hydrate concerning one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…密閉チャンバ １Ａ…排出口
２…超音波振動子
３…反応室
４…移送ダクト
５…冷却器
６…水溜部
７…超音波電源
８…強制移送器
９…デミスタ
１０…水槽
１１…水ポンプ
１２…ロータリフィーダ
１３…熱交換器
１４…熱交換器
１５…熱交換器
１６…熱交換器
８０…超音波振動板
８１…反応タンク
８２…配管
８３…水膜
９１…反応タンク ９１ａ…メタン導入口
９１ｂ…水抜出口
９２…冷却コイル
９３…貯水槽
９４…配管
９５…ポンプ
９６…熱交換器
９７…ガス貯蔵部
９８…スプレーノズル
Ｌ…水相
Ｇ…気相 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sealed chamber 1A ... Outlet 2 ... Ultrasonic vibrator 3 ... Reaction chamber 4 ... Transfer duct 5 ... Cooler 6 ... Water reservoir 7 ... Ultrasonic power source 8 ... Forced transfer device 9 ... Demister 10 ... Water tank 11 ... Water pump DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Rotary feeder 13 ... Heat exchanger 14 ... Heat exchanger 15 ... Heat exchanger 16 ... Heat exchanger 80 ... Ultrasonic diaphragm 81 ... Reaction tank 82 ... Piping 83 ... Water film 91 ... Reaction tank 91a ... Methane inlet
91b ... Water outlet 92 ... Cooling coil 93 ... Water tank 94 ... Piping 95 ... Pump 96 ... Heat exchanger 97 ... Gas storage part 98 ... Spray nozzle L ... Water phase G ... Gas phase

Claims (5)

水を微細粒子に霧化し、霧化された水の微細粒子と原料ガスを冷却状態で接触させてハイドレートとするハイドレートの製造装置であって、
原料ガスが供給される密閉チャンバ(1)と、この密閉チャンバ(1)に供給される水を超音波振動させて原料ガス中に微細粒子に霧化する超音波振動子(2)と、この超音波振動子(2)で霧化された微細粒子が原料ガスと一緒に搬送される反応室(3)と、密閉チャンバ(1)から反応室(3)に水の微細粒子を含む原料ガスを移送する移送ダクト(4)と、前記の反応室(3)を冷却して、移送ダクト(4)で移送される水の微細粒子と原料ガスを反応環境とする冷却器(5)とを備えるハイドレートの製造装置。 A device for producing a hydrate that atomizes water into fine particles and makes the fine particles of atomized water and a raw material gas contact in a cooled state to form a hydrate,
A sealed chamber (1) to which a source gas is supplied, an ultrasonic vibrator (2) that atomizes water supplied to the sealed chamber (1) by ultrasonic vibration into fine particles in the source gas, and this A reaction chamber (3) in which fine particles atomized by the ultrasonic vibrator (2) are transported together with the raw material gas, and a raw material gas containing fine particles of water from the sealed chamber (1) to the reaction chamber (3) A transfer duct (4) for transferring the reaction chamber, and a cooler (5) for cooling the reaction chamber (3) and using fine particles of water and raw material gas transferred in the transfer duct (4) as a reaction environment. Hydrate manufacturing equipment provided. 密閉チャンバ(1)が底部に水溜部(6)を備え、この水溜部(6)の底部に超音波振動子(2)を配設して、超音波振動子(2)でもって水溜部(6)を超音波振動して、微細粒子に霧化する請求項１に記載されるハイドレートの製造装置。   The sealed chamber (1) has a water reservoir (6) at the bottom, and an ultrasonic vibrator (2) is disposed at the bottom of the water reservoir (6), and the water reservoir (2) The apparatus for producing a hydrate according to claim 1, wherein 6) is ultrasonically vibrated to atomize into fine particles. 原料ガスが、炭酸ガスを含む空気である請求項１に記載されるハイドレートの製造装置。   The apparatus for producing a hydrate according to claim 1, wherein the source gas is air containing carbon dioxide gas. 原料ガスが、天然ガスである請求項１に記載されるハイドレートの製造装置。   The apparatus for producing a hydrate according to claim 1, wherein the raw material gas is natural gas. 密閉チャンバ(1)と反応室(3)の間に、密閉チャンバ(1)の水の微細粒子を含む原料ガスを吸入して、反応室(3)に強制送風する強制移送器(8)を連結している請求項１に記載されるハイドレートの製造装置。
Between the sealed chamber (1) and the reaction chamber (3), a forced transfer device (8) that sucks a raw material gas containing fine water particles in the sealed chamber (1) and forcibly blows air to the reaction chamber (3) is provided. The apparatus for producing a hydrate according to claim 1, which is connected.
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