JP2008232258A

JP2008232258A - ガスハイドレート再ガス化装置

Info

Publication number: JP2008232258A
Application number: JP2007072458A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 鈴木　　剛
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】供給ガスの湿分を除湿器なしで満足すると共にガス圧縮機不要とする。
【解決手段】ガスハイドレートの輸送及び再ガス化に使用する容器１５と、該容器１５内のガスハイドレートに温水を掛ける水噴射装置１４と、該水噴射装置１４に容器１５及び貯水槽１１内の水ｗを供給する給水ポンプ１２と、前記容器１５内の水ｗを水噴射装置１４に供給する循環路３０と、前記水噴射装置１４に供給する水を加熱する加熱器１３と、前記容器２０内で再ガス化したガスｇを収容する蓄圧器１６と、該蓄圧器１６より貯水槽１１に至る均圧ライン１８とからなる再ガス化装置である。前記容器１５より蓄圧器１６に至る管路４５に自力作動式の調圧弁１７を設け、該調圧弁１７によって再ガス化時のガスハイドレートのガス圧を所定の圧力に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスハイドレート再ガス化装置、更に詳しくは、ガスハイドレートに温水を噴射して熱分解させるガスハイドレート再ガス化装置に関する。

ガスハイドレートに温水を噴射して熱分解させるガスハイドレート再ガス化装置としては、タンクの中を二分する多孔板状の支持体の下方に温水噴射ノズルを設け、この温水噴射ノズルから支持体上のペレット（粉体状のガスハイドレートをペレット状に圧縮成形したもの。）に向けて温水を噴射して熱分解させるガスハイドレート再ガス化装置が公開されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、このガスハイドレート再ガス化装置は、温水が直接当たったペレットばかりでなく、ペレットに当たって飛散した温水によって水濡れしたペレットがあるため、余剰ガスの発生を抑制することが難しい。仮に、余剰ガスの発生を抑制することができたとしても、途中で再ガス化を停止する場合は、ペレット自体が自己保存効果を発現する領域（例えば、約−２０℃）までペレットを再冷却する必要があり、その分、余分な電力を消費する。

そこで、本発明者等は、タンク内に収容したペレットを一時的に全量ガス化することについて検討した。即ち、代案用（試案用）の再ガス化装置は、図２に示すように、ペレットの再ガス化時（熱分解時）に、貯水槽１の水ｗを循環水ポンプ２によって加熱器３に供給し、この加熱器３によって加熱された温水ｗ’を水噴霧ノズル４からタンク５内に噴射してタンク５内のペレットｐを熱分解するようになっている。ペレットｐの熱分解によって生じたガスｇは、蓄圧器６に貯蔵され、負荷に応じて供給されるようになっている。

尚、タンクを複数用意した場合は、原則として、２基同時に再ガス化しない。従って、当日は、１基目を再ガス化し、翌日（２日目）、２基目を再ガス化する。２基目と並列運転（前日余剰発生）の場合は、１基目の圧力になるまで双方のタンクを連通しない。

しかしながら、負荷が急速に上昇するピーク時（例えば、朝、昼、夕方の食事時）は、予測されるピーク負荷相当ガス量分を蓄圧するアキュムレータ方式であっても、ガス化が追従できない場合は、ガス圧力の急速低下を伴い（系内連通のため）、湿分要求値を満足できない事態が予想される。また、この場合、ガス化が追従できない最悪運転トリップの事態もあり得る。

更に、上記ピーク時に、ガスハイドレートの全量を短時間（例えば、１０〜６０分）でガス化しようとすれば、ガスハイドレートの熱分解に必要な熱量を短時間で供給する必要があるため、循環水ポンプの容量が過大になると云う問題がある。

一般ガス需要者向けのガスは、需要先での結露による計器等の不具合発生を抑制するため、湿分が制限される。例えば、露点が−１０℃×大気圧の場合は、ガス化槽のガス発生圧力Ｐは、Ｐ≧５ａｔａ（０．４９ＭＰａ）が不可欠である。

図３は、短時間（例えば、１０〜６０分）で全量ガス化する場合と、適当な時間（例えば、６０〜１８０分）を与えて全量ガス化する場合のガス化時間に対するガス化量の変化を概念的に示したもの（実線）である。他方、破線は、それぞれでの容器若しくはアキュムレータ間の圧力上昇曲線を示している。

ここで、ａ１、ａ２：容器及び蓄圧器圧力、並びに容器圧力上昇曲線
ｂ１、ｂ２：容器及び蓄圧器全ガス量、並びに容器全ガス量
特開２００６−１３８３４９号公報

従って、ガス化システムの要件としては、次の要件を挙げることができる。
（１）直接水噴射方式において、途中でガス化運転を停止して冷却運転することを避けたい（全量ガス化の適用。）。
（２）供給ガス湿分は、除湿器なしで要求値を満足させたい（高圧ガス化の適用。）。
（３）ガス圧縮機が不要なシステムにしたい（高圧ガス化の適用。）。
（４）ガス消費の変化により、発生ガス圧力変化に影響を及ぼさないこと（ガスアキュムレータの適用。）。
（５）ガス供給に支障を起さないこと（ガスアキュムレータの適用。）。
（６）容器内の各ノズルチツプの氷結のないこと（上部水噴射にガスバージ適用。）。

係る課題を達成するため、請求項１に記載の発明は、ガスハイドレートの輸送及び再ガス化に使用する容器と、ガスハイドレートの再ガス化時に、前記容器内のガスハイドレートに温水を掛ける水噴射装置と、該水噴射装置に前記容器及び貯水槽内の水を供給する給水ポンプと、前記容器内の水を前記水噴射装置に供給する循環路と、前記水噴射装置に供給する水を加熱する加熱器と、前記容器内で再ガス化したガスを収容する蓄圧器と、該蓄圧器より前記貯水槽に至る均圧ラインとからなるガスハイドレート再ガス化装置において、前記容器より前記蓄圧器に至る管路に自力作動式の調圧弁を設け、該調圧弁によって再ガス化時のガスハイドレートのガス圧を所定の圧力に保持することを特徴とするガスハイドレート再ガス化装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記容器を、タンク状の容器本体と、該容器本体の外側に設けた受水槽と、該受水槽に対応する前記容器本体の側面に設けた水抜きスクリーンと、前記容器本体の頂部に設けたガスハイドレート投入口と、前記容器本体の内部上方に設けた水噴射ノズルと、前記容器本体の内部下方に設けたガスハイドレート担持用の金網により形成することを特徴とするガスハイドレート再ガス化装置である。

上記のように、この発明は、ガスハイドレートの輸送及び再ガス化に使用する容器と、ガスハイドレートの再ガス化時に、前記容器内のガスハイドレートに温水を掛ける水噴射装置と、該水噴射装置に前記容器及び貯水槽内の水を供給する給水ポンプと、前記容器内の水を前記水噴射装置に供給する循環路と、前記水噴射装置に供給する水を加熱する加熱器と、前記容器内で再ガス化したガスを収容する蓄圧器と、該蓄圧器より前記貯水槽に至る均圧ラインとからなるガスハイドレート再ガス化装置において、前記容器より前記蓄圧器に至る管路に自力作動式の調圧弁を設け、該調圧弁によって再ガス化時のガスハイドレートのガス圧を所定の圧力に保持するため、除湿器なしでも供給ガスの湿分を、予め、設定した設定値通りに保持することが可能になった。また、高圧ガス化方式を適用したため、ガス圧縮機が不要になり、その分の費用を抑制することが可能になった。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１に示すように、ガスハイドレート再ガス化装置１０は、ガスハイドレートの輸送及び再ガス化に使用する耐圧性の容器１５と、貯水槽１１と、循環水加熱器１３と、循環水ポンプ１２と、アキュムレータ１６と、自力作動式の調圧弁１７を具備しているが、容器以外の機器１１，１２，１３，１６，１７は、需要地区（現地）に設置されている。上記循環水加熱器としては、温水ボイラやヒートポンプを挙げることができる。

上記容器１５は、タンク状の容器本体２０と、容器本体２０の外側に設けた環状の受水槽２１と、この受水槽２１に対応する容器本体２０の側面に設けた水抜きスクリーン２２と、容器本体２０の頂部に設けたガスハイドレート投入口２３と、容器本体２０の内部上方に設けたリング状の水噴射ノズル１４と、前記容器本体２０の内部下方に設けたガスハイドレート担持用の金網２４により形成されている。

上記貯水槽１１の底部と水噴射ノズル１４との間には、循環水ポンプ１２と、循環水加熱器１３が配置され、その間を第１、第２、第３の配管３１，３２，３３によってそれぞれ連通させている。また、第３の配管３３から分岐した分岐管３４は、貯水槽１１の頂部に接続している。尚、第１の配管３１は、バルブ２６を有し、分岐管３４は、バルブ２７を有している。

上記受水槽２１の底部は、第１の排水管４１を介して第１の配管３１に接続している。また、受水槽２１の第２の排水管４２は、第１の排水管４１に接続している。更に、容器本体２０の底部に設けた第３の排水管４３は、第１の配管３１に接続している。尚、第１の排水管４１は、バルブ３６を有し、第２の排水管４２は、バルブ３７を有し、第３の排水管４３は、バルブ３８を有している。ここで、第２、第３の配管３２，３３及び第１乃至第３の排水管４１，４２，４３は、循環路３０を形成している。

更に、上記容器本体２０の頂部は、ガス管４５を介してアキュムレータ１６と連通している。そして、このガス管４５に自力作動式の調圧弁１７を設けている。また、アキュムレータ１６と貯水槽１１の頂部は、均圧ライン１８によって連通している。更に、アキュムレータ１６と外部（需要先）とは減圧弁４７を持つガス管４８によって連通されている。

今、循環水ポンプ１２及び循環水加熱器１３を駆動すると、貯水槽１１の水ｗは、循環水加熱器１３によって加熱され、しかる後に、水噴射ノズル１４から容器本体２０内に散布される。水噴射ノズル１４から散布された温水ｗ’は、容器本体２０内のペレットｐを加熱するため、ペレットｐが熱分解してガスｇが発生する。

温水の一部は、容器本体２０内に充填されているペレットｐの間隙を通過する間に氷結するもの、或いは、温度降下のみで氷結せずに容器本体２０の底部に流下するものがある。温水の氷結によってペレットｐの間隙が閉塞すると、その後の噴射水は、ペレット層をオーバーフローして水抜きスクリーン２２から受水槽２１内に流下する。受水槽２１内に流下したオーバーフロー水は、循環水ポンプ１２によって水噴射ノズル１４に供給される。

水抜きスクリーン２２は、オーバーフロー水の出口であるが、ペレットｐと温水が混合した状態でペレットｐが熱分解するため、ペレット分解反応ゾーンとも言える。容器本体２０内のペレットｐの熱分解とともに、ペレット層上面が下降するので、オーバーフロー量も減少する。

しかし、後続の噴射水によって更に水位が上昇し、再度、オーバーフローする。これが暫時進行して、ペレットが熱分解して行く。そして、最終的には、容器本体２０内のオーバーフローライン（水抜きスクリーンの最下限のライン）までの水位を残して全ペレットの分解が完了する。

ガスｇの発生速度は、時々刻々変化する。それは、噴射水がオーバーフローしたり、水位変化によって供給熱量に変化があるためであるが、容器内圧を所定の圧力（例えば、５ａｔａ（４．９Ｐａ））に維持するように循環加熱器１３における熱源を制御すれば、安全にガス化が行われる。

ペレットの熱分解によって発生したガスｇは、ガス管４５を通ってアキュムレータ１６に充填されるが、アキュムレータ１６の手前に設けた自力作動式の調圧弁１７によって容器本体２０内の圧力を検出しながら蓄圧するため、アキュムレータ１６からのガスの放出が可能であり、ガス需要に変化があっても対応可能である。

ここで、湿分除去可否について検討すると、下記の通りである。

（ａ）ガス量（乾）７．５Ｎｍ³／ｈ
露点 −１０℃×大気圧
蒸気圧２．５７×１０^-3ａｔｍ
蒸気分圧０．００２６６ｋｇ／ｃｍ²
ガス分圧１．０３０５４ｋｇ／ｃｍ²
蒸気量０．０１９３２Ｎｍ³／ｈ・・・・（Ａ）
（ｂ）加圧ガス化した状態での飽和湿りガス
湿りガス温度１０℃
湿りガス全圧５．０ｋｇ／ｃｍ²
蒸気分圧０．０１３ｋｇ／ｃｍ²
ガス分圧４．９８７ｋｇ／ｃｍ²
蒸気量０．０１８８２Ｎｍ³／ｈ・・・・（Ｂ）
湿りガス量７．５１９Ｎｍ³／ｈ
除去水分 −０．０００５Ｎｍ³／ｈ・・・（Ｂ−Ａ）
従って、分解ガス全圧が５ａｔａ以上であれば、除湿装置を設置する必要がない。

尚、上記０．０１８８２Ｎｍ³／ｈは、０．０１５１１９ｋｇ／ｈに相当する。

次に、代案方式と本発明方式におけるガス化容器及び蓄圧器の発生ガス量と圧力の変化について説明する。

図４は、本発明方式におけるガス化容器及び蓄圧器の発生ガス量と圧力の変化を示す図であり、符号Ｘは、ガス化容器のみの圧力変化で、短時間でガス化する工程であり、ガス化容器内のガススペースが小さいため、容器内は、少ない熱量で急速に上昇することを示している。尚、ガス化容器内は、全量ガス化までは、最高圧力（５ａｔａ）は維持される。

従って、一時的に全量がガス化しなくともガス化容器内のガス圧を一定圧力を維持しながら分解熱を供給すれば、ガスを消費しながら連続的にガスを需要先に供給することが出来てアキュムレータを小型化することも可能である。

他方、符号Ｙは、ガス化容器圧力一定で、更に、ガス化を継続した場合、調圧弁を経由して蓄圧器にガスを貯蔵する工程である。この工程、即ち、蓄圧器へのガス圧縮は、ガス化容器へ供給する低熱源によるもので、圧縮機を要しない省エネ圧縮である。

尚、ａ１、ａ２は、容器及び蓄圧器圧力、並びに容器圧力上昇曲線
ｂ１、ｂ２は、容器及び蓄圧器全ガス量、並びに容器全ガス量
ｃは、ガス消費がない場合の蓄圧器圧力変化
ｄは、ガス消費が同時あった場合の蓄圧器圧力変化
を示している。

本発明に係るガスハイドレート再ガス化装置の概略構成図である。代案のガスハイドレート再ガス化装置の概略構成図である。短時間で全量ガス化する場合と、適当な時間を与えて全量ガス化する場合のガス化時間に対するガス化量の変化を概念的に示した図である。本発明方式におけるガス化容器及び蓄圧器の発生ガス量と圧力の変化を示す図である。

符号の説明

１１貯水槽
１２給水ポンプ
１３加熱器
１４水噴射装置
１５容器
１６蓄圧器
１７調圧弁
１８均圧ライン
３０循環路
４５管路
ｇガス
ｗ水

Claims

ガスハイドレートの輸送及び再ガス化に使用する容器と、ガスハイドレートの再ガス化時に、前記容器内のガスハイドレートに温水を掛ける水噴射装置と、該水噴射装置に前記容器及び貯水槽内の水を供給する給水ポンプと、前記容器内の水を前記水噴射装置に供給する循環路と、前記水噴射装置に供給する水を加熱する加熱器と、前記容器内で再ガス化したガスを収容する蓄圧器と、該蓄圧器より前記貯水槽に至る均圧ラインとからなるガスハイドレート再ガス化装置において、前記容器より前記蓄圧器に至る管路に自力作動式の調圧弁を設け、該調圧弁によって再ガス化時のガスハイドレートのガス圧を所定の圧力に保持することを特徴とするガスハイドレート再ガス化装置。
前記容器を、タンク状の容器本体と、該容器本体の外側に設けた受水槽と、該受水槽に対応する前記容器本体の側面に設けた水抜きスクリーンと、前記容器本体の頂部に設けたガスハイドレート投入口と、前記容器本体の内部上方に設けた水噴射ノズルと、前記容器本体の内部下方に設けたガスハイドレート担持用の金網により形成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再ガス化装置。