JP2009242494A - ガスハイドレートペレットのガス化装置およびガス化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスハイドレートペレットの運搬・ガス化を同一の容器で可能とし、かつ、ペレットの分解によるガス発生量を制御し、更に、ブリッジ現象を発生させないガス化装置を提供する。
【解決手段】断熱された容器１１本体の内部に上下が開口した筒状体１５を設け、この筒状体の内部に原料ガスと原料水とを水和反応させて生成したガスハイドレートを圧縮成形したガスハイドレートペレットが保持されており、前記筒状体は、この筒状体の上端側の開口部より下端側の開口部に向かって拡径されルと共に、筒状体の下端と容器本体の内側の底面との間に熱媒体が流通する流路が設けられ、更に、前記筒状体と容器本体の内壁面との間に、その容器本体の周方向に熱媒体を噴射するノズル１９を備え、前記容器本体の内側の底面に、前記ノズルより噴射された熱媒を排出する排出管１４が立設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスハイドレートペレットを運搬し、かつガス化するためのガス化装置及びその方法に関するものである。

燃料ガスのなかでも特に、天然ガス（メタンガス、プロパンガスなどを主成分とする混合ガス）は、液化天然ガスのときの体積が気体状態のときの１／６００にまで体積が減少することから、液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）の形態として産地から消費地などへ輸送されている。輸送には、周囲が断熱材で覆われたタンクを搭載するＬＮＧ船が使用されている。

ところが、前記ＬＮＧは、その沸点が−１６２℃という極低温であり、温度の上昇に伴って急激に気化するという性質があるので、輸送時にはＬＮＧを前記極低温状態に保持し続ける必要があり、そのため高い保冷性能を有する特殊な容器が必要である。

近年、燃料ガスの形態として、前述のＬＮＧよりもマイルドな冷却温度で安定的に輸送することのできるガスハイドレートというものが注目されている。このガスハイドレートは、天然ガスなどの原料ガスと原料水とを０〜５℃程度の温度と３〜５ＭＰａ程度の高圧の雰囲気下で気液接触させて水和反応させることで生成されており、このガスハイドレートは、複数の水分子が集合して形成された格子の中に天然ガス等の分子が閉じこめられた状態となっている。

ガスハイドレートを大気圧下で安定した状態に保つには、平衡下の約マイナス８０℃以下で保存する必要があるが、平衡温度よりも高い温度のマイナス２０℃付近で比較的安定する「自己保存効果」というハイドレート特有の性質をもつ。この自己保存効果によって大気圧下でマイナス２０℃〜マイナス１０℃程度というＬＮＧよりもかなりマイルドな雰囲気下で長期間に亘って貯蔵・輸送することができるという優れた特徴がある。

更に、例えば天然ガスハイドレート（以下、ＮＧＨ）は、ＮＧＨのときの体積は気体のときの体積の１／１７０程度となっており、ＬＮＧよりは体積の減少量が少ないものの、前述のようにＬＮＧを−１６２℃という極低温に保持し続ける必要がなく、また、大気圧下で比較的安定的に長期間の貯蔵・輸送ができる。更には、ＬＮＧのような高耐久性・高断熱性の貯蔵容器でなくともよいので、輸送船・貨物船などをＮＧＨの輸送用に改造して利用することができ、専用の船舶を建造する費用などが軽減される。

ところで、前記ＮＧＨなどのガスハイドレートは、粉雪状となって生成されていることから、嵩密度が小さい上に、取り扱い性がよくないという問題があったので、表面積を減少させると共に嵩密度を増大させる方法として、ガスハイドレートをアーモンド形状レンズ形状、球形等に圧縮成形することが行われている。しかしながら、このように圧縮成形されたガスハイドレートペレットは、耐分解性が向上していることから、これを効率的に分解させてガス化する方法が提案されている。

［水没攪拌方法］
図６は、連続投入型ガス化装置４１（例えば、特許文献１参照。）の概略を示しており、容器１１内に供給口１２からペレット３１を逐次投入し、１℃〜５℃に保温された水３２に接触させてペレット３１を分解させてガス化するようにしたものである。また、投入されるペレット３１は通常マイナス２５℃〜マイナス５℃程度であるので、水３２を加熱して前述の温度に保持するための加熱器１８を備えている。更に、容器１１内の水３２を攪拌する攪拌機４２が設けられており、水３２とペレット３１との接触効率を高めて熱の授受が速やかに行われるようにし、そのペレット３１の分解を促進させている。また、ガスハイドレートは、原料水と水和反応したときの水和水を含んでおり、分解する際にガスと水とを放出するので、容器１１内の水位を所定に保持するための排出管１４が設けてある。
攪拌方式の問題点は、解砕・攪拌装置を有することが必要であり、別途、動力消費が必要となる。また、攪拌を行うには、ペレットの周りの空間に多量の水が存在しなければならず、ガス化槽が肥大化する傾向にある。
また、ペレット３１の貯蔵・輸送容器からガス化装置４１へ移送するための搬送設備が必要であり、ガス化装置４１全体の設備が大型化していた。

［水スプレー方法］
図７は、ペレット３１の輸送およびガス化を行うことのできるガス化装置４３（例えば、特許文献２参照。）であり、容器１１内に貯蔵されているガスハイドレートペレット３１に水３２を噴霧するようにしたものである。
このガス化装置４３は、ペレット３１の貯蔵・輸送およびガス化が同一装置で行えるので、装置全体がコンパクトになるものの、ガス化に伴って容器１１内のペレット３１の充填量が順次減少するので、ガスの発生量が変化しやすいという問題があり、ガスの安定供給が困難であった。
また、噴霧された水３２が、容器１１内に充填されているペレット３１全体に行き渡るため、水３２の噴霧を停止してもペレット３１の分解を止めることができないという問題があった。

［浸漬方法］
図８は、ペレット３１の輸送およびガス化を行うことのできるガス化装置４５（例えば、特許文献３参照。）であり、容器１１内にペレット３１を充填して輸送し、容器１１内に水３２を導入してペレット３１を分解させるようになっている。このガス化装置４５は、前記容器１１の下方より水３２を導入するようになっており、容器１１内の水位を制御することで、水３２に浸漬されるペレット３１の量を調整するようにし、さらに、導入する水量および温度によってガス発生量を制御するようになっている。
容器１１の底部側に位置するペレット３１は水３２に浸漬されるが、容器１１中間部や頂部に位置するペレット３１は水３２と接触することがないので、水位の調整によってガス発生量を正確に制御することができるようになっている。よって、ガスを外部に安定供給することができるようになっている。
しかしながら、図５に示すように、このガス化装置４５では、容器１１の底部側のペレット３１が分解して空洞が形成され、所謂「ブリッジ現象」によってペレット３１が下方に供給されなくなってしまい、ガス化できなくなってしまうという問題があった。
このブリッジ現象は、容器１１の内壁と接触しているペレット３１がその内壁に付着し、また、ペレット３１同士が自重による圧縮力を受けて壁面で支持されるためである。
容器１１内に形成されたブリッジ３３を除去するには、このブリッジ３３を物理的に破壊する破壊手段を容器１１内に設ける等の対処が必要となり、前記ブリッジ３３を破壊するハンマー等の機構を容器１１内に設置することは、ペレット３１の搭載容量の減少を意味する。
また、容器１１内に破壊手段を設けない場合、ブリッジ３３を破壊する度に容器１１を開放しなければならず、容器１１の開放に伴ってガスが放散してしまうという問題と、手間がかかるという問題があった。
特開２００４−７５８４９号公報 特開２００６−１６０８４１号公報 特開２００６−１３８３４９号公報

本発明は、前記従来技術に鑑み、ガスハイドレートペレットの運搬・ガス化を同一の容器で可能とし、かつ、ペレットの分解によるガス発生量を制御し、更に、ブリッジ現象を発生させないガス化装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化装置は、次のように構成されている。

１）断熱され密閉された容器本体と、この容器本体の内部に設けられたペレット充填用筒状体と、この筒状体内に保持されたガスハイドレートペレットを分解させる熱媒体を供給するノズルと、ガスハイドレートが分解して発生したガスを外部へ供給するガス供給管と、前記熱媒体を排出する排出管とを備え、前記ペレット充填用筒状体の側壁あるいは外壁面は、その内部に保持しているガスハイドレートペレットとの接触抵抗を低減させる滑り角度に形成され、更に、筒状体の外壁面と容器本体の内壁面との間に熱媒体が噴出するノズルの配置空間が形成されていると共に筒状体の下端と容器本体の底面との間に前記熱媒体の流通空間が形成されており、前記ノズルの配置空間の周方向に熱媒体が噴出するように構成されていることを特徴としている。

２）前記ガスハイドレートペレットが保持されている筒状体の内壁面は、そのペレットとの接触抵抗を低減させる低摩擦手段が形成されており、前記低摩擦手段は、上下に延長された複数の突条あるいは複数の凹凸あるいはポリテトラフルオロエチレン樹脂被膜の何れかであることを特徴としている。

３）前記容器本体の内側の底面に設けられた熱媒の排出管は、前記熱媒を排出する排出口がその排出管の先端に形成されており、更に、その排出管の先端位置が上下移動可能に設けられていることを特徴としている。

４）前記容器本体は、貨物輸送可能に形成されていることを特徴としている。
また、本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化方法は、次のように構成されている。

５）前記容器本体の内壁面の周方向にガスハイドレートペレットを分解させる熱媒体を噴射し、この噴射された熱媒体によって容器本体の底面側にその熱媒体の旋回流を形成し、この旋回流によってガスハイドレートペレットに熱媒体を接触させて分解させることを特徴としている。

６）前記容器本体の底面側に貯留される熱媒体の液面高さを調整してガスハイドレートペレットの分解速度を調整することを特徴としている。

１）ガスハイドレートペレットを運搬する容器１１の内部に下方に向かって拡径する逆テーパーが形成された筒状体１５を設けることで、ペレット３１に圧縮力が伝わりにくくなり、ブリッジ３３が発生しなくなる。
結果、ガスハイドレートペレットが容器１１の下部に安定的に供給されるようになり、ガス化が安定してなされ、外部へガスを安定供給することができる。

２）また、前記筒状体１５の内壁面に筋状体を形成したことにより、ペレット３１が接触している内壁面に付着することが防止される。更に、筒状体１５の内壁面にポリテトラフルオロエチレン樹脂を被覆させることで、より一層の付着が防止されて、ブリッジ３３が形成されなくなる。

３）容器１１内に水３２を供給する際に、その容器１１の下部に設けたノズル１９を介して供給するようにしたことにより、容器１１内部に水３２の旋回流２２が形成され、この旋回流２２によってペレット３１と水３２との接触効率が向上するので、効率よくガス化することができる。さらに、ペレットを浸漬することで充填状態となり水はペレット空隙を流れることで見かけの流速が上がり、高い熱伝達特性が得られる効果がある。
また、前記旋回流２２により水３２の温度が均一となり、ペレット３１が局所的に分解してしまうことが防止される。

４）容器本体１１とペレット充填用筒状体１５との間のノズル設置空間Ａに、ペレット３１を分解させる熱媒体３２が容器本体１１の周方向に噴射されるノズル１９を設けたので、ペレット３１によりノズル１９の先端側が塞がれてしまうことがなくなると共に、噴出された熱媒体３２が直ぐにペレット３１に衝突してしまうことが防止され、良好な旋回流２２を形成することができるようになる。

５）容器１１から水３２を排水し、この排水を加熱した後に再び容器１１へ戻して循環利用するので、外部から新しい水を追加することなくガス化装置１０のみでガスの供給が可能となる。
即ち、トラックなどの輸送手段にガス化装置１０を搭載し、前記ガス化装置１０のガス供給管１３をガス供給設備に接続するだけで、ガスの供給を置こうことができるようになる。

以下、本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化装置について図示して説明する。

［実施例１］
図１に示すように、本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化装置１０は、容器１１内に下方に向かって拡径する逆テーパーが形成された筒状体１５を配置し、前記容器１１上部の供給口１２から投入されたガスハイドレートペレット３１を前記筒状体１５の内部に貯蔵している。この筒状体１５は、アルミニウムやステンレスなどの金属製、もしくは樹脂製であり、前記ペレット３１と接触する内壁面は、そのペレット３１との接触抵抗が小さくなるようにエンボス加工されている。

前記容器１１の下方には、水３２を噴射するためのノズル１９が複数設けられ、このノズルは同一の周方向に水３２を噴射し、容器１１内の水３２が渦巻くようになっている。また、容器１１の底部の中央には排出管１４が立設されており、容器１１内の水３２を排水するようになっている。排水された水３２は、加熱器１８を備えた貯水槽１７に流入し、前記加熱器１８で加熱されてポンプ３５を介して再びノズル１９より容器１１内へ噴射されている。

容器１１の上部には、ペレット３１の分解により発生したガスを装置外へ排出するためのガス排出管１３が設けられ、このガス排出管１３には気液分離器１６が設けられている。この気液分離器１６により、ガス中の水分とガスとが分離され、水分は貯水槽１７へ戻され、ガスは供給設備などの外部設備へ供給するようになっている。

図１において、前記ノズル１９は、容器１１と筒状体１５との間に形成されたノズル設置空間Ａに設置されており、ノズル１９から噴射される水３２の流れを妨げることなく旋回流２２を形成するようになっているのである。即ち、ノズル１９の先端にペレット３１が接触し、噴射される水３２の流れが阻害されないようになっている。また、噴射された水３２が容器１１の底面側へ勢いよく流入させる流通空間Ｂが形成されている。

このように構成されたガスハイドレートペレット３１のガス化装置１０は、ペレット製造設備で製造されたペレット３１が供給口１２より投入され、ペレット３１が充填された状態で容器１１を運搬手段に搭載し、ガスの供給設備へ運搬される。

目的地へ運搬されたガス化装置１０は、例えば加熱器１８により１℃〜１５℃に加熱された水３２がポンプ３５により圧送されてノズル１９を介して容器１１内へ噴射される。この噴射された水３２の噴流によって、図２に示すように、容器１１内に水３２の旋回流２２が形成され、ペレット３１が分解される。水３２は容器１１の底部に立設された排出管１４を介して排水され、貯水槽１７に流入される。図２に示すように、複数のノズル１９は同一の周方向に水３２を噴出し、この噴流によって旋回流２２が発生するようにしている。この旋回流２２により水３２の温度分布が均一となっている。

また、旋回流２２を発生させることで、例えば、旋回流のない状態では図４に示すように一部のペレット３１が融け残って柱状となり、これが要因となってブリッジが形成されることがあったが、このようなことが防止される。図４は、容器１１の中心に向かってノズル１９を複数設けた場合のペレット３１の融け残りを示している。

ペレット３１の分解により生じたガスは、ガス排出管１３を介して外部の供給設備などに供給される。ペレット３１の分解により生じた水は、排出管１４を介して貯水槽１７へ排水され、再利用される。

［実施例２］
本実施例のガス化装置１０は、図３に示すように、筒状体１５の内壁に筋状体２３が形成されており、筒状体１５の内壁とペレット３１との付着をより一層防止するものである。前記筒状体１５の内壁は、筋状体２３の他に、ポロテトラフルオロエチレンを被覆させたり、コルゲート版のような波板を使用することもできる。

［実施例３］
本実施例は、図９に示すように、ガス化装置１０をトラック３６に搭載したものであり、ガスの供給を必要としている場所へ移動可能としたものである。例えば、被災地や離島にトラック３６で移動し、ガス供給管２４とガスを燃料とする機器等を接続し、ガスを供給することが可能となる。

ガス化装置１０は、運搬容器とガス化容器とを同一の容器１１としたので、運搬先で自由にガス化し、ガスを供給することができるのである。

本発明により、ガスハイドレートペレットの運搬・ガス化を同一の容器で可能とし、かつ、ペレットの分解によるガス発生量を制御し、更に、ブリッジ現象を発生させないガス化装置が提供される。

本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化装置の概略構成図（断面図）である。 本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化装置の概略構成図（平断面図）である。 筒状体の筋状体の一例を示す図である。 旋回流のない場合のハイドレートの分解する様子を示す図である。 ブリッジの概略図である。 従来のガス化装置（水没攪拌方法）の概略図である。 従来のガス化装置（水スプレー方法）の概略図である。 従来のガス化装置（浸漬方法）の概略図である。 本発明に係るガスハイドレートペレットのガス化装置の輸送形態を示す図である。

符号の説明

１０ ガス化装置
１１ 容器
１２ 供給口
１３ ガス排出管
１４ 排出管
１５ 筒状体
１６ 気液分離器
１７ 貯水槽
１８ 加熱器
１９ ノズル
２１ 水流
２２ 旋回流
２３ 筋状体
３１ ペレット
３２ 水

Claims (6)

1. 断熱され密閉された容器本体と、この容器本体の内部に設けられたペレット充填用筒状体と、この筒状体内に保持されたガスハイドレートペレットを分解させる熱媒体を供給するノズルと、ガスハイドレートが分解して発生したガスを外部へ供給するガス供給管と、前記熱媒体を排出する排出管とを備え、
   前記ペレット充填用筒状体の側壁は、その内部に保持しているガスハイドレートペレットとの接触抵抗を低減させる滑り角度に形成され、更に、筒状体の外壁面と容器本体の内壁面との間に熱媒体が噴出するノズルの配置空間が形成されていると共に筒状体の下端と容器本体の底面との間に前記熱媒体の流通空間が形成されており、
   前記ノズルの配置空間の周方向に熱媒体が噴出するように構成されていることを特徴とするガスハイドレートペレットのガス化装置。
2. 前記ガスハイドレートペレットが保持されている筒状体の内壁面は、そのペレットととの接触抵抗を低減させる低摩擦手段が形成されており、
   前記低摩擦手段は、上下に延長された複数の突条あるいは複数の凹凸あるいは樹脂被膜の何れかであることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートペレットのガス化装置。
3. 前記容器本体の内側の底面に設けられた熱媒の排出管は、前記熱媒を排出する排出口がその排出管の先端に形成されており、更に、その排出管の先端位置が上下移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートペレットのガス化装置。
4. 前記容器本体は、貨物輸送可能に形成されていることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートペレットのガス化装置。
5. 前記容器本体の内壁面の周方向にガスハイドレートペレットを分解させる熱媒体を噴射し、この噴射された熱媒体によって容器本体の底面側にその熱媒体の旋回流を形成し、この旋回流によってガスハイドレートペレットに熱媒体を接触させて分解させることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートペレットのガス化装置におけるガス化方法。
6. 前記容器本体の底面側に貯留される熱媒体の液面高さを調整してガスハイドレートペレットの分解速度を調整することを特徴とする請求項５記載のガスハイドレートペレットのガス化装置におけるガス化方法。

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