JP2009242734A - Apparatus for manufacturing gas hydrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させてガスハイドレートを生成する反応生成部と、前記反応生成部内の液体相を冷却する液体冷却部と、前記反応生成部および/又は液体冷却部の運転を制御する制御部とを備えたガスハイドレートの製造装置に関する。 The present invention includes a reaction generating unit that reacts a raw material gas and water under low temperature and high pressure to generate a gas hydrate, a liquid cooling unit that cools a liquid phase in the reaction generating unit, the reaction generating unit, and The present invention relates to a gas hydrate manufacturing apparatus including a control unit that controls operation of a liquid cooling unit.
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。 In gas hydrate, gas molecules such as hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane, which are components of natural gas, and carbon dioxide are taken into the interior of the cubic structure formed by combining water molecules. It is a general term for clathrate hydrates (hydrates) formed in this way. That is, a gas hydrate is an ice-like solid substance composed of source gas molecules and water molecules, and is a stable inclusion compound in which source gas molecules are included inside a three-dimensional cage structure formed by water molecules. It is a kind. This gas hydrate has a relatively large gas storage capacity, and has characteristic properties such as large production / decomposition energy and selectivity of hydrated gas. For example, transportation / storage of natural gas, etc. Various applications such as means, heat storage systems, actuators, and separation and recovery of specific component gases are possible, and research is actively conducted.
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。 Gas hydrate is usually generated under high pressure and low temperature conditions. The following methods are well known as generation methods. By spraying cooled water from the top of the reaction vessel filled with raw material gas at high pressure, so-called "water spray method", in which gas hydrate is generated on the surface of the water droplet when the water droplet falls in the raw material gas, reaction A so-called “bubbling method” or the like is performed such that gas hydrate is generated on the surface of the bubbles when the bubbles of the source gas rise in the water by introducing the source gas into the water in the container as bubbles.
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10wt%〜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。 In the bubbling method, the gas hydrate generated in the water in the reaction vessel floats in the water because the specific gravity is smaller than that of water. Then, the amount of gas hydrate increases with the progress of the production reaction and is slurried by stirring. Usually, when the content of gas hydrate in the slurry becomes about 10 wt% to 20 wt%, the generated gas hydrate is extracted out of the reaction vessel in a slurry state.
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40wt%〜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。 The extracted gas hydrate in the slurry state is passed through a dehydrator to be dehydrated and the gas hydrate content is increased to about 40 wt% to 50 wt%. In this state, it is sent to the next generation step for further increasing the gas hydrate content to about 90 wt%.
図7は従来のガスハイドレートの製造装置の概略構成図を示す(例えば特許文献1)。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を生成する反応生成部1と、該反応生成部1内の液体を冷却する液体冷却装置2と、該反応生成部1で生成した一次ガスハイドレート6のスラリーがスラリーポンプ10を介して送られ、該スラリーを濃縮する脱水装置3と、該脱水装置3で脱水処理された濃縮スラリーと原料ガスを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレート4を生成する第二反応生成部5とを備えている。
FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a conventional gas hydrate manufacturing apparatus (for example, Patent Document 1). A
液体冷却装置2は、ガスハイドレートの生成反応が発熱反応であるため、反応生成部1内の液温上昇を抑えるために設けられている。該液体冷却装置2は、図7に示したように、第一の反応生成部1から液体を外部に抜き出して戻す循環ライン7と、該循環ライン7に設けられた循環用ポンプ8と、該循環用ポンプ8より循環方向における下流側に設けられた熱交換器9によって構成されている。
しかし、反応生成部1で生成した一次ガスハイドレート6のスラリーを抜き出して熱交換器9で冷却すると、スラリーの液温を下げることができるが、その液温低下はガスハイドレートの生成反応が進む方向に作用する。その結果、該熱交換器9内でガスハイドレートが生成し、付着し、その流路を閉塞する問題があった。
However, when the slurry of the
この閉塞の問題は、前記スラリーの濃度に関係する。すなわち、スラリー中のガスハイドレートの濃度が高いほど閉塞が発生する虞が高い。 This clogging problem is related to the concentration of the slurry. That is, the higher the gas hydrate concentration in the slurry, the higher the risk of clogging.
しかし、これまで、スラリー中のガスハイドレートの濃度をリアルタイムで検出する技術は提供されていない。質量流量計による濃度測定技術が提供されているが、気泡の影響で誤差が大きく、信頼性に乏しい。そのため、前記閉塞が発生する虞を充分に低減しにくいのが実状であった。 However, until now, no technology has been provided for detecting the concentration of gas hydrate in the slurry in real time. A concentration measurement technique using a mass flow meter is provided, but the error is large due to the influence of bubbles, and the reliability is poor. Therefore, the actual situation is that it is difficult to sufficiently reduce the possibility of the occurrence of the blockage.
本発明の目的は、スラリー中のガスハイドレートの濃度をリアルタイムで検出することができ、もって熱交換機においてガスハイドレートによる閉塞発生の虞を低減することができるガスハイドレートの製造装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas hydrate manufacturing apparatus that can detect the concentration of gas hydrate in a slurry in real time and can reduce the possibility of clogging due to gas hydrate in a heat exchanger. There is.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様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ガスハイドレートを生成する反応生成部と、前記反応生成部内の液体相を冷却する液体冷却部と、前記反応生成部および/又は液体冷却部の運転を制御する制御部とを備えたガスハイドレートの製造装置であって、前記液体冷却部は、前記反応生成部から液体を抜き出して再び戻す循環ラインと、前記循環ラインに設けられた熱交換器とを備え、前記反応生成部は、内部の液体の導電率を測る導電率測定部を備え、前記制御部は、前記導電率測定部による測定結果を受けて前記液体冷却部および/又は反応生成部の運転の制御を実行可能に構成されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a gas hydrate production apparatus according to the first aspect of the present invention includes a reaction generator that reacts a raw material gas and water under low temperature and high pressure to generate gas hydrate. An apparatus for producing a gas hydrate comprising: a liquid cooling unit that cools the liquid phase in the reaction generation unit; and a control unit that controls the operation of the reaction generation unit and / or the liquid cooling unit. The unit includes a circulation line for extracting the liquid from the reaction generation unit and returning it again, and a heat exchanger provided in the circulation line, and the reaction generation unit measures the conductivity of the liquid inside. The control unit is configured to be able to control the operation of the liquid cooling unit and / or the reaction generation unit in response to a measurement result by the conductivity measuring unit.
ガスハイドレートは生成するときに、排他的に水を取り込む性質がある。すなわち、原料水中には元々導電性の不純物が含まれているが、ガスハイドレートが生成するときに前記導電性の不純物を取り込まないので、該不純物は水中に濃縮される。その結果、ガスハイドレートの生成に伴って、ガスハイドレートスラリーの導電率が次第に上昇する関係にある。
そこで、原料水の導電率と、ガスハイドレートの異なる既知濃度における各ガスハイドレートスラリーの各導電率を予め測定して、ガスハイドレートスラリーの導電率とガスハイドレートの濃度との関係(検量線)を求めておくことにより、反応生成部内のスラリーの導電率を測定することにより、ガスハイドレートの濃度を求めることが可能になる。そして、導電率は導電率計を用いることによって、リアルタイムで計測することができる。
尚、導電率は抵抗率の逆数であることから、ガスハイドレートスラリーの抵抗率を測定することでも同様にガスハイドレートの濃度を求めることが可能であることは容易に理解できる。そこで、本願明細書においては、「導電率」はその逆数関係にある抵抗率を含む意味で用いることにする。すなわち、スラリーの抵抗率を測ってガスハイドレートの濃度を求めてもよい。
Gas hydrate has the property of taking up water exclusively when it is produced. That is, although the conductive water is originally contained in the raw material water, the conductive impurity is not taken in when the gas hydrate is generated, so that the impurity is concentrated in the water. As a result, the conductivity of the gas hydrate slurry gradually increases with the generation of the gas hydrate.
Therefore, the electrical conductivity of the raw material water and the electrical conductivity of each gas hydrate slurry at different known concentrations of gas hydrate are measured in advance, and the relationship between the electrical conductivity of the gas hydrate slurry and the concentration of gas hydrate (calibration) By determining the line, it is possible to determine the concentration of the gas hydrate by measuring the electrical conductivity of the slurry in the reaction product section. The conductivity can be measured in real time by using a conductivity meter.
Since the conductivity is the reciprocal of the resistivity, it can be easily understood that the concentration of the gas hydrate can be similarly obtained by measuring the resistivity of the gas hydrate slurry. Therefore, in the present specification, “conductivity” is used to include a resistivity having a reciprocal relationship. That is, the concentration of gas hydrate may be obtained by measuring the resistivity of the slurry.
本態様によれば、スラリー中のガスハイドレートの濃度をリアルタイムで検出することができ、もって熱交換機においてガスハイドレートによる閉塞発生の虞を低減することができる。 According to this aspect, the concentration of the gas hydrate in the slurry can be detected in real time, so that the possibility of clogging due to gas hydrate in the heat exchanger can be reduced.
本発明の第2の態様は、前記第1の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記熱交換器は冷媒供給ラインに冷媒流量調節弁を備え、前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには冷媒の供給量を減らす方向に前記冷媒流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the first aspect, the heat exchanger includes a refrigerant flow rate adjusting valve in a refrigerant supply line, and the control unit is based on the conductivity measuring unit. When the measured value is equal to or larger than the first set value X1, the control for adjusting the refrigerant flow rate control valve in a direction to reduce the supply amount of the refrigerant is configured to be executable.
ここで、第1の設定値X1は、循環ラインを通って熱交換器を循環するガスハイドレートスラリーの濃度で、そのまま循環を継続すると該熱交換器内でガスハイドレートの閉塞の発生、成長の虞のある濃度に対応するスラリーの導電率の値である。この値X1は予め実測し、安全率を考慮して定めるのが好ましいが、理論的な計算により定めてもよい。 Here, the first set value X1 is the concentration of the gas hydrate slurry circulating through the heat exchanger through the circulation line. If the circulation is continued as it is, the occurrence and growth of gas hydrate clogging in the heat exchanger. It is the value of the electrical conductivity of the slurry corresponding to the concentration at which there is a risk of this. This value X1 is preferably measured in advance and determined in consideration of the safety factor, but may be determined by theoretical calculation.
本態様によれば、前記制御部は、導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには冷媒の供給量を減らす方向に前記冷媒流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されている。従って、熱交換器は、通常運転時における冷却能力よりも低い冷却能力に換わるので、該熱交換器内におけるガスハイドレートの生成、付着が起こりにくくなり、閉塞発生の虞を低減することができる。 According to this aspect, the control unit is configured to be able to execute control for adjusting the refrigerant flow rate control valve in a direction to reduce the supply amount of the refrigerant when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or greater than the first set value X1. Has been. Accordingly, since the heat exchanger is replaced with a cooling capacity lower than that during normal operation, generation and adhesion of gas hydrates in the heat exchanger are less likely to occur, and the possibility of occurrence of clogging can be reduced. .
本発明の第3の態様は、前記第2の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第2の設定値X2以下(ここで、X2<X1)のときには冷媒の供給量を増やす方向に前記冷媒流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the second aspect, the control unit has a measured value measured by the conductivity measuring unit equal to or lower than a second set value X2 (where X2 < In the case of X1), the control for adjusting the refrigerant flow rate control valve in a direction to increase the supply amount of the refrigerant is configured to be executable.
ここで、第2の設定値X2は、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態で前記閉塞の虞はなく、それよりも熱交換器で積極的に循環スラリーを冷却してガスガスハイドレートの生成反応を起こりやすくすべき程度に低い濃度に対応する導電率である。当該ガスハイドレート製造装置の運転開始時に、当該循環スラリーは前記低濃度の状態になる。この値X2も予め実測し、安全率を考慮して定めるのが好ましいが、理論的な計算により定めてもよい。 Here, the second set value X2 indicates that there is no risk of the clogging when the gas hydrate concentration of the circulating slurry is low, and that the circulating slurry is more actively cooled by a heat exchanger to generate gas gas hydrate. The conductivity corresponds to a concentration low enough to cause the reaction to occur easily. At the start of operation of the gas hydrate production apparatus, the circulating slurry is in the low concentration state. This value X2 is also preferably measured in advance and determined in consideration of the safety factor, but may be determined by theoretical calculation.
本態様によれば、制御部は、導電率測定部による測定値が第2の設定値X2以下のときには冷媒の供給量を増やす方向に前記冷媒流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されているので、例えば、当該ガスハイドレート製造装置の運転開始の立ち上がり時間を短縮できる効果が得られる。 According to this aspect, the control unit is configured to be able to execute control for adjusting the refrigerant flow rate control valve in a direction to increase the supply amount of the refrigerant when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or less than the second set value X2. Therefore, for example, the effect that the rise time at the start of operation of the gas hydrate production apparatus can be shortened can be obtained.
本発明の第4の態様は、前記第2の態様又は第3の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記制御部は、前記冷媒の供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第3の設定値X3以下になったときには該冷媒の供給量を初期状態に戻す方向に前記冷媒流量調節弁を制御するように構成されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the second aspect or the third aspect, the control unit performs measurement by the conductivity measurement unit after reducing the supply amount of the refrigerant. When the value becomes equal to or smaller than the third set value X3, the refrigerant flow rate control valve is controlled to return the refrigerant supply amount to the initial state.
ここで、第3の設定値X3は、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態に変わり、熱交換器を通常運転時の冷却能力に戻しても前記閉塞の虞はない程度に低い濃度に対応する導電率である。この値X3も予め実測し、安全率を考慮して定めるのが好ましいが、理論的な計算により定めてもよい。 Here, the third set value X3 corresponds to such a low concentration that the gas hydrate concentration of the circulating slurry is changed to a low state and there is no risk of the blockage even when the heat exchanger is returned to the cooling capacity during normal operation. Conductivity. This value X3 is also preferably measured in advance and determined in consideration of the safety factor, but may be determined by theoretical calculation.
本態様によれば、制御部は、前記冷媒の供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第3の設定値X3以下になったときには該冷媒の供給量を初期状態に戻す方向に前記冷媒流量調節弁を制御するように構成されているので、閉塞の虞少なく熱交換器を通常運転時の冷却能力に復帰させてガスハイドレートの生成を行うことができる。 According to this aspect, after reducing the supply amount of the refrigerant, the control unit returns the supply amount of the refrigerant to the initial state when the measured value by the conductivity measuring unit becomes equal to or less than the third set value X3. Since the refrigerant flow rate control valve is controlled in the direction, it is possible to generate the gas hydrate by returning the heat exchanger to the cooling capacity during the normal operation with less possibility of blockage.
本発明の第5の態様は、前記第1の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記反応生成部は原料ガス供給ラインに原料ガス流量調節弁を備え、前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには原料ガスの供給量を減らす方向に前記原料ガス流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the first aspect, the reaction generation unit includes a source gas flow rate adjustment valve in a source gas supply line, and the control unit measures the conductivity. When the measured value by the unit is equal to or greater than the first set value X1, the control for adjusting the source gas flow rate control valve in a direction to reduce the supply amount of the source gas is configured to be executable.
反応生成部への原料ガスの供給量を通常運転時よりも絞って少なくすれば、反応生成部内でのガスハイドレートの生成率は低下する。従って、原料の水は通常運転状態と変わらずに反応生成部に供給されることにより、ガスハイドレートの濃度は低下する。この濃度低下により、循環スラリーが熱交換器で冷却される際に、閉塞発生の虞が低下する。 If the supply amount of the raw material gas to the reaction generation unit is reduced to be smaller than that during normal operation, the gas hydrate generation rate in the reaction generation unit is lowered. Therefore, the concentration of the gas hydrate is lowered by supplying the raw material water to the reaction generation unit without changing from the normal operation state. Due to this decrease in concentration, the risk of clogging is reduced when the circulating slurry is cooled by the heat exchanger.
本態様によれば、制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには原料ガスの供給量を減らす方向に前記原料ガス流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されているので、循環スラリー自体の濃度を直接低下することができ、以て、熱交換器を通常運転時における冷却能力で運転しても、該熱交換器内におけるガスハイドレートの生成、付着が起こりにくくなり、閉塞発生の虞を低減することができる。 According to this aspect, the control unit can execute control for adjusting the source gas flow rate control valve in a direction to reduce the supply amount of the source gas when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or greater than the first set value X1. Therefore, even if the heat exchanger is operated with the cooling capacity during normal operation, the gas hydrate is generated in the heat exchanger. Adhesion is less likely to occur and the risk of blockage can be reduced.
本発明の第6の態様は、前記第5の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記制御部は、前記原料ガスの供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第4の設定値X4以下になったときには該原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に前記原料ガス流量調節弁を制御するように構成されていることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the fifth aspect, the control unit reduces the supply amount of the source gas, and then the measured value by the conductivity measuring unit is the fourth. Is less than the set value X4, the raw material gas flow rate adjustment valve is controlled to return the supply amount of the raw material gas to the initial state.
ここで、第4の設定値X4は、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態に変わり、原料ガスの供給量を通常運転時の量に戻しても前記閉塞の虞はない程度に低い濃度に対応する導電率である。この値X4も予め実測し、安全率を考慮して定めるのが好ましいが、理論的な計算により定めてもよい。尚、第4の設定値X4は前記第3の設定値X3と通常は近い値になると言える。 Here, the fourth set value X4 is changed to a state in which the gas hydrate concentration of the circulating slurry is changed to a low state, so that there is no risk of the blockage even if the supply amount of the raw material gas is returned to the amount during normal operation. Corresponding conductivity. This value X4 is also preferably measured in advance and determined in consideration of the safety factor, but may be determined by theoretical calculation. It can be said that the fourth set value X4 is normally close to the third set value X3.
本態様によれば、制御部は、前記原料ガスの供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第4の設定値X4以下になったときには該原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に前記原料ガス流量調節弁を制御するように構成されているので、閉塞の虞少なく原料ガスの供給量を通常運転時の量に戻してガスハイドレートの生成を行うことができる。 According to this aspect, after reducing the supply amount of the raw material gas, the control unit sets the supply amount of the raw material gas to the initial state when the measured value by the conductivity measuring unit becomes the fourth set value X4 or less. Since the raw material gas flow rate control valve is controlled in the direction to return to the normal state, the supply amount of the raw material gas can be returned to the amount during normal operation with little risk of clogging, and gas hydrate can be generated.
本発明の第7の態様は、前記第2の態様又は第3の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記反応生成部は原料ガス供給ラインに原料ガス流量調節弁を備え、前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには、前記冷媒の供給量を減らす制御に加えて、原料ガスの供給量を減らす方向に前記原料ガス流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the second aspect or the third aspect, the reaction generation unit includes a source gas flow rate control valve in a source gas supply line, and the control unit includes: When the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or higher than the first set value X1, in addition to the control to reduce the refrigerant supply amount, the raw material gas flow rate adjustment valve is adjusted in a direction to reduce the raw material gas supply amount. The present invention is characterized in that the control can be executed.
本態様によれば、循環スラリーの濃度が高くなり、熱交換器で閉塞発生の虞が高まったとき、その虞の高い状態であることを循環スラリーの導電率の計測により把握し、冷媒の供給量を減らす制御に加えて、原料ガスの供給量も減らす制御が実行されるので、短時間で循環スラリーの濃度を前記閉塞発生の虞がない程度まで低下させることができる。すなわち、熱交換器は、通常運転時における冷却能力よりも低い冷却能力に切り換わると共に、原料ガスの供給が絞られて循環スラリー自体の濃度が直接低下することになるので、該熱交換器内におけるガスハイドレートの生成、付着が一層起こりにくくなり、閉塞発生の虞を一層低減することができる。 According to this aspect, when the concentration of the circulating slurry is increased and the possibility of clogging is increased in the heat exchanger, it is grasped by measuring the conductivity of the circulating slurry that the risk is high, and the refrigerant is supplied. In addition to the control for reducing the amount, the control for reducing the supply amount of the raw material gas is executed, so that the concentration of the circulating slurry can be lowered to a level where there is no possibility of the occurrence of the clogging in a short time. That is, the heat exchanger is switched to a cooling capacity lower than the cooling capacity during normal operation, and the supply of the raw material gas is throttled to directly reduce the concentration of the circulating slurry itself. The formation and adhesion of gas hydrates in the gas are less likely to occur, and the risk of clogging can be further reduced.
本発明の第8の態様は、前記第7の態様のガスハイドレートの製造装置において、前記制御部は、前記冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第5の設定値X5以下になったときには該冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に前記冷媒流量調節弁及び原料ガス流量調節弁を制御するように構成されていることを特徴とするものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the gas hydrate manufacturing apparatus according to the seventh aspect, the controller is configured to reduce the supply amount of the refrigerant and the supply amount of the raw material gas, and then the conductivity measurement unit. When the measured value is less than or equal to the fifth set value X5, the refrigerant flow rate control valve and the source gas flow rate control valve are controlled to return the refrigerant supply amount and the raw material gas supply amount to the initial state. It is characterized by that.
ここで、第5の設定値X5は、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態に変わり、熱交換器を通常運転時の冷却能力に戻し、更に原料ガスの供給量の通常運転時の量に戻しても前記閉塞の虞はない程度に低い濃度に対応する導電率である。この値X5も予め実測し、安全率を考慮して定めるのが好ましいが、理論的な計算により定めてもよい。尚、第5の設定値X5は前記第3の設定値X3と通常は近い値になると言える。 Here, the fifth set value X5 is changed to a state where the gas hydrate concentration of the circulating slurry is low, the heat exchanger is returned to the cooling capacity during the normal operation, and further the supply amount of the raw material gas is changed to the amount during the normal operation. The conductivity corresponds to such a low concentration that there is no risk of clogging even when returned. This value X5 is also preferably measured in advance and determined in consideration of the safety factor, but may be determined by theoretical calculation. It can be said that the fifth set value X5 is normally close to the third set value X3.
本態様によれば、制御部は、前記冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第5の設定値X5以下になったときには該冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に前記冷媒流量調節弁及び原料ガス流量調節弁を制御するように構成されているので、閉塞の虞少なく熱交換器を通常運転時の冷却能力に復帰させ、更に原料ガスの供給量を通常運転時の量に戻してガスハイドレートの生成を行うことができる。 According to this aspect, the control unit reduces the supply amount of the refrigerant and the supply amount of the raw material gas, and then supplies the refrigerant when the measured value by the conductivity measurement unit becomes the fifth set value X5 or less. Since the refrigerant flow rate control valve and the raw material gas flow rate control valve are controlled to return the amount and the supply amount of the raw material gas to the initial state, the cooling capacity of the heat exchanger during normal operation is less likely to be blocked. In addition, the gas hydrate can be generated by returning the supply amount of the raw material gas to the amount during normal operation.
本発明によれば、ガスハイドレートスラリーの導電率から該スラリー中のガスハイドレートの濃度をリアルタイムで検出することができ、もって熱交換機においてガスハイドレートによる閉塞発生の虞を低減することができる。 According to the present invention, the concentration of the gas hydrate in the slurry can be detected in real time from the conductivity of the gas hydrate slurry, so that the risk of clogging due to gas hydrate in the heat exchanger can be reduced. .
[実施の形態1]
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1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り、図2は図1のガスハイドレートの製造装置における液体冷却装置の運転を制御する制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
[Embodiment 1]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas hydrate manufacturing apparatus according to
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(約3℃)及び高圧(約5.5MPa)の下で反応させて一次ガスハイドレート6を生成する反応生成部1と、該反応生成部1内の液体を冷却する液体冷却装置2と、前記液体冷却装置2の運転を制御する制御部14と、前記反応生成部1で生成した一次ガスハイドレート6のスラリーがスラリーポンプ10を介して送られ、該スラリーを濃縮する脱水装置3と、該脱水装置3で脱水処理された濃縮スラリーと原料ガスを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレート4を生成する第二反応生成部5とを備えて構成されている。
The apparatus for producing a gas hydrate according to the present embodiment generates a
液体冷却装置2は、繰り返しの説明になるが、ガスハイドレートの生成反応が発熱反応であるため、反応生成部1内の液温上昇を抑えるために設けられている。該液体冷却装置2は、図1に示したように、第一の反応生成部1から液体を外部に抜き出して戻す循環ライン7と、該循環ライン7に設けられた循環用ポンプ8と、該循環用ポンプ8より循環方向Fにおける下流側に設けられた熱交換器9によって構成されている。熱交換器9は、冷媒供給ライン11に冷媒流量調節弁12を備えている。
Although the
反応生成部1は、原料ガス供給ライン15から原料ガスが供給され、原料の水供給ライン16から水が供給される。そして、内部のガスハイドレートスラリーの導電率を測る導電率計13を備えている。
The
制御部14は、前記導電率計13による前記スラリーの導電率の測定結果を受けて前記液体冷却装置2の運転の制御を実行可能に構成されている。この制御部14は、ガスハイドレートスラリーの導電率とガスハイドレートの濃度との関係(検量線)が予め求められて記憶部に記憶されており、反応生成部1内のスラリーの導電率を測定することにより、ガスハイドレートの濃度を求めることが可能になっている。
The
次に、本実施の形態における制御部14の制御内容を、図2のフローチャートに基づいて説明する。
制御部14は、導電率計13による測定値が前記第1の設定値X1以上のときには(ステップS1)、冷媒供給ライン11から送られる冷媒の供給量を減らす方向に前記冷媒流量調節弁12を調節する制御を実行するように構成されている(ステップS2)。ここで、第1の設定値X1は、既述の通り、循環ライン7を通って熱交換器9を循環するガスハイドレートスラリーの濃度で、そのまま循環を継続すると該熱交換器9内でガスハイドレートの閉塞の発生、成長の虞のある濃度に対応するスラリーの導電率の値である。
Next, the control content of the
When the measured value by the
このステップS2により、熱交換器9は、通常運転時における冷却能力よりも低い冷却能力に換わるので、該熱交換器9内におけるガスハイドレートの生成、付着が起こりにくくなり、閉塞発生の虞を低減することができる。
By this step S2, the
また、導電率計13による測定値が前記第2の設定値X2以下(ここで、X2<X1)のときには(ステップS1)、冷媒供給ライン11から送られる冷媒の供給量を増やす方向に前記冷媒流量調節弁12を調節する制御を実行するように構成されている(ステップS3)。ここで、第2の設定値X2は、既述の通り、循環ライン7を循環するスラリーのガスハイドレート濃度が低い状態で前記閉塞の虞はなく、それよりも熱交換器9で積極的に循環スラリーを冷却してガスガスハイドレートの生成反応を起こりやすくすべき程度に低い濃度に対応する導電率である。
When the measured value by the
このステップS3により、冷媒供給ライン11から送られる冷媒の供給量を増やす方向に冷媒流量調節弁12を調節するので、例えば、当該ガスハイドレート製造装置の運転開始の立ち上がり時間を短縮できる効果が得られる。
By this step S3, the refrigerant flow
そして、ステップS2で前記冷媒の供給量を減らした後、導電率計13による測定値が前記第3の設定値X3以下になったときには(ステップS4)、冷媒供給ライン11から送られる該冷媒の供給量を初期状態に戻す方向に冷媒流量調節弁12を制御するように構成されている(ステップS5)。ここで、第3の設定値X3は、既述の通り、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態に変わり、熱交換器9を通常運転時の冷却能力に戻しても前記閉塞の虞はない程度に低い濃度に対応する導電率である。このステップS5により、閉塞の虞少なく熱交換器9を通常運転時の冷却能力に復帰させてガスハイドレートの生成を行うことができる。
尚、本実施の形態では、ステップS4において、一定時間経過しても導電率計13による測定値が前記第3の設定値X3以下にならないときは、ステップS2に戻って、更に冷媒供給量を減らせるようになっている。
Then, after the supply amount of the refrigerant is reduced in step S2, when the measured value by the
In the present embodiment, in step S4, if the measured value by the
前記ステップS3で前記冷媒の供給量を増やした後、導電率計13による測定値が第6の設定値X6以上になったときには(ステップS6)、前記ステップS5に移行して、熱交換器9を通常運転時の冷却能力に戻してガスハイドレートの生成を行うようになっている。
After the supply amount of the refrigerant is increased in step S3, when the measured value by the
[実施の形態2]
図3は本発明の実施の形態2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り、図4は図3のガスハイドレートの製造装置における反応生成部の運転を制御する制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a gas hydrate production apparatus according to
本実施の形態では、反応生成部1は原料ガス供給ライン15に原料ガス流量調節弁17を備えている。そして、制御部14は、導電率計13による測定値が第1の設定値X1以上のときには(ステップS11)、原料ガス供給ライン15から送られる原料ガスの供給量を減らす方向に原料ガス流量調節弁17を調節するようになっている(ステップS12)。
In the present embodiment, the
反応生成部1への原料ガスの供給量を通常運転時よりも絞って少なくすれば、反応生成部1内でのガスハイドレートの生成率は低下する。従って、水供給ライン16から送られる原料の水は通常運転状態と変わらずに反応生成部1に供給されることにより、ガスハイドレートの濃度は低下する。このように循環スラリーの濃度が低下することにより、該循環スラリーが熱交換器9で冷却される際に、閉塞発生の虞が低下する。
If the supply amount of the raw material gas to the
ステップS12により、反応生成部1内の循環スラリー自体の濃度を直接低下することができるので、熱交換器9を通常運転時における冷却能力で運転しても、該熱交換器9内におけるガスハイドレートの生成、付着が起こりにくくなり、閉塞発生の虞を低減することができる。
Since the concentration of the circulating slurry itself in the
原料ガスの供給量を減らした後(ステップS12)、導電率計13による測定値が第4の設定値X4以下になったときには(ステップS13)、該原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に原料ガス流量調節弁17を制御するようになっている(ステップS14)。ここで、第4の設定値X4は、既述の通り、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態に変わり、原料ガスの供給量を通常運転時の量に戻しても前記閉塞の虞はない程度に低い濃度に対応する導電率である。
ステップS14により、閉塞の虞少なく原料ガスの供給量を通常運転時の量に戻してガスハイドレートの生成を行うことができる。
After reducing the supply amount of the source gas (step S12), when the measured value by the
By step S14, the gas hydrate can be generated by returning the supply amount of the raw material gas to the amount at the time of normal operation with little risk of blockage.
[実施の形態3]
図5は本発明の実施の形態3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り、図6は図5のガスハイドレートの製造装置における反応生成部の運転を制御する制御部の制御内容を説明するフローチャートである。
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a gas hydrate manufacturing apparatus according to
本実施の形態では、熱交換器9は冷媒供給ライン11に冷媒流量調節弁12を備え、反応生成部1は原料ガス供給ライン15に原料ガス流量調節弁17を備えている。そして、制御部14は、導電率計13による測定値が第1の設定値X1以上のときには(ステップS21)、冷媒供給ライン11から送られる冷媒の供給量を減らす方向に冷媒流量調節弁12を調節すると共に、更に、原料ガスの供給量を減らす方向に原料ガス流量調節弁17を調節するようになっている(ステップS22)。
In the present embodiment, the
このステップS22により、循環スラリーの濃度が高くなり、熱交換器9で閉塞発生の虞が高まったとき、その虞の高い状態であることを、導電率計13による循環スラリーの導電率の計測により把握し、冷媒の供給量を減らすことに加えて、原料ガスの供給量も減らすので、短時間で循環スラリーの濃度を前記閉塞発生の虞がない程度まで低下させることができる。すなわち、熱交換器9は、通常運転時における冷却能力よりも低い冷却能力に切り換わると共に、原料ガスの供給が絞られて循環スラリー自体の濃度が直接低下することになるので、該熱交換器9内におけるガスハイドレートの生成、付着が一層起こりにくくなり、閉塞発生の虞を一層低減することができる。
By this step S22, when the concentration of the circulating slurry is increased and the possibility of the occurrence of clogging in the
前記冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を減らした後(ステップS22)、導電率計13による測定値が第5の設定値X5以下になったときには(ステップS23)、該冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に冷媒流量調節弁12及び原料ガス流量調節弁17を制御するようになっている(ステップS24)。ここで、第5の設定値X5は、既述の通り、循環スラリーのガスハイドレート濃度が低い状態に変わり、熱交換器9を通常運転時の冷却能力に戻し、更に原料ガスの供給量の通常運転時の量に戻しても前記閉塞の虞はない程度に低い濃度に対応する導電率である。
After reducing the supply amount of the refrigerant and the supply amount of the source gas (step S22), when the measured value by the
ステップS24により、冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に冷媒流量調節弁12及び原料ガス流量調節弁17を制御するので、閉塞の虞少なく熱交換器9を通常運転時の冷却能力に復帰させ、更に原料ガスの供給量を通常運転時の量に戻してガスハイドレートの生成を行うことができる。
In step S24, the refrigerant flow
1 反応生成部、 2 液体冷却装置、 3 脱水装置、 4 高濃度の二次ガスハイドレート、 5 第二反応生成部、 6 一次ガスハイドレート、 7 循環ライン、 8 循環用ポンプ、 9 熱交換器、 10 スラリーポンプ、 11 冷媒供給ライン、 12 冷媒流量調節弁、 13 導電率計、 14 制御部、 15 原料ガス供給ライン、 16 原料の水供給ライン、 17 原料ガス流量調節弁
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記反応生成部内の液体相を冷却する液体冷却部と、
前記反応生成部および/又は液体冷却部の運転を制御する制御部と、を備えたガスハイドレートの製造装置であって、
前記液体冷却部は、前記反応生成部から液体を抜き出して再び戻す循環ラインと、前記循環ラインに設けられた熱交換器とを備え、
前記反応生成部は、内部の液体の導電率を測る導電率測定部を備え、
前記制御部は、前記導電率測定部による測定結果を受けて前記液体冷却部および/又は反応生成部の運転の制御を実行可能に構成されていることを特徴とするガスハイドレートの製造装置。 A reaction generating unit that generates a gas hydrate by reacting a raw material gas and water under low temperature and high pressure;
A liquid cooling section for cooling the liquid phase in the reaction generation section;
A control unit for controlling the operation of the reaction generation unit and / or the liquid cooling unit, and a gas hydrate manufacturing apparatus comprising:
The liquid cooling unit includes a circulation line that extracts liquid from the reaction generation unit and returns the liquid, and a heat exchanger provided in the circulation line,
The reaction generation unit includes a conductivity measurement unit that measures the conductivity of an internal liquid,
The said control part is comprised so that execution control of the said liquid cooling part and / or reaction production | generation part can be performed in response to the measurement result by the said electrical conductivity measurement part, The manufacturing apparatus of the gas hydrate characterized by the above-mentioned.
前記熱交換器は冷媒供給ラインに冷媒流量調節弁を備え、
前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには冷媒の供給量を減らす方向に前記冷媒流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするガスハイドレートの製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 1,
The heat exchanger includes a refrigerant flow rate adjustment valve in a refrigerant supply line,
The control unit is configured to be able to execute control for adjusting the refrigerant flow rate control valve in a direction to reduce the supply amount of the refrigerant when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or greater than the first set value X1. A gas hydrate manufacturing apparatus.
前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第2の設定値X2以下(ここで、X2<X1)のときには冷媒の供給量を増やす方向に前記冷媒流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするガスハイドレートの製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 2,
The control unit executes control to adjust the refrigerant flow rate adjustment valve in a direction to increase the supply amount of the refrigerant when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or less than a second set value X2 (where X2 <X1). An apparatus for producing a gas hydrate, characterized by being configured.
前記制御部は、前記冷媒の供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第3の設定値X3以下になったときには該冷媒の供給量を初期状態に戻す方向に前記冷媒流量調節弁を制御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の製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 2 or 3,
After reducing the supply amount of the refrigerant, the control unit reduces the flow rate of the refrigerant in a direction to return the supply amount of the refrigerant to an initial state when a measured value by the conductivity measurement unit becomes a third set value X3 or less. An apparatus for producing a gas hydrate, characterized by being configured to control a control valve.
前記反応生成部は原料ガス供給ラインに原料ガス流量調節弁を備え、
前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには原料ガスの供給量を減らす方向に前記原料ガス流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするガスハイドレートの製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 1,
The reaction generator is provided with a source gas flow control valve in a source gas supply line,
The control unit is configured to be able to execute control to adjust the source gas flow rate control valve in a direction to reduce the supply amount of the source gas when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or greater than the first set value X1. An apparatus for producing a gas hydrate characterized by the above.
前記制御部は、前記原料ガスの供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第4の設定値X4以下になったときには該原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に前記原料ガス流量調節弁を制御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の製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 5,
The control unit reduces the supply amount of the source gas in a direction to return the supply amount of the source gas to the initial state when the measured value by the conductivity measuring unit becomes a fourth set value X4 or less after reducing the supply amount of the source gas. A gas hydrate manufacturing apparatus configured to control a raw material gas flow rate control valve.
前記反応生成部は原料ガス供給ラインに原料ガス流量調節弁を備え、
前記制御部は、前記導電率測定部による測定値が第1の設定値X1以上のときには、前記冷媒の供給量を減らす制御に加えて、原料ガスの供給量を減らす方向に前記原料ガス流量調節弁を調節する制御を実行可能に構成されていることを特徴とするガスハイドレートの製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 2 or 3,
The reaction generator is provided with a source gas flow control valve in a source gas supply line,
The control unit adjusts the source gas flow rate in a direction to reduce the supply amount of the source gas in addition to the control to reduce the supply amount of the refrigerant when the measured value by the conductivity measuring unit is equal to or greater than the first set value X1. An apparatus for producing a gas hydrate, characterized in that control for adjusting a valve can be executed.
前記制御部は、前記冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を減らした後、前記導電率測定部による測定値が第5の設定値X5以下になったときには該冷媒の供給量及び原料ガスの供給量を初期状態に戻す方向に前記冷媒流量調節弁及び原料ガス流量調節弁を制御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の製造装置。 In the gas hydrate manufacturing apparatus according to claim 7,
The control unit reduces the supply amount of the refrigerant and the supply amount of the raw material gas when the measured value by the conductivity measuring unit becomes the fifth set value X5 or less after reducing the supply amount of the refrigerant and the supply amount of the raw material gas. An apparatus for producing a gas hydrate, wherein the apparatus is configured to control the refrigerant flow rate control valve and the raw material gas flow rate control valve in a direction to return the supply amount to an initial state.
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