JP2010229175A

JP2010229175A - ガスハイドレート製造装置及びその制御方法

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Publication number: JP2010229175A
Application number: JP2009075150A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Mimachi; 博子三町; Masahiro Takahashi; 正浩高橋; Tetsuo Murayama; 哲郎村山
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP5284157B2

Abstract

【課題】大量処理が可能で、付帯設備が少なく、小型である脱圧装置を備えたガスハイドレート製造装置を提供する。
【解決手段】脱圧装置２は、ペレットｍと封液Ｌが供給される高圧槽１０と、封液Ｌが供給されている搬送装置１１と、ペレット回収部１２を有し、搬送装置１１が、一方を高圧槽１０に、他方をペレット回収部１２に連結した中央部に球状に形成された弁室を有するケーシング２０と、前記ケーシング２０の内部に回転可能に支持された球状弁２１と、前記ケーシング２０と前記球状弁２１の形成する隙間である隙間部２２と、前記高圧槽１０と隙間部２２をシールする高圧側シール２３と、前記ペレット回収部１２と隙間部２２をシールする低圧側シール２４と、前記球状弁２１の一部を穿孔して開口部３１を形成した運搬室３０を有しており、さらに、運搬室３０から前記高圧槽１０へ前記封液Ｌを循環する第１循環ライン１４ａを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、天然ガス、メタン、エタン、プロパン等のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置及びその制御方法に関するものである。

従来のガスハイドレートペレット（例えば、天然ガスハイドレートペレット等）の製造工程は、約５．４ＭＰａの高圧環境下でガスハイドレートの生成を行う生成工程と、生成された粉雪状のハイドレートを圧搾して球状、円柱状、あるいはピンポン玉状のペレットに加工する成形工程と、前記ペレットを冷却及び脱圧する冷却工程及び脱圧工程と、大気圧下にあるペレット貯留タンクで貯留する貯留工程とから構成されている。

図５に、ガスハイドレート製造装置１Ｘの１例を示すように、ガスハイドレート製造装置１Ｘは、ガスハイドレートを生成する生成装置３と、ガスハイドレートを圧搾してペレットｍに加工する成形装置４と、ペレットｍを冷却する冷却装置５と、ペレットｍを脱圧する脱圧装置２Ｘと、ペレットｍを貯留する貯留槽６から構成されている。

ここで、ペレットｍの冷却工程に関して説明する。冷却装置５において、ペレットｍは、封液Ｌにより冷却され、この冷却を促進するために、モータ等により撹拌される場合もある。ここで、封液Ｌは、原料ガスとは異なる成分の非反応性ガスから構成されており、例えば液体プロパン、油等が使用されている。

次に、ペレットｍの脱圧工程に関して説明する。冷却されたペレットｍは、封液Ｌと共に、脱圧装置２Ｘに搬送される。脱圧装置２Ｘは、例えばロックホッパ等で構成され、入口側に高圧側バルブ１３ａを、排出側に低圧側バルブ１３ｂを有している。高圧側バルブ１３ａを開放すると、共に封液Ｌで充たされた冷却装置５と脱圧装置２Ｘが連通して、ペレットｍは、封液Ｌ内を重力により沈降して、脱圧装置２Ｘ内に移動する。ペレットｍが、脱圧装置２Ｘ内に移動を完了した後、高圧側バルブ１３ａを閉止し、低圧側バルブ１３ｂを開放して、ペレットｍを大気圧として、脱圧工程が完了し、ペレットｍは貯留槽６に貯留される（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の脱圧工程では、ペレットｍが移送された減圧ドラム（脱圧装置２Ｘ）内に作動液（封液Ｌ）を充填し、作動液をフラッシュ弁からフラッシュして、減圧ドラム内を大気圧まで脱圧する構成としている。この構成により、貯槽内６に流入した大気圧のパージガスを、約５．４ＭＰａの原料ガスのガス圧まで再度、昇圧する必要がなくなり、ガスハイドレート製造装置１Ｘにおける消費電力を抑制することを可能としている。

特開２００６−５２２６１号公報

しかしながら、ペレットｍの移動を、冷却装置５の液相から、脱圧装置２Ｘの液相に行う構成により、ペレットｍの移動時間が長くなる問題がある。即ち、ペレットｍと封液Ｌの比重差が、非常に小さいため、ペレットｍの沈降速度が極めて遅くなるという問題である。なお、ペレットｍの比重は、約０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ^３、封液Ｌが、例えば液体プロパンであれば、０．５５〜０．６５ｇ／ｃｍ^３、油であれば０．７５〜０．８５ｇ
／ｃｍ^３である。

ここで、ガスハイドレートを商業的に生産するプラントを建設する場合、脱圧装置の大量処理化が望まれている。

そこで、本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ガスハイドレート製造装置であって、大量処理が可能であり、付帯設備が少なく、かつ、小型である脱圧装置を備えたガスハイドレート製造装置及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るガスハイドレート製造装置は、ガスハイドレートを生成条件下から大気圧へ脱圧する脱圧装置を有したガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置が、前記ペレットと前記ガスハイドレートの原料ガスとは異なる組成を有した封液の混合物を供給される高圧槽と、前記封液を充填されている搬送装置と、ペレット回収部を有しており、前記搬送装置が、一方を高圧槽に、他方をペレット回収部に連結した中央部に球状に形成された弁室を有するケーシングと、前記ケーシングの内部に回転可能に支持された球状弁と、前記ケーシングと前記球状弁の隙間に隙間部を形成し、前記高圧槽と隙間部をシールする高圧側シールと、前記ペレット回収部と隙間部をシールする低圧側シールと、前記球状弁の一部を穿孔して前記高圧槽又はペレット回収部に対応する開口部を形成した運搬室を有しており、さらに、前記中間槽から前記高圧槽へ前記封液を循環する第１循環ラインにより、前記封液の循環路を形成したことを特徴とする。

上記ガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置の前記ペレット回収部から前記運搬室へ前記封液を循環する第２循環ラインにより、前記封液の循環路を形成したことを特徴とする。

上記ガスハイドレート製造装置において、前記高圧槽と前記隙間部を高圧リリーフ弁を有する高圧リリーフラインで連結し、前記ペレット回収部と前記隙間部を低圧リリーフ弁を有する低圧リリーフラインで連結して、前記隙間部の圧力を制御するよう構成したことを特徴とする。

上記のガスハイドレート製造装置において、前記搬送装置の高圧側を、ガスハイドレートペレットを冷却する冷却装置と連結したことを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明に係るガスハイドレート製造装置の制御方法は、上記のガスハイドレート製造装置の制御方法であって、前記冷却装置で前記ペレットと封液を接触させて冷却する冷却ステップと、前記冷却装置と前記運搬室の開口部を連通するペレット移動開始ステップと、前記運搬室と前記冷却装置を連結した第１循環ラインの循環ポンプを作動し、前記封液を前記運搬室から前記冷却装置に循環し、前記ペレットを前記運搬室に強制移動させるペレット沈降促進ステップと、前記球状弁を回転し、前記低圧リリーフラインにより前記運搬室を脱圧する脱圧ステップと、前記運搬室の開口部と前記ペレット回収部を連通し、前記第２循環ラインの循環ポンプを作動し、前記封液を前記ペレット回収部から前記運搬室に循環し、前記ペレットを前記ペレット回収部に移動させるペレット回収ステップと、を有したことを特徴とする。

本発明に係る脱圧装置及びその制御方法によれば、大量処理が可能であり、付帯設備が少なく、かつ、小型である脱圧装置及びその制御方法を提供することができる。即ち、封液を充填された搬送装置の運搬室から高圧槽に、封液を循環する第１循環ラインを設置し
た構成により、高圧槽から運搬室への封液の流れを発生させ、高圧槽のペレットをこの流れに乗せて積極的に運搬室へ移動させることができる。そのため、ペレットの高圧槽から運搬室へ移動する速度を、ペレットの比重に関係なく、封液と同じ速度に制御することが可能となり、脱圧装置の大量処理化を実現することができる。

また、循環ラインを循環している封液の流速を上昇させて、ペレットの移動速度を上昇させることによって、脱圧装置の処理量を増加させることができる。この単位時間当たりの処理量増加により、脱圧装置を従来のものと比べ小型化することができる。

さらに、球状弁を連続的に回転させ、ペレットを連続的に搬送することができるため、処理速度が速い搬送装置とすることができる。また、ゲート弁等は、差圧が働くことによりゲートが押され、スライドさせることが困難となる動作不良が発生するが、この搬送装置は球状弁を封液に浮かせた状態で回転させるので、バルブの切替と同様の効果を得られるため、動作不良の発生を抑制することができる。

さらに、封液を充填されたペレット回収部から運搬室へ、この封液を循環する第２循環ラインを設置した構成により、運搬室からペレット回収部へ封液の流れが発生し、運搬室のペレットをこの流れにより積極的にペレット回収部へ移動させることができる。

さらに、高圧リリーフライン及び低圧リリーフラインを設置した構成により、隙間部の圧力を制御することができる。例えば、運搬室が高圧槽からペレット回収部へ開口部を回転させる途中で、高圧槽及びペレット回収部の圧力から、運搬室がシールにより完全に独立するときがあり、このときに、リリーフラインを制御して、高圧槽及びペレット回収部の両側から隔離された運搬室及び隙間部の圧力を制御することができる。

このため、運搬室内の圧力が急激に変化することが抑制され、シールへの負担が小さくなる。その結果、特に高圧槽とペレット回収部の差圧が大きい場合であっても、シール部材の強度を上げるために、肉厚を増加する等のシール機構の強化が不必要となり、搬送装置を小さく構成することができる。

さらに、冷却装置を高圧槽として利用する構成により、高圧領域における装置が小規模化されるため、代わりに成形装置等のペレットの大量生産を実現するための装置を追加することができる。

さらに、ガスハイドレート製造装置の制御方法において、封液内におけるペレットの移動速度を上昇させる制御ステップと、運搬室が、高圧側（高圧槽）及び低圧側（ペレット回収部）とそれぞれ連通する際の圧力差を抑制する制御ステップを有した構成により、ペレットの大量処理化、及び脱圧装置の大容量化を実現することができる。

本発明に係る実施の形態の脱圧装置を示す図である。球状弁を示す図である。脱圧装置の作動状態を示す図である。脱圧装置の作動状態を示す図である。従来のガスハイドレート製造装置の概略図である。

以下、本発明に係る実施の形態のガスハイドレート製造装置における脱圧装置及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１にガスハイドレート製造装置１の脱圧工程で使用する脱圧装置２を示す。

脱圧装置２は、封液Ｌを充填した高圧槽１０と、搬送装置１１と、ペレット回収部１２を有しており、この搬送装置１１は、一方を高圧槽１０に他方をペレット回収部１２に連結した中央部に球状に形成された弁室を有するケーシング２０と、ケーシング２０の内部に隙間を設け、隙間に充填した封液に積極的に浮かせ、かつ回転可能に支持された球状弁２１と、ケーシング２０と球状弁２１の形成する隙間である隙間部２２と、高圧槽１０と隙間部２２をシールする高圧側シール２３と、ペレット回収部１２と隙間部２２をシールする低圧側シールと２４と、球状弁２１の一部を穿孔して高圧槽１０又はペレット回収部１２に対応する開口部３１を有した運搬室３０を形成し、運搬室３０に収容したペレットｍを球状弁２１の回転により運搬する構成を有している。

また、運搬室３０と高圧槽１０を連結し、循環ポンプ１５ａと循環バルブ１６ａを設置した第１循環ライン１４ａを有しており、同様にペレット回収部１２と運搬室３０を連結した第２循環ライン１４ｂを有している。

さらに、高圧槽１０と隙間部２２を、高圧リリーフ弁２６を有する高圧リリーフライン２５で連結し、ペレット回収部１２と隙間部２２を、低圧リリーフ弁２８を有する低圧リリーフライン２７で連結している。

なお、図５に示す冷却装置５を高圧槽１０として使用することもできる。この構成により、ガスハイドレート製造装置１の規模を縮小することができる。特に、高圧領域における装置の容積は、小規模にすることが望ましい。

図２に球状弁２１の斜視図を示す。球状弁２１は、内部に運搬室３０を有しており、かつ、軸部３２を介して、ケーシング２０に回転自在に支持される。また、軸部３２の一方は、内部に循環路２９を有しており、封液Ｌが循環するように構成されている。さらに、運搬室３０の開口部３１は、高圧側シール２３又は低圧側シール２４と接するように構成されている。

ここで、運搬室３０の形状を円筒状としているが、本発明はこの構成に限られるものではなく、運搬室３０の内壁をテーパー状に形成してもよく、球状弁２１内部に球状の運搬室３０を形成してもよい。なお、循環路２９は、望ましくは運搬室３０の底部に入口を有する構成とし、入口には、封液Ｌは通過させ、ペレットｍは通過させないフィルタを設置する構成とする。

次に、脱圧装置２の制御に関して説明する。先ず、ペレットｍ及び封液Ｌを、冷却装置５から高圧槽１０に供給する。このとき、運搬室３０と高圧槽１０は連通しておらず、運搬室３０内には封液Ｌが充填されている状態である。

ペレットｍの脱圧工程開始のときには、球状弁２１の回転により、運搬室３０と高圧槽１０が連通する。この連通により、ペレットｍは、図１に示すように重力により運搬室３０へ沈降を開始する。このとき、第１循環ライン１４ａの循環バルブ１６ａを開放し、循環ポンプ１５ａを始動して、図１に示す矢印３３の方向に封液Ｌを循環する。この流れに乗ってペレットｍが、運搬室３０に積極的に移動する。

ペレットｍが運搬室３０に移動した後、循環ポンプ１５ａを停止し、循環バルブ１６ａを閉止し、球状弁２１を矢印３４の方向に回転させる。この回転により、運搬室３０はペレット回収部１２と連通し、前述と同様に第２循環ライン１４ｂを作動して、ペレットｍをペレット回収部１２に移動させる。ペレット回収部１２に移動したペレットｍは、次工程である貯留槽６へ運搬され、貯留される。

前述の循環ライン１４の流量の制御により、ペレットｍの移動速度を制御することができ、そのため脱圧装置２のペレット処理速度の向上を実現することができる。即ち、脱圧装置２におけるペレットｍの大量処理化を実現することができる。

また、高圧槽１０、搬送装置１１、ペレット回収部１２において、循環している封液Ｌの量の増減が生じないため、循環ライン１４以外の封液Ｌを移動させる付帯設備を設置する必要がない。

なお、封液Ｌは、脱圧装置２において、気化しない温度に制御されている。例えば、高圧槽１０が、５．０〜５．８ＭＰａで、−２５〜−１５℃、ペレット回収部１２が大気圧で、−２５〜−１５℃であり、搬送装置１１は、この２つの条件の間で変化を繰り返す範囲で圧力及び温度を制御される。

また、循環バルブ１６は、例えばボールバルブ、バタフライバルブ等の一般的に使用されるバルブを適宜選択して使用することができる。さらに、脱水装置２は、ペレットｍに限らず、成形前の粉雪状のハイドレートパウダーでも使用することができる。

次に、脱圧装置２における圧力制御に関して説明する。図１、図３及び図４に、脱圧装置２の作動状態を示しており、簡単のため、図３及び４には循環ライン１４を図示していない。

まず、図１に示す様に、運搬室３０内にペレットｍを、循環ライン１４ａの作動により強制移動させる。このとき、斜線部は高圧領域（例えば５．４ＭＰａ）を示しており、高圧槽１０、運搬室３０及び隙間部２２が高圧領域となっており、同時に、封液Ｌが充たされている状態である。ここで、低圧領域（例えば０．１ＭＰａ）と高圧領域の閉止は、低圧側シール２４により行っている。つぎに、球状弁２１が回転し、運搬室３０の開口部３１が高圧側シール２３を通過し、図３Ａに示す方向となる。

図３Ａでは、運搬室３０が両側のシール２３、２４により高圧側及び低圧側から隔離された状態となっており、このとき、低圧リリーフ弁２８を制御して、運搬室３０及び隙間部２２を脱圧して、圧力を中圧領域（例えば２．０ＭＰａ）とする。ここで、矢印３５は低圧リリーフライン２７中の圧力の移動方向を示しており、粗い斜線部は中圧領域を示している。ここで、高圧側シール２３及び低圧側シール２４には、差圧が作用している状態である。さらに、運搬室３０及び隙間部２２を脱圧して低圧領域とすると、低圧側シール２４にかかる圧力はなくなり、高圧側シール２３に高圧領域と低圧領域の差圧が作用する。

図３Ｂでは、低圧領域となった運搬室３０が球状弁２１の回転により、封液Ｌで充たされたペレット回収部１２と連通して、ペレットｍがペレット回収部１２に移動する。このとき、第２循環ライン１４ｂの作用により、ペレットｍの移動速度を向上させることができる。

図４Ｃでは、高圧リリーフ弁２６を制御して、運搬室３０及び隙間部２２を加圧して中圧領域としている。図４Ｄでは、運搬室３０及び隙間部２２を、さらに加圧して、高圧領域としている。このため、運搬室３０の開口部３１が、高圧側シール２３を通過する際に、高圧槽１０と圧力差がない状態となっており、圧力差を原因とするシールエロージョン等を発生せずに、運搬室３０を高圧槽１０と連通させることができる。

以上の工程を繰り返し、搬送装置１１は、ペレットｍを高圧側（高圧槽１０）から低圧
側（ペレット回収部１２）に連続して搬送することができるため、装置の大きさに比べ、運搬処理の速度が速い脱圧装置２として提供することができる。

１ガスハイドレート製造装置
２脱圧装置
５冷却装置
１０高圧槽
１１搬送装置
１２ペレット回収部
１３ａ高圧側バルブ
１３ｂ低圧側バルブ
１４ａ第１循環ライン
１４ｂ第２循環ライン
２０ケーシング
２１球状弁
２２隙間部
２３高圧側シール
２４低圧側シール
２５高圧リリーフライン
２７低圧リリーフライン
３０運搬室
３１開口部
ｍガスハイドレートペレット（ペレット）
Ｌ封液

Claims

ガスハイドレートを生成条件下から大気圧へ脱圧する脱圧装置を有したガスハイドレート製造装置において、
前記脱圧装置が、前記ペレットと前記ガスハイドレートの原料ガスとは異なる組成を有した封液の混合物を供給される高圧槽と、前記封液を充填されている搬送装置と、ペレット回収部を有しており、
前記搬送装置が、一方を高圧槽に、他方をペレット回収部に連結した中央部に球状に形成された弁室を有するケーシングと、前記ケーシングの内部に回転可能に支持された球状弁と、前記ケーシングと前記球状弁の隙間に隙間部を形成し、前記高圧槽と隙間部をシールする高圧側シールと、前記ペレット回収部と隙間部をシールする低圧側シールと、前記球状弁の一部を穿孔して前記高圧槽又はペレット回収部に対応する開口部を形成した運搬室を有しており、
さらに、前記中間槽から前記高圧槽へ前記封液を循環する第１循環ラインにより、前記封液の循環路を形成したことを特徴とするガスハイドレート製造装置。
前記脱圧装置の前記ペレット回収部から前記運搬室へ前記封液を循環する第２循環ラインにより、前記封液の循環路を形成したことを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレート製造装置。
前記高圧槽と前記隙間部を高圧リリーフ弁を有する高圧リリーフラインで連結し、前記ペレット回収部と前記隙間部を低圧リリーフ弁を有する低圧リリーフラインで連結して、前記隙間部の圧力を制御するよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスハイドレート製造装置。
前記搬送装置の高圧側を、ガスハイドレートペレットを冷却する冷却装置と連結したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のガスハイドレート製造装置。
請求項４に記載のガスハイドレート製造装置の制御方法であって、
前記冷却装置で前記ペレットと封液を接触させて冷却する冷却ステップと、
前記冷却装置と前記運搬室の開口部を連通するペレット移動開始ステップと、
前記運搬室と前記冷却装置を連結した第１循環ラインの循環ポンプを作動し、前記封液を前記運搬室から前記冷却装置に循環し、前記ペレットを前記運搬室に強制移動させるペレット沈降促進ステップと、
前記球状弁を回転し、前記低圧リリーフラインにより前記運搬室を脱圧する脱圧ステップと、
前記運搬室の開口部と前記ペレット回収部を連通し、前記第２循環ラインの循環ポンプを作動し、前記封液を前記ペレット回収部から前記運搬室に循環し、前記ペレットを前記ペレット回収部に移動させるペレット回収ステップと、
を有したことを特徴とするガスハイドレート製造装置の制御方法。