JP2010235893A - ガスハイドレートの脱圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧下におけるガスハイドレートを大気圧等の低圧にまで脱圧する装置を提供する。
【解決手段】円筒状本体の上部に高圧雰囲気のガスハイドレートが供給される供給口を、下部にガスハイドレートが低圧雰囲気に排出される排出口をそれぞれ設け、前記円筒状本体内に羽根車を軸支すると共に、この羽根車により円筒状本体内に複数のガスハイドレート受入室を区画形成し、前記円筒状本体に、前記供給口より排出口にガスハイドレートを移送する区域の受入室内と前記低圧雰囲気とが連通する脱圧管を設けると共に、前記排出口より供給口に受入室が戻る区域のその受入室内に封液を供給する封液供給管を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧下におけるガスハイドレートを大気圧等の低圧にまで脱圧する装置に関する。

クリーンエネルギーとして注目されているガスハイドレートは、例えば、５〜５．５ＭＰａ、２〜４℃の条件下において、原料ガス（メタンガス、プロパンガス、或いはこれらの混合ガス）と原料水との水和反応により生成される。また、生成したガスハイドレートは、スラリー状となっているので、これを脱水・成形し、ペレットなどの形状に成形して製品化される。

ところで、前記ガスハイドレートは、大気圧下でマイナス２０℃とすると自己保存効果と称される効果を発揮し、長期間にわたって保管できるという特性を有しており、また、生成圧力（５〜５．５ＭＰａ）の高圧下で保存・輸送した場合に、その高圧状態に維持するためのコストがかかる。

係ることから、生成されたガスハイドレートを生成圧力などの高圧から大気圧等の低圧にまで脱圧する方法が提案されている。一例としては、図５に示されるように、ガスハイドレートｈを回転体１５０に設けた収容室１５０ａ内に収容し、ガス放出管１４８からガスｇを排気し、高圧雰囲気の圧力Ｐ１から低圧雰囲気の圧力Ｐ２に脱圧する脱圧装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２６８４０６号公報

特許文献１記載の脱圧装置は、高圧雰囲気の圧力Ｐ１から低圧雰囲気の圧力Ｐ２に脱圧するには、必然的に収容室１５０ａ内のガスｇを外部へ放出しなければならない。従って、ガスハイドレートｈの脱圧に伴って排気されるガスｇを回収し、ガスハイドレートｈの生成装置などで再利用するために、回収したガスｇを高圧雰囲気の圧力Ｐ１にまで再圧縮する圧縮動力がかかる。また、脱圧したガスハイドレートｈを低圧雰囲気に放出した収容室１５０ａ内に、ガスｇを供給して高圧雰囲気の圧力Ｐ１にまで昇圧する圧縮動力がかかる。更には、脱圧の際に放出されるガスｇは、高圧雰囲気のガスであるので、その高圧雰囲気のガスが排気されて消費される。

そして、高圧雰囲気のガスｇが、回転体１５０と本体１７０の内壁との隙間から洩れ出すという問題があった。

本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みて、ガスハイドレートを高圧雰囲気の圧力から低圧雰囲気の圧力にまで脱圧する際に、高圧雰囲気のガスを外部に放出せず、且つガス漏れしない脱圧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の脱圧装置は上記目的を達成するため、下記の如く構成されている。
（１）上部に高圧雰囲気にあるガスハイドレートが供給される供給口を、下部にガスハイドレートが低圧雰囲気に排出される排出口をそれぞれ設けた円筒状本体と、この円筒状本体内に軸支された羽根車とを有し、前記円筒状本体は、その内部に、前記羽根車により複数のガスハイドレート受入室が区画形成されており、ガスハイドレートが排出口から排出されて前記供給口へ戻る受入室に、この受入室内に封液を供給する封液供給管が接続され、ガスハイドレートが供給口から供給されて前記排出口へ移送する受入室に、この受入室内と前記低圧雰囲気とを連通する脱圧管が接続されていることを特徴としている。
（２）前記羽根車は、前記円筒状本体の内壁との摺接部分にシール部材が設けられていることを特徴としている。
（３）前記シール部材が、ポリウレタン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、シリコン樹脂、またはこれらの複合体からなることを特徴としている。
（４）前記封液が、前記ガスハイドレートを構成する原料ガスと同質の液化ガス、液体プロパン、ヘキサン、ケロシン、もしくはシリコンオイルであると共に、その液化ガスの沸点よりも低温としたことを特徴としている。
（５）前記高圧雰囲気の圧力が５．０〜５．５ＭＰａであり、前記低圧雰囲気の圧力が０．１〜０．４ＭＰａであることを特徴としている。

受入室内に封液を充填したことにより、その受入室内と低圧雰囲気とが連通して脱圧される時に、従来のように収容室内のガスを放出して脱圧することがなくなる。また、脱圧時に、封液中のガスハイドレートの周囲に気泡として付着していたガスが放出されたとしても、僅かな量であるので、従来よりも著しく放出ガスが減少する。

また、受入室内に充填された封液が、ガスに比べて粘度が高いため、洩れ量が著しく減少する。例え、漏れたとしても、封液は沸点よりも低温であるので膨脹せず、再圧縮動力が不要である。

本発明に係るガスハイドレート脱圧装置の実施態様を示す図である。 本発明に係るガスハイドレート脱圧装置の要部を示す概略構成図である。 本発明に係るガスハイドレート脱圧装置のＸ−Ｘ矢視断面図である。 本発明に係るガスハイドレート脱圧装置の他の実施態様を示す図である。 従来のガスハイドレート脱圧装置の概略構成図である。

以下、本発明に係る脱圧装置の実施形態について説明する。
本発明に係る脱圧装置１は、例えば、図２及び図３に示すように、円筒状本体３内に軸支された羽根車２により複数の受入室が区画形成されている。また、前記羽根車２の羽根の周縁に形成された凹条に、円筒状本体３の内壁３ｆと摺接するシール部材４が嵌合されている。このシール部材４としては、ポリウレタン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、シリコン樹脂、又はこれらの複合体が使用される。

更に、ガスハイドレートｈが排出口３ｂから排出されて供給口３ａに戻る受入室２ａに、この受入室２ａ内に封液ｒを供給する封液供給管８が接続されている。また、高圧雰囲気の圧力Ｐ１のガスハイドレートｈが供給口３ａから供給されて前記排出口へ移送する受入室２ａに、この受入室２ａ内と低圧雰囲気の圧力Ｐ２とを連通する脱圧管９が接続されている。前記高圧雰囲気の圧力Ｐ１は、例えば、ガスハイドレートの生成条件となっている５．０〜５．５ＭＰａとなっている。低圧雰囲気の圧力Ｐ２は、大気圧などの低圧の０．１〜０．４ＭＰａとなっている。

次に、本発明に係る脱圧装置１の実施形態について、その一例を図１に示す。この図１に示すように、脱圧装置１は、高圧雰囲気の圧力Ｐ１下でペレタイザー２１により圧縮成形されたガスハイドレートペレットｈを、低圧雰囲気の圧力Ｐ２の貯蔵容器２３に移送する際に使用される。

前記ペレタイザー２１は、ガスハイドレートの生成雰囲気である高圧雰囲気の圧力Ｐ１（例えば、５．０〜５．５ＭＰａ）と温度（２〜４℃）でスラリー状あるいは粉体状のガスハイドレートを圧縮成形し、球形や円柱形で２０〜１００ｍｍ程度の大きさのガスハイドレートペレットｈを形成するように構成されている。

ペレタイザー２１で圧縮成形されたガスハイドレートｈは、移送管１９を介してホッパー５ａに供給され、脱圧装置１の供給口３ａより受入室２ａ内に投入される。この際、ホッパー５ａには封液ｒが充填されており、一定量を一定温度に保つように制御されている。例えば、封液ｒの量が不足すれば、ポンプ２９、バルブｖ１，ｖ２を介して補充すればよい。また、封液ｒの量が増加した場合は、ホッパー５ａから固液分離器２２へ図示しない配管と圧力制御バルブを介して戻せばよい。

これらの制御は、ホッパー５ａの液面レベル計と液面レベル制御機構により行うことができる。なお、ホッパー５ａの液面レベルの変動は、投入されてくるガスハイドレートｈ量の変動やガスハイドレートｈを脱圧装置へ送り出す際の封液ｒの戻り（封液ｒで満たされた受入室２ａへ封液ｒより比重の大きいガスハイドレートｈが沈降することにより、封液ｒがホッパー５ａ側に戻ること）によるものである。

一方、温度制御については、図示しない冷却機構（例えば、図１のポンプ２７、冷却器２８および循環路１７）を付帯しておけばよい。

そして、投入されたガスハイドレートｈは受入室２ａ内に充填された封液ｒによって０℃以下まで冷却され、付着している水分が氷結する。封液ｒとしては、ガスハイドレートを構成する原料ガスと同質の液化ガス、液体プロパン、ヘキサン、ケロシン、もしくはシリコンオイルが使用され、本実施例においては、液化プロパンガスが使用される。

ガスハイドレートｈと封液ｒとを収容した受入室２ａが排出口３ｂへ移送される途中で、その受入室２ａ内と低圧雰囲気（例えば、固液分離器２２）の圧力Ｐ２とが脱圧管９を介して連通し、受入室２ａの内圧が低圧雰囲気の圧力Ｐ２にまで脱圧される。脱圧されたガスハイドレートｈと封液ｒとは、排出口３ｂより低圧雰囲気の圧力Ｐ２下である固液分離器２２内へ排出される。

排出されたガスハイドレートｈと封液ｒとは、固液分離器２２内に設けたパンチングメタルなどの固液分離手段２２ａによりそれぞれ分離され、ガスハイドレートｈは貯蔵容器２３へ移送され、封液ｒは貯留槽２４へ移送される。貯蔵容器２３へ移送されたガスハイドレートｈは、大気圧下で自己保存効果を発揮する温度（例えば、マイナス２０℃）に冷却されている。

前記貯留槽２４内の封液ｒは、ポンプ２７と冷却器２８とを備えた循環路１７内を循環しながら冷却される。また貯留槽２４に、前記受入室２ａ内に封液ｒ供給するポンプ２９を備えた供給管８が設けられている。

図１に示す装置の場合、ホッパー５ａと固液分離器２２の温度レベルを変えることも可能である。例えば、ホッパー５ａを一次冷却としてマイナス５〜０℃、固液分離器２２を
二次冷却としてマイナス２０℃としておけば、全系内をマイナス２０℃とすることに比べてエネルギー効率がよい。特に、封液ｒが液体プロパンのような蒸気圧の低い物質の場合は、固液分離器２２で封液ｒが蒸発することによる冷却効果が得られる。なお、この場合、蒸発したガスは、配管１２より排出され、図示しない液化機構により液化され、封液ｒの貯留槽２４へ戻すようにしておくことが好ましい。

次に、本発明に係るガスハイドレートの脱圧装置１について、受入室２ａ内の圧力変動について説明する。

ガスハイドレートｈを排出口３ｂより低圧雰囲気へ排出して空となった受入室２ａは、供給口３ａに戻る区域に接続された封液供給管８より封液ｒで満たされる。この際、受入室２ａ内のガスを図示しないガス排出機構（例えば、配管と圧力制御弁の組合せ）により固液分離器２２へ戻すようにしておくことが好ましい。封液ｒで満たされた受入室２ａの内圧が高圧雰囲気の圧力Ｐ１となる。その圧力Ｐ１となった受入室２ａは、高圧雰囲気の供給口３ａと連通し、ガスハイドレートｈがその受入室２ａ内に投入される。受入室２ａ内に投入されたガスハイドレートｈは封液ｒよりも比重が大きいので、その封液ｒ中に沈降しながら受入室２ａに充填される。

次いで、封液ｒとガスハイドレートｈとが充填された受入室２ａは、排出口３ｂに向かう区域に接続された脱圧管９により、受入室２ａ内と低圧雰囲気の圧力Ｐ２の固液分離器２２内と連通し、前記低圧雰囲気の圧力Ｐ２にまで脱圧される。さらに、脱圧された収容室２ａが排出口３ｂと連通し、封液ｒとガスハイドレートｈとが排出され、固液分離器２２によりガスハイドレートｈと封液ｒとに分離・回収される。

このような圧力変動を繰り返しながらガスハイドレートｈが高圧雰囲気の圧力Ｐ１から低圧雰囲気の圧力Ｐ２にまで脱圧されると共に自己保存効果を発揮する温度にまで冷却される。

上述のように、本発明により、高圧雰囲気より低圧雰囲気へガスハイドレートを脱圧する際に、従来のようにガスを放出することで脱圧する必要がないので、脱圧のために放出されたガスを回収・再圧縮するためのコストが軽減される。

また、封液の粘度がガスよりも高いので、羽根車と円筒状本体の内壁との隙間からは、封液が殆ど漏れ出さなくなる。また、封液がその沸点よりも低温となっているので、漏れ出したとしても膨脹しない。従って、再圧縮動力が不要となる。

なお、図４に示すように、多数の受入室２ａを区画形成した場合には、複数の封液供給管８ａ，８ｂと、複数の脱圧管９ａ，９ｂとを円筒状本体３に設けることで、封液ｒの供給と脱圧を段階的に行うことができる。これにより、封液の充填と脱圧を、より穏やかに行うことができる。

１ 脱圧装置
２ 羽根車
２ａ 受入室
３ 円筒状本体
３ａ 投入口
３ｂ 排出口
４ シール部材
５ 供給管
５ａ ホッパー
６ 排出管
７ 軸
８ 封液供給管
９ 脱圧管
１１ ハイドレート移送管
１２ ガス排気管
１３ 封液ドレイン
１７ 循環路
１８ ハイドレート供給管
１９ ハイドレートペレット移送管
２１ 圧縮成型器（ペレタイザー）
２２ 固液分離器
２２ａ パンチングメタル
２３ 貯蔵容器
２４ 貯留槽
２７ ポンプ
２８ 冷却器
ｈ ハイドレート
ｒ 封液
ｇ ガス
Ｐ１ 高圧
Ｐ２ 低圧

Claims (7)

1. 円筒状本体の上部に高圧雰囲気のガスハイドレートが供給される供給口を、下部にガスハイドレートが低圧雰囲気に排出される排出口をそれぞれ設け、前記円筒状本体内に羽根車を軸支すると共に、この羽根車により円筒状本体内に複数のガスハイドレート受入室を区画形成し、
   前記円筒状本体に、前記供給口より排出口にガスハイドレートを移送する区域の受入室内と前記低圧雰囲気とが連通する脱圧管を設けると共に、前記排出口より供給口に受入室が戻る区域のその受入室内に封液を供給する封液供給管を設けたことを特徴とするガスハイドレートの脱圧装置。
2. 円筒状本体の上部に高圧雰囲気のガスハイドレートが供給される供給口を、下部にガスハイドレートが低圧雰囲気に排出される排出口をそれぞれ設け、前記円筒状本体内に羽根車を軸支すると共に、この羽根車により円筒状本体内に複数のガスハイドレート受入室を区画形成し、
   前記円筒状本体に、前記受入室にガスハイドレートが充填された状態で前記排出口に近づいた位置に、低圧雰囲気と連通する脱圧管を設け、更に、前記受入室よりガスハイドレートを排出した後に、空になった受入室に封液を供給する供給管が設けられていることを特徴とするガスハイドレートの脱圧装置。
3. 前記円筒状本体に、複数の脱圧管と複数の封液供給管とがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレートの脱圧装置。
4. 前記羽根車は、前記円筒状本体の内壁との摺接部分にシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレートの脱圧装置。
5. 前記シール部材が、ポリウレタン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、シリコン樹脂、またはこれらの複合体からなることを特徴とする請求項４記載のガスハイドレートの脱圧装置。
6. 前記封液が、前記ガスハイドレートを構成する原料ガスと同質の液化ガス、液体プロパン、ヘキサン、ケロシン、シリコンオイルの何れかであると共に、その液化ガスの沸点よりも低温としたことを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレートの脱圧装置。
7. 前記高圧雰囲気の圧力が５．０〜５．５ＭＰａであり、前記低圧雰囲気の圧力が０．１〜０．４ＭＰａであることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレートの脱圧装置。

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