JP2013540706A - 天然ガスハイドレート製造装置及び天然ガスハイドレート製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガスハイドレート製造装置及び天然ガスハイドレート製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による天然ガスハイドレート製造装置は、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを製造する氷スラリー生成部と、氷スラリー生成部から氷スラリーが吐出されるように、一端が氷スラリー生成部に接続され、氷スラリーを昇圧する昇圧ポンプが介在された第１導管と、第１導管の他端に接続されており、昇圧した氷スラリーが流入されると共に天然ガスが供給されて、互いに混合され天然ガスハイドレートスラリーを生成するハイドレート製造反応器と、天然ガスハイドレートスラリーが吐出されるように、一端がハイドレート製造反応器に接続される第２導管と、第２導管の他端に接続され、天然ガスハイドレートスラリーを脱水する脱水部と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、天然ガスハイドレート製造装置及び天然ガスハイドレート製造方法に関する。

天然ガスは、燃焼時に燃料の質量当たりの二酸化炭素の発生が石炭と石油に比べて極めて少ないことから、世界的に需要が高騰し、熾烈な資源開発競争が行われている清浄化石燃料である。

ガス田から生産された天然ガスは、メタンを除いた大部分の硫黄、二酸化炭素、水、高分子炭化水素成分などを除去する工程を経た後、輸送及び貯蔵過程を経て燃料として使用されることになる。

天然ガス価格は、利潤と利子を除くと、これらの過程を実現するための設備や運用コストにより構成されるので、ガス田の大きさ、消費地域との距離、及びその他の状況を考慮して最も経済的な輸送や貯蔵方法を選択する。現在、代表的な海上輸送方式としては、液化天然ガス（ＬＮＧ；Ｌｉｑｕｉｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）方式があり、ＬＮＧの圧縮率は、標準状態のメタンを基準にして約６００である。

しかし、ＬＮＧ方式は、液化天然ガスの超低温を要求するため、経済性確保には限界があり、一定規模以上（現技術で、約３ＴＣＦ（ｔｒｉｌｌｉｏｎｓ ｏｆ ｃｕｂｉｃ ｆｅｅｔ））のガス田に対してのみ適用可能である。

天然ガスの主成分であるメタンが常圧条件下で液体として安定的に存在するためには、−１６２度以下の温度が必要である。超低温条件に露出するＬＮＧ設備に使用される金属材料には、脆性を最小化するために高価のニッケルが高濃度で含まれなければならない。また、輸送と貯蔵過程で外部との温度差が大きいので、熱流入によるＢＯＧ（Ｂｏｉｌ Ｏｆｆ Ｇａｓ）が大量に発生するという問題点があった。

このような問題点を解決し、天然ガスの生産コストを低減して相対的に小さな規模の中小型ガス田の開発に関する経済性を確保するために、固体であるガスハイドレートを貯蔵媒体として天然ガスを輸送／貯蔵するＧＴＳ（Ｇａｓ Ｔｏ Ｓｏｌｉｄ）技術が活発に研究され始めた。特に、１９９０年ノルウェーのＧｕｄｍｕｎｄｓｓｏｎ教授がハイドレートの自己保存効果（ｓｅｌｆ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）理論を提示してから、日本を始めとした先進国は商用化を目標にしてＧＴＳ方式の実現に必要とされる核心技術開発に着手している。

天然ガスハイドレート（ＮＧＨ； Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅ）は、水素結合する水の分子の固体状格子内に天然ガス分子が入り込まれた結晶混合物であって、外形は氷と類似し、与えられた温度にて特定値以上の圧力を加えると安定的に固体状態を保持する。メタンハイドレートが常圧で熱力学的に安定的に存在するためには、−８０℃以下の低温が要求されるが、−２０℃付近でもハイドレート粒子の表面には氷膜が生成され、数週以上にハイドレートの分解が遅延される自己保存効果が発見された。

天然ガスハイドレートのガス圧縮率は、おおよそ１７０（おおよそ１７０ｃｃの標準状態の天然ガスがハイドレート１ｃｃに貯蔵される）であって、ＬＮＧに比べて不利であるが、輸送及び貯蔵に必要とされる温度条件が有利であるため、中小型ガス田の場合には、天然ガスハイドレートを用いたＧＴＳ方式がＬＮＧ方式の経済的代案であることが理論的に検証された。

ＧＴＳ方式を構成する要素技術としては、天然ガスの輸送／貯蔵過程の前に天然ガスをペレット状のハイドレートに変換する天然ガスハイドレートペレット（ＮＧＨＰ；Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅ Ｐｅｌｌｅｔ）の生産技術と、その後に天然ガスハイドレートペレットを分解し、天然ガスを回収する再ガス化技術がある。

近年、韓国登録特許第１００７２０２７０号には、反応器の内に高圧のメタンガスと氷水とを噴射してハイドレートを生産する方法が記載されており、その他にも多数の国内外の特許により、ガスハイドレートを製造する方法が提案されている。

従来のガスハイドレートの製造に使用された方法は、共通的に、ハイドレートの生成熱を除去するために反応器を外部から冷却したり、内部に熱交換装置を備えたりするので、商用化水準の大量のガスハイドレートを高速で生産するために反応器の大きさを大型化する場合には問題が生じる。つまり、冷却器や熱交換装置による熱交換面積を反応器の体積に比例して増大させるには制限があり、天然ガスハイドレートの生成熱を除去するために多くの時間がかかるので、天然ガスハイドレートを大量生産するには限界があった。

本発明は、熱交換装置を用いずに氷スラリーの潜熱を利用して、天然ガスハイドレートの生成時に発生する生成熱を除去することにより、大量の天然ガスハイドレートを連続的に製造することができる天然ガスハイドレート製造装置及び天然ガスハイドレート製造方法を提供することができる。

本発明の一側面によれば、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを製造する氷スラリー生成部と、氷スラリー生成部から氷スラリーが吐出されるように、一端が氷スラリー生成部に接続され、氷スラリーを昇圧する昇圧ポンプが介在された第１導管と、第１導管の他端に接続されており、昇圧された氷スラリーが流入され、かつ天然ガスが供給されて、互いに混合されて天然ガスハイドレートスラリーを生成するハイドレート製造反応器と、天然ガスハイドレートスラリーが吐出されるように、一端がハイドレート製造反応器に接続される第２導管と、第２導管の他端に接続され、天然ガスハイドレートスラリーを脱水する脱水部と、を含む天然ガスハイドレート製造装置が提供される。

昇圧ポンプは、氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧させることができる。

ハイドレート製造反応器は、一端が第１導管に接続され、水平に配置されるパイプと、パイプ内にパイプに沿って設けられる攪拌機とを含むことができる。

パイプ内の圧力を測定する圧力センサをさらに含むことができ、圧力センサによりパイプ内の圧力を測定し、パイプ内部の圧力を一定に保持するように天然ガスを供給することができる。

パイプの他端部に位置し、天然ガスハイドレートスラリーの温度を測定する温度センサをさらに含むことができ、温度センサにより測定された温度に応じて第２導管に吐出される天然ガスハイドレートスラリーの量を調節することができる。

温度センサにより測定された温度が４℃よりも高い場合には、天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を増加させ、２℃よりも低い場合には、天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を低減させることができる。

攪拌機は、回転羽根（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）または回転スクリューを含むことができる。

ハイドレート製造反応器で製造された天然ガスハイドレートスラリーは、ハイドレート分率が１０％〜１５％であることができる。

脱水部は、天然ガスハイドレートスラリーをハイドレート分率９０％の粉末と水とに分離することができる。

脱水部で分離された水は、氷スラリー生成部に回収されることができる。

また、本発明の他の側面によれば、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを形成して、氷スラリー生成部に貯蔵するステップと、氷スラリー生成部から吐出された氷スラリーを昇圧ポンプにより昇圧して第１導管を介してハイドレート製造反応器に注入し、かつ天然ガスをハイドレート製造反応器に注入するステップと、氷スラリーと天然ガスとをハイドレート製造反応器で混合して天然ガスハイドレートスラリーを生成するステップと、ハイドレート製造反応器で生成された天然ガスハイドレートスラリーを第２導管を経て脱水部に供給するステップと、脱水部で天然ガスハイドレートスラリーを天然ガスハイドレート粉末と水とに分離するステップと、を含む天然ガスハイドレート製造方法が提供される。

昇圧ポンプは、氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧させることができる。

ハイドレート製造反応器は、一端が第１導管に接続され、水平に配置されるパイプと、パイプ内にパイプに沿って設けられた攪拌機と、を含むことができ、氷スラリーと天然ガスとがパイプを通過することにより天然ガスハイドレートスラリーを製造することができる。

ハイドレート製造反応器は、パイプ内の圧力を測定する圧力センサをさらに含むことができ、圧力センサによりパイプ内の圧力を測定して、パイプ内部の圧力が一定に保持されるように天然ガスを供給することができる。

ハイドレート製造反応器は、パイプの他端部に位置し、天然ガスハイドレートスラリーの温度を測定する温度センサをさらに含むことができ、温度センサにより測定された温度に応じて第２導管に吐出される天然ガスハイドレートスラリーの量を調節することができる。

温度センサにより測定された温度が４℃よりも高い場合には、天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を増加させ、２℃よりも低い場合には、天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を低減させることができる。

ハイドレート製造反応器で製造された天然ガスハイドレートスラリーは、ハイドレート分率が１０％〜１５％であることができる。

脱水部は、天然ガスハイドレートスラリーをハイドレート分率９０％の粉末と水とに分離することができる。

脱水部で分離された水は、氷スラリー生成部に回収されることができる。

本発明の実施例によれば、熱交換装置を用いずに氷スラリーの潜熱を利用して、天然ガスハイドレートの生成時に発生する生成熱を除去することにより、大量の天然ガスハイドレートを連続的に製造することができる。

また、氷分率が低い氷スラリーの潜熱を利用してハイドレート分率が低い天然ガスハイドレートスラリーを生成するので、氷スラリー及び天然ガスハイドレートスラリーの昇圧及び移送が自由であり、天然ガスハイドレート製造装置の設計自由度が高くなる。

本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置の構成図である。 本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置におけるハイドレート製造反応器を説明するための図面である。 本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置におけるハイドレート製造反応器の断面図である。 本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造方法の順序図である。

本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

以下、本発明に係る天然ガスハイドレート製造装置及び天然ガスハイドレート製造方法の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明し、添付図面において、同一または対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに対する重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置の構成図であり、図２は、本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置におけるハイドレート製造反応器を説明するための図面であり、図３は、本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置におけるハイドレート製造反応器の断面図である。図１から図３を参照すると、原料水タンク１２、氷スラリー生成器１４、氷スラリー生成部１６、昇圧ポンプ１８、第１導管２０、ハイドレート製造反応器２２、第２導管２４、脱水部２６、ガス供給ライン２８、原料水回収ライン３０、バルブ３２、背圧レギュレータ３４、パイプ３６、攪拌機３８、回転羽根４０、回転軸４２、水位４４、圧力センサ４６、温度センサ４８、水位センサ５０が示されている。

本実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置は、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを製造する氷スラリー生成部１６と、氷スラリー生成部１６から氷スラリーが吐出されるように、一端が氷スラリー生成部１６に接続され、氷スラリーを昇圧する昇圧ポンプ１８が介在された第１導管２０と、第１導管２０の他端に接続され、昇圧された氷スラリーが流入され、かつ天然ガスが供給されて、互いに混合されるハイドレート製造反応器２２と、ハイドレート製造反応器２２で製造された天然ガスハイドレートスラリーが吐出されるように、一端がハイドレート製造反応器２２に接続される第２導管２４と、第２導管２４の他端に接続され、天然ガスハイドレートスラリーを脱水する脱水部２６と、を含み、氷スラリーの潜熱を利用して天然ガスハイドレート生成時に発生する生成熱を除去することにより、大量の天然ガスハイドレートを連続的に製造することができる。

本実施例において、天然ガスの成分中の９０％以上がメタンガスであり、ハイドレートはメタン分子と水分子とが混在しているものであるため、天然ガスをメタンガスと同一のものとして取り扱う。

０℃の水と天然ガスとが天然ガスハイドレートに相が変わる時に発生する生成熱は約４３３ｋＪ／ｋｇであり、氷の溶融潜熱は約３３５ｋＪ／ｋｇであるので、氷の溶融潜熱を利用して天然ガスハイドレートの生成熱を除去する場合、氷分率１３％〜２０％の氷スラリーは断熱状態で天然ガスハイドレート分率１０％〜１５％の天然ガスハイドレートスラリーを生産することができる。

本実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置は、流動性を確保できる氷分率を有する氷スラリーの潜熱を利用することにより、天然ガスハイドレートを連続的に生成することができる。ここで、‘連続的に生産する’との意味は、製造装置の一度だけの稼動でバッチ（ｂａｔｃｈ）形態に天然ガスハイドレートを製造することではなく、天然ガスハイドレートを絶え間なく連続的に生産することができることを意味する。よって、連続的に天然ガスハイドレートを生成するためには、氷スラリーの流動性が非常に重要であり、この氷スラリーの流動性は、氷スラリーに含まれる氷分率の影響を受ける。

出願人の研究によると、経済成及び流動性を確保できる一定の天然ガスハイドレート分率を有する天然ガスハイドレートスラリーを連続的に生産するためには、氷スラリーの流動性が必要であり、一定した天然ガスハイドレート分率を有する天然ガスハイドレートスラリーを生成するためには、氷スラリーの氷分率１３％〜２０％が好適であることを見出した。

天然ガスハイドレートスラリーを用いて天然ガスハイドレートを製造する場合、天然ガスハイドレート分率が最小１０％以上にならないと経済的メリットはなく、その以下は経済性が劣る。したがって、本実施例により天然ガスハイドレート分率が略１０％である天然ガスハイドレートスラリーを製造するためには、氷分率が略１３％である氷スラリーと天然ガスとをハイドレート製造反応器２２で混合しなければならない。氷分率が略１３％である氷スラリーの場合、流動性が確保できることは自明なことである。

一方、実験によれば、氷スラリーの氷分率が２０％を越える場合には、氷スラリーの流動性が落ちて導管２０にて移動性が落ちるので、昇圧ポンプ１８による昇圧が非常に困難となる。本実施例により氷分率が略２０％である氷スラリーと天然ガスとをハイドレート製造反応器２２で混合する場合、天然ガスハイドレート分率が略１５％である天然ガスハイドレートスラリーを形成することができる。

一方、氷分率とは、氷スラリーの全体質量に対する氷質量の割合を意味し、天然ガスハイドレート分率とは、天然ガスハイドレートスラリーの全体質量に対するハイドレートの質量の割合を意味する。

氷スラリー生成部１６は、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを製造する。天然ガスハイドレート製造装置の製作や運用の容易性のために、氷スラリー生成部１６は常圧状態で氷スラリーを製造する必要がある。氷スラリー生成部１６は、原料水が貯蔵されている原料水タンク１２から０℃以上の原料水が氷スラリー生成器１４に供給され、氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを生成する。氷スラリー生成器１４については、様々な商用化製品が開発されているので詳細な説明は省略する。

第１導管２０は、氷スラリー生成部１６から氷スラリーが吐出されるように、一端が氷スラリー生成部１６に接続され、中間に氷スラリーを昇圧する昇圧ポンプ１８が介在されている。

氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを用いることにより、氷スラリーの流動性が確保されるので、第１導管２０を介して氷スラリーが容易に移送されることができる。このような第１導管２０及び後述する第２導管２４により、本実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置の設計自由度が高くなる。つまり、氷スラリー生成部１６、ハイドレート製造反応器２２、脱水部２６などが導管なしで直接隣接配置されなく、導管を介して様々な位置に設置されることができる。

第１導管２０の途中に介在される昇圧ポンプ１８は、後述するハイドレート製造反応器２２でハイドレートを製造するに必要な圧力まで氷スラリーを昇圧し、第１導管２０を介してハイドレート製造反応器２２に供給する。氷分率１３％〜２０％の氷スラリーの流動性のために、ハイドレート製造反応器２２の外部に位置した昇圧ポンプ１８により容易に氷スラリーを昇圧することができる。

昇圧ポンプ１８は、氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧させることができる。氷の融点である０℃での天然ガスハイドレートと水との平衡圧力が略２６ｂａｒであるので、一定水準以上の天然ガスハイドレートの製造速度を得るためには追加圧力が必要であるが、過度の圧力の増加はハイドレート製造反応器２２の製作コストを急激に増加させるため、昇圧ポンプ１８は、ハイドレートを形成するために駆動する過冷の大きさが６．５〜９．７℃になるように、氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧させることができる。

ハイドレート製造反応器２２は、第１導管２０の他端に接続され、昇圧ポンプ１８により昇圧された氷スラリーが流入されると共にガス供給ライン２８を介して天然ガスが供給されて、互いに混合されて天然ガスハイドレートスラリーを生成する。ハイドレート製造反応器２２には別途の冷却装置や熱交換装置が設けられず、氷スラリーの潜熱を利用して天然ガスハイドレート生成熱を除去することにより、天然ガスハイドレートスラリーを生成することになる。

ハイドレート製造反応器２２では、断熱状態で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーと天然ガスとが混合されながら天然ガスハイドレート生成熱を除去し、天然ガスハイドレート分率１０％〜１５％の天然ガスハイドレートスラリーを生成することができる。

本実施例に係るハイドレート製造反応器２２は、一端が第１導管２０に接続され、水平に配置されるパイプ３６と、パイプ３６内にパイプ３６に沿って設けられた攪拌機３８とを含むことができる。第１導管２０を介して、昇圧された氷スラリーがパイプ３６の一端から流入され、かつパイプ３６の一端からガス供給ライン２８を介して天然ガスが注入される。そして、パイプ３６に沿って氷スラリーが移送されながら連続的に天然ガスと混合されて徐徐に天然ガスハイドレートが生成されることになり、氷スラリーの氷は溶融されながらパイプ３６の他端に至っては氷分率０％に近い天然ガスハイドレートスラリーが生成されることができる。したがって、氷スラリーと天然ガスとが互いに容易に撹拌できるように、パイプ３６内にはパイプ３６に沿って攪拌機３８が設けられる。

パイプ３６が水平に配置されるので、パイプ３６に供給される氷スラリーの供給量を調節して、氷スラリーの移送速度を容易に調節することができる。パイプ３６の長さは、パイプ３６の直径、氷スラリーの移送速度、生成しようとする天然ガスハイドレートスラリーの量などにより決定できる。パイプ３６の長さが長い場合には、パイプ３６をジグザグ（ｚｉｇｚａｇ）状に配置して設置空間を低減することが可能である。

攪拌機３８は、回転羽根４０（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）または回転スクリューを含むことができる。パイプ３６の中心軸に沿って回転軸４２が設けられ、回転軸４２に平板（Ｃｌａｐｐｅｒ）状または風車状の回転羽根４０を設けるか、回転スクリューを設けて、回転軸４２の回転により回転羽根４０または回転スクリューが回転して、氷スラリーと天然ガスとを撹拌しながら氷スラリーをパイプ３６の他端に移送させることができる。

ハイドレート製造反応器２２のパイプ３６には、パイプ３６内の圧力を測定できる圧力センサ４６が結合されてもよく、圧力センサ４６により圧力を測定してパイプ３６内の圧力が一定に保持されるように天然ガスを供給することができる。

そして、第１導管２０を介してパイプ３６内に流入される氷スラリーの量は、水位センサ５０により氷スラリーの水位４４を測定して、水平に配置されたパイプ３６内部の氷スラリーの水位４４の上部に一定の空間が保持されるように氷スラリーを供給することができる。

そして、ハイドレート製造反応器２２のパイプ３６は、パイプ３６の他端部に位置し、上記位置で天然ガスハイドレートスラリーの温度を測定する温度センサ４８をさらに含むことができる。この温度センサ４８により測定された温度に応じて第２導管２４に吐出される天然ガスハイドレートスラリーの量を調節することができる。例えば、ハイドレート製造反応器２２内の圧力が５０ｂａｒである場合、温度センサ４８により測定された温度が４℃よりも高い場合には、天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を増加させ、２℃よりも低い場合には、天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を低減させることができる。天然ガスハイドレートスラリーの吐出量の増減を決定する温度範囲は、氷スラリーが移送されながら天然ガスハイドレートスラリーが徐徐に生成されることにより氷が無くなった後、天然ガスハイドレートスラリーの媒質の温度が氷の融点である０℃から平衡温度の６．５℃まで上昇する途中に、比較的温度の変化が激しい区間を選択することができる。

第２導管２４は、天然ガスハイドレートスラリーが吐出されるように、一端がハイドレート製造反応器２２に接続される。上述したように、天然ガスハイドレートスラリーは、氷スラリーが１３％〜２０％の氷分率を有するため、流動性を確保できる１０％〜１５％の天然ガスハイドレート分率を有することになって、第２導管２４を介して容易に移動されることができ、これにより、本実施例に係る天然ガス製造装置の設計が自由にできる。第２導管２４には、バルブ３２が介在され、ハイドレート製造反応器２２で生成された天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を調節することができる。

脱水部２６は、第２導管２４の他端に接続され、天然ガスハイドレートスラリーを脱水する。天然ガスハイドレートスラリーには多量の水が含まれているため、脱水部２６で水を分離して天然ガスハイドレート粉末を生成する。この天然ガスハイドレート粉末は、後にペレット（ｐｅｌｌｅｔ）状の天然ガスハイドレートに製造されることができる。天然ガスハイドレート粉末をペレット状に製造するために、脱水部２６は、天然ガスハイドレートスラリーを天然ガスハイドレート分率９０％で、含水率１０％の粉末と水とに分離することができる。脱水部２６で分離された水は原料水回収ライン３０を介して氷スラリー生成部１６に回収されて、氷スラリーの製造に使用されることができる。原料水回収ライン３０には背圧レギュレータ３４が介在され、脱水部２６の圧力を保持することができる。

上述したように、本実施例に係る天然ガスハイドレート製造装置は、常圧で氷スラリーを製造した後に、昇圧ポンプ１８により連続的にハイドレート製造反応器２２に供給し、天然ガスハイドレート生成時に発生する生成熱を氷の潜熱を利用して除去することにより、連続的に天然ガスハイドレートスラリーを製造することができる。

図４は、本発明の一実施例に係る天然ガスハイドレート製造方法の順序図である。図１及び図４に基づいて、本実施例に係る天然ガスハイドレート製造方法について説明する。

本実施例に係る天然ガスハイドレート製造方法は、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを形成して、氷スラリー生成部１６に貯蔵するステップと、氷スラリー生成部１６から吐出された氷スラリーを昇圧ポンプ１８により昇圧して第１導管２０を介してハイドレート製造反応器２２に注入し、かつ天然ガスをハイドレート製造反応器２２に注入するステップと、氷スラリーと天然ガスとをハイドレート製造反応器２２で混合して天然ガスハイドレートスラリーを生成するステップと、ハイドレート製造反応器２２で生成された天然ガスハイドレートスラリーを第２導管２４を経て脱水部２６に供給するステップと、脱水部２６で天然ガスハイドレートスラリーを天然ガスハイドレート粉末と原料水とに分離するステップと、を含み、氷スラリーの潜熱を利用して天然ガスハイドレート生成時に発生する生成熱を除去することにより、大量の天然ガスハイドレートを連続的に製造することができる。

先ず、常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを形成して、氷スラリー生成部１６に貯蔵する（Ｓ１００）。上述したように、一定の天然ガスハイドレート分率を有する天然ガスハイドレートスラリーを連続的に生産するためには、氷スラリーの流動性が必要であり、このような流動性及び経済性の必要から、氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを製造する。氷スラリー生成部１６は、常圧状態で氷スラリーを製造する必要がある。氷スラリー生成部１６は原料水が貯蔵されている原料水タンク１２から０℃の以上の原料水を氷スラリー生成器１４に供給して、氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを生成することができる。氷スラリー生成器１４は公知の技術を用いて製造することができる。

次に、氷スラリー生成部１６から吐出された氷スラリーを昇圧ポンプ１８により昇圧して第１導管２０を介してハイドレート製造反応器２２に注入し、かつ天然ガスをハイドレート製造反応器２２に注入する（Ｓ２００）。第１導管２０の途中に介在される昇圧ポンプ１８は、後述するハイドレート製造反応器２２でハイドレートを製造するために必要な圧力まで氷スラリーを昇圧して、第１導管２０を介してハイドレート製造反応器２２に供給する。

氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを用いることにより氷スラリーの流動性が確保されるので、第１導管２０を介して氷スラリーが容易に移送されることができる。また、このような氷スラリーの流動性によりハイドレート製造反応器２２の外部に位置した昇圧ポンプ１８により容易に氷スラリーを昇圧することができる。昇圧ポンプ１８は、氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧することができる。

昇圧ポンプ１８により昇圧された氷スラリーが第１導管２０を介してハイドレート製造反応器２２に流入されると共に天然ガスが供給される。

次に、氷スラリーと天然ガスとをハイドレート製造反応器２２で混合して天然ガスハイドレートスラリーを生成する（Ｓ３００）。昇圧ポンプ１８により昇圧された氷スラリーと天然ガスとがハイドレート製造反応器２２に流入されると、氷スラリーと天然ガスとが互いに混合されながら天然ガスハイドレートスラリーが生成される。氷スラリーの潜熱を利用して天然ガスハイドレートの生成熱を除去するので、ハイドレート製造反応器２２には別途の冷却装置や熱交換装置を設けることを省略することができる。ハイドレート製造反応器２２では、断熱状態で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーと天然ガスとが混合されながら天然ガスハイドレートの生成熱が除去されて、天然ガスハイドレート分率１０％〜１５％の天然ガスハイドレートスラリーを生成することができる。

本実施例に係る天然ガスハイドレート製造方法に使用されるハイドレート製造反応器２２は、一端が第１導管２０に接続され、水平に配置されるパイプ３６と、パイプ３６内にパイプ３６に沿って設けられる攪拌機３８とを含むことができる。これについては上述した説明と同様であるため、詳細な説明を省略する。

ハイドレート製造反応器２２のパイプ３６には、パイプ３６内部の圧力を測定できる圧力センサ４６が結合されており、圧力センサ４６により圧力を測定してパイプ３６内部の圧力が一定に保持されるように天然ガスを供給することができる。そして、第１導管２０を介してパイプ３６内部に流入される氷スラリーの量は、水平に配置されたパイプ３６内の氷スラリーの表面の上部に一定の空間が保持されるように、一定の氷スラリーを供給する。

そして、ハイドレート製造反応器２２のパイプ３６には、パイプ３６の他端部に位置し、上記位置で天然ガスハイドレートスラリーの温度を測定する温度センサ４８をさらに含むことができる。この温度センサ４８により測定された温度に応じて第２導管２４に吐出される天然ガスハイドレートスラリーの量を調節することができる。例えば、ハイドレート製造反応器２２の圧力が５０ｂａｒである場合、温度センサ４８により測定された温度が４℃よりも高い場合には天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を増加させ、２℃よりも低い場合には天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を低減させることができる。

次に、ハイドレート製造反応器２２で生成された天然ガスハイドレートスラリーを第２導管２４を経て脱水部２６に供給する（Ｓ４００）。ハイドレート製造反応器２２で生成された天然ガスハイドレートスラリーは、氷スラリー１３％〜２０％の氷分率により、流動性を確保できる１０％〜１５％の天然ガスハイドレート分率を有することになるので、第２導管２４を介して容易に脱水部２６に供給することができる。第２導管２４にはバルブ３２が介在されて、ハイドレート製造反応器２２で生成された天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を調節することができる。

次に、脱水部２６で天然ガスハイドレートスラリーを天然ガスハイドレート粉末と水とに分離する（Ｓ５００）。天然ガスハイドレートスラリーには多量の水が含まれているので脱水部２６を介して水を分離して天然ガスハイドレート粉末を生成する。この天然ガスハイドレート粉末は、後にペレット（ｐｅｌｌｅｔ）状の天然ガスハイドレートに製造されることができる。天然ガスハイドレート粉末をペレット状に製造するために、脱水部２６は、天然ガスハイドレート分率９０％で、含水率１０％の粉末と水とに分離することができる。脱水部２６で分離された水は氷スラリー生成部１６に回収されて、氷スラリーの製造に用いられることができる。

上記では、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば添付の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解できよう。

上述した実施例以外の多くの実施例が本発明の特許請求範囲内に存在する。

Claims (19)

1. 常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを製造する氷スラリー生成部と、
   前記氷スラリー生成部から前記氷スラリーが吐出されるように、一端が前記氷スラリー生成部に接続され、前記氷スラリーを昇圧する昇圧ポンプが介在された第１導管と、
   前記第１導管の他端に接続されており、昇圧された前記氷スラリーが流入され、かつ天然ガスが供給され、互いに混合されて天然ガスハイドレートスラリーを生成するハイドレート製造反応器と、
   前記天然ガスハイドレートスラリーが吐出されるように、一端が前記ハイドレート製造反応器に接続される第２導管と、
   前記第２導管の他端に接続され、前記天然ガスハイドレートスラリーを脱水する脱水部と、
   を含む天然ガスハイドレート製造装置。
2. 前記昇圧ポンプは、前記氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧することを特徴とする請求項１に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
3. 前記ハイドレート製造反応器は、
   一端が前記第１導管に接続され、水平に配置されるパイプと、
   前記パイプ内に、前記パイプに沿って設けられる攪拌機と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
4. 前記パイプ内の圧力を測定する圧力センサをさらに含み、
   前記圧力センサによりパイプ内の圧力を測定し、前記パイプ内部の圧力を一定に保持するように前記天然ガスを供給することを特徴とする請求項３に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
5. 前記パイプの他端部に位置し、前記天然ガスハイドレートスラリーの温度を測定する温度センサをさらに含み、
   前記温度センサにより測定された温度に応じて、前記第２導管に吐出される前記天然ガスハイドレートスラリーの量を調節することを特徴とする請求項３に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
6. 前記温度センサにより測定された温度が４℃よりも高い場合には、前記天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を増加させ、２℃よりも低い場合には、前記天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を低減させることを特徴とする請求項５に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
7. 前記攪拌機は、回転羽根（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）または回転スクリューを含むことを特徴とする請求項１に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
8. 前記ハイドレート製造反応器で製造された天然ガスハイドレートスラリーは、ハイドレート分率が１０％〜１５％であることを特徴とする請求項１に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
9. 前記脱水部は、
   前記天然ガスハイドレートスラリーを、ハイドレート分率９０％の粉末と水とに分離することを特徴とする請求項１に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
10. 前記脱水部で分離された水は、前記氷スラリー生成部に回収されることを特徴とする請求項９に記載の天然ガスハイドレート製造装置。
11. 常圧で氷分率１３％〜２０％の氷スラリーを形成して、氷スラリー生成部に貯蔵するステップと、
    前記氷スラリー生成部から吐出された前記氷スラリーを昇圧ポンプにより昇圧して第１導管を介してハイドレート製造反応器に注入し、かつ天然ガスを前記ハイドレート製造反応器に注入するステップと、
    前記氷スラリーと前記天然ガスとを前記ハイドレート製造反応器で混合して天然ガスハイドレートスラリーを生成するステップと、
    前記ハイドレート製造反応器で生成された前記天然ガスハイドレートスラリーを第２導管を経て脱水部に供給するステップと、
    前記脱水部で前記天然ガスハイドレートスラリーを天然ガスハイドレート粉末と水とに分離するステップと、
    を含む天然ガスハイドレート製造方法。
12. 前記昇圧ポンプは、前記氷スラリーを５０ｂａｒ〜７０ｂａｒに昇圧することを特徴とする請求項１１に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
13. 前記ハイドレート製造反応器は、
    一端が前記第１導管に接続され、水平に配置されるパイプと
    前記パイプの内に前記パイプに沿って設けられる攪拌機と、を含み、
    前記氷スラリーと前記天然ガスとが前記パイプを通過することにより、前記天然ガスハイドレートスラリーが製造されることを特徴とする請求項１１に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
14. 前記ハイドレート製造反応器は、
    前記パイプ内の圧力を測定する圧力センサをさらに含み、
    前記圧力センサによりパイプ内の圧力を測定し、前記パイプ内部の圧力が一定に保持されるように前記天然ガスを供給することを特徴とする請求項１３に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
15. 前記ハイドレート製造反応器は、
    前記パイプの他端部に位置し、前記天然ガスハイドレートスラリーの温度を測定する温度センサをさらに含み、
    前記温度センサにより測定された温度に応じて、前記第２導管に吐出される前記天然ガスハイドレートスラリーの量を調節することを特徴とする請求項１３に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
16. 前記温度センサにより測定された温度が４℃よりも高い場合には、前記天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を増加させ、２℃よりも低い場合には、前記天然ガスハイドレートスラリーの吐出量を低減させることを特徴とする請求項１５に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
17. 前記ハイドレート製造反応器で製造された天然ガスハイドレートスラリーは、ハイドレート分率が１０％〜１５％であることを特徴とする請求項１１に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
18. 前記脱水部は、前記天然ガスハイドレートスラリーをハイドレート分率９０％の粉末と水とに分離することを特徴とする請求項１１に記載の天然ガスハイドレート製造方法。
19. 前記脱水部で分離された水は、前記氷スラリー生成部に回収されることを特徴とする請求項１８に記載の天然ガスハイドレート製造方法。

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