JP2014512943A - Gas hydrate continuous production method - Google Patents

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Abstract

本発明は、潜在的水和物結晶を用いるガス水和物連続製造方法(gas hydrate continually manufacturing method)に関するものである。特に、本発明は、界面活性剤が含まれている水溶液の潜在的水和物結晶をパイプ型反応器に注入する第11のステップと、上記第11のステップの潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器にガスを注入してガス水和物を生成する第12のステップと、上記第12のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第13のステップとを有するガス水和物連続製造方法に関する。本発明では、第13のステップは、一定間隔で複数連結された状態でパイプ型反応器の内部を循環移動するピグボール(pig−ball)の作用により、ガス水和物をパイプ型反応器の内部で循環移送させることを特徴とする。
【課題】
本発明は、潜在的水和物結晶を用いるガス水和物連続製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、界面活性剤が含まれている水溶液の潜在的水和物結晶をパイプ型反応器に注入する第11のステップと、上記第11のステップの潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器にガスを注入してガス水和物を生成する第12のステップと、上記第12のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第13のステップとを有するガス水和物連続製造方法に関する。
【選択図】 図6
The present invention relates to a gas hydrate continually manufacturing method using latent hydrate crystals. In particular, the present invention relates to an eleventh step of injecting a latent hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into a pipe reactor, and the latent hydrate crystal of the eleventh step is injected. A twelfth step of injecting a gas into the pipe-type reactor to generate a gas hydrate, and the gas hydrate generated in the twelfth step to the pipe-type reactor inside the pipe-type reactor And a thirteenth step of maximizing the conversion rate while circulating and transporting the entire length of the gas hydrate. In the present invention, in the thirteenth step, the gas hydrate is moved into the pipe reactor by the action of a pig ball that circulates and moves in the pipe reactor in a state where a plurality of the steps are connected at regular intervals. It is characterized by circulating and transporting.
【Task】
The present invention provides a gas hydrate continuous production process using latent hydrate crystals.
[Solution]
In the present invention, an eleventh step of injecting a latent hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into a pipe reactor, and the latent hydrate crystal of the eleventh step were injected. A twelfth step of injecting a gas into the pipe reactor to generate a gas hydrate; and the gas hydrate generated in the twelfth step is added to the entire length of the pipe reactor inside the pipe reactor. And a thirteenth step of maximizing the conversion rate while circulating and circulating over the entire section.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、潜在的水和物結晶を用いるガス水和物連続製造方法(gas hydrate continually manufacturing method)に関するものである。特に、本発明は、界面活性剤が含まれている水溶液の潜在的水和物結晶をパイプ型反応器に注入する第11のステップと、上記第11のステップの潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器にガスを注入してガス水和物を生成する第12のステップと、上記第12のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第13のステップとを有するガス水和物連続製造方法に関する。本発明では、第13のステップは、一定間隔で複数連結された状態でパイプ型反応器の内部を循環移動するピグボール(pig−ball)の作用により、ガス水和物をパイプ型反応器の内部で循環移送させることを特徴とする。   The present invention relates to a gas hydrate continually manufacturing method using latent hydrate crystals. In particular, the present invention relates to an eleventh step of injecting a latent hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into a pipe reactor, and the latent hydrate crystal of the eleventh step is injected. A twelfth step of injecting a gas into the pipe-type reactor to generate a gas hydrate, and the gas hydrate generated in the twelfth step to the pipe-type reactor inside the pipe-type reactor And a thirteenth step of maximizing the conversion rate while circulating and transporting the entire length of the gas hydrate. In the present invention, in the thirteenth step, the gas hydrate is moved into the pipe reactor by the action of a pig ball that circulates and moves in the pipe reactor in a state where a plurality of the steps are connected at regular intervals. It is characterized by circulating and transporting.

天然ガスは、清浄性、安全性、便利性などを備えた燃料であって、石油、石炭のような固体燃料の代替エネルギーとして注目されている。この天然ガスは、家庭、商業、輸送、産業などの多様な分野における使用が継続して増加して世界エネルギー消費の約1/4を供給するエネルギー源として、石油、石炭などの固体燃料とともに世界エネルギー産業の根幹を形成している。   Natural gas is a fuel having cleanliness, safety, convenience, and the like, and has attracted attention as an alternative energy for solid fuels such as oil and coal. This natural gas is used in various fields such as home, commerce, transportation, industry, etc. as an energy source that supplies about 1/4 of the world's energy consumption, along with solid fuels such as oil and coal. It forms the basis of the energy industry.

このような天然ガスをガス田から採取してガス状態そのまま輸送する場合、体積が非常に大きく、爆発可能性があるので、そのような問題を解決するために天然ガスを液化温度まで冷却して液化天然ガス(Liquefied Natural Gas:LNG)を生成し、これを輸送船などに設置した専用タンクに貯蔵して輸送する方法が主に使用されてきた。液化天然ガスは、単位体積当たり通常600倍体積の天然ガスを含有している。   When such natural gas is collected from a gas field and transported as it is, the volume is very large and there is a possibility of explosion, so in order to solve such a problem, cool the natural gas to the liquefaction temperature. A method in which liquefied natural gas (LNG) is generated and stored in a dedicated tank installed in a transport ship or the like has been mainly used. Liquefied natural gas usually contains 600 times the volume of natural gas per unit volume.

しかしながら、液化天然ガスの主成分であるメタンガスの場合には液化のために約−162℃の極低温が必要であるため、液化天然ガスの生産施設だけでなく海上及び陸上での天然ガス運送装置の製作においても非常に多い費用が必要となるという問題点がある。   However, in the case of methane gas, which is the main component of liquefied natural gas, an extremely low temperature of about −162 ° C. is required for liquefaction, so that not only liquefied natural gas production facilities but also natural and marine gas transportation devices There is also a problem that a very large amount of money is required in the production of the.

他の天然ガスの貯蔵及び運送方法として圧縮ガスを使用する方法があるが、この方法も、高い貯蔵圧力により大型容器の製作が技術的に難しく、多くの費用がかかり、高圧力爆発による安全上の問題を伴うという問題点がある。   Another method of storing and transporting natural gas is to use compressed gas, but this method is also technically difficult to manufacture a large container due to high storage pressure, which is costly and is highly safe for high pressure explosions. There is a problem that it accompanies this problem.

これに対して、天然ガス水和物は、単位体積当たり170倍体積のガスを提供しながらも、比較的適度な圧力と温度で形成され、一度形成されると、水和物の貯蔵が−20℃、1気圧でなされる。このような温度及び圧力条件は、液化天然ガス及び圧縮ガスの温度、圧力条件より一層緩やかな条件である。   In contrast, natural gas hydrate is formed at a relatively moderate pressure and temperature while providing 170 times the volume of gas per unit volume, and once formed, storage of the hydrate is − It is made at 20 ° C. and 1 atm. Such temperature and pressure conditions are milder than the temperature and pressure conditions of liquefied natural gas and compressed gas.

また、天然ガス水和物は、常温及び常圧に露出しても爆発の可能性が低いため、システムの漏水と破損に対処する十分な時間の確保ができるので安全であるという利点がある。すなわち、天然ガス水和物は、LNGやCNG(Compressed Natural Gas)に比べて貯蔵及び輸送が安全で経済的である。   In addition, natural gas hydrate has an advantage that it is safe because it has a low possibility of explosion even if it is exposed to normal temperature and normal pressure, so that sufficient time can be secured to cope with water leakage and damage to the system. That is, natural gas hydrate is safer and more economical to store and transport than LNG and CNG (Compressed Natural Gas).

天然ガス水和物は、低い温度と高い圧力でガスと水が化学的結合でなく物理的結合により、例えばドライアイス(dry ice)のような形態で生成された化合物であって、1mのガス水和物の発熱量は、約180mの天然ガスが有する発熱量と同様である。自然的には、温度が低くかつ圧力が高い海底又は凍土(frozen earth)などで水とガスが結合された結晶体として埋蔵されており、これは解離(dissociation)条件になれば水とガスに容易に分解される。 Natural gas hydrate is a lower the temperature and the gas and water at high pressure is physically bound not chemically bond, for example, compounds produced in the form such as dry ice (dry ice), the 1 m 3 The calorific value of gas hydrate is the same as that of natural gas of about 180 m 3 . Naturally, it is buried as a crystal in which water and gas are combined on the seabed or frozen earth where the temperature is low and the pressure is high, and this is converted into water and gas under dissociation conditions. It is easily disassembled.

天然ガス水和物は、分子構造に従ってI型、II型、H型などに分類され、外形上氷に類似しているが、氷と異なる構造を有する。氷は、0℃に近くの低い温度で2次元平面構造を有するが、水分子は、適当な圧力の天然ガス水和物が与えられると、3次元空洞構造(cavity structure)を形成する(図1を参照)。   Natural gas hydrates are classified according to molecular structure into type I, type II, type H, etc., and are similar in shape to ice but have a structure different from ice. Ice has a two-dimensional planar structure at low temperatures close to 0 ° C., but water molecules form a three-dimensional cavity structure when given natural gas hydrate at the appropriate pressure (see figure). 1).

単一空洞のサイズは、球面体と仮定する場合、約1ナノメートルであり、単位格子サイズ(unit cell size)は、約2ナノメートルであり、この空洞の内部に天然ガスが入るようになる。すなわち、水素結合で連結された水分子は、‘ホスト(host)’となり、ガス分子は‘ゲスト(guest)’となる。ガス水和物の一般式は、Gas(HO)である。ここで、nは、水和数(hydration number)として、ガス分子のサイズによって約5〜8の値を有する。非極性ガス分子と水分子との間ではファンデルワールス力(van der Waals force)が作用する。 The size of the single cavity is about 1 nanometer, assuming a spherical body, and the unit cell size is about 2 nanometer, so that natural gas can enter the inside of this cavity. . That is, water molecules connected by hydrogen bonds become 'host', and gas molecules become 'guest'. The general formula of gas hydrate is Gas (H 2 O) n . Here, n has a value of about 5 to 8 depending on the size of the gas molecule as a hydration number. A van der Waals force acts between nonpolar gas molecules and water molecules.

一般的な天然ガス水和物の製造方法は、反応器の上端に設置されたガスノズルを通じて供給された高圧の冷却された天然ガスが、それより下方に設置されたノズル又は反応器の下端に設置された多孔板を通じて噴射された水と接触して天然ガスハイドレートを生成するバブリング(bubbling)方法が大部分であり、全体反応が発熱反応であるので、反応中に生成された熱を除去するために冷却システムを反応器内に設け、あるいは外部から反応器の温度を低くするシステムを備えるようになる。   A general method for producing natural gas hydrate is that a high-pressure cooled natural gas supplied through a gas nozzle installed at the upper end of the reactor is installed at the lower nozzle or the lower end of the reactor. The bubbling method that produces natural gas hydrate in contact with water sprayed through a perforated plate is mostly, and the overall reaction is exothermic, so the heat generated during the reaction is removed For this purpose, a cooling system is provided in the reactor, or a system for lowering the temperature of the reactor from the outside is provided.

しかしながら、このような方法は、生成された天然ガスハイドレートが原料水又は天然ガス噴射ノズルにプラギング(plugging)を引き起こす可能性があり、噴射板を使用する場合、生成された原料水粒子の直径が大きいため、生成反応時に物質伝達の抵抗が大きいという短所があり、生成された天然ガスハイドレートと反応しない水との分離が難しく、低い転換率により反応しない水の量が多く、それによって分離及び再使用工程に多くのエネルギーが必要となる。   However, such a method may cause the generated natural gas hydrate to cause plugging in the raw water or natural gas injection nozzle, and when using an injection plate, the diameter of the generated raw water particles. Therefore, it is difficult to separate the generated natural gas hydrate from the unreacted water and the amount of unreacted water is high due to the low conversion rate. In addition, a lot of energy is required for the reuse process.

また、既存の天然ガス水和物の生産方法は、長い水和物誘導時間と低い水和物の結晶成長速度により産業化において問題点がある。ここで、水和物誘導時間(induction period)とは、固体ガス水和物の結晶粒子が生じる前まで準安定(metastable)な液体状態に維持される期間であると定義でき、メタン水和物誘導時間は通常数日程度である。   In addition, existing natural gas hydrate production methods have problems in industrialization due to a long hydrate induction time and a low hydrate crystal growth rate. Here, the hydrate induction period can be defined as the period during which a solid gas hydrate crystal particle is maintained in a metastable liquid state before it is formed, and methane hydrate. The induction time is usually several days.

すなわち、大量生産のためには、長い水和物の誘導時間を短縮させる問題と低い水和物結晶の成長速度問題を解決すべきである。このような水和物誘導時間の短縮化のためには、温度と圧力条件を充足させ反応できる反応面積が広くなければならない。従来から、反応面積を広くするためにノズル噴霧、微細バブル、攪拌(agitation)などの方法が使われているが、転換率が制約的で、装置製作に多い費用がかかる。   That is, for mass production, the problem of shortening the induction time of long hydrates and the problem of low hydrate crystal growth rate should be solved. In order to shorten the hydrate induction time, the reaction area that can be reacted by satisfying the temperature and pressure conditions must be large. Conventionally, methods such as nozzle spraying, fine bubbles, and agitation have been used to widen the reaction area, but the conversion rate is constrained and a lot of cost is required to manufacture the apparatus.

また、水和物を生成するためには、温度圧力条件が重要であり、水和物生成のための工程の大部分は、生成の際に発生する反応熱を除去するための冷却システム(cooling system)が占めている。現在、冷却された水を内部に供給し、外部の熱交換器を通じて反応熱を除去する方法が使用されている。しかし、この方法は、内部で水和物が生成されるときに発生する反応熱を除去するために、高圧反応器を貫通して熱交換が行われなければならないので装置製作が難しく、生成される水和物の量が大きくなると、反応器内部の均一の熱交換が不可能なので大量生産が難しくなる。   In order to produce hydrates, temperature and pressure conditions are important, and most of the process for producing hydrates is a cooling system for removing the heat of reaction generated during the production. system). Currently, a method of supplying cooled water to the inside and removing reaction heat through an external heat exchanger is used. However, this method is difficult to manufacture because the heat exchange must be performed through the high-pressure reactor in order to remove the heat of reaction generated when the hydrate is generated inside. When the amount of hydrate to be increased is large, mass production becomes difficult because uniform heat exchange inside the reactor is impossible.

また、水和物は、熱交換器の冷却表面から生成されるため、水和物の形成後に熱交換器の表面と水和物の吸着(冷蔵及び冷凍室に氷が付いている現象)により熱伝導率が低くなって反応器内の熱交換が一層難しくなり、分離も難しくなることで、水和物の移送を妨害するようになる。   Also, since hydrates are generated from the cooling surface of the heat exchanger, adsorption of the surface of the heat exchanger and the hydrate (formation of ice in the refrigeration and freezer compartment) after the formation of the hydrate Lowering the thermal conductivity makes it more difficult to exchange heat in the reactor and makes it difficult to separate, thereby hindering hydrate transport.

一方、従来ではガス水和物を連続して製造するために、反応器の内部で生成された水和物をスラリ(slurry)形態で排出した後に脱水工程を遂行する過程を通じて反応器の内部でまだ反応しない水分を除去することによって、水和物内部のガス充填率を高めている。このとき、脱水のために水和物スラリを機械的な力や遠心力を用いて加圧するようになる。この場合、水和物スラリを濾過させる濾過網又はフィルタに氷膜が形成されて脱水能力が低下するので、周期的に濾過網又はフィルタを洗浄する装置を追加に設置する必要性が生じる。しかしながら、このような従来の方法によれば、濾過網又はフィルタの寿命及び濾過網又はフィルタを洗浄する装置の耐久性と、反応器の内部で脱水工程が行われるべき装置の構造上の問題によって、装備の製作が難しく、装備の大型化により、商業化のための大量生産が難しくなるという問題が発生する。
したがって、上記のような従来のガス水和物の製造方法に対する問題点を克服し、ガス水和物の誘導期間がなく、ガス拡散が容易で、ガス水和物結晶の生成速度を増加させながらも高いガス水和物の転換率を表し、反応熱の除去に必要な工程を最小化して生産費を節減でき、かつ既存のガス水和物のスラリ生成後に脱水した方式を除き、すなわちこの脱水工程なしにガス水和物を連続して製造するガス水和物の連続製造装置に対する新たな工程の開発が天然ガスエネルギーの活用において切実に要求されている。
On the other hand, conventionally, in order to continuously produce a gas hydrate, the hydrate produced in the reactor is discharged in a slurry form and then the dehydration process is performed in the reactor. By removing moisture that has not yet reacted, the gas filling rate inside the hydrate is increased. At this time, the hydrate slurry is pressurized using mechanical force or centrifugal force for dehydration. In this case, since an ice film is formed on the filtration net or filter for filtering the hydrate slurry and the dewatering ability is lowered, it is necessary to additionally install a device for periodically washing the filtration net or filter. However, according to such conventional methods, the life of the filter screen or filter, the durability of the device for cleaning the filter screen or filter, and the structural problems of the device in which the dehydration process is to be performed inside the reactor are performed. The production of equipment is difficult, and the increase in the size of equipment causes problems that make mass production difficult for commercialization.
Therefore, it overcomes the problems with the conventional method for producing gas hydrate as described above, has no induction period of gas hydrate, facilitates gas diffusion, and increases the production rate of gas hydrate crystals. Represents a high conversion rate of gas hydrate, can reduce the production cost by minimizing the steps required to remove reaction heat, and excluding the method of dehydration after the slurry formation of existing gas hydrate, ie this dehydration Development of a new process for a gas hydrate continuous production apparatus that continuously produces gas hydrate without a process is urgently required in the utilization of natural gas energy.

したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、生成反応時にガス拡散が容易で、水とガスの接触面積が極大化されて速いガス捕集速度と全体的な水和物形成時間を短縮させるだけでなく、高い転換率及び相対的に低いガス水和物の形成圧力を示し、水溶液で直ちにガス水和物を形成することに比べて相(phase)変化による潜熱(latent heat)が不要なので、全体反応発熱量が減少して反応器内の反応熱を除去するための工程が短縮化されて全体的な反応効率を増加させ、反応熱の除去に必要な冷却工程が短縮されて生産コストの低減効果がある一方で、従来のガス水和物のスラリ生成後に脱水する方式でなく、脱水工程なしにガス水和物を連続して製造するガス水和物の連続製造方法を提供することにある。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to facilitate gas diffusion during the production reaction, maximize the contact area between water and gas, and increase the gas collection speed and overall Not only shortens the hydrate formation time, but also shows high conversion and relatively low gas hydrate formation pressure, due to phase change compared to immediate gas hydrate formation in aqueous solution Since no latent heat is required, the overall reaction heat generation is reduced, the process for removing the reaction heat in the reactor is shortened, the overall reaction efficiency is increased, and the reaction heat is required to be removed. While the cooling process is shortened and has the effect of reducing production costs, it is not a method of dehydrating after the conventional gas hydrate slurry generation, but a gas hydrate that continuously produces gas hydrate without a dehydration process It is to provide a continuous production method.

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、界面活性剤が含まれている水溶液の潜在的水和物結晶をパイプ型反応器に注入する第11のステップと、上記第11のステップの潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器にガスを注入してガス水和物を生成する第12のステップと、上記第12のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第13のステップとを有するガス水和物連続製造方法が提供される。   In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, an eleventh step of injecting a latent hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into a pipe reactor; A twelfth step of injecting a gas into the pipe reactor into which the latent hydrate crystals of the eleventh step have been injected to generate a gas hydrate; and the gas water generated in the twelfth step. And a thirteenth step of maximizing the conversion rate while circulating the Japanese product in the pipe reactor over the entire length of the pipe reactor.

また、本発明の他の態様によれば、一定間隔で複数連結された状態でパイプ型反応器の内部を循環移動するピグボールの作用により、ガス水和物をパイプ型反応器の内部で循環移送させるガス水和物連続製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, the gas hydrate is circulated and transferred inside the pipe reactor by the action of a pig ball that circulates and moves inside the pipe reactor in a state where a plurality of pipes are connected at regular intervals. A process for continuously producing gas hydrate is provided.

また、本発明の他の態様によれば、潜在的水和物結晶が多孔性構造を有するガス水和物連続製造方法が提供される。   Moreover, according to the other aspect of this invention, the gas hydrate continuous manufacturing method in which a latent hydrate crystal | crystallization has a porous structure is provided.

さらに、本発明の他の態様によれば、多孔性構造を有する潜在的水和物結晶が、i)氷粒子形態、またはii)スラリ形態、あるいはiii)多孔性物質に水溶液を含浸させた後に冷却させること、又はiv)高吸水性樹脂(resin)に界面活性剤が含まれている水溶液を吸収させた後に冷却させるガス水和物連続製造方法が提供される。   Furthermore, according to another aspect of the present invention, after the latent hydrate crystal having a porous structure is impregnated with an aqueous solution in i) ice particle form, or ii) slurry form, or iii) porous substance. There is provided a method for continuously producing gas hydrate by cooling, or iv) cooling an aqueous solution containing a surfactant in a superabsorbent resin (resin).

また、本発明の他の態様によれば、パイプ型反応器に界面活性剤が含まれる潜在的水和物結晶を注入する前にパイプ型反応器を冷却させるステップをさらに有するガス水和物連続製造方法が提供される。   In addition, according to another aspect of the present invention, the gas hydrate continuous further comprising the step of cooling the pipe reactor before injecting the latent hydrate crystal containing the surfactant into the pipe reactor. A manufacturing method is provided.

本発明の他の態様によれば、パイプ型反応器にガスを注入した後、追加的なガス供給を通じてパイプ型反応器内の圧力を一定に維持させるステップをさらに有するガス水和物連続製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, the gas hydrate continuous production method further includes the step of maintaining the pressure in the pipe reactor at a constant level through an additional gas supply after injecting the gas into the pipe reactor. Is provided.

本発明によると、次の通りの有利な効果が発生する。   According to the present invention, the following advantageous effects occur.

本発明は、既に多孔性(porous)形態の構造を備えており、ガス水和物結晶に転換するために別途の水和物誘導時間(induction time)が必要ない氷粒子又は粉氷粒子のような潜在的水和物結晶を利用することによって、反応ガスの拡散速度を増加させ、水とガスの接触面積を最大化して反応時間を短縮し、反応効率を最大化する効果がある。   The present invention already has a porous form of structure, such as ice particles or powdered ice particles that do not require a separate hydrate induction time to convert to gas hydrate crystals. By using such latent hydrate crystals, there is an effect of increasing the reaction gas diffusion rate, maximizing the contact area between water and gas, shortening the reaction time, and maximizing the reaction efficiency.

また、本発明は、潜在的水和物結晶からガス水和物を形成するため、水溶液ですぐガス水和物を形成することに対して、相変化による潜熱が必要でなく、全体反応発熱量が減少して生産コストの低減効果及び反応熱を除去するための工程が減る効果を有する。
さらに、本発明は、従来のガス水和物のスラリ生成後に脱水した方式を除き、このような脱水工程がなしにガス水和物を連続して製造するので、濾過網又はフィルタを洗浄する装置を付加的に設置すべく、あるいは反応器の内部で脱水工程が行われるべき関係で、装備が大型化され、商業化のための大量生産が難しくなるという問題が最初から発生しない。
In addition, since the present invention forms a gas hydrate from a latent hydrate crystal, a latent heat due to a phase change is not required for the immediate formation of a gas hydrate in an aqueous solution, and the total reaction calorific value. Has the effect of reducing production costs and reducing the number of steps for removing reaction heat.
Furthermore, the present invention continuously produces the gas hydrate without such a dehydration step except for the method of dehydration after the slurry formation of the conventional gas hydrate. Therefore, there is no problem that the equipment is enlarged and mass production for commercialization becomes difficult from the beginning because the dehydration process should be performed inside the reactor.

ガス水和物の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of gas hydrate. 本発明の潜在的水和物結晶(potential hydrate crystal)を利用したガス水和物連続製造装置の概念を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the concept of the gas hydrate continuous manufacturing apparatus using the potential hydrate crystal of this invention. 従来のガス水和物連続製造方法を用いるパイプ型反応器の反応熱を示す図である。It is a figure which shows the reaction heat of the pipe type reactor using the conventional gas hydrate continuous manufacturing method. 本発明のガス水和物連続製造装置の作業実施例を利用したパイプ型反応器の反応熱を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the reaction heat of the pipe-type reactor using the working example of the gas hydrate continuous production apparatus of the present invention. 本発明のガス水和物連続製造装置の作業実施例を利用したガス水和物連続製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the gas hydrate continuous manufacturing apparatus using the working example of the gas hydrate continuous manufacturing apparatus of the present invention. 図5のうち、パイプ型反応器を別途に詳細に示す図である。It is a figure which shows a pipe type reactor separately in detail among FIG. 本発明において相互に隣接したピグボールが相互に異なる角度になるように設置された状態及びその効果を示す図である。It is a figure which shows the state and the effect which were installed so that the pig ball adjacent to each other may become a mutually different angle in this invention.

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明のガス水和物連続製造方法は、界面活性剤が含まれている水溶液の潜在的水和物結晶をパイプ型反応器に注入する第11のステップと、上記第11のステップの潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器にガスを注入してガス水和物を生成する第12のステップと、上記第12のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第13のステップとを具備してなされる。   The gas hydrate continuous production method of the present invention includes an eleventh step of injecting a latent hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into a pipe reactor, and the potential of the eleventh step. A twelfth step of injecting gas into a pipe reactor into which hydrate crystals have been injected to generate a gas hydrate; and the gas hydrate generated in the twelfth step is converted into a pipe reactor. And a thirteenth step for maximizing the conversion rate while being circulated and transferred over the entire length of the pipe reactor.

次に、図5及び図6を参照して、本発明について各ステップ別に詳細に説明する。
<第11のステップ: 界面活性剤が含まれた水溶液の潜在的水和物結晶の注入>
パイプ型製氷機15は、界面活性剤が含まれた水溶液の潜在的水和物結晶(potential hydrate crystal)をパイプ型反応器9に注入する(図6を参照)。
Next, the present invention will be described in detail for each step with reference to FIG. 5 and FIG.
<11th Step: Injection of Potential Hydrate Crystal in Aqueous Solution Containing Surfactant>
The pipe-type ice making machine 15 injects a potential hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into the pipe-type reactor 9 (see FIG. 6).

ここで、パイプ型反応器9は、反応器を通常のシリンダー形状でなく、図6に示すように、長いパイプ形状に形成されるものを意味する(これに対して、後述する部分でより詳細に説明する)。   Here, the pipe-type reactor 9 means that the reactor is formed in a long pipe shape as shown in FIG. Explained).

また、ガス水和物は、低い温度と高い圧力で低分子量のガスと水が化学的結合でない構造的結合と類似した物理的結合によりドライアイスのような固体状態の結晶として存在する化合物を称する(図1を参照)。   Gas hydrate refers to a compound that exists as a solid state crystal such as dry ice due to a physical bond similar to a structural bond where a low molecular weight gas and water are not chemically bonded at low temperature and high pressure. (See Figure 1).

さらに、潜在的水和物結晶は、既に多孔性構造を備えているので、ガス水和物結晶に転換されるために別途の水和物誘導時間が必要ない状態のガス水和物結晶の前駆体(precursor)を称する。   In addition, since the latent hydrate crystal already has a porous structure, it does not require a separate hydrate induction time to be converted into the gas hydrate crystal. Refers to the body (precursor).

多孔性構造を有する潜在的水和物結晶では界面活性剤が含まれた水溶液を事前に冷却及び粉砕する事前工程を通じて、界面活性剤が包含された水溶液の1)固体状態である氷粒子形態、または2)不溶性固体粒子のサスペンション状態であるスラリ形態などが使用され得る。   In a latent hydrate crystal having a porous structure, the aqueous solution containing the surfactant is preliminarily cooled and pulverized through a preliminary process. Or 2) A slurry form which is a suspension state of insoluble solid particles can be used.

また、水溶液をすぐ冷却及び粉砕する代わりに、3)多孔性物質に水溶液を含浸させた後に冷却させ、あるいは4)高吸収性樹脂(resin)に水溶液を吸収させた後に冷却させることで、事前粉砕工程を省略し、冷却された水溶液を直ちにパイプ型反応器9に注入させることもできる。   Also, instead of immediately cooling and pulverizing the aqueous solution, 3) the porous material is impregnated with the aqueous solution and then cooled, or 4) the superabsorbent resin (resin) absorbs the aqueous solution and then cooled. It is also possible to omit the pulverization step and immediately inject the cooled aqueous solution into the pipe reactor 9.

このとき、多孔性物質又は高吸収性樹脂などが人為的に水溶液粒子を分離させて水溶液と気体との接触面積を極大化させる。このとき、多孔性物質は、商業的に使用可能なすべての材料が使用され得るが、望ましくは活性炭(active carbon)、シリカゲル(silica gel)、又はゼオライト(zeolite)などが使用され得る。また、高吸収性樹脂は、商業的に使用される一般的な樹脂がすべて使用されるが、好ましくは、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド(polyacrylamide)、ポリアクリル酸(polyacrylic acid)、ポリメタクリル酸(polymethacrylic acid)、ポリエチレンオキシド(polyethylene oxide)、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol)などが使用され得る。   At this time, the porous material or the superabsorbent resin artificially separates the aqueous solution particles to maximize the contact area between the aqueous solution and the gas. At this time, as the porous material, all commercially available materials can be used, but preferably activated carbon, silica gel, zeolite, or the like can be used. As the superabsorbent resin, all commercially-used general resins are used. Preferably, polyacrylate, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid are used. (polymethacrylic acid), polyethylene oxide, polyvinyl alcohol and the like can be used.

<第12のステップ: パイプ型反応器内のガス水和物の生成>
上記した潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器9に反応ガスが注入されると、潜在的水和物結晶は、注入されたガスと反応してガス水和物を直ちに生成するようになる(図2)。
<Twelfth Step: Formation of Gas Hydrate in Pipe Reactor>
When the reaction gas is injected into the pipe reactor 9 into which the above-described latent hydrate crystal is injected, the latent hydrate crystal reacts with the injected gas to immediately generate a gas hydrate. (Figure 2).

このとき、多孔性形態からなされた潜在的水和物結晶の構造的特徴により、潜在的水和物結晶内のガス拡散が容易で、水とガスの接触面積が極大化されて速いガス捕集速度と全体的な水和物の形成時間が短縮されるだけでなく、高い転換率及び相対的に低いガス水和物の形成圧力を示すことができる。   At this time, due to the structural features of the latent hydrate crystal made of porous form, gas diffusion in the potential hydrate crystal is easy, and the contact area between water and gas is maximized, and the gas is collected quickly. Not only can the rate and overall hydrate formation time be shortened, but a high conversion and a relatively low gas hydrate formation pressure can be exhibited.

また、上記した生成は、水溶液で直ちにガス水和物を形成することに比べて、相の変化による潜熱が必要なく、全体反応発熱量が減少し、これは、パイプ型反応器9内の反応熱を除去するための装置及び工程を短縮させて全体的に費用低減の効果を奏する。   In addition, the above-described production does not require latent heat due to phase change compared to immediately forming a gas hydrate with an aqueous solution, and the total reaction heat generation is reduced. This is because the reaction in the pipe reactor 9 is reduced. By shortening the apparatus and process for removing heat, the overall cost reduction effect is achieved.

図3及び図4は、水溶液から水和物を形成する場合と本発明の一実施形態である氷粒子状態の潜在的水和物結晶で水和物を形成する場合、各々外部で除去すべき発熱量を示す図である。図3と図4からわかるように、水溶液から1kgのメタン水和物を生成する際に発熱量は542.4KJ/kgであるが、氷粒子から1kgのメタン水和物を生成する際に発熱量は、542.4KJ/kgから氷粒子1kgの相変化時に吸熱量435.8KJ/kgを引いた分の106.6KJ/kgである。   3 and 4 show that when forming a hydrate from an aqueous solution and when forming a hydrate with a latent hydrate crystal in an ice particle state, which is an embodiment of the present invention, each should be removed externally. It is a figure which shows the emitted-heat amount. As can be seen from FIGS. 3 and 4, the calorific value is 542.4 KJ / kg when producing 1 kg of methane hydrate from an aqueous solution, but it is exothermic when producing 1 kg of methane hydrate from ice particles. The amount is 106.6 KJ / kg obtained by subtracting the endothermic amount 435.8 KJ / kg during the phase change of 1 kg of ice particles from 542.4 KJ / kg.

すなわち、界面活性剤を含んでいる水溶液は、氷粒子形態となりつつ、既に潜熱を除去した状態であるため、反応中にパイプ型反応器9内で除去すべき熱量は減少し、それによってパイプ型反応器9内の反応熱を除去するための全体冷却器21の容量と冷却時間が減少するものである。
上記した潜在的水和物結晶は、界面活性剤を含むが、界面活性剤は、一般的に使用されるすべての界面活性剤が使用可能であるが、望ましくはドデシル硫酸ナトリウム(Sodium Dodecyl Sulfate:SDS)、ジオクチルナトリウムスルホサクシネート(Diisooctyl Sodium Sulfosuccinate:DSS)、テトラデシル硫酸ナトリウム(sodium tetradecyl sulfate)、ヘキサデシル硫酸ナトリウム(sodium hexadecyl sulfate)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(sodium dodecylbenzene sulfonate)、キシレンスルホン酸塩(Xylenesulfonate)、オレイン酸ナトリウム(Sodiumoleate)、4−n−デシルベンゼンスルホン酸塩(4−n−Decylbenzenesulfonate)、ラウリン酸ナトリウム(sodium laurate)、4−ドデシルベンゼンスルホン酸(4−dodecylbenzenesulfonic acid)、ドデシルアミン塩酸塩(dodecylamine hydrochloride)、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド(dodecyltrimethylammonium chloride)、4−n−オクチルベンゼンスルホン酸塩(4−n−Octylbenzene sulfonate)、エトキシル化スルホン酸塩(Ethoxylated sulfonate)、デシルベンゼンスルホン酸塩(Decylbenzenesulfonate)、オレイン酸カリウム(Potassium oleate)、n−デシルベンゼンスルホン酸塩(n−Decylbenzene sulfonate)、アルキルトリメチルアンモニウムブロミド(Alkyltrimethylammonium bromide、C10−C16鎖)、ドデシルアミン(Dodecyl amine)、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド(Tetradecyltrimethylammonium chloride)、ドデシルポリサッカライドグルコシド(dodecyl polysaccharide glycoside)、シクロデキストリン(Cyclodextrins)、グリコリピド(glycolipids)、リポプロテイン−リポペプチド(lipoprotein−ipopeptides)、ホスホリピド(phospholipids)、para−トルエンスルホン酸(para−toluene sulfonicacid)、トリシロキサン(trisiloxane)、トリトン(triton)X−100及びこれらの混合物から選択されることが望ましい。
That is, since the aqueous solution containing the surfactant is in the form of ice particles and already has the latent heat removed, the amount of heat to be removed in the pipe reactor 9 during the reaction is reduced, whereby the pipe type The capacity and cooling time of the overall cooler 21 for removing the reaction heat in the reactor 9 are reduced.
The latent hydrate crystals described above include a surfactant, and any commonly used surfactant can be used as the surfactant, but preferably sodium dodecyl sulfate (Sodium Dodecyl Sulfate: SDS), dioctyl sodium sulfosuccinate (DSS), sodium tetradecyl sulfate, sodium hexadecyl sulfate, sodium dodecylbenzene sulfonate, xylene sulfonate ( Xylenesulfonate), sodium oleate (Sodiumoleate), 4-n-decylbenzenesulfonate (sodium laurate), 4-dodecylbenzenesulfonic acid (4-dodecylbenzenesulfonate), dodecylamine Dodecylamine hydrochloride, dodecyltrimethyl Ammonium chloride (dodecyltrimethylammonium chloride), 4-n-octylbenzene sulfonate, Ethoxylated sulfonate, Decylbenzenesulfonate, potassium oleate (Potassium oleate) ), N-decylbenzene sulfonate, alkyltrimethylammonium bromide (C10-C16 chain), dodecylamine, tetradecyltrimethylammonium chloride (Tetradecyltrimethylammonium chloride), dodecylpolysaccharide Glucoside (dodecyl polysaccharide glycoside), cyclodextrin (Cyclodextrins), glycolipids (glycolipids), lipoprotein-lipopeptides (lipoprotein-ipopeptides), phospholipids (phospholipids), para-toluenesulfonic acid (para-tolulu) Preferably, it is selected from ene sulfonic acid, trisiloxane, triton X-100 and mixtures thereof.

上記した界面活性剤の量は、水溶液全体体積の0.5%以内程度の少量だけでも十分であり、界面活性剤の濃度は50ppm〜1000ppmの範囲であることが望ましい。   As for the amount of the above-described surfactant, a small amount of about 0.5% or less of the total volume of the aqueous solution is sufficient, and the concentration of the surfactant is desirably in the range of 50 ppm to 1000 ppm.

一方、パイプ型反応器9に界面活性剤が含まれた潜在的水和物の結晶を注入する前にパイプ型反応器9を予め冷却させることが好ましい。このとき、パイプ型反応器9の冷却温度は−10℃〜10℃の範囲が望ましい。   On the other hand, it is preferable to cool the pipe reactor 9 in advance before injecting the latent hydrate crystals containing the surfactant into the pipe reactor 9. At this time, the cooling temperature of the pipe reactor 9 is desirably in the range of −10 ° C. to 10 ° C.

また、パイプ型反応器9にガスを注入した後には追加的なガス供給を通じてパイプ型反応器9内の圧力を一定に維持させるのが望ましい。このとき、パイプ型反応器9内の圧力が10bar〜100barの範囲が望ましい。   Moreover, after injecting gas into the pipe reactor 9, it is desirable to maintain the pressure in the pipe reactor 9 constant through additional gas supply. At this time, the pressure in the pipe reactor 9 is preferably in the range of 10 bar to 100 bar.

パイプ型反応器9に注入されるガスは、メタン(methane)、エタン(ethane)、プロパン(propane)、二酸化炭素(carbon dioxide)、ブタン、またはこれらの混合物であり得る。   The gas injected into the pipe reactor 9 can be methane, ethane, propane, carbon dioxide, butane, or a mixture thereof.

<第13のステップ: パイプ型反応器内のガス水和物の循環移送>
但し、第12のステップを通じて、パイプ型反応器9内で生成された水和物が高い転換率を有しても、それは100%の転換率でなく、状況によっては転換率が必要水準に及ばない場合が発生することがある。
<Thirteenth step: Circulating and transferring gas hydrate in a pipe reactor>
However, even though the hydrate produced in the pipe reactor 9 through the twelfth step has a high conversion rate, it is not 100% conversion rate, and depending on the situation, the conversion rate reaches the required level. There may be no cases.

この状態で、ガス水和物を連続して製造するためには、生成された水和物をスラリ形態で排出した後に脱水工程を遂行する過程を通じて反応しない水分を除去しなければならない。このとき、脱水のために水和物スラリを機械的な力や遠心力を用いて加圧し、すると、水和物スラリを濾過する濾過網又はフィルタに氷膜が形成されて脱水能力が低下するため、周期的に濾過網又はフィルタを洗浄する装置を追加に設置する必要性が生じる。しかしながら、このような方法によると、濾過網又はフィルタの寿命及び濾過網又はフィルタを洗浄する装置の耐久性の問題と反応器の内部で脱水工程がなされるべき装置構造上の問題により、装備の製作が難しく、装備の大型化によって商
業化のための大量生産が難しくなるという問題が発生する。
In this state, in order to continuously produce a gas hydrate, unreacted water must be removed through a process of performing a dehydration process after discharging the produced hydrate in a slurry form. At this time, when the hydrate slurry is pressurized using mechanical force or centrifugal force for dehydration, an ice film is formed on a filter network or a filter for filtering the hydrate slurry, and the dehydration ability is reduced. Therefore, it becomes necessary to additionally install a filter or a device for periodically cleaning the filter. However, according to such a method, due to the problem of the service life of the filter screen or filter and the durability of the device for cleaning the filter screen or filter and the problem of the device structure in which the dehydration process should be performed inside the reactor, The problem is that it is difficult to manufacture and mass production for commercialization becomes difficult due to the increase in equipment size.

本発明は、このような問題を解決するために、反応器を通常のシリンダー形状に形成せずに、図6に示すように、長いパイプ形状に形成する(本発明は、この特徴を反映するために反応器を‘パイプ型反応器’と特別に称する)。   In order to solve such a problem, the present invention does not form the reactor in a normal cylinder shape, but forms it in a long pipe shape as shown in FIG. 6 (the present invention reflects this feature). For this reason, the reactor is specially referred to as a 'pipe reactor').

このように、本発明が通常のシリンダー型反応器でなくパイプ型反応器9を採択する理由は、パイプ型反応器9の内部で最初に生成されたガス水和物が直ちに外部に排出されず、パイプ型反応器9の内部に留まりつつ、パイプ型反応器9の全長さ区間にわたって循環移送される過程を通じてその転換率を極大化させるためである。   As described above, the reason why the present invention adopts the pipe reactor 9 instead of the normal cylinder reactor is that the gas hydrate produced first in the pipe reactor 9 is not immediately discharged to the outside. This is because the conversion rate is maximized through the process of being circulated and transported over the entire length of the pipe reactor 9 while remaining inside the pipe reactor 9.

以下、図5及び図6を参照して、パイプ型反応器9の作用についてより詳細に説明する。   Hereinafter, the operation of the pipe reactor 9 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6.

本発明の実施形態によると、界面活性剤が含まれている水溶液は、パイプ型製氷機15で冷却及び粉砕処理して氷粒子に形成し、その後にパイプ型反応器9に注入する。この水溶液は、反応ガスをガスシリンダー1からパイプを通じてガス水和物の形成によるガス注入を測定できる質量流量計3を経てノズル4を通じて供給すると、パイプ型反応器9内のパイプ型製氷機15の出口部分(a)にガス水和物が直ちに生成される。   According to the embodiment of the present invention, the aqueous solution containing the surfactant is cooled and pulverized by the pipe type ice making machine 15 to form ice particles, and then injected into the pipe type reactor 9. When this reaction solution is supplied from the gas cylinder 1 through the nozzle 4 through the mass flow meter 3 that can measure gas injection due to the formation of gas hydrate through the pipe, the reaction gas is supplied to the pipe-type ice maker 15 in the pipe-type reactor 9. Gas hydrate is immediately formed at the outlet part (a).

このとき、圧力は、パイプ型反応器9内に一定の圧力を維持するようにガス調節器2を通じて設定され、温度制御器が取り付けられた冷却器21で冷却水ライン13,14がパイプ型反応器9に連結されてパイプ型反応器9の温度を降下させる。   At this time, the pressure is set through the gas regulator 2 so as to maintain a constant pressure in the pipe reactor 9, and the cooling water lines 13 and 14 are connected to the pipe reaction by the cooler 21 to which the temperature controller is attached. The temperature of the pipe reactor 9 is lowered by being connected to the reactor 9.

一方、パイプ型反応器9内のパイプ型製氷機15の出口部分(a)で生成されたガス水和物はすぐ外部に排出されず、パイプ型反応器9の内部に留まりつつパイプ型反応器9の全長さ区間にわたって循環移送されることで、その転換率が極大化される。   On the other hand, the gas hydrate produced at the outlet part (a) of the pipe-type ice making machine 15 in the pipe-type reactor 9 is not immediately discharged to the outside, but stays inside the pipe-type reactor 9 while remaining in the pipe-type reactor 9. The conversion rate is maximized by being circulated and transferred over the entire length of 9 sections.

上記したように、パイプ型反応器9の内部は、ガス調節器2及び冷却水ライン13,14により全長さ区間にわたって圧力及び温度が適切に維持されているので、パイプ型製氷機15の出口部分(a)で生成されたガス水和物は、最初は転換率が100%でなく、あるいは状況に従っては転換率が必要水準に及ばない場合が発生しても、パイプ型反応器9の全長さ区間にわたって循環移送される過程で、適切な圧力及び温度条件に継続して露出されつつ、パイプ型反応器9の終端部(b)に至るときには転換率が極大化された状態となる。そして、パイプ型反応器9の終端部(b)に至って外部に排出されるガス水和物は、別途の脱水工程を遂行する必要なしに直ちに使用可能な状態となる。   As described above, since the pressure and temperature are appropriately maintained over the entire length of the pipe reactor 9 by the gas regulator 2 and the cooling water lines 13 and 14, the outlet portion of the pipe ice maker 15 is provided. The gas hydrate produced in (a) does not initially have a conversion rate of 100%, or even if the conversion rate does not reach the required level depending on the situation, the total length of the pipe reactor 9 is In the process of being circulated and transferred over the section, the conversion rate is maximized when reaching the end (b) of the pipe reactor 9 while being continuously exposed to appropriate pressure and temperature conditions. Then, the gas hydrate that reaches the end (b) of the pipe-type reactor 9 and is discharged to the outside becomes ready for use without having to perform a separate dehydration step.

図6の実施形態において、パイプ型反応器9が2個の長いボディー、すなわちA,Bからなり、これは、パイプ型反応器9の全長さ区間をより長くして効果を高めるためである。ガス水和物は、パイプ型反応器9内のパイプ型製氷器15の出口部分(a)で生成された後、パイプ型反応器9の全長さ区間にわたって循環移送され、パイプ型反応器9の終端部(b)に達して1次貯蔵タンク18に排出されて集まり、以後に減圧装置が備えられるペレタイザー(pelletizer)19を経て最後は2次貯蔵タンク20に貯蔵される。このような過程の中で、ガス水和物を脱水する過程は存在する必要がない。   In the embodiment of FIG. 6, the pipe reactor 9 is composed of two long bodies, that is, A and B, in order to increase the effect by making the overall length section of the pipe reactor 9 longer. The gas hydrate is generated at the outlet portion (a) of the pipe ice making device 15 in the pipe reactor 9 and then circulated and transferred over the entire length of the pipe reactor 9. After reaching the terminal end (b), it is discharged and collected in the primary storage tank 18 and thereafter stored in the secondary storage tank 20 through a pelletizer 19 equipped with a pressure reducing device. In such a process, the process of dehydrating the gas hydrate need not exist.

一方、本発明は、ガス水和物をパイプ型反応器9の全長さ区間にわたって循環移送させる手段として、既存のスクリュー方式の代わりにピグボール16を用いることによって、スクリュー方式の採択による装置の大型化を防ぎ、製造コストを低減しようとする。   On the other hand, the present invention uses a pig ball 16 instead of the existing screw method as a means for circulating and transferring gas hydrate over the entire length of the pipe reactor 9, thereby increasing the size of the apparatus by adopting the screw method. To prevent manufacturing costs.

すなわち、本発明は、一定間隔で複数連結された状態でパイプ型反応器9の内部を循環移動するピグボール16の作用によりガス水和物をパイプ型反応器9の内部で循環移送させることを特徴とする。
図6の実施形態において、ピグボール16は、パイプ型反応器9の内部でチェーン22により一定間隔で複数連結された状態にある。この場合、ピグボール16の直径は、パイプ型反応器9の内径にほぼ近接した状態にするのが好ましい。このようにすると、ピグボール16は、パイプ型反応器9の内部を移動しつつパイプ型反応器9の内壁に氷状態で生成されて付いているガス水和物を効果的に掻き出すことができるためである。
That is, the present invention is characterized in that the gas hydrate is circulated and transferred inside the pipe reactor 9 by the action of the pig ball 16 that circulates and moves inside the pipe reactor 9 in a state where a plurality of pipes are connected at regular intervals. And
In the embodiment of FIG. 6, a plurality of pig balls 16 are connected to each other at regular intervals by a chain 22 inside the pipe reactor 9. In this case, it is preferable that the diameter of the pig ball 16 is close to the inner diameter of the pipe reactor 9. In this way, the pig ball 16 can effectively scrape the gas hydrate produced and attached to the inner wall of the pipe reactor 9 while moving inside the pipe reactor 9. It is.

図6の実施形態において、ピグボール16は、ピグボール回転ホイール17の回転に従ってチェーン22とともにaからbへの方向に循環して移動する。この過程で、ピグボール16は、パイプ型反応器9の内壁に氷状態で生成されて付いているガス水和物を掻き出した後に、進行方向に継続して押し出し、その結果、ガス水和物もピグボール16の作用によりaからbへの方向に移送される。   In the embodiment of FIG. 6, the pig ball 16 circulates and moves in the direction from a to b together with the chain 22 as the pig ball rotating wheel 17 rotates. In this process, the pig ball 16 scrapes out the gas hydrate produced and attached to the inner wall of the pipe reactor 9 and then continuously extrudes it in the direction of travel. It is transferred in the direction from a to b by the action of the pig ball 16.

このとき、複数連結されたピグボール16のうちの隣接したピグボール16は、相互に異なる角度となるように設置されることが望ましい。これは、図7に示すように、先行ピグボール16がまだ掻き出さないガス水和物を後行ピグボール16が通過しつつ掻き出すようにすることで、ガス水和物の連続製造量に損失を発生させず、かつパイプ型反応器9の内壁にガス水和物が継続して蒸着されることを防止することができる。   At this time, it is desirable that adjacent pig balls 16 among the plurality of connected pig balls 16 are installed at different angles. As shown in FIG. 7, this causes a loss in the continuous production amount of gas hydrate by allowing the succeeding pig ball 16 to scrape off the gas hydrate that the preceding pig ball 16 has not yet scraped. In addition, it is possible to prevent the gas hydrate from being continuously deposited on the inner wall of the pipe reactor 9.

<潜在的水和物結晶を使用しない場合>
一方、本発明の技術的思想は、上述したような潜在的水和物結晶を使用しない場合にも高い効用性を有することができる。
<When not using latent hydrate crystals>
On the other hand, the technical idea of the present invention can have high utility even when the latent hydrate crystal as described above is not used.

その理由は、潜在的水和物結晶を使用しない場合には反応器で生成された水和物の転換率が非常に低いので、この状態でガス水和物を連続して製造するためには脱水工程を遂行する必要性が一層高まらざるを得ないためである。この場合、本発明の技術的思想であるパイプ型反応器及びこれを通じるガス水和物の循環移送の概念を導入すれば、脱水工程なしにガス水和物を連続して製造できるものである。
したがって、本発明は、パイプ型反応器でガス水和物を生成する第21のステップと、この第21のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第22のステップとを有するガス水和物連続製造方法を提供する。このとき、第21のステップ及び第22のステップの具体的な内容は、上記と同様であるため、以下ではその重複的な説明を省略する。
The reason for this is that the conversion rate of the hydrate produced in the reactor is very low when the latent hydrate crystals are not used, so in order to continuously produce the gas hydrate in this state This is because the necessity of performing the dehydration process must be further increased. In this case, the introduction of the pipe reactor and the concept of circulating gas hydrate through the pipe reactor, which are the technical idea of the present invention, enables continuous production of gas hydrate without a dehydration step. .
Accordingly, the present invention provides a twenty-first step for producing a gas hydrate in a pipe reactor, and the gas hydrate produced in the twenty-first step is converted into a pipe reactor inside the pipe reactor. And a gas hydrate continuous production method having a twenty-second step of maximizing the conversion rate while circulating and transporting the entire length section. At this time, the specific contents of the 21st step and the 22nd step are the same as described above, and therefore, the redundant description thereof will be omitted below.

以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められる本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、形式や細部の様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。よって、本発明に開始された実施例及び添付された図面は、本発明の技術思想を限定するためではなく、説明するためであり、このような実施例及び添付された図面により本発明の技術思想の範囲が限定されることではない。本発明の保護範囲は、下記の請求範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれる事と解釈されるべきである。   Although the present invention has been described in connection with specific embodiments, the present invention has been described in detail without departing from the scope and spirit of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in the details can be made. Accordingly, the embodiments and the accompanying drawings started from the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain them. The scope of thought is not limited. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of the right of the present invention.

本発明によると、潜在的水和物結晶(potential hydrate crystal)からガス水和物を形成するため、反応時間を減らし、反応効率を最大化することができ、生産費の削減及び反応熱除去のための工程が減る効果があり、このような本発明は資源確保及びエネルギー生産分野にその実用的で経済的な価値が実現できる技術である。 According to the present invention, since gas hydrate is formed from potential hydrate crystals, reaction time can be reduced, reaction efficiency can be maximized, production costs can be reduced, and reaction heat can be removed. Therefore, the present invention is a technology that can realize its practical and economical value in the field of resource securing and energy production.

1:ガスタンク
2:ガス調節器
3:質量流量計(MFC)
4:デュアルノズル
5:水溶液タンク
6:ポンプ
7:第1の熱電対(thermocouple)
8:第2の熱電対
9:パイプ型反応器
10:排水バルブ
11:圧力計
12:ガス排出ライン
13:冷却剤in
14:冷却剤out
15:パイプ型製氷機
16:ピグボール
17:ピグボール回転ホイール
18:1次貯蔵タンク
19:ペレタイザー
20:2次貯蔵タンク
21:冷却器
22:チェーン
1: Gas tank 2: Gas regulator 3: Mass flow meter (MFC)
4: Dual nozzle 5: Aqueous solution tank 6: Pump 7: First thermocouple
8: Second thermocouple 9: Pipe reactor 10: Drain valve 11: Pressure gauge 12: Gas discharge line 13: Coolant in
14: Coolant out
15: Pipe type ice making machine 16: Pig ball 17: Pig ball rotating wheel 18: Primary storage tank 19: Pelletizer 20: Secondary storage tank 21: Cooler 22: Chain

ガス水和物の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of gas hydrate. 本発明の潜在的水和物結晶(potential hydrate crystal)を利用したガス水和物連続製造方法の概念を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the concept of the gas hydrate continuous manufacturing method using the potential hydrate crystal of this invention. 従来のガス水和物連続製造方法を用いるパイプ型反応器の反応熱を示す図である。It is a figure which shows the reaction heat of the pipe type reactor using the conventional gas hydrate continuous manufacturing method. 本発明のガス水和物連続製造方法の作業実施例を利用したパイプ型反応器の反応熱を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the heat of reaction of the pipe type reactor using the working example of the gas hydrate continuous manufacturing method of the present invention. 本発明のガス水和物連続製造方法の作業実施例を利用したガス水和物連続製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the gas hydrate continuous manufacturing apparatus using the working Example of the gas hydrate continuous manufacturing method of this invention. 図5のうち、パイプ型反応器を別途に詳細に示す図である。It is a figure which shows a pipe type reactor separately in detail among FIG. 本発明において相互に隣接したピグボールが相互に異なる角度になるように設置された状態及びその効果を示す図である。It is a figure which shows the state and the effect which were installed so that the pig ball adjacent to each other may become a mutually different angle in this invention.

Claims (24)

界面活性剤が含まれている水溶液の潜在的水和物結晶をパイプ型反応器に注入する第11のステップと、
前記第11のステップの潜在的水和物結晶が注入されたパイプ型反応器にガスを注入してガス水和物を生成する第12のステップと、
前記第12のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第13のステップと、
を有することを特徴とするガス水和物連続製造方法。
An eleventh step of injecting a latent hydrate crystal of an aqueous solution containing a surfactant into the pipe reactor;
A twelfth step of injecting a gas into the pipe reactor into which the latent hydrate crystals of the eleventh step have been injected to produce a gas hydrate;
A thirteenth step for maximizing the conversion rate while circulating and transporting the gas hydrate produced in the twelfth step over the entire length of the pipe reactor inside the pipe reactor;
A process for continuously producing a gas hydrate, comprising:
前記第13のステップは、一定間隔で複数連結された状態でパイプ型反応器の内部を循環移動するピグボールの作用により、ガス水和物をパイプ型反応器の内部で循環移送させることを特徴とする請求項1に記載のガス水和物連続製造方法。   The thirteenth step is characterized in that the gas hydrate is circulated and transferred inside the pipe reactor by the action of a pig ball that circulates and moves inside the pipe reactor in a state where a plurality of steps are connected at regular intervals. The method for continuously producing a gas hydrate according to claim 1. 前記ピグボールの直径は、前記パイプ型反応器の内径に近接するようにすることを特徴とする請求項2に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 2, wherein the diameter of the pig ball is close to the inner diameter of the pipe reactor. 複数連結された前記ピグボールのうち隣接したピグボールは、相互に異なる角度になるように設置することを特徴とする請求項2に記載のガス水和物連続製造方法。   3. The gas hydrate continuous production method according to claim 2, wherein adjacent pig balls among the plurality of connected pig balls are installed at different angles. 前記潜在的水和物結晶が多孔性構造を有することを特徴とする請求項1に記載のガス水和物連続製造方法。   2. The gas hydrate continuous production method according to claim 1, wherein the latent hydrate crystal has a porous structure. 前記多孔性構造を有する潜在的水和物結晶が水溶液の氷粒子形態であることを特徴とする請求項5に記載のガス水和物連続製造方法。   6. The gas hydrate continuous production method according to claim 5, wherein the latent hydrate crystals having a porous structure are in the form of ice particles in an aqueous solution. 前記多孔性構造を有する潜在的水和物結晶が水溶液のスラリ形態であることを特徴とする請求項5に記載のガス水和物連続製造方法。   6. The gas hydrate continuous production method according to claim 5, wherein the latent hydrate crystals having a porous structure are in a slurry form of an aqueous solution. 前記潜在的水和物結晶が水溶液の冷却及び粉砕により生成されることを特徴とする請求項6又は7に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 6 or 7, wherein the latent hydrate crystals are generated by cooling and grinding an aqueous solution. 前記多孔性構造を有する潜在的水和物結晶は、多孔性物質に水溶液を含浸させた後に水溶液が含浸された多孔性物質を冷却させたものであることを特徴とする請求項5に記載のガス水和物連続製造方法。   The latent hydrate crystal having a porous structure is obtained by cooling a porous material impregnated with an aqueous solution after impregnating the porous material with an aqueous solution. Gas hydrate continuous production method. 前記多孔性物質が活性炭、シリカゲル、又はゼオライトから選択されることを特徴とする請求項9に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 9, wherein the porous substance is selected from activated carbon, silica gel, or zeolite. 前記多孔性構造を有する潜在的水和物結晶は、高吸収性樹脂に界面活性剤が含まれている水溶液を吸収させた後、水溶液が吸収された高吸収性樹脂を冷却させるものであることを特徴とする請求項5に記載のガス水和物連続製造方法。   The latent hydrate crystal having the porous structure is one that absorbs an aqueous solution containing a surfactant in the superabsorbent resin and then cools the superabsorbent resin in which the aqueous solution is absorbed. The method for continuously producing a gas hydrate according to claim 5. 前記高吸収性樹脂は、ポリアクリル酸塩、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリエチレンオキシド、又はポリビニルアルコールから選択されることを特徴とする請求項11に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production according to claim 11, wherein the superabsorbent resin is selected from polyacrylate, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyethylene oxide, or polyvinyl alcohol. Method. 前記界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、ジイソオクチルナトリウムスルホサクシネート(DSS)、テトラデシル硫酸ナトリウム、ヘキサデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、キシレンスルホン酸塩、オレイン酸ナトリウム、4−n−デシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリン酸ナトリウム、4−ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルアミン塩酸塩、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、4−n−オクチルベンゼンスルホン酸塩、エトキシル化スルホン酸塩、デシルベンゼンスルホン酸塩、オレイン酸カリウム、n−デシルベンゼンスルホン酸塩、アルキルトリメチルアンモニウムブロミド(C10−C16鎖)、ドデシルアミン、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルポリサッカライドグルコシド、シクロデキストリン、グリコリピド、リポプロテイン−リポペプチド、ホスホリピド、para−トルエンスルホン酸、トリシロキサン、トリトンX−100及びこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項1に記載のガス水和物連続製造方法。   The surfactant is sodium dodecyl sulfate (SDS), diisooctyl sodium sulfosuccinate (DSS), sodium tetradecyl sulfate, sodium hexadecyl sulfate, sodium dodecylbenzene sulfonate, xylene sulfonate, sodium oleate, 4-n -Decylbenzenesulfonate, sodium laurate, 4-dodecylbenzenesulfonate, dodecylamine hydrochloride, dodecyltrimethylammonium chloride, 4-n-octylbenzenesulfonate, ethoxylated sulfonate, decylbenzenesulfonate, Potassium oleate, n-decylbenzene sulfonate, alkyltrimethylammonium bromide (C10-C16 chain), dodecylamine, tetradecyltrimethylammonium chloride, dodecyl poly Gas water according to claim 1, characterized in that it is selected from saccharide glucosides, cyclodextrins, glycolipids, lipoprotein-lipopeptides, phospholipids, para-toluenesulfonic acid, trisiloxane, Triton X-100 and mixtures thereof. Japanese continuous production method. 前記界面活性剤の体積が全体水溶液の体積の0.5%以内であることを特徴とする請求項13に記載のガス水和物連続製造方法。   The method for continuously producing a gas hydrate according to claim 13, wherein the volume of the surfactant is within 0.5% of the volume of the entire aqueous solution. 前記界面活性剤の濃度が50〜1000ppmの範囲であることを特徴とする請求項13に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 13, wherein the concentration of the surfactant is in the range of 50 to 1000 ppm. 前記パイプ型反応器に界面活性剤が含まれている潜在的水和物結晶を注入する前に前記パイプ型反応器を冷却させるステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas water according to claim 1, further comprising the step of cooling the pipe reactor before injecting a latent hydrate crystal containing a surfactant into the pipe reactor. Japanese continuous production method. 前記パイプ型反応器の冷却温度が−10℃〜10℃の範囲であることを特徴とする請求項16に記載のガス水和物連続製造方法。   The method for continuously producing gas hydrate according to claim 16, wherein the cooling temperature of the pipe reactor is in the range of -10 ° C to 10 ° C. 前記パイプ型反応器にガスを注入した後、追加的なガス供給を通じて前記パイプ型反応器内の圧力を一定に維持させるステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate according to claim 1, further comprising the step of maintaining a constant pressure in the pipe reactor through an additional gas supply after injecting gas into the pipe reactor. Continuous manufacturing method. 前記パイプ型反応器内の圧力が10bar〜100barの範囲であることを特徴とする請求項18に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 18, wherein the pressure in the pipe reactor is in the range of 10 bar to 100 bar. 前記パイプ型反応器に注入されるガスは、メタン、エタン、プロパン、二酸化炭素、ブタン、又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 1, wherein the gas injected into the pipe reactor is methane, ethane, propane, carbon dioxide, butane, or a mixture thereof. パイプ型反応器でガス水和物を生成する第21のステップと、
前記第21のステップで生成されたガス水和物をパイプ型反応器の内部でパイプ型反応器の全長さ区間にわたって循環移送させつつ転換率を極大化する第22のステップと、
を有することを特徴とするガス水和物連続製方法。
A twenty-first step of producing gas hydrate in a pipe reactor;
A 22nd step of maximizing the conversion rate while circulating and transferring the gas hydrate produced in the 21st step over the entire length of the pipe reactor inside the pipe reactor;
A method for continuously producing a gas hydrate, comprising:
前記第22のステップは、一定間隔で複数連結された状態でパイプ型反応器の内部を循環移動するピグボールの作用により、ガス水和物をパイプ型反応器の内部で循環移送させることを特徴とする請求項21に記載のガス水和物連続製造方法。   The twenty-second step is characterized in that the gas hydrate is circulated and transferred inside the pipe reactor by the action of a pig ball that circulates and moves inside the pipe reactor in a state where a plurality of them are connected at regular intervals. The gas hydrate continuous production method according to claim 21. 前記ピグボールの直径は、前記パイプ型反応器の内径に近接するようにすることを特徴とする請求項22に記載のガス水和物連続製造方法。   The gas hydrate continuous production method according to claim 22, wherein the diameter of the pig ball is close to the inner diameter of the pipe reactor. 複数連結された前記ピグボールのうち隣接したピグボールは、相互に異なる角度になるように設置することを特徴とする請求項22に記載のガス水和物連続製造方法。   23. The gas hydrate continuous production method according to claim 22, wherein adjacent pig balls among the plurality of connected pig balls are installed at different angles.
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