JP4080351B2

JP4080351B2 - Gas hydrate production and storage method

Info

Publication number: JP4080351B2
Application number: JP2003047086A
Authority: JP
Inventors: 剛鈴木
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP2004256619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスハイドレート製造貯蔵方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市中には、天然ガスが送給されているが、需要変動を吸収するために、ガスホルダが利用されている。
【０００３】
一般に、食事時間帯は、ガス消費量が多くなることから、その時間帯にガスの供給不足が生じないように、ガスの需要に応じてガスホルダからのガス供給量を増加するようにしている。ガスの需要が低下すれば、再度、蓄圧してガスホルダに貯蔵することが行われている。
【０００４】
しかし、市中に巨大なガスホルダが存在すると、景観を損なうばかりでなく、地震などの災害時にガス漏れなどの危険性を持っている。更に、広大な敷地を有するため、巨額の設備投資を必要としている。
【０００５】
従って、今後、天然ガスの普及がますます促進されると、これらの設備を建設することすら困難なところも出てくることが予想される。
【０００６】
ところで、近年、ガスホルダ（ガスタンク）に比べて極めて小さい容器で同一ガス量を貯蔵することができることから、天然ガスと水の水和物である天然ガスハイドレートに関する技術開発が注目されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
【非特許文献１】
兼子弘、”天然ガスハイドレート船−新しい天然ガス輸送技術−”「Energy Review 」、1999年11月号、第22〜25ページ
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスホルダに代わって天然ガスハイドレートをスラリー貯蔵した場合の貯槽の容積比を比較して見ると、次のようになる。
【０００９】
例えば、ガスホルダ容量が５００ｍ³の施設において、１０ａｔａ（０．９８ＭＰａ）から３ａｔａ（０．２９ＭＰａ）までの圧力変化における蓄圧によって天然ガスの貯蔵は、２５２４ｋｇである。
【００１０】
一方、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）による同一貯蔵ガス量ベースでは、その貯蔵（ＮＧＨスラリー）は、５２ｍ³に過ぎない。すなわち、従来のガスホルダ貯蔵方式の貯蔵システムに対して約１／１０となる。これは、天然ガス分子が水分子の中に取り込まれた所謂水和物を形成することによってガスが減容されていることによるものである。
【００１１】
しかし、従来のガス貯蔵に対して天然ガス水和物を生成することは、それ相当のエネルギーを要するところである。例えば、１ｔｏｎ／ｈｒの天然ガスの水和物スラリーの生成に要するエネルギーは、５３０ｋＷである。この場合、主要なエネルギー消費機器は、冷凍機である。
【００１２】
しかして、ＮＧＨスラリーとして貯蔵された天然ガスは、ガス需要が増加してきた場合、加熱分解して供給することになるが、分解時は吸熱反応であるから、この熱の回収を計る手だてを構ずれば、上記エネルギー消費量を低減することができる。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、天然ガスをＮＧＨスラリーにして貯蔵する場合に、そのエネルギー消費量を低減することができるガスハイドレート製造貯蔵方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明のガスハイドレート製造貯蔵方法は、ガスと水からガスハイドレートスラリーを生成し、このガスハイドレートスラリーを貯槽に貯蔵し、該貯槽内のガスハイドレートスラリーを製氷用冷凍機における凝縮器の廃熱を利用して再ガス化し、その際に生じた水を含む余剰水を前記製氷用冷凍機により製氷し、その氷をガスハイドレートスラリー生成時の冷熱として利用することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明は、製氷用冷凍機で製氷された氷を、氷スラリーにしてガスハイドレート生成槽に戻すようにしている。また、本発明は、製氷用冷凍機として、ヒートポンプを用いる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係るガスハイドレート製造貯蔵方法を実施するための概略構成図である。
【００１８】
図１において、１は、ガス噴出ノズル２を備えた天然ガスハイドレート生成槽（以下、ＮＧＨ生成槽という）であり、第１の主管３及び分岐管４を経て導入された所定圧力（例えば、３４ａｔａ（３．３３ＭＰａ））の天然ガスａを上記のガス噴出ノズル２からＮＧＨ生成槽１ｃにある水ｂの中に噴出させると、水ｂと天然ガスａが反応してスラリー状の天然ガスハイドレート（以下、ＮＧＨスラリーという）ｃが生成される。水ｂと天然ガスａの反応は、発熱反応であるから冷凍機５によって反応熱を除去するようにしている。
【００１９】
そして、ＮＧＨ生成槽１で生成されたＮＧＨスラリーｃは、スラリーポンプ６及び配管７を経てスラリー貯槽８内に貯蔵される。
【００２０】
しかして、ガス消費量が増加した場合には、スラリー貯槽８に貯蔵されているＮＧＨスラリーｃを熱分解により再ガス化させた後、枝管９を経て第２の主管１０に補給するようにしている。尚、第１、第２の主管３，１０は、ガバナ弁１１を介して互いに接続されている。
【００２１】
ＮＧＨスラリーｃを熱分解により再ガス化する場合には、スラリー貯槽８内に蓄えられているＮＧＨスラリーｃをスラリーポンプ１２及び配管１３を経てガス化器１４に送出する。
【００２２】
このガス化器１４は、その本体１５と、循環パイプ１６及び循環ポンプ１７からなる循環系１８を備え、ガス化器本体１５内の循環水ｄを循環させるようにしている。この循環水ｄは、ＮＧＨスラリーｃを形成している水、及びＮＧＨスラリーｃが熱分解した時に生ずる水で構成されている。
【００２３】
ガス化器１４は、更に、ヒートポンプタイプの製氷用冷凍機２０を備えている。そして、この製氷用冷凍機２０の凝縮器２１に上記循環パイプ１６が接続され、当該製氷用冷凍機２０の蒸発器２２にガス化器本体１５の底部に備えた排水管２３が接続されている。
【００２４】
しかして、ガス化器１４の循環ポンプ１７を運転すると、ガス化器本体１５内の循環水ｄが循環系１８内を循環する。しかる後に、ヒートポンプタイプの製氷用冷凍機２０を運転すると、循環水（例えば、７℃）ｄは、製氷用冷凍機２０の凝縮器２１によって昇温（例えば、１２℃）されてガス化器本体１５内に戻るので、ガス化器本体１５内に導入されたＮＧＨスラリーｃが熱分解により再ガス化される。再ガス化された高圧（例えば、３４ａｔａ（３．３３ＭＰａ））の天然ガスａは、枝管９を経て第２の主管１０に補給される。その際、天然ガスａの一部は、ブロアー２３及び配管２４を経てスラリー貯槽８に戻される。
【００２５】
上記ガス化器１４に循環水ｄが、上記のように、１２℃で入って７℃で戻ると、製氷用冷凍機２０の凝縮温度は、２０℃である。通常の冷却水であれば、凝縮温度は、４０℃であるから、上記の製氷用冷凍機２０のＣＯＰ（成績係数）を著しく高くすることが可能となるため、上記の製氷用冷凍機２０の消費電力を削減することが可能である。すなわち、この製氷用冷凍機２０で製氷に要した冷凍エネルギーが回収されたことを意味している。
【００２６】
一方、ガス化器１４の排水管２３に排出された水ｂは、上記製氷用冷凍機２０の蒸発器２２で製氷され、氷蓄熱槽２５に貯蔵される。つまり、この氷蓄熱槽２５に冷熱エネルギーが貯蔵される。
【００２７】
ところで、上記ガス化器１４の排水管２３に排出された水ｂの一部は、ポンプ２６及び配管２７を経て混合器２８に導入され、氷蓄熱槽２５内の氷ｅは、破砕機２９及びコンベヤ３０を経て混合器２８に導入され、そこで混合されてＮＧＨ生成槽１に戻される。従って、ＮＧＨ生成槽１に付随する冷凍機５の生成動力を低減させることが可能となる。
【００２８】
次に、本発明による動力削減について、実施例により更に詳しく説明する。
【００２９】
【実施例】
（実施例）
今、本方式の運転条件を下記のように設定する。
【００３０】
（１）供給ガス量：１ｔ／ｈ
（２）ＮＧＨ生成量：８ｔ／ｈ
（３）水量：７ｔ／ｈ
（４）製氷機除熱量（ガス化槽吸熱量）：４１８ＵＳＲＴ
（５）製氷機冷凍機
・蒸発温度：−５℃
・凝縮温度：２０℃
・ＣＯＰ：６
・冷凍効果：３４０ＵＳＲＴ
・動力：１９９ｋＷ
・製氷量：１０，８３０ｋｇ／ｈ
従って、
本方式によるＮＧＨ生成動力：９６．８ｋＷ
本方式による製氷機動力：１９９ｋＷ
他の共通補機動力：１０５．３ｋＷ
となり、合計動力は、４０１．１ｋＷとなる。
【００３１】
一方、既に説明したように、従来の天然ガス水和物生成方式では、１ｔ／ｈのＮＧＨスラリーの生成に要するエネルギーは、５３０ｋＷである。
【００３２】
従って、本方式の動力削減は、
５３０（ｋＷ）−４０１．１（ｋＷ）＝１２８．９ｋＷ
となり、約２４％の省エネルギーを実現することができる。
【００３３】
すなわち、
｛（５３０−４０１．１）／５３０｝×１００≒２４％
となり、約２４％の省エネルギーを実現することができる。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、ガスと水からガスハイドレートスラリーを生成し、このガスハイドレートスラリーを貯槽に貯蔵し、該貯槽内のガスハイドレートスラリーを製氷用冷凍機における凝縮器の廃熱を利用して再ガス化し、その際に生じた水を含む余剰水を前記製氷用冷凍機により製氷し、その氷をガスハイドレートスラリー生成時の冷熱として利用するようにしている。
【００３５】
従って、天然ガスをＮＧＨスラリーにして貯槽に貯蔵する一方、貯槽に貯蔵されたＮＧＨスラリーを昇温して再ガス化する場合に、そのエネルギー消費量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスハイドレート製造貯蔵方法を実施するための概略構成図である。
【符号の説明】
ａガス
ｂ水／余剰水
ｃガスハイドレートスラリー
ｅ氷
８貯槽
２０製氷用冷凍機
２１凝縮器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas hydrate production and storage method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, natural gas is supplied to the city, but gas holders are used to absorb fluctuations in demand.
[0003]
In general, since the amount of gas consumption increases in the meal time zone, the gas supply amount from the gas holder is increased in accordance with the demand for gas so as not to cause a shortage of gas supply during that time zone. If the demand for gas decreases, the pressure is accumulated again and stored in the gas holder.
[0004]
However, if there are huge gas holders in the city, not only will the landscape be damaged, but there is also a risk of gas leaks during disasters such as earthquakes. In addition, because it has a vast site, it requires huge capital investment.
[0005]
Therefore, if the spread of natural gas is further promoted in the future, it is expected that it will be difficult to construct these facilities.
[0006]
By the way, in recent years, since the same amount of gas can be stored in an extremely small container as compared with a gas holder (gas tank), technical development relating to natural gas hydrate which is a hydrate of natural gas and water has attracted attention (for example, Non-patent document 1).
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Hiroshi Kaneko, “Natural Gas Hydrate Ship-New Natural Gas Transportation Technology-” “Energy Review”, November 1999, pp. 22-25 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
A comparison of the volume ratios of the storage tanks when natural gas hydrate is stored in slurry instead of the conventional gas holder is as follows.
[0009]
For example, in a facility with a gas holder capacity of 500 m ³ , natural gas storage is 2524 kg due to pressure accumulation in a pressure change from 10 ata (0.98 MPa) to 3 ata (0.29 MPa).
[0010]
On the other hand, on the basis of the same stored gas amount based on natural gas hydrate (NGH), the storage (NGH slurry) is only 52 m ³ . That is, it is about 1/10 of the conventional gas holder storage type storage system. This is due to the gas being reduced in volume by forming so-called hydrates in which natural gas molecules are incorporated into water molecules.
[0011]
However, producing natural gas hydrates for conventional gas storage requires considerable energy. For example, the energy required to produce a 1 ton / hr natural gas hydrate slurry is 530 kW. In this case, the main energy consuming device is a refrigerator.
[0012]
Thus, natural gas stored as NGH slurry is supplied by thermal decomposition when the gas demand increases. However, since it is an endothermic reaction at the time of decomposition, there is a way to measure the recovery of this heat. Accordingly, the energy consumption can be reduced.
[0013]
The present invention has been made on the basis of such knowledge. The object of the present invention is to produce a gas hydrate that can reduce the energy consumption when natural gas is stored as an NGH slurry. It is to provide a storage method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the gas hydrate production and storage method of the present invention generates a gas hydrate slurry from gas and water, stores the gas hydrate slurry in a storage tank, and stores the gas hydrate slurry in the storage tank. The waste heat of the condenser in the ice making refrigerator is regasified, and surplus water containing water generated at that time is made by the ice making refrigerator, and the ice is used as cold heat when generating the gas hydrate slurry. It is characterized by use.
[0015]
In the present invention, ice produced by an ice making refrigerator is converted into ice slurry and returned to the gas hydrate production tank. Moreover, this invention uses a heat pump as a refrigerator for ice making.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for carrying out the gas hydrate production and storage method according to the present invention.
[0018]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a natural gas hydrate production tank (hereinafter referred to as an NGH production tank) provided with a gas ejection nozzle 2, and a predetermined pressure (for example, introduced through the first main pipe 3 and the branch pipe 4). When 34 gas (3.33 MPa)) of natural gas a is ejected from the gas ejection nozzle 2 into the water b in the NGH production tank 1c, the water b and the natural gas a react to form a slurry-like natural gas hydride. A rate (hereinafter referred to as NGH slurry) c is generated. Since the reaction between water b and natural gas a is an exothermic reaction, the heat of reaction is removed by the refrigerator 5.
[0019]
The NGH slurry c generated in the NGH generation tank 1 is stored in the slurry storage tank 8 via the slurry pump 6 and the pipe 7.
[0020]
If the gas consumption increases, the NGH slurry c stored in the slurry storage tank 8 is regasified by thermal decomposition, and then supplied to the second main pipe 10 via the branch pipe 9. ing. The first and second main pipes 3 and 10 are connected to each other via a governor valve 11.
[0021]
When the NGH slurry c is regasified by thermal decomposition, the NGH slurry c stored in the slurry storage tank 8 is sent to the gasifier 14 via the slurry pump 12 and the pipe 13.
[0022]
The gasifier 14 includes a main body 15 and a circulation system 18 including a circulation pipe 16 and a circulation pump 17, and circulates the circulating water d in the gasifier body 15. The circulating water d is composed of water forming the NGH slurry c and water generated when the NGH slurry c is thermally decomposed.
[0023]
The gasifier 14 further includes a heat pump type ice making refrigerator 20. The circulation pipe 16 is connected to the condenser 21 of the ice making refrigerator 20, and the drain pipe 23 provided at the bottom of the gasifier body 15 is connected to the evaporator 22 of the ice making refrigerator 20. .
[0024]
Thus, when the circulation pump 17 of the gasifier 14 is operated, the circulating water d in the gasifier body 15 circulates in the circulation system 18. After that, when the heat pump type ice making refrigerator 20 is operated, the circulating water (for example, 7 ° C.) d is heated (for example, 12 ° C.) by the condenser 21 of the ice making refrigerator 20 and the gasifier main body. 15, the NGH slurry c introduced into the gasifier body 15 is regasified by thermal decomposition. The regasified high pressure (for example, 34 ata (3.33 MPa)) natural gas a is supplied to the second main pipe 10 through the branch pipe 9. At that time, a part of the natural gas a is returned to the slurry storage tank 8 through the blower 23 and the pipe 24.
[0025]
When the circulating water d enters the gasifier 14 at 12 ° C. and returns at 7 ° C. as described above, the condensation temperature of the ice making refrigerator 20 is 20 ° C. In the case of ordinary cooling water, since the condensation temperature is 40 ° C., the COP (coefficient of performance) of the ice making refrigerator 20 can be remarkably increased. It is possible to reduce power consumption. That is, this means that the refrigeration energy required for ice making is recovered by the ice making refrigerator 20.
[0026]
On the other hand, the water b discharged to the drain pipe 23 of the gasifier 14 is made by the evaporator 22 of the ice making refrigerator 20 and stored in the ice heat storage tank 25. That is, cold energy is stored in the ice heat storage tank 25.
[0027]
By the way, a part of the water b discharged to the drain pipe 23 of the gasifier 14 is introduced into the mixer 28 via the pump 26 and the pipe 27, and the ice e in the ice heat storage tank 25 is supplied to the crusher 29 and It is introduced into the mixer 28 via the conveyor 30, where it is mixed and returned to the NGH production tank 1. Therefore, the generation power of the refrigerator 5 associated with the NGH generation tank 1 can be reduced.
[0028]
Next, the power reduction according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0029]
【Example】
(Example)
Now, the operating conditions of this method are set as follows.
[0030]
(1) Supply gas amount: 1 t / h
(2) NGH production amount: 8 t / h
(3) Amount of water: 7 t / h
(4) Ice machine heat removal (gasification tank heat absorption): 418USRT
(5) Ice machine refrigerator / evaporation temperature: -5 ° C
・ Condensation temperature: 20 ℃
・ COP: 6
-Freezing effect: 340 USRT
・ Power: 199kW
・ Amount of ice making: 10,830 kg / h
Therefore,
NGH generation power by this method: 96.8kW
Ice maker power by this system: 199kW
Other common auxiliary power: 105.3 kW
Thus, the total power is 401.1 kW.
[0031]
On the other hand, as already explained, in the conventional natural gas hydrate production method, the energy required to produce 1 t / h NGH slurry is 530 kW.
[0032]
Therefore, the power reduction of this method is
530 (kW)-401.1 (kW) = 128.9 kW
Thus, energy saving of about 24% can be realized.
[0033]
That is,
{(530-401.1) / 530} × 100≈24%
Thus, energy saving of about 24% can be realized.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the present invention generates a gas hydrate slurry from gas and water, stores the gas hydrate slurry in a storage tank, and disposes the gas hydrate slurry in the storage tank in a condenser in an ice making refrigerator. The excess water containing the water generated at that time is re-gasified using heat, and the ice is made by the ice-making refrigerator, and the ice is used as cold heat when generating the gas hydrate slurry.
[0035]
Therefore, when natural gas is converted into NGH slurry and stored in a storage tank, when the NGH slurry stored in the storage tank is heated and regasified, the energy consumption can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for carrying out a gas hydrate production and storage method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
a gas b water / surplus water c gas hydrate slurry e ice 8 storage tank 20 ice making refrigerator 21 condenser

Claims

A gas hydrate slurry is generated from gas and water, the gas hydrate slurry is stored in a storage tank, and the gas hydrate slurry in the storage tank is regasified using waste heat of a condenser in an ice making refrigerator, A method for producing and storing gas hydrate, wherein surplus water including water generated at that time is made by the ice-making refrigerator, and the ice is used as cold heat when generating the gas hydrate slurry.

2. The gas hydrate production and storage method according to claim 1, wherein ice produced by the ice making refrigerator is converted into ice slurry and returned to the gas hydrate production tank.

The gas hydrate production and storage method according to claim 1 or 2, wherein a heat pump is used as the ice making refrigerator.