JP4167977B2 - ガスハイドレートの造粒及び荷役並びに輸送方法 - Google Patents

Description

本発明は、天然ガスなど、メタンを主成分とするガスと水とから構成されている所謂ガスハイドレートを荷役するガスハイドレートの荷役方法に関する。

従来、天然ガスの輸送や貯蔵は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）、或いは圧縮天然ガスの形で行われている。

ところが、ＬＮＧは、貨物温度をマイナス１６２℃に保って輸送や貯蔵する必要があり、輸送や貯蔵のために特別に製作された高価なタンクを持つ特別な船舶（ＬＮＧ船）や貯蔵施設が必要である。また、マイナス１６２℃の液体にするために、製造に多くのエネルギーを投入する必要がある。また、ＬＮＧは、コントロールが不調になると、急激に気化し、危険である。また、ＬＮＧは、上記のように、極端な低温のため、気化速度が速く、長期貯蔵に不向きである。

一方、クリーンなエネルギー源や各種構造の原料として、天然ガスなど、メタンを主成分とするガスが注目され、その輸送や貯蔵のために、天然ガスなど、メタンを主成分とするガスを人工的、或いは工業的にガスハイドレートにする研究が行なわれている。

ガスハイドレートは、水の分子の作るカゴの中にガスの分子が一つずつ収まっている結晶構造を持っており、例えば、メタンハイドレートでは、常圧で１ｍ³ のメタンハイドレート中（このうち水の体積は、０．８ｍ³ ）に、１６４ｍ³ のメタンを包蔵できるといわれている。

このように、メタンハイドレートは、高いガス包蔵性を有しているので、ＬＮＧに代わる天然ガスの新しい輸送および貯蔵体として注目されている。メタンハイドレート中のメタンガス密度は、ＬＮＧの約３．５分の１であるが、人口的、或いは工業的に製造する場合には、ＬＮＧのように液化温度（マイナス１６２℃以下）まで冷却する必要がないために、エネルギー効率が大幅に改善されるといわれている。

メタンハイドレートを人工的に製造する場合は、例えば、温度を１〜１０℃、圧力を３０〜１００気圧に保持した圧力容器内に、散布手段から水または不凍液を散布すると共に、供給管から天然ガス（メタン）を供給する。すると、散布手段から散布された水または不凍液と天然ガス（メタン）とが合成して粉体状のメタンハイドレートが生成される。粉体状のメタンハイドレートは、充填率（メタンハイドレートの体積／貯蔵容器の体積）が小さいため、輸送や貯蔵に際して大きな容積を有するタンクが必要となる。

また、粉体状のガスハイドレートは、長期間大量に貯蔵すると、自重などによって互いに結合して岩盤状となり、取り出し（荷揚げ）が困難になるという問題がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスハイドレートの充填率の向上、輸送及び貯蔵中の安全性、荷役時の扱いの容易性などを計ることができるガスハイドレートの荷役方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のガスハイドレートの荷役方法は、粉体状のガスハイドレートを造粒装置により圧縮成形してペレット状にし、しかる後に、ペレット状のガスハイドレートを船や貯蔵施設の貯槽に積み込むガスハイドレートの荷役方法において、前記貯槽に、寸法の異なる２種以上のペレット状のガスハイドレートを混合して積み込むことを特徴とする。

ここで、粉体状のガスハイドレートをペレット状に加工する前に、前記粉体状のガスハイドレートに液を吹きつけて湿らせることが好ましい。

また、寸法の異なる２種以上のペレット状のガスハイドレートの直径比を１．５〜３０とすることが好ましい。

上述したように、本発明は、寸法の異なる２種以上のボール状のガスハイドレートを混合して積み込むので、同径のボール状のガスハイドレートのみを積み込む場合に比べて充填率をより一層向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るガスハイドレートの荷役方法を示す説明図であるが、その説明を行う前にメタンハイドレートを人工的に製造する方法について簡単に説明する。

メタンハイドレートは、乾式法と湿式法の２つの方法によって製造することができるが、湿式法によって製造する場合は、例えば、図４に示す装置によって製造される。

この装置は、筒状容器１０１からなり、容器１０１内の温度は１〜１０℃に保持され、また、圧力は３０〜１００気圧に保持されている。散布手段１１２から散布された水又は不凍液は、反応部１０１Ａにおいて供給管１０８から供給される天然ガス（メタン）と合成して粉体状のメタンハイドレートａを生成し、貯留部１０１Ｂの水又は不凍液の表層に落下する。水又は不凍液の表層に浮遊している粉体状のメタンハイドレートａは、かき寄せ機１１４によって、順次、排出口１０７の方にかき寄せられ、排出口１０７から排出される。排出口１０７から排出された粉体状のメタンハイドレートａは、余分な水又は不凍液を取り除いた後、図示しない貯蔵タンクに貯蔵される。

なお、図中、１０３は冷却ジャケット、１０６は冷媒の供給ライン、１０２は冷媒の出口ライン、１０４は水又は不凍液抜き出しライン、１０５は水又は不凍液の循環ライン、１１０は循環ポンプ、１１１は水又は不凍液の抜き出しライン、１１３は水又は不凍液の補給ラインである。

次に、図１を用いて本発明に係るガスハイドレートの荷役方法について説明する。図１において、１は、粉体状のメタンハイドレートａを貯蔵する貯蔵タンク、２は、貯蔵タンク１の底部に設けた横型のスクリューコンベヤーであり、スクリューコンベヤー２は、筒状の本体３と、電動モータ５により積極駆動されるスクリュー軸４とから構成されている。本体２は、その先端下面に下向きのダクト６を有している。

ダクト６の直下には、２個のローラ８ａ，８ｂから成るペレタイザー（造粒機）７が設けられている。ローラ８ａは、図において時計方向に回転し、ローラ８ｂは、ローラ８ａと同期して反時計方向に回転するようになっている。

図２に示すように、ローラ８ａ，８ｂの外周面には、それぞれ、半球状の窪み９が周方向に一定の間隔で設けられている。窪み９の形状は、半球状に限らず、例えば、半楕円球状や半円柱状などの所望の形状のものが採用される。また、その大きさも任意の寸法に設定される。なお、ペレタイザーは、上記のローラ方式に限らず、他の方式でも差し支えがない。

また、図１に戻って説明すると、ダクト６とペレタイザー７との間には、水噴射ノズル１０が設けられている。更に、ペレタイザー７の直下に横形の搬送装置１１が設けられている。搬送装置１１は、ベルトコンベヤ１２と箱形の本体１３とから構成されている。本体１３は、ペレタイザー７の直下にホッパー１４を有するとともに、先端下面に下向きのダクト１５を有している。また、搬送装置１１の本体１３は、ホッパー１４の下流側に水噴射ノズル１０ａを設けている。水噴射ノズル１０ａは、その先端をベルトコンベヤ１２の上面に向けている。

更に、上記本体１３は、その外側に冷却ジャケット（図示せず）を有し、ベルトコンベヤ１２によって搬送される被搬送物を過冷却するようになっている。また、ベルトコンベヤ１２は、動的安息角を保持するように、１箇所につき２〜３本のローラ１６によって保持されている（図３参照）。

なお、スクリューコンベヤー２のダクト６と搬送装置１１のホッパー１４との間は、図示しないカバーなどで密閉され、気化したガスが外部に漏れないようになっている。

次に、メタンハイドレート（ＮＧＨ）を運搬船（バラ積み船）に積み込んで運搬する場合について説明する。図１示すように、搬送装置１１のダクト１５をバラ積み船３０の船倉（積荷タンク）３１の積荷口３２に挿入し、しかる後に、スクリューコンベヤー２の電動モータ５を駆動すると、貯蔵タンク１内の粉体状のメタンハイドレートａが横型のスクリューコンベヤー２によってペレタイザー７に供給される。

ペレタイザー７に供給された粉体状のメタンハイドレートａは、外周面に半球状の窪み９を持つ２つのローラ８ａ，８ｂによって圧縮成形され、球状（ボール状）のメタンハイドレートｂに成形される。粉体状のメタンハイドレートａの湿り具合が足りない場合には、水噴射ノズル１０から水ｃを噴射して粉体状のメタンハイドレートａを湿らせる。すると、粉体状のメタンハイドレートａの締まり具合が固くなり、落下させても壊れ難くなる。

ボール状のメタンハイドレート（以下、メタンハイドレートボールと称する）ｂは、ペレタイザー７から搬送装置１１のベルトコンベヤ１２上に供給されるが、例えば、大型の運搬船（バラ積み船）３０の船倉（積荷タンク）３１に積み込む場合には、搬送装置１１の本体１１に設けた水噴射ノズル１０ａからベルトコンベヤ１２上のメタンハイドレートボールｂに向けて水ｃを噴射してマイナス５℃〜マイナス２０℃に過冷却する。

すると、メタンハイドレートボールｂの外表面が氷の膜（カプセル）で覆われ、メタンハイドレートボールｂの強度が更に増大し、大型の運搬船（バラ積み船）３０の船倉（積荷タンク）３１に積み込んでも壊れ難くなると共に、大量に積み込んでもその重さで潰れるようなことが少なくなる。

粉体状のガスハイドレートａは、水の分子の作るカゴの中にガスの分子が一つずつ収まっている結晶構造を持っているため、自己保存性を有しているが、上記のように、メタンハイドレートボールｂの外表面を氷の膜（カプセル）で覆うと、自己保存性が更に改善される利点がある。

氷の膜で外表面が覆われメタンハイドレートボールｂは、ベルトコンベヤ１２によってバラ積み船３０の船倉（積荷タンク）３１内に積み込まれる。船倉（積荷タンク）３１内は、メタンハイドレートボールｂが分解する温度よりも低温（例えば、マイナス５℃〜マイナス３０℃）に保たれている。

バラ積み船３０としては、図７や図８に示すものが好ましく使用される。図７のバラ積み船３０は、積荷コンベア３３及び荷揚コンベア３５を有している。また、ガスハイドレートボールｂを均等に積み込むための邪魔板装置兼ハッチ３８を有している。この邪魔板装置兼ハッチ３８は、上下に移動するようになっている。３１は船倉、３４はゲート、３６はバラストタンク、３７は覆い、３９は断熱材を示している。一方、図８のバラ積み船３０は、船首尾方向に移動可能な荷役機械５０を備えている。３１は船倉、３７は覆い、３９断熱材を示している。

以上の説明では、メタンハイドレートボールｂをベルトコンベヤ式の搬送装置１１によって船倉（積荷タンク）３１に積み込む場合について説明したが、ペレタイザー７から船倉（積荷タンク）３１へ直接積み込む場合には、搬送装置として空気輸送方式を採用してもよい。

また、タンクローリー４０にメタンハイドレートボールｂを積み込む場合も、船と同様に、ベルトコンベヤ式の搬送装置１１によってタンクローリー４０のタンク４１に積み込まれる（図６参照）。また、貯蔵施設にメタンハイドレートボールｂを貯蔵する場合も、タンクローリーと同様に、ベルトコンベヤ式の搬送装置１１によって搬送される。

メタンハイドレートボールｂの大きさは、数センチメートルから数十センチメートル、時には、数メートル程度にしてもよい。大きくすればするほど、表面積比が小さくなり、ブリッジが発生しなくなるので、充填率が高くなる。上記のように造粒されたメタンハイドレートボールｂの充填率は、約６０％となる。因みに、パウダー状のガスハイドレートの充填率は、４０％であるからガスハイドレートを造粒化することによって充填率が大幅に改善されることが分かる。

図５は、メタンハイドレートボールの充填率をより一層向上させる方法を示している。すなわち、粒径の大きいメタンハイドレートボールｂ′を製造するペレタイザー７′と、粒径の小さいメタンハイドレートボールｂ″を製造するペレタイザー７″とを組み合わせる方法である。この方法は、大粒のメタンハイドレートボールｂ′が作る空間（１−充填率）に、粒の小さいメタンハイドレートボールｂ″を充填しようとするものである。この方法を採用すれば、ガスハイドレートの充填率は、更に向上して約８０％となる。

ここで、重要なことは、大粒のメタンハイドレートボールｂ′の直径と、小粒のメタンハイドレートボールｂ″の直径の比（直径比＝大粒のメタンハイドレートボールの直径／小粒のメタンハイドレートボールの直径）を、適宜、選択することである。実験によれば、この直径比は、１．５から３０の範囲、より好ましくは、５〜２０の範囲が望ましい。

直径比が１．５未満の場合は、大粒のメタンハイドレートボールｂ′の空間に小粒のメタンハイドレートボールｂ″が入らないので、充填率が高くならない。一方、直径比が３０を超えると、小粒のメタンハイドレートボールｂ″が多くなり、ブリッジが発生し易くなるため、充填率が高くならない。なお、楕円球など、球形以外のメタンハイドレートボールｂの直径は、内接球の直径をいう。

本方法を採用すれば、パウダーのメタンハイドレートａを積み込む場合に比べて船倉（積荷タンク）やタンクローリのタンクの大きさが１／２以下になる。また、メタンハイドレートボールの種類は、２種類以上が好ましく、例えば、メタンハイドレートボールを大中小の３種類にすると、更に充填率を向上させることが可能となる。

上記のように、本発明を採用し、メタンハイドレートボールが分解する温度よりも低温状態を保持すれば、隣り合うメタンハイドレートボールの接触面積が小さいため、メタンハイドレートボールどうしが焼結状態を維持する。従って、運搬されるメタンハイドレートボールの集合体は、容易に粉砕可能であり、グラブなどで荷揚げすることが可能となる。

以上の説明では、メタンハイドレートボールを船倉やタンクローリに積み込む場合について説明したが、本発明は、メタンハイドレートボールを貯蔵施設のタンクに貯蔵する場合にも適用することができる。また、本発明は、プロパン、二酸化炭素など、メタン以外のガスハイドレートの造粒や荷役及び貯蔵運搬にも適用することが可能である。

本発明に係るガスハイドレートの荷役方法を示す説明図である。 ペレタイザーの一部断面を含む拡大正面図である。 搬送装置の横断面図である。 ガスハイドレート製造方法の説明図である。 大小２種類のガスハイドレートを混合させる場合の説明図である。 タンクローリーに積み込む場合の説明図である。 運搬船の断面図である。 運搬船の他の一例を示す断面図である。

符号の説明

ａ 粉体状のガスハイドレート
ｂ，ｂ′，ｂ″ ペレット状のガスハイドレート
７ 造粒装置
３１ 船倉

Claims (3)

1. 粉体状のガスハイドレートを造粒装置により圧縮成形してペレット状にし、しかる後に、ペレット状のガスハイドレートを船や貯蔵施設の貯槽に積み込むガスハイドレートの荷役方法において、前記貯槽に、寸法の異なる２種以上のペレット状のガスハイドレートを混合して積み込むことを特徴とするガスハイドレートの荷役方法。
2. 粉体状のガスハイドレートをペレット状に加工する前に、前記ガスハイドレートに液を吹きつけて湿らせることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートの荷役方法。
3. 寸法の異なる２種以上のペレット状のガスハイドレートの直径比を１．５〜３０とすることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートの荷役方法。

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