JP4216396B2 - ガスハイドレートの連続製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はガスハイドレートの連続製造装置に関し、さらに詳しくは天然ガスのようなメタンを主成分とするガスと水からメタンハイドレート(またはガスハイドレート)を工業的に製造するガスハイドレートの連続製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、クリーンなエネルギー源や各種構成原料として天然ガス等のメタンを主成分とするガスが注目され、その貯蔵または輸送に利用する目的で天然ガス等をガスハイドレートにする研究が行われている。メタンハイドレートは、水とメタンとからなるもので、その生成には例えば温度303°Kで約80MPa以上という高圧を必要とする。しかもメタンハイドレートは、その構造上不安定な物質であり、例えばメタンハイドレートの水/メタン比(水和数)は、分子レベルの構造に対するガス分子の占有率により決定される水和数(理論上メタン分子1に対し水分子5.75)と、マクロな非結合水を含む水/メタン比のみかけの水和数を有している。
【0003】
従来、メタンハイドレートは、圧力容器を用いてメタンと水を高圧、低温下で反応させる方法が行われているが、この方法はあくまでも実験室的な方法であり、工業的に連続して製造する方法は知られていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水と天然ガスのようなメタンを主成分とするガスからメタンハイドレートを工業的に連続して製造することができる装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願で特許請求される発明は以下の通りである。
(1)冷却手段を有する筒状容器と、該筒状容器の上部に設けられたメタンを主成分とするガスの供給ラインと、前記筒状容器内の頂部に設けられた水または不凍液の散布手段と、該筒状容器の側部に設けられた生成メタンハイドレートの排出口と、該排出口を境としてその上部に形成されたメタンと水との反応部と、その下部に形成された水または不凍液の貯留部と、生成したメタンハイドレートを前記排出口へ移動させる手段と、該貯留部から水または不凍液の一部を抜き出し、前記筒状容器頂部の散布手段に水または不凍液を循環させる手段とを有し、該貯留部の水または不凍液の上層には生成したメタンハイドレートが浮遊し、前記移動手段より順次前記排出口から外部に排出されるように構成されることを特徴とするガスハイドレートの連続製造装置。
【0006】
(2)前記水または不凍液の循環手段は、前記貯留部から水または不凍液を抜き出し、前記散布手段に送液するポンプ手段および配管からなり、該配管の一部に冷却手段を設けて反応部を形成し、該反応部入口の配管にメタンを主成分とするガスの供給配管を連結し、該反応部の配管内でメタンと水とを反応させ、前記散布手段に供給する水または不凍液中に予め生成メタンハイドレートの微結晶を混在させるようにしたことを特徴とする(1)記載のガスハイドレートの連続製造装置。
【0007】
(3)前記反応部におけるメタンを主成分とするガスの供給配管は、前記筒状容器の一部から前記ガスを抜き出し、圧縮機により圧縮したガスを前記反応部に供給する配管である(2)記載のガスハイドレートの連続製造装置。
【0008】
(4)前記生成したメタンハイドレートを前記排出口へ移動させる手段がプロペラ型の掻き寄せ機である(1)ないし(3)のいずれかに記載のガスハイドレートの連続製造装置。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図1は、本発明のメタンハイドレートの連続製造装置の一実施例を示す説明図、図2は他の実施例を示す同様な装置の説明図である。
【0010】
図1において、この装置は、冷却手段として冷却ジャケット3を有する筒状容器1と、該筒状容器内の上部に設けられた天然ガスの供給ライン8と、該筒状容器内の頂部に設けられた水または不凍液の散布手段12と、該筒状容器1の側部に設けられたメタンハイドレート9を含む水または不凍液の排出口7と、生成したメタンハイドレート9を排出口7へ移動させる手段であるかき寄せ機14とからなり、筒状容器1の排出口7の位置より上部の空間にはメタンと水の反応部1Aが形成され、またその下部には水または不凍液の貯留部1Bが形成される。筒状容器1の底部には水または不凍液抜き出しライン4が設けられ、その一部が循環ポンプ10によりライン5から散布手段12に循環されるようになっている。なお、図中、6は冷媒の供給ライン、2は冷媒の出口ライン、11は、水または不凍液の抜き出しライン、13は水または不凍液の補給ラインである。
【0011】
図1の装置において、筒状容器1は圧力容器からなり、容器内の圧力および温度は、メタンハイドレートが生成する反応温度および圧力に保持される。これらの温度および圧力としては、通常、1℃〜4℃、30〜100気圧の範囲が好ましい。散布手段12から散布された水または不凍液は、反応部1Aで供給管8から供給される天然ガス(メタン)と反応し、メタンハイドレートを生成し、貯留部1Bの水または不凍液の表層に落下して浮遊し、かき寄せ機14により順次排出口の方向にかき寄せられ、該排出口7から排出される。散布手段12としては、通常の散布ノズルのように液体を均一に散布できるものであればよい。
【0012】
筒状容器1内の温度は、冷却ジャケット3に冷媒を流通させることによって、また圧力は供給管8から供給される天然ガスの圧力を調整することによってそれぞれ制御されるが、図中、これらの制御手段は省略されている。不凍液としては、エチレングリコール等の不凍液のように水を含有する不凍液であればどのようなものでもよい。反応によって減少した水は、補給ライン13から系内に補給される。
【0013】
図2は、本発明の他の実施例を示すもので、図1の装置と異なる点は、前記貯留部1Bから水または不凍液の一部を抜き出して循環させるライン4の一部に反応部19を設け、これに冷却媒体20を循環させ、また前記筒状容器1の上部から天然ガスの一部を抜き出す配管16を設け、該天然ガスを圧縮機15により圧縮して配管17から前記反応部19のライン入口に供給する手段を設けたことである。上記装置においては、貯留部1Bから抜き出された水または不凍液は配管11、循環ポンプ10を通って反応部19に入るが、その際配管17から供給される高圧の天然ガスと接触し、反応部19内の配管18内で水とメタンガスとの反応が起こり、メタンハイドレートの微結晶が生成し、配管5を通って散布手段12に循環、散布される。反応部19の圧力および温度条件は、パイプライン18内の圧損、反応条件を考慮して適宜決定される。上記装置においては、散布手段12から散布される水または不凍液中には、前記反応部19で生成したメタンハイドレートを微結晶として含むので、散布手段12は、生成した微結晶により詰まり等を生じないように比較的大口径のノズルを用いることが好ましい。上記メタンハイドレートの微結晶および散布中に生成または成長したメタンハイドレートの結晶は、容器内を下方に落下し、前記貯留部1Bの水または不凍液の表層部に浮遊し、図1の場合と同様にかき寄せ機14により捕集され、排出口7から排出される。この装置によれば、前記筒状容器の反応部1Aの反応に加えて、反応部19でもメタンハイドレートが生成されるので、収率をより高めることができる。
【0014】
図2の装置において、反応部19のパイプライン18には反応を促進するために管に絞り部を設けたり、インラインミキサー等の攪拌手段を設けてもよい。
以下、本発明の具体的な実施例を述べる。
【0015】
【実施例】
実施例1
図1に示す装置(筒状容器の容量15リットル)の天然ガス供給ライン8を天然ガスボンベに連結して天然ガスを供給し、一方、配管13から水を供給し、圧力30〜50気圧、温度0〜5℃で水とメタンとを反応させ、メタンハイドレートを連続的に製造した。以下の表1に製造条件および結果を示す。
【0016】
【表1】
【0017】
表1に示すように、メタンハイドレートを高収率で連続的に製造することができた。
実施例2
図2に示す装置を用い、メタンハイドレートを連続的に製造した。反応部19としては、20cmおきに絞りを入れた全長2mのパイプライン(内径10mm、狭小部の内径2mm)を用い、これを冷却ジャケット3と同じ冷媒を用いて所定の温度に冷却した。配管17から反応部19のパイプラインの入口に導入されるガスは、圧縮機15により筒状容器1の内圧より0.1〜0.5気圧高くした。表2に製造条件および結果の概略を示す。
【0018】
【表2】
【0019】
この装置を用いた場合のメタンハイドレートの収率は図1の装置の場合よりも向上した。
【発明の効果】
本発明によれば、メタンを主成分とするガスと水または不凍液とを連続的に反応させ、メタンハイドレートを工業的に製造することができる。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメタンハイドレートの連続製造装置の一実施例を示す説明図。
【図2】本発明の他の実施例を示すメタンハイドレートの連続製造装置の説明図。
【符号の説明】
1…筒状容器、1A…筒状容器反応部、1B…筒状容器貯留部 、2…冷媒出口、3…冷却ジャケット、4…水または不凍液循環ライン、5…水または不凍液供給ライン、6…冷媒入口、7…メタンハイドレート排出口、8、17…メタンガス供給ライン、9…メタンハイドレート結晶、10…循環ポンプ、11…水または不凍液抜き出しライン、12…散布手段(ノズル)、13…水または不凍液の補給ライン、14…かき寄せ機、15…圧縮機、16メタンガス抜き出し用配管、17…ガス供給ライン、18…反応部パイプライン、19…反応部、20…冷却媒体。
Claims (4)
- 冷却手段を有する筒状容器と、該筒状容器の上部に設けられたメタンを主成分とするガスの供給ラインと、前記筒状容器内の頂部に設けられた水または不凍液の散布手段と、該筒状容器の側部に設けられた生成メタンハイドレートの排出口と、該排出口を境としてその上部に形成されたメタンと水との反応部と、その下部に形成された水または不凍液の貯留部と、生成したメタンハイドレートを前記排出口へ移動させる手段と、該貯留部から水または不凍液の一部を抜き出し、前記筒状容器頂部の散布手段に水または不凍液を循環させる手段とを有し、該貯留部の水または不凍液の上層には生成したメタンハイドレートが浮遊し、前記移動手段より順次前記排出口から外部に排出されるように構成されることを特徴とするガスハイドレートの連続製造装置。
- 前記水または不凍液の循環手段は、前記貯留部から水または不凍液を抜き出し、前記散布手段に送液するポンプ手段および配管からなり、該配管の一部に冷却手段を設けて反応部を形成し、該反応部入口の配管にメタンを主成分とするガスの供給配管を連結し、該反応部の配管内でメタンと水とを反応させ、前記散布手段に供給する水または不凍液中に予め生成メタンハイドレートの微結晶を混在させるようにしたことを特徴とする請求項1記載のガスハイドレートの連続製造装置。
- 前記反応部におけるメタンを主成分とするガスの供給配管は、前記筒状容器の一部から前記ガスを抜き出し、圧縮機により圧縮したガスを前記反応部に供給する配管である請求項2記載のガスハイドレートの連続製造装置。
- 前記生成したメタンハイドレートを前記排出口へ移動させる手段がプロペラ型の掻き寄せ機である請求項1ないし3のいずれかに記載のガスハイドレートの連続製造装置。
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