JP4219280B2

JP4219280B2 - ガスハイドレートの再ガス化装置

Info

Publication number: JP4219280B2
Application number: JP2004003390A
Authority: JP
Inventors: 政隆平出; 有祐江藤
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: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP2005194432A

Description

本発明は、ガスハイドレートの再ガス化装置に関する。

ガスハイドレートは、水分子の作る籠の中にガスを取り込んでなる固体として安定な水和物であり、取り込まれたガスがメタンの場合はメタンハイドレート、天然ガス（通常、メタンを主成分とした混合ガス）の場合は天然ガスハイドレートと呼ばれている。天然ガスハイドレートは、低温高圧の下で安定し、常温常圧の下で不安定になるため、陸上では永久凍土地域、海域では水深５００ｍ以深の海底下に存在することが確認され、有望な天然ガス資源として注目されている。

一方で、ガスハイドレートは、その構造中に大量のガスを貯蔵でき、かつ、−１０数℃、大気圧で輸送、貯蔵することができることから、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を工業的に生産し、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送や貯蔵の手段として利用する研究が進められている。

このようなガスハイドレートを利用する場合、ガスハイドレートからガスを取り出す、いわゆる再ガス化が必要になる。この再ガス化は、例えば、筒状横型の容器にガスハイドレートを収め、この容器内部に温水を供給してガスハイドレートを加熱するとともに、容器を回転させてガスハイドレートと温水とを攪拌させることにより行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２７９２８１号公報（第１図、第２−４頁参照）

しかし、特許文献１のものには容器を回転駆動させる装置が必要になることから、本発明者らは、静止型の容器内に円筒状の熱交換器を配置し、容器内のガスハイドレートと水を熱媒で加熱してガス化することを提案している。このような再ガス化装置において、さらにガス化を促進させるため、円筒状の熱交換器の内筒内に攪拌羽根を設け、この攪拌羽根で水を下方に流動させ、その流れを容器の底で反転させて熱交換部を上昇させて循環させる構成とするのが好ましい。

しかし、このような構成の場合、攪拌羽根の回転で水面に渦が発生し、この渦の先端が攪拌羽根に巻き込まれると、攪拌流に気泡が混ざって攪拌羽根の下流側の流れが不安定になる。その結果、循環水量や熱交換器の熱交換率が低下するおそれがある。

本発明は、渦を巻き込むことによって攪拌羽根の下流側に生じる不安定な流れを改善することにある。

上記課題を解決するために、本発明の再ガス化装置は、ガスハイドレートが供給される筒状の容器と、この容器の胴部に同心状に設けられ、内筒と外筒の両端を閉塞板で塞いで空間が形成され、上下の閉塞板を貫通する複数の伝熱管が設けられ、空間に熱媒の流出入口が連通されてなる熱交換器と、内筒内に配置され、内筒内の流体を下方に流動させる攪拌羽根とを備えて構成する。特に、熱交換器の内筒の上端部にリング状の堰板を設けたことを特徴とする。これにより、堰板の分だけ内筒の入口高さが高くなり、渦全体がその分だけ上方に移動されるから、渦核の先端が攪拌羽根に巻き込まれ難くなる。

また、堰板に代えて、攪拌羽根の上方の内筒内面と内筒上端部の一方に、内筒の内方に突出させたじゃま板を配設してもよい。これによれば、攪拌羽根の入り側の渦を弱められて渦核が短かくなるので、その先端が攪拌羽根に巻き込まれ難くなる。

なお、堰板やじゃま板を設ける構成に代えて、攪拌羽根の位置を下げて水面から離しても渦の巻き込みを抑制できるが、この場合は、攪拌羽根の回転軸が長くなるので、回転軸の強度を上げる必要がある。この点、本発明によれば、回転軸を長くすることなく渦の巻き込みを抑制できるという効果がある。

本発明によれば、渦を巻き込むことによって攪拌羽根の下流側に生じる不安定な流れを改善できる。

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、本発明のガスハイドレートの再ガス化装置の一実施形態を示す断面図である。本実施形態で使用するガスハイドレートは、例えば、天然ガスハイドレートやメタンガスハイドレートなどを用いることができる。このガスハイドレートとともに容器内で攪拌される流体として、例えば、水を用いる。

図１に示すように、ガスハイドレートの再ガス化装置は、筒状縦型の耐圧タンクからなる容器１を備え、容器１内の胴部と同心に配設された筒状の熱交換器３を有して構成されている。容器１は、内部に水９が充填され、水位は、熱交換器３が水没するように調整されている。

容器１内の水９は、容器１の下部に連通する排出口１１から図示していない循環ポンプにより抜き出され、その一部が容器１の気相部に配置されたノズル１３から容器１内、特に、容器１の内壁に向けて放出される。ノズル１３の先端は、例えば、複数の小孔が形成された容器１と同心の中空リングで形成されている。ノズル１３と水面との間に、例えば、網目状の部材で構成された籠１５が配設されている。ガスハイドレート（例えば、粒径２０〜５０ｍｍ）は、図示していない供給装置から投入口１７を介して籠１５内に投入される。また、容器１内で生じたガスは、排出口１９から排出され、ガスの利用機器やガスを貯留するタンクなどに送られる。

次に、本実施形態の特徴部の構成について説明する。熱交換器３は、容器１の胴部と同心に配置された内筒２１と外筒２３を有している。内筒２１と外筒２３の両端は、閉塞板２５、２６で閉塞され、これにより内筒２１、外筒２３、閉塞板２５、２６で囲まれた空間２７が形成されている。さらに、閉塞板２５、２６を貫通させて複数の伝熱管２８が設けられている。空間２７は、熱媒３０の流入口３２と流出口３３が連結され、図示していない熱媒３０を加熱する加熱手段に連結されている。なお、図１においては、容器１の胴部と外筒２３とを同一部材で兼用した構成になっているが、これに限らず、例えば、外筒２３を内筒２１と容器１の胴部の間に配置してもよい。

また、攪拌羽根３５が内筒２１内に配置されている。攪拌羽根３５は、容器１の頂部を挿通して垂下する回転軸３７に連結されている。回転軸３７は、図示していないモータなどの回転駆動装置に連結されている。回転軸３７は、籠１５に挿通され、回転軸７の籠１５内側の底面の位置に回転軸３７から突出する破砕羽根３９が設けられている。

本実施形態の特徴部である堰板４１は、内筒２１と同径のリング状に形成され、円筒２１の上端部に設けられている。本例では、堰板４１の上端は、全周にわたって間隔を空けて複数の切欠き４３が形成されている。

このように構成された特徴部の動作について説明する。まず、回転軸３７を回転することにより、籠１５に投入されたガスハイドレートは、破砕羽根３９によって破砕され、破砕されたガスハイドレートのうち籠１５の目（例えば、１〜２ｍｍ）よりも小さいものが籠１５から水９に落下し、水９中で加熱されてガスを発生させる。

また、回転軸３７の回転により攪拌羽根３５が回転し、内筒２１内の水９を下方に流動させる。下方に流動した水９は、容器１の底で反転して上昇し、伝熱管２８内を通流して内筒２１の上方に流入して循環する。伝熱管２８内を通流する水９は、空間２７内に流入された熱媒によって加熱される。このように容器１内の水９を熱交換器３内に循環させることにより、水９の温度が一定値以上に保持されるから、ガスハイドレートの再ガス化が促進されることになる。

一方、攪拌羽根３５の回転によって内筒２１の上方水面に渦が発生する。この渦の先端が攪拌羽根３５に巻き込まれると、攪拌流に気泡が混ざって攪拌羽根３５の下流側の流れが不安定になる。この結果、伝熱管２８を通流する水９に混入する気泡により流量や熱交換量が不安定になり、ガスハイドレートの再ガス化の促進効果が低下するなどの不具合が生じる。このような不具合に対し、本実施形態の堰板４１は有効な効果を有する。すなわち、堰板４１を設けることで内筒２１の入口を高くでき、言い換えれば、内筒２１の入口から攪拌羽根３５までの距離を堰板４１の分だけ離せるので、渦核の先端が攪拌羽根３５に達し難くできる。したがって、本実施形態によれば、攪拌羽根３５の下流側の流れを安定化でき、ガスハイドレートの再ガス化の促進効果を確保できる。

また、本実施形態では、堰板４１を設けて渦が形成される位置を攪拌羽根３５から離すようにしたが、これに代えて、攪拌羽根３５の入り側の渦を弱めて渦核を短かくすることにより、その先端が攪拌羽根３５に巻き込まれ難くすることもできる。例えば、図２に示すように、攪拌羽根３５の上方の内筒２１の内面に、内筒２１の内方に突出させたじゃま板４５を配設する構成にできる。このじゃま板４５は、渦が形成される位置に配設されていればよく、例えば、内筒２１の上端部などに設けてもよい。じゃま板４５は、単なる板状に限らず、一般に渦を弱めるために用いられる周知の形状および構造を適用できる。

また、渦核の先端を攪拌羽根３５から離す方法としては、攪拌羽根の回転軸の長さを長くすることが考えられるが、この場合、回転軸の強度を上げる必要がある。この点、堰板やじゃま板を設ける手段によれば、回転軸を長くすることなく渦の巻き込みを抑制でき、特に、容器を大容量化する場合に有効である。また、攪拌羽根の回転軸を容器の底部から挿入すれば、回転軸を長くすることなく渦の巻き込みを抑制できるが、この場合は、回転軸のシールが困難になるので好ましくない。

なお、本実施形態では、容器１内に貯留する流体として水９を用いたが、攪拌羽根３５によって循環でき、容器１に落下してきたガスハイドレートを加熱できる流体であれば何を用いてもよい。また、排出口１１から抜き出した水９を加熱してノズル１３から供給することもできる。この場合、加熱した水９を熱媒３０として利用してもよい。

本実施形態の再ガス化装置の一実施形態を示した断面図である。本実施形態の再ガス化装置の一実施形態の変形例を示した拡大図である。

符号の説明

１容器
３熱交換器
９水
１５籠
２１内筒
２３外筒
２５、２６閉塞板
２７空間
２８伝熱管
３５攪拌羽根
３９破砕羽根
４１堰板

Claims

ガスハイドレートが供給される筒状の容器と、該容器の胴部に同心状に設けられ、内筒と外筒の両端を閉塞板で塞いで空間が形成され、前記上下の閉塞板を貫通させて複数の伝熱管が設けられ、前記空間に熱媒の流出入口が連通されてなる熱交換器と、前記内筒内に配置され、前記内筒内の流体を下方に流動させる攪拌羽根と、前記内筒の上端部に設けられたリング状の堰板とを有してなるガスハイドレートの再ガス化装置。
ガスハイドレートが供給される筒状の容器と、該容器の胴部に同心状に設けられ、内筒と外筒の両端を閉塞板で塞いで空間が形成され、前記上下の閉塞板を貫通させて複数の伝熱管が設けられ、前記空間に熱媒の流出入口が連通されてなる熱交換器と、前記内筒内に配置され、前記内筒内の流体を下方に流動させる攪拌羽根と、該攪拌羽根の上方の前記内筒内面と前記内筒上端部の一方に前記内筒の内方に突出するじゃま板を配設してなるガスハイドレートの再ガス化装置。