JP4313461B2 - Gas hydrate manufacturing apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスハイドレートの製造装置および製法に関し、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製造装置および製法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。
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。
【0003】
【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および製法を提供することにある。
【0004】
【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、該筒状容器内に水または不凍液を供給する手段と、該筒状容器の中央部に挿入されたガス導入管と、該ガス導入管の中心軸に挿入された回転軸と、該回転軸の駆動手段と、該回転軸の下端に設けられたプロペラ型撹拌翼と、前記ガス導入管の下端に前記撹拌翼の端部を囲むように設けられたガス分散部と、前記ガス導入管にメタンを主成分とするガスを導入する手段と、前記筒状容器内で生成したメタンハイドレートを外部へ排出する手段とを有するガスハイドレートの製造装置。
(2)前記筒状容器はメタンを主成分とするガスの供給口を有し、かつ前記ガス導入管の上端が前記筒状容器内の空間部に開口している(1)記載のガスハイドレートの製造装置。
【0005】
(3)冷却手段を有する筒状容器と、該筒状容器内に水または不凍液を供給する手段と、該筒状容器の中央部に挿入された回転軸と、該回転軸の中心に設けられたガス導入孔と、該回転軸の駆動手段と、該回転軸の下端に設けられた案内羽根を内蔵した撹拌翼と、前記ガス導入孔にメタンを主成分とするガスを導入する手段と、前記筒状容器内で生成したメタンハイドレートを外部へ排出する手段とを有するガスハイドレートの製造装置。
(4)前記生成メタンハイドレートの排出手段は、前記筒状容器の側部に設けられた水または不凍液の排出口と、該排出口に生成メタンハイドレートをかき寄せる手段である(1)ないし(3)のいずれかに記載のガスハイドレートの製造装置。
(5)(1)ないし(4)のいずれかに記載の装置を用い、筒状容器内の反応温度および圧力を1〜4℃、30〜100気圧として、前記ガス導入管を通してメタンを主成分とするガスを供給し、周速度を0.5〜20m/sで前記撹拌翼を回転させ、水または不凍液と前記ガスを撹拌翼に吸引して衝突させ、メタンハイドレートを合成することを特徴とするガスハイドレートの製法。
【0006】
【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製造装置の一実施例を示す説明図、図2は図1の製造装置における筒状容器の説明図である。
【0007】
この装置は、冷却ジャケット3を有する筒状容器1と、該筒状容器1内に水または不凍液を供給するライン5と、該筒状容器1の中央部に挿入されたガス導入管12と、該ガス導入管12の中心軸に挿入された回転軸13と、該回転軸の駆動手段10と、該回転軸13の下端に設けられたプロペラ型撹拌翼24と、前記ガス導入管12の下端に前記撹拌翼24を囲むように設けられたガス分散部15と、前記筒状容器1内にメタンを主成分とするガス(天然ガス)を供給するライン8と、前記筒状容器内で生成したメタンハイドレート9を外部へ排出するための排出口7と、該排出口7へ生成したメタンハイドレートをかき寄せるかき寄せ機14とから主として構成される。ガス導入管12はその上端部が容器内の空塔部に開口するとともに、その下端部にはガス分散部15が設けられている。ガス分散部15は、図3に示すように、周縁部を支持棒21で支持された一対の円板15A、15Bからなり、これらの間に撹拌翼24が配置される。撹拌翼の回転によって吸引された水または不凍液が衝突し、混合した気液が円板の周囲に微細気泡として分散させるようになっている。図中、2および6は冷却ジャケットへの冷媒の供給および排出ライン、4は水または不凍液の抜き出しライン、10は駆動ヒーター、11は水または不凍液の供給ライン、16は、筒状容器内の液レベルを検知するためのレベル計、17は生成したメタンハイドレートの排出ライン、18はメタンハイドレートの冷却器、19はメタンハイドレートの貯蔵容器を示す。なお、図中FRは流量調節器、TRは温度調節器、LRはレベル調節器をそれぞれ示す。
【0008】
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。ガス分散部15としては、図3に示したもの以外に原料ガスと水または不凍液を均一に混合、分散できるものであればどのような形状のものでもよい。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。筒状容器内で減少した水または不凍液は、補給ライン5から系内に補給され、排出口7の液レベルが保持される。
【0009】
上記の装置系統において、原料ガスとして天然ガスおよび水または不凍液がライン8および5から重量比で約1:6の割合で筒状容器1内に供給される。筒状容器1内には予め水または不凍液がライン5から供給され、排出口7のレベルまで満たされている。駆動モーター10により、回転軸12および回転翼24を周速度0.5〜20m/sで高速回転させると、原料ガスはガス導入管12を通って下方に吸引され、撹拌翼の背部から高速撹拌される水または不凍液中に混入し、微細気泡となって周囲の水または不凍液中と接触し、メタンハイドレートを生成する。生成したメタンハイドレートの結晶9は、水または不凍液上に浮上し、かき寄せ機14によりかき寄せられ、排出口7から外部に排出される。得られたメタンハイドレート結晶を含む水または不凍液は、ライン17から冷却器18に一旦収容され、ここでメタンハイドレート結晶粒子19を分離した後、残りの水または不凍液はライン22を通って元の筒状容器内に戻される。このようにしてメタンハイドレートを連続的に高収率で製造することができる。
【0010】
次に図4は、本発明の他の実施例を示すガスハイドレートの製造装置のガス分散部15の斜視図、図5はそのV−V線に沿った矢視方向断面図である。図1および2に示した装置と異なる点は、ガス導入管12の代わりに回転軸13として図5に示すように中空のものを用い、図4に示すように、中空の回転軸の下端を拡径して傘状の上蓋部29を形成し、この上蓋部29と中央に孔あき部28を有する下蓋部30とを複数の案内羽根26で支持し、撹拌翼(または遠心ポンプ)を形成したことである。
【0011】
このような構成において、回転軸13を周速度0.5〜20m/sで高速回転させると、水は不凍液が翼の下部、すなわち下蓋部30の孔あき部28から吸引されると同時に原料ガスはガス同入孔27から導入され、下方に吸引され、前記水または不凍液中に混入し、微細気泡となって周囲の水または不凍液中と接触し、メタンハイドレートを生成する。生成したメタンハイドレート9は、先の実施例と同様に水または不凍液上に浮上し、かき寄せ機14によりかき寄せられ、排出口7から外部に排出される。
以下、本発明の具体的実施例を述べる。
【0012】
【実施例】
実施例1
図1に示す装置で、回転軸およびガス分散部を図4および5のように構成した装置(筒状容器の容量15リットル)に予めライン11から水を供給して排出口7のレベルに保持した。次に天然ガス供給ライン8を天然ガスボンベ(図示せず)に連結し、天然ガスと水との供給割合を1:6とし、ライン8および5から容器内に供給し、次いでガス分散部15の回転軸13を高速回転させた。ガスは、ガス導入管27を通って撹拌翼に供給され、下方から吸引される水または不凍液と衝突すると同時に周囲に分散し、微細気泡となって水と反応し、メタンハイドレートを生成する。製造条件および結果を下記に示す。
【0013】
ガス導入孔27の内径 : 5mm
上蓋および下蓋の径 : 50mm
案内羽根の枚数 : 12枚
筒状容器内の温度 : 1〜3℃
筒状容器内の圧力 : 40〜60kg/cm2
冷却ジャケットの冷媒 : エチレングリコール
メタンハイドレートの製造速度 : 3〜7kg/hour
上記に示すように、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。
【0014】
【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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメタンハイドレートの製造装置の一実施例を示す説明図。
【図2】図1の筒状容器の拡大説明図。
【図3】図1の装置に用いたガス分散部の部分斜視図。
【図4】本発明の他の実施例を示すガスハイドレートの製造装置のガス分散部の斜視図。
【図5】図4のV−V線に沿った矢視方向断面図。
【符号の説明】
1…筒状容器、2…冷媒入口ライン、3…冷却ジャケット、4…水または不凍液抜き出しライン、5…水または不凍液供給ライン、6…冷媒出口ライン、7…メタンハイドレート排出口、8…天然ガス供給ライン、9…メタンハイドレート、10…駆動用モーター、12…回転軸、13…ガス導入孔、14…かき寄せ機、15…ガス分 散部、16…液面レベル計、18…冷却器、19…メタンハイドレート、24…撹拌翼。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas hydrate production apparatus and process, and more particularly, to a gas hydrate for industrially producing methane hydrate (or gas hydrate) from a gas mainly composed of methane such as natural gas and water. The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a clean energy source and various constituent raw materials, a gas mainly composed of methane such as natural gas has been attracting attention, and research for making natural gas or the like a gas hydrate has been conducted for the purpose of storage or transportation. . Methane hydrate is composed of water and methane, and its production requires, for example, a high pressure of about 80 MPa or more at a temperature of 303 ° K. In addition, methane hydrate is a structurally unstable substance. For example, the water / methane ratio (hydration number) of methane hydrate is determined by the hydration number determined by the occupancy ratio of gas molecules to the structure at the molecular level ( Theoretically,
Conventionally, methane hydrate has been produced by reacting methane and water at high pressure and low temperature using a pressure vessel, but this method is only a laboratory method and is produced industrially continuously. The method to do was not known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The subject of this invention is providing the apparatus and manufacturing method which can manufacture methane hydrate industrially continuously from the gas which has methane as a main component like water and natural gas.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention claimed in the present application is as follows.
(1) A cylindrical container having a cooling means, means for supplying water or antifreeze into the cylindrical container, a gas introduction pipe inserted into the central portion of the cylindrical container, and a central axis of the gas introduction pipe A rotating shaft inserted into the rotating shaft, a driving means for the rotating shaft, a propeller-type stirring blade provided at the lower end of the rotating shaft, and a lower end of the gas introduction pipe so as to surround the end of the stirring blade. An apparatus for producing gas hydrate, comprising: a gas dispersion section; means for introducing a gas mainly composed of methane into the gas introduction pipe; and means for discharging the methane hydrate generated in the cylindrical container to the outside. .
(2) The gas hydride according to (1), wherein the cylindrical container has a gas supply port mainly composed of methane, and an upper end of the gas introduction pipe is open to a space in the cylindrical container. Rate manufacturing equipment.
[0005]
(3) A cylindrical container having a cooling means, means for supplying water or antifreeze into the cylindrical container, a rotating shaft inserted in the center of the cylindrical container, and a center of the rotating shaft A gas introduction hole, a driving means for the rotating shaft, a stirring blade having a guide blade provided at a lower end of the rotating shaft, a means for introducing a gas mainly composed of methane into the gas introducing hole, An apparatus for producing gas hydrate, comprising means for discharging methane hydrate generated in the cylindrical container to the outside.
(4) The discharge means for the produced methane hydrate is a means for scraping the produced methane hydrate to the discharge port and a water or antifreeze discharge port provided on the side of the cylindrical container. (3) The apparatus for producing a gas hydrate according to any one of (3).
(5) Using the apparatus according to any one of (1) to (4), the reaction temperature and pressure in the cylindrical container are 1 to 4 ° C. and 30 to 100 atm, and methane is a main component through the gas introduction pipe. Methane hydrate is synthesized by supplying the gas and rotating the stirring blade at a peripheral speed of 0.5 to 20 m / s and sucking and colliding water or antifreeze with the gas to the stirring blade. Gas hydrate manufacturing method.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the methane hydrate manufacturing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of a cylindrical container in the manufacturing apparatus of FIG.
[0007]
This apparatus includes a
[0008]
The
[0009]
In the above apparatus system, natural gas and water or antifreeze as raw material gas are supplied from the
[0010]
Next, FIG. 4 is a perspective view of the
[0011]
In such a configuration, when the
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
[0012]
【Example】
Example 1
In the apparatus shown in FIG. 1, water is supplied in advance from the
[0013]
Inner diameter of gas introduction hole 27: 5 mm
Upper lid and lower lid diameter: 50 mm
Number of guide blades: Temperature in 12 cylindrical container: 1-3 ° C
Pressure in cylindrical container: 40-60 kg / cm 2
Cooling jacket refrigerant: Ethylene glycol methane hydrate production rate: 3-7 kg / hour
As shown above, methane hydrate could be continuously produced in high yield.
[0014]
【The invention's effect】
According to the present invention, methane hydrate can be industrially produced by continuously reacting a gas mainly composed of methane with water or an antifreeze.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a methane hydrate production apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged explanatory view of the cylindrical container of FIG.
FIG. 3 is a partial perspective view of a gas dispersion unit used in the apparatus of FIG.
FIG. 4 is a perspective view of a gas dispersion portion of a gas hydrate manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view in the arrow direction along the line VV in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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