JP4564326B2 - ガスハイドレート製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置に関するものである。

メタンなどの炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵および輸送する方法として、一般に、ガス田から天然ガスを採取した後、液化温度まで冷却し、液化天然ガス（ＬＮＧ）とした状態で貯蔵および輸送する方法が採られているが、上記のように、天然ガスをＬＮＧとして貯蔵し、または輸送するためには、多大の費用が必要になっている。

従って、近年、天然ガスを水と水和させて固体状態の水和物、すなわち、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を生成し、そのままの状態で貯蔵、あるいは輸送することが検討されている。この天然ガスハイドレートは、比較的容易に得られる温度および圧力条件下において製造可能であり、そのため、製造、貯蔵および輸送コストが少なくなり、斯界から注目されている。

ところで、天然ガスハイドレートは、原料ガスと水とを接触させて水和物として固体化させたものであるが、通常、多量の水を含んだスラリー状となる。したがって、このスラリー状の天然ガスハイドレートを貯蔵および輸送すれば、この貯蔵および輸送にかかるコストが膨大になってしまう。

そこで、含水率の低い天然ガスハイドレートを生成し、その貯蔵や輸送にかかるコストを低減することを目的として、スラリー状の天然ガスハイドレートを脱水器に導入して、未反応水を脱水除去する必要がある。そして、この脱水器として、横型スクリュープレス型脱水装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１０５３６２号（第７−１０頁、図２）

ところが、このようなスクリュープレス型脱水装置は、メッシュ加工した内壁と、この内壁の外側にあって外殻を構成する筒体との二重構造になっており、内壁内に設置したスクリュー軸によってスラリー状の天然ガスハイドレートを強制的に前進させることによって内壁に加工したメッシュから水を除去するようにしている。

このため、脱水中に天然ガスハイドレートの多くが水と一緒に内壁のメッシュ孔をすり抜け、結果的に天然ガスハイドレートの回収率が低下するという問題がある。

また、スクリュー軸を高トルクで回転させるために、動力費がかかるという問題がある。更に、内部が高圧の状態で高トルクを発生させるため、設備全体が過重になっており、スクリュー軸を高圧から大気圧の領域でシールする必要がある。

このような問題を解決するため、本発明者らは、従来のような機械的な強制脱水ではなく、重力を利用した天然ガスハイドレートスラリーの脱水器について検討した。この脱水器１は、図３に示すように、ガスハイドートスラリーｓを導入する導入部４と、ガスハイドレートスラリーｓの水ｗを脱水する水切り部６と、水切り部６で脱水されたガスハイドレートｎを導出する導出部５からなる縦型筒状本体２と、水切り部６にてガスハイドレートｎから分離した水（濾液）ｗを集合する脱水集合部３により構成したものである。

ところが、水切り部６で濾過された水（濾液）ｗが、水切り部６を構成している金網や多孔板の部分で原料ガスと反応してガスハイドレートとなり、このガスハイドレートが水切り部６を構成している金網や多孔板の部分に次第に堆積して金網や多孔板を塞ぐことから、脱水器の脱水性能が次第に低下するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ガスハイドレートによる水切り部の目詰まりを防止して脱水器の安定的な運転を実現するとともに、定脱水率の運転を実現するガスハイドレート製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成される。

請求項１に係るガスハイドレート製造装置は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートと未反応水とが混合したガスハイドレートスラリーを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器は、縦型筒状本体及び脱水集合部で構成され、前記縦型筒状本体は、下部から上部に向かってガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートスラリー中の未反応水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部となっており、前記脱水集合部は、前記水切り部を包囲するように前記縦型筒状本体の外側に設けられ、かつ、前記水切り部が前記脱水集合部内の液面の下方に水没するようにしたことを特徴とするものである。

請求項２に係るガスハイドレート製造装置は、前記脱水集合部内に、水切り部の高さに匹敵する堰を設けると共に、該堰と前記水切り部との間に清水を供給し、前記水切り部が、常時、前記脱水集合部内の液面の下方に水没するようにしたことを特徴とするものである。

請求項３に係るガスハイドレート製造装置は、前記脱水集合部に液面センサーを設け、常時又は水切り部の目詰まり時に、前記水切り部が前記脱水集合部内の液面の下方に水没するように清水の供給量を制御することを特徴とするものである。

上記したように、請求項１に記載の発明は、原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートと未反応水とが混合したガスハイドレートスラリーを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートスラリー中の未反応水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部により形成された縦型筒状本体と、前記水切り部でガスハイドレートから分離した濾液を集合する脱水集合部により構成すると共に、前記脱水集合部内に清水を張って前記水切り部と原料ガスとの接触を遮断するので、水切り部で濾過された水（濾液）が、水切り部を構成している金網や多孔板の部分で原料ガスと反応してガスハイドレートになるという問題を回避することができた。

従って、水切り部を構成している金網や多孔板の部分にガスハイドレートが堆積することに起因する水切り部の金網や多孔板が目詰まりを起こすことが少なくなった。その結果、脱水器の安定的な運転を実現することができると共に、定脱水率の運転を実現することができた。

請求項２に記載の発明は、前記脱水集合部内に、水切り部の高さに匹敵する堰を設けると共に、該堰と水切り部との間に清水を供給し、水切り部が、常時、液面下に水没するようにしたので、比較的簡単な方法で水切り部を構成している金網や多孔板の部分の目詰まりを防止することができる。

請求項３に記載の発明は、前記脱水集合部に液面センサーを設け、常時又は水切り部の目詰まり時に、水切り部が液面下に水没するように清水の供給量を制御するので、水切り部を構成している金網や多孔板の部分の目詰まりを防止することができると共に、清水の使用量を抑制することができ、運転コストを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（１）第１の実施形態
先ず、第１の実施形態について説明する。図１において、１１はガスハイドレート生成器、１２はガスハイドレート生成器１１で生成されたスラリー状のガスハイドレートｓを脱水する脱水器、１３は脱水器１２でほぼ脱水されたガスハイドレートｎを次工程（図示せず）に横移送するガスハイドレート搬送装置である。

ガスハイドレート生成器１１は、耐圧容器１４と、原料ガスである天然ガスｇを気泡状に噴出するガス噴出ノズル１５と、耐圧容器１４内を攪拌する攪拌機１６により構成されている。

原料ガスには、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの混合ガスである天然ガスのほか、炭酸ガス、フロンガスなどのガスハイドレートを形成するガスを利用することができる。

脱水器１２は、ガスハイドレートスラリーｓを導入する導入部１８と、ガスハイドレートスラリー中の水ｗを脱水する水切り部１９と、水切り部１９で脱水されたガスハイドレートｎを導出する導出部２０からなる縦型筒状本体２１と、水切り部１９でガスハイドレートｎから分離した水（濾液）ｗを集合する脱水集合部２２により構成されている。

この水切り部１９は、金網や多孔板を円筒形にしたものであり、その小孔２３は、孔径が０．１〜５ｍｍとなるように形成されている。小孔２３の孔径が０．１mm未満の場合は、目詰まりが発生し易くなり、逆に、５ｍｍを超えると、ガスハイドレートが流失し易くなって回収率が低下する。

そして、脱水集合部２２の上部に水供給ノズル２４を設けると共に、水供給ノズル２４と、清水タンク２５と、給水ポンプ２６とを給水ライン２７によって接続し、清水タンク２５内の清水（フレッシュ水）ｗ’を給水ポンプ２６によって水噴射ノズル２４に供給して水切り部２０が、常時、液面Ｘの下方に水没するようにしている。

このため、脱水集合部２２は、液面センサー３５を備え、液面Ｘが設定水位を保持するように給水ポンプ２６を制御するようになっている。そして、水切り部１９で濾過された未反応水（濾液）と清水とが混ざった混合水ｗ”は、ポンプ２９を備えた戻しライン２８を経てガスハイドレート生成器１１に戻される。

ここで、脱水器１は、排水高さＨ、すなわち、縦型筒状本体２１の上端と、この縦型筒状本体２１内のガスハイドレートスラリーｓの液面の上端との差が必要である。図中、３３は、制御器を示している。

他方、通常は、液面Ｘが水切り部１９よりも下方に位置するように運転し、戻しライン２８に設けた流量計３６が検出した測定値が設定値を下回った場合のみ、水切り部１９を液面Ｘに水没させるようにしてもよい。

次に、このガスハイドレート製造装置の作用について説明する。

上記のガスハイドレート生成器１１にて生成されたガスハイドレートｎは、ガスハイドレートの濃度が２０％程度のスラリー状である。このガスハイドレートスラリーｓは、スラリーポンプ３０によって脱水器下端の導入部１８内に供給される。

そして、その液面が水切り部１９よりも上方に達すると、ガスハイドレートスラリーｓ中の未反応水ｗが水切り部１９の小孔２３から脱水集合部２２内に流出する。こうして含水率が約５０％程度となったガスハイドレートｎは、脱水器１２内を上昇して導出部２０に至り、ここからガスハイドレート排出装置１３によって次工程に移送される。

この水切り部１９は、既に説明したように、脱水集合部２２内に注入した清水の液面Ｘよりも下方に位置し、原料ガスｇとの接触が断たれているため、ガスハイドレートの生成に起因する目詰まりが発生しない。
（２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態の機器と同じ機器には、同じ符号を付けて詳細な説明を省略する。

図１において、１１はガスハイドレート生成 図３は、本発明に係るガスハイドレート製造装置の他の実施形態を示すものであり、図１や図２と同一部材には、同じ符号を付与し、詳しい説明を省略した。

この発明は、図２に示すように、脱水集合部２２内に、水切り部１９の高さに匹敵する堰３７を設けると共に、この堰３７と水切り部１９との間に清水ｗ’を供給し、水切り部１９が、常時、液面Ｘ下に水没するようにしたので、比較的簡単な方法で水切り部１９を構成している金網や多孔板の部分の目詰まりを防止することができる。

本発明に係る第１のガスハイドレート製造装置の概略構成図である。 本発明に係る第２のガスハイドレート製造装置の概略構成図である。 重力を利用した脱水器の断面図である。

符号の説明

ｇ 原料ガス
ｎ ガスハイドレート
ｓ ガスハイドレートスラリー
ｗ 水
１，１２ 脱水器
１８ 導入部
１９ 水切り部
２０ 導出部
２１ 縦型筒状本体
２２ 脱水集合部

Claims (3)

1. 原料ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートと未反応水とが混合したガスハイドレートスラリーを脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器は、縦型筒状本体及び脱水集合部で構成され、前記縦型筒状本体は、下部から上部に向かってガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、ガスハイドレートスラリー中の未反応水を脱水する水切り部と、該水切り部で脱水されたガスハイドレートを導出する導出部となっており、前記脱水集合部は、前記水切り部を包囲するように前記縦型筒状本体の外側に設けられ、かつ、前記水切り部が前記脱水集合部内の液面の下方に水没するようにしたことを特徴とするガスハイドレート製造装置。
2. 前記脱水集合部内に、水切り部の高さに匹敵する堰を設けると共に、該堰と前記水切り部との間に清水を供給し、前記水切り部が、常時、前記脱水集合部内の液面の下方に水没す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製造装置。
3. 前記脱水集合部に液面センサーを設け、常時又は水切り部の目詰まり時に、前記水切り部が前記脱水集合部内の液面の下方に水没するように清水の供給量を制御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製造装置。

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