JP4575744B2 - ガスハイドレート冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、水とハイドレート形成ガスとで生成されたペレット状のガスハイドレートを所定の温度に冷却するガスハイドレート冷却装置に関する。

水分子の作るクラスター（かご構造）の中に天然ガスの分子（ゲスト）が取り込まれた包接水和物であるガスハイドレートは、水と天然ガスとを槽内に投入し、所定温度下、及び所定圧力下で攪拌して生成される。

ガスハイドレートは常温常圧環境に置くと比較的早く分解してしまう。例えば、大気圧下で分解を完全に止めるにはマイナス８０℃程度にまで温度を下げなくてはならない。しかし、本来であれば分解してしまう環境（非平衡領域）でも、ある条件ではその分解が非常にゆっくりとなる現象が確認されている。これは自己保存効果と呼ばれ、ガスハイドレートでは、大気圧下マイナス２０℃で、その効果が最も大きく現れる。よって、大気圧下でも分解が非常にゆっくりとなるように、生成されたガスハイドレートを冷却している。

従来、このような冷却は、パウダー状のガスハイドレートをジャケット中で攪拌し、ジャケット面から除熱し、冷却していた。（例えば、特許文献１参照）
しかし、このような方法では、パウダーを造粒したペレット状のガスハイドレートを冷却することは困難であった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、ペレット状のガスハイドレートを容易に冷却することを目的とする。

請求項１に記載のガスハイドレート冷却装置は、水とハイドレート形成ガスとで生成されたペレット状のガスハイドレートを所定の温度に冷却するガスハイドレート冷却装置であって、冷媒液を貯留する冷却槽と、前記冷却槽に設けられ、前記所定の温度に冷却された前記冷媒液を供給する冷媒液供給ラインが繋がる冷媒液供給口と、前記冷却槽に設けられ、ペレット状の前記ガスハイドレートが供給されるガスハイドレート供給口と、前記冷却槽に設けられ、前記ガスハイドレート供給口から供給された前記ガスハイドレートが、前記冷媒液に浸されて前記冷媒液に接触することによって冷却されて排出されるガスハイドレート排出口と、前記ガスハイドレートが前記ガスハイドレート供給口から供給されて前記ガスハイドレート排出口から排出される間の前記冷却液に滞留する滞留時間を調整することで、該ガスハイドレートの冷却温度を調整する調整手段と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載のガスハイドレート冷却装置は、所定の温度に冷却された冷媒液が冷媒液供給口から冷却槽に供給される。また、水とハイドレート形成ガスとで生成されたペレット状のガスハイドレートも、冷却槽のガスハイドレート供給口から供給される。供給されたガスハイドレートは、ガスハイドレート排出口から排出される間に冷媒液に浸され、所定の温度となって排出される。

このようにペレット状のガスハイドレートが冷媒液に直接接触して冷却されるので、容易に効率良く短時間で冷却される。

また、ガスハイドレート供給口から供給されたガスハイドレートがガスハイドレート排出口から排出される間の冷媒液に滞留する滞留時間を、調整手段で調整し、ガスハイドレートの冷却温度を調整している。

したがって、例えば、冷却槽に供給する冷媒液の温度調整等を厳密に行わなくても、ガスハイドレートの冷却温度を容易に所定の温度に調整できる。

請求項２に記載のガスハイドレートの冷却装置は、請求項１に記載の構成において、前記ガスハイドレート供給口は前記冷却槽の上部に、前記ガスハイドレート排出口は該冷却槽の下部に設けられ、前記調整手段は、前記冷媒槽内の前記冷媒液の液面を調整する液面調整手段であることを特徴としている。

請求項２に記載のガスハイドレートの冷却装置は、ガスハイドレートが冷却槽の上部のガスハイドレート供給口から供給され、冷却槽の下部のガスハイドレート排出口から排出される。ガスハイドレートが冷媒液に滞留する滞留時間は冷媒液の液面の高さによる。つまり、冷媒液の液面が高いと滞留時間が長くなり、液面が低いと滞留時間が短くなる。

よって、液面調整手段が、冷媒槽内の冷媒液の液面を調整することで、滞留時間を調整し、ガスハイドレートの冷却温度を調整している。したがって、ガスハイドレートの冷却温度を容易に所定の温度に調整できる。
請求項３に記載のガスハイドレートの冷却装置は、請求項２に記載の構成において、前記冷却槽は、前記冷媒液を排出する冷媒液排出口を備え、前記冷媒液供給ラインは、前記冷媒液供給口と反対側の端部が前記冷媒液排出口に繋がることによって前記冷媒液が循環する冷媒液循環ラインを形成し、前記冷媒液排出口を上流側とし前記冷媒液供給口を下流側とすると、前記冷媒液循環ラインには、温度によって流量を調整する温度調節弁と、前記温度調整弁の下流側に配置された冷媒液タンクと、前記冷媒液タンクの下流側に配置された循環ポンプと、前記循環ポンプの下流側に配置され、冷媒液を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴としている。
請求項３に記載のガスハイドレートの冷却装置は、温度調節弁で液面を調整することで、排出されるガスハイドレートの温度を所定の冷却温度が調整される。
請求項４に記載のガスハイドレート冷却装置は、請求項３に記載の構成において、前記冷媒液循環ラインには、前記冷却装置よりも下流側にペレット状の前記ハイドレートを供給するガスハイドレート供給部が設けられ、前記冷媒液供給口から前記冷媒液と前記ハイドレートとが供給されることを特徴としている。
請求項４に記載のガスハイドレート冷却装置は、循環ラインにガスハイドレート供給部１１４を設けたので、冷却槽の上部から供給する場合と比較し、低い位置でガスハイドレートが供給可能であるので、ガスハイドレート冷却装置の上流側の機器の設置位置を低くできる。

請求項５に記載のガスハイドレート冷却装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成において、上方から平面視すると前記ガスハイドレート排出口を覆い、下方に開いた傘状の傘部材が、前記冷却槽の内部に配設されていることを特徴としている。

請求項５に記載のガスハイドレート冷却装置は、下方に開いた傘状の部材が、上方から平面視するとガスハイドレート排出口を覆っている。よって、ガスハイドレート排出口にかかるガスハイドレートの上方からの圧力が軽減する。したがって、ガスハイドレート排出口からガスハイドレートがスムーズに排出する。
請求項６に記載のガスハイドレート冷却装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の構成において、前記冷却槽の内部の前記ハイドレート排出口の近傍に、前記冷媒液を噴出する噴出ノズルを備えることを特徴としている。
請求項６に記載のガスハイドレート冷却装置は、ガスハイドレート排出口の近傍のガスハイドレートが攪拌されるとともに、冷媒液の濃度が上昇する。よって、ガスハイドレート排出口からガスハイドレートがスムーズに排出される。

以上説明したように本発明によれば、ペレット状のガスハイドレートを容易に冷却できる。

以下、本発明の第一の実施形態のガスハイドレート冷却装置について説明する。

まず、ペレット状のガスハイドレートＰの生成についての一例を、図１を用いて簡単に説明する。

メタン，エタン，プロパンなどの天然ガスと水とを槽内に投入し、所定温度下、及び所定圧力下で攪拌する。水と天然ガスとからなるスラリー（懸濁液）状のガスハイドレートを脱水する。脱水後にペレット成形し、ペレット状のガスハイドレートＰを生成する。

通常、ペレット状に生成されたガスハイドレートＰは０℃以上である。よって、大気圧下でも自己保存効果によって、ゆっくりと分解させるため、図１に示す、ガスハイドレート冷却装置１０で、ペレット状のガスハイドレートを約−５℃〜−約３０℃に冷却する。

図１に示すように、ガスハイドレート冷却装置１０は、冷却槽１２を備えている。冷却槽１２の上部には、冷却前のペレット状のガスハイドレートＰが供給されるガスハイドレート供給口１４を備えている。冷却槽１２の底面部１２Ａは、下方が頂点となる円錐形をしている。底面部１２Ａの円錐の頂点部には、冷却されたガスハイドレートＰが排出されるガスハイドレート排出口２２が設けられている。ガスハイドレート排出口２２にはロータリーバルブ（図示略）が取り付けられ、一定量のガスハイドレートＰを排出可能となっている。なお、ガスハイドレート供給口１４とガスハイドレート排出口２２とは、同じ垂直線上に位置する。また、判りやすくする為、冷却槽１２の内部に堆積しているガスハイドレートＰは、上部と下部のみ描いている。

冷却槽１２の内部の上部には、冷媒液Ｅを噴霧するスプレーノズル１６が備えられている。スプレーノズル１６は、左右に移動可能となっている。（図中の点線で描いたスプレーノズル１６と矢印Ｘを参照）。

冷却槽１２の内部の下方には、冷媒液排出部材１８が配設されている。冷媒液排出部材１８の先端部には、スリット状の孔が形成されているスクリーン２０が取り付けられている。そして、このスクリーン２０のスリット状の孔から冷媒液Ｅを冷媒液排出部材１８に取り込む。なお、スリット状の孔は非常に小さいので、ペレット状のガスハイドレートＰが小片やパウダー状となっても、ガスハイドレートＰは取り込まれず冷媒液Ｅだけが取り込まれる。

冷媒液排出部材１８は冷却槽１２外に延出し、循環ライン５０と繋がっている。循環ライン５０は、温度によって流量を自動的に調整する温度調節弁２４を介して、冷媒液タンク２６に繋がっている。更に、冷媒液タンク２６から、循環ポンプ２８と冷媒液を−３０℃に冷却する冷却装置３０とを介して、前述した冷却槽１２の上部に設けられたスプレーノズル１６に繋がっている。

冷媒液タンク２６から循環ポンプ２８によって送られ、スプレーノズル１６から噴出する冷媒液量は一定である。よって、温度調節弁２４で冷媒液タンク２６に送る冷媒液量を調整することで、冷却槽１２の冷媒液Ｅの液面Ｙを調整可能となっている。

つまり、温度調節弁２４が冷媒液タンク２６に送る量を多くすると冷却槽１２の冷媒液Ｅの液面Ｙが下がる。温度調節弁２４が冷媒液タンク２６に送る量を少なくすると冷却槽１２の冷媒液Ｅの液面Ｙが上がる。

ペレット状のガスハイドレートＰは、ガスハイドレート供給口１４から供給され、ガスハイドレート排出口２２から排出される間に冷媒液Ｅに浸され冷却する。よって、冷却槽１２の冷媒液Ｅの液面Ｙを上下させることで、冷媒液Ｅ中に滞留する滞留時間を調整することができる。排出されるガスハイドレートＰの冷却温度は滞留時間による。したがって、温度調節弁２４で液面Ｙを調整することで、排出されるガスハイドレートＰの温度を所定の冷却温度、本実施形態では−５℃から−３０℃の間に調整できる。

循環ライン５０の冷却装置３０の下流側には、分岐弁３２が設けられ、分岐弁３２から分岐ライン６０が繋がっている。分岐ライン６０は、噴出用ポンプ３４を介して、冷却槽１２の底面部１２Ａに設けられた噴出ノズル３６に繋がっている。噴出ノズル３６はガスハイドレート排出口２２の近傍に設けられ、斜め上方に開口している。よって、分岐弁３２から分岐ライン６０に分岐した冷媒液Ｅが噴出用ポンプ３４によって加圧され、噴出ノズル３６から斜め上方に向かって噴出する。このため、ガスハイドレート排出口２２の近傍のガスハイドレートＰが攪拌されるとともに、冷媒液Ｅの濃度が上昇する。よって、ガスハイドレート排出口２２からガスハイドレートＰの排出がスムーズになる。

また、冷却槽１２の内部には、冷媒液排出部材１８の先端部のスクリーン２０とガスハイドレート排出口２２との上方に、下方に開いた傘状の傘部材２４が配設されている。よって、矢印Ｚで示すようにガスハイドレートＰが流れるので、冷媒液排出部材１８のスクリーン２０とガスハイドレート排出口２２とにかかるガスハイドレートＰの圧力が減少する。したがって、スクリーン２０とガスハイドレート排出口２２とにガスハイドレートＰが詰まらない。また、ガスハイドレート排出口２２からガスハイドレートＰがスムーズに排出される。

ガスハイドレート排出口２２から排出したガスハイドレートＰのペレットスラリーは、排出ライン７０によって、温度測定装置４０で温度測定された後、分離槽３８に送られ、冷媒液Ｅが分離される。

なお、冷媒液Ｅとしては、コストが安く安全なものが良く、更に以下の性質のものが望ましい。

冷却槽１２の中で冷媒液ＥにガスハイドレートＰが浮かないように、冷媒液Ｅの比重はガスハイドレートＰより小さいものである必要がある。ただし、冷媒液ＥとガスハイドレートＰとの比重の差が大きいと、冷媒液Ｅとペレット状のガスハイドレートＰとがスラリー（懸濁液）状になりにくいので、冷媒液Ｅの比重はガスハイドレートＰに近いものが良い。

また、蒸気圧が低く蒸発しにくく、−３０℃に冷却するので凝固点が低いものが良い。更に、熱容量が大きいほうが冷却効率は良いので、比熱が大きなものが望ましい。

更に、ガスハイドレートＰは包接水和物水であるので、冷媒液Ｅは、水となじまない，水に溶けない、更に水と反応しないものである必要がある。

また、冷却後に分離槽３８で、ガスハイドレートＰから冷媒液Ｅを容易に分離できるように、ガスハイドレートＰの表面、及び表面の小さいな孔への付着量が少ないものが良い。

以上の性質を持つものとしては、具体的には、ヘキサン、ヘプタンなどがある。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

図１に示すように、ガスハイドレート供給口１４から供給されたペレット状のガスハイドレートＰが落下して堆積し、そして、ガスハイドレート排出口２２から排出される。

スプレーノズル１６を左右に移動しながら、−３０℃の冷媒液ＥをガスハイドレートＰに噴霧してガスハイドレートＰを冷却すると共に、ガスハイドレート供給口１４から供給されたガスハイドレートＰがガスハイドレート排出口２２から排出される間に冷媒液Ｅに浸されることで、ペレット状のガスハイドレートＰを冷却している。つまり、ペレット状のガスハイドレートＰに冷媒液Ｅを直接接触させることで、短時間に効率良く、冷却している。

また、温度調節弁２４によって、冷却槽１２の冷媒液Ｅの液面Ｙを上下させることで、ガスハイドレートＰが冷媒液Ｅ中に滞留する滞留時間を調整し、排出されるガスハイドレートＰの温度を−５℃から−３０℃の間となるように調整できる。したがって、例えば、冷却槽１２に供給する冷媒液Ｅ自体の温度調整等を厳密に行わなくても、ガスハイドレートＰの冷却温度を容易に所定の温度に調整できる。

なお、温度調節弁２４は、温度測定装置４０で測定される、ガスハイドレート排出口２２から排出したガスハイドレートＰのペレットスラリーの温度に基づいて流量を調整している。つまり、ガスハイドレート排出口２２から排出したガスハイドレートＰのペレットスラリーの温度を低くする場合は温度調節弁２４は流量を下げ冷却槽１２の冷媒液Ｅの液面Ｙを上げ、温度を高くする場合は流量を上げ液面Ｙを下げる。

つぎに、本発明の第二の実施形態のガスハイドレート冷却装置について説明する。なお、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図２に示すように、ガスハイドレート冷却装置１１０は、循環ライン５０にペレット状のガスハイドレートＰを供給するガスハイドレート供給部１１４が設けられている。

また、スプレーノズル１６（図１参照）とガスハイドレート供給口１４（図１参照）はなく、替わりにペレットスラリー供給口１８０が設けられている。

そして、ペレットスラリー供給口１８０から、ガスハイドレートＰと冷媒液Ｅとのスラリーが冷却槽１１２に供給される。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

循環ライン５０にペレット状のガスハイドレートＰを供給するガスハイドレート供給部１１４を設けたので、冷却槽１１２の上部から供給する場合と比較し、低い位置でガスハイドレートＰが供給可能であるので、ガスハイドレート冷却装置１１０の上流側の機器の設置位置を低くできる。

本発明の第一の実施形態にかかるガスハイドレート冷却装置の概要図である。 本発明の第二の実施形態にかかるガスハイドレート冷却装置の概要図である。

符号の説明

１０ ガスハイドレート冷却装置
１２ 冷却槽
１４ ガスハイドレート供給口
１６ スプレーノズル（冷媒液供給口）
２０ スクリーン
２２ ガスハイドレート排出口
２４ 温度調節弁（液面調整手段）
２４ 傘部材
２６ 冷媒液タンク（液面調整手段）
２８ 循環ポンプ
３０ 冷却装置
３６ 噴出ノズル
５０ 循環ライン
１１０ ガスハイドレート冷却装置
１１２ 冷却槽
１８０ ペレットスラリー供給口（冷媒液供給口）
Ｅ 冷媒液
Ｐ ガスハイドレート

Claims (6)

1. 水とハイドレート形成ガスとで生成されたペレット状のガスハイドレートを所定の温度に冷却するガスハイドレート冷却装置であって、
   冷媒液を貯留する冷却槽と、
   前記冷却槽に設けられ、前記所定の温度に冷却された前記冷媒液を供給する冷媒液供給ラインが繋がる冷媒液供給口と、
   前記冷却槽に設けられ、ペレット状の前記ガスハイドレートが供給されるガスハイドレート供給口と、
   前記冷却槽に設けられ、前記ガスハイドレート供給口から供給された前記ガスハイドレートが、前記冷媒液に浸されて前記冷媒液に接触することによって冷却されて排出されるガスハイドレート排出口と、
   前記ガスハイドレートが前記ガスハイドレート供給口から供給されて前記ガスハイドレート排出口から排出される間の前記冷却液に滞留する滞留時間を調整することで、該ガスハイドレートの冷却温度を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とするガスハイドレート冷却装置。
2. 前記ガスハイドレート供給口は前記冷却槽の上部に、前記ガスハイドレート排出口は該冷却槽の下部に設けられ、
   前記調整手段は、前記冷媒槽内の前記冷媒液の液面を調整する液面調整手段であることを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレート冷却装置。
3. 前記冷却槽は、前記冷媒液を排出する冷媒液排出口を備え、
   前記冷媒液供給ラインは、前記冷媒液供給口と反対側の端部が前記冷媒液排出口に繋がることによって前記冷媒液が循環する冷媒液循環ラインを形成し、
   前記冷媒液排出口を上流側とし前記冷媒液供給口を下流側とすると、
   前記冷媒液循環ラインには、
   温度によって流量を調整する温度調節弁と、
   前記温度調整弁の下流側に配置された冷媒液タンクと、
   前記冷媒液タンクの下流側に配置された循環ポンプと
   前記循環ポンプの下流側に配置され、冷媒液を冷却する冷却装置と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレート冷却装置
4. 前記冷媒液循環ラインには、前記冷却装置よりも下流側にペレット状の前記ハイドレートを供給するガスハイドレート供給部が設けられ、
   前記冷媒液供給口から前記冷媒液と前記ハイドレートとが供給されることを特徴とする請求項３に記載のガスハイドレート冷却装置。
5. 上方から平面視すると前記ガスハイドレート排出口を覆い、下方に開いた傘状の傘部材が、前記冷却槽の内部に配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のガスハイドレート冷却装置。
6. 前記冷却槽の内部の前記ハイドレート排出口の近傍に、前記冷媒液を噴出する噴出ノズルを備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のガスハイドレート冷却装置。

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