JP4575804B2 - 脱圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、大気圧よりも高い圧力下で生成されたガスハイドレートを、大気圧の環境下に連続的に効率よく排出することができる脱圧装置に関する。

ガスハイドレートは、包接化合物の一種であり、水分子が形成される立体ケージ（籠）のキャビティにガス分子または液分子が包接されて安定な状態となった化合物である。ガス分子としては、例えば、メタンガスを主成分とする天然ガスのガス分子が挙げられる。この天然ガスのガス分子を包接したものは、天然ガスハイドレート（以下、ＮＧＨともいう）と呼ばれる。特にＮＧＨは、陸上のみならず海底において高圧力下のもとで埋蔵されており、燃料資源として有望視されている。

一方、ＮＧＨは、天然ガスを大量に貯蔵できる固形物であることが知られており、従来の液化天然ガスに比べて、輸送及び貯蔵に適しているという特徴がある。このため、ＮＧＨの製造及び輸送方法について各種研究が進められている。

図６は、従来の天然ガスハイドレート生成処理装置を示す模式図である。
図６に示すように、従来の天然ガスハイドレート生成処理装置１００は、第１天然ガスハイドレート生成器（以下、第１ＮＧＨ生成器という）１０２と、脱水機１０４と、第２天然ガスハイドレート生成器（以下、第２ＮＧＨ生成器という）１０６と、冷却機１０８と、脱圧装置１１０と、貯蔵タンク１１２とを有する。従来の天然ガスハイドレート生成処理装置１００においては、冷却機１０８、脱圧装置１１０、および貯蔵タンク１１２は、いずれも約−２０℃に保持されている。なお、このＮＧＨは、温度−２０℃が大気圧で最も分解しにくい温度である。

第１ＮＧＨ生成器１０２は、原料ガス（天然ガス）と水とが充填されて、攪拌とともに原料ガスを水中に強制的にバブリングさせて気液界面積を増加させて、天然ガスハイドレートを生成するものである。

脱水機１０４は、第１ＮＧＨ生成器１０２で生成された天然ガスハイドレートから水分を取り除くものである。また、脱水機１０２により脱水された水は、ポンプ１１４により第１ＮＧＨ生成器１０２に再度供給される。

第２ＮＧＨ生成器１０６は、脱水機１０２により脱水された天然ガスハイドレートを用いてさらに濃度が高い天然ガスハイドレートを生成するものであり、この濃度が高い天然ガスハイドレートは粉末状になっている。
冷却機１０８は、第２ＮＧＨ生成器１０６で生成された濃度が高い天然ガスハイドレートを冷却するものである。冷却機１０８に供給される天然ガスハイドレートは粉体である。

脱圧装置１１０は、粉末状の天然ガスハイドレートを大気圧下に排出して、貯蔵タンク１１２に移送するものである。貯蔵タンク１１２で粉末状の天然ガスハイドレートが貯蔵される。この貯蔵タンクから船舶などに移送され、船舶により輸送される。

従来の脱圧装置１１０は、ロックホッパー形式のものであり、バッチ処理により、天然ガスハイドレートの粉末を大気圧下に排出するものである。
この従来の脱圧装置１１０は、容器１２０と、第１のバルブ１２２〜第４のバルブ１２８とを有する。第１のバルブ１２２および第３のバルブ１２６が、冷却機１０８と容器１２０との間に設けられており、第２のバルブ１２４が、容器１２０と貯蔵タンク１１２との間に設けられている。第４のバルブ１２８が容器１２０に設けられている。

第１のバルブ１２２は、冷却機１０８から容器１２０へ天然ガスハイドレートを輸送するためのものである。第２のバルブ１２４は、容器１２０内の天然ガスハイドレートを貯蔵タンク１１２に輸送するためのものである。第３のバルブ１２６は、容器１２０内の圧力を冷却機１０８と略同じ圧力にするためのものである。第４のバルブ１２８は、容器１２０内の圧力を大気圧にするためのものである。

従来の脱圧装置１１０における脱圧方法について説明する。
先ず、第３のバルブ１２６を開けて、容器１２０内を冷却機１０８と同じ圧力にする。
次に、第３のバルブ１２６を閉じて、第１のバルブ１２２を開け、冷却機１０８から天然ガスハイドレートを容器１２０内に充填する。
次に、第１のバルブ１２２を閉めて、第４のバルブ１２８を開け、容器１２０内を大気圧にする。
次に、第４のバルブ１２８を閉めて、第２のバルブ１２４を開け、天然ガスハイドレートを貯蔵タンク１１２に移動させる。このようにして、天然ガスハイドレートを冷却機１０８から貯蔵タンク１１２に移送させる。

また、脱圧装置としては、バッチ処理方式のもの以外にも、天然ガスハイドレートを連続的に大気下に取り出すものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１は、天然ガスハイドレートの粉体をブロック状に固めて大気下に取り出すことができる脱圧装置を開示するものである。特許文献１においては、スクリュー脱水圧密成形手段として、スクリュー押出成形機が設けられている。このスクリュー押出成形機が脱圧装置として作用する。

図７に示すように、特許文献１の脱圧装置１３０においては、ケーシング１３２は、絞り部１３２ａと平行部１３２ｂとを有する。ケーシング１３２内部にスクリュー１３４が配置されている。このスクリュー１３４は、その先端が絞り部１３２ａに達するものではない。また、スクリュー１３４はモータ（図示せず）で回転させることにより、天然ガスハイドレートを平行部１３２ｂに向かう押出方向へ圧送する。これにより、天然ガスハイドレートを大気下に脱水および圧密した状態で連続的に取り出すことができる。

特開２００１−３４２４７３号公報

しかしながら、従来の脱圧装置１１０では、バッチ処理方式であるため間欠的に天然ガスハイドレートを貯蔵タンク１１２に移送する。このため、天然ガスハイドレートの貯蔵タンク１１２への輸送効率は容器１２０の容量および数に依存する。このため、輸送効率を高くするためには、容器１２０の容量を大きくするか、または容器１２０の数を増やす必要がある。
また、容器１２０内から天然ガスハイドレートの粉末を貯蔵タンク１１２へ移送する場合、天然ガスハイドレードの粉末同士がくっついて容器１２０内に天然ガスハイドレートの粉末がつながって、天然ガスハイドレートが容器１２０内に留まり、貯蔵タンク１１２に落下しない虞もある。このことにより、貯蔵タンク１１２に効率良く天然ガスハイドレートの粉末を移送することができない。

さらに、従来の脱圧装置１１０では、容器１２０内に天然ガスハイドレートの粉末を入れるためには、冷却機１０８の高圧ガスを用いて容器１２０内の圧力を高圧にしなければならない。さらには、容器１２０から貯蔵タンク１１２に天然ガスハイドレートを移送するためには高圧ガスを排出する必要がある。このように、従来の脱圧装置１１０では、高圧ガスを無駄に消費するという問題点がある。

一方、特許文献１の脱圧装置１３０は絞り部１３２ａの内部１３６において、天然ガスハイドレートが急激に圧密され、スクリュー１３４に過大な力が掛かるとともに、絞り部１３２ａの内部１３６で閉塞が生じる虞もある。このため、効率良く天然ガスハイドレートを貯蔵タンク１１２に移送することができないという問題点がある。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、大気圧よりも高い圧力下で生成されたガスハイドレートを、大気圧の環境下に連続的に効率よく排出することができる脱圧装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、大気圧よりも高い圧力下で生成されたガスハイドレートの粉末を、大気圧の環境下に排出する脱圧装置であって、前記ガスハイドレートの粉末の排出経路として、排出経路の断面積が排出方向に向かって連続的に小さくなる絞り部と、前記絞り部の断面積が小さい側に接続された断面積が一定の平行部とを備え、前記平行部の一方の端部に大気圧の排出口を有するケーシングと、前記ケーシング内の前記絞り部および前記平行部に亘り設けられ、かつ、前記絞り部の断面積の変化に合わせて前記絞り部の排出方向に向かって、ピッチを短くしたスクリューと、前記スクリューを回転させる駆動手段とを有し、前記駆動手段により前記スクリューを回転させて前記ガスハイドレートの粉末を前記排出方向に移動させつつ前記絞り部で圧密して、前記平行部に圧密された前記ガスハイドレートの粉末による圧力シールを形成しつつ、前記ガスハイドレートを前記平行部の排出口から大気圧の環境下に連続的に排出することを特徴とする脱圧装置を提供するものである。

本発明においては、前記平行部から排出された前記ガスハイドレートの粉末をペレットにする造粒手段を有することが好ましい。

本発明によれば、ガスハイドレートの粉末の排出経路の断面積が排出方向に向かって連続的に小さくなる絞り部と、この絞り部の断面積が小さい側に接続された断面積が一定の平行部とを備え、この平行部の一方の端部に大気圧の排出口を有するケーシング内に、絞り部および平行部に亘って設けられ、かつ、絞り部の断面積の変化に合わせて絞り部の排出方向に向かって、ピッチを短くしたスクリューによりガスハイドレートの粉末を排出方向に移動させつつ、絞り部で圧密して、平行部に圧密されたガスハイドレートの粉末による圧力シールを形成しつつ、ガスハイドレートを平行部の排出口から大気圧の環境下に排出することができる。このように、絞り部および平行部に亘るスクリューを設けることにより、絞り部においてもガスハイドレートの粉末を移動させることができるため、絞り部での圧密によるガスハイドレートの粉末の閉塞を抑制することができ、平行部においても圧密されたガスハイドレートの粉末を移動させることができる。このため、絞り部に供給された高い圧力下で生成されたガスハイドレートを平行部の排出口から大気圧の環境下に連続的に効率良くスムーズに排出することができる。
また、本発明によれば、ガスハイドレートの粉末の移送に際して、バッチ処理方式のようにガスケーシング内の圧力を高圧にする必要がないため、高圧ガスを無駄に消費することがない。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、ガスハイドレートの生成に用いられる本発明の脱圧装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る加圧装置を有するガスハイドレート生成処理装置を示す模式図である。図２は、本発明の実施例に係る加圧装置およびこれに接続されている冷却機を示す模式的断面図である。

図１に示すように、ガスハイドレート生成処理装置１０は、第１ＮＧＨ生成器１２と、脱水機１４と、第２ＮＧＨ生成器１６と、冷却機１８と、脱圧装置２０と、貯蔵タンク２２とを有する。冷却機１８、脱圧装置２０、および貯蔵タンク２は、いずれも約−２０℃に保持されている。また、第１ＮＧＨ生成器１２、脱水機１４、第２ＮＧＨ生成器１６および冷却機１８は、いずれも大気圧よりも高い、例えば、５．４ＭＰａの圧力に保持されている。

本実施例のガスハイドレート生成処理装置１０における第１ＮＧＨ生成器１２と、脱水機１４と、第２ＮＧＨ生成器１６と、冷却機１８と、貯蔵タンク２２とは、従来のガスハイドレート生成処理装置１００（図６参照）の第１ＮＧＨ生成器１０２と、脱水機１０４と、第２ＮＧＨ生成器１０６と、冷却機１０８と、貯蔵タンク１１２と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
なお、本実施例においては、第１ＮＧＨ生成器１２における原料ガスと水との混合方法は、一般的にガスハイドレートに用いられる方法であれば、特に限定されるものではなく、例えば、攪拌法、攪拌法とバブリング法とを併用する方法、および水スプレー法が挙げられる。
また、脱水機１４としては、例えば、スクリュータイプの脱水機を用いることができる。この脱水機１４により脱水された水は、ポンプ２４により、第１ＮＧＨ生成器１２に再度供給される。

本実施例のガスハイドレート生成処理装置１０においては、第１ＮＧＨ生成器１２に、例えば、原料ガスとして天然ガスと、水とを供給して、例えば、圧力５．４ＭＰａ、温度３℃の生成条件で、例えば、２０質量％の天然ガスハイドレートを生成する。
次に、例えば、圧力５．４ＭＰａ、温度３℃の条件で、脱水機１４により脱水し、例えば、５０質量％の天然ガスハイドレートを得る。このとき、脱水された水はポンプ２４により、第１ＮＧＨ生成器１２に再度供給される。

次に、第２ＮＧＨ生成器１６に、例えば、５０質量％の天然ガスハイドレートと水との混合物を供給し、例えば、圧力５．４ＭＰａ、温度３℃の生成条件で、例えば、９０質量％の天然ガスハイドレートを生成する。この９０質量％の天然ガスハイドレートは、水分量が少なく粉末状態である。

次に、天然ガスハイドレートが、粉末として、冷却機１８に移送され、この冷却機１８で、例えば、温度−２０℃に冷却される。この−２０℃は、上述の如く、天然ガスハイドレートが、大気圧で最も分解しにくい温度である。また、冷却機１８においても、圧力は、例えば、５．４ＭＰａに保持されている。

次に、冷却機１８から貯蔵タンク２２に脱圧装置２０により排出される。貯蔵タンク２２を、例えば、５．４ＭＰａに保持することは設備コストおよび維持コストが嵩むため、貯蔵タンク２２は、例えば、温度−２０℃、かつ圧力が大気圧にされている。このように、天然ガスハイドレートは大気圧よりも高い圧力下で生成されて、大気圧の環境下で貯蔵される。貯蔵された天然ガスハイドレートは、貯蔵タンク２２から、例えば、タンカーなどの船舶に移送されて、例えば、温度−２０℃、かつ大気圧に保持された状態で輸送される。

次に、本実施例の脱圧装置２０について図２および図３に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、脱圧装置２０は、冷却機１８に接続されている。先ず、冷却機１８について詳細に説明する。
冷却機１８は、円筒状の筐体３０と、筐体３０の内部に設けられた移送手段３２と、筐体３０の周囲に設けられた冷却手段４０とを有する。筐体３０の内部は、例えば、温度−２０℃、圧力５．４ＭＰａに保持されている。さらに、筐体３０の端部には、接続管４２が設けられており、この接続管４２は、脱圧装置２０に接続されている。

移送手段３２は、回転軸３４と、回転軸３４に間欠的に設けられた羽根３６とを有する。また、筐体３０の内部には、接続管４２によりも中央部側に堰板３８が設けられている。羽根３６は、この堰板３８よりも接続管４２が設けられた反対側の端部側の位置まで設けられている。

また、回転軸３４は、モータ（図示せず）に接続されている。第２ＮＧＨ生成器１６から供給された天然ガスハイドレートの粉末は、モータにより回転軸３４を回転させることにより筐体３０の端部に向かって移動し、堰板３８を越えた分の天然ガスハイドレートの粉末だけが接続管４２を通って脱圧装置２０に移送される。

次に、脱圧装置２０について詳細に説明する。
脱圧装置２０は、大気圧よりも高い圧力下で生成された天然ガスハイドレートの粉末を、貯蔵タンク２２（大気圧の環境下）に移送するものであり、ケーシング５０と、ケーシング５０内部に設けられたスクリュー５２と、このスクリュー５２に接続されスクリュー５２を回転させるモータ５４とを有する。

ケーシング５０は、天然ガスハイドレートの排出経路であり、径大の基部５０ａと、この基部５０ａに接続された絞り部５０ｂと、平行部５０ｃとを有し、基部５０ａ、絞り部５０ｂおよび平行部５０ｃは、例えば、いずれも断面形状は円形であり、断面の中心は一致されている。なお、基部５０ａから平行部５０ｃに向かう方向を排出方向とする。

絞り部５０ｂは、排出方向に向かって、その断面積が連続的に小さくなるものであり、断面積が大きい側の端部が基部５０ａに接続されている。すなわち、天然ガスハイドレートの排出経路の断面積が排出方向に向かって連続的に小さくなる。

平行部５０ｃは、円筒部材からなり、排出方向に向かって断面積が一定である。すなわち、天然ガスハイドレートの排出経路の断面積が排出方向に向かって一定である。この平行部５０ｃの一端側の開口部が、絞り部５０ｂの断面積が小さい側に接続されており、他端側の開口部が排出口５０ｄとなる。排出口５０ｄは、大気圧環境下に接続されている。この平行部５０ｃは、絞り部５０ｂで圧密された天然ガスハイドレートを案内するガイドであり、かつ圧密された天然ガスハイドレートの粉末による圧力シールを形成させるものである。このため、平行部５０ｃにおいては、スクリュー５２が設けられていない領域があることが好ましい。

本実施例においては、ケーシング５０は、例えば、排出方向が水平方向に一致させて配置されている。さらに、このケーシング５０の基部５０ａに接続管４２が接続されており、天然ガスハイドレートの粉末が基部５０ａに供給される。ケーシング５０の内部は、冷却機１８と略同じ圧力であり、例えば、５．４ＭＰａである。

スクリュー５２は、冷却機１８から供給された天然ガスハイドレートの粉末を貯蔵タンク２２に向けて排出方向に移動させるものである。このスクリュー５２は絞り部５０ｂおよび平行部５０ｃに亘り設けられている。モータ５４によりスクリュー５２を回転させることにより、天然ガスハイドレートの粉末が排出方向に移動され絞り部５０ｂで圧密されて平行部５０ｃの排出口５０ｄから排出され、例えば、温度が−２０℃、かつ大気圧に保持された貯蔵タンク２２に移送される。なお、スクリュー５２は、絞り部５０ｂおよび平行部５０ｃに亘り設けられていれば、その構成は、特に限定されるものではなく、スクリューフィーダなどに用いられる公知のものを用いることができる。

本実施例の脱圧装置２０においては、スクリュー５２をケーシング５０内の絞り部５０ｂおよび平行部５０ｃに亘って設けることにより、冷却機１８から供給された天然ガスハイドレートの粉末が絞り部５０ｂで圧密されても、粉体をスクリュー５２により強制的に移動させることができる。このため、絞り部５０ｂにおける圧密による粉体の閉塞を抑制することができ、天然ガスハイドレートの粉末を貯蔵タンク２２に連続的に効率よくスムーズに移送することができる。また、スクリュー５２により圧密された粉体によりケーシング５０内部の圧力が保持される。このため、冷却機１８の高圧ガスを用いる必要がなく、さらには高圧ガスを排出する必要もない。これにより、冷却機１８の高圧ガスを無駄にすることがない。

なお、本実施例の脱圧装置２０においては、スクリュー５２のピッチは、一定であっても、または異なっていてもよい。例えば、絞り部５０ｂの排出方向における断面積の変化に合わせて、スクリューのピッチを変えてもよい。このように、スクリューのピッチを絞り部５０ｂの断面積の変化に合わせて変えることにより、天然ガスハイドレートの更に一層スムーズな圧密と平行部５０ｃへの一定速度での移送が可能となる。
本実施例においては、例えば、天然ガスハイドレートの粉末の排出速度を上げる場合には、スクリューのピッチを長くし、天然ガスハイドレートの粉末の圧密度を上げる場合には、ピッチを短くする。

また、本実施例の脱圧装置２０は、ケーシング５０を水平に配置して排出方向を水平にして、天然ガスハイドレートの粉末を水平方向に移動させる構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、脱圧装置のケーシングを垂直に配置して排出方向を垂直にし、天然ガスハイドレートの粉末を垂直方向に移送するようにしてもよい。この場合、圧密方法と重力方向とが一致するため、均一な圧密層を形成することができ、さらにスムーズな圧密と平行部５０ｃの開口部への一定速度での移送が可能となる。

また、本実施例の脱圧装置２０は、冷却機１８から供給された天然ガスハイドレートの粉末を貯蔵タンク２２に粉末状態で移送するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、ケーシング５０が垂直に設置された脱圧装置２０の排出口５０ｄの近傍に天然ガスハイドレートの粉末をペレットｐにする造粒装置６０を設けてもよい。この造粒装置６０は、１対のローラ６２と、ローラ６２を回転させる駆動手段（図示せず）とにより構成されるものである。図５に示すように、各ローラ６２には、その表面に半球状の凹部６４が形成されており、各ローラ６２を回転させて凹部６４を一定の圧力で合わせることにより、球状のペレットｐ（図４参照）を形成する。このペレットｐが貯蔵タンク２２に貯蔵される。このように、天然ガスハイドレートの粉末をペレットｐにすることにより、嵩密度を大きくすることができ、かつ単位質量あたりの比表面積も小さくできるため、天然ガスハイドレートの安定性が向上する。さらに、ペレットｐは、粉末に比して取り扱いが簡便である。

以上、本発明の脱圧装置について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良または変更を行ってもよいのは、もちろんである。なお、ガスハイドレートは、天然ガスハイドレートに限定されるものではなく、包接化合物であれば適宜適用することができる。

本発明の実施例に係る加圧装置を有するガスハイドレート生成処理装置を示す模式図である。 本発明の実施例に係る加圧装置およびこれに接続されている冷却機を示す模式的断面図である。 図２に示す冷却機における移送手段および堰板の配置を示す模式図である。 本発明の実施例に係る加圧装置の変形例を示す模式図である。 図４に示す本実施例の加圧装置に設けられた造粒装置を示す模式的斜視図である。 従来の天然ガスハイドレート生成処理装置を示す模式図である。 特許文献１に開示された脱圧装置を示す模式図である。

符号の説明

１０、１００ ガスハイドレート生成処理装置
１２ 第１ＮＧＨ生成器
１４ 脱水機
１６ 第２ＮＧＨ生成器
１８ 冷却機
２０ 脱圧装置
２２ 貯蔵タンク
３０ 筐体
３２ 移送手段
３４ 回転軸
３８ 堰板
４０ 冷却手段
４２ 接続管
５０ ケーシング
５０ａ 基部
５０ｂ 絞り部
５０ｃ 平行部
５２ スクリュー
５４ モータ
６０ 造粒装置
６２ ローラ
６４ 凹部
ｐ ペレット

Claims (2)

1. 大気圧よりも高い圧力下で生成されたガスハイドレートの粉末を、大気圧の環境下に排出する脱圧装置であって、
   前記ガスハイドレートの粉末の排出経路として、排出経路の断面積が排出方向に向かって連続的に小さくなる絞り部と、前記絞り部の断面積が小さい側に接続された断面積が一定の平行部とを備え、前記平行部の一方の端部に大気圧の排出口を有するケーシングと、
   前記ケーシング内の前記絞り部および前記平行部に亘り設けられ、かつ、前記絞り部の断面積の変化に合わせて前記絞り部の排出方向に向かって、ピッチを短くしたスクリューと、
   前記スクリューを回転させる駆動手段とを有し、
   前記駆動手段により前記スクリューを回転させて前記ガスハイドレートの粉末を前記排出方向に移動させつつ前記絞り部で圧密して、前記平行部に圧密された前記ガスハイドレートの粉末による圧力シールを形成しつつ、前記ガスハイドレートを前記平行部の排出口から大気圧の環境下に連続的に排出することを特徴とする脱圧装置。
2. 前記平行部から排出された前記ガスハイドレートの粉末をペレットにする造粒手段を有する請求項１に記載の脱圧装置。

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