JP4594686B2 - 気液接触反応方法及び気液接触反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレートの製造等の高圧下における気液接触反応のために使用される気液接触反応方法及び気液接触反応装置に関する。

現在、ガスハイドレート製造などのために、高圧下で、気液間の接触により、気体の液体内への溶解や化学反応や熱交換などが行われている。なお、以下では、「気液接触反応」の中に気体の液体内への溶解やガスハイドレート化なども含めている。この気液接触反応を高い効率で行うためには、両者の接触面積が大きいことが必要であり、この接触面積を増加するための多くの工夫がなされてきている。

これらの一例として、反応容器内に供給された液体を、液噴出ノズルとピストン機構を備える供給液保有部と気体供給部を有し、ピストン機構の高周波数（１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）の往復動により供給液保有部の容積を変化させて、供給液を液噴射ノズルから気液反応器中に噴出させ粒状とし、気液反応器中で粒状の供給液と気体供給部から供給される供給気体とを気液接触させる気液反応装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、耐圧反応容器内の水を撹拌する撹拌装置の撹拌軸の内部に天然ガスを通す軸方向に延びる天然ガス通路を設け、撹拌軸の天然ガスと接触する位置に天然ガス通路内へ天然ガスを流入させる天然ガス流入口を設け、撹拌軸の下端部に天然ガス通路内の天然ガスを水中に放出する天然ガス放出口を設けた天然ガハイドレート製造装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

一方、この気液接触反応は、溶解反応等では、圧力を大きくすると、それに従って、反応速度が増加し、溶解度も大きくなるということが知られている。また、気体溶解のみならず、高圧下で気液接触反応を行うものも多い。

しかしながら、従来の気液接触反応装置では、気体を高圧ポンプ、コンプレッサーで、気液接触反応圧まで、加圧してから耐圧容器である反応容器内に供給し、この高圧下の状態で撹拌翼等により撹拌して気液接触の機会を増加しながら、気液接触反応を行っている。

そのため、気体を高圧に加圧するために０．５ＭＰａ〜１ＭＰａ程度に予備圧縮してから更に所定の圧力に昇圧する２段階昇圧を行なっているが、この場合の高圧ポンプ、高圧ブロワ、コンプレッサー等の昇圧装置の効率ηは、規模にもよるが、５ＭＰａ程度までの圧縮の場合には、６５％〜７５％程度に低下してしまうため、所要動力が著しく大きくなるという問題がある。そのため、ガスハイドレート化等では、実用的な気液接触反応圧を得ることが難しいという問題がある。
特開平９−２１５９１８号公報 特開２００２−１３８２８９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、反応容器に気体を供給する際の気体供給圧力を気液接触反応圧よりも小さくして、気体等の加圧のために必要な動力を小さくすることができて、装置をコンパクトにすることができる気液接触反応方法及び気液接触反応装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の気液接触反応方法は、反応容器内に、所定の液体注入圧力以上で所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された液体と、所定の液体注入圧力以上で前記所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された気体とを注入し、該注入後に前記反応容器の容積を縮小して加圧し、前記気体及び前記液体を前記所定の気液接触反応圧以上に昇圧して、前記気体と前記液体を気液接触反応させる方法である。

この所定の液体注入圧力と所定の気体注入圧力は共に所定の気液接触反応圧より小さいが、液体注入圧力と気体注入圧力の間の大小関係は反応容器内に気体と液体を供給できればいずれであってもよい。即ち、気体を液体よりも先に供給する場合は、液体注入圧力は該容器内の圧力より高い必要があるが、気体を液体よりも後から供給する場合には、液体は特に加圧して注入する必要がなく、その次に、液体供給ラインを閉止すれば、気体を供給してゆくことができる。

この気液接触反応方法においては、比較的低圧で反応容器内に供給された気体と液体を反応容器内で加圧して気液接触反応圧に昇圧させるので、効率が低下し易い高圧での気体供給が回避でき、所要動力の低減が可能となる。

例えば、ガスハイドレート製造において、気液接触反応圧は、水が凍結しない低温域において、メタンの場合は４ＭＰａ〜８ＭＰａの程度であるのに対して、まず、気体注入圧力を高い圧縮効率（例えば、８０％〜８５％）を維持できる圧力レベルである１ＭＰａ〜３ＭＰａ程度にすることができる。これにより、従来は、気体をコンプレッサーで２段階昇圧していたが、１段の予備圧縮のみで足りるので、気液供給部の装置、配管、及び、制御等が単純化し、装置がコンパクトになる。

上記の気液接触反応方法において、前記反応容器から前記気液接触反応圧以上に加圧され、気体を溶解した液体を導出し、該導出された気体を溶解した液体を冷却してガスハイドレートを生成し、気液分離装置でガスハイドレートと気体と液体を分離して、気液分離した後のガスハイドレートをガスハイドレート貯蔵タンクに貯蔵するように構成すると、気体を溶解した液体を配管内などで冷却することができるので、効率よく冷却してガスハイドレートを製造できる。次にシリンダを有する反応器によって所定のハイドレート圧力まで加圧される。

また、上記の気液接触反応方法において、前記反応容器内の気液接触反応を撹拌手段を用いて促進すると短時間で気液接触反応を行うことができる。

更に、上記の気液接触反応方法において、前記反応容器から前記気液接触反応圧以上に加圧された液体と気体を導出し、該導出された液体と気体を同一配管内にて混合して気液接触反応させたり、更に、前記同一配管内にて気液接触反応させた液体を冷却して、ガスハイドレート化すると、混合部分及び冷却部分が反応容器１０内に比べて著しく狭い配管内となるので、混合及び冷却を効率よく行うことができ、気液接触反応及びガスハイドレート化をより促進できる。

更に、上記の気液接触反応方法において、加圧装置を備えた複数の前記反応容器に対して、前記液体注入装置と前記気体供給装置を共通で使用し、前記反応容器における液体供給と気体供給の行程、前記反応容器の容積の縮小による加圧行程、加圧下における反応行程、気液接触反応後の液体の導出行程を有する一連の気液接触反応行程を、前記複数の反応容器ごとに対して時間差を設けて行うと、液体注入装置、気体供給装置、冷却装置などを時分割して共通使用できるので、装置コストを抑制でき、装置自体もコンパクト化できる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の気液接触反応装置は、容積を縮小可能な反応容器と、前記反応容器内に所定の液体注入圧力以上で所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された液体を注入する液体注入装置と、前記反応容器内に所定の気体注入圧力以上で所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された気体を注入する気体供給装置と、前記反応容器の容積を縮小して前記気体と前記液体を前記所定の気液接触反応圧以上に加圧する加圧装置を備えて構成される。

この構成により、気体注入圧力を気液接触反応圧よりも大幅に低下することが可能となる。従って、気体を高圧にするためのコンプレッサーが不要になり、大幅に動力を削減することができる。

また、上記の気液接触反応装置において、前記加圧装置が、前記反応容器を形成するシリンダ部と、該シリンダ部に挿入されたピストン部と、該ピストン部を駆動するピストン駆動部とを備えてなるように構成すると、比較的単純な構造で反応容器の容積を縮小して反応容器内の気体と液体を加圧することができる。

上記の気液接触反応装置において、前記反応容器から導出された気体を溶解した液体を冷却してガスハイドレート化する冷却装置と、ガスハイドレートと気体と液体を分離してガスハイドレートを濃縮する気液分離装置と、該濃縮されたガスハイドレートを貯蔵するガスハイドレート貯蔵タンクを備えて構成すると、気体を溶解した液体をこの冷却装置により冷却することができるので、ガスハイドレートを製造できる。特に高圧下で気体が溶解した液体を反応容器とは別の配管部分等で冷却できるので、効率よく液体を冷却できる。

また、上記の気液接触反応装置において、前記反応容器内に撹拌手段を設けて構成すると、この撹拌手段を用いて気液接触反応を促進すると短時間で気液接触反応を行うことができる。

更に、上記の気液接触反応装置において、前記反応容器から前記所定の気液接触反応圧以上に加圧された液体と気体を導出する配管を同一配管に接続するように構成すると、導出された液体と気体を同一配管内にて混合して気液接触反応させることができ、更に、前記同一配管内に冷却装置を設けると、気液接触反応させた液体を冷却して、ガスハイドレート化することができ、しかも、混合部分及び冷却部分が反応容器内に比べて著しく狭い配管内となるので、混合及び冷却を効率よく行うことができ、気液接触反応及びガスハイドレート化をより促進できる。

そして、上記の気液接触反応装置において、前記加圧装置を備えた前記反応容器を複数備えると共に、前記複数の反応容器に対して、前記液体注入装置と前記気体供給装置を共通で使用するように配管して構成し、該気液接触反応装置の制御装置を、前記反応容器における液体供給と気体供給の行程、前記加圧装置による加圧行程、加圧下における反応行程、気液接触反応後の液体の導出行程を有する一連の気液接触反応行程を、各反応容器ごとに対して時間差を設けて行うように制御するように構成すると、液体注入装置、気体供給装置、冷却装置などを時分割して共通使用できるので、装置コストを抑制でき、装置自体もコンパクト化できる。

本発明の気液接触反応方法及び気液接触反応装置によれば、供給気体を高い圧縮効率を維持できる圧力レベルまで予備圧縮を行って反応容器内に注入し、液体注入後に、この注入した気体を、容積を縮小する反応容器内で、シリンダとピストンによるエネルギー効率の良い機械圧縮で圧縮昇圧して、所定の気液接触反応圧で気液接触反応を行うので、気体供給圧力を気液接触反応圧よりも小さくすることができ、気体供給のために必要な動力を小さくすることができる。そのため、装置をコンパクトにすることができ、消費電力も少なくできる。

以下図面を参照して本発明に係る気液接触反応方法及び気液接触反応装置の実施の形態について、メタンガスハイドレートを製造する場合を例にして説明する。

図１に示すように、本発明に係わる第１の実施の形態の気液接触反応装置１は、容積を縮小可能に形成された反応容器１０と、反応容器１０内に所定の液体注入圧力Ｐ１以上に加圧された液体Ｌを注入する液体注入装置２０と、反応容器１０内に所定の気体注入圧力Ｐ２以上に加圧された気体Ｇを注入する気体供給装置３０と、反応容器１０の容積を縮小して気体Ｇと液体Ｌを所定の気液接触反応圧Ｐ３以上に加圧する加圧装置４０と冷却装置５０等を備えて構成される。

この反応容器１０は耐圧容器であり、４ＭＰａ〜８ＭＰａ（例えば、５．５ＭＰａ）に設定される所定の気液接触反応圧Ｐ３に十分耐えられるように形成される。この反応容器１０には、液体供給管２３、気体供給管３３、液体導出管５１、気体導出管５２とが接続される。

液体供給装置２０は、ガスハイドレート化の時に気体（ここではメタン）Ｇを吸収する水等の液体Ｌを反応容器１０に注入するための装置であり、液体貯蔵タンク２１と、遠心ポンプやギヤポンプ等からなる液体昇圧装置２２と、液体供給管２３と、バッファータンク２４と、開閉弁２５からなる。この液体供給管２３は、液体貯蔵タンク２１、液体昇圧装置２２、バッファータンク２４、反応容器１０を順次接続している。液体貯蔵タンク２１から導出された液体Ｌは、液体昇圧装置２２で０．５ＭＰａ〜１ＭＰａに設定される所定の液体注入圧力Ｐ１以上に昇圧されて、反応容器１０内に供給される。この所定の液体注入圧力Ｐ１は、液体Ｌを反応容器１０に供給できる大きさであればよい。

気体供給装置３０は、ガスハイドレート化する気体Ｇを反応容器１０に注入するための装置であり、気体貯蔵タンク３１と、一般的なポンプ、ファン、ブロワ等からなる気体昇圧装置３２と、気体供給管３３と、バッファータンク３４と、開閉弁３５とからなる。この気体供給管３３は、気体貯蔵タンク３１、気体昇圧装置３２、バッファータンク３４、反応容器１０を順次接続している。気体貯蔵タンク３１から導出された気体Ｇは、気体昇圧装置３２で１ＭＰａ〜３ＭＰａに設定される所定の気体注入圧力Ｐ２以上に昇圧されて、反応容器１０内に供給される。

加圧装置４０は、反応容器１０を形成するシリンダ部１０と、このシリンダ部１０に挿入されたピストン部４１と、このピストン部４１を駆動する油圧シリンダ等で構成されるピストン駆動部４２とから構成される。このピストン部４１が圧力容器であるシリンダ部１０に挿入されると、所定の液体注入圧力Ｐ１や所定の気体注入圧力Ｐ２となっていた反応容器１０内の圧力が高まり、所定の気液接触反応圧Ｐ３になるまで、ピストン部４１がシリンダ部１０に挿入される。このピストン部４１のシリンダ部１０への挿入により、反応容器１０内の容積が減少し、気体Ｇは圧縮昇圧される。なお、所定の気体注入圧力Ｐ２は、反応容器１０の容積圧縮量と所定の気液接触反応圧Ｐ３との関係と、所定の気体注入圧力Ｐ２への昇圧のための動力や装置と、ピストン部４１の駆動のための動力や装置との関係で決まる。

冷却装置５０は、液体導出管５１、気体導出管５２、熱交換器５３、導出管５４と、これら液体導出管５１、気体導出管５２、導出管５４のそれぞれに配設される圧力調整弁５５、５６、５７とから構成される。

熱交換器５３は、二重配管等の熱交換器でよく、導出管５４の内部を流れる、気体が溶解した液体Ｌｇを、−１℃〜５℃に冷却できればよい。この冷却により、気体が溶解した液体Ｌｇはガスハイドレート化する。このガスハイドレートＧＨは、水分子の作るクラスター（かご構造）の中に、メタンＧの分子（ゲスト）が取り込まれた包接水和物であり、大気圧下マイナス２０℃の環境で、気体の体積の約１７０倍のガスを包蔵する。

更に、圧力調整弁５７の先に気液分離装置６１を設け、ガスハイドレートＧＨと気体Ｇ及び液体Ｌを分離し、液体Ｌは液体戻し管６２を経由して液体供給管２３に戻し、気体Ｇは気体戻し管６３を経由して気体供給管３３に戻す。そして、気液分離した後のガスハイドレードＧＨはガスハイドレート貯蔵タンク６０に貯蔵される。

次に、上記の気液接触反応装置における気液接触反応方法について説明する。

先ず最初に、反応容器における液体供給と気体供給の行程が行われる。この液体供給行程では、液体導出管５１の圧力調整弁５５と気体導出管５２の圧力調整弁５６を閉じた状態で、液体供給装置２０の開閉弁２４を開弁し、液体昇圧装置２２を駆動して、液体Ｌを、液体貯蔵タンク２１から液体供給管２３を通して反応容器１０に所定の液体注入圧力Ｐ１以上で供給する。この液体Ｌを所定の量、反応容器１０内に供給し終わったら、開閉弁２４の閉弁と液体昇圧装置２２の駆動停止を行う。

次に、気体供給行程で、気体供給装置３０の開閉弁３４を開弁し、気体昇圧装置３２を駆動して、気体Ｇを、気体貯蔵タンク３１から気体供給管３３を通して、反応容器１０に気体注入圧力Ｐ２以上で供給する。この気体Ｇを所定の量、反応容器１０内に供給し終わったら、開閉弁３４の閉弁と気体昇圧装置３２の駆動停止を行う。

なお、この液体供給行程と気体供給行程とは、両者の供給圧力の関係に従って、同時に行ってもよく、時系列的に、液体供給行程から気体供給行程へ、あるいは、気体供給行程から液体供給行程へと、順次行ってもよく、一部が重なり合ってもよい。

そして、加圧装置による加圧行程では、略所定の気体注入圧力Ｐ２近傍又はこれ以上となった反応容器１０において、加圧装置４０のピストン部４１をピストン駆動部４２で駆動して、所定の気液接触反応圧Ｐ３になるまで、ピストン部４１をシリンダ部１０に挿入し、反応容器１０内の容積を減少する。このピストン部４１のシリンダ部１０への挿入により、反応容器１０内の気体Ｇと液体Ｌは所定の気液接触反応圧Ｐ３に昇圧される。

次の加圧下における反応行程では、所定の気液接触反応圧Ｐ３以上に昇圧された状態で、気体Ｇと液体Ｌの接触反応の進展を図る。この接触反応は、ガスハイドレートの製造においては、気体Ｇの液体Ｌへの溶解であり、この溶解は、圧力が高い程溶解する速度が速く、また、溶解度も大きくなる。また、メタンなどの気体では、気体Ｇと液体Ｌの温度が低いほど、溶解する速度が速く、また、溶解度も大きくなる。

そして、この溶解に伴って溶解熱が発生するので、反応容器１０の内部又は周囲に冷却管（図示しない）を設けて冷却したり、反応容器１０内の液体Ｌを外部の冷却器（図示しない）に循環したりして冷却するのが好ましい。また、この気液接触反応を促進し、短時間で気液接触反応を終了するために、撹拌回転翼（図示しない）配置したり、液体Ｌを気体Ｇ中に循環したり、気体Ｇを液体Ｌ中に循環したりして、気液接触の機会を増加する撹拌手段を設けることが好ましい。

この加圧下における反応により、気体Ｇが液体Ｌに溶解して反応容器１０内の気体Ｇが減少するので、反応容器１０内の圧力が低下しないように、気液接触反応の進捗に従ってピストン部４１を駆動して、反応容器１０内の圧力を所定の気液接触反応圧Ｐ３以上に維持する。この圧力維持は、一定荷重をピストン部４１に加えておいたり、反応容器１０内の圧力を検出する圧力センサ（図示しない）を設けて、この圧力センサの出力に基づいて、ピストン駆動部４２を駆動するように構成して行う。

なお、液体Ｌへの溶解量とのバランスで、必要に応じて、次の気液接触反応後の液体の導出及びガスハイドレート化行程に移行せずに、液体Ｌはそのままにして、ピストン部４１を戻して低圧にした後、更に気体Ｇを反応容器１０内に供給して加圧行程と気液接触反応行程を繰り返してもよい。

次の気液接触反応後の液体の導出行程及びガスハイドレート化行程では、気液接触反応が所定量を超えた時に、冷却装置５０の液体導出管５１の圧力調整弁５５を開いて、気体が溶解した液体Ｌｇを導出管５４に送る。この液体Ｌｇの供給速度は、導出管５４に配設された圧力調整弁５７の弁開度により調整される。

また、この反応容器１０からの気体が溶解した液体Ｌｇの導出に際して、反応容器１０から所定の気液接触反応圧Ｐ３以上に加圧された液体Ｌｇと気体Ｇを、圧力調整弁５５、５６、５７の調整により圧力調整及び流量調整して導出し、この導出された液体Ｌｇと気体Ｇを導出管５４内にて混合して気液接触反応させるように構成することもできる。この混合は、反応容器１０内に比べて著しく狭い配管内となるので、効率よく行うことができる。

この気体が溶解した液体Ｌｇは導出管５４に設けられた熱交換器５３部分で冷却され、ガスハイドレートＧＨになり、導出管５４と圧力調整弁５７を経由して排出され、気液分離装置６１で濃縮されたガスハイドレートＧＨになり、ガスハイドレート貯蔵タンク６０に送られる。また、気液分離装置６１で分離された気体Ｇは、気体戻し管６３を経由して気体昇圧装置３２の上流側の気体供給管３３に戻る。一方、気液分離装置６１で分離された液体Ｌは、液体戻し管６２を経由して液体昇圧装置２２の上流側の液体供給管２３に戻る。

そして、所定量の気体Ｇが気液接触反応により、液体Ｌに溶解し、この気体が溶解した液体Ｌｇが順次ガスハイドレート化された時に、一連の気液接触反応行程を終了させる。この終了は、ピストン部４１をピストン駆動部４２で戻して、反応容器１０内の容積を拡大して最初の状態に戻す。

このピストン部４１を戻して反応容器１０内の圧力が低下したら、液体供給装置２０の開閉弁２４を開弁し、液体昇圧装置２２を駆動して、液体Ｌを反応容器１０に供給し、また、次に、気体供給装置３０の開閉弁３４を開弁し、気体昇圧装置３２を駆動して、気体Ｇを反応容器１０に供給する。つまり、一連の気液接触反応行程の最初の行程を行う。順次、この行程を繰り返す。

上記の気液接触反応方法及び気液接触反応装置によれば、従来方式の高圧ポンプ、コンプレッサーでは、所定の気液接触反応圧Ｐ３まで気体Ｇを加圧してから反応容器１０内に供給していたが、気体Ｇを、所定の気体供給圧力Ｐ２以上に加圧して反応容器１０内に供給し、その後、ピストン部４１の駆動により加圧するので、効率低下の原因となる高圧ポンプ、コンプレッサーが不要となり、加圧に要する消費電力を減少できる。

つまり、この気液接触反応方法及び気液接触反応装置によれば、気体Ｇに対して、エネルギー効率が８２％〜８５％の高い圧縮効率を維持できる圧力レベル（約１ＭＰａ〜３ＭＰａ）、即ち、所定の気体供給圧力Ｐ２にまで、予備圧縮を行い、次に、加圧容器である反応容器１０内でエネルギー効率が非常に良いピストンとシリンダによる機械圧縮により、所定の気液接触反応圧Ｐ３まで加圧して気液接触反応を行う。その後、圧力調整弁５５、５６、５７の調整により、気体が溶解した液体Ｌｇを冷却装置５０の熱交換器５３に送り、冷却して、温度管理を行いつつ、ハイドレート化を行う。

この機械圧縮の効率は、８５％程度になるが、一方、従来のコンプレッサーなどによる５ＭＰａ程度まで気体を圧縮する場合の効率は、６５％〜７５％であるので、非常に高い効率で気液接触反応を行うことができる。

また、冷却装置５０の液体導出管５１への気体が溶解した液体Ｌｇの移送は圧力調整弁５５、５６、５７の調整により行うため、反応容器１０内で気液接触反応を行った後の気体が溶解した液体Ｌｇを抜き出すためのポンプ等の機器が不要となり、動力の減少と装置のコンパクト化を図ることができる。

また、液体導出管５１の熱交換器５３の後に、気液分離装置６１等の濃縮装置を設けているので、ガスハイドレート等の生成物ＧＨの濃縮を行うことも容易にできる。

更に、ポンプ、ブロワ、コンプレッサー等の気体昇圧装置３２と反応容器１０との間に、バファータンク３４を設けてあるので、気体昇圧装置３２を小容量にしても、気体Ｇの供給を円滑に行うことができる。

次に、本発明の気液接触反応方法及び気液接触反応装置の実施例と、従来方式と従来例との効率を比較をすると、実施例では、予備コンプレッサー（気体昇圧装置）３２で、１．２ＭＰａに昇圧する効率ηは８５％程度で、送液用シリンダポンプ２２の効率ηは９５％であった。反応容器１０のシリンダー式で容積を縮小する方法による５．５ＭＰａへの加圧では、効率ηは９５％に達し、総合的な効率ηは約８０％になった。

一方、従来例では、２段式のコンプレッサーで５．５ＭＰａへの加圧効率ηは６４％（＝８５％（一段目）×７５％（二段目））であり、液体注入用にポンプを使用せず、また、生成物抜き出しで５％の損失があるとして、総合的な効率ηは約６０％となる。

次に、第２の次実施の形態の気液接触反応方法及び気液接触反応装置について説明する。図２に示すように、本発明に係わる第２の実施の形態の気液接触反応装置１Ａは、反応容器１０が複数（図２では３基）設けられ、共通使用の液体注入装置２０と気体供給装置３０を共通で使用するように配管して構成され、更に、気液接触反応装置１Ａの制御装置（図示しない）は、反応容器１０における液体供給と気体供給の行程、反応容器１０の容積の縮小による加圧行程、加圧下における反応行程、気液接触反応後の液体の導出行程及びガスハイドレート化行程を有する一連の気液接触反応行程を、各反応容器１０ごとに対して時間差を設けて行うように制御するように構成される。その他の構成は、第１の実施の形態の気液接触反応装置１と同じである。

そして、第２の次実施の形態の気液接触反応方法は、加圧装置４０を備えた複数の反応容器１０に対して、液体注入装置２０と気体供給装置３０を共通で使用し、反応容器１０における液体供給と気体供給の行程、反応容器１０の容積の縮小による加圧行程、加圧下における反応行程、気液接触反応後の液体の導出行程（ここでは、ガスハイドレート化行程を兼ねている）を、複数の反応容器１０ごとに対して時間差を設けて行う。

例えば、第１の反応容器１０における気体と液体の注入行程とピストン部４１を駆動して反応容器１０の容積の縮小による加圧行程を行う。その後、第１の反応容器１０で加圧下における反応行程を行っている間に、第２の反応容器１０では液体供給と気体供給の行程と加圧行程を行う。その後、第１の反応容器１０で気液接触反応後の液体の導出及びガスハイドレート化行程を行っている間に、第２の反応容器１０で加圧下における反応行程を行い、第３の反応容器１０では液体供給と気体供給の行程と加圧行程を行う。これで、第１の反応容器１０における一サイクルが終了する。

そして、第１の反応容器１０で、反応容器における液体供給と気体供給の行程と加圧行程に戻った時には、第２の反応容器１０で気液接触反応後の液体の導出及びガスハイドレート化行程を行い、第３の反応容器１０で加圧下における反応行程を行う。その後、第１の反応容器１０で加圧下における反応行程を行っている間に、第２の反応容器１０では液体供給と気体供給の行程と加圧行程を行い、第３の反応容器１０で気液接触反応後の液体の導出及びガスハイドレート化行程を行う。このように、一連の気液接触反応行程を時間的にずらして、順次、第１、第２、第３の反応容器１０で各行程を行う。なお、これらの行程のどの部分を時間的に分割するかは、供給時間、加圧時間、反応時間、導出時間等による。

この気液接触反応方法及び気液接触反応装置１Ａによれば、液体注入装置２０、気体供給装置３０、冷却装置５０などを時分割して共通使用できるので、装置コストを抑制でき、装置自体もコンパクト化できる。

このように、時間差を設けた加圧、減圧を行うことで、圧力回収が可能になり、結果として大幅な所要動力の低減が可能となる。従って、多段に構成すれば、最終的に消費電力は数分の一になるが、建築コスト等を考慮すると、例えば、１８５ｍ³ ／ｈのガスハイドレートを製造する場合の加圧に要する電力は最大１／２まで低減できる。

なお、上記の説明では、気液接触反応の例としてメタンのガスハイドレートの製造を例にして説明したが、本発明は、メタン以外のメタン・エタン・プロパンを主成分とする天然ガスや下水消化ガスや生ゴミなどから発生するバイオガス等のガスのガスハイドレート化にも適用できる。

更に、本発明は、ガスハイドレート化以外の技術、例えば、加圧法によって、天然ガス、熱分解ガス、液化ガスなどから、二酸化炭素、硫黄化合物、その他の不純物を取り除くような、気体燃料を精製する技術等にも適用することができる。

また、本発明は、改質によって水素化したガスの精製にも適用することができる。この場合は、メタン等の未反応ガスをハイドレート化し、ガス側には濃縮された水素を得ることができる。

本発明に係わる第１の気液接触反応装置の構成を示す図である。 本発明に係わる第２の気液接触反応装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 気液接触反応装置
１０ 反応容器
２０ 液体注入装置
２２ 液体昇圧装置
３０ 気体供給装置
３２ 気体昇圧装置
４０ 加圧装置
４１ ピストン部
４２ ピストン駆動部
５０ 冷却装置
５１ 液体導出管
５２ 気体導出管
５３ 熱交換器
５４ 導出管
５５、５６、５７ 圧力調整弁
６０ ガスハイドレート貯蔵タンク
６１ 気液分離装置
Ｇ 気体
ＧＨ ガスハイドレート
Ｌ 液体
Ｌｇ 気体が溶解した液体
Ｐ１ 液体注入圧力
Ｐ２ 気体注入圧力
Ｐ３ 気液接触反応圧

Claims (5)

1. 反応容器内に、所定の液体注入圧力以上で所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された液体と、所定の気体注入圧力以上で前記所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された気体とを注入し、該注入後に前記反応容器の容積を縮小して加圧し、前記気体及び前記液体を前記所定の気液接触反応圧以上に昇圧して、前記気体と前記液体を気液接触反応させることを特徴とする気液接触反応方法。
2. 前記反応容器から前記気液接触反応圧以上に加圧され、気体を溶解した液体を導出し、該導出された気体を溶解した液体を冷却してガスハイドレートを生成し、気液分離装置でガスハイドレートと気体と液体を分離して、気液分離した後のガスハイドレートをガスハイドレート貯蔵タンクに貯蔵することを特徴とする請求項１記載の気液接触反応方法。
3. 加圧装置を備えた複数の前記反応容器に対して、前記液体注入装置と前記気体供給装置を共通で使用し、前記反応容器における液体供給と気体供給の行程、前記反応容器の容積の縮小による加圧行程、加圧下における反応行程、気液接触反応後の液体の導出行程を有する一連の気液接触反応行程を、前記複数の反応容器ごとに対して時間差を設けて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の気液接触反応方法。
4. 容積を縮小可能な反応容器と、前記反応容器内に所定の液体注入圧力以上で所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された液体を注入する液体注入装置と、前記反応容器内に所定の液体注入圧力以上で前記所定の気液接触反応圧よりも小さい圧力に加圧された気体を注入する気体供給装置と、前記反応容器の容積を縮小して前記気体と前記液体を前記所定の気液接触反応圧以上に加圧する加圧装置を備えたことを特徴とする気液接触反応装置。
5. 前記加圧装置を備えた前記反応容器を複数備えると共に、前記複数の反応容器に対して、前記液体注入装置と前記気体供給装置を共通で使用するように配管して構成し、該気液接触反応装置の制御装置を、前記反応容器における液体供給と気体供給の行程、前記加圧装置による加圧行程、加圧下における反応行程、気液接触反応後の液体の導出行程を有する一連の気液接触反応行程を、各反応器ごとに対して時間差を設けて行うように制御することを特徴とする請求項４記載の気液接触反応装置。

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