JP4617548B2 - Hydrate slurry production method, hydrate slurry production apparatus and aqueous solution - Google Patents

Hydrate slurry production method, hydrate slurry production apparatus and aqueous solution Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法および装置に関する。さらに特定すれば、本発明は上記の水溶液を冷却して水和物を生成する際の過冷却を防止し、水和物スラリーを確実かつ効率的に製造する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩、トリiso−アミルサルフォニウム塩のような各種の塩類等のゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却すると、水和物が生成されることが知られている。この水和物は、0℃以上の温度で生成でき、また微細な粒子となって水溶液中に浮遊して流動性の高い水和物スラリーを形成するので、空調設備等の貯冷材、または冷熱の搬送媒体として好ましい特性を有している。
【0003】
ところで、上記のような水溶液を冷却してゆくと、水和物が生成されるべき温度になっても水和物が生成されず、この温度より低温まで冷却された後に水和物が生成されるいわゆる過冷却が生じることが知られている。
【0004】
このような過冷却は、水和物を生成する際に、不所望に低い温度まで冷却する必要を生じ、これを冷却する冷凍装置の効率を低下させるばかりでなく、この過冷却された水溶液が装置の各部で不所望に水和物を生成し、装置の配管や弁等を閉塞するという不具合を生じる。
【0005】
このため、従来から、この過冷却を防止する各種の技術が開発されている。
【0006】
この過冷却防止技術の代表的なものは、この水溶液中に各種の過冷却防止用の薬剤を添加するものである。しかし、このような薬剤を添加しても、なおかつ過冷却を効果的に防止することはできず、また添加する薬剤の種類によっては水溶液の腐食性が高くなる等の不具合を生じるものがある。
【0007】
また、このような過冷却は、水溶液を部材の表面や金網等に衝突させる等、水溶液に機械的な刺激を与えることにより軽減されることも知られている。しかし、このような方法は、その過冷却防止の効果が低く、また上記の部材の表面や金網上に水和物が生成されてしまう。このため、この金網や管路が閉塞されてしまうという不具合を招き、また微細な水和物粒子の生成が困難となり、水和物スラリーの製造には適さないという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に基づいてなされたもので、過冷却を効果的に防止するとともに、微細な水和物粒子の生成を容易とし、流動性に優れた水和物スラリーを効率的に製造することができる水和物スラリーの製造方法および装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された本発明の方法は、テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩及びトリiso−アミルサルフォニウム塩のいずれかのゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物粒子を生成する際に、水和物粒子の核となる核粒子を水溶液と接触させることにより水溶液の過冷却を防止して水和物粒子を生成し水和物スラリーを製造する方法であって、水溶液として水道上水又は工業用水を用い、核粒子として水道上水又は工業用水に含まれる微粒子を用いることを特徴とするものである。
【0010】
このような水溶液が伝熱面を介して冷却され、かつこの水溶液に粒子が接触した場合には、極めて効果的に過冷却が防止され、また水溶液中の微細な水和物粒子が生成されやすくなり、流動性の高い水和物スラリーが製造される。
【0011】
すなわち、このような水溶液は、その微小部分が次々に伝熱面と接触し、この微小部分が順次過冷却状態に冷却されてゆく。もちろん、ある程度の時間が経過すると、この水溶液の微小部分は混合されて均一な温度となるものであるが、この水溶液中に核となる粒子が接触、たとえば分散浮遊していると、この核となる粒子が過冷却状態にある水溶液の微小部分にただちに接触し、その過冷却を解消して水和物の粒子を生成する。
【0012】
したがって、この水溶液の全体が過冷却の状態に至る前に、過冷却状態が解消されるので、過冷却を効果的に防止でき、また水和物粒子が生成されてゆくので流動性の高い水和物スラリーを効率的に製造することができる。
【0027】
また、請求項2に記載の装置は、テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩及びトリiso−アミルサルフォニウム塩のいずれかのゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物粒子を生成させて水和物スラリーを製造する装置であって、上記の水溶液を貯蔵する水溶液タンクと、該水溶液タンクから供給される水溶液を冷却する生成熱交換器と、上記の水溶液を上記の生成熱交換器に供給する供給口より上流側で、上記の生成熱交換器に供給される水溶液に上記の水和物粒子の核となる核粒子を供給する核粒子供給機構とを備え、上記の生成熱交換器は、伝熱面を有し上記の水溶液をこの伝熱面に接触させて冷却し、過冷却状態にある上記の水溶液の微小部分に上記の核粒子を接触させることにより過冷却状態を解消し水和物粒子を生成するものであり、上記の水溶液は、上記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水であり、上記の核粒子は水道上水又は工業用水に含まれる微粒子であることを特徴とするものである。
【0028】
また、請求項3に記載の水溶液は、冷却されて、テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩及びトリiso−アミルサルフォニウム塩のいずれかをゲスト化合物とする水和物粒子を生成する水溶液であって、上記の水和物のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水であり、前記水道上水又は工業用水に含まれる微粒子が上記の水和物粒子の核となり水溶液の過冷却を防止する核粒子となることを特徴とするものである。
【0034】
【発明の実施の形態】
水和物スラリーを製造する場合に、過冷却を防止するために水和物粒子の核となる核粒子を水溶液に分散浮遊させることが効果的である。核粒子として、その粒径が10μm以下の微粒子を用いることが特に効果的である。このような微粒子は水溶液中で容易に分散浮遊するので、水和物粒子の核となり過冷却を防止する効果が極めて高い。粒径が10μm以下の核粒子の水溶液中の濃度は、0.1mg/L以上であれば、核粒子が水溶液とよく接触し、過冷却防止に有効である。一般的な水道上水はカオリン1mg/Lを濁度1度と定義する濁度が1度、工業用水では20度程度であるので、微粒子を0.1mg/L以上の濃度で含んでいる。したがって、ゲスト化合物を含む水溶液の水として水道上水あるいは工業用水を用いることにより、過冷却を防止することができる。粒径が10μ以下の微粒子を核粒子として用いる場合、水溶液中の濃度の上限は100mg/L程度である。上限濃度以上に多量に微粒子が分散浮遊していると、熱交換器の伝熱性能が低下するので好ましくない。
【0035】
また、核粒子として、その粒径が100μm以下の微粒子を用いる場合には、水溶液を攪拌することにより、核粒子を水溶液中に分散浮遊させ、過冷却を防止する効果が高い。攪拌する手段として、水溶液中に噴流を生じさせる手段や攪拌羽根を回転して攪拌する手段などを用いる。水溶液中の濃度の好ましい範囲は1mg/Lから5g/Lの範囲である。上限値より濃度が高いと水和物スラリー生成装置内で吹きだまりやよどみを生じるので好ましくない。下限値より濃度が低いと過冷却を防止する効果が低くなる。
【0036】
また、核粒子として、その粒径が300μm以下の微粒子を用いる場合には、核粒子を水和物スラリー生成装置内の内壁、攪拌翼など水溶液と接触する面に付着させて、核粒子を水溶液に接触することにより、過冷却を防止する。水溶液に対して核粒子を1g/L以上の濃度となるように付着させる。水溶液と接触する面全体に付着してもよい。
【0037】
また、微粒子として、その比重が水溶液の比重より大きい微粒子を用いて、水溶液中に分散浮遊することにより、過冷却を防止することができる。この核粒子は、水溶液中で沈降するので、水溶液とよく接触し、水和物粒子の核となりやすい。水和物生成装置内の水溶液中を微粒子が沈降する時間と水和物スラリーを生成する時間とを適切になるように装置の設計や運転方法を定めることにより、安定して水和物スラリーを製造できる。
【0038】
上記のような各種の核粒子を水溶液と接触させることにより水和物粒子を生成し、過冷却を防止する方法は単独で用いて効果の高いものであるが、二つまたは三つを併用しても高い効果が得られる。
【0039】
以下、図を参照して本発明の方法およびこれを実施する装置の一実施形態について説明する。この実施形態のものは、ゲスト化合物として臭化テトラn−ブチルアンモニウム(TBAB)を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造するものである。なお、この実施形態では、説明および理解を容易にするために、本発明の特徴を備えた複数の態様の機構を併用し、かつ本発明の方法の複数の態様を実施するように構成されているが、実際の装置および方法では、これら全てを併用する必要は必ずしもない。
【0040】
図1中の符号1は、上記の水溶液を冷却して水和物スラリーを生成する生成熱交換器を示す。この実施形態の場合、図2に示すように、この生成熱交換器1は円筒状をなし、その内周面が伝熱面1aとして形成され、この伝熱面1aの周囲は冷却媒体が流通される冷却ジャケット8で囲まれている。そして、この冷却ジャケット8には、冷凍装置2からポンプ3により冷却媒体が循環され、上記の伝熱面1aを介して内部の水溶液を冷却し、水和物を生成するように構成されている。
【0041】
また、この生成熱交換器1の内部中心には、回転軸5が配置されており、この回転軸5は駆動機構4により所定の速度で回転駆動される。また、この回転軸5には、螺旋形をなす剥離羽根部材9が取付けられており、この剥離羽根部材9は上記の伝熱面1aに摺接しながら上記の回転軸5とともに回転し、この伝熱面1aに付着した水和物を剥離してこの伝熱面1aの熱交換効率の低下を防止するとともに、剥離した水和物を水溶液中に分散させ、より均一な水和物スラリーを生成する。
【0042】
また、上記の剥離羽根部材9は、上記のような作用とともに、この生成熱交換器1内の水溶液を攪拌して流動状態とする。なお、この水溶液を流動状態とする手段は、このようなものには限らず、この水溶液が層流状態で伝熱面1aに接触しながら流れてこの伝熱面1aに接触する微小部分が入れ替わらないような状態が発生するのを防止するように、この水溶液を流動状態に維持する手段であれば、どのようなものでも良い。
【0043】
そして、上記の剥離羽根部材9の表面には、図3に示すように、核粒子を付着した面10が設けられている。この核粒子付着面10は、微粒子、たとえば溶鉱炉のスラグに水を噴射して微細に破砕した水砕スラグ粒子を適切なバインダと混和して塗布したものである。なお、この核粒子付着面10は、上記のような剥離羽根部材の表面に設けられているものには限定されず、流動状態の水溶液が接触する部材の表面であれば、どこでも良い。
【0044】
次に、上記の生成熱交換器1に水溶液を供給して循環する機構を説明する。図中の11は、この水溶液を貯蔵する水溶液タンクであって、この水溶液タンク11内の水溶液は、ポンプ13により供給配管15、混合器16を介して上記の生成熱交換器1の供給口6に供給される。
【0045】
そして、この生成熱交換器1内で冷却されて生成された水和物スラリーは、排出口7から排出され、分配器21を介して水和物スラリータンク22に送られ、貯蔵される。なお、この水和物スラリータンク22および前記の水溶液タンク11には、攪拌装置12が設けられている。
【0046】
この水和物スラリータンク22内の水和物スラリーは、このタンクの底部から取り出され、水和物濃度調節器23に送られる。この水和物濃度調節器23には、前記の水溶液タンク11からポンプ28により配管29を介して水溶液が送られ、この水和物スラリーと適宜混合されてこの水和物スラリーの固相分率等濃度が調節され、ポンプ24により送り配管25を介して空調機器等の負荷側機器26に供給される。そして、この負荷側機器26で利用された後の水溶液は、戻り配管27を介して前記の水溶液タンク11に戻される。
【0047】
次に、上記のような管路に設けられ、過冷却を防止する核粒子供給機構を説明する。まず、この系統を流通する水溶液には、あらかじめ所定量の核粒子が混入されている。この核粒子は、各種のものが使用できる。前述した水砕スラグ粒子が好ましく、この水砕スラグ粒子は、安価であるとともに、特性が安定し、また過冷却を防止する効果が高い。なお、この水砕スラグ粒子はその比重が水溶液より大きく、沈降性を有している。
【0048】
そして、まず第1に、上記の生成熱交換器1の排出口7から排出された水和物スラリーの一部は、前記の分配器21から配管31を介してポンプ32により前記の混合器16に供給され、水溶液とともに上記の生成熱交換器1の供給口6に送られるように構成されている。
【0049】
また、上記の水和物スラリータンク22の底部から取り出された水和物スラリーの一部は、配管33を介して過冷却防止用の水和物粒子タンク34に送られ、貯蔵される。この水和物粒子タンク34は、たとえば断熱タンクであり、送られて来た水和物スラリーを、その水和物粒子を融解させずに所定期間貯蔵する能力を有している。
【0050】
そして、この水和物粒子タンク34内の水和物スラリーは、ポンプ35により配管36を介して前記の混合器16に送られ、水溶液とともに上記の生成熱交換器1の供給口6に送られるように構成されている。
【0051】
また、この装置には、水和物粒子生成機構14が設けられている。この水和物粒子生成機構は、上記の生成熱交換器を含むこの水和物製造装置とは独立して運転が可能なもので、少量の水和物粒子を含む水和物スラリーを製造する能力を有している。
【0052】
そして、この水和物粒子生成機構14で製造された水和物スラリーは、上記の混合器16に送られ、水溶液とともに上記の生成熱交換器1の供給口6に送られるように構成されている。
【0053】
次に、上記のような装置の作用、および本発明の過冷却防止の方法を説明する。まず、この装置が運転されると、前述のように生成熱交換器1内で水溶液が流動状態で伝熱面1aに接触し、冷却される。この場合に、この水溶液の微小部分は伝熱面1aに接触して過冷却の状態となっても、この微小部分は直ちに流動し、前述した剥離羽根部材9の核粒子付着面10に接触する。そして、この核粒子付着面10の核粒子すなわち水砕スラグ粒子との接触により、この微小部分の過冷却が解消され、水和物の粒子が生成される。これにより、この生成熱交換器1内の水溶液全体が過冷却になることはなく、過冷却が効果的に防止される。
【0054】
また、前述したように、この水溶液中には水砕スラグ粒子等の核粒子が混入されており、その一部がこの水溶液とともに生成熱交換器1内に流入する。したがって、この核粒子がこの水溶液の過冷却状態の微小部分と接触することにより、上記のように過冷却を解消して水和物の粒子を生成する。
【0055】
上記のような核粒子は、これを核として水和物粒子が生成されると、この生成された粒子から排除される。したがって、この水溶液中の核粒子は、生成された水和物スラリーとともに水和物スラリータンク22に送られ、このタンク内で分離してその底部に沈殿してゆく。よって、この装置の運転を続けると、この核粒子は次第にこの水和物スラリータンク22の底部に沈殿堆積してゆき、水溶液中に浮遊する核粒子の量が減少してゆく。
【0056】
そして、このような場合に対処するために、前記の配管31を介して、排出される水和物スラリーの一部がポンプ32により混合器16を介して生成熱交換器1内に供給される。この水和物スラリー中の水和物粒子は、前記の核粒子と同様に、過冷却を解消し、水和物粒子を生成する。この水和物粒子は、生成すべき水和物と同種の水和物であるので、この水和物生成の核としては最も効果的で、過冷却防止の効果が極めて高い。
【0057】
また、この装置が運転を休止した後、再起動するような場合には、上記のような生成熱交換器1から排出される水和物スラリーが得られない。このような場合には、前記の水和物粒子貯蔵タンク34内に貯蔵されている水和物スラリーを配管36を介して生成熱交換器1の供給口6に供給する。
【0058】
なお、この水和物粒子貯蔵タンク34内の水和物粒子がすべて融解してしまった場合でも、このタンク内の水溶液を生成熱交換器1に供給することにより、過冷却防止の効果が得られる。すなわち、上記のように、核粒子は上記の水和物スラリータンク22の底部に堆積しているので、この核粒子は上記の水和物粒子貯蔵タンク34内に回収されている。したがって、この核粒子を水溶液とともに生成熱交換器1に供給することにより、過冷却を防止することができる。したがって、この水和物粒子貯蔵タンク34およびこれに関連した管路は、核粒子の回収、再供給機構を兼用している。
【0059】
また、この装置の起動の際に、上記の水和物粒子貯蔵タンク34からの水和物スラリーの供給ができない場合には、前記の水和物粒子生成機構14を独立して先に運転し、生成された水和物スラリーを上記の生成熱交換器1に供給することにより、過冷却を防止することができる。
【0060】
前述のように、この装置の運転を続けると、核粒子が水和物スラリータンク22の底部に堆積して水溶液中に浮遊する核粒子がほとんど無くなってしまうことがある。このような状態でこの装置を再起動する場合には、極めて大きな過冷却が生じてしまうことがあるが、上記のように、水和物粒子生成機構からあらかじめ水和物粒子を生成熱交換器1に供給しておくことにより、過冷却を効果的に防止することができる。
【0061】
なお、説明すべき実施形態の数が不所望に多くなるのを避けるために、前述のようにこの実施形態には本発明の装置の各機構の態様、方法の態様を複数兼備して説明してあるが、上記の機構や方法の態様をすべて兼備する必要はなく、実際の装置では、いずれかひとつまたは複数のものを採用すれば良い。
【0062】
次に、上記の各方法および機構の態様の効果を確認するためにおこなった実験の結果を図4ないし図7を参照して説明する。この実験は、TBABの水溶液を冷却しながら攪拌し、上記の各手段、すなわち核粒子として粒径100μm以下の水砕スラグ粒子を水溶液中に濃度1mg/L以上となるように混入した場合、容器内に核粒子として粒径300μm以下の水砕スラグ粒子を被着した部材を浸漬した場合、水和物粒子を混入した場合等の効果を確認したものである。
【0063】
なお、参考例として、水溶液を攪拌せずに冷却した場合についての過冷却の状態を測定するため、TBABの濃度25wt%の水溶液を攪拌せずに冷却し、示差熱量計を用いて測定をした。この結果、水溶液は−16℃まで冷却されてから過冷却が解除された。
【0064】
図4は、水溶液中に核粒子を混入しなかった場合のものである。この図から明らかなように、水溶液濃度が40%、19.8%のいずれの場合も、約−2℃まで過冷却が生じた。
【0065】
図5は、水溶液中に核粒子として粒径100μm以下の水砕スラグ粒子を混入した場合のものである。この図から明らかなように、過冷却は水溶液濃度が40%の場合は約5℃まで、19.8%の場合は6℃までで、過冷却防止の効果が高いことが示されている。
【0066】
また、図6は、核粒子として粒径300μm以下の水砕スラグ粒子を付着させたガラス棒を水溶液中に浸漬した場合のもので、濃度が19.8%の場合は約1℃まで過冷却が生じたが、濃度40%の場合には約6℃程度の過冷却であり、濃度によっては過冷却防止の効果が高いことが示されている。
【0067】
また、図7は、水溶液中に水和物粒子を混入した場合のものである。なお、この場合は、参考のために水溶液の調製に蒸留水と上水を使用した場合の両方の結果を示してある。この図から明らかなように、いずれの場合も、濃度19.8%の場合は、約7℃、濃度40%の場合は10℃までしか過冷却が生じておらず、極めて高い効果が得られている。
【0068】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。たとえば、上記の実施形態では、剥離羽根部材を備えた冷却胴形の生成熱交換器を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、たとえばシェルアンドチューブ型の生成熱交換器を使用した場合にも適用できる。
【0069】
また、本発明で使用する核粒子は、比重の大きいものには限らず、たとえば水溶液の比重と略等しい比重の核粒子を使用しても良い。このような核粒子は、水溶液とともに流通し、沈降することがないので、この核粒子の沈殿に起因する各種の不具合を防止することができる。
【0070】
【発明の効果】
上述のように、本発明の方法および装置によれば、水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する場合の過冷却を極めて効果的に防止することができ、また本発明の方法および装置は簡単かつ容易に実施することができる等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の装置の概略構成図。
【図2】一実施形態の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【図3】図2の3−3線に沿う剥離羽根部材の断面図。
【図4】本発明の効果を確認するために実施した実験結果を示す線図。
【図5】本発明の効果を確認するために実施した実験結果を示す線図。
【図6】本発明の効果を確認するために実施した実験結果を示す線図。
【図7】本発明の効果を確認するために実施した実験結果を示す線図。
【符号の説明】
1 生成熱交換器
1a 伝熱面
9 剥離羽根部材
10 核粒子付着面
14 水和物粒子生成機構
22 水和物スラリータンク
34 水和物粒子タンク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for producing a hydrate slurry by cooling an aqueous solution containing a guest compound. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for reliably and efficiently producing a hydrate slurry by preventing supercooling when the aqueous solution is cooled to produce a hydrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, aqueous solutions containing guest compounds such as various salts such as tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt, triiso-amylsulfonium salt are cooled. Then, it is known that a hydrate is produced. This hydrate can be produced at a temperature of 0 ° C. or higher, and becomes fine particles and floats in an aqueous solution to form a highly fluid hydrate slurry. It has preferable characteristics as a cold transport medium.
[0003]
By the way, when the aqueous solution as described above is cooled, the hydrate is not generated even when the temperature at which the hydrate is to be generated, and the hydrate is generated after being cooled to a temperature lower than this temperature. It is known that so-called supercooling occurs.
[0004]
Such supercooling not only reduces the efficiency of the refrigeration system that cools the undesirably low temperature when producing hydrates, but also reduces the efficiency of the supercooled aqueous solution. Hydrate is undesirably generated in each part of the device, causing problems such as blocking the piping and valves of the device.
[0005]
For this reason, various techniques for preventing this overcooling have been developed.
[0006]
A representative example of this supercooling prevention technique is to add various supercooling prevention chemicals to this aqueous solution. However, even when such a chemical is added, it is not possible to effectively prevent supercooling, and depending on the type of the chemical added, there is a problem that the corrosiveness of the aqueous solution becomes high.
[0007]
It is also known that such supercooling can be mitigated by applying mechanical stimulation to the aqueous solution, for example, by causing the aqueous solution to collide with the surface of a member or a metal mesh. However, such a method has a low effect of preventing overcooling, and hydrates are generated on the surface of the member or on the wire mesh. For this reason, there is a problem that the wire mesh and the pipe are blocked, and it is difficult to produce fine hydrate particles, which is not suitable for the production of hydrate slurry.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made based on the above circumstances, effectively preventing supercooling, facilitating the production of fine hydrate particles, and efficiently producing a hydrate slurry having excellent fluidity. A method and an apparatus for producing a hydrate slurry that can be produced are provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method of the present invention described in claim 1 is a guest compound of any of tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt and triiso-amylsulfonium salt. When the aqueous solution containing water is cooled to produce hydrate particles, the core particles that form the hydrate particles are brought into contact with the aqueous solution to prevent overcooling of the aqueous solution, thereby producing hydrate particles. A method for producing a hydrate slurry, characterized in that tap water or industrial water is used as an aqueous solution, and fine particles contained in tap water or industrial water are used as core particles.
[0010]
When such an aqueous solution is cooled through the heat transfer surface and the core particles come into contact with this aqueous solution, supercooling is extremely effectively prevented, and fine hydrate particles in the aqueous solution are generated. It becomes easy and a hydrate slurry with high fluidity is produced.
[0011]
That is, in such an aqueous solution, the minute portions are successively brought into contact with the heat transfer surface, and the minute portions are sequentially cooled to a supercooled state. Of course, after a certain amount of time has passed, the minute portions of the aqueous solution are mixed to reach a uniform temperature. However, if the core particles in the aqueous solution are in contact with, for example, dispersed and suspended, The core particles to be immediately come into contact with a small portion of the aqueous solution in a supercooled state, and the supercooling is eliminated to produce hydrate particles.
[0012]
Therefore, since the supercooling state is eliminated before the entire aqueous solution reaches the supercooled state, the supercooling can be effectively prevented, and hydrate particles are generated, so that the water having high fluidity is used. A Japanese slurry can be produced efficiently.
[0027]
The apparatus according to claim 2 includes a guest compound of any one of a tetra-n-butylammonium salt, a tetraiso-amylammonium salt, a tetraiso-butylphosphonium salt, and a triiso-amylsulfonium salt. An apparatus for producing a hydrate slurry by cooling an aqueous solution to produce hydrate particles, an aqueous solution tank for storing the aqueous solution, and a heat generation exchange for cooling the aqueous solution supplied from the aqueous solution tank And supplying the core particles serving as nuclei of the hydrate particles to the aqueous solution supplied to the generation heat exchanger upstream of the supply port for supplying the aqueous solution to the generation heat exchanger. and a core particle supply mechanism, said product heat exchanger has a heat transfer surface by contacting the aqueous solution of the above to the heat transfer surface cooled, on the above small portion of the aqueous solution in the supercooled state Is intended to product a eliminates supercooled state hydrate particles by contacting the core particles, the above aqueous solution is tap water supply or industrial water containing the guest compound, the above core particles Are fine particles contained in tap water or industrial water.
[0028]
In addition, the aqueous solution according to claim 3 is cooled to obtain any one of a tetra-n-butylammonium salt, a tetraiso-amylammonium salt, a tetraiso-butylphosphonium salt, and a triiso-amylsulfonium salt. An aqueous solution for producing hydrate particles as a guest compound, which is tap water or industrial water containing the hydrate guest compound, and the fine particles contained in the tap water or industrial water are the above-mentioned It becomes a nucleus of hydrate particles and becomes a nucleus particle that prevents supercooling of the aqueous solution.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
When producing a hydrate slurry, it is effective to disperse and suspend the core particles, which are the nuclei of the hydrate particles, in an aqueous solution in order to prevent overcooling. It is particularly effective to use fine particles having a particle size of 10 μm or less as the core particles. Since such fine particles easily disperse and float in an aqueous solution, it has a very high effect of becoming a nucleus of hydrate particles and preventing overcooling. When the concentration of the core particles having a particle size of 10 μm or less in the aqueous solution is 0.1 mg / L or more, the core particles are in good contact with the aqueous solution and effective in preventing overcooling. General tap water has a turbidity of 1 degree when kaolin 1 mg / L is defined as 1 degree of turbidity, and about 20 degrees in industrial water, and therefore contains fine particles at a concentration of 0.1 mg / L or more. Therefore, overcooling can be prevented by using tap water or industrial water as the water of the aqueous solution containing the guest compound. When fine particles having a particle size of 10 μm or less are used as the core particles, the upper limit of the concentration in the aqueous solution is about 100 mg / L. If the fine particles are dispersed and suspended in a large amount exceeding the upper limit concentration, the heat transfer performance of the heat exchanger is lowered, which is not preferable.
[0035]
Further, when fine particles having a particle size of 100 μm or less are used as the core particles, stirring the aqueous solution makes it possible to disperse and float the core particles in the aqueous solution and to prevent overcooling. As a means for stirring, a means for generating a jet in an aqueous solution, a means for stirring by rotating a stirring blade, or the like is used. A preferred range of concentration in the aqueous solution is in the range of 1 mg / L to 5 g / L. If the concentration is higher than the upper limit value, it is not preferable because it causes spraying and stagnation in the hydrate slurry generator. If the concentration is lower than the lower limit, the effect of preventing overcooling will be reduced.
[0036]
Further, in the case where fine particles having a particle size of 300 μm or less are used as the core particles, the core particles are attached to a surface in contact with the aqueous solution such as an inner wall of the hydrate slurry generator, a stirring blade, etc. To prevent overcooling. The core particles are adhered to the aqueous solution so as to have a concentration of 1 g / L or more. You may adhere to the whole surface which contacts aqueous solution.
[0037]
Further, by using fine particles whose specific gravity is larger than the specific gravity of the aqueous solution as the fine particles, it is possible to prevent overcooling by dispersing and floating in the aqueous solution. Since the core particles settle in the aqueous solution, they are in good contact with the aqueous solution and are likely to become nuclei of the hydrate particles. By setting the design and operation method of the apparatus so that the time for the fine particles to settle in the aqueous solution in the hydrate generating apparatus and the time for generating the hydrate slurry are determined appropriately, the hydrate slurry can be stabilized. Can be manufactured.
[0038]
A method for producing hydrate particles by bringing various kinds of core particles as described above into contact with an aqueous solution and preventing supercooling is effective when used alone, but two or three are used in combination. Even a high effect can be obtained.
[0039]
Hereinafter, an embodiment of a method of the present invention and an apparatus for carrying out the method will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an aqueous solution containing tetra n-butylammonium bromide (TBAB) as a guest compound is cooled to produce a hydrate slurry. In this embodiment, for ease of explanation and understanding, a plurality of aspects of the method according to the present invention are used in combination, and a plurality of aspects of the method of the present invention are implemented. However, in an actual apparatus and method, it is not always necessary to use all of them together.
[0040]
The code | symbol 1 in FIG. 1 shows the production | generation heat exchanger which cools said aqueous solution and produces | generates a hydrate slurry. In the case of this embodiment, as shown in FIG. 2, the generated heat exchanger 1 has a cylindrical shape, and its inner peripheral surface is formed as a heat transfer surface 1a, and a cooling medium flows around the heat transfer surface 1a. Surrounded by a cooling jacket 8. The cooling jacket 8 is configured so that a cooling medium is circulated from the refrigeration apparatus 2 by the pump 3 to cool the aqueous solution inside through the heat transfer surface 1a to generate a hydrate. .
[0041]
A rotation shaft 5 is disposed at the inner center of the generated heat exchanger 1, and the rotation shaft 5 is rotationally driven by the drive mechanism 4 at a predetermined speed. Further, a peeling blade member 9 having a spiral shape is attached to the rotating shaft 5, and the peeling blade member 9 rotates together with the rotating shaft 5 while being in sliding contact with the heat transfer surface 1 a. The hydrate adhering to the hot surface 1a is peeled off to prevent a decrease in the heat exchange efficiency of the heat transfer surface 1a, and the peeled hydrate is dispersed in an aqueous solution to produce a more uniform hydrate slurry. To do.
[0042]
Moreover, said peeling blade member 9 stirs the aqueous solution in this production | generation heat exchanger 1, and makes it a fluid state with the above effects. The means for bringing the aqueous solution into a fluid state is not limited to this, and a small portion of the aqueous solution flowing while contacting the heat transfer surface 1a in a laminar flow state and contacting the heat transfer surface 1a is inserted. Any means may be used as long as it is a means for maintaining the aqueous solution in a fluid state so as to prevent occurrence of a state that does not change.
[0043]
And as shown in FIG. 3, the surface 10 which adhered the nuclear particle is provided in the surface of said peeling blade member 9. As shown in FIG. The core particle adhering surface 10 is formed by mixing fine particles, for example, granulated slag particles finely crushed by injecting water into the slag of a blast furnace with a suitable binder. The core particle attachment surface 10 is not limited to the surface provided on the surface of the peeling blade member as described above, and may be anywhere as long as the surface of the member is in contact with the aqueous solution in a fluid state.
[0044]
Next, a mechanism for supplying and circulating an aqueous solution to the generated heat exchanger 1 will be described. Reference numeral 11 in the figure denotes an aqueous solution tank for storing the aqueous solution. The aqueous solution in the aqueous solution tank 11 is supplied to the supply port 6 of the generated heat exchanger 1 via the supply pipe 15 and the mixer 16 by the pump 13. To be supplied.
[0045]
And the hydrate slurry produced | generated by cooling in this production | generation heat exchanger 1 is discharged | emitted from the discharge port 7, is sent to the hydrate slurry tank 22 via the divider | distributor 21, and is stored. The hydrate slurry tank 22 and the aqueous solution tank 11 are provided with a stirring device 12.
[0046]
The hydrate slurry in the hydrate slurry tank 22 is taken out from the bottom of the tank and sent to the hydrate concentration controller 23. An aqueous solution is sent from the aqueous solution tank 11 through the pipe 29 to the hydrate concentration controller 23 through the pipe 29, and is mixed with the hydrate slurry as appropriate to obtain a solid phase fraction of the hydrate slurry. The equal concentration is adjusted and supplied to a load side device 26 such as an air conditioner via a feed pipe 25 by a pump 24. Then, the aqueous solution after being used in the load side device 26 is returned to the aqueous solution tank 11 via the return pipe 27.
[0047]
Next, a nuclear particle supply mechanism that is provided in the above-described pipeline and prevents overcooling will be described. First, a predetermined amount of core particles is mixed in the aqueous solution flowing through this system. Various kinds of nuclear particles can be used. The above-mentioned granulated slag particles are preferable, and these granulated slag particles are inexpensive, have stable characteristics, and are highly effective in preventing overcooling. The granulated slag particles have a specific gravity greater than that of the aqueous solution and have sedimentation properties.
[0048]
First, a part of the hydrate slurry discharged from the discharge port 7 of the product heat exchanger 1 is mixed with the mixer 16 by the pump 32 through the pipe 31 from the distributor 21. It is comprised so that it may be supplied to the supply port 6 of said production | generation heat exchanger 1 with aqueous solution.
[0049]
A part of the hydrate slurry taken out from the bottom of the hydrate slurry tank 22 is sent to the hydrate particle tank 34 for preventing overcooling via the pipe 33 and stored therein. The hydrate particle tank 34 is, for example, a heat insulation tank, and has the ability to store the hydrate slurry that has been sent for a predetermined period without melting the hydrate particles.
[0050]
Then, the hydrate slurry in the hydrate particle tank 34 is sent to the mixer 16 via the pipe 36 by the pump 35 and sent to the supply port 6 of the production heat exchanger 1 together with the aqueous solution. It is configured as follows.
[0051]
In addition, this apparatus is provided with a hydrate particle generation mechanism 14. This hydrate particle production mechanism can be operated independently of the hydrate production apparatus including the production heat exchanger described above, and produces a hydrate slurry containing a small amount of hydrate particles. I have the ability.
[0052]
The hydrate slurry produced by the hydrate particle production mechanism 14 is sent to the mixer 16 and is sent to the supply port 6 of the production heat exchanger 1 together with the aqueous solution. Yes.
[0053]
Next, the operation of the apparatus as described above and the method for preventing overcooling of the present invention will be described. First, when this apparatus is operated, the aqueous solution comes into contact with the heat transfer surface 1a in a fluidized state in the generated heat exchanger 1 and is cooled as described above. In this case, even if the minute portion of the aqueous solution comes into contact with the heat transfer surface 1a and becomes supercooled, the minute portion immediately flows and contacts the core particle adhesion surface 10 of the peeling blade member 9 described above. . Then, the contact with the core particles on the core particle attachment surface 10, that is, the granulated slag particles, eliminates the supercooling of the minute portions and generates hydrate particles. Thereby, the whole aqueous solution in this production | generation heat exchanger 1 does not become supercooling, but supercooling is prevented effectively.
[0054]
Further, as described above, core particles such as granulated slag particles are mixed in this aqueous solution, and a part thereof flows into the generated heat exchanger 1 together with this aqueous solution. Therefore, when the core particles come into contact with the supercooled minute portion of the aqueous solution, the supercooling is eliminated as described above, and hydrate particles are generated.
[0055]
When the hydrate particles are generated using the core particles as a core, the core particles are excluded from the generated particles. Therefore, the core particles in this aqueous solution are sent to the hydrate slurry tank 22 together with the produced hydrate slurry, separated in this tank, and settled at the bottom thereof. Therefore, when the operation of the apparatus is continued, the core particles gradually precipitate and accumulate on the bottom of the hydrate slurry tank 22, and the amount of the core particles floating in the aqueous solution decreases.
[0056]
And in order to cope with such a case, a part of discharged | hydrated hydrate slurry is supplied in the production | generation heat exchanger 1 via the mixer 16 via the said piping 31 and the pump 32. . The hydrate particles in the hydrate slurry eliminate supercooling and generate hydrate particles, similarly to the core particles. Since the hydrate particles are the same type of hydrate as the hydrate to be produced, they are the most effective nucleation nuclei and extremely effective in preventing overcooling.
[0057]
Moreover, when this apparatus restarts after stopping operation, the hydrate slurry discharged | emitted from the above production | generation heat exchangers 1 cannot be obtained. In such a case, the hydrate slurry stored in the hydrate particle storage tank 34 is supplied to the supply port 6 of the product heat exchanger 1 through the pipe 36.
[0058]
Even when all of the hydrate particles in the hydrate particle storage tank 34 have melted, the effect of preventing overcooling is obtained by supplying the aqueous solution in the tank to the generated heat exchanger 1. It is done. That is, as described above, since the core particles are deposited on the bottom of the hydrate slurry tank 22, the core particles are collected in the hydrate particle storage tank 34. Therefore, supercooling can be prevented by supplying the core particles together with the aqueous solution to the generated heat exchanger 1. Therefore, the hydrate particle storage tank 34 and the pipe line associated therewith also serve as a recovery / resupply mechanism for nuclear particles.
[0059]
In addition, when the hydrate slurry cannot be supplied from the hydrate particle storage tank 34 when the apparatus is started, the hydrate particle generation mechanism 14 is operated independently first. By supplying the produced hydrate slurry to the production heat exchanger 1 described above, overcooling can be prevented.
[0060]
As described above, if the operation of this apparatus is continued, the core particles may be deposited on the bottom of the hydrate slurry tank 22 and the core particles floating in the aqueous solution may be almost eliminated. When the apparatus is restarted in such a state, extremely large supercooling may occur. However, as described above, the hydrate particles are previously generated from the hydrate particle generation mechanism. By supplying to 1, overcooling can be effectively prevented.
[0061]
In order to avoid an undesirably large number of embodiments to be described, as described above, this embodiment includes a plurality of aspects of each mechanism and method of the apparatus of the present invention. However, it is not necessary to combine all of the above-described mechanisms and methods, and any one or a plurality of devices may be employed in an actual apparatus.
[0062]
Next, the results of experiments conducted to confirm the effects of the above-described methods and mechanisms will be described with reference to FIGS. In this experiment, when the TBAB aqueous solution was cooled and stirred, each of the above means, that is, when granulated slag particles having a particle size of 100 μm or less as the core particles were mixed in the aqueous solution to a concentration of 1 mg / L or more, The effect of, for example, immersing a member coated with granulated slag particles having a particle size of 300 μm or less as core particles in the case where hydrate particles are mixed is confirmed.
[0063]
As a reference example, in order to measure the state of supercooling when the aqueous solution was cooled without stirring, the aqueous solution of TBAB concentration of 25 wt% was cooled without stirring and measured using a differential calorimeter. . As a result, the aqueous solution was cooled to −16 ° C. and then the supercooling was released.
[0064]
FIG. 4 shows the case where the core particles are not mixed in the aqueous solution. As is clear from this figure, supercooling occurred to about −2 ° C. when the aqueous solution concentration was 40% or 19.8%.
[0065]
FIG. 5 shows a case where granulated slag particles having a particle diameter of 100 μm or less are mixed as core particles in an aqueous solution. As is apparent from this figure, it is shown that supercooling has a high effect of preventing overcooling up to about 5 ° C. when the aqueous solution concentration is 40% and up to 6 ° C. when the concentration is 19.8%.
[0066]
FIG. 6 shows a case where a glass rod having a granulated slag particle having a particle size of 300 μm or less as a core particle is immersed in an aqueous solution. When the concentration is 19.8%, it is supercooled to about 1 ° C. However, when the concentration is 40%, the supercooling is about 6 ° C., and depending on the concentration, the effect of preventing the overcooling is high.
[0067]
FIG. 7 shows a case where hydrate particles are mixed in an aqueous solution. In this case, for reference, the results of both cases of using distilled water and clean water for the preparation of the aqueous solution are shown. As is apparent from this figure, in each case, when the concentration is 19.8%, the supercooling occurs only at about 7 ° C., and when the concentration is 40%, only 10 ° C., and an extremely high effect is obtained. ing.
[0068]
In addition, this invention is not limited to said embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case where the cooling drum-shaped generation heat exchanger provided with the peeling blade member is used has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a shell-and-tube type generation heat exchanger is used. It can also be applied when used.
[0069]
Further, the core particles used in the present invention are not limited to those having a large specific gravity. For example, core particles having a specific gravity substantially equal to the specific gravity of the aqueous solution may be used. Since such core particles circulate together with the aqueous solution and do not settle, various problems caused by the precipitation of the core particles can be prevented.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the method and apparatus of the present invention, it is possible to extremely effectively prevent supercooling when the aqueous solution is cooled to produce a hydrate slurry. The effect is great because it can be carried out easily and easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a part of the generated heat exchanger according to one embodiment.
3 is a cross-sectional view of a peeling blade member taken along line 3-3 in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the results of an experiment conducted to confirm the effect of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the results of an experiment conducted to confirm the effect of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the results of an experiment conducted to confirm the effect of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the results of an experiment conducted to confirm the effect of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Generation | occurrence | production heat exchanger 1a Heat transfer surface 9 Separation blade member 10 Core particle adhesion surface 14 Hydrate particle generation mechanism 22 Hydrate slurry tank 34 Hydrate particle tank

Claims (3)

テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩及びトリiso−アミルサルフォニウム塩のいずれかのゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物粒子を生成する際に、水和物粒子の核となる核粒子を水溶液と接触させることにより水溶液の過冷却を防止して水和物粒子を生成し水和物スラリーを製造する方法であって、水溶液として水道上水又は工業用水を用い、核粒子として水道上水又は工業用水に含まれる微粒子を用いることを特徴とする水和物スラリーの製造方法。  Hydrated particles are cooled by cooling an aqueous solution containing a guest compound of any of tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt and triiso-amylsulfonium salt. A method for producing a hydrate slurry by producing a hydrate particle by preventing the supercooling of an aqueous solution by bringing the core particle that becomes the nucleus of the hydrate particle into contact with the aqueous solution when producing the hydrate slurry. A method for producing a hydrate slurry, characterized in that tap water or industrial water is used as particles, and fine particles contained in tap water or industrial water are used as core particles. テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩及びトリiso−アミルサルフォニウム塩のいずれかのゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物粒子を生成させて水和物スラリーを製造する装置であって、上記の水溶液を貯蔵する水溶液タンクと、該水溶液タンクから供給される水溶液を冷却する生成熱交換器と、上記の水溶液を上記の生成熱交換器に供給する供給口より上流側で、上記の生成熱交換器に供給される水溶液に上記の水和物粒子の核となる核粒子を供給する核粒子供給機構とを備え、上記の生成熱交換器は、伝熱面を有し上記の水溶液をこの伝熱面に接触させて冷却し、過冷却状態にある上記の水溶液の微小部分に上記の核粒子を接触させることにより過冷却状態を解消し水和物粒子を生成するものであり、上記の水溶液は、上記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水であり、上記の核粒子は水道上水又は工業用水に含まれる微粒子であることを特徴とする水和物スラリーの製造装置。Hydrated particles are cooled by cooling an aqueous solution containing a guest compound of any of tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt and triiso-amylsulfonium salt. An apparatus for producing a hydrate slurry by generating an aqueous solution tank for storing the aqueous solution, a generation heat exchanger for cooling the aqueous solution supplied from the aqueous solution tank, and the aqueous solution for generating the aqueous solution. A nuclear particle supply mechanism that supplies a core particle serving as a nucleus of the hydrate particle to the aqueous solution supplied to the generation heat exchanger at an upstream side from a supply port that supplies the exchanger. the heat exchanger has a heat transfer surface by contacting the aqueous solution of the above to the heat transfer surface cooled to contacting the nuclear particles to the above minute portion of the aqueous solution in the supercooled state The supercooled state is eliminated to produce hydrate particles, and the aqueous solution is tap water or industrial water containing the guest compound, and the core particles are converted to tap water or industrial water. An apparatus for producing a hydrate slurry, characterized in that the fine particles are contained. 冷却されて、テトラn−ブチルアンモニウム塩、テトラiso−アミルアンモニウム塩、テトラiso−ブチルフォスフォニウム塩及びトリiso−アミルサルフォニウム塩のいずれかをゲスト化合物とする水和物粒子を生成する水溶液であって、上記の水和物のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水であり、前記水道上水又は工業用水に含まれる微粒子が上記の水和物粒子の核となり水溶液の過冷却を防止する核粒子となることを特徴とする水溶液。  Cooled to produce hydrate particles having any one of tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt and triiso-amylsulfonium salt as a guest compound. An aqueous solution comprising tap water or industrial water containing a guest compound of the hydrate, and the fine particles contained in the tap water or industrial water serve as the nucleus of the hydrate particle, and the aqueous solution is supercooled. An aqueous solution characterized in that it becomes a core particle for preventing the above.
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