JP4620371B2 - 天然ガスハイドレート輸送船 - Google Patents

Description

本発明は、比較的簡易な構造で天然ガスハイドレートを効率よく輸送することができる天然ガスハイドレート輸送船に関するものである。

通常、要冷蔵や要冷凍の被輸送物を船で輸送する場合は、断熱構造の収容部に被輸送物を収容して、冷凍装置で強制的に収容部内部を冷却して輸送している。

また、液化ガスばら積み船（LNG輸送船等）においては、貨物倉の予冷を行なって、輸送途中では強制的な冷却を行なわない方法が一般的に採用されている。

しかしながら、強制的な冷却を行なう場合は冷凍装置が必要となり、加えて冷凍装置の設置により収容部の容積が縮小されてしまう。
また、予冷のみで一切、強制的な冷却を行なわない場合は十分な断熱システムが必要となる。
即ち、設備投資、ランニングコストの上昇、輸送効率の低下などの問題が生ずる。

ところで、天然ガスハイドレートの輸送においては輸送温度が重要となる。天然ガスハイドレートは大気圧下では、包蔵したガスを放出（ガスハイドレートの分解）し、その放出速度（ガスハイドレートの分解速度）は温度に依存することが知られている。即ち、約マイナス１０℃以下ではいわゆる自己保存効果によってガスハイドレートの分解速度が遅いので長時間、ガスを包蔵できるとされている。したがって、天然ガスハイドレートの分解速度が最遅である温度で保持しながら輸送すれば、天然ガスハイドレートが天然ガスを包蔵した状態で輸送できるので輸送効率が良いと言える。

天然ガスハイドレートの輸送に関しては、例えば天然ガスハイドレートを冷凍装置でマイナス３０℃以上０℃以下の温度範囲に保ちながら輸送することが提案されている（特許文献１）。この提案では天然ガスハイドレートが自然分解することによって放出するガスのエネルギーと天然ガスハイドレートを冷凍するのに要するエネルギーとを対比して、最もエネルギー損失が少ない条件として、この温度範囲を設定している。そして、天然ガスハイドレートを冷凍装置で強制的に冷却してこの温度範囲内に保持するようにしている。

しかしながら、この輸送方法でも天然ガスハイドレートを設定温度に保持するために強制的な冷凍装置が必要となり、設備投資、ランニングコストの上昇、冷凍装置の設置による収容部の縮小で輸送効率の低下などの問題が生ずる。特に、巨大な収容部を有する輸送船の場合は冷凍装置が大規模になるので、これらの影響が大きくなる。
たとえば大型の輸送船では冷凍装置が船体の約１０％を占めるものと試算され、収容容積を大幅に縮小せざるを得ないと考えられる。
特開２００３−３４３７９８

本発明は前記したような従来技術の問題点を解決するためになされたものである。即ち、比較的簡易な構造で天然ガスハイドレートが天然ガスを包蔵した状態で輸送することができる、即ち、輸送効率の良い天然ガスハイドレートの輸送船およびその輸送方法を提供することにある。

請求項１に係る天然ガスハイドレート輸送船は、天然ガスハイドレートを収容するための密閉収容部が輸送船の長手方向に複数並んで配置され、各密閉収容部の上部に開口部が設けられ、該開口部を密閉するカバー部を閉めることで前記密閉収容部が密閉状態になり、該密閉収容部を構成している断熱構造を、密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートの分解による吸熱と、密閉収容部の外部から密閉収容部の内部への入熱とが均衡する断熱構造とし、前記密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートの分解速度が極小となるマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下の温度に保つことを特徴としている。

請求項２に係る天然ガスハイドレート輸送船は、請求項１に記載の天然ガスハイドレート輸送船において、天然ガスハイドレートが小粒体であることを特徴としている。

ここでの小粒体とは粒径が１０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜５０ｍｍのものをいい、いわゆるペレットを意味するものである。形状は球形に限らず、歪んだ球状などでもよく、概ねこの寸法の粒状体を含むものである。

請求項３に係る天然ガスハイドレート輸送船は、請求項１に記載の天然ガスハイドレート輸送船において、前記密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートが分解して放出したガスを貯蔵するガス貯蔵タンクを備えていることを特徴としている。

天然ガスハイドレートは大気圧下では温度によって包蔵したガスを放出する速度（分解速度）が異なり、約マイナス１０℃以下であると分解速度が極めて遅くなることが知られている。これがいわゆる自己保存効果であり、減圧と周囲の熱によりガスハイドレートが溶けて分解が始まり、ガスが放出され水が表面を覆うが、分解による吸熱作用によってその水が氷の膜を形成して天然ガスハイドレートを覆い、天然ガスを閉じ込めて断熱保護するためであると言われている。

本発明者らは大気圧下で粒径２０ｍｍの天然ガスハイドレートのペレットを各雰囲気温度中に放置して、天然ガスハイドレートの分解速度を測定し、図３のような結果を得た。即ち、天然ガスハイドレートの分解速度には特異な傾向があり、マイナス２０℃(２５３Ｋ)を中心とした温度域で分解速度が極小となり、最も遅くなる分解速度特性があることが判明した。
ここで、分解速度とは天然ガスハイドレートに当初包蔵されていたガス量に対して単位時間に放出されるガス量の割合を百分率で表したものである。

この結果から天然ガスハイドレートを最も効率的に保存、輸送するには天然ガスハイドレートをマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下（以下、最適温度範囲）、好ましくはマイナス２５℃以上マイナス１５℃以下、さらに好ましくはマイナス２０℃に保つことが必要だということを見出した。

ところが、天然ガスハイドレートをマイナス２０℃程度に保つために密閉収容部を冷凍装置で冷却すれば従来同様の問題が生じてしまう。

そこで、本発明者らは天然ガスハイドレートが分解する際の吸熱作用と大気圧下では温度を制御して天然ガスハイドレートをマイナス２０℃に維持しても少なからず分解してしまい、吸熱作用が起こる点に注目した。

つまり、密閉収容部に収容した天然ガスハイドレートの分解による生じる吸熱と同じ熱を伝える断熱構造を密閉収容部に施すことで密閉収容部の出入熱が均衡して密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートを一定の温度に保つことができる。

したがって、密閉収容部の断熱構造を適切に設定すると冷凍装置を使用しなくても、天然ガスハイドレートの分解による吸熱で天然ガスハイドレートを最適温度範囲に保つことができ、天然ガスハイドレートが天然ガスを包蔵した状態で輸送することができ、効率的な輸送が可能となる。

また、密閉収容部を予冷や温度の微調整するために冷凍装置が必要だとしても極めて小規模の冷凍装置で足りるため、設備投資、ランニングコストの上昇、収容容積の縮小などの従来の問題を大幅に改善できる。 つまり、本発明により以下のような効果が得られる。

甲板上に天然ガスハイドレートを投入および排出するための開口部を有し、天然ガスハイドレートを収容する断熱構造の密閉収容部と、前記開口部を密閉するカバー部とを備えた天然ガスハイドレート輸送船の前記断熱構造を、前記密閉収容部に収容される天然ガスハイドレートの分解速度が極小となるマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下の温度に保つように設定し、この密閉収容部に天然ガスハイドレートを収容して輸送する。

これによって、密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートは分解により吸熱を行ない、一方、密閉収容部の断熱構造は外部からの入熱を抑制して、この吸熱に見合う程度の入熱を許容するので収容された天然ガスハイドレートをマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下に維持することができる。天然ガスハイドレートはこの最適温度範囲で分解速度が最遅となる。即ち、強制的な冷凍装置で冷却しなくても天然ガスハイドレートを効率よく輸送できる。

また、密閉収容部を予冷したり、細かな温度調節をするために冷凍装置を使用するとしても、小規模な冷凍装置で足りる。また、密閉収容部の断熱構造は天然ガスハイドレートの分解による吸熱と外部からの入熱を均衡させる程度の断熱性を確保すればよく、完全な断熱性は必要ないので、大規模な断熱構造にしなくてすみ、コスト上昇、収容容積の縮小の観点からも有利である。

天然ガスハイドレートを小粒体（ペレット）にすると、粉状体などの他の状態よりも分解速度を遅くすることができる。発明者らの実験によると、粉体状よりも小粒体（ペレット）の方が分解速度が遅いことが判明した。この結果から、天然ガスハイドレートをペレット化すれば輸送中に天然ガスハイドレートが分解して放出されるガスの量が少なくなり、輸送効率が向上する。

粒径の異なる小粒体を混合して収容することもでき、この場合は小粒体と小粒体との間により小さな小粒体が入り込むので充填率を上げることができ、ひいては輸送効率の向上にもつながる。

また、輸送船にガス貯蔵タンクを備えることで、輸送途中に密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートが分解して放出したガスを貯蔵することができる。天然ガスハイドレートは少なからず分解し、常にガスを放出するため、このガスを放置すれば資源の無駄になる。貯蔵したガスは、燃料等の資源として活用することができるので、天然ガスハイドレートの輸送システム全体として、資源の有効活用が可能となる。

また、天然ガスハイドレートを強制的に分解する分解手段を有すことにより、輸送効率の最も良い最適温度範囲を外れた場合は、天然ガスハイドレートを強制的に分解させ、吸熱を生じさせて天然ガスハイドレートを最適温度範囲に合致させることができる。
これによって、一時的には天然ガスハイドレートの分解量が増加するが最終的には分解して放出されるガス量を少なくでき、効率的な輸送が可能となる。

密閉収容部に気体を流通させて、天然ガスハイドレートを強制的に分解させるようにすると、単純な構造で済むのでコスト負担、ランニングコストの上昇を抑えることができる。たとえば、密閉収容部内部、外部等に流通パイプを通し、この流通パイプの中に大気を流通させるようにすることもでき、簡単な構造で天然ガスハイドレートを最適温度範囲に維持することができ、効率的な輸送が可能となる。

以下、本発明による天然ガスハイドレート輸送船の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。尚、以下は同時に本発明に係る輸送方法についても説明するものである。図２は輸送船の全体を示しており、天然ガスハイドレートの小粒体を収容するための密閉収容部１０が長手方向に四個並んで配置されている。各密閉収容部１０の上部には開口部１１が設けられ、この開口部１１を密閉するカバー部１２を閉めることで密閉収容部１０が密閉状態になる。天然ガスハイドレートはカバー部１２上方に配置された荷役装置４０によって開口部１１から充填および払い出しされる。
荷役装置４０の配置位置については図２に示すものに限られず、甲板２１全体をカバー部１２で密閉しカバー部１２の下方、即ち、密閉収容部１０内部に荷役装置４０を配置して荷役作業を行うようにすることもできる。

図１に示すように密閉収容部１０は内壁１３と外壁１４が断熱材１５を挟んで断熱構造を構成している。特に、この断熱構造に限定されるわけではなく、密閉収容部１０を断熱できれば、他の構造でもよい。外壁１４と船体外板２０の間は空洞となっている。

断熱材１５としては硬質発泡ポリウレタン、木材などが用いられるが、特にこれらの断熱材１５に限定する必要はなく、一般的な断熱材１５を用いることができる。

断熱材１５の素材、厚みや断熱構造などの仕様は、密閉収容部１０の大きさ、形状、輸送経路の気温条件などを考慮し、マイナス２０℃程度の天然ガスハイドレートが収容された場合、天然ガスハイドレートの分解による吸熱量と、この断熱構造によって密閉収容部１０を出入りする熱量を勘案して決定する。即ち、図３に示すような天然ガスハイドレートの分解速度の特性を利用して、密閉収容部１０への入熱と密閉収容部１０からの出熱を均衡させて、収容された天然ガスハイドレートがマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下となるように密閉収容部１０の断熱構造を設定し、天然ガスハイドレートの分解速度が極小となり、最も遅くなるようにする。このような断熱構造とすることで、収容した天然ガスハイドレートを強制的な冷凍装置なしで一定の温度に維持することが可能となり、最適な輸送効率となるマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下（最適温度範囲）に保つことも容易になる。

また、このような断熱構造とすると収容した天然ガスハイドレートが最適温度範囲を外れた場合も軽微な温度調整ですみ、冷凍装置が必要になるとしても小規模なもので足りるので、設備投資、ランニングコストの上昇、収容容積の縮小などの影響は小さい。試算では、冷凍装置が必要となるとしても船体の１％以下を占めるにすぎない小さなもので足りると考えられている。

また、断熱材１５も完全な断熱性を要求されず、密閉収容部１０への入熱と出熱が均衡する程度のもので足りるのでコスト負担も小さく、収容容積がさほど縮小されずに済む。

密閉収容部１０はそれぞれ独立しているので、各密閉収容部１０に異なる仕様の天然ガスハイドレートを収容することができ、また、異なる条件で収容できるようになっている。

密閉収容部１０の底面には、金属製の流通パイプ１８が設置され、大気などの気体が流通パイプ１８内を流通できるようになっている。流通パイプ１８の位置や大きさなどは適宜、決定され、たとえば側面に設けたり、密閉収容部１０の中心部を通るようにすることもできる。また、流通パイプ１８を省略することもできる。

カバー部１２も密閉収容部１０のような断熱構造にしたり、熱伝導性が小さい素材を用いて密閉収容部１０の断熱性を向上させることが望ましい。

また、図２に示すように甲板２１上には天然ガスハイドレートの分解により放出されたガスを貯蔵するためのガス貯蔵タンク３０が備わっている。

つぎに、この輸送船の使用方法について説明する。
まず、荷役装置４０によって天然ガスハイドレートのペレット２５が開口部１１から密閉収容部１０に投入され、充填が終了するとカバー部が閉められ密閉収容部１０は密閉状態となる。そして、順次、別の密閉収容部１０に天然ガスハイドレートのペレット２５が充填されてゆく。

密閉収容部１０は既述したような断熱構造となっているので、天然ガスハイドレート充填時の密閉収容部１０の初期温度はマイナス２０℃程度とし、マイナス２０℃程度の天然ガスハイドレートのペレット２５を充填するのが好ましい。
充填当初から密閉収容部１０がマイナス２０℃程度であれば、輸送中に最適温度範囲を維持するのが比較的容易となる。

天然ガスハイドレートをペレット２５とするのは、粉状体などの他の状態よりも分解速度が遅く、天然ガスハイドレートが天然ガスを包蔵した状態で輸送できる、即ち、効率的な輸送ができるからである。

密閉収容部１０の初期温度がマイナス２０℃よりも大きく外れている場合は強制的な予冷などで最適温度範囲に維持させることもできる。

また、たとえば密閉収容部１０の初期温度が０℃の場合は予冷をしたり、冷凍装置を用いて温度維持をすることなく、マイナス３０℃程度の天然ガスハイドレートのペレット２５を投入して、初期温度をマイナス２０℃程度に調整することもできる。

密閉収容部１０に収容された天然ガスハイドレートのペレット２５は断熱構造の密閉状態でたとえば、数週間かけて目的地へと輸送される。輸送中は時間的、地域的、季節的にも外気の温度が変化し、収容されている天然ガスハイドレートのペレット２５も温度的な影響を受ける。

そして、天然ガスハイドレートのペレット２５が最適温度範囲を外れた場合は流通パイプ１８に外気を流通させることで収容している天然ガスハイドレートを分解させて吸熱を生じさせて最適温度範囲を維持するように制御する。
このように流通パイプ１８を用いて、間接的に密閉収容部１０に気体を流通させることで収容されている天然ガスハイドレートを分解させることができる。

そのため、密閉収容部１０には複数の温度センサ１７を設け、温度センサ１７の信号により、最適温度範囲を維持することが望ましい。

流通パイプに大気を流通させるだけならばポンプなどの流通装置を設ければよく、冷凍装置は必要ない。ポンプすら省略することも可能である。

また、収容された天然ガスハイドレートはいかなる温度であっても少なからず分解するので、図２に示す甲板２１上に設けられたガス貯蔵タンク３０に分解により放出されたガスを貯蔵するようにしている。貯蔵したガスは燃料等の資源として活用し、天然ガスハイドレートを最大限利用する。ガス貯蔵タンク３０の大きさ、形状、配置場所などは適宜、決定される。

輸送船が目的地に着くと充填と反対の手順で天然ガスハイドレートのペレット２５が払い出されることになる。

この実施形態は輸送船についてのものであるが、開口部を有し、天然ガスハイドレートを収容する断熱構造の密閉収容部と、該開口部を密閉するカバー部とを備えた天然ガスハイドレート輸送車両として、該密閉収容部に収容される天然ガスハイドレートの分解によって生じる吸熱によって天然ガスハイドレートをマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下の温度に保ちながら輸送するようにすれば、輸送効率の良い天然ガスハイドレートの輸送車両となる。

同様に、開口部を有し、天然ガスハイドレートを収容する断熱構造の密閉収容部と、該開口部を密閉するカバー部とを備えた天然ガスハイドレートの保管タンクとし、該密閉収容部に収容される天然ガスハイドレートの分解によって生じる吸熱によって天然ガスハイドレートをマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下の温度に保つようにすれば、保管効率の良い天然ガスハイドレートの保管タンクとなる。

本発明の実施形態の輸送船の内部構造を示す船体正面方向に対する縦断面図である（ペレット充填状態）。 本発明の実施形態の輸送船の全体概要を示す一部切り欠き斜視図である。 天然ガスハイドレートのペレットの温度による分解速度の変化を示す図である。

符号の説明

１０ 密閉収容部 １１ 開口部 １２ カバー部
１３ 内壁 １４ 外壁 １５ 断熱材
１７ 温度センサ １８流通パイプ
２０ 船体外板 ２１ 甲板
２５ 天然ガスハイドレートのペレット（小粒体）
３０ ガス収蔵タンク ４０ 荷役装置

Claims (3)

1. 天然ガスハイドレートを収容するための密閉収容部が輸送船の長手方向に複数並んで配置され、各密閉収容部の上部に開口部が設けられ、該開口部を密閉するカバー部を閉めることで前記密閉収容部が密閉状態になり、該密閉収容部を構成している断熱構造を、密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートの分解による吸熱と、密閉収容部の外部から密閉収容部の内部への入熱とが均衡する断熱構造とし、前記密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートの分解速度が極小となるマイナス３０℃以上マイナス１０℃以下の温度に保つことを特徴とする天然ガスハイドレート輸送船。
2. 前記天然ガスハイドレートが小粒体であることを特徴とする請求項１記載の天然ガスハイドレート輸送船。
3. 前記密閉収容部に収容された天然ガスハイドレートが分解して放出したガスを貯蔵するガス貯蔵タンクを備えていることを特徴とする請求項１記載の天然ガスハイドレート輸送船。

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