JP4676187B2 - ガスハイドレート払出し装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスハイドレート払出し装置、更に詳しくは、縦型移動層式の脱水塔の上端からガスハイドレートを払い出すガスハイドレート払出し装置に関するものである。
現在、メタンなどの炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵および輸送する方法として、ガス田から天然ガスを採取した後、液化温度まで冷却し、液化天然ガス（ＬＮＧ）とした状態で貯蔵および輸送する方法が一般的である。
しかし、ＬＮＧの主成分であるメタンの場合、液化させるには、−１６２℃といった極低温条件が必要であり、こうした条件を維持しながら貯蔵および輸送するには、専用の貯蔵装置やＬＮＧ輸送船といった専用の輸送手段が必要となる。
こうした装置などの製造および維持・管理には、非常に高いコストを要するため、上記の方法に代わる低コストの貯蔵および輸送する方法が鋭意研究されてきた。こうした研究の結果、天然ガスを水と水和させて固体状態の水和物、すなわち、天然ガスハイドレートを生成し、この固体状態のまま貯蔵あるいは輸送するという方法が見出され、近年、有望視されている。
この方法では、ＬＮＧを取り扱う場合のような極低温条件は必要ではない。また、天然ガスを固体化するため、その取り扱いも比較的容易である。このため、既存の冷凍装置あるいは既存のコンテナ船を、若干、改良したものを貯蔵装置あるいは輸送手段として利用可能である。
従って、ＬＮＧを取り扱う場合に比較して大幅な低コスト化が図れるものとして期待が寄せられている。
天然ガスハイドレートは、包接化合物の一種であって、複数の水分子により形成された立体かご型の包接格子の中に天然ガスの各成分を構成する分子、すなわち、メタン（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）などが入り込んで包接された結晶構造を有するものである。
立体かご型の包接格子に包接された天然ガス構成分子どうしの分子間の距離は、天然ガスを高圧充填した場合のガスボンベ中における分子間距離よりも短くなる。これは、天然ガスが緊密充填された固体を生成することを意味しており、例えば、メタンの水和物が安定する条件下、すなわち、−８０℃、大気圧（１ｋｇ／ｃｍ2 ）においては、気体状態に比較して約１／１７０の体積とすることができる。
このように、天然ガスハイドレートは、比較的容易に得られる温度および圧力条件下において製造が可能であり、かつ、安定した保存が可能なものである。
上記の方法において、ガス田から採取した天然ガスは、酸性ガス除去工程において二酸化炭素（ＣＯ2 ）や硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などの酸性ガスが除去され、一旦、ガス貯蔵部に貯蔵され、この後、生成工程にて水和され、天然ガスハイドレートとなる。
この天然ガスハイドレートは、水が混在するスラリー状であり、生成工程に続く脱水工程において、混在している未反応の水が除去され、更に、再生成工程、冷却工程および減圧工程を経てコンテナなどの容器に封入され、貯蔵設備内において所定の温度および圧力に調整された状態で貯蔵される。
ところが、従来のガスハイドレート生成方法は、次のような問題を有している。すなわち、ガスハイドレートの生成プラントでは、生成直後のガスハイドレートが多量の水を含んだスラリー状であるため、このガスハイドレートを、そのまま、あるいは冷凍して貯蔵および輸送すれば、水（氷）の分だけ、貯蔵や輸送にかかるコストが膨大なものになってしまう。
そこで、含水率の低いパサパサな状態のガスハイドレートを生成して、その貯蔵や輸送にかかるコストを低減することを目的として、スラリー状のガスハイドレートを横型のスクリュープレス型脱水装置を用いて強制的に脱水するガスハイドレートの生成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１０５３６２号公報（第７−１０頁、図２）
このスクリュープレス型脱水装置は、メッシュ加工した内壁と、この内壁の外側にあって外殻を構成する筒体との二重構造になっており、内壁内に設置したスクリュー軸によってスラリー状の天然ガスハイドレートを強制的に前進させることによって内壁に加工したメッシュから水を除去するようにしているため、脱水（濃縮）中に天然ガスハイドレートの多くが水と一緒に内壁のメッシュ孔をすり抜け、天然ガスハイドレートの回収率が低下するという問題がある。
また、スクリュー軸を高トルクで回転させるための動力費がかかるという問題がある。更に、内部が高圧の状態で高トルクを発生させるため、設備全体が過重になっており、スクリュー軸を高圧から大気圧までシールする必要がある。
このような問題を無くすために、本発明者らは、従来のような強制脱水ではなく、重力を利用したガスハイドレートの新規な脱水方法を提案したが、図１０及び図１１のように、縦型移動層式の脱水塔１の上端にスクリューコンベア２を水平に設置したため、スクリューコンベア２によって脱水塔上端の出口３が塞がれ、脱水塔１によって脱水されたガスハイドレート層ａの上昇が阻害されることがあった。
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その第一の目的は、ガスハイドレート脱水層の上昇を阻害することなく、脱水塔上端の出口から粉体状のガスハイドレートを円滑に払い出すことができるガスハイドレート払出し装置を提供することにある。
本発明の第二の目的は、ガスハイドレート脱水層の塊を解砕しながら、脱水塔上端の出口から粉体状のガスハイドレートを円滑に払い出すことができるガスハイドレート払出し装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
請求項１に係るガスハイドレート払出し装置は、縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を前記脱水塔の真上にほぼ水平に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔上端の出口に対応するように設けた解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部の回転軸には、複数の扇状のスクリュー羽根を払出し側に向かって所定の間隔で配置することを特徴とするものである。
請求項２に係るガスハイドレート払出し装置は、縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を前記脱水塔の真上にほぼ水平に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔上端の出口に対応するように設けた解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部の回転軸には、櫛型の解砕羽根と扇型の払出し羽根とを背中合わせになるように配したことを特徴とするものである。
上記のように、請求項１に記載の発明は、縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を脱水塔の真上に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔の真上に位置する解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成したので、ガスハイドレート脱水層を脱水塔の真上に位置する解砕部によって解砕しながら、解砕部の後方に位置する移送部によって移送部の出口に向けて円滑に払い出すことができる。
請求項２に記載の発明は、縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を脱水塔の真上に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔の真上に位置する解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部には、ハンマー状の複数本の解砕具を回転軸の円周方向及び軸方向に分散して配置したので、脱水塔上端の出口からガスハイドレート脱水層を円滑に払い出すことができるようになった。特に、この発明は、脱水塔上端の出口に対応する解砕部にハンマー状の解砕具を回転軸の円周方向及び軸方向に分散して配置したので、ガスハイドレート脱水層を解砕しながら円滑に払い出すことができるようになった。
請求項３に記載の発明は、ハンマー状の解砕具を、回転軸の半径方向に立設させた支持バーと、該支持バーに関節部を介して揺動自在に設けたハンマー体により形成したので、ガスハイドレート脱水層を解砕しながら、より円滑に払い出すことができるようになった。
請求項４に記載の発明は、ハンマー体を、回転体の軸芯に対して所定の角度だけ払出し側に傾けたので、ガスハイドレートを確実に払いだすことができるようになった。
請求項５に記載の発明は、縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を脱水塔の真上に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔の真上に位置する解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部には、スクリュー羽根を払出し側に向かって所定の間隔で配置したので、請求項２に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項６に記載の発明は、縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を脱水塔の真上に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔の真上に位置する解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部には、櫛型の解砕羽根と扇型の払出し羽根とを配したので、請求項２に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１において、１１は第１生成器、１２は縦型移動層式脱水塔、１３は払出し装置、１４は第２生成器、１５は造粒装置である。
第１生成器１１は、耐圧容器１６と、ガス噴出ノズル１７と、攪拌機１８により構成されている。
縦型移動層式脱水塔１２は、筒型の塔体２０と、塔体２０の中間部に設けた筒状の水切り部２１と、水切り部２１の外側に設けたジャケット状の脱水集合部２２により形成され、水切り部２１は、ガスハイドレートと水とを分離するものであり、金網を筒型に形成したもの、或いは穴開き円筒などを使用する。
払出し装置１３は、縦型移動層式脱水塔１２の上端にほぼ水平に取り付けられている。この払出し装置１３は、図２に示すように、横型の筒体２４と、筒体２４内に設けた払出し手段２５により形成され、モーター２６によって払出し手段２５を回転するようになっている。
払出し手段２５は、脱水塔上端の出口１２ａに対応する解砕部Ｘと、解砕部Ｘよりも後方に位置する移送部Ｙにより形成されている。解砕部Ｘは、図３に示すように、ハンマー状の解砕具２７をらせん状、すなわち、回転軸２８の円周方向及び軸方向に分散して配置することにより形成され、移送部Ｙは、らせん状の羽根２９を回転軸２８の周囲に取り付けることにより形成されている。従って、この移送部Ｙは、所謂スクリューコンベア２３を呈している。
このハンマー状の解砕具２７は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転軸２８の半径方向に立設させた支持バー３０と、支持バー３０に関節部３１を介して揺動自在に設けたハンマー体３２により形成され、関節部３１を中心にしてハンマー体３２が前後に首振り運動するようになっている。ハンマー体３２の首振り運動を制限するため、関節部３１には、その前後にストッパー３１ａ、３１ｂが設けられている。
その上、ハンマー状の解砕具２７のハンマー体３２は、図５に示すように、回転軸２８の軸芯Ｏに対して払出し側に所定の角度θだけ傾けられ、ガスハイドレートの解砕機能と、横送り機能との２つの機能を持っている。
第２生成器１４は、図１に示すように、耐圧容器３３と、ガス噴出ノズル３４と、定量払出し装置３５と、サイクロン３６により構成されている。
次に、上記ガスハイドレート製造装置の作用について説明する。
図１に示すように、耐圧容器１６に供給された原料ガス（例えば、天然ガス）ｇと水ｗとは、耐圧容器１６内で水和反応してガスハイドレートとなる。このガスハイドレートは、スラリーポンプ３８によって水ｗと一緒に縦型移動層式脱水塔１２に供給される。
縦型移動層式脱水塔１２に供給されたガスハイドレートスラリーｓは、塔体２０内を上昇する。そして、水切り部２１に達すると、水切り部２１から水（スラリー母液）ｗが流出し、ガスハイドレートｎが層状に蓄積する。このガスハイドレート層ａは、ガスハイドレートｎに同伴した水（スラリー母液）ｗが通過する際に上方に押し上げられ、脱水塔１２の上端の出口１２ａに到達する。
脱水塔１２の上端の出口１２ａに達したガスハイドレートｎは、図３に示すように、ハンマー状の解砕具２７によって細かに解砕されながら、スクリューコンベア２３側に送出される。その際、ハンマー状の解砕具２７のハンマー体３２は、関節部３１によって前後方向に首振り運動可能（図４（ａ）及び（ｂ）参照。）になっているから、ガスハイドレート層の上昇を妨げることがない。
上記スクリューコンベア２３は、ガスハイドレートｎを第２生成器１４に移送する。第２生成器１４に導入された粉体状のガスハイドレートｎは、ガス噴出ノズル３４から噴出する原料ガスｇによって流動化されながら定量払出し装置３５によって造粒装置１５に供給され、粒状の製品となる。
ここで、第１生成器１１は、生成器内の原料ガスｇを第２生成器１４に供給すると共に、コンプレッサ３９で昇圧後、冷却器４０で冷却してガス噴出ノズル１７に供給するようになっている。更に、スラリーポンプ３９によって送出したガスハイドレートスラリーｓの一部を冷却器４１で冷却して第１生成器１１に戻すようにしている。
また、脱水塔１２によって脱水された水ｗは、第１生成器１１に戻される。第２生成器１４では、第２生成器１４の原料ガスｇをコンプレッサ４２で昇圧後、冷却器４３で冷却してガス噴出ノズル３４に供給するようになっている。その際、飛散したガスハイドレートをサイクロン３６で捕集した後、第２生成器１４に戻される。
以上の説明では、脱水塔上端の出口１２ａに対応する解砕部Ｘに、ハンマー状の解砕具２７をらせん状に設けた場合について説明したが、例えば、図６に示すように、脱水塔上端の出口１２ａに対応する解砕部Ｘには、回転軸２８に扇状のスクリュー羽根４５を払出し側に向かって所定の間隔で配置した場合でも同様の効果が得られる。
また、図８に示すように、脱水塔上端の出口１２ａに対応する解砕部Ｘには、回転軸２８に櫛型の解砕羽根４６と扇型の払出し羽根４７とを配した場合でも同様の効果が得られる。この例の場合、ガスハイドレートｎは、脱水塔１２に設けたシューター４９を経てスクリューコンベア２３に供給されるようになっている。
また、図９に示すように、脱水塔上端の出口１２ａに対応する解砕部Ｘに、複数のスクリューコンベア４８を並列に設けた場合でも同様の効果が得られる。
また、この払い出し装置は、付着性の強いガスハイドレートのほか、一般的な粉体の払い出し装置として広く使用することができる。
１２ 脱水塔
２３ スクリューコンベア
２５ 払出し手段
２７ 解砕具
ｎ ガスハイドレート
Ｘ 解砕部
Ｙ 移送部
２３ スクリューコンベア
２５ 払出し手段
２７ 解砕具
ｎ ガスハイドレート
Ｘ 解砕部
Ｙ 移送部
Claims (2)
- 縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を前記脱水塔の真上にほぼ水平に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔上端の出口に対応するように設けた解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部の回転軸には、複数の扇状のスクリュー羽根を払出し側に向かって所定の間隔で配置することを特徴とするガスハイドレート払出し装置。
- 縦型移動層式の脱水塔によって脱水されたガスハイドレート脱水層を前記脱水塔の真上にほぼ水平に設けた払出し手段によって払い出すようにしたガスハイドレート払出し装置において、前記払出し手段を、脱水塔上端の出口に対応するように設けた解砕部と、該解砕部の後方に位置する移送部により構成し、前記解砕部の回転軸には、櫛型の解砕羽根と扇型の払出し羽根とを背中合わせになるように配したことを特徴とするガスハイドレート払出し装置。
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