JP4777084B2

JP4777084B2 - ガスハイドレート生成装置

Info

Publication number: JP4777084B2
Application number: JP2006040595A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　剛
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007217585A

Description

本発明は、ガスハイドレートに付着している未反応水を、原料ガスと反応させることによって除去するようにしたガスハイドレート生成装置に関するものである。

ガスハイドレートは、水分子と気体分子により形成された氷状の固体結晶であり、水分子が構築する立体構造の籠（ケージ）の内部に気体分子が介在する包接水和物（ハイドレート）の総称である。天然ガスハイドレートは、１ｍ³のガスハイドレートの中に天然ガスを約１６５Ｎｍ³も包蔵しているため、天然ガスの輸送及び貯蔵手段として研究開発が盛んに行われている。

ガスハイドレートを生成する方法としては、図３に示すように、天然ガスと水とを氷点よりも高温で、かつ、大気圧よりも高圧で反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成工程１０１、生成されたが天然ガスハイドレートを物理的に脱水する物理脱水工程１０２、脱水過程又は脱水後において天然ガスハイドレートに含まれる残存水分を天然ガスと反応させて天然ガスハイドレートを生成する水和脱水工程１０３、生成されたが天然ガスハイドレートを冷却する冷却工程１０４、冷却された天然ガスハイドレートを大気圧まで減圧する減圧工程１０５、減圧後の天然ガスハイドレートを成形固化する成形工程１０６よりなるガスハイドレート生成方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、水和脱水工程１０３で使用している脱水装置は、２軸スクリュー型の脱水装置であるから設備コストが過大になるばかりでなく、この脱水装置は、横型の脱水装置であるから、設置面積が過大になるなどの問題があった。

そこで、発明者らは、従来の２軸スクリュー型の脱水装置の代わるものとして、図４に示すように、流動層方式の縦型のガスハイドレート生成器（２次生成器）を考案した。この２次生成器１１１は、耐圧容器１１２内に設けたガス噴射ノズル１１３より上方に向って高速で噴出する原料ガスｇによって耐圧容器１１２内のガスハイドレートｎを上下に激しく流動化させ、その流動化によってガスハイドレートｎに付着している未反応水を原料ガスｇと反応させてガスハイドレートｎに付着している未反応水を除去するようにしたものである。

しかし、流動層方式の２次生成器１１１は、ガスハイドレートｎを上下に流動化させる必要があることから耐圧容器１１２の容積が過大なものとなる。例えば、ガスハイドレートを１０００Ｔ／Ｄの割合で連続的に処理しようとした場合、耐圧容器１１２の直径が約３．４ｍ、高さが約７ｍとなる。また、サイクロン１１４より排出した原料ガスｇをコンプレッサ１１５で昇圧した後、上記ガス噴射ノズル１１３より噴出するようにしているので、大型のコンプレッサが必要となり、設備コストや動力費などが過大となるという不都合があった。
特開２００３−１０５３６２号公報

本発明は、係る問題を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、設備コストや設置面積などの低減が可能でありながら、ガスハイドレートに付着している未反応水を効率的に除去することが可能であるガスハイドレート生成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、ガスハイドレートに付着している未反応水を、原料ガスと反応させることによって除去するようにしたガスハイドレート生成装置において、耐圧性を有する倒立円錐形状の反応容器内にリボンスクリューを有する攪拌機を設けると共に、前記反応容器に湿潤状態のガスハイドレートを導入するバルブ付きのガスハイドレート供給部と、前記原料ガスを供給する原料ガス供給部とを設け、更に、前記反応容器の下部に反応完了後のガスハイドレートを排出するガスハイドレート排出バルブを設け、かつ、前記反応容器の側面に反応熱除去用の冷却部を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、請求項１記載のガスハイドレート生成装置において、前記攪拌機のリボンスクリューの直径を、前記攪拌機の上方に行くにしたがって拡大するようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、請求項１又は２記載のガスハイドレート生成装置において、前記攪拌機のリボンスクリューを１条又は複数条とすることを特徴とする。

上記のように、請求項１に記載の発明は、ガスハイドレートに付着している未反応水を、原料ガスと反応させることによって除去するようにしたガスハイドレート生成装置において、耐圧性を有する倒立円錐形状の反応容器内にリボンスクリューを有する攪拌機を設けると共に、前記反応容器に湿潤状態のガスハイドレートを導入するバルブ付きのガスハイドレート供給部と、前記原料ガスを供給する原料ガス供給部とを設け、更に、前記反応容器の下部に反応完了後のガスハイドレートを排出するガスハイドレート排出バルブを設け、かつ、前記反応容器の側面に反応熱除去用の冷却部を設けたので、攪拌機が回転すると、リボンスクリューによってガスハイドレートが反応容器の内壁に沿って持ち上げられると共に、リボンスクリューの上端から反応容器の中心部を通って下方に落下する循環運動を繰り返すようになる。

このため、ガスハイドレートと原料ガスとの混合が促進され、ガスハイドレートに付着している未反応水と原料ガスとが反応し易くなることから、ガスハイドレートに付着している未反応水を効率的に除去することができる。

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、請求項１記載のガスハイドレート生成装置において、前記攪拌機のリボンスクリューの直径を、前記攪拌機の上方に行くにしたがって拡大するようにしたので、請求項１の効果に加え、ガスハイドレートを反応容器の内壁に沿って持ち上げ易くなるという効果がある。

請求項３に記載の発明に係るガスハイドレート生成装置は、請求項１又は２記載のガスハイドレート生成装置において、前記攪拌機のリボンスクリューを１条又は複数条とするので、請求項２の効果と同様に、ガスハイドレートを反応容器の内壁に沿って持ち上げ易くなると共に、ガスハイドレートを攪拌し易くなるなどの効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１に示すように、ガスハイドレート生成装置１は、１次生成器１０、重力脱水塔２０、及び２次生成器３０により構成されている。

１次生成器１０は、耐圧性の反応容器１１、ガス噴出ノズル１２、及び攪拌機１３により構成され、反応容器１１に供給された原料ガスｇと水ｗとが反応してガスハイドレートとなる。その際、反応容器１１内の原料ガスｇは、コンプレッサ１４によって昇圧された後、第１冷却器１５によって冷却され、上記ガス噴出ノズル１２より反応容器１１内に微細な気泡となって噴出される。また、反応促進のため、反応容器１１内を攪拌機１３によって攪拌するようになっている。

他方、反応容器１１内のガスハイドレートスラリーｓは、スラリーポンプ１６によって重力脱水塔２０に供給されるが、その一部は、第２冷却器１７によって冷却又は除熱した後、反応容器１１内に戻すようになっている。

重力脱水塔２０は、中間部に金網や多孔板製などの水切り部２１を有する筒形の塔体２２と、水切り部２１を取り囲むように塔体２２の外側に設けた塔体２２よりも大径の水切り部屋２３により形成されている。１次生成器１０より塔体２２の下部に供給されたガスハイドレートスラリーｓは、塔体２２内を上昇する間に水切り部２１において重力脱水される。水切り部２１で除去された水ｗは、水切り部屋２３及び配管２４を経て１次生成器１０の反応容器１１に戻される。水切り部２１で脱水されたガスハイドレートｎは、重力脱水塔２０の塔体２２の頂部に設けた横型のスクリューフィーダー２５によって２次生成器３０に供給される。

２次生成器３０は、図１に示すように、耐圧性を有する倒立円錐形状の反応容器３１内にリボンスクリュー３２を有する攪拌機３３を設けている。この攪拌機３３は、螺旋状のリボンスクリュー３２内に回転軸３４を貫通させた構造となっており、螺旋状のリボンスクリュー３２は、回転軸３４に設けた片持ち式の多数の支持アーム３５の先端部分に固定されている。回転軸３４は、反応容器３１の上端開口部を覆う天板３６を貫通し、支持枠上に設けた電動モーター３７によって駆動するようになっている。

リボンスクリュー３２の見掛け上の直径は、攪拌機３３の上方に行くにしたがって連続的に拡大し、リボンスクリュー３２の外縁と反応容器３１の内壁との間隔が略一定になるようになっている。攪拌機３３のリボンスクリュー３２は、１条でもよいが、複数条とすることにより攪拌力を増加させることができる。

また、上記天板３６には、第１バルブ３８を備えたガスハイドレート導入管３９と、第２バルブ４０を備えた原料ガス導入管４１とを設けている。更に、反応容器３１は、その下端部にロータリーバルブ４２を設けている。更に、反応容器３１の側面に冷却コイル４３を設けている。また、反応容器３１の上部側壁には、圧力計４４を設け、反応が進んで反応容器３１内の圧力が設定値より低下した時、第２バルブ４０を制御して原料ガスｇを反応容器３１内に供給するようになっている。

符号４５は制御装置、４６は反応容器３１の外殻を示している。この原料ガスｇは、１次生成器１０の原料ガスｇに利用される。なお、この２次生成器３０は、バッチ式であるから同様のものを複数個用意して交互に使用するようになっている。

次に、図２を用いて２次生成器の作用を説明する。

上記重力脱水塔２０のスクリューフィーダー２５より２次生成器３０の反応容器３１内に所定量のガスハイドレートｎが供給されると、ガスハイドレート導入管４１の第１バルブ３８を閉め、電動モーター３７によって攪拌混合機３３を回転させる。

攪拌機３３が高速回転すると、リボンスクリュー３２によってガスハイドレートｎが反応容器３１の内壁に沿って、矢印ａのように、持ち上げられると共に、リボンスクリュー３２の上端から反応容器３１の中心部を通って、矢印ｂのように、下方に落下する循環運動を繰り返すようになる。そこへ、原料ガスｇを原料ガス導入管４１より反応容器３１に供給すると、ガスハイドレートｎと原料ガスｇとの混合が促進され、ガスハイドレートｎに付着している未反応水（図示せず）と原料ガスｇとが反応がガスハイドレートｎに付着している未反応水が実質的に除去される。

所定の時間が経過して、ガスハイドレートｎに付着している未反応水が除去されると、第２バルブ４０を閉めて原料ガスｇの供給を停止した後、２次生成器３０の下部のロータリーバルブ４２を回転させて、ほぼ乾燥したガスハイドレートｎを図示しない冷却装置に供給する。

本発明の２次生成器を含むガスハイドレート製造装置の概略構成図である。本発明に係る２次生成器の断面図である。従来のガスハイドレート生成システムのブロック図である。従来の２次生成器の断面図である。

符号の説明

ｇ原料ガス
ｎガスハイドレート
１ガスハイドレート生成装置
３１反応容器
３２リボンスクリュー
３３攪拌機
３９バルブ付きのガスハイドレート供給部
４１原料ガス供給部
４２ガスハイドレート排出バルブ
４３反応熱除去用の冷却部

Claims

ガスハイドレートに付着している未反応水を、原料ガスと反応させることによって除去するようにしたガスハイドレート生成装置において、耐圧性を有する倒立円錐形状の反応容器内にリボンスクリューを有する攪拌機を設けると共に、前記反応容器に湿潤状態のガスハイドレートを導入するバルブ付きのガスハイドレート供給部と、前記原料ガスを供給する原料ガス供給部とを設け、更に、前記反応容器の下部に反応完了後のガスハイドレートを排出するガスハイドレート排出バルブを設け、かつ、前記反応容器の側面に反応熱除去用の冷却部を設けたことを特徴とするガスハイドレート生成装置。
前記攪拌機のリボンスクリューの直径を、前記攪拌機の上方に行くにしたがって拡大するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガスハイドレート生成装置。
前記攪拌機のリボンスクリューを１条又は複数条とすることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレート生成装置。