JP4778333B2

JP4778333B2 - ガスハイドレート生成方法及び装置

Info

Publication number: JP4778333B2
Application number: JP2006065630A
Authority: JP
Inventors: 清司堀口
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: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007238850A

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの液化原料ガスと原料水によりガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法及び装置に関する。

現在、天然ガスを貯蔵及び輸送する方法としては、天然ガスを液化温度まで冷却してＬＮＧ（液化天然ガス）にした状態で貯蔵及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を液化させる場合は、極低温（−１６２℃程度）の条件が必要であり、こうした条件を維持しながら、貯蔵及び輸送を行うには、専用の貯蔵装置やＬＮＧ船などの専用の輸送手段が必要となる。こうした貯蔵装置や輸送船などの製造及び維持管理は、高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及び輸送方法が研究されている。

こうした研究の結果、天然ガスと原料水とを反応させて固体状態の水和物（ガスハイドレート）を生成し、この固体状態のまま貯蔵及び輸送する方法が見出され、有望視されている。この方法では、ＬＮＧを製造する時のような極低温を必要としないため、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、或いは既存のコンテナ船を、若干、改良したものを貯蔵装置、或いは輸送手段として利用可能となり、大幅な低コスト化が図れるものとして期待されている。

ところで、ガスハイドレートを生成する方式としては、圧力容器内の原料水を攪拌機で攪拌しながら原料ガスを気泡状に注入する攪拌バブリング方式と、圧力容器内に充満している原料ガス内に原料水を噴霧する噴霧方式との２つの方式があるが、ガスハイドレートを生成する生成速度は、攪拌バブリング方式の方が高いと言われている。しかし、いずれの方式でも、原料ガスと原料水とが反応してガスハイドレートになる時に発生する反応熱（生成熱ともいう。）の除去が問題になっている。

従来は、圧力容器の外部に熱交換器を設け、圧力容器内の原料水を外部の熱交換器によって冷却又は除熱した後、再度、圧力容器に戻しているが、この熱交換器は、液−液タイプの熱交換器であるから、圧力容器内の水相の温度と、熱交換器に供給する冷ブラインの温度との温度差ΔＴを大きくすることが難しい。このため、必然的に熱交換器が大型になるという問題がある。

他方、ガス田において液化され、消費地域に設けられたＬＮＧコンビナートに輸送された液化天然ガスの一部を、ＬＮＧコンビナートにおいて水和物化し、水和物化したガスハイドレートを各消費地又はガスハイドレートサテライトに輸送する天然ガスの供給方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この特許文献１には、液化天然ガスの水和物化処理は、例えば、常圧下において、常温の水と約−１６２℃の液化天然ガスとを混合し、両者間で行われる熱交換反応を利用して行われる化学処理等が挙げられ、これによりガスハイドレートを容易に生成されるとあるが、工業化するには克服すべき問題がある。
特開２００３−２２７６００号公報

本発明は、液化天然ガスと原料水との混合によるガスハイドレートの生成の実現化を図るガスハイドレート生成方法及び装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明に係るガスハイドレート生成方法は、液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法において、前記生成器内に液化原料ガスと原料水とを噴霧すると共に、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを攪拌機によって積極的に混合させ、更に、前記液化原料ガスを利用して冷却した冷媒を生成器に設けた冷却ジャケットに供給して反応熱を除去することを特徴とする。

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、液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置において、前記生成器に、液化原料ガスを噴霧する液化原料ガス噴霧ノズルと原料水を噴霧する原料水噴霧ノズルとを設けると共に、前記生成器内に噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを積極的に混合する攪拌機を設け、更に、前記生成器の反応熱を除去する冷却ジャケットを設けたことを特徴とする。

上記のように、請求項１に記載の発明は、前記生成器内に液化原料ガスと原料水とを噴霧すると共に、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを攪拌機によって積極的に混合させ、更に、前記液化原料ガスを利用して冷却した冷媒を生成器に設けた冷却ジャケットに供給して反応熱を除去するので、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水との直接伝熱により、ガスハイドレートの生成速度の向上が見込まれるようになった。特に、本発明は、液化原料ガスと原料水との双方を噴霧するので、原料水が大きな塊になるブロック化を防止することができ、機器の破損などを防止することが可能になった。更に、液化原料ガスをガスハイドレート化することにより、コンビナートにおいて、天然ガスなどの原料ガスを安全に、かつ、長期にわたって貯蔵することが可能になった。

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、液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置において、前記生成器に、液化原料ガスを噴霧する液化原料ガス噴霧ノズルと原料水を噴霧する原料水噴霧ノズルとを設けると共に、前記生成器内に噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを積極的に混合する攪拌機を設け、更に、前記生成器の反応熱を除去する冷却ジャケットを設けたので、液化原料ガスと原料水との直接伝熱によるガスハイドレートの生成を円滑に、かつ、容易に行うことが可能になった。また、従来の液−液型の外部熱交換器が不要になり、装置の小型化、コンパクト化を図ることが可能となった。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係るガスハイドレート生成装置の概略構成図であり、耐圧性を有する横型の生成器１は、生成器１の軸芯（図示せず）上に設けた水平な回転軸２の周囲に複数のヘリカルオーガ３を設けている。ヘリカルオーガとしては、Ｘ字形状に設けたヘリカルオーガ３ａと、山形状に設けたヘリカルオーガ３ｂとがある。これらのヘリカルオーガ３ａ，３ｂは、半径方向の支持軸４を介して回転軸２に固定され、攪拌機３０を形成している。回転軸２は、電動モータ５によって駆動するようになっている。符号６は、回転軸２に設けた大歯車、７は、減速機８の軸に設けた小歯車である。

上記生成器１は、その中央上部にノズル収納部９を有すると共に、その直下に生成したガスハイドレートスラリーｓを排出する排出部１０を有している。更に、生成器１は、その外周面に冷却ジャケット１１を有し、液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷熱を利用して冷却した冷媒（中間冷媒）ｂを通過させるようになっている。なお、所望により、回転軸２内ににも同様の冷媒（中間冷媒）ｂを通過させるようにしても良い。

上記ノズル収納部９は、その内部に液化原料ガス噴霧ノズル１２と原料水噴霧ノズル１３とを設けている。ここで、ＬＮＧタンク１４内の液化天然ガス（ＬＮＧ）ａは、第１の昇圧ポンプ１５によって所定の圧力に昇圧後、配管１７を経て液化原料ガス噴霧ノズル１２に供給するようになっている。他方、水槽１８内の原料水ｗは、第２の昇圧ポンプ１６によって所定の圧力に昇圧後、冷却器１９によって所定の温度に冷却され、配管２０を経て原料水噴霧ノズル１３に供給するようになっている。

次に、このガスハイドレート生成装置の作用について説明する。
図１に示すように、先ず、電動モータ５を稼働して回転軸２及びヘリカルオーガ３を回転すると共に、液化天然ガスによって冷却された冷媒ｂを冷却ジャケット１１に供給して生成器１を冷却する。

しかる後に、第１の昇圧ポンプ１５及び第２の昇圧ポンプ１６を駆動すると、第１の昇圧ポンプ１５によって所定の圧力（例えば、５ＭＰａ）に昇圧された液化原料ガス（ＬＮＧ）ａは、液化原料ガス噴霧ノズル１２から生成器１内に噴霧される。と同時に、第２の昇圧ポンプ１６によって所定の圧力（例えば、５ＭＰａ）に昇圧された原料水ｗは、冷却器１９によって所定の温度（例えば、５℃）に冷却された後、原料水噴霧ノズル１３から生成器１内に噴霧される。噴霧によって微粒化した液化原料ガス（ＬＮＧ）ａと原料水ｗとは、互いに接触して高濃度（例えば、５０ｗｔ％）のガスハイドレートスラリーｓとなる。その際、噴霧により微粒化した液化原料ガスａと原料水ｗとの直接伝熱によりガスハイドレートの生成速度の向上が見込まれる。その上、噴霧によって微粒化した液化原料ガス（ＬＮＧ）ａと原料水ｗは、攪拌機３０のヘリカルオーガ３によって攪拌されるため、ガスハイドレート化が促進される。

本発明に係るガスハイドレート生成装置の概略構成図である。

符号の説明

ａ液化原料ガス
ｗと原料水
１生成器
１１冷却ジャケット
１２液化原料ガス噴霧ノズル
１３原料水噴霧ノズル
３０攪拌機

Claims

液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法において、前記生成器内に液化原料ガスと原料水とを噴霧すると共に、噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを攪拌機によって積極的に混合させ、更に、前記液化原料ガスを利用して冷却した冷媒を生成器に設けた冷却ジャケットに供給して反応熱を除去することを特徴とするガスハイドレート生成方法。
液化原料ガスと原料水とを生成器内で混合してガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置において、前記生成器に、液化原料ガスを噴霧する液化原料ガス噴霧ノズルと原料水を噴霧する原料水噴霧ノズルとを設けると共に、前記生成器内に噴霧により微粒化した液化原料ガスと原料水とを積極的に混合する攪拌機を設け、更に、前記生成器の反応熱を除去する冷却ジャケットを設けたことを特徴とするガスハイドレート生成装置。