JP4817608B2 - ガスハイドレートの払い出し方法および払い出し装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧条件下において生成されるガスハイドレートを低圧側に払い出す方法および装置に関する。

ガスハイドレートは、水分子の作る籠の中にガスを取り込んでなる安定な固体状の水和物であり、取り込まれたガスがメタンの場合はメタンハイドレート、天然ガス（通常、メタンを主成分とした混合ガス）の場合は天然ガスハイドレートと呼ばれている。天然ガスハイドレートは、一般に低温高圧の条件下においては安定で、常温常圧では不安定なため、陸上では永久凍土地域、海域では水深５００ｍ以深の海底下に存在することが確認され、有望な天然ガス資源として注目されている。

一方で、ガスハイドレートは、その構造中に大量のガスを貯蔵できることに鑑み、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を工業的に生産して、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの新しい輸送・貯蔵手段として研究が進められている。例えば、天然ガスハイドレートは、数℃の温度、数十気圧の条件下で製造することができる。また、製造された天然ガスハイドレートの粉体またはペレットは、−１０数℃、大気圧の条件下で容易に輸送、貯蔵することができる。

ガスハイドレートの製造方法は、原料水を数℃に冷却し、高圧条件下（例えば、５０ｋｇ／ｃｍ^２）の生成槽に供給し、原料ガスを水中に噴き込んで反応させることにより、ガスハイドレートを生成する方法が知られている。この生成槽で生成されたガスハイドレートは、水面に浮上した状態で排出口から排出され、例えば脱水機により脱水処理が施された後、大気圧下に取り出すようになっている（特許文献１参照。）。

特開２００４−３５８４０号公報

ところで、このような高圧条件下で生成されたガスハイドレートを大気圧下に取り出す方法としては、例えば、高圧容器内で処理されたガスハイドレートを、排出口を通じて同一圧力に設定される他の容器内に落下させて収容し、この容器内の圧力を大気圧に戻してから取り出す方法が考えられる。しかし、ガスハイドレートは、その付着性や圧密性などの特性により、一部が排出経路内に付着するなどして自重落下による排出が困難になる場合がある。

これに対し、例えば、高圧容器と低圧容器との間に、それぞれ弁を介して中間容器を配設し、それらの弁を開閉して、高圧容器内のガスハイドレートを一旦中間容器に払い出した後、低圧容器に払い出す方法が考えられるが、高圧容器から中間容器にガスハイドレートが払い出されると、中間容器の圧力が高圧容器の圧力となる。したがって、中間容器の圧力が高圧のままで低圧容器に払い出すと、ガスハイドレートの品質が低下するおそれがある。

すなわち、ガスハイドレートは、圧力差を設けて輸送する場合、移送時の衝撃などにより、ガスハイドレートの平均粒径が細かくなり、取り扱い特性が悪くなるという問題がある。

本発明は、ガスハイドレートの払い出し時における品質を安定化させることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、ガスハイドレートが収容される高圧容器から脱水処理されたガスハイドレートを中間容器を介して低圧容器に払い出すにあたり、中間容器にガスを導入して中間容器の圧力を高圧容器の圧力以下で低圧容器の圧力よりも高い設定圧力に昇圧し、高圧容器から脱水処理されたガスハイドレートを中間容器に払い出した後、中間容器からガスを抜き出して中間容器の圧力を低圧容器の圧力まで減圧し、機械移送手段により中間容器のガスハイドレートを低圧容器に払い出すことを特徴とする。

すなわち、中間容器に収容されたガスハイドレートを、圧力差を設けずに機械的な操作で移送することにより、ガスハイドレートにかかる外力が低減され、例えば、脱水処理されたガスハイドレートの品質を保持しながら払い出すことができる。

具体的に、本発明のガスハイドレート払い出し装置は、ガスハイドレートの脱水機能を有する高圧容器と、この高圧容器に第１の自動弁を介して接続された筒状の中間容器と、この中間容器に第２の自動弁を介して接続された低圧容器と、中間容器に昇圧ラインを通じて高圧ガスを供給するガス供給弁と、中間容器内のガスを減圧ラインを通じて排出するガス排出弁と、中間容器内の一端に供給されるガスハイドレートを他端に移送する機械移送手段と、ガス供給弁を開いて中間容器内の圧力を高圧容器の圧力以下で低圧容器の圧力よりも高い第１の設定圧力に調整する第１の圧力調整手段と、ガス排出弁を開いて低圧容器の圧力と同じ第２の設定圧力に調整する第２の圧力調整手段とを備え、高圧容器から中間容器にガスハイドレートを払い出すときは、第１の圧力調整手段により中間容器の圧力を調整し、中間容器のガスハイドレートを機械移送手段で低圧容器に払い出すときは、第２の圧力調整手段により中間容器の圧力を調整することを特徴とする。

この場合において、機械移送手段としては、例えば、ピストンの前進動作によりガスハイドレートを移送するものであることが望ましい。また、他の例として、スクリュの回転および前進動作によりガスハイドレートを移送するようにしてもよい。

本発明によれば、ガスハイドレートの払い出し時における品質を安定化させることができる。

以下、本発明の実施の形態について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払い出し装置の第１の実施形態を示す構成図である。なお、本実施形態において、特に断りがない限り、原料ガスとは天然ガスを示し、ガスハイドレートは天然ガスハイドレートを示すものとする。ただし、原料ガスは、天然ガスに限定されず、例えば、メタンガス、ＣＯ_２ガス、フロンガスなどを用いるようにしてもよい。

図に示すように、本実施形態のガスハイドレート払い出し装置（以下、払い出し装置と称す。）は、高圧容器１と、中間容器３と、低圧容器５と、中間容器３に設けられるピストン７と、中間容器３の圧力を調整する圧力調整手段とを備えて構成される。

高圧容器１は、例えば、ガスハイドレートの脱水機能または冷却機能を有する容器からなり、一端側の上方には、ガスハイドレートａの導入口９が形成される一方、他端側の下方には、容器内で処理されたガスハイドレートｂを排出する排出口１５が形成されている。

中間容器３は、例えば、横型筒状の容器からなり、一端側の上方には、ガスハイドレートｂが導入される供給口１７が形成されている。供給口１７は、鉛直上向きに立ち上げた管路を通じて高圧容器１の排出口１５に接続され、この管路の途中には自動弁１９が設けられている。一方、中間容器３の他端側の端面は、ガスハイドレートｂが排出される排出口２５となり、この排出口２５は、低圧容器５の側壁に連結されている。中間容器３の排出口２５の手前側には、自動弁２１が設けられている。この自動弁２１は、中間容器３の内径と同じ開口径を有するボールを備えている。

また、中間容器３の一端側（排出口２５と反対側）には、中間容器３内を進退移動可能なピストン７が設けられ、供給口１７から導入されるガスハイドレートｂを排出口２５に移送するようになっている。ピストン７は、ロッド２３とこれを軸支するガイド部２４との間を気密にシールするようになっている。

低圧容器５は、例えば、縦型の筒状容器からなり、中間容器３の排出口２５が上部側壁に接続される一方、壁面を下方に向けて窄めた先の底部には、ガスハイドレートｂを排出する排出口２７が形成されている。

中間容器３の圧力調整手段としては、原料ガスを供給して容器３内を昇圧する昇圧ライン２９と、原料ガスを抜き出して容器３内を減圧する減圧ライン３１がそれぞれ中間容器３に接続されている。昇圧ライン２９にはガス供給弁３３が配設され、中間容器３の圧力が高圧容器の圧力以下の任意の設定圧力になるように、周知の手段により原料ガスの供給量が調節される一方、減圧ライン３１にはガス排出弁３５が配設され、中間容器３の圧力が低圧容器５の圧力とほぼ同じになるように原料ガスの排出量が調節されるようになっている。なお、ガス排出弁３３とは別に、圧力調整弁を独立して設けるようにしてもよい。

次に、本実施形態の払い出し装置における動作を説明する。まず、高圧容器１内は高圧状態（例えば、５０ｋｇ／ｃｍ^２）に管理され、例えば、原料水と原料ガスとの反応により生成されたガスハイドレートａが供給され、脱水や冷却処理などが施される。

中間容器３は、自動弁１９、ガス供給弁３３、ガス排出弁３５、自動弁２１がすべて閉状態（このときピストン７は完全に後退している）で、ガス供給弁３３を開いて原料ガスを中間容器３内に導入し、中間容器３が高圧容器１と同一の圧力まで昇圧されたところで、ガス供給弁３３を閉じる。続いて、自動弁１９を開き、高圧容器１内から中間容器３内に処理されたガスハイドレートｂを払い出した後、自動弁１９を閉じる。なお、ここでの払い出しは、ガスハイドレートｂの自重落下によるものであるが、自重落下に問題が生じる場合は、中間容器３の圧力をガスハイドレートｂの品質に影響を与えない範囲で、高圧容器１より低圧側に設定し、差圧を形成することにより差圧圧送するようにしてもよい。

次に、中間容器３内にガスハイドレートｂが導入されると、ガス排出弁３５が開いて原料ガスが排出され、中間容器３内の圧力が設定圧力、つまり低圧容器とほぼ同じ圧力（例えば、ほぼ常圧）になるまで減圧される。中間容器３の圧力が設定圧力に達すると、自動弁２１が開き、ピストン７が前進動作を始める。これにより、ガスハイドレートｂは、中間容器３内を移送され、低圧容器５内に払い出される。なお、ピストン７は、自動弁２１を経由して、図１の一点鎖線の位置まで前進するため、ガスハイドレートｂは中間容器３内に残留することがない。ガスハイドレートｂが低圧容器５内に払い出されると、ピストン７は元の位置まで後退するとともに、自動弁２１が閉じられる。

このように、本実施形態の払い出し装置によれば、中間容器３内に導入されるガスハイドレートｂを、ピストン７により押し出して移送できるため、低圧容器５との間で差圧を設ける必要がなく、安定した品質（例えば、粒度分布など）を得ることができる。すなわち、ガスハイドレートｂは、その払い出し時において、粒子の大きさなどが保持されるから、大気圧下における移送性やペレットなどの成型が容易になり、取り扱い特性が向上する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る払い出し装置について図面を用いて説明する。図２は、本実施形態の払い出し装置の特徴部を示す構成図である。なお、第１の実施形態で既に説明した高圧容器１などは省略し、その他、同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態の払い出し装置は、ガスハイドレートの機械移送手段となるピストン７に代えて、スクリュ３０を用いる点で、第１の実施形態と相違する。本実施形態では、中間容器３のケーシングの軸線上を一端側から貫いた回転軸３２の外周に螺旋状の羽根を形成したスクリュ３０が設けられている。このスクリュ３０は、回転軸３２が中間容器３の外側で図示しない駆動装置の操作軸に連結され、軸方向の回転と進退移動が可能になっている。なお、中間容器３内のスクリュ３０は、自動弁２１が閉状態のとき、中間容器３内に収まるように、軸方向の全長が設定（図中Ｌの範囲）されている。

この場合において、図３に示すように、ガスハイドレートの送り機能を強化するため、スクリュ３０の軸の先端に、送り羽根３４を複数枚設けるようにしてもよい。また、送り羽根３４のピッチを可変にしてもよい。

次に、本実施形態における払い出し機の動作について説明する。まず、中間容器３内にガスハイドレートｂが導入された後、中間容器３の圧力は、低圧容器５とほぼ同じ圧力まで減圧される。そして、自動弁２１が開くと、スクリュ３０は回転とともに軸方向に移動し、自動弁２１の開口部を通過して図の一点鎖線の位置まで前進する。これにより、スクリュ３０の駆動に合わせて移送されたガスハイドレートｂは、低圧容器５内に払い出される。スクリュ３０は、ガスハイドレートｂを払い出した後、後退して元の位置で待機する。

これによれば、ガスハイドレートｂは、中間容器３内をスクリュ３０の移送機能を利用して移送されるため、第１の実施形態と同様に、安定した品質を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る払い出し装置について図面に基づいて説明する。図４に示す払い出し装置は、第１の実施形態の払い出し装置において、中間容器３を縦型に配置した中間容器４１を備え、この中間容器４１の斜め上方から導入されたガスハイドレートｂをピストン７により底部まで移送させ、低圧容器４３内に払い出すようになっている。これによれば、中間容器４１内に導入されたガスハイドレートｂは、自動弁２１が開くと、大半は自重落下により低圧容器４３内に払い出され、中間容器４１の内面に付着する一部のガスハイドレートｂは、ピストン７により払い出される。本実施形態の払い出し機によれば、設置面積を小さくできるから、設計上の自由度が高くなる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る払い出し装置について図面に基づいて説明する。図５に示す払い出し装置は、第１の実施形態の払い出し装置において、中間容器３を傾斜配置させてなる中間容器５１を備え、この中間容器５１の頂部側面から、鉛直方向にガスハイドレートｂが導入されるようになっている。これによれば、第１の実施形態と比べて設置面積を小さくできることに加え、高圧容器１から払い出されるガスハイドレートｂが自重落下しやすくなるため、ガスハイドレートｂの払い出し効率を向上できる。

なお、図１、４、５において、ピストン７の駆動装置は、いずれも各中間容器の外部に配置されているが、例えば、図６に示すように、駆動装置２０を中間容器４１の内部に設けるようにしてもよい。これによれば、ロッド２３の軸シールを省略できるから、装置構成が簡単化され、経済的である。

本発明の第１の実施形態に係るガスハイドレート払い出し装置を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスハイドレート払い出し装置を示す構成図である。 図２のスクリュにおいて、軸先端に送り羽根を設けた例を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態に係るガスハイドレート払い出し装置を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るガスハイドレート払い出し装置を示す構成図である。 図１、４、５において、ピストンの駆動装置を中間容器内に設けた例を示す構成図である。

符号の説明

１ 高圧容器
３，４１，５１ 中間容器
５，４３，５３ 低圧容器
７ ピストン
１９、２１ 自動弁
２９ 昇圧ライン
３０ スクリュ
３１ 減圧ライン
３３ ガス供給弁
３５ ガス排出弁

Claims (4)

1. ガスハイドレートが収容される高圧容器から脱水処理された前記ガスハイドレートを中間容器を介して低圧容器に払い出すにあたり、前記中間容器にガスを導入して前記中間容器の圧力を前記高圧容器の圧力以下で前記低圧容器の圧力よりも高い設定圧力に昇圧し、前記高圧容器から脱水処理された前記ガスハイドレートを前記中間容器に払い出した後、該中間容器からガスを抜き出して該中間容器の圧力を前記低圧容器の圧力まで減圧し、機械移送手段により前記中間容器の前記ガスハイドレートを前記低圧容器に払い出すガスハイドレートの払い出し方法。
2. ガスハイドレートの脱水機能を有する高圧容器と、
   前記高圧容器に第１の自動弁を介して接続された筒状の中間容器と、
   前記中間容器に第２の自動弁を介して接続された低圧容器と、
   前記中間容器に昇圧ラインを通じて高圧ガスを供給するガス供給弁と、
   前記中間容器内のガスを減圧ラインを通じて排出するガス排出弁と、
   前記中間容器内の一端に供給される前記ガスハイドレートを他端に移送する機械移送手段と、
   前記ガス供給弁を開いて前記中間容器内の圧力を前記高圧容器の圧力以下で前記低圧容器の圧力よりも高い第１の設定圧力に調整する第１の圧力調整手段と、前記ガス排出弁を開いて前記低圧容器の圧力と同じ第２の設定圧力に調整する第２の圧力調整手段とを備え、
   前記高圧容器から前記中間容器に前記ガスハイドレートを払い出すときは、前記第１の圧力調整手段により前記中間容器の圧力を調整し、前記中間容器の前記ガスハイドレートを前記機械移送手段で前記低圧容器に払い出すときは、前記第２の圧力調整手段により前記中間容器の圧力を調整することを特徴とするガスハイドレートの払い出し装置。
3. 前記機械移送手段は、ピストンの前進動作により前記ガスハイドレートを移送するものである請求項２に記載のガスハイドレートの払い出し装置。
4. 前記機械移送手段は、スクリュの回転および前進動作により前記ガスハイドレートを移送するものである請求項２に記載のガスハイドレートの払い出し装置。

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