JP4817794B2 - 天然ガス水和物の移送方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力レベルの異なる系への天然ガス水和物の移送に関するもので、例えば、５４ａｔａの高圧と５℃程度の常温近傍の温度に保持されている天然ガス水和物を、常圧で−２０℃の雰囲気に保持されている貯槽や造粒機に連続的、かつ直接的に移送する方法とその装置に関する。

一般的に天然ガスの輸送形態として、液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）の形で行われているが、この方法では極低温（−１６２℃）に保持する必要があることから、この極低温を保持する手段と移送する手段に問題がある。近年、このＬＮＧの持つ本質的な問題を解決するために、天然ガス水和物（ガスハイドレート、以下、ＮＧＨという）が注目されており、中でも、ハンドリングの容易性や分解に対する抵抗性などの面から、ＮＧＨを球形（直径が１０〜５０ｍｍ程度）などのペレット状に成型して保管し、輸送することが提案されている。

ＬＮＧは、単位体積当たりの容積減少率が大きい（天然ガスの元の体積の１／６００）が、沸点が著しく低いため、−１６２℃という極低温に保って輸送する必要がある。従って、温度コントロールを誤ると急激に気化し、爆発する危険性もある。

一方、ＮＧＨは、単位体積当たりの容積減少率がＬＮＧに比べ小さい（天然ガスの元の体積の１／１７０）が、ＬＮＧのように−１６２℃の液体として維持し続けるための多くの冷却エネルギーを投入する必要がなく、−２０〜−１０℃程度の冷却温度に保ちながら輸送できる特徴を有している。更に、ＮＧＨは自己保存効果、つまり、ＮＧＨの分解と同時に解凍潜熱でＮＧＨ表面が氷で包まれることにより、分解が抑制される効果を有していることから、常圧で前記−２０〜−１０℃の温度においてほとんど分解しないが、常温では穏やかに分解する特性を持っていおり、この特性を利用して安定的に貯蔵できる利点がある。

ＮＧＨの製造工程においては、生成容器内に水を収容し、例えば、圧力を５４ａｔａ、温度を５℃に保持し、この水と天然ガスと接触させることによってＮＧＨスラリーを生成し、その後脱水し、粉末状のＮＧＨが得られる。しかしながら、このＮＧＨ粉末はそのままでは充填密度が小さく、しかも前記のように高圧の雰囲気を必要とするので、保存することが困難である。そこで、保存に適した状態や形状とするために、常圧・低温（例えば、大気圧、−２０℃）に保持されている貯槽で保存したり、ペレット状に成形される。

また、ＮＧＨ製造工程では、高圧の原料ガスは、原料水と共に生成容器に供給され、０℃程度の温度で、高圧下（例えば、５４ａｔａ）で水和反応を行うが、この際、原料水中に原料ガスをバブリングする方式や、原料ガス雰囲気中に原料水を噴霧させる方式が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
特開２０００−３０２７０１号公報 特開２０００−２５６２２６号公報

前記特許文献１、２に記載されたＮＧＨの製造方法によると、ＮＧＨは水より比重が小さいので生成容器内の水面付近に浮上して水を含んだＮＧＨ層を形成するので、これを分離回収している。

ここで、回収されるＮＧＨは外観上、粉末であるが、その含水濃度によっては遠心分離機やスクリュープレス機等による脱水処理が必要となり、また、ＮＧＨのハンドリングを考慮すると粉末状よりはペレット状の方が好ましい。すなわち、何れもＮＧＨスラリーの後処理が必要であり、その方法や、後処理する際に高圧状態のＮＧＨを脱圧する方法等が考慮されていない。

また、前記特許文献１によると、高圧の生成容器から回収されたＮＧＨを常圧の貯蔵容器に送る前に冷却容器で冷却してから脱圧するようにしているが、この方式では冷却容器中の気相部分に溜まった高圧の天然ガスを放出しなくてはならない。そこで通常は、この放出ガスを回収し、ＮＧＨ製造原料ガスとしてリサイクルするための付帯設備（ガスホルダー、コンプレッサー、高圧配管、バルブ等）が必要となり、そのための動力も余分に掛かるという問題がある。

本発明は、前記の問題を解決するために考案されたものであり、特に高圧で運転されるＮＧＨ製造装置で生成した高濃度のＮＧＨや既に高圧下で脱水されたＮＧＨ粉末を常圧下で貯蔵若しくはペレット成形する場合に、前記放出ガスを発生することなく、しかも連続的に移送するための方法と装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明は、次のように構成されている。
１）高圧下において水と天然ガスを反応させて製造されたガスハイドレートをスクリュー式移送装置によって低圧の帯域に移送する方法において、前記スクリュー式移送装置の移送終端部に移送されるガスハイドレートの吐出を阻止又はガスハイドレートに抵抗を与えることによって一時的に圧密化し、この圧密化されたガスハイドレートによってバレル内の圧力を、高圧下に保持することを特徴としている。

２）高圧下に保持されているガスハイドレートを低圧の帯域に移送する装置において、前記移送装置は、一端にガスハイドレートの供給口を配設したバレルと、このバレル内に支持されているスクリュー軸とからなるスクリュー式移送装置であって、前記バレルの終端あるいは終端に続く部分に吐出口を開口した閉止壁体が設けられ、前記吐出口は弁装置によって開閉可能に構成され、更に、前記スクリュー軸の先端部と前記閉止壁体との間に、所定の容量を有する加圧室が形成されており、前記弁装置を開閉操作することによって前記加圧室内のガスハイドレートを一時的に滞留させることによって、前記スクリュー式移送装置を経由して移送する間に供給側の高圧を保持しながら低圧の帯域側にガスハイドレートを放出するように構成されていることを特徴としている。

本発明は、特殊な圧力保持機能を持つスクリュー式移送装置１を使用し、前記スクリュー式移送装置内のスクリュー軸の先端部とバレルの終端部との間に加圧室を形成し、この加圧室内に被移送物であるＮＧＨ粉末を一旦閉じ込め、その押圧力によってその部位を高圧にするものであり、これにより、ＮＧＨ粉末自体にシール性が生じ、バレル内を高圧に保持できる。さらに、弁装置を間欠的に動作することによって、バレル内でのＮＧＨ粉末は高圧のままで、加圧室から常圧の貯槽等へのＮＧＨ排出量を増減することができる。従って、前記の放出ガスの発生はなく、放出ガスをリサイクルするための付帯設備やその動力も不要となる。

さらに、本発明においては、スクリュー式移送装置のバレル外周に冷却ジャケットを配置しているので、ＮＧＨ粉末を移送する際に発生する熱を除去できると同時に、ＮＧＨ粉末が自己保存効果を発揮する低温まで任意に冷却することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るスクリュー式移送装置１を使用して高圧の雰囲気に保持されているＮＧＨ粉末ｎを、低圧の雰囲気に保持されている次工程、例えば貯槽やペレット成型工程に、前記高圧状態を保持しながら連続的に移送するための移送装置の概略図を示している。
（移送装置）
図１において、１は本発明に係るスクリュー式移送装置であって、バレル１０とスクリュー軸１１で構成され、このスクリュー軸１１の先端部とバレル１０の閉止壁３０との間に本発明の特徴である加圧室２が形成され、この加圧室２に隣接して減圧室３がバルブ９を介して形成されている。

そして図示しないＮＧＨ製造工程から移送されてきた高圧（初期圧Ｐ１）を持つＮＧＨ粉末ｎは、ＮＧＨ供給管路４を経由して前記スクリュー式移送装置１に供給され、後述する特殊構造を持つスクリュー軸１１によって加圧されながら加圧室２内に押込みながら移送される。

この加圧室２内にＮＧＨ粉末ｎが移送された段階では加圧室２内の圧力は図２（Ｂ）のように前記初期圧Ｐ１より高圧に加圧されている。一方、前記減圧室３は、加圧室２の閉止壁３０に開口されている吐出口１３を開閉するバルブ装置１６を設けたバルブ室であり、このバルブ装置１６の動作によって前記吐出口１３から排出されるＮＧＨ粉末ｎの吐出量を、バルブ９の押圧力（逆圧）によって制限して前記加圧室２内の圧力を調整し、保持する機能を持っている。

前記移送装置１の供給口より初期圧Ｐ１で供給されたＮＧＨ粉末ｎは、この移送装置１を構成するスクリュー軸１１と、加圧室２と、減圧室３の一連の作用によって二次圧Ｐ２に減圧されてＮＧＨ貯槽６に送出される。この二次圧Ｐ２は本発明においてはＮＧＨの自己保存効果を奏する圧力である常圧を意味している。
（スクリュー式移送装置）
図２（Ａ）と図３に示すように、ＮＧＨ粉末ｎを移送するスクリュー式移送装置１は、バレル１０と、このバレル１０内に回転可能に嵌挿されたスクリュー軸１１と、バレル１０に隣接して配置された減圧室３を有している。そして、このスクリュー式移送装置１は、バレルの終端あるいは終端に続く部分に吐出口１３を開口した閉止壁体３０が設けられており、前記スクリュー軸１１の先端部分と前記閉止壁体との間に加圧室２が形成されており、吐出口１３に設けられた弁装置の開閉によってＮＧＨを一時的に加圧室２に滞留させるように構成されている。

図２（Ａ）に示すように前記スクリュー軸１１は小径部Ｓ１と中径部Ｓ２と大径部Ｓ３で構成されており、小径部Ｓ１は供給口１２の位置に配置されるＮＧＨ粉末ｎの導入部で、フライトＦの高さが他に比較して高くなっており、ＮＧＨ粉末ｎの単位移送量の多い大移送容積部Ｖ１が形成されている。

中径部Ｓ２は、スクリュー軸１１の小径部Ｓ１と大径部Ｓ３との中間に配置され、前記小径部Ｓ１から前記大径部Ｓ３にかけてその軸径が次第に拡大するように形成されており、ＮＧＨ粉末ｎの単位移送量を次第に減少される中移送容積部Ｖ２が形成されている。

大径部Ｓ３は、前記スクリュー軸１１の先端部から中径部Ｓ２の手前に形成され、フライトＦとスクリュー軸１１との間隙が他に比較して最も狭くなっており、ＮＧＨ粉末ｎの単位移送量が最も少ない小移送容積部Ｖ３が形成されている。

そして、前記スクリュー式移送装置１は、ＮＧＨ粉末ｎを移送しながら冷却する手段として、冷却ジャケット１５を有し、ブラインタンク（不図示）とブラインポンプ（不図示）とを経由して循環するブラインによって、前記ＮＧＨ粉末ｎを−２０℃程度に冷却保持する。この温度制御手段として冷却ジャケット１５の他に、例えばスクリュー軸１１の内部を２重又は多重構造とし何れか一方の間隙にブラインを循環してもよく、また、前記冷却ジャケット１５と組合わせて用いてもよい。

図３においてスクリュー式移送装置１の供給口１２に供給されたＮＧＨ粉末ｎは、前記供給口１２の位置に配置される小径部Ｓ１に設けられたフライトＦとそのスクリュー軸１１とバレル１０とに仕切られたＮＧＨ粉末ｎを移送する移送容積部Ｖ１に収容され、前記スクリュー軸の回転に伴って中径部Ｓ２領域へ移送される。小径部Ｓ１は移送が主であるので、被搬送物であるＮＧＨ粉末ｎの粉体圧Ｐは余り上昇しない。

次に、前記小径部Ｓ１から中径部Ｓ２に移送されるＮＧＨ粉末ｎは、該中径部Ｓ２のスクリュー軸１１の直径が次第に大きくなると共に、更にバレル１０との間隙が狭くなることによって移送容積部Ｖ２が圧縮されてＮＧＨ粉末ｎ自体の圧力Ｐは上昇していくが、このときのＮＧＨ粉末ｎ自体の圧力Ｐは前記初期圧Ｐ１よりも低く、この前記初期圧Ｐ１の高圧ガスの連通を遮断するまでには至らない。

前記中径部Ｓ２で圧縮・加圧されて移送されるＮＧＨ粉末ｎは、大径部Ｓ３のスクリュー軸１１のバレルとの間隙に狭持されると共にその単位移送量が大きく減少される小移送容積Ｖ３に押込まれる。そして前記中径部Ｓ２から押込まれるＮＧＨ粉末ｎと、大径部Ｓ３にて狭持されることによる圧密とによってＮＧＨ粉末ｎ自体の圧力Ｐは上昇を続け、大径部Ｓ３の中央から先端部にかけて初期圧Ｐ１を超える。

そして、前記大径部Ｓ３で初期圧Ｐ１よりも高く昇圧されたＮＧＨ粉末ｎは加圧室２に押込まれるが、バルブ装置１６のバルブ９の押圧力（逆圧）によってＮＧＨの吐出量が制限されており、前記加圧室２内の圧力は初期圧Ｐ１よりも高圧となるように調整され、保持されている。前記加圧室２において被搬送物であるＮＧＨ粉末ｎは滞留し、初期圧Ｐ１よりも高圧（Ｐ３〜Ｐ４）である圧密体を形成する。

前記圧密体が初期圧Ｐ１よりも高圧（Ｐ３〜Ｐ４）となって、供給口１２に供給されるＮＧＨの初期圧Ｐ１が低圧側（常圧：二次圧Ｐ２）に抜けるのを阻止しており、このような効果を発揮する“マテリアルシール”が安定的に形成され保持される。

前記マテリアルシールは、スクリュー式移送装置１の稼動初期には不十分であるので、バルブ９により吐出口１３を閉止しており、加圧室の圧力センサーＢ１と、減圧室の二次圧力センサーＢ２の圧力を検出して、前記ＮＧＨの圧密体の圧力が一定となるようにバルブ装置１６の押圧力を調整している。また、前記各々の圧力センサーＢ１、Ｂ２によって、吐出口１３側の圧力が常圧よりも上昇した場合に吐出口１３を閉止し、初期圧Ｐ１の高圧ガスが減圧室３に流出するのを防ぐことができる。

また、加圧室２内においては、スクリュー式移送装置１に供給されたＮＧＨ粉末ｎは初期圧Ｐ１よりも高圧である圧密体を形成し、加圧室２の吐出口１３から吐出するため、ペレタライザー等のペレット成型工程によって成型されたＮＧＨペレットと同様に固形化されているため、ペレット成型工程を省略することができる。
（スクリュー式移送装置の他の実施例）
図４に示すスクリュー式移送装置１は、そのスクリュー軸１１の先端部に、加圧室２に形成されるＮＧＨ粉末ｎの圧密体を更に強圧する押圧手段を設けたものである。前記押圧手段は、押圧部材がスクリュー軸１１の先端部で突入自在なピストン１７を形成している。

前記ピストン１７は、スクリュー軸１１の先端から突出することによって加圧室２内の容積に変化を与え、ＮＧＨ粉末ｎの圧密体の形成を促進するので、圧密体の突出量を調整することによってＮＧＨの加圧力に変化を与える。そして、スクリュー軸１１の回転と、前記ピストン１７の突出量と、バルブ９の稼動量の一体的な制御によって初期圧Ｐ１より高圧の圧密体を素早く形成することができる。

図５に示すスクリュー式移送装置１は、加圧室２の一部がベローズ管１８により形成されたものであり、このベローズ管１８に高圧流体を送込んでベローズ管は膨張され、前記加圧室２の容積に変化を与え、この加圧室２内に形成される圧密体の圧力Ｐを昇圧するものである。

図６に示すスクリュー式移送装置１は、２基のスクリュー式移送装置１を対向に使用し、該スクリュー式移送装置の吐出口１３を対向させて配置し、前記２基のスクリュー式移送装置の払出口１４はバルブ装置１６を中央に配置した状態に構成されている。また、それぞれのスクリュー式移送装置１に設けたモーターＭ１とＭ２は、各々速度調整ができる。

２基のスクリュー式移送装置１が並列にＮＧＨ粉末ｎを高圧（初期圧Ｐ１）から低圧
（常圧：二次圧Ｐ２）に圧力差を遮断しながら移送するので、常圧下にある後工程にＮＧＨを供給する供給量を増やすことができる。

図７に示す実施例においては、第１のスクリュー式移送装置の吐出口１３に、第２のスクリュー式移送装置の供給口１２を連結管２０を介して直列に配置した状態に構成されている。第１のスクリュー式移送装置におけるマテリアルシールと、第２のスクリュー式移送装置におけるマテリアルシールとからなる２重シール構造が圧力差を遮断するので、スクリュー式移送装置の動作が容易となり、ＮＧＨの移送量を多くすることができる。
（加圧室の変形について）
本発明は、スクリュー式移送装置のスクリュー軸をバレルの長さより短縮し、前記スクリュー軸の先端部とバレルの終端との間に加圧室２を形成した点に特徴があるが、この部分は、ある意味においてはＮＧＨが通過する際の抵抗を付与する区域として作用するものである。従って、この加圧室内に複数個の球体などを充填して通過するＮＧＨに抵抗を与えることができる。

また、この球体の代えて、多数のスリットを開口した抵抗板を１枚あるいは複数枚、ＮＧＨに抵抗を与えるような状態に配置することによって、この部位で図２（Ｂ）に示した圧力の変化のグラフの高圧部分を安定して発生させるように構成することもできる。
（ガス漏れ防止容器）
図８は本発明に係るＮＧＨのスクリュー式移送装置１を耐圧容器内に設けた概略図である。

図８において、スクリュー式移送装置１は耐圧密閉容器２５内に、その配管と共に配置されている。また、前記耐圧密閉容器５５はガス排気管（不図示）により漏れ出したガスを逃がすように構成されている。

耐圧密閉容器２５内にスクリュー式移送装置１を配置することで、安全性を高めることができる。

本発明の実施形態に係るＮＧＨ移送装置の概略構成図である （Ａ）スクリュー式移送装置の一部切断断面図である。（Ｂ）スクリュー式移送装置の圧力線図である スクリュー式移送装置の一部切断断面拡大図である スクリュー式移送装置の他の例の一部切断断面拡大図である スクリュー式移送装置の他の例の一部切断断面拡大図である スクリュー式移送装置の他の例の一部切断断面拡大図である スクリュー式移送装置の他の例の一部切断断面拡大図である スクリュー式移送装置の他の実施形態を示す概略構成図である

符号の説明

ｎ ＮＧＨ粉末 Ｐ ＮＧＨ粉末の圧力
Ｆ フライト Ｍ モーター
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７ 圧力センサー
Ｐ１ 初期圧 Ｐ２ 二次圧
Ｓ１ 小径部 Ｓ２ 中径部
Ｓ３ 大径部 Ｖ１ 大移送容積
Ｖ２ 中移送容積 Ｖ３ 小移送容積
１ スクリュー式移送装置 ２ 加圧室
３ 減圧室 ４ ＮＧＨ供給管路
５ 排出管路 ６ 貯槽
７ 低圧ヘッダ ８ 管路
９ バルブ １０ バレル
１１ スクリュー軸 １２ 供給口
１３ 吐出口 １４ 放出口
１５ 冷却ジャケット １６ バルブ装置
１７ ピストン １８ ベローズ管
１９ シリンダ装置 ２０ 連結管
２１ 払出バンカ ２５ ガス漏れ防止容器
２６ 受入容器 ３０ 閉止壁

Claims (6)

1. 高圧下において水と天然ガスを反応させて製造されたガスハイドレートを低圧の帯域に移送する方法において、
   スクリュー式移送装置がガスハイドレートを圧密しながら加圧室まで移送し、弁装置の開閉により、該加圧室に前記ガスハイドレートを滞留させ、滞留した前記ガスハイドレートを弁装置の押圧力によりさらに圧密化し、圧密化された前記ガスハイドレートのマテリアルシールによって前記スクリュー式移送装置のバレル内の圧力を、高圧下に保持することを特徴とするガスハイドレートの移送方法。
2. 高圧下において水と天然ガスを反応させて製造されたガスハイドレートを低圧の帯域に移送する移送装置において、
   ガスハイドレート移送装置が連通する前記スクリュー式移送装置と、減圧室とからなり、前記スクリュー式移送装置がバレルと、該バレル内に回転可能に挿嵌され、フライトを備えたスクリュー軸とからなり、前記バレル終端に加圧室を設け、前記減圧室が前記加圧室と連通する吐出口を設け、
   圧密されたガスハイドレートを、前記加圧室に滞留させ、押圧力によって圧密化し、ガスハイドレートのマテリアルシールによって前記バレル内を高圧下に保持するように前記吐出口に間欠的に動作する弁装置を設けたことを特徴とするガスハイドレート移送装置。
3. スクリュー式移送装置の加圧室に臨むスクリュー軸の先端部に、前記加圧室内に突出及び後退する体積変化部材が設けられ、前記ガスハイドレートをさらに圧密化するように、前記体積変化部材の前後移動によって前記加圧室内の加圧状態を変化するように構成されたことを特徴とする請求項２記載のガスハイドレート移送装置。
4. 前記弁装置がガスハイドレートの吐出量を、ガスハイドレートを圧密化する押圧力によって制限することを特徴とする請求項２又は３に記載のガスハイドレート移送装置
5. 前記スクリュー式移送装置を形成するバレルの外周面にジャケットが形成されており、このジャケット内に冷媒を循環させて冷却し、供給されたガスハイドレートが排出されるまでに、常圧近傍の圧力において安定して保持できる程度の低温に冷却するように構成したことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のガスハイドレート移送装置。
6. 前記スクリュー式移送装置を形成するスクリュー軸は、ガスハイドレートの供給部側から加圧室側に向かってガスハイドレートを圧密化するよう、軸形状、フライト形状、及びフライトピッチが構成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のガスハイドレート移送装置。

Images