JP4837420B2 - ガスハイドレートペレット冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、原料ガスと水とを水和反応させて生成されたガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットを冷却するガスハイドレートペレット冷却装置に関する。

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だ構造の固形の水和物であり、−２０数℃〜−１０数℃の大気圧下で安定することから、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送及び貯蔵の手段として利用する研究が進められている。

このようなガスハイドレートの生成方法としては、特許文献１に記載されているように、まず、第１生成器で原料ガスと水とを反応させて比較的水分を多く含むガスハイドレートスラリーを生成し、脱水器でガスハイドレートスラリーから水分を分離した後、第２生成器で脱水後のガスハイドレートに再度原料ガスを供給して、原料ガスと未反応の水分とを反応させて粉状のガスハイドレートとすることが知られている。

このようなガスハイドレートの生成過程では、全ての工程で高圧（例えば、３ＭＰａ〜１０ＭＰａ）、かつ低温（例えば、０℃〜１０℃）の環境下で処理が行われる。しかし、上述したように、ガスハイドレートは大気圧下では−２０数℃〜−１０数℃で安定することから、大気圧下で輸送及び貯蔵を行うためには、生成したガスハイドレートを−２０数℃〜−１０数℃まで冷却する必要がある。

特開２００５−２６３６７５号公報

特許文献１には、生成された粉状ガスハイドレートを、例えば−２０℃〜−１５℃に冷却することが記載されているが、その具体的な冷却方法については記載されていない。

そこで、例えば、外周をジャケットで包囲された容器に粉状ガスハイドレートを供給し、供給された粉状ガスハイドレートを容器内で搬送しながらジャケットに冷媒を循環させることで冷却することなどが考えられる。しかしながら、輸送時の利便性などを考慮して粉状ガスハイドレートを圧縮成型してペレット化したガスハイドレートペレットにこのような方法を適用した場合は、冷却効率が悪いため所望の温度のガスハイドレートペレットを得るためには長時間の冷却を必要とし、そのために冷却装置が大型化する。

本発明は、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスハイドレートペレット冷却装置は、縦型の円筒容器と、円筒容器内を高さ方向に仕切って多段に設けられ複数の小孔を有する複数の棚板と、各棚板の中心を貫通して設けられた回転軸と、回転軸に固定して各棚板の上面に放射状に設けられた回転羽根と、各棚板に半径方向に延在して形成された長孔と、円筒容器の上部に設けられガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットが供給される供給口と、円筒容器の底部に設けられガスハイドレートペレットが排出される排出口と、円筒容器の底部から冷却ガスを供給して円筒容器の上部から抜き出し冷却器を通して冷却ガスを循環する冷却ガス循環ブロワーとを備え、各棚板に形成された長孔の位置は、下段に向かって順次回転羽根の回転方向の反対側に角度をずらして設けられてなることを特徴とする。

すなわち、円筒容器の最上段の棚板上にガスハイドレートペレットが供給されると、ガスハイドレートペレットは回転羽根によって棚板上を周方向に移送され、長孔まで至ると長孔から下段の棚板に落下する。そして、下段の棚板においても同様に周方向に移送されて、長孔から落下する。このように、ガスハイドレートペレットは、各棚板において周方向に移送されながら序々に下段に落下していくので、円筒容器内に長時間滞留することとなる。一方、円筒容器の底部から供給された冷却ガスは、各棚板の全面にわたって形成された複数の小孔及び単一の長孔を通過しながら円筒容器内を上昇する。これにより、ガスハイドレートペレットは、円筒容器内に長時間滞留し、滞留している間は常に冷却ガスと熱交換を行うこととなるので、装置を大型化することなく効率よく所望の温度のガスハイドレートペレットを得ることができる。その結果、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現することができる。

この場合においては、円筒容器の外周をジャケットで包囲して、ジャケットの内部に冷媒を循環させることが望ましい。これによれば、円筒容器内においてガスハイドレートペレットと熱交換を行う冷却ガスが、円筒容器の外に熱を奪われることを防止することができるので、より効率よくガスハイドレートペレットを冷却することができる。

また、各棚板は、それぞれ長孔の下部に、ガスハイドレートペレットを一段下段の棚板に案内するガイド筒を設けることが望ましい。これによれば、各棚板から下段に落下するガスハイドレートペレットが、落下する際に周辺に散らばってその段の棚板の周方向に移送されることなくそのまま長孔から落下し、冷却不足となることを防止することができる。

また、このようなガイド筒を設けることにより、各棚板に形成された複数の小孔と長孔との通風抵抗のバランスを保つことが可能となる。つまり、円筒容器の底部から供給された冷却ガスが円筒容器内を上昇する際に、通風抵抗の小さい長孔ばかりを通過して、複数の小孔を通過する冷却ガス量が低下することを防止することができる。これによれば、ガスハイドレートペレットは、各棚板の全面において冷却ガスと熱交換を行うので、熱交換量が低下することがなく、ガスハイドレートペレットをより効率よく冷却することができる。

本発明によれば、ガスハイドレートペレットを効率よく冷却するガスハイドレートペレット冷却装置を実現することができる。

以下、本発明を適用してなるガスハイドレートペレット冷却装置の実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明のガスハイドレートペレット冷却装置を適用してなるガスハイドレートペレット製造プラントの全体構成を示す図である。なお、本実施形態は、天然ガスのハイドレート（以下、ＮＧＨという。）ペレットを製造するプラントを示しているが、本発明は天然ガスに限らず、他の原料ガスのハイドレートペレット製造にも適用できる。

図１に示すように、本実施形態のハイドレートペレット製造プラント１は、ＮＧＨスラリーを生成する第１生成器２と、第１生成器２で生成されたＮＧＨスラリーから水分を分離する脱水器３と、脱水器３で脱水されたＮＧＨに再度天然ガスを供給して、ＮＧＨ中に含まれる未反応水と天然ガスとを反応させて粉状のＮＧＨを生成する第２生成器４と、第２生成器４で生成された粉状ＮＧＨを圧縮成型してＮＧＨペレットを生成する高圧ペレタイザー５と、ＮＧＨペレットを冷却するＮＧＨペレット冷却装置６と、冷却されたＮＧＨペレットを大気圧まで脱圧するＮＧＨペレット脱圧器７などを備えて構成されている。第１生成器２、脱水器３、第２生成器４、高圧ペレタイザー５は、いずれも所定の高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）で、かつ所定の低温（例えば、０℃〜１０℃）に保持されている。

第１生成器２では、高圧の原料ガス（天然ガス）と高圧の水が導入されると、第１生成器２内の低温高圧条件下で反応してスラリー状のＮＧＨが生成される。このとき、第１生成器２内では水中に天然ガスをバブリングさせながら、攪拌機によって攪拌することで反応が促進される。また、ＮＧＨの生成は発熱を伴うことから、ＮＧＨスラリーは、第１生成器２の底部から循環スラリーポンプ等で抜き出され、熱交換器で冷却された後に第１生成器２に戻される。さらに、未反応の天然ガスと、後段の装置で回収された水は各々原料ガス、原料水として第１生成器２で再利用される。このようにして生成器２で生成されたＮＧＨスラリーは、スラリー移送ポンプ等によって連続的に抜き出され、脱水器３に供給される。

脱水器３は、縦型の円筒容器であり、ＮＧＨスラリーはその底部に供給される。ＮＧＨは水より比重が小さいため脱水器３中を上昇し、その上部よりスクリューフィーダーなどでさらに下流の第２生成器４へ送給される。ここで送給されるＮＧＨは粉末状である。一方水は、脱水器３の途中に設けられた金網や多孔板で形成される水抜き部から脱水器３の外へ排出される。

第２生成器４では、脱水器３で脱水されたＮＧＨ粉末に天然ガスを吹き込みながら流動させることで、さらにＮＧＨの生成反応を促進させ、ＮＧＨ粉末を高濃度化する。ここで吹き込む天然ガスは、通常、第２生成器４から排出された後、熱交換器で冷却され循環ガスブロワー等で第２生成器４に再度供給される。また、その際、天然ガスと同伴して流出するＮＧＨ粉末は、サイクロン等で捕集された後、第２生成器４に戻される。

このようにして得られたＮＧＨは、その下流側の高圧ペレタイザー５にスクリューフィーダーなどで供給される。

次に、高圧ペレタイザー５及び本実施形態の特徴部であるＮＧＨペレット冷却装置６について図２及び図３を用いて詳細に説明する。

高圧ペレタイザー５は、容器４０と、複数の成形型４１を有する２つのロール４２と、ロール４２を回転駆動するモータ４３などで構成されている。なお、図示していないが、容器４０の外周は、ジャケットで包囲されており、ジャケットに冷媒を循環することにより容器４０内は所定の低温に保たれている。

第２生成器４から供給された粉状ＮＧＨは、図示矢印方向４５に回転する２つのロール４２に圧縮されながら下方に押し出され、２つのロール４２が略接触する部分の２つの成形型４１によって形づけられたＮＧＨペレットとなる。生成されたＮＧＨペレットは、ＮＧＨペレット冷却装置６に供給される。

なお、第１生成器２、脱水器３、第２生成器４、高圧ペレタイザー５と処理されるにつれて、ＮＧＨ中に含まれる水分量は序々に低下しているが、ＮＧＨペレットとなってＮＧＨペレット冷却装置６に供給される時点では、若干の水分が付着している。

ＮＧＨペレット冷却装置６は、縦型の円筒容器５０と、円筒容器５０の上部に設けられたＮＧＨペレットの供給口５１と、円筒容器５０内を高さ方向に仕切って多段に設けられた複数の棚板５２と、各棚板５２の中心を貫通させて設けられた回転軸５３と、回転軸５３を回転駆動させるモータ５４と、回転軸５３に固定されて各棚板５２の上面に放射状に設けられた回転羽根５５と、円筒容器５０の底部に設けられた排出口５６などで構成されている。また、円筒容器５０の上部と円筒容器５０の底部は、冷却器５８及び冷却ガス循環ブロアー５９を介して接続されている。さらに、円筒容器５０の外周はジャケット６０で包囲されており、ジャケット６０内部には冷媒が循環されている。

図３は、図２のＩＩ−ＩＩ線における矢視図である。図３に示すように、棚板５２には、ＮＧＨペレットの径より小さい小孔６１が棚板５２の全面にわたって複数形成されており、また、ＮＧＨペレットの径より大きい長孔６２が、棚板５２の半径方向に延在して形成されている。また、回転羽根５５は回転軸５３に固定して設けられ、回転軸５３の回転とともに図示矢印方向６５に回転する。

ここで、図中に示した点線６６は、一段上段の棚板５２に形成された長孔６２の位置を真下に投影した位置を示している。このように、長孔６２は、一段上段の棚板５２に形成された長孔６２を真下に投影した位置６６よりも回転羽根５５の回転方向の反対側に角度θだけずらして形成されている。最上段の棚板５２以外の各棚板５２の長孔６２は同様に形成されており、最上段の棚板５２の長孔６２は、供給口５１を真下に投影した位置より回転羽根５５の回転方向の反対側に角度θだけずらして形成されている。つまり、各棚板５２に形成された長孔６２の位置は、下段に向かって順次回転羽根５５の回転方向の反対側に角度θずつずらして設けられている。

高圧ペレタイザー５で生成されたＮＧＨペレットは、供給口５１から円筒容器５０内の最上段の棚板５２上に供給されると、回転羽根５５によって棚板５２の周方向に移送され、長孔６２まで至ると長孔６２から２段目の棚板５２に落下する。２段目の棚板５２においても同様に回転羽根５５によって棚板５２の周方向に移送されて長孔６２から落下する。このように、ＮＧＨペレットは、各棚板５２で周方向に移送されながら序々に下段に落下するので円筒容器５０内に長時間滞留することとなる。

一方、冷却器５８により冷却された天然ガスは、円筒容器５０の底部から円筒容器５０内に散気され、各棚板５２の全面にわたって形成された小孔６１及び長孔６２を通過して上昇し、円筒容器５０の上部から冷却ガス循環ブロアー５９によって抜き出され、冷却器５８で冷却された後に再び円筒容器５０の底部に循環される。

これにより、ＮＧＨペレットは、円筒容器５０内に長時間滞留し、滞留している間は常に天然ガスと熱交換を行うこととなるので、冷却装置を大型化することなく効率よく目標冷却温度のＮＧＨペレットを得ることができる。

このようにして冷却された天然ガスと熱交換することにより目標冷却温度まで冷却されたＮＧＨペレットは、最下段の棚板５２の長孔６２から落下した後に排出口５６から排出され、ＮＧＨペレット脱圧器７に供給される。そして、ＮＧＨペレット脱圧器７で大気圧まで脱圧されて製品としてのＮＧＨペレットが生成される。なお、図示していないが、ＮＧＨペレット脱圧器７の外周は、ジャケットで包囲されており、ジャケットに冷媒を循環することによりＮＧＨペレット脱圧器７内は所定の低温に保たれている。

以上、説明してきたように、本実施形態のＮＧＨペレット冷却装置によれば、円筒容器５０内に供給されたＮＧＨペレットは、円筒容器５０内で天然ガスとの熱交換を行うに十分な時間滞留し、下段の棚板５２に落下するにつれて低い温度の天然ガスと熱交換を行うので、効率よく序々に目標冷却温度まで冷却される。

しかも、円筒容器５０の外周は、冷媒が循環されたジャケット６０で包囲されているので、冷却器５８で冷却された天然ガスは、円筒容器５０の外部に熱を奪われることなくＮＧＨペレットとの熱交換にのみ使用されるので、さらに効率よくＮＧＨペレットを冷却することができる。

ここで、各棚板５２に形成された長孔６２の下部には、それぞれガスハイドレートペレットを一段下段の棚板５２に案内するガイド筒を設けることも可能である。これによれば、各棚板５２から下段に落下するＮＧＨペレットが、落下する際に周辺に散らばってその段の棚板５２の周方向に移送されることなくそのまま長孔６２から落下し、冷却不足となることを防止することができる。

また、このようなガイド筒を設けることにより、各棚板５２に形成された複数の小孔６１と長孔６２との通風抵抗のバランスを保つことが可能となる。つまり、円筒容器５０の底部から供給された冷却ガスが円筒容器５０内を上昇する際に、通風抵抗の小さい長孔６２ばかりを通過して、複数の小孔６１を通過する冷却ガス量が低下することを防止することができる。これによれば、ガスハイドレートペレットは、各棚板５２の全面において冷却ガスと熱交換を行うので、熱交換量が低下することがなく、ガスハイドレートペレットをより効率よく冷却することができる。

なお、本実施形態では、棚板５２は４段構成になっているが、これに限らず回転羽根５５の回転速度やＮＧＨペレットの冷却状況などに応じて増減することができる。また、各棚板５２における回転羽根５５の枚数は、本実施形態の４枚に限らず回転羽根５５の回転速度や供給されるＮＧＨペレットの量などの条件によって、増減することが可能である。

また、本実施形態では、第１生成器２、脱水器３、第２生成器４、高圧ペレタイザー５の順番で処理されて生成されたＮＧＨペレットをＮＧＨペレット冷却装置６で冷却する場合を説明したが、これに限らず、例えば、第２生成器４を設けず、第１生成器２、脱水器３と処理されたＮＧＨを直接高圧ペレタイザー５でペレット化して、その後ＮＧＨペレット冷却装置６で冷却することもできる。

この場合、第２生成器４を用いていないので、高圧ペレタイザー５に供給されるＮＧＨは、水分を比較的多く含んだ状態のまま供給されることとなる。すると、ＮＧＨは高圧ペレタイザー５でペレット化されるとともに、ＮＧＨに含まれる水分が絞られて下部に落下することが考えられる。このような場合は、高圧ペレタイザー５とＮＧＨペレット冷却装置６との間に、ＮＧＨペレットと水を分離する分離装置を設けることで本発明のＮＧＨペレット冷却装置の適用が可能となる。

本発明のガスハイドレートペレット冷却装置を適用したガスハイドレートペレット製造プラントの全体構成を示す図である。 本発明のガスハイドレートペレット冷却装置の構成を示す図である。 図２のＩＩ―ＩＩ線における矢視図である。

符号の説明

１ ハイドレートペレット製造プラント
６ ＮＧＨペレット冷却装置
５０ 円筒容器
５１ 供給口
５２ 棚板
５３ 回転軸
５５ 回転羽根
５６ 排出口
５８ 冷却器
５９ 冷却ガス循環ブロアー
６０ ジャケット
６１ 小孔
６２ 長孔

Claims (3)

1. 縦型の円筒容器と、該円筒容器内を高さ方向に仕切って多段に設けられ複数の小孔を有する複数の棚板と、前記各棚板の中心を貫通して設けられた回転軸と、該回転軸に固定して前記各棚板の上面に放射状に設けられた回転羽根と、前記各棚板に半径方向に延在して形成された長孔と、前記円筒容器の上部に設けられガスハイドレートをペレット化したガスハイドレートペレットが供給される供給口と、前記円筒容器の底部に設けられ前記ガスハイドレートペレットが排出される排出口と、前記円筒容器の底部から冷却ガスを供給して前記円筒容器の上部から抜き出し冷却器を通して前記冷却ガスを循環する冷却ガス循環ブロワーとを備え、前記各棚板に形成された長孔の位置は、下段に向かって順次前記回転羽根の回転方向の反対側に角度をずらして設けられてなるガスハイドレートペレット冷却装置。
2. 前記円筒容器の外周を包囲するジャケットを設け、該ジャケットの内部に冷媒を循環させることを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートペレット冷却装置。
3. 前記各棚板は、それぞれ前記長孔の下部に、前記ガスハイドレートペレットを一段下段の前記棚板に案内するガイド筒が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスハイドレートペレット冷却装置。
   

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