JP4838014B2 - Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system - Google Patents

Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system Download PDF

Info

Publication number
JP4838014B2
JP4838014B2 JP2006051349A JP2006051349A JP4838014B2 JP 4838014 B2 JP4838014 B2 JP 4838014B2 JP 2006051349 A JP2006051349 A JP 2006051349A JP 2006051349 A JP2006051349 A JP 2006051349A JP 4838014 B2 JP4838014 B2 JP 4838014B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
gas hydrate
decomposition
hydrate
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006051349A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007231053A (en
Inventor
徹 岩崎
裕一 加藤
正浩 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd, Mitsui E&S Holdings Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority to JP2006051349A priority Critical patent/JP4838014B2/en
Priority to PCT/JP2007/000133 priority patent/WO2007097127A1/en
Publication of JP2007231053A publication Critical patent/JP2007231053A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4838014B2 publication Critical patent/JP4838014B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B63/00Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C07B63/02Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives by treatment giving rise to a chemical modification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/108Production of gas hydrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

本発明は、天然ガス、メタン、エタン、二酸化炭素などのガスハイドレートを形成する気体状のハイドレート形成物質と水との包接化合物でガスハイドレートの分解量推算方法および分解ガス利用システムに関する。   The present invention relates to a method for estimating the amount of decomposition of gas hydrate and a system for using cracked gas by an inclusion compound of water and a gaseous hydrate forming substance that forms a gas hydrate such as natural gas, methane, ethane, and carbon dioxide. .

ガスハイドレートとは、水分子とガス分子からなる氷状の固体結晶であり、水分子が作る立体構造の籠(ケージ)の内部に、ガス分子が取り込まれて形成される包接(クラスレート)水和物(ハイドレート)の総称である。1mのガスハイドレート中に包蔵できるガス量は165Nm程度と大量である。そのため、天然ガスをハイドレートとして生成、貯蔵、輸送するシステム(NGHシステム:Natural Gas Hydrate System)が検討されている。 A gas hydrate is an ice-like solid crystal composed of water molecules and gas molecules. The clathrate is formed by gas molecules being taken into the cage of a three-dimensional structure created by water molecules. ) A general term for hydrates. The amount of gas that can be contained in 1 m 3 gas hydrate is as large as 165 Nm 3 . Therefore, a system for generating, storing and transporting natural gas as hydrate (NGH system: Natural Gas Hydrate System) has been studied.

大気圧におけるガスハイドレートの貯蔵において、ガスの分解量を極小化するためには、天然ガスハイドレート(Natural Gas Hydrate:NGH)の自己保存性を利用することが鍵となる。   In storing gas hydrates at atmospheric pressure, the key to minimizing the amount of gas decomposition is to use the natural gas hydrate (NGH) self-preserving property.

図5は公知のハイドレートの平衡線図(メタンハイドレートの例)である。尚、図5において平衡線21の左上領域がハイドレート生成領域であり、平衡線21の右下領域がハイドレート生成領域外である。また、Hはハイドレート(Hydrate)、Gはガス(Gas)、Iはアイス(氷:Ice)、LWはリキッドウォーター(水:Liquid Water)を表す。   FIG. 5 is a known hydrate equilibrium diagram (example of methane hydrate). In FIG. 5, the upper left region of the equilibrium line 21 is a hydrate generation region, and the lower right region of the equilibrium line 21 is outside the hydrate generation region. In addition, H represents hydrate, G represents gas, I represents ice, and LW represents liquid water.

天然ガスと水とをハイドレート生成反応におけるハイドレート生成領域内となる低温及び高圧(例えばハイドレート平衡条件の高圧且つ低温側となる5MPaで0.1〜3℃程度 図5のA点)の下で反応させると天然ガスハイドレートを生成する。   Natural gas and water at a low temperature and high pressure (for example, about 0.1 to 3 ° C. at 5 MPa on the high pressure and low temperature side of the hydrate equilibrium condition) in the hydrate formation region in the hydrate formation reaction Natural gas hydrate is produced when reacted under.

生成した天然ガスハイドレートを等圧で氷点以下(0℃〜−40℃ 図5のB点)に冷却すると凍結する。そして、凍結した天然ガスハイドレートは貯蔵圧力(大気圧0.1MPa近く 図5のC点)まで減圧して貯槽に貯蔵される。   When the produced natural gas hydrate is cooled to below the freezing point (0 ° C. to −40 ° C., point B in FIG. 5) at an equal pressure, it freezes. The frozen natural gas hydrate is depressurized to a storage pressure (near atmospheric pressure of 0.1 MPa, point C in FIG. 5) and stored in a storage tank.

通常、貯槽内は、該貯槽内への大気の不用意な浸入を防止する観点から、その貯蔵圧力は大気圧より少し高圧に設定される。この貯槽の前記温度及び圧力は、ハイドレート生成領域外に位置するが、上記氷点下ではガスハイドレートの分解が抑制されて準安定状態にある。この準安定状態をとる現象が自己保存性として知られている。   Usually, in the storage tank, the storage pressure is set slightly higher than the atmospheric pressure from the viewpoint of preventing inadvertent entry of air into the storage tank. Although the temperature and pressure of the storage tank are located outside the hydrate generation region, decomposition of the gas hydrate is suppressed below the freezing point and is in a metastable state. This phenomenon of metastable state is known as self-preserving property.

ガスハイドレートは、貯槽への充填率の向上や、輸送及び貯蔵中の安全性、荷役時の扱いの容易性などを図るため、粉体状のガスハイドレート粒子を圧縮成形しペレット状で貯蔵される。通常、ペレットサイズは5mm〜100mm程度である。更に、寸法の異なる2種以上のガスハイドレートペレットを混合して貯蔵することによって、貯蔵施設に貯蔵されるガスハイドレートの充填率を向上させことができる(特許文献1:特開2002−220353号公報)。   Gas hydrate is compressed and stored in the form of pellets in order to improve the filling rate of the storage tank, safety during transportation and storage, ease of handling during cargo handling, etc. Is done. Usually, the pellet size is about 5 mm to 100 mm. Furthermore, the filling rate of the gas hydrate stored in the storage facility can be improved by mixing and storing two or more kinds of gas hydrate pellets having different dimensions (Patent Document 1: JP-A-2002-220353). Issue gazette).

また、ガスハイドレートを貯蔵する技術については、貯蔵槽の温度を、ガスハイドレートが自己保存性を発現する温度に制御することによりガスハイドレートの分解を抑制し、効率的にガスハイドレートを貯蔵する方法が検討されている(特許文献2:特開2005−201286号公報)。   As for the technology for storing gas hydrate, the decomposition of the gas hydrate is suppressed by controlling the temperature of the storage tank to a temperature at which the gas hydrate exhibits self-preserving properties. A storage method has been studied (Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-201286).

特開2002−220353号公報JP 2002-220353 A 特開2005−201286号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-201286

前記貯蔵槽に貯蔵しているガスハイドレート粒子やガスハイドレートペレットの一部が分解すると、ガス化した気体分子が分解ガスとして生成する。分解ガスが生成することによって、貯槽内の圧力が上昇するが、通常、貯槽には安全弁が設けられ、貯槽内が一定圧力以上の高圧になると、該安全弁が作動して分解ガスが放出され、安全な圧力に保たれるように構成されている。   When part of the gas hydrate particles and gas hydrate pellets stored in the storage tank is decomposed, gasified gas molecules are generated as a decomposition gas. When the cracked gas is generated, the pressure in the storage tank rises, but usually a safety valve is provided in the storage tank, and when the pressure in the storage tank becomes higher than a certain pressure, the safety valve operates to release the cracked gas, It is configured to be kept at a safe pressure.

また、前記分解ガスを、無駄に放出させず、有効利用することも行われている。船舶で大量のガスハイドレート粒子、ペレットを輸送する場合には、主機の燃料や発電機の燃料として利用することができる。また分解ガスを圧縮して再貯蔵し、その後利用することもできる。   In addition, the cracked gas is effectively used without being wasted. When a large amount of gas hydrate particles and pellets are transported by ship, they can be used as fuel for the main engine or generator. The cracked gas can be compressed and stored again, and then used.

これまでの研究により、自己保存状態のガスハイドレート粒子、ペレットの安定性は、貯蔵温度領域により変化することが示されている。また、前記安定性は、ガスハイドレート粒子、ペレットの密度や粒径等の性状や、ガスハイドレート粒子、ペレットの表面の状態によっても大きく異なることが定性的に示されている。
しかし、一定性状のガスハイドレートペレットを貯槽に貯蔵した際に、定量的にガスハイドレートペレットの分解量を推算する手段が無かった。
Previous studies have shown that the stability of self-preserving gas hydrate particles and pellets varies with storage temperature range. Further, it is qualitatively shown that the stability varies greatly depending on properties such as the density and particle size of the gas hydrate particles and pellets, and the surface conditions of the gas hydrate particles and pellets.
However, there was no means for quantitatively estimating the amount of decomposition of the gas hydrate pellets when the gas hydrate pellets having a fixed property were stored in the storage tank.

ガスハイドレートの分解量が推算できないと、貯槽に設けられる安全弁の仕様や分解ガスを利用するための設備の仕様を決定することが困難となる。ガスハイドレートの分解量が選択した設備の処理能力より多いと、分解ガスが処理しきれず、ガスを無駄に放散することになる。また、ガスハイドレートの分解量が選択した設備の処理能力より少ないと、該設備は過大設計となり、コスト増となる。   If the amount of decomposition of gas hydrate cannot be estimated, it will be difficult to determine the specifications of safety valves provided in the storage tank and the specifications of equipment for using the cracked gas. When the decomposition amount of the gas hydrate is larger than the processing capacity of the selected facility, the decomposition gas cannot be processed and the gas is wasted. Also, if the gas hydrate decomposition amount is less than the processing capacity of the selected equipment, the equipment will be overdesigned and cost will increase.

本発明の課題は、ガスハイドレートを貯蔵する際に、ガスハイドレートの分解量を抑えると共に、その分解量を予測し、ガスハイドレートの分解によって生成した分解ガスを無駄なく有効に利用することを可能にする、ガスハイドレートの分解量推算方法及び分解ガス利用システムを提供することにある。   An object of the present invention is to suppress the amount of decomposition of gas hydrate when storing gas hydrate, predict the amount of decomposition, and effectively use the decomposition gas generated by decomposition of gas hydrate without waste. It is an object of the present invention to provide a method for estimating the amount of decomposition of gas hydrate and a system for using cracked gas, which enables the above.

上記課題を解決するため、本発明の第1の態様に係るガスハイドレートの分解量推算方法は、ガスハイドレートが自己保存効果を発現する条件下でガスハイドレートを貯蔵する際のガスハイドレートの分解量推算方法であって、下記の式(1)に基いてガスハイドレートの分解率βを求め、該ガスハイドレートの分解量を推算することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the gas hydrate decomposition amount estimation method according to the first aspect of the present invention provides a gas hydrate when storing the gas hydrate under conditions where the gas hydrate exhibits a self-preserving effect. The decomposition amount estimation method for the gas hydrate is characterized in that the decomposition rate β of the gas hydrate is obtained based on the following formula (1) and the decomposition amount of the gas hydrate is estimated.

Figure 0004838014
K :貯蔵圧力、貯蔵温度、ガスハイドレートの密度、及びガス組成に応じて実験によって決まる分解速度定数
:ガスハイドレート半径(m)
t :貯蔵時間(s)
Figure 0004838014
K: Decomposition rate constant determined by experiment depending on storage pressure, storage temperature, gas hydrate density, and gas composition r 0 : gas hydrate radius (m)
t: Storage time (s)

本発明によれば、自己保存効果を発現する条件下でガスハイドレート粒子、ペレットを貯蔵する際に、該ガスハイドレートの分解によって発生する分解ガス量を、正確に推算することができる。   According to the present invention, when the gas hydrate particles and pellets are stored under conditions that exhibit a self-preserving effect, the amount of cracked gas generated by the decomposition of the gas hydrate can be accurately estimated.

また、本発明の第2の態様に係るガスハイドレートの分解ガス利用システムは、ガスハイドレートが貯蔵された貯槽と、前記貯槽から発生するガスハイドレートの分解ガスを利用する分解ガス利用設備と、を備えたガスハイドレートの分解ガス利用システムであって、前記分解ガス利用設備は、下記の式(1)に基いて求めたガスハイドレートの分解率βを用いて推算された分解ガス量に応じた規模に形成されていることを特徴とする。   The gas hydrate cracking gas utilization system according to the second aspect of the present invention includes a storage tank in which the gas hydrate is stored, and a cracked gas utilization facility that uses the cracked gas hydrate gas generated from the tank. The cracked gas utilization system of the gas hydrate provided with the cracked gas utilization equipment, wherein the cracked gas utilization facility is estimated by using the cracked rate β of the gas hydrate determined based on the following formula (1) It is characterized by being formed on a scale corresponding to the above.

Figure 0004838014
K :貯蔵圧力、貯蔵温度、ガスハイドレートの密度、及びガス組成に応じて実験によって決まる分解速度定数
:ガスハイドレート半径(m)
t :貯蔵時間(s)
Figure 0004838014
K: Decomposition rate constant determined by experiment depending on storage pressure, storage temperature, gas hydrate density, and gas composition r 0 : gas hydrate radius (m)
t: Storage time (s)

本発明によれば、自己保存効果を発現する条件下で貯蔵されているガスハイドレートの分解ガス量を正確に推算することができるため、ハイドレート貯槽の圧力設計値に基いて、安全弁等の設備を適正に設けることができ、貯槽内が圧力設計値よりも高くなることや減圧になることがなく、安全性が向上する。   According to the present invention, it is possible to accurately estimate the cracked gas amount of gas hydrate stored under conditions that exhibit a self-preserving effect, and therefore, based on the pressure design value of the hydrate storage tank, Equipment can be provided appropriately, the inside of the storage tank does not become higher than the pressure design value, or the pressure is not reduced, and safety is improved.

また、推算した分解ガス量に応じた適切な規模の設備を導入することができる。すなわち、ガスハイドレートの分解ガス量に対して過小な設備を導入し、該分解ガスを無駄に放散されることがなく、経済性が向上する。更に、ガスハイドレートの分解ガス量に対して過大な設備を導入することがなく、建設コストが低減できる。   In addition, it is possible to introduce equipment of an appropriate scale according to the estimated amount of cracked gas. That is, a facility that is too small relative to the amount of cracked gas hydrate is introduced, and the cracked gas is not dissipated unnecessarily, thereby improving economy. Furthermore, it is possible to reduce the construction cost without introducing excessive facilities with respect to the amount of gas hydrate decomposition gas.

本発明によれば、ガスハイドレート粒子、ペレットを貯蔵する際に、ガスハイドレートの分解量を予測し、その分解によって生成した分解ガスを無駄なく有効に利用することが可能である。   According to the present invention, when storing gas hydrate particles and pellets, it is possible to predict the decomposition amount of the gas hydrate and effectively use the decomposition gas generated by the decomposition without waste.

以下、本発明に係るガスハイドレートの分解量推算方法及び分解ガス利用システムについて説明する。本発明においてハイドレートの種類は特に限定されるものではない。すなわち、ハイドレートを形成するガス状のハイドレート形成物質の種類は、所定の温度、圧力条件でハイドレートを形成するものであればよく、例えば天然ガス(メタンを主成分とし、副成分としてエタン、プロパンなどを含む混合ガス)、メタンガス、エタンガス、二酸化炭素ガス(炭酸ガス)などを挙げることができる。ガスハイドレート粒子、ペレットは自己保存効果を発現した状態で貯蔵する。ガスハイドレートペレットは、通常、5mm〜100mmの範囲で製造するのが実用的である。   The gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system according to the present invention will be described below. In the present invention, the type of hydrate is not particularly limited. That is, the kind of the gaseous hydrate forming substance that forms hydrate may be any substance that forms hydrate under predetermined temperature and pressure conditions. And methane gas, ethane gas, carbon dioxide gas (carbon dioxide gas), and the like. The gas hydrate particles and pellets are stored in a state that exhibits a self-preserving effect. It is practical to manufacture the gas hydrate pellets usually in the range of 5 mm to 100 mm.

[ガスハイドレートの分解量推算方法]
(1)ガスハイドレート粒子、ペレットの分解速度の温度依存性
図1に、メタンガスハイドレートペレット(以下、MGHPと称する)の各貯蔵温度における分解速度をゲスト分子包蔵率αの減少割合 Δα/Δt(s−1)で示す。
ゲスト分子包蔵率αの定義を下記の式(2)に示す。
[Method of estimating the amount of decomposition of gas hydrate]
(1) gas hydrate particles, the temperature dependency of Figure 1 the rate of degradation of the pellets, methane hydrate pellets reduction ratio of the guest molecules occluded index alpha H degradation rate in each storage temperature (hereinafter, referred to as MGHP) Δα H / Δt (s −1 ).
The definition of the guest molecule inclusion rate α H is shown in the following formula (2).

Figure 0004838014
水分子が作る全てのケージにゲスト分子が包摂した場合は、α=1.0となる。水和数とは、ガス分子に対する水分子数の割合である。本実施例においては、I型構造のガスハイドレートの理論水和数である5.75を値として用いた。
Figure 0004838014
When guest molecules are included in all cages formed by water molecules, α H = 1.0. Hydration number is the ratio of the number of water molecules to gas molecules. In this example, 5.75, which is the theoretical hydration number of the gas hydrate having the I-type structure, was used as the value.

MGHPの場合、貯蔵温度268Kでは分解速度が大きいが、貯蔵温度が低くなると分解速度が小さくなり、253Kでは3×10−8−1まで低下した。貯蔵温度が253Kより低くなると再び分解速度が増加し、210Kで分解速度が最大となるが、それより低い温度では分解速度が減少し、168Kで分解速度は0になった。MGHPの自己保存性は、226K〜268Kの限られた温度範囲で発現し、この温度範囲内では253K付近で最も安定性が高いことが確認された。 In the case of MGHP, the decomposition rate was high at a storage temperature of 268K, but the decomposition rate was reduced as the storage temperature was lowered, and decreased to 3 × 10 −8 s −1 at 253K. The decomposition rate increased again when the storage temperature was lower than 253K, and the decomposition rate was maximized at 210K, but the decomposition rate decreased at a lower temperature, and the decomposition rate became zero at 168K. The self-preserving property of MGHP was expressed in a limited temperature range of 226K to 268K, and it was confirmed that the stability was highest around 253K within this temperature range.

メタンを主成分とし、エタン、プロパンを含む混合ガスハイドレートペレット(以下、混合GHPと称する)の場合も、計測範囲内では、分解速度は253Kで最も低い値を示している。また混合GHP分解速度の温度依存性は、組成、濃度によらずMGHPと同様の傾向を示す。   Also in the case of mixed gas hydrate pellets (hereinafter referred to as mixed GHP) containing methane as the main component and containing ethane and propane, the decomposition rate is the lowest at 253 K within the measurement range. The temperature dependence of the mixed GHP decomposition rate shows the same tendency as MGHP regardless of the composition and concentration.

(2)ガスハイドレート粒子、ペレットの分解率の推算式
次に、走査型共焦点顕微鏡を用いてガスハイドレートペレット表面状態を観察したところ、自己保存性を最も強く示す温度である253Kまで昇温した試料の表面は、全体が光沢を帯びた膜状に覆われている様子が観察された。
(2) Estimation formula of decomposition rate of gas hydrate particles and pellets Next, when the surface state of the gas hydrate pellets was observed using a scanning confocal microscope, it increased to 253 K, which is the temperature that most strongly shows self-preserving properties. It was observed that the entire surface of the heated sample was covered with a glossy film.

図2は球状のガスハイドレート粒子、ペレットの分解反応モデルである。
記号の意味を以下に示す。
r :ハイドレート粒子、ペレット半径(m)
V :ハイドレート粒子、ペレット体積(m
x :分解したハイドレート層の厚さ(m)
添字の0は初期の状態を示す。
FIG. 2 is a decomposition reaction model of spherical gas hydrate particles and pellets.
The meaning of the symbols is shown below.
r: hydrate particles, pellet radius (m)
V: Hydrate particles, pellet volume (m 3 )
x: thickness of decomposed hydrate layer (m)
The subscript 0 indicates the initial state.

前記球状のガスハイドレート粒子、ペレットの分解反応モデルを用いて、MGHPが温度範囲226K〜268K、特に253K付近での自己保存状態におけるガスハイドレートペレットの分解量を推算する。   Using the spherical gas hydrate particle and pellet decomposition reaction model, the amount of decomposition of the gas hydrate pellet in a self-preserving state when the MGHP is in the temperature range of 226K to 268K, particularly around 253K, is estimated.

ガスハイドレート粒子、ペレット1の分解過程では、分解により生成した氷2がガスハイドレート粒子、ペレット1の表面から内部に向かって成長するものと仮定する。氷が多孔質のものであれば、分解により生成したガスは氷層を速やかに通過できるが、緻密な膜状の氷の場合は簡単に通過できずに氷層中を拡散しなければならない。   In the decomposition process of the gas hydrate particles and pellets 1, it is assumed that ice 2 generated by the decomposition grows from the surface of the gas hydrate particles and pellets 1 toward the inside. If the ice is porous, the gas generated by the decomposition can quickly pass through the ice layer, but in the case of dense film-like ice, it cannot be easily passed and must diffuse through the ice layer.

そこで、分解速度が非常に小さい253K付近のガスハイドレート粒子、ペレット1表面で観察された、該表面全体が光沢を帯びた膜状に覆われている様子は、緻密な膜状の氷2が生成している状態であると仮定し、ガスハイドレート粒子、ペレットの分解速度式に、拡散律速・界面減少型反応速度式(Janderの式)を適用する。この点が本発明の特徴である。   Therefore, the gas hydrate particles in the vicinity of 253K, which have a very low decomposition rate, and the state of the entire surface covered with a glossy film observed on the surface of the pellet 1 are shown in FIG. Assuming that the gas is produced, a diffusion-controlled / interface-decreasing reaction rate equation (Jander equation) is applied to the decomposition rate equation of gas hydrate particles and pellets. This is a feature of the present invention.

ガスハイドレート粒子、ペレット1の分解率βと分解層である氷2の厚さxの関係は次式により得られる。tは時間(s)を表す。   The relationship between the decomposition rate β of the gas hydrate particles and pellets 1 and the thickness x of the ice 2 as the decomposition layer is obtained by the following equation. t represents time (s).

球状のガスハイドレート粒子、ペレット1が分解し、分解層の厚さxとなったときの体積Vは(3)式によって表せる。   The volume V when the spherical gas hydrate particles and pellets 1 are decomposed to the thickness x of the decomposition layer can be expressed by equation (3).

Figure 0004838014
球状のガスハイドレート粒子、ペレット1が分解し、分解層の厚さxとなったときの分解率βを用いて体積Vを表すと、以下の(4)式になる。
Figure 0004838014
When the volume V is expressed using the decomposition rate β when the spherical gas hydrate particles and pellets 1 are decomposed to the thickness x of the decomposition layer, the following equation (4) is obtained.

Figure 0004838014
上記(3)式と(4)式から、分解層の厚さxは(5)式で表せる。
Figure 0004838014
From the above equations (3) and (4), the thickness x of the decomposition layer can be expressed by equation (5).

Figure 0004838014
また、前記拡散律速の仮定より、分解ガスが分解層中を拡散するのに要する時間は、分解層の厚さが増すほど増大するので、分解層の成長速度はその厚さに反比例するものとする。分解速度dx/dtは以下のように表せる。
Figure 0004838014
Further, from the assumption of the diffusion rate control, the time required for the decomposition gas to diffuse in the decomposition layer increases as the decomposition layer thickness increases, so the growth rate of the decomposition layer is inversely proportional to the thickness. To do. The decomposition rate dx / dt can be expressed as follows.

Figure 0004838014
t=0でx=0という初期条件を使って(6)式を積分すると、(7)式が得られる。
Figure 0004838014
When the equation (6) is integrated using the initial condition of t = 0 and x = 0, the equation (7) is obtained.

Figure 0004838014
(5)式と(7)式から(8)式が得られる。
Figure 0004838014
Expression (8) is obtained from Expression (5) and Expression (7).

Figure 0004838014
(8)式から分解率βは、下記の(1)式となる。
Figure 0004838014
From the equation (8), the decomposition rate β is the following equation (1).

Figure 0004838014
ゲスト分子包蔵率αは(9)式によって求められる。
Figure 0004838014
The guest molecule inclusion rate α H is obtained by the equation (9).

Figure 0004838014
Figure 0004838014

(3)分解速度定数K
分解速度定数Kは、ガスハイドレートペレットの性状であるペレット密度(ρ)およびガス組成と、貯蔵条件である貯蔵圧力(P)および貯蔵温度(T)に応じて決まる定数である。貯槽に貯蔵される一定性状のガスハイドレートペレットについて、該ガスハイドレートペレットが自己保存効果を発現する、一定貯蔵条件下で貯蔵したときの分解率を測定することによって、該ガスハイドレートペレットの分解速度定数Kが求められる。
(3) Decomposition rate constant K
The decomposition rate constant K is a constant determined according to the pellet density (ρ) and gas composition, which are the properties of the gas hydrate pellets, and the storage pressure (P) and storage temperature (T) as storage conditions. The gas hydrate pellets stored in a storage tank have a self-preserving effect by measuring the decomposition rate when the gas hydrate pellets are stored under constant storage conditions. A decomposition rate constant K is determined.

一例として、1気圧、253Kにおける、ペレット密度が880〜914kg/mであるメタンガスハイドレートペレット(MGHP)を挙げると、分解速度定数Kは、実験結果より、1×10−16/s〜1×10−14/sである。より好ましい範囲としてK=3.5×10−15/s±2.5×10−15/sを用いて分解量を推算する。 As an example, when methane gas hydrate pellets (MGHP) having a pellet density of 880 to 914 kg / m 3 at 1 atmosphere and 253 K are given, the decomposition rate constant K is 1 × 10 −16 m 2 / s from the experimental results. a ~1 × 10 -14 m 2 / s . The decomposition amount is estimated using K = 3.5 × 10 −15 m 2 /s±2.5×10 −15 m 2 / s as a more preferable range.

上記分解速度定数Kを用いて、(1)式によって分解率βを求め、(9)式によって求めたMGHPのゲスト分子包蔵率(%)の推算結果と、実験による実際のゲスト分子包蔵率(%)の測定結果との比較を図3に示す。尚、図3におけるゲスト分子包蔵率は、前述において定義したαに100を乗じて百分率で表したものである。
推算値は400時間以上経過後まで実験結果と良く一致しており、推算式(1)によってガスハイドレートの分解率求められ、該ガスハイドレートの分解量が推算可能といえる。
Using the decomposition rate constant K, the decomposition rate β is obtained by the equation (1), the estimation result of the guest molecule inclusion rate (%) of MGHP obtained by the equation (9), and the actual guest molecule inclusion rate by experiment ( %) And the measurement results are shown in FIG. The guest molecule inclusion rate in FIG. 3 is expressed as a percentage by multiplying α H defined above by 100.
The estimated value is in good agreement with the experimental results until after 400 hours or more, and it can be said that the decomposition rate of the gas hydrate can be estimated by calculating the decomposition rate of the gas hydrate by the estimation formula (1).

[ガスハイドレートペレットの分解ガス利用システム]
[実施例1]
図4はガスハイドレートペレットの分解ガス利用システムの概略構成図である。以下、ガスハイドレートペレットを例に説明するが、ガスハイドレート粒子についても同様である。
ガスハイドレートペレット貯槽12のプロセスデータ[貯蔵温度T(K)、貯蔵圧力(MPa)、ガスハイドレート貯蔵量(kg)、ガス組成、ペレット密度ρ(kg/m)、粒径2r(mm)]が設定される。粒径2rは、粒径分布(%)を考慮した平均粒径を用いる。
[System for using cracked gas from gas hydrate pellets]
[Example 1]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a gas hydrate pellet decomposition gas utilization system. Hereinafter, gas hydrate pellets will be described as an example, but the same applies to gas hydrate particles.
Process data of the gas hydrate pellet storage tank 12 [storage temperature T (K), storage pressure (MPa), gas hydrate storage amount (kg), gas composition, pellet density ρ (kg / m 3 ), particle size 2r (mm )] Is set. As the particle size 2r 0 , an average particle size considering the particle size distribution (%) is used.

最小径と最大径が2倍以上異なる場合は、粒径を数分割して、それぞれの平均粒径で分解率βを計算する。これに粒径ごとの重量分率を乗じて、合算することで全体の分解率が求められる。また、ガスハイドレート粒子、ペレットが球形でない場合は、外径を粒径とみなしてよい。外径に長径と短径がある場合、長径と短径の平均を粒径として用いることが望ましい。   When the minimum diameter and the maximum diameter are different by a factor of two or more, the particle size is divided into several parts, and the decomposition rate β is calculated with the respective average particle sizes. Multiply this by the weight fraction for each particle size and add up to determine the overall decomposition rate. Further, when the gas hydrate particles and pellets are not spherical, the outer diameter may be regarded as the particle diameter. When the outer diameter has a major axis and a minor axis, it is desirable to use the average of the major axis and the minor axis as the particle diameter.

設定された一定性状(ガス組成、粒径2r、ペレット密度ρ)のガスハイドレートペレット11を、該ガスハイドレートが自己保存効果を発現する一定の貯蔵条件下(貯蔵圧力P、貯蔵温度T)で貯蔵する場合の分解速度定数Kを実験により決定し、推算式(1)に基き貯蔵されるガスハイドレートの分解率βが求められ、貯槽12に貯蔵した際の発生分解ガス量の推算が行われる。 The gas hydrate pellets 11 having the set constant properties (gas composition, particle size 2r 0 , pellet density ρ) are subjected to storage conditions (storage pressure P, storage temperature T) in which the gas hydrate exhibits a self-preserving effect. ) To determine the decomposition rate constant K of the gas hydrate to be stored based on the estimation formula (1), and to estimate the amount of cracked gas generated when stored in the storage tank 12 Is done.

次に、本実施例の作用を説明する。
本実施例によれば、貯槽12に貯蔵されているガスハイドレートペレット11の分解ガス量を正確に推算することができるため、貯槽12の圧力設計値に基いて、安全弁等の設備を適正に設けることができ、貯槽12内が圧力設計値よりも高くなることや減圧になることがなく、安全性が向上する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
According to the present embodiment, the amount of cracked gas of the gas hydrate pellets 11 stored in the storage tank 12 can be accurately estimated. Therefore, based on the pressure design value of the storage tank 12, facilities such as safety valves are appropriately set. It can be provided, and the inside of the storage tank 12 does not become higher than the pressure design value or is not depressurized, and safety is improved.

分解ガスを利用する分解ガス利用設備13を導入する際に、分解ガス利用設備13を推算した分解ガス量に応じた規模に設計することができる。すなわち、ガスハイドレートペレット11の分解ガス量に対して過小な設備を導入し、該分解ガスを無駄に放散されることがなく、経済性が向上する。更に、前記分解ガス量に対して過大な設備を導入することがなく、建設コストが低減できる。   When introducing the cracked gas utilization facility 13 that uses the cracked gas, the cracked gas utilization facility 13 can be designed to have a scale corresponding to the estimated amount of cracked gas. That is, a facility that is too small relative to the amount of cracked gas in the gas hydrate pellet 11 is introduced, and the cracked gas is not wasted and the economy is improved. Furthermore, the construction cost can be reduced without introducing excessive facilities with respect to the cracked gas amount.

また、分解ガス利用設備13において、分解ガスの供給量が不足する場合、発生する分解ガス量が推算されているので、不足分の補助燃料の量も推算することができ、適正な量の補助燃料を分解ガス利用設備13に供給することができる。   In addition, when the supply amount of cracked gas is insufficient in the cracked gas utilization facility 13, since the amount of cracked gas generated is estimated, the amount of auxiliary fuel for the shortage can be estimated, and an appropriate amount of auxiliary fuel can be estimated. The fuel can be supplied to the cracked gas utilization facility 13.

本発明は、天然ガス、メタン、エタン、二酸化炭素などのガスハイドレートを形成する気体状のハイドレート形成物質と水との包接化合物であるガスハイドレート粒子、ペレットを貯蔵する際のガスハイドレートの分解ガス利用システムに利用可能である。   The present invention relates to gas hydrate particles and pellets for storing gas hydrate particles, which are clathrate compounds of water and gaseous hydrate forming substances that form gas hydrates such as natural gas, methane, ethane, and carbon dioxide. It can be used for rate cracked gas utilization system.

ガスハイドレートペレットの貯蔵温度と分解速度の相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation of the storage temperature of a gas hydrate pellet, and a decomposition rate. 球状のガスハイドレート粒子、ペレットの分解反応モデルを示す図である。It is a figure which shows the decomposition reaction model of spherical gas hydrate particle | grains and a pellet. メタンガスハイドレートペレットのガス包蔵率の実測値および推算値を示す図である。It is a figure which shows the actual value and estimated value of the gas occlusion rate of a methane gas hydrate pellet. 本発明に係るガスハイドレートペレットの分解ガス利用システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the decomposition gas utilization system of the gas hydrate pellet which concerns on this invention. 公知のハイドレートの平衡線図(メタンガスハイドレートの例)である。It is a well-known hydrate equilibrium diagram (an example of methane gas hydrate).

符号の説明Explanation of symbols

1 ガスハイドレート粒子、ペレット、 2 氷(分解層)
11 ガスハイドレートペレット、 12 貯槽、 13 分解ガス利用設備
21 平衡線
1 Gas hydrate particles, pellets, 2 Ice (decomposition layer)
11 Gas Hydrate Pellet, 12 Storage Tank, 13 Cracked Gas Utilization Equipment 21 Equilibrium Line

Claims (1)

ガスハイドレートがガスハイドレート生成領域外において自己保存効果を発現する条件下でガスハイドレートを貯蔵する際のガスハイドレートの分解量推算方法であって、
下記の式(1)に基いてガスハイドレートの分解率βを求め、該ガスハイドレートの分解量を推算することを特徴とする、ガスハイドレートの分解量推算方法。
Figure 0004838014

K :貯蔵圧力、貯蔵温度、ガスハイドレートの密度、及びガス組成に応じて実験によって決まる分解速度定数
:ガスハイドレート半径(m)
t :貯蔵時間(s)
A method for estimating the amount of decomposition of gas hydrate when storing the gas hydrate under conditions where the gas hydrate exhibits a self-preserving effect outside the gas hydrate generation region,
A method for estimating the amount of decomposition of a gas hydrate, comprising determining a decomposition rate β of the gas hydrate based on the following formula (1) and estimating the amount of decomposition of the gas hydrate.
Figure 0004838014

K: Decomposition rate constant determined by experiment depending on storage pressure, storage temperature, gas hydrate density, and gas composition r 0 : gas hydrate radius (m)
t: Storage time (s)
JP2006051349A 2006-02-27 2006-02-27 Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system Expired - Fee Related JP4838014B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006051349A JP4838014B2 (en) 2006-02-27 2006-02-27 Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system
PCT/JP2007/000133 WO2007097127A1 (en) 2006-02-27 2007-02-27 Method of estimating amount of gas hydrate decomposed and decomposition gas utilizing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006051349A JP4838014B2 (en) 2006-02-27 2006-02-27 Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007231053A JP2007231053A (en) 2007-09-13
JP4838014B2 true JP4838014B2 (en) 2011-12-14

Family

ID=38437171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006051349A Expired - Fee Related JP4838014B2 (en) 2006-02-27 2006-02-27 Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4838014B2 (en)
WO (1) WO2007097127A1 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0827470A (en) * 1994-07-12 1996-01-30 Kazunari Ogaki Decomposition of gas hydrate and natural gas hydrate recovery of gas and apparatus therefor
JP4392825B2 (en) * 2002-03-28 2010-01-06 三井造船株式会社 Method for producing gas hydrate and gas hydrate decomposition inhibitor
JP4233264B2 (en) * 2002-03-28 2009-03-04 三井造船株式会社 Method for transferring and storing gas hydrate
JP2003322296A (en) * 2002-04-26 2003-11-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and appliance for feeding gas
JP4378124B2 (en) * 2003-08-29 2009-12-02 中部電力株式会社 Natural gas hydrate storage method and apparatus
JP4184906B2 (en) * 2003-09-16 2008-11-19 三井造船株式会社 Gas hydrate pellet and method for producing the same
JP2005319862A (en) * 2004-05-07 2005-11-17 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method and device for treating boil-off gas of gas hydrate transport ship

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007097127A1 (en) 2007-08-30
JP2007231053A (en) 2007-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. Effect of multi-walled carbon nanotubes on methane hydrate formation
Navabzadeh Esmaeely et al. Effect of calcium on the formation and protectiveness of iron carbonate layer in CO2 corrosion
Zhang et al. Phase equilibrium in the hydrogen energy chain
WO2010010372A1 (en) Clathrates for gas storage
Xu et al. Effect of high-concentration O2 on corrosion behavior of X70 steel in water-containing supercritical CO2 with SO2
Zhang et al. Experimental and modeling study on controlling factor of methane hydrate formation in silica gels
Di Profio et al. Novel nanostructured media for gas storage and transport: clathrate hydrates of methane and hydrogen
Jeong et al. Calculation of boil-off gas (BOG) generation of KC-1 membrane LNG tank with high density rigid polyurethane foam by numerical analysis
Chin et al. Prediction of phase equilibrium for gas hydrate in the presence of organic inhibitors and electrolytes by using an explicit pressure-dependent Langmuir adsorption constant in the van der Waals–Platteeuw model
Li et al. CO 2 hydrate formation kinetics based on a chemical affinity model in the presence of GO and SDS
JP4838014B2 (en) Gas hydrate decomposition amount estimation method and decomposition gas utilization system
Wood et al. Weathering/ageing of liquefied natural gas cargoes during marine transport and processing on floating storage units and FSRU
Vlasov Mathematical model of the effect of self-preservation of gas hydrates
Nakajima et al. Use of hydrate pellets for transportation of natural gas-II-proposition of natural gas transportation in form of hydrate pellets
Ekawati et al. Effect of Temperature, Bicarbonate, and MEG Concentrations on CO2 Corrosion of Carbon Steels
JP4838015B2 (en) Gas hydrate decomposition amount control method and decomposition gas amount control system
Bozhko et al. Double Freon Hydrates: Composition and Thermodynamic Properties
JP3173611B2 (en) Method for producing gas hydrate for transport and storage
JP4233264B2 (en) Method for transferring and storing gas hydrate
Chen et al. A multi-zone thermodynamic model for predicting LNG ageing in large cryogenic tanks
Tian et al. Thermal analysis of methane hydrate formation in a high-pressure reactor packed with porous SiC foam ceramics
Cappello Modelling the Weathering Process of Stored Liquefied Natural Gas (LNG).
Lahijani et al. SAFT modeling of multiphase equilibria of methane-CO2-water-hydrate
JP6099091B2 (en) Method for producing gas hydrate containing heavy water and gas hydrate storage method using the same
JP5173736B2 (en) Method for producing gas hydrate

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080402

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110406

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110603

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110629

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110914

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110929

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141007

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees