JP4866693B2

JP4866693B2 - ガスハイドレートの再ガス化方法

Info

Publication number: JP4866693B2
Application number: JP2006249093A
Authority: JP
Inventors: 信貴大屋; 清司堀口; 鈴木　　剛
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: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: JP2008069264A

Description

本発明は、容器内に積載されたガスハイドレートを再ガスするガスハイドレートを再ガス化方法に関する。

ＬＮＧ基地のＢＯＧ（Boil Off Gas) 、国産天然ガス、バイオガス等は、需要先にて利用する際に昇圧してＣＮＧ（Compressed Natural Gas）とし、需要先で減圧して使用している。ＢＯＧ等をＣＮＧとする理由は、同一容量でより多くのガスを輸送することが可能であることに起因する。要は、嵩張るガスの減容のためである。しかし、ＣＮＧは、超高圧（例えば、１００ａｔａ（９．８ＭＰａ）〜２００ａｔａ（１９．６ＭＰａ））であるため、非常に高価なガス圧縮機及び容器（カードル）が必要であった。

他方、天然ガスの輸送手段として、天然ガスをＮＧＨ（ガスハイドレート）に変換して輸送する技術開発が行われている。ＮＧＨは、常温付近の温度で製造できる一方、氷点以下、例えば、−２０℃程度に冷却されていれば、常圧下の非平衡状態でも長期保存が可能であることも分かっている。

従って、ＮＧＨは、ＣＮＧの代替え品として有望視されているが、粒状のガスハイドレートを、例えば、圧縮ロール式の造粒装置によってペレット状に造粒すると、ペレットにならないバリ（Burr) が発生し、ペレットの歩留りを低下させる要因になっている。また、ペレットを損傷しないようにバリを分離することは非常に面倒である。

ところで、ガスの需要先では、ペレットを輸送した容器を、そのまま再ガス化容器として兼用する。この容器には、氷点以下（例えば、−２０℃程度）に冷却されたペレットが積載されており、容器内に温水を噴射することによってペレットが熱分解してガスが発生する（例えば、特許文献１参照。）。上記のように、ペレット輸送容器を再ガス化容器に兼用することによってペレット状に成形されたＮＧＨの移動（ハンドリング）の煩わしさを回避することが可能である。

しかしながら、温水噴射方式は、温水が直接当たったペレットのほか、ペレットに当たって飛散した温水によって濡れたペレットもあるため、余剰ガスの発生を回避することが難しい。仮に、余剰ガスの発生を回避することが可能であるとしても、途中で再ガス化を停止した場合、容器内の温度が上昇していることから自己保存性が維持困難になり、自己保存効果を発現する領域（例えば、−２０℃程度）までペレットを冷却しなければならないと言う問題がある。
特開２００６−１３８３４９号公報

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、造粒時に発生したバリを有効利用するガスハイドレートの輸送方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、ガスハイドレートの再ガス化を容易に制御できるガスハイドレートの再ガス化方法を提供することにある。

請求項１に係るガスハイドレートの再ガス化方法は、容器内に積載されたガスハイドレートを再ガス化するに際し、前記容器内に、輸送中に発生したガスハイドレートの分解ガスの圧力がガスハイドレートの三相平衡線上の所定の平衡圧に達するまで注水し、しかる後に、前記容器内の注水を前記容器と外部の循環水加熱器との間で循環させながら加熱すると共に、前記循環水加熱器の熱媒体供給管に設けられているバルブを、前記容器に設けた圧力発信器の信号に基づいて制御して前記容器内の分解ガスの圧力が変動しないようにすることを特徴とする。

請求項２に係るガスハイドレートの再ガス化方法は、所定の圧力及び温度条件下において、平衡圧が所定の圧力レベルを超える原料ガス組成又はハイドレート包蔵ガス組成の場合は、原料ガス又はハイドレート包蔵ガスにメタン以外の重質分を加えたガス組成に変えて前記平衡圧の低下と同時にガス発熱量の増加を図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輸送方法は、造粒装置によって造粒されたガスハイドレートペレットを容器に積載して輸送するに際し、前記ガスハイドレートペレットに、造粒時に生じたバリを混載させるので、ガスハイドレートペレットからバリを分離することが不要になり、その分の工程短縮が可能になる。また、造粒時に生じたバリを混載させることにより、ガスハイドレートの充填率を約６０％（ガスハイドレートペレットのみの場合）から７５％程度にアップさせることが可能である。

また、ＣＮＧ製造のための動力消費量がＣＮＧ１（容器内圧：２００ａｔａ）で２２ｋＷ（供給ガス＊２）、ＣＮＧ２（容器内圧：１００ａｔａ）で１７ｋＷ（供給ガス＊２）であるのに対し、ＮＧＨの製造動力は、１６ｋＷ（供給ガス）である。

従って、ＮＧＨの製造動力は、ＣＮＧ１の７４．５％、ＣＮＧ２の９５．８％であるから、ＣＮＧに比べて経済的に製造することができる。尚、ＣＮＧの動力消費（＊２）は、ＮＧＨのそれと同一ガス量を輸送した場合に換算したものである。即ち、同一供給ガス量をベースにしている（＊ＧＰ）。更に、ＣＮＧ車は、ＮＧＨ車に比べて倍以上の車数、若しくは配送回数を必要とし、輸送効率から見てもＮＧＨ車に比べて不利である。その理由は、ＣＮＧは、超高圧容器のため、容器重量が過大になる一方、車載重量制限のため、ＣＮＧカードルの数量制限となり、一車により輸送できるガス量がＮＧＨに比べ著しく少ないということにある。

その際、造粒装置によって造粒されたガスハイドレートペレットと、造粒時に生じたバリとを氷点以下に冷却し、その後、常圧下で容器に積載して輸送することにより、常圧下の非平衡状態でも長期輸送が可能である。また、容器内にパーティションを設けることにより、輸送時の荷崩れを防止することができる。

他方、請求項４に記載の再ガス化方法は、容器内に積載されたガスハイドレートを再ガス化するに際し、前記容器内に、輸送中に発生したガスハイドレートの分解ガスの圧力にガスハイドレートの三相平衡線上の所定の平衡圧に達するまで注水し、しかる後に、分解ガスの圧力が変動しないように監視しながら、前記容器内の注水を前記容器と外部にある循環水加熱器との間で循環させながら加熱するので、ガスハイドレートペレットの再ガス化を容易に制御することができる。また、上記のように、ガスハイドレートペレットの分解ガスの圧力にガスハイドレートの三相平衡線上の所定の平衡圧力上に固定した状態で、ガスハイドレートペレットを加熱に相当する熱量分だけのガス発生に抑えることができるため、非常に負荷制御が行い易いと言える。

請求項５に記載の発明によれば、平衡圧が所定の圧力レベルを超える原料ガス組成又はハイドレート包蔵ガス組成の場合は、メタン以外の重質ガス分、例えば、プロパンを加えたガス組成に変えて前記平衡圧の低下と同時に発熱量の増加を図ることができる。

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輸送方法の概略構成図であり、粉体状のガスハイドレートｎは、圧縮式の造粒装置１によって造粒されて所定の寸法及び形状のガスハイドレートペレットｐとなる。このとき、バリｉも発生するが、これらは、冷却装置２によって所定の温度（例えば、−２０℃）に冷却された後、ロックホッパーなどの減圧装置３によって常圧まで減圧される。そして、常圧下で容器１０に積載されたガスハイドレートペレットｐやバリｉは、需要先（再ガス化基地）に向けて陸送される。尚、図中、４は圧縮式造粒装置、５はケーシング、６はホッパ７内のスクリュ８を回転させるモータを示している。

図２は、本発明に係るガスハイドレートの再ガス化方法を実施する再ガス化装置（第１の再ガス化装置）の概略構成図である。

図２に示すように、容器１０は、循環路１４によって底部１１と胴部１２とが連通されている。この循環路１１は、循環ポンプ１５と循環水加熱器１６とを備え、循環水加熱器１６の熱媒供給管１７には、バルブｖ４が設けられている。尚、容器１０は、耐圧性を有すると共に、断熱材で被覆することが肝要である。

容器１０は、圧力発信器１８を有する一方、その周辺に圧力制御器２０、及び注水槽２２が設けられ、圧力制御器２０は、圧力発信器１８によって検出した容器１０内の圧力に基づいて熱媒供給管１７に設けられているバルブｖ４を制御するようになっている。また、容器１０の頂部１３に接続している熱分解ガス供給管２３は、バルブｖ７を経てバーナーなどのガス器具に接続している。

また、均圧のため、上記注水槽２２の頂部は、バルブｖ６を備えた配管２５を介して熱分解ガス供給管２３に接続している。尚、その接続個所は、バルブｖ７の入り口側である。更に、注水槽２２の底部は、バルブｖ３を備えた配管２６を介して上記循環路１４に接続している。尚、その接続個所は、循環ポンプ１５の入り口側である。

また、容器１０の胴部１２は、バルブｖ５を備えたオーバーフロー管２７を介して注水槽２２の頂部に設けた配管２５に接続している。尚、その接続個所は、注水槽２２の頂部とバルブｖ６との中間に位置している。また、容器１０は、その底部にベルマウス２８を設けてガスハイドレートペレットの流出を防止するようにしている。図中、符号３０は、切り離し部を示している。

次に、ガスハイドレートペレットの再ガス化について説明する。
既に説明したように、容器１０には、予め、所定の温度（例えば、−２０℃）に冷却されたガスハイドレートペレットｐやバリｉが常圧下で積載されているが、需要地（再ガス化基地）に輸送された容器１０は、所定の操作条件（例えば、０．９５ＭＰａ、２７８Ｋ）に調整した後、再ガス化される。

このため、再ガス化基地では、先ず、バルブｖ３を開くと共に、循環ポンプ１５を運転し、輸送中にガス化したガスハイドレートペレットｐやバリの分解ガスｇの圧力が操作条件（例えば、０．９５ＭＰａ）になるまで容器１０内に注水槽２２の水ｗを注水する。

その後、バルブｖ３を閉じ、循環ポンプ１５のみを継続運転して容器１０内の注水ｗを容器１０と外部の循環水加熱器１６との間で循環させた状態において、バルブｖ４を開いて熱媒ｅを循環水加熱器１６に供給すると、循環している注水ｗが熱媒ｅによって加熱され、熱媒ｅの入熱量に相当するガスハイドレートペレットｐやバリが熱分解する。

その際、容器１０内の圧力を圧力発信器１８で監視し、容器１０内の圧力が操作条件（例えば、０．９５ＭＰａ）を維持するように圧力制御器２０によってバルブｖ４を制御する。

図３に示すように、容器内圧力を、例えば、０．９５ＭＰａに設定した場合、符号ａは、注水による容器内圧変化を示す線Ａ上の温度、符号ｂは、ガスハイドレート三相平衡線Ｂ上の温度、符号ｃは、注水温度を示している。また、ｘ１は、ガス化開始初期温度差、ｘ２は操作温度差を示している。

ガスハイドレートペレットｐやバリの熱分解によって生じた熱分解ガスｇ’は、熱分解ガス供給管２３を通ってバーナーなどのガス器具に供給される。若し、ガスハイドレートペレットｐやバリの熱分解を停止する場合には、圧力制御器２０によってバルブｖ４を閉じる。その際、容器１０内の圧力が符号ｃから供給される注水によって符号ｂを維持するようにガスハイドレートペレットｐやバリの熱分解が継続することになる。

図４は、第２の再ガス化装置を示すものであるが、図２の再ガス化装置と同じ部位に同じ符号を付けて詳しい説明については省略する。図２の再ガス化装置と異なる点について列挙すると、次のようになる。尚、この第２の再ガス化装置の操作条件（例えば、０．９５ＭＰａ、２７７Ｋ）に設定されている。図５は、第２の再ガス化装置における注水による容器内圧示す線Ａとガスハイドレート三相平衡線Ｂを示す図である。

この再ガス化装置は、容器１０を横置き型にすると共に、容器１０内に設けた複数のパーティション３１によって輸送時の荷崩れを防止している。また、パーティション３１によって区切られた区画３２毎にバルブｖ１の付いた導入管３３と、バルブｖ２の付いた排出管３４とを設けると共に、これらの導入管３３及び排出管３４を既に説明した循環路１４に接続させている。

更に、ガス貯槽２１と熱分解ガス供給管２３との間にバルブｖ８を有する配管３５を設け、ガス化開始初期ｘ１にガス貯槽２１内の熱分解ガスｇ’を容器１０内に均圧のために戻すようにしている。更に、循環ポンプ１５の出口とオーバーフロー管２７をバルブｖ１１を有するバイパス管３６によって接続し、ガスハイドレートペレットやバリの熱分解によって生じた余剰水ｗ’を注水槽２２に蓄えるようにしている。

上記の平衡圧について説明すると、平衡圧は、原料ガス組成、延いてはハイドレート包蔵ガス組成によって決まる。即ち、メタン成分が相対的に多い多成分の場合が最も平衡圧が高くなり、容器自体の耐圧性、法規制、コスト等に、直接、反映してくる。

従って、高圧ガス保安法の取り扱いを、極力、回避可能な圧力、即ち、１．０ＭＰａ以下に抑えることが好ましい。この回避手段として、原料ガスに重質分（例えば、プロパン）を加えることによって低圧平衡圧（例えば、０．９５ＭＰａ）とすることを特徴とする。例えば、原料ガスにプロパンを加えることによって天然ガスの組成に比し、プロパンが増加することに伴ってガス発熱量が向上し（増熱と称される。）、既存の都市ガス（１３Ａ）に近づくことが可能である。このことは、ガス消費機器にとっても都合が良い。

ガス組成の違いによる平衡圧の相違は、次のようである。ケース２は、ケース１に対し、プロパンを３．３モル％から５．０モル％に増加させた場合を示している。

（１）ケース１
下記のガス組成の場合は、平衡圧０．９５ＭＰａ、平衡温度２．２℃である。
Ｎ₂：０．１モル％
ＣＨ₄：８７．８モル％
Ｃ₂Ｈ₆：８．４モル％
Ｃ₃Ｈ₈：３．３モル％
ｉ−Ｃ ₄ Ｈ ₁₀ ：０．４モル％
合計：１００モル％
（２）ケース２
下記のガス組成の場合は、平衡圧０．８３ＭＰａ、平衡温度２．２℃である。
Ｎ₂：０．０９５モル％
ＣＨ₄：８３．４１モル％
Ｃ₂Ｈ₆：７．９８モル％
Ｃ₃Ｈ₈：５．０モル％
ｉ−Ｃ ₄ Ｈ ₁₀ ：０．３８モル％
合計：１００モル％

本発明に係るガスハイドレート輸送方法の概略構成図である。本発明に係るガスハイドレート再ガス化方法を実施する第１の再ガス化装置の概略構成図である。第１の再ガス化装置における状態線図である。本発明に係るガスハイドレート再ガス化方法を実施する第２の再ガス化装置の概略構成図である。第２の再ガス化装置における状態線図である。

符号の説明

１０容器
１６循環水加熱器
Ｂガスハイドレートの三相平衡線
ｇ分解ガス
ｎガスハイドレート
ｗ注水

Claims

容器内に積載されたガスハイドレートを再ガス化するに際し、前記容器内に、輸送中に発生したガスハイドレートの分解ガスの圧力がガスハイドレートの三相平衡線上の所定の平衡圧に達するまで注水し、しかる後に、前記容器内の注水を前記容器と外部の循環水加熱器との間で循環させながら加熱すると共に、前記循環水加熱器の熱媒体供給管に設けられているバルブを、前記容器に設けた圧力発信器の信号に基づいて制御して前記容器内の分解ガスの圧力が変動しないようにすることを特徴とするガスハイドレートの再ガス化方法。
所定の圧力及び温度条件下において、平衡圧が所定の圧力レベルを超える原料ガス組成又はハイドレート包蔵ガス組成の場合は、原料ガス又はハイドレート包蔵ガスにメタン以外の重質分を加えたガス組成に変えて前記平衡圧の低下と同時にガス発熱量の増加を図ることを特徴とする請求項１記載のガスハイドレートの再ガス化方法。