JP4917817B2 - Gas hydrate slurry production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ガスハイドレートスラリー製造装置に関する。 The present invention relates to a gas hydrate slurry production apparatus.
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、−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。 The gas hydrate is a solid hydrate having a structure in which gas is taken into a tub formed by water molecules, and is stable at atmospheric pressure of −10 ° C., for example, to liquefied natural gas (LNG). Research is underway to use it as a means of transporting and storing alternative natural gas.
一般に、ガスハイドレートは、例えば、天然ガス、メタンガス、炭酸ガスなどの原料ガスと水とを低温高圧の容器内で反応させて生成される。容器内で生成されるガスハイドレートは、多量の未反応水を含むことから、水を分離して製品ガスハイドレートを精製する必要がある。 In general, the gas hydrate is generated by, for example, reacting a raw material gas such as natural gas, methane gas, and carbon dioxide with water in a low-temperature and high-pressure vessel. Since the gas hydrate produced in the container contains a large amount of unreacted water, it is necessary to separate the water and purify the product gas hydrate.
特許文献1には、生成容器からガスハイドレートと水をスラリーで抜き出し、物理脱水装置で脱水することに加え、物理脱水装置に導入されるガスハイドレートスラリーの濃度を検出し、その検出結果に応じて物理脱水装置における脱水量を制御することが記載されている。これによれば、物理脱水後のガスハイドレートの濃度を一定にすることができるとされている。
In
しかしながら、特許文献1には、物理脱水装置に導入されるガスハイドレートスラリーの濃度をガスハイドレートと水との誘電率の違いを利用して検出することが記載されているが、物理脱水装置に導入されるガスハイドレートスラリーの濃度を制御する点については配慮されていない。したがって、ガスハイドレートスラリーの濃度が高くなりすぎると、ガスハイドレートスラリーの流動性の悪化により生成容器から物理脱水装置へのガスハイドレートスラリーの移送が困難になる。
However,
本発明は、生成器で生成されたハイドレートスラリーを脱水装置へ安定して移送することを課題とする。 An object of the present invention is to stably transfer a hydrate slurry generated by a generator to a dehydrator.
上記課題を解決するため、本発明のガスハイドレートスラリー製造装置は、連続して供給される原料ガスと水とを水和反応させてガスハイドレートを含むスラリーを生成する生成器と、生成器の上部から原料ガスを抜き出して生成器の底部から生成器内に散気して原料ガスを循環するガス循環系と、生成器の底部からガスハイドレートを含むスラリーを抜き出し、該スラリーを冷媒で冷却する冷却器を通して循環するスラリー循環系と、生成器の底部からガスハイドレートを含むスラリーを抜き出して脱水装置に移送するスラリー移送ポンプと、生成器の底部から抜き出されるスラリー中のガスハイドレート濃度を導電率に基づいて検出するスラリー濃度検出器と、ガス循環系に設けられ循環される原料ガスの循環ガス量を制御する流量制御弁と、スラリー循環系に設けられ循環されるスラリーの循環スラリー量を制御する流量制御弁と、前記冷却器の冷媒流量を制御する手段の少なくとも1つを制御して、スラリー濃度検出器により検出されたスラリー中のガスハイドレート濃度を設定範囲に制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a gas hydrate slurry manufacturing apparatus of the present invention includes a generator for generating a slurry containing gas hydrate by hydration reaction of continuously supplied raw material gas and water, and a generator A gas circulation system for extracting the raw material gas from the top of the gas generator and diffusing the raw material gas from the bottom of the generator to circulate the raw material gas , and extracting the slurry containing the gas hydrate from the bottom of the generator , a slurry circulating system for circulating through the cooler for cooling, the slurry transfer pump for transferring the dewatering device from the bottom of the generator by extracting a slurry containing gas hydrate, the gas in the slurry withdrawn from the bottom of the generator flow control for controlling the slurry concentration detector for detecting on the basis of hydrate concentration to the conductivity, the circulating gas of the raw material gas to be circulated is provided in the gas circulation system When a flow control valve for controlling the circulation slurry of the slurry being circulated is provided in the slurry circulating system, by controlling at least one of the means for controlling the refrigerant flow rate of the cooler, is detected by a slurry concentration detector And a control means for controlling the gas hydrate concentration in the slurry within a set range.
すなわち、生成器内のスラリー中に散気する原料ガスの循環量を増やすと水和反応が促進されるから、スラリー中のガスハイドレート濃度を制御できる。また、水和反応は発熱反応であり、かつ水和反応は過冷却度(ガスハイドレート生成の平衡温度と生成器内の温度との差)に依存するから、生成器内のスラリー温度を制御することにより、スラリー中のガスハイドレート濃度を制御できる。生成器内のスラリー温度を制御する方法としては、冷却器を通して循環されるスラリーの循環量を制御する方法と、冷却器の冷媒流量を制御して温度を制御する方法とが考えられる。 That is, if the circulation amount of the raw material gas diffused in the slurry in the generator is increased, the hydration reaction is promoted, so that the gas hydrate concentration in the slurry can be controlled. The hydration reaction is exothermic and the hydration reaction depends on the degree of supercooling (difference between the equilibrium temperature of gas hydrate formation and the temperature in the generator), so the slurry temperature in the generator is controlled. By doing so, the gas hydrate concentration in the slurry can be controlled. As a method for controlling the slurry temperature in the generator, a method for controlling the circulation amount of the slurry circulated through the cooler and a method for controlling the temperature by controlling the refrigerant flow rate of the cooler are considered.
一方、生成器の底部から抜き出されるガスハイドレートを含むスラリーの濃度は、例えば、スラリー中に一対の電極を設け、これらの電極間に所定の電圧を印加した際に流れる電流からスラリーの導電率を求めることにより検出できる。すなわち、スラリー濃度とスラリーの導電率との間には相関関係があり、その相関関係に基づいてスラリーの導電率からスラリー濃度を検出することができる。 On the other hand, the concentration of the slurry containing gas hydrate extracted from the bottom of the generator can be determined by, for example, providing a pair of electrodes in the slurry and applying a predetermined voltage between these electrodes to conduct the slurry. It can be detected by determining the rate. That is, there is a correlation between the slurry concentration and the conductivity of the slurry, and the slurry concentration can be detected from the conductivity of the slurry based on the correlation.
これらに鑑み、本発明は、生成器の底部から抜き出されるスラリーの濃度を設定範囲に収めるように、循環ガス量と、循環スラリー量と、循環スラリーの温度の少なくとも1つを制御するようにしているから、スラリー中のガスハイドレート濃度を所望値に精度よく制御することができる。なお、生成器内のスラリーを攪拌することにより水和反応を促進させることができる。 In view of these, the present invention controls at least one of the amount of circulating gas, the amount of circulating slurry, and the temperature of the circulating slurry so that the concentration of the slurry extracted from the bottom of the generator falls within a set range. Therefore, the gas hydrate concentration in the slurry can be accurately controlled to a desired value. The hydration reaction can be promoted by stirring the slurry in the generator.
このように、本発明のガスハイドレートスラリー製造装置によれば、生成されるガスハイドレートスラリーの濃度を精度よく、かつ連続して制御できるから、生成器で生成されたハイドレートスラリーを脱水装置へ安定して移送することができる。 Thus, according to the gas hydrate slurry production apparatus of the present invention, the concentration of the gas hydrate slurry to be produced can be controlled accurately and continuously, so that the hydrate slurry produced by the generator can be dehydrated. Can be transported stably.
この場合において、ハイドレートスラリーの濃度検出は、スラリー移送ポンプの上流側のガスハイドレートスラリーに対して行ってもよいし、スラリー循環装置により循環されるガスハイドレートスラリーに対して行ってもよい。 In this case, the concentration detection of the hydrate slurry may be performed on the gas hydrate slurry upstream of the slurry transfer pump, or may be performed on the gas hydrate slurry circulated by the slurry circulation device. .
本発明によれば、生成器で生成されたハイドレートスラリーを脱水装置へ安定して移送することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrate slurry produced | generated with the generator can be stably transferred to a dehydrator.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1に、本発明のガスハイドレートスラリー製造装置を示す。本実施形態は、天然ガスのハイドレート(以下、NGHと略す。)スラリーを製造する装置を示しているが、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スラリーの製造に適用できる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, the gas hydrate slurry manufacturing apparatus of this invention is shown. Although the present embodiment shows an apparatus for producing a natural gas hydrate (hereinafter abbreviated as NGH) slurry, the present invention is not limited to natural gas and is applicable to the production of hydrate slurries of other raw material gases. it can.
図1に示すように、本実施形態のガスハイドレートスラリー製造装置1は、NGHスラリーを生成する生成器2と、生成器2の内部を攪拌する攪拌機3と、生成器2の下部に設けられたノズル4などで構成されている。
As shown in FIG. 1, the gas hydrate
生成器2は、円筒状の容器で形成され、図示していない供給装置から、高圧の原料ガス(天然ガス)と高圧の水が一定量供給され、生成器2内に導入された天然ガスと水は低温(例えば、1〜10℃)の条件下で反応してNGHが生成される。NGHの生成反応を促進するため、撹拌機3により生成器2内の水を撹拌するとともに、循環ガスブロワー5によって生成器2の上部の天然ガスを抜き出し、生成器2の底部のノズル4から生成器2の水中に散気するガス循環系が設けられている。循環ガス量はガス流量計を備えた流量制御弁7によって制御される。また、NGH生成は発熱を伴うことから、生成器2内の温度を設定温度に保持するために、生成器2の底部から生成されたNGHを含むNGHスラリーを循環スラリーポンプ8により抜き出し、冷却器9により冷媒で冷却して生成器2の上部に戻すスラリー循環系が設けられている。スラリー循環量はスラリー流量計を備えた流量制御弁10によって制御される。
The generator 2 is formed of a cylindrical container, and is supplied with a certain amount of high-pressure raw material gas (natural gas) and high-pressure water from a supply device (not shown), and the natural gas introduced into the generator 2 Water reacts under conditions of low temperature (for example, 1 to 10 ° C.) to produce NGH. In order to promote the NGH production reaction, the water in the generator 2 is agitated by the
このようにして生成器2で生成されたNGHスラリーは、生成器2の底部からスラリー移送ポンプ12によって連続的に抜き出され、脱水装置に供給されるようになっている。なお、生成器2、ガス循環系、スラリー循環系、脱水装置へのスラリー移送系は、所定の高圧(例えば、3〜10MPa)に保持されている。
The NGH slurry generated in the generator 2 in this way is continuously extracted from the bottom of the generator 2 by the
ここで、生成器2で生成されたNGHスラリーを脱水装置に供給する際に、NGHスラリーの濃度が問題となる。すなわち、NGHは基本的に粉粒状であるから、スラリー液である水の量が少ないと、流動性が極端に低下して生成器2から脱水装置へのNGHスラリーの移送が困難になり、NGHスラリーを脱水装置に安定して供給することができなくなる。 Here, when supplying the NGH slurry generated by the generator 2 to the dehydrator, the concentration of the NGH slurry becomes a problem. That is, since NGH is basically in a granular form, if the amount of water that is the slurry liquid is small, the fluidity is extremely lowered and it becomes difficult to transfer the NGH slurry from the generator 2 to the dehydrator. The slurry cannot be stably supplied to the dehydrator.
そこで、本実施形態では、スラリー移送配管13にスラリー濃度検出器14を設け、検出されるNGHスラリーの濃度を設定範囲(例えば、20重量%程度)に収めるように、循環ガス量、循環スラリーの温度、循環スラリー量の少なくとも1つを制御するようにしている。なお、本実施形態では、NGHスラリー濃度とNGHスラリーの導電率との間には相関関係があることに鑑み、NGHスラリー中に一対の電極を設け、これらの電極間に所定の電圧を印加した際に流れる電流からNGHスラリーの導電率を求めることによりNGHスラリーの濃度を検出している。
Therefore, in this embodiment, a
本実施形態によれば、NGHスラリーの濃度を所望値に精度よく、かつ安定に連続して制御することができる。したがって、NGHスラリーを脱水装置へ安定して移送することができる。 According to the present embodiment, the concentration of the NGH slurry can be continuously controlled to a desired value with high accuracy and stability. Therefore, the NGH slurry can be stably transferred to the dehydrator.
なお、本実施形態では、スラリー濃度検出器14をスラリー移送配管13に設けているが、これに限らず、生成器2の底部から抜き出されたNGHスラリーを生成器2の上部に戻すスラリー循環系に設けることでも同様の効果を奏することができる。
In the present embodiment, the
また、NGHスラリーの濃度検出の方法は、本実施形態における方法に限られない。例えば、NGHスラリー中に一対の環状コイルを対向させて設け、一方のコイルに所定の交流電流を流すことによりコイルのコアに磁界を発生させ、NGHスラリーに電流を流し、この電流に応じて他方のコイルのコアに磁界を発生させ、これにより他方のコイルに誘導される起電力を求めることでもよい。つまり、他方のコイルに生じる誘導起電力は、NGHスラリーの導電率に依存して変化するので、誘導起電力からNGHスラリーの導電率が求められ、これによりNGHスラリーの濃度を検出することができる。なお、このような方法を適用した場合は、一対の環状コイルを直接NGHスラリーに浸す必要がないため耐食性に優れているという利点がある。 Further, the method for detecting the concentration of the NGH slurry is not limited to the method in the present embodiment. For example, a pair of annular coils are provided facing each other in an NGH slurry, and a magnetic field is generated in the coil core by flowing a predetermined alternating current through one coil, and a current is passed through the NGH slurry. It is also possible to generate a magnetic field in the core of the other coil and thereby obtain an electromotive force induced in the other coil. That is, since the induced electromotive force generated in the other coil changes depending on the conductivity of the NGH slurry, the conductivity of the NGH slurry is obtained from the induced electromotive force, and thereby the concentration of the NGH slurry can be detected. . In addition, when such a method is applied, since it is not necessary to immerse a pair of annular coil directly in a NGH slurry, there exists an advantage that it is excellent in corrosion resistance.
1 ガスハイドレートスラリー製造装置
2 生成器
5 循環ガスブロワー
8 循環スラリーポンプ
9 冷却器
12 スラリー移送ポンプ
13 スラリー移送配管
14 スラリー濃度検出器
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