JP4917945B2 - ガスハイドレートの脱水装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレートスラリーの脱水装置、より詳しくは、メタン等の原料ガスと原料水とを水和反応させてガスハイドレートスラリーを生成するようにしたガスハイドレートの製造装置における脱水装置に関するものである。

近年、クリーンなエネルギー源として、メタンなどを主成分とする天然ガスが注目されている。そして、このような天然ガスの輸送や貯蔵のためにこれらを液化した液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）とすることが行われている。しかしながら、このＬＮＧによるガスの輸送及び貯蔵には、極低温状態を保つ必要があるため、生成装置はもちろん輸送装置や貯蔵装置が高価なものになっている。その結果、大規模なガス田のみに限られ、比較的小規模なガス田においては、経済的に実施できないものであった。

かかることから、天然ガスと水とを反応させて天然ガスハイドレート（以下単にガスハイドレートという）を製造し、このガスハイドレートにより輸送又は貯蔵することが検討されている。このガスハイドレートは、例えば、温度が１〜１０℃、圧力が３０〜１００気圧の中から選択された所定の温度と圧力が保持された反応器内に原料ガスと原料水とを導入して結晶状のガスハイドレートを含むスラリーを生成し、このスラリーを脱水装置に導入して未反応水を分離除去し、しかる後再度原料ガスと接触させ含水率の低い粉体状のガスハイドレートとして製造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製造装置において脱水装置としては、横型のスクリュープレス型脱水装置や竪型の重力式脱水装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

かかる特許文献１に記載の横型スクリュープレス型脱水装置は、メッシュ加工した内壁と、この内壁の外側にあって外殻を構成する筒体との二重構造になっており、内壁内に設置したスクリュー軸によってガスハイドレートを強制的に押込みながら前進させることによって内壁に加工されたメッシュから排水するように構成したものである。

このような脱水装置は、ガスハイドレートを脱水する過程においてこれが圧密化されてスクリューの表面に付着するので、スクリュー軸の負荷が増大し、高トルクで駆動する必要があった。

そこで、本発明者らは前記脱水装置の問題を解決するために、円筒体の中間部を多孔質に形成した分離部を有する竪型の脱水装置を使用し、この円筒体の内部にガスハイドレートスラリーをスラリーポンプで供給し、上方に逐次移動させながら円筒体の多孔質部分より自然に水を排水する脱水装置について検討した（例えば、特許文献２，３）。

本発明者らが先に提案した特許文献２に記載の竪型脱水装置は、略中間部に水切り孔が形成された円筒状本体と、前記水切り孔の周囲に設けられた脱水集合部（排水室）とから構成されている。そして、この脱水装置に供給されたガスハイドレートスラリーは、前記水切り孔から未反応水が排水され、脱水されるようになっている。

更に本発明者らが先に提案した特許文献３に記載の竪型脱水装置は、脱水塔を、内筒と外筒の二つの筒体より成る２重筒形構造の脱水塔とし、かつ、前記内筒と外筒の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体と、外筒に設けた濾過体との二つの濾過体より塔外に流出させるものである。

ところで、前記特許文献２に記載の脱水装置は、水とハイドレートとが重力の作用により分離されるようにしたものであるので、前記水切り孔から未反応水が排水される速度が遅いという問題があった。また、脱水効率を向上させるには脱水塔の高さを高くしなればならず、装置が大型化するという問題があった。

一方の特許文献３に記載の脱水塔は、円環状の底板、円環状の遮蔽板、ガスハイドレート粉砕装置、下端部に放射状に設けた複数の平板状のブレード等々から構成されており、複雑な構造となっている。従って、脱水塔の製作にかかる期間が長くなり、コスト高になるという問題があった。
特開２００３−１０５３６２号公報 特開２００６−１１１７６９号公報 特開２００６−２５７３５９号公報

そこで、本発明者らは、前記特許文献２乃至３の問題点に鑑み、脱水塔の筒状本体の高さを抑制すると共に、ガスハイドレート層の中央部の排水性を向上させ、かつ、シンプルな構造の脱水塔を提供することにある。

本願の請求項１に係る発明は、原料水と原料ガスとの気液接触により生成されたガスハイドレートスラリーに含まれる未反応水を脱水する脱水装置であって、前記脱水装置の内筒を外筒内に収容し、前記内筒に設けられている固液分離部よりも上方に前記内筒と前記外筒との間の隙間を閉鎖する隔壁を設け、該隔壁よりも上部を原料ガス供給ラインを介してガスハイドレート生成反応器と連通する連通室とし、前記隔壁よりも下部を排水ラインを介して前記ガスハイドレート生成反応器と連通する排水室とし、かつ、前記連通室と前記排水室との差圧を計測する差圧検出器によって前記原料ガス供給ラインに設けた給気ブロワ及び／又は前記ガスハイドレート生成反応器と連通する排気ラインに設けた排気ブロワを制御し、かつ、前記排水室に設けた液面計によって前記排水ラインに設けた排水ポンプを制御することを特徴とする。

本願の請求項２に係る発明は、原料水と原料ガスとの気液接触により生成されたガスハイドレートスラリーに含まれる未反応水を脱水する脱水装置であって、前記脱水装置の内筒を外筒内に収容し、前記内筒に天板を有しかつ下部が開放された固液分離部内包用の筒状隔壁を設け、該筒状隔壁の内部を排気ラインを介してガスハイドレート生成反応器と連通する排水室とし、前記外筒内を原料ガス供給ラインを介して前記ガスハイドレート生成反応器と連通する連通室とし、かつ、前記連通室と前記排水室との差圧を計測する差圧検出器によって前記原料ガス供給ラインに設けた給気ブロワ及び／又は前記排気ラインに設けた排気ブロワを制御し、更に、前記排水室に設けた液面計によって前記ガスハイドレート生成反応器と連通する排水ラインに設けた排水ポンプを制御して前記筒状隔壁の下部を液シールすることを特徴とする。

請求項１の発明のガスハイドレートの脱水方法によれば、排水室内の圧力とガスハイドレートが上昇する内筒の圧力との差が差圧検出器により検出され、その信号により吸気ブロワおよび／若しくは給気ブロワの運転が制御されるため、排水室内と内筒内の圧力差を所定値に保持すると共にその差圧を大きくすることができ、ガスハイドレートに含まれる未反応水を排水部より強制的に押し出すので、脱水効率が向上する。

請求項２の発明のガスハイドレートの脱水装置によれば、排水室内の圧力とガスハイドレートが上昇する内筒の圧力との差が差圧検出器により検出され、その信号により吸気ブロワおよび／若しくは給気ブロワの運転が制御されるため、排水室内と内筒内の圧力差を所定値に保持すると共にその差圧を大きくすることができ、ガスハイドレートに含まれる未反応水を排水部より押し出されて排水され、結果、性能がよくかつ小型の脱水装置とすることができるのである。

以下、図１乃至図３に基づき本発明によるガスハイドレートの製造装置における脱水装置の実施態様を説明する。

（実施例１）
図１は、本発明によるガスハイドレートの製造装置における脱水装置の第一の実施態様を説明するための概略図であって、この図１において、１は、所定の圧力と温度が保持されている反応器である。この反応器１にガス供給ライン２から原料ガスＧ１が、また水供給ライン３から原料水Ｗ１がそれぞれ導入され、ここでガスハイドレートスラリーＳが生成される。

そして、このスラリーＳは、スラリーポンプＰ１を有するスラリーライン５を経て脱水装置６に供給され、ここで、未反応水Ｗ２とガスハイドレートＨとに分離される。詳述すれば、脱水装置６は、例えば、多孔質体等により構成された分離部７を有する内筒８とこの内筒８と所定の間隔を有するように配置された外筒９とにより排水室１０を形成し、排気ブロワＢ２を有する排気ライン１１の一端を前記排水室１０の上部に接続すると共に排水ポンプＰ２を有する排水ライン１２の一端を前記排水室１０の下部に接続し、前記内筒８の圧力と前記排水室１０の圧力との差圧を検出する差圧検出器ｘ１を設け、この差圧検出器ｘ１の信号により前記排気ブロワＢ２を制御するするように構成されている。

また、ガスハイドレートスラリーＳの生成される反応器の上部に接続すると共に前記内筒８の上端側に接続された原料ガスの供給ライン１６が設けられており、該供給ライン１６には給気ブロワＢ３が設けられ、前記差圧検出器ｘ１の信号により制御するように構成されている。

このような構成において、差圧検出器ｘ１を作用させながら排気ブロワＢ２と給気ブロワＢ３のどちらか一方、もしくは両方を駆動して内筒８内の圧力が排水室１０内の圧力よりも所定値の圧力だけ高くなるようにしておく。

そして、前記反応器１で生成されたガスハイドレートスラリーＳを、脱水装置６を構成する内筒８の下部から導入すると、このスラリーＳは、該内筒８内を上昇して分離部７に達し、スラリーＳを形成する未反応水Ｗ２が、排水室１０内に排水される。

未反応水Ｗ２が排水されたガスハイドレートＨは、内筒８内をさらに上昇して該内筒８の上部側にガスハイドレート層１３を形成する。このときガスハイドレート層１３の下部（分離部７の近傍）には毛細管現象により未反応水Ｗ２の一部が上昇してきて含水率の高いガスハイドレート層を形成しようとするが、内筒８内に原料ガスＧ１が導入され該内筒８内の圧力が排水室１０内の圧力よりも高いため、未反応水Ｗ２が分離部７の孔より押し出されて排水室１０に排水される。

排水室１０内に排水された未反応水Ｗ２は、排水ポンプＰ２により吸引され、排水ライン１２を経て反応器１に戻される。前記排水室１０内には液面計ｘ２が設けられおり、この液面計ｘ２の信号により排水ポンプＰ２を制御して排水室１０に排水された未反応水Ｗ２の液面が所定の位置となるように制御されている。

そして、脱水されたガスハイドレートＨは、排出装置としてのスクリューコンベア１５により後流側の機器に供給される。

本実施例により、排水室１０内のガスを排気ブロワＢ２により吸引することで該排水室内の圧力を内筒８内の圧力よりも低下させ、スラリー中のみ反応水Ｗ２を吸引することができる。

また、給気ブロワＢ３により原料ガスＧ１を内筒８の上部から排水室１０へと流通させることにより、ハイドレート層１３と向流接触させ、未反応水Ｗ２をパージし除去することができる。この場合は、排気ブロワＢ２は休止して、図示しないバイパスラインを原料ガスＧ１が流れるようにすればよい。

この脱水方式の場合、未反応水Ｗ２が原料ガスＧ１との接触により一部が水和反応してハイドレート化するため、ハイドレート層１３の含水率が一層低下できるという効果も奏する。また、内筒８の圧力が生成器１よりも低くならないように制御することも容易であり、これによりハイドレートが脱水過程で分解する虞もない。

さらに、給気ブロワＢ３により原料ガスＧ１を内筒８の上部から排水室１０へと流通させながら排水室１０のガスを排気ブロワＢ２により吸引してもよい、この場合は、前記した効果を合わせて得ることができるため、優れた脱水効果が得られる。

（実施例２）
図２は、本発明によるガスハイドレートの脱水装置の第二の実施態様を説明するための概略図であって、図１と同一符号は同一名称を示し説明を省略する。

この図２において、脱水装置６は、分離部７を有する内筒８とこの内筒８と所定の間隔を有するように配置された外筒９と、この外筒９と内筒８との間であってかつ前記分離部７の上部に取り付けられた隔壁１９とにより構成され、この隔壁１９上に内筒８内に連通する連通室２０とその下部に排水室１０が形成されている。

ｘ１は、連通室２０内と排水室１０内との差圧を検出して排気ブロワＢ２及び／又は給気ブロワＢ３を制御するための差圧検出器である。

前記排水室１０には液面計ｘ２が設けられており、この液面計ｘ２の信号により排水ポンプＰ２を制御して排水室１０に排水された未反応水Ｗ２の液面が所定の位置となるように制御される。

このように構成された脱水装置６において、前記差圧検出器ｘ１を作用させながら給気ブロワＢ３を駆動して内筒８内の圧力が排水室１０内の圧力よりも所定値の圧力だけ高くなるようにしておく。そして、前記反応器１で生成されたガスハイドレートスラリーＳを、脱水装置６を構成する内筒８の下部から導入すると、このスラリーＳは、該内筒８内を上昇して分離部７に達し、スラリーＳを形成する未反応水Ｗ２が、排水室１０内に排水される。

未反応水Ｗ２が排水されたガスハイドレートＨは、内筒８内をさらに上昇して該内筒８の上部側にガスハイドレート層１３を形成する。このときガスハイドレート層１３の下部（分離部７の近傍）には毛細管現象により未反応水Ｗ２の一部が上昇してきて含水率の高いガスハイドレート層を形成しようとするが、内筒８内に原料ガスＧ１が導入され該内筒８内の圧力が排水室１０内の圧力よりも高いため、未反応水Ｗ２が分離部７の孔より押し出されて排水室１０に排水される。

排水室１０内に排水された未反応水Ｗ２は、排水ポンプＰ２により吸引され、排水ライン１２を経て反応器１に戻される。前記排水室１０内には液面計ｘ２が設けられおり、この液面計ｘ２の信号により排水ポンプＰ２を制御して排水室１０に排水された未反応水Ｗ２の液面が所定の位置となるように制御されている。

そして、脱水されたガスハイドレートＨは、排出装置としてのスクリューコンベア１５により後流側の機器に供給される。

本実施例により、脱水装置６は、外側を排水室１０とし、内側を内筒８とする二重管構造となっており、内筒の一部に外筒を設けたものよりも耐圧性が向上する。従って、排気ブロワＢ２及び／又は給気ブロワＢ３の作動により排水室１０内と内筒８内の圧力差（差圧）を大きくすることができ、スラリーＳの未反応水Ｗ２を前記実施例よりも強力に排水することができる。

更に、脱水塔が二重管構造となるので分離部７を内筒の下側から上側にかけて設けることができ、スラリーの脱水性能が向上する。従って、従来の竪型重力式脱水装置よりも著しく小型の脱水装置とすることができる。

本実施例においても、排水室１０内のガスを排気ライン１１を介して吸引し、かつ、内筒８内へ供給ライン１６を介して原料ガスＧ１を導入することができる。また、排水室１０内のガスを排気ブロワＢ２により吸引することで該排水室１０内の圧力を内筒８内の圧力よりも低下させ、スラリー中の未反応水Ｗ２を吸引するようにすることもできる。

（実施例３）
図３は、本発明によるガスハイドレートの脱水装置の第三の実施態様を説明するための概略図であって、この図３において、図１及び図２と同一符号は同一名称を示し説明を省略する。

この図３において、第１外筒１７は、上部が内筒８の側面であってかつ分離部７の上部に取り付けられ下部が開放されたスカート状隔壁であって、この第１外筒１７と内筒８とで下部が開放された排水室１０と連通室２０とが形成され、この連通室２０内の圧力と排水室１０圧力との差が差圧検出器ｘ１で検出され、その信号により排気ブロワＢ２及び／又は給気ブロワＢ３が制御されるようになっている。

また、第１外筒１７の下端は、スラリーＳから排水された未反応水Ｗ２の液面よりも低くなるように、液面計１８により吸水ポンプ１４の運転が制御されている。この未反応水Ｗ２により第１外筒１７（排水室１０）内と連通室２０内とがシールされている。

このように構成された脱水装置６において、前記差圧検出器ｘ１を作用させながら給気ブロワＢ３を駆動して第２外筒１８内の圧力が第１外筒１７内の圧力よりも所定値の圧力だけ高くなるようにしておく。そして、前記反応器１で生成されたガスハイドレートスラリーＳを、内筒８の下部から導入すると、このスラリーＳは、該内筒８内を上昇して分離部７に達し、スラリーＳを形成する未反応水Ｗ２が、第１外筒１７内に排水される。

未反応水Ｗ２が排水されたガスハイドレートＨは、内筒８内をさらに上昇して該内筒８の上部側にガスハイドレート層１３を形成する。このときガスハイドレート層１３の下部（分離部７の近傍）には毛細管現象により未反応水Ｗ２の一部が上昇してきて含水率の高いガスハイドレート層を形成しようとするが、内筒８内に原料ガスＧ１が導入され該内筒８内の圧力が第１外筒１７内の圧力よりも高いため、未反応水Ｗ２が分離部７の孔より押し出されて前記第１外筒１７内に排水される。

第１外筒１７内に排水された未反応水Ｗ２は、排水ポンプＰ２により吸引され、排水ライン１２を経て反応器１に戻される。前記第１外筒１７には液面計ｘ２が設けられおり、この液面計ｘ２の信号により排水ポンプＰ２を制御して第１外筒１７に排水された未反応水Ｗ２の液面が所定の位置となるように制御されている。

そして、脱水されたガスハイドレートＨは、排出装置としてのスクリューコンベア１５により後流側の機器に供給される。

この実施態様においては、連通室２０内の圧力と排水室１０内の圧力との差を検出するようにしているため、例えば、運転状況を変えて内筒８内の圧力が変化したとしても、液面計ｘ２に設定された所定の差圧となるように排水ポンプＰ２が作動するので、脱水率や脱水速度等が低下することなく継続して運転することができる。また、前記差圧が変化した場合には、排水室１０内と連通室２０内とをシールする未反応水Ｗ２の液面がその差圧の大きさに応じて水位が変化するようになっている。従って、突発的な圧力の変化があった際に脱水装置が破損することが防止されている。

本発明によるガスハイドレートの製造装置における脱水装置の第一の実施態様を説明するための概略図である。 本発明によるガスハイドレートの製造装置における脱水装置の第二の実施態様を説明するための概略図である。 本発明によるガスハイドレートの製造装置における脱水装置の第三の実施態様を説明するための概略図である。

符号の説明

１ 反応器
２ ガス供給ライン
３ 水供給ライン
４ 冷媒
５ スラリーライン
６ 脱水装置
７ 分離部
８ 内筒
９ 外筒
１０ 排水室
１１ 排気ライン
１２ 排水ライン
１３ ハイドレート層
１４ 貯留部
１５ スクリューコンベア
１６ ガス供給ライン
１７ 第一外筒
１８ 第二外筒
１９ 隔壁
２０ 連通室
Ｂ１ 原料ガス供給ブロワ
Ｂ２ 排気ブロワ
Ｂ３ 給気ブロワ
Ｐ１ スラリーポンプ
Ｐ２ 排水ポンプ
Ｓ スラリー
Ｇ ガス
Ｗ 水
Ｈ ガスハイドレート
ｘ１ 差圧検出器
ｘ２ 液面計

Claims (2)

1. 原料水と原料ガスとの気液接触により生成されたガスハイドレートスラリーに含まれる未反応水を脱水する脱水装置であって、
   前記脱水装置の内筒を外筒内に収容し、前記内筒に設けられている固液分離部よりも上方に前記内筒と前記外筒との間の隙間を閉鎖する隔壁を設け、該隔壁よりも上部を原料ガス供給ラインを介してガスハイドレート生成反応器と連通する連通室とし、前記隔壁よりも下部を排水ラインを介して前記ガスハイドレート生成反応器と連通する排水室とし、かつ、前記連通室と前記排水室との差圧を計測する差圧検出器によって前記原料ガス供給ラインに設けた給気ブロワ及び／又は前記ガスハイドレート生成反応器と連通する排気ラインに設けた排気ブロワを制御し、かつ、前記排水室に設けた液面計によって前記排水ラインに設けた排水ポンプを制御することを特徴とするガスハイドレートの脱水装置。
2. 原料水と原料ガスとの気液接触により生成されたガスハイドレートスラリーに含まれる未反応水を脱水する脱水装置であって、
   前記脱水装置の内筒を外筒内に収容し、前記内筒に天板を有しかつ下部が開放された固液分離部内包用の筒状隔壁を設け、該筒状隔壁の内部を排気ラインを介してガスハイドレート生成反応器と連通する排水室とし、前記外筒内を原料ガス供給ラインを介して前記ガスハイドレート生成反応器と連通する連通室とし、かつ、前記連通室と前記排水室との差圧を計測する差圧検出器によって前記原料ガス供給ラインに設けた給気ブロワ及び／又は前記排気ラインに設けた排気ブロワを制御し、更に、前記排水室に設けた液面計によって前記ガスハイドレート生成反応器と連通する排水ラインに設けた排水ポンプを制御して前記筒状隔壁の下部を液シールすることを特徴とするガスハイドレートの脱水装置。

Images