JP5004630B2 - GAS HYDRATE CONCENTRATION MEASUREMENT METHOD AND MEASUREMENT DEVICE, AND GAS HYDRATE GENERATION DEVICE CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE USING THE MEASUREMENT METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、ガスハイドレート濃度の測定方法と、その測定方法をガスハイドレート生成装置の制御に応用した制御方法に関する。 The present invention relates to a gas hydrate concentration measuring method and a control method in which the measuring method is applied to control of a gas hydrate generator.
近年、天然ガスやメタンなどの安全かつ経済的な輸送・貯蔵手段として、それら原料ガスの固体状の水和物であるガスハイドレートを用いる方法が注目されている。 In recent years, a method using gas hydrate, which is a solid hydrate of these raw material gases, has attracted attention as a safe and economical means for transporting and storing natural gas and methane.
このガスハイドレートは一般に高圧・低温下(例えば、5.4MPa・5℃)で生成され、その生成方法としては、原料水中に原料ガスを気泡として吹き込みながら撹拌するいわゆる「気液撹拌方式」(例えば、特許文献1を参照)が代表的なものとして知られている。 This gas hydrate is generally produced under high pressure and low temperature (for example, 5.4 MPa · 5 ° C.), and as its production method, a so-called “gas-liquid agitation method” in which the raw material gas is blown into the raw material water as bubbles is stirred. For example, see Patent Document 1).
ガスハイドレート製造事業の商業化を図る上からは、ガスハイドレート生成装置におけるガスハイドレート濃度の所定の範囲に維持することが重要事項の1つであるが、生成されたガスハイドレートは多量の水の中に浮遊してスラリー状となっているため、ガスハイドレートの濃度を直接測定することは一般に困難である。 In order to commercialize the gas hydrate manufacturing business, it is one of the important matters to maintain the gas hydrate concentration in a predetermined range in the gas hydrate generator, but the amount of gas hydrate produced is large. In general, it is difficult to directly measure the concentration of gas hydrate because it floats in water and forms a slurry.
現状のガスハイドレート濃度の測定方法の一例を以下に説明する。
この測定方法においては、図5に示すように、あらかじめ内部をガスハイドレートの生成圧力よりも低い圧力(例えば、3.5MPa)に保持したサンプリング容器40を用いる。まず、サンプリング容器40をガスハイドレート生成容器41に、エアロックを構成する2つのボール弁42、43を介して接続する。そして、ボール弁43を開き、続いてボール弁42を開くことにより、2つの容器間の差圧を利用してサンプリング容器40内にガスハイドレートと付着水からなる液状試料と未反応の原料ガスを導入する。所定の量を導入した後にボール弁42、43を閉じ、その中間部でサンプリング容器40を生成容器41から切り離す。切り離し後のサンプリング容器40を大気圧下でガスハイドレートが分解しない温度(約−20℃)まで冷却してから、ガス抜き弁44を開いて未反応の原料ガスを外部へ放出する。ガスを放出した後に、サンプリング容器40の総重量と風袋重量から液状試料の重量Wsを求める。最後に、サンプリング容器40をガスハイドレートの生成温度以上まで加熱してガスハイドレートを原料ガスと原料水に分解した後に、サンプリング容器40内の残留水を取り出してその重量Wwを測定する。
An example of the current method for measuring the gas hydrate concentration will be described below.
In this measurement method, as shown in FIG. 5, a
このようにして測定した液状試料の重量Wsと残留水(付着水+原料水)の重量Wwから、ガスハイドレートを生成していた原料ガスの重量Wgを求める。
Wg=Ws−Ww ---(1)
ガスハイドレートの重量Whは、水和数をnとすると以下のようになる。
Wh=Wg×(1+n×Mw/Mg) ---(2)
ここで、Mw及びMgは、それぞれ原料ガス及び原料水の分子量を表す。
従って、ガスハイドレート濃度αh(重量%)は、次のように求められる。
αh=Wh/Ws×100 ---(3)
From the weight W s of the liquid sample thus measured and the weight W w of the residual water (attached water + raw material water), the weight W g of the raw material gas that has generated the gas hydrate is obtained.
W g = W s −W w --- (1)
The weight W h of the gas hydrate is as follows when the hydration number is n.
W h = W g × (1 + n × M w / M g ) --- (2)
Here, M w and M g represent the molecular weight of the raw material gas and raw material water, respectively.
Therefore, the gas hydrate concentration α h (% by weight) is obtained as follows.
α h = W h / W s × 100 --- (3)
しかし、このようなガスハイドレート濃度の測定方法では、サンプリング容器の取扱いや冷却・加熱工程が必要となるため、測定に手間と時間がかかり効率が悪いという問題があった。また、測定を自動化することができないため、測定されたガスハイドレート濃度をガスハイドレート生成装置の運転にフィードバックさせることができないという問題もあった。
本発明の目的は、ガスハイドレート濃度を効率よく測定することができる自動化可能な測定方法、及びその測定方法を用いてガスハイドレート生成装置で生成されるガスハイドレート濃度の品質を制御する制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an automatable measurement method capable of efficiently measuring a gas hydrate concentration, and a control for controlling the quality of a gas hydrate concentration generated by a gas hydrate generator using the measurement method. It is to provide a method.
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の本発明は、原料ガス及び原料水から生成されるガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中のガスハイドレート濃度の測定方法であって、水平断面積が一定である測定容器内を前記ガスハイドレートの生成圧力以上に保持し、前記測定容器において前記ガスハイドレートの生成温度よりも高温の水の中に前記液状試料を投入することにより前記ガスハイドレートを前記原料ガスと前記原料水とに分解し、前記測定容器外に放出された前記原料ガスの体積を流量計で測定すると共に、前記測定容器内における水面高さの変化から前記原料水と前記付着水との合計体積を求め、前記原料ガスの体積と前記原料水と前記付着水との合計体積とから前記ガスハイドレートの濃度を算出することを特徴とするガスハイドレート濃度の測定方法である。
In order to achieve the above object, the present invention according to
このガスハイドレート濃度の測定方法を実施する測定装置は、水平方向の断面積が一定であって内部に貯留水を有する測定容器の上部に差圧弁とガス流量計とを順に接続すると共に、側面にボール弁を接続し、前記貯留水の液面の変化を測定する液面計と、該貯留水を一定温度に保持する保温ジャケットとを設置してなることを特徴とする。 A measuring apparatus for carrying out this gas hydrate concentration measuring method is to connect a differential pressure valve and a gas flow meter in order to the upper part of a measuring vessel having a constant horizontal cross-sectional area and having stored water inside, and a side surface. A ball valve is connected to the liquid level gauge, and a liquid level gauge for measuring a change in the liquid level of the stored water and a heat insulation jacket for holding the stored water at a constant temperature are installed.
また、請求項3に記載の本発明は、水中に原料ガスを気泡として吹き込みつつ撹拌手段で撹拌してガスハイドレートを生成する圧力容器からなるガスハイドレート生成装置の制御方法であって、前記生成されたガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中のガスハイドレート濃度を請求項1に記載の測定方法により算出し、前記算出されたガスハイドレート濃度が所定の値よりも大きい場合には、前記圧力容器への前記原料ガスの供給量と前記撹拌手段の撹拌速度とを減少させつつ前記水の供給量を増加させ、前記算出されたガスハイドレート濃度が所定の値よりも小さい場合には、前記圧力容器への前記原料ガスの供給量と前記撹拌手段の撹拌速度とを増加させつつ前記原料水の供給量を減少させることを特徴とするガスハイドレート生成装置の制御方法である。
Further, the present invention according to claim 3 is a control method of a gas hydrate generating device comprising a pressure vessel that generates gas hydrate by stirring with stirring means while blowing a raw material gas as bubbles into water, A gas hydrate concentration in a liquid sample composed of the generated gas hydrate and adhering water is calculated by the measurement method according to
このガスハイドレート生成装置の制御方法を実施する制御装置は、水中に原料ガスを気泡として吹き込みつつ撹拌手段で撹拌してガスハイドレートを生成する圧力容器からなるガスハイドレート生成装置と、上記に記載のガスハイドレート濃度の測定装置とに接続し、前記ガス流量計と液面計の測定結果を基に、前記圧力容器への前記水及び原料ガスの供給量と、前記撹拌手段の撹拌度合いとを制御することを特徴とする。 A control device that implements the control method of the gas hydrate generating device includes a gas hydrate generating device including a pressure vessel that generates gas hydrate by stirring with stirring means while blowing a raw material gas into the water as bubbles. Connected to the gas hydrate concentration measuring device described above, based on the measurement results of the gas flow meter and the liquid level meter, the supply amount of the water and source gas to the pressure vessel, and the stirring degree of the stirring means It is characterized by controlling.
請求項1に記載の本発明であるガスハイドレート濃度の測定方法によれば、水平断面積が一定である測定容器内を前記ガスハイドレートの生成圧力以上に保持し、前記測定容器において前記ガスハイドレートの生成温度よりも高温の水の中に前記液状試料を投入することにより前記ガスハイドレートを前記原料ガスと前記原料水とに分解し、前記測定容器外に放出された前記原料ガスの体積を流量計で測定すると共に、前記測定容器内における水面高さの変化から前記原料水と前記付着水との合計体積を求め、前記原料ガスの体積と前記原料水と前記付着水との合計体積とから前記ガスハイドレートの濃度を算出するようにしたため、ガスハイドレート濃度を効率よく自動化可能に測定することができる。 According to the method for measuring a gas hydrate concentration according to the first aspect of the present invention, the inside of a measurement vessel having a constant horizontal cross-sectional area is maintained at a pressure equal to or higher than the generation pressure of the gas hydrate, and the gas is contained in the measurement vessel. The gas hydrate is decomposed into the raw material gas and the raw material water by introducing the liquid sample into water having a temperature higher than the hydrate formation temperature, and the raw material gas released outside the measuring vessel The volume is measured with a flow meter, and the total volume of the raw water and the adhering water is obtained from the change in the water surface height in the measuring container, and the total of the raw material gas volume, the raw water and the adhering water is obtained. Since the concentration of the gas hydrate is calculated from the volume, the gas hydrate concentration can be measured efficiently and automatically.
請求項3に記載の本発明であるガスハイドレート生成装置の制御方法によれば、水中に原料ガスを気泡として吹き込みつつ撹拌手段で撹拌してガスハイドレートを生成する圧力容器において、前記生成されたガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中のガスハイドレート濃度を本願の第一発明の測定方法により算出し、前記算出されたガスハイドレート濃度が所定の値よりも大きい場合には、前記圧力容器への前記原料ガスの供給量と前記撹拌手段の撹拌速度とを減少させつつ前記水の供給量を増加させ、前記算出されたガスハイドレート濃度が所定の値よりも小さい場合には、前記圧力容器への前記原料ガスの供給量と前記撹拌手段の撹拌速度とを増加させつつ前記原料水の供給量を減少させるようにしたので、ガスハイドレート生成装置で生成されるガスハイドレート濃度の品質を制御して、品質を向上することができる According to the control method of the gas hydrate generating device of the present invention as set forth in claim 3, the gas hydrate generating device generates the gas hydrate by stirring with stirring means while blowing the raw material gas as bubbles into water. When the gas hydrate concentration in the liquid sample composed of the gas hydrate and the adhering water is calculated by the measurement method of the first invention of the present application, and the calculated gas hydrate concentration is larger than a predetermined value, When the supply amount of the water is increased while decreasing the supply amount of the source gas to the pressure vessel and the stirring speed of the stirring means, and the calculated gas hydrate concentration is smaller than a predetermined value Since the supply amount of the raw material water is decreased while the supply amount of the raw material gas to the pressure vessel and the stirring speed of the stirring means are increased, the gas hydrate production To control the quality of the gas hydrate concentration generated by the device, thereby improving the quality
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明に係るガスハイドレート濃度の測定方法は、ガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中に含まれるガスハイドレートの濃度を測定するものである。ガスハイドレートを生成する原料ガスとしては天然ガスが例示されるが、所定の圧力及び温度でガスハイドレートを生成するものならば特に種類は問わず、天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素ガス及びそれらの混合ガス、あるいは二酸化炭素、硫化水素及びそれらの混合ガスなどでもよい。また、ガスハイドレートの生成圧力及び生成温度とは、上記のそれぞれの原料ガスと水からガスハイドレートを生成する際の圧力範囲及び温度範囲をいう。 The method for measuring gas hydrate concentration according to the present invention measures the concentration of gas hydrate contained in a liquid sample composed of gas hydrate and adhering water. Natural gas is exemplified as a raw material gas for producing gas hydrate, but any kind of gas may be used as long as it produces gas hydrate at a predetermined pressure and temperature, and methane, ethane, and propane, which are components of natural gas. Or a mixed gas thereof, or carbon dioxide, hydrogen sulfide and a mixed gas thereof. Further, the gas hydrate production pressure and production temperature refer to the pressure range and temperature range in producing gas hydrate from each of the above raw material gases and water.
図1は、本発明に係るガスハイドレート濃度の測定方法を実施するための測定装置の一例である。 FIG. 1 is an example of a measuring apparatus for carrying out the method for measuring a gas hydrate concentration according to the present invention.
この測定装置は、水平方向の断面積が一定である縦長の測定容器1と、その上部に接続された差圧弁2及びガス流量計3から主に構成される。測定容器1の側面からは、ボール弁4を介してガスハイドレート生成装置で生成されたガスハイドレートと付着水からなる液状試料5を導入できるようになっている。このボール弁4はタイマー6に接続され、あらかじめ決められた測定時刻毎に一定時間だけ開放されるように設定されている。また、測定容器1内には貯留水7が貯留しており、その外側には水面高さを測定する液面計8と、隔壁を通して貯留水7の温度を一定に保つ保温ジャケット9が設けられている。
This measuring apparatus mainly includes a vertically long measuring
このような測定装置を用いたガスハイドレート濃度の測定方法を以下に説明する。
まず、測定容器1内をガスハイドレートの生成圧力(例えば、5.4MPa)に維持すると共に、保温ジャケット9により貯留水7の温度をガスハイドレートの生成温度よりも高温(例えば、相平衡温度+10℃)に保持する。測定時刻がくるとタイマー6によりボール弁4が一定時間だけ開いて、一定量の液状試料5が測定容器1内に導入される。この液状試料5の導入方法としては重力を利用するのが望ましいが、スクリューコンベア等の機械的な手段でもよい。
A method for measuring the gas hydrate concentration using such a measuring apparatus will be described below.
First, the inside of the
導入された液状試料5は、そのまま貯留水7内に投入されるが、貯留水7の温度がガスハイドレートの生成温度よりも高温であるため、ガスハイドレートは原料ガスと原料水に分解される。 The introduced liquid sample 5 is put into the stored water 7 as it is. However, since the temperature of the stored water 7 is higher than the generation temperature of the gas hydrate, the gas hydrate is decomposed into the raw material gas and the raw material water. The
原料ガスは、差圧弁2を通じてガス流量計3へ流れて体積Vgが測定される。また、原料水と付着水については、液面計8により測定される貯留水7の水面高さの変位量から体積Vwが測定される。
The source gas flows to the gas flow meter 3 through the
次の測定時刻においても、上記と同じ方法により液状試料5中のガスハイドレート濃度を測定することができるため、測定の自動化が可能である。また、測定容器1の下部に液面計8により制御される排水弁10を設けることにより、連続測定による貯留水7の過剰な増加を防止して、連続測定可能な期間を長く取ることができる。
At the next measurement time, the gas hydrate concentration in the liquid sample 5 can be measured by the same method as described above, so that the measurement can be automated. Further, by providing the
このようにして測定した原料ガスの体積Vg及び原料水と付着水の体積Vwに、それぞれの比重を掛けて原料ガスの重量Wg及び原料水と付着水の重量Wwに変換して、液状試料の重量Wsを以下のように求める。
Ws=Wg+Ww ---(4)
The volume V g of the raw material gas and the volume V w of the raw material water and the adhering water thus measured are multiplied by the specific gravity to be converted into the weight W g of the raw material gas and the weight W w of the raw material water and the adhering water. The weight W s of the liquid sample is obtained as follows.
W s = W g + W w --- (4)
これから、前出の(1)〜(3)式を用いることにより、ガスハイドレート濃度αhを求めることができる。 From this, the gas hydrate concentration α h can be obtained by using the above-described equations (1) to (3).
以上のように、本発明に係るガスハイドレート濃度の測定方法を用いることにより、液状試料中のガスハイドレート濃度を効率よく自動的に測定することができる。 As described above, the gas hydrate concentration in the liquid sample can be efficiently and automatically measured by using the gas hydrate concentration measuring method according to the present invention.
このように測定されたガスハイドレート濃度を、図2に示すようなガスハイドレート製造プラントにおけるガスハイドレート生成装置の運転にフィードバックすることにより、製造プラントのガスハイドレートの品質を一定に保つことができる。 The gas hydrate concentration measured in this way is fed back to the operation of the gas hydrate generating device in the gas hydrate production plant as shown in FIG. 2 to keep the quality of the gas hydrate in the production plant constant. Can do.
このガスハイドレート製造プラントは、生成器内20において原料ガス21と水22からスラリー状のガスハイドレートを生成し、脱水装置23において水分を除去して高濃度化した後に、ペレット成型機24により一定の形状に圧縮成型し、冷却機25において冷却した後に、ロックホッパー式の脱圧装置26を経て大気圧下に取り出して保管・運搬に供するものである。
This gas hydrate production plant generates a slurry-like gas hydrate from a
従って、本発明のガスハイドレート濃度の測定方法を実施するのは、ガスハイドレートがスラリー状となって存在している生成器20とペレット成型機24の間となる。
Therefore, the gas hydrate concentration measuring method of the present invention is carried out between the
図2のガスハイドレート製造プラントに測定装置を設置した一例を図3に示す。なお、図3においては、図1及び図2と同じ部分には同一の符号を付し、説明を省略する。 An example in which a measuring device is installed in the gas hydrate production plant of FIG. 2 is shown in FIG. In FIG. 3, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
生成器20は、有底筒形の耐圧容器28内において、いわゆる気液撹拌式によりガスハイドレートを生成するものである。この耐圧容器28の内部は高圧(例えば5.4Mpa)に保持されており、低温(例えば5℃)の水29が貯留されている。耐圧容器28の下部には、ガス供給弁30を介して供給される原料ガス21を気泡として水29中に吹き出すスページャ31が設置されており、電動機32により回転駆動される撹拌羽根33により水29と気泡を撹拌することで原料ガス21を水和させてガスハイドレートを生成する。生成されたガスハイドレートは、付着水と共にスラリー状となって耐圧容器28の底部から送出ポンプ35により脱水装置23へ送り出されるが、付着水の一部は循環水ライン36において熱交換器37で反応熱が除去された後に、原料となる水22と一緒に水供給弁38を介して耐圧容器28内へ戻される。
The
測定装置は、生成器20とペレット成型機24の間に設置され、有線又は無線により接続された制御装置39を備えている。この制御装置39は、ガス流量計3と液面計8からの測定信号に基づきガスハイドレート濃度を算出すると共に、そのガスハイドレート濃度に基づいて生成器20のガス供給弁30及び水供給弁38の開度と、電動機32を通じて撹拌羽根33の回転速度を調整するものである。
The measuring device is provided between the
制御装置の作用を図3及び図4に基づき以下に説明する。 The operation of the control device will be described below with reference to FIGS.
最初に、製造目標となるガスハイドレート濃度の設定値A(重量%)を入力する(S10)。そして、タイマー6と同期した制御装置39内の時計が測定時間を示したら(S11)、ガス流量計3の測定値Vgと、液面計8による液面高さの変位Δhを入力する(S12、13)。次に、測定容器1の水平断面積Sと変位Δhから、原料水と付着水の体積Vwを計算する(S14)。それらの計算結果を基に(1)〜(3)式を用いてガスハイドレート濃度αhを算出する(S17)。
First, a set value A (% by weight) of a gas hydrate concentration that is a production target is input (S10). When the clock in the
このガスハイドレート濃度αhが設定値Aよりも大きい場合には、ガス供給弁30の開度と電動機32の回転速度を減少させると共に、水供給弁38の開度を増加させる(S18、19)。また、ガスハイドレート濃度αhが設定値Aよりも小さい場合には、反対にガス供給弁30の開度と電動機32の回転速度を増加させると共に、水供給弁38の開度を減少させる(S18〜21)。この作用は、ガスハイドレート濃度αhが設定値Aと同じになるまで繰り返し行われる。
When the gas hydrate concentration α h is larger than the set value A, the opening degree of the
このような制御方法を用いることにより、ガスハイドレート生成装置において生成されるガスハイドレート濃度を制御して、品質を向上することができる。 By using such a control method, it is possible to control the gas hydrate concentration generated in the gas hydrate generator and improve the quality.
1 測定容器
2 差圧弁
3 ガス流量計
4 ボール弁
5 液状試料
6 タイマー
7 貯留水
8 液面計
9 保温ジャケット
10 排水弁
20 生成器
21 原料ガス
22 水
23 脱水装置
24 ペレット成型機
25 冷却機
26 脱圧装置
28 耐圧容器
29 水
30 ガス供給弁
31 スページャ
32 電動機
33 撹拌羽根
35 送出ポンプ
36 循環水ライン
37 熱交換器
38 水供給弁
39 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
水平断面積が一定である測定容器内を前記ガスハイドレートの生成圧力以上に保持し、前記測定容器において前記ガスハイドレートの生成温度よりも高温の水の中に前記液状試料を投入することにより前記ガスハイドレートを前記原料ガスと前記原料水とに分解し、前記測定容器外に放出された前記原料ガスの体積を流量計で測定すると共に、前記測定容器内における水面高さの変化から前記原料水と前記付着水との合計体積を求め、前記原料ガスの体積と前記原料水と前記付着水との合計体積とから前記ガスハイドレートの濃度を算出することを特徴とするガスハイドレート濃度の測定方法。 A method for measuring a gas hydrate concentration in a liquid sample consisting of a gas hydrate produced from a raw material gas and raw water and adhering water,
By holding the inside of the measurement container having a constant horizontal cross-sectional area at a pressure equal to or higher than the generation pressure of the gas hydrate, and injecting the liquid sample into water at a temperature higher than the generation temperature of the gas hydrate in the measurement container The gas hydrate is decomposed into the raw material gas and the raw material water, the volume of the raw material gas released to the outside of the measurement container is measured with a flowmeter, and the change in the water surface height in the measurement container A gas hydrate concentration characterized in that a total volume of the raw material water and the adhering water is obtained, and a concentration of the gas hydrate is calculated from a volume of the raw material gas and a total volume of the raw material water and the adhering water. Measuring method.
前記生成されたガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中のガスハイドレート濃度を請求項1に記載の測定方法により算出し、
前記算出されたガスハイドレート濃度が所定の値よりも大きい場合には、前記圧力容器への前記原料ガスの供給量と前記撹拌手段の撹拌速度とを減少させつつ前記水の供給量を増加させ、
前記算出されたガスハイドレート濃度が所定の値よりも小さい場合には、前記圧力容器への前記原料ガスの供給量と前記撹拌手段の撹拌速度とを増加させつつ前記原料水の供給量を減少させることを特徴とするガスハイドレート生成装置の制御方法。 A control method for a gas hydrate generator comprising a pressure vessel that generates gas hydrate by stirring with stirring means while blowing raw material gas as bubbles into water,
The gas hydrate concentration in the liquid sample composed of the generated gas hydrate and adhering water is calculated by the measurement method according to claim 1,
When the calculated gas hydrate concentration is larger than a predetermined value, the supply amount of the water is increased while decreasing the supply amount of the source gas to the pressure vessel and the stirring speed of the stirring means. ,
When the calculated gas hydrate concentration is smaller than a predetermined value, the supply amount of the raw material water is decreased while increasing the supply amount of the raw material gas to the pressure vessel and the stirring speed of the stirring means. A control method for a gas hydrate generator, characterized by comprising:
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