JP5027988B2 - ガスハイドレートの払い出し方法および払い出し装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧条件下において生成されるガスハイドレートを低圧側に払い出す方法および装置に関する。

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でなる安定な固体状の水和物であり、取り込まれたガスがメタンの場合はメタンハイドレート、天然ガス（通常、メタンを主成分とした混合ガス）の場合は天然ガスハイドレートと呼ばれている。天然ガスハイドレートは、低温高圧の条件下においては安定で、常温常圧では不安定なため、陸上では永久凍土地域、海域では水深５００ｍ以深の海底下に存在することが確認され、有望な天然ガス資源として注目されている。

一方で、ガスハイドレートは、その構造中に大量のガスを貯蔵できることに鑑み、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を工業的に生産して、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの新しい輸送・貯蔵手段として研究が進められている。例えば、天然ガスハイドレートは、数℃の温度、数十気圧の条件下で製造することができる。また、製造された天然ガスハイドレートの粉体またはペレットは、−１０数℃、大気圧の条件下で容易に輸送、貯蔵することができる。

ガスハイドレートの製造方法は、原料水を数℃に冷却して高圧条件下の生成槽に供給し、原料ガスを水中に噴き込んで反応させることにより、ガスハイドレートを生成する方法が知られている。この生成槽で生成されたガスハイドレートは、水面に浮上した状態で排出口から排出され、例えば脱水機により脱水処理が施された後、大気圧下に取り出すようになっている（特許文献１参照。）。

特開２００４−３５８４０号公報

ところで、高圧条件下で生成されたガスハイドレートを大気圧下に取り出す方法としては、例えば、高圧容器内で脱水処理されたガスハイドレートを、排出口を通じて同一圧力に設定される他の容器内に落下させて収容し、この容器内の圧力を大気圧に戻してから取り出す方法が考えられる。しかし、ガスハイドレートは、その付着性や圧密性などの特性により、一部が排出経路内に付着するなどして、自重落下による排出が困難になる場合がある。

これに対し、例えば、高圧容器と低圧容器との間に、それぞれ弁を介して中間容器を配設し、それらの弁を開閉して、高圧容器内のガスハイドレートを一旦中間容器に払い出した後、低圧容器に払い出す方法が考えれるが、高圧容器から中間容器にガスハイドレートが払い出されると、中間容器の圧力が高圧容器の圧力となる。したがって、中間容器の圧力が高圧のままで、低圧容器に払い出すと、ガスハイドレートの品質が低下するおそれがある。

すなわち、ガスハイドレートは分解しやすい構造を有するため、圧力差が大きくなると、払い出し時の衝撃などによりガスハイドレートの平均粒径が細かくなり、取り扱い特性が悪くなるという問題がある。

本発明は、ガスハイドレートの払い出し時における品質を安定化させることを課題とする。

本発明は、水と原料ガスを設定圧力下で反応させて生成されたガスハイドレートが収容される高圧容器からガスハイドレートを中間容器を介して低圧容器に払い出すにあたり、中間容器にガスを導入して該中間容器の圧力を高圧容器の圧力よりも低く低圧容器の圧力よりも高い第１の設定圧力に昇圧し、高圧容器からガスハイドレートをガスとともに中間容器に払い出した後、中間容器からガスを抜き出してこの中間容器の圧力を第１の設定圧力よりも低く低圧容器の圧力よりも高い第２の設定圧力に減圧し、中間容器のガスハイドレートをガスとともに低圧容器に払い出すものである。

すなわち、中間容器の圧力をガスハイドレートが収容された後に減圧させ、低圧容器との圧力差を所定範囲に設定することにより、例えば、脱水処理されたガスハイドレートの品質を保持しながら払い出すことが可能になる。ここで、ガスハイドレートの品質（例えば、粒度分布等）と圧力差との関係を予めサンプリングなどで認識しておくことにより、中間容器から低圧容器に払い出すときの設定圧を決めることができる。

具体的に、本発明のガスハイドレート払い出し装置は、ガスハイドレートが収容される高圧容器と、この高圧容器に第１の自動弁を介して接続された中間容器と、この中間容器に第２の自動弁を介して接続された低圧容器と、中間容器に昇圧ラインを通じて高圧ガスを供給するガス供給弁と、中間容器内のガスを減圧ラインを通じて排出するガス調整弁と、ガス供給弁を開いて中間容器内の圧力を高圧容器の圧力よりも低く低圧容器の圧力よりも高い第１の設定圧力に調整する第１の圧力調整手段と、ガス調整弁を開いて中間容器の圧力を第１の設定圧力よりも低く低圧容器の圧力よりも高い第２の設定圧力に調整する第２の圧力調整手段とを備え、高圧容器から中間容器にガスハイドレートを払い出すときは、第１の圧力調整手段により中間容器の圧力を調整し、中間容器から低圧容器にガスハイドレートを払い出すときは、第２の圧力調整手段により中間容器の圧力を調整することを特徴とする。この場合において、設定圧力は、中間容器から低圧容器にガスハイドレートを移送できる最小の圧力であることが好ましい。

本発明によれば、ガスハイドレートの払い出し時における品質を安定化させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るガスハイドレート払い出し装置の一例を示す構成図である。なお、本実施形態において、特に断りがない限り、原料ガスとは天然ガスを示し、ガスハイドレートは天然ガスハイドレートを示すものとする。ただし、原料ガスは、天然ガスに限定されず、例えば、メタンガスなどを用いるようにしてもよい。

図に示すように、本実施形態のガスハイドレート払い出し装置（以下、払い出し装置と称す。）は、高圧容器１と、中間容器３と、低圧容器５と、中間容器３の圧力を調整する圧力調整手段とを備えて構成される。

高圧容器１は、例えば、横型筒状に形成された容器からなり、脱水または冷却機能を備えている。この高圧容器１は、ガスハイドレートの導入口１２と排出口１４とを備えている。

中間容器３は、例えば、縦型の筒状容器からなり、頂部に形成される供給口は、自動弁１６を有する管路を介して高圧容器１の排出口１４に接続される一方、底部にはガスハイドレートを排出する排出口が形成されている。

低圧容器５は、例えば、縦型の筒状容器からなり、頂部に形成される供給口は、自動弁１８を有する管路を介して中間容器３の排出口に接続される一方、容器の略中央高さから下方に向かって窄めた先の底部には、ガスハイドレートを排出する排出口２０が形成されている。

ここで、中間容器３の圧力調整手段の構成について説明する。中間容器３には、原料ガスを供給して容器３内を昇圧する昇圧ライン２２と、原料ガスを抜き出して容器３内を減圧する減圧ライン２４がそれぞれ接続されている。昇圧ライン２２には自動弁２６が配設され、原料ガスの供給量が調節されるようになっている。減圧ライン２４には、中間容器３側から順に、自動弁２８、調整弁３０が順次配設されている。調整弁３０は、圧力調整器（ＰＩＣ）３２を介して自動弁２６と中間容器３とを結ぶ昇圧ライン２２に接続され、中間容器３内の圧力を検知して設定圧力に調整するようになっている。

次に、本実施形態の払い出し装置の動作を説明する。まず、高圧容器１内は、高圧状態（例えば、５０ｋｇ／ｃｍ^２）に管理され、導入口１２からガスハイドレートａが導入される。高圧容器１内に導入されたガスハイドレートａは、脱水または冷却処理される。ここにおいて処理されたガスハイドレートｂを中間容器３に払い出す場合は、まず、自動弁１６、１８、２６、２８がすべて閉じた状態（ただし、調整弁３０は開放）で自動弁２６を開き、原料ガスを中間容器３内に導入して、中間容器３が高圧容器１と同一の圧力まで昇圧されたところで自動弁２６を閉じる。続いて、自動弁１６を開き、高圧容器１内から中間容器３内にガスハイドレートｂを払い出した後、自動弁１６を閉じる。なお、ここでの払い出しは、ガスハイドレートｂの自重落下によるものであるが、例えば、後述するように、自重落下に問題が生じる場合は、中間容器３の圧力を高圧容器１の圧力より小さくして所定の差圧を作り出し、ガスハイドレートｂを差圧圧送するようにしてもよい。この場合、中間容器３の圧力調整は、圧力調整器３２で調整弁３０の開度を調整することにより行う。

次に、中間容器３内のガスハイドレートｂを払い出す場合は、まず、自動弁２８を開いて、中間容器３の圧力を減圧する。この減圧過程においては、中間容器３の圧力が設定圧力（例えば、０．５〜２０ｋｇ／ｃｍ^２）まで減圧されたところで、圧力調整器３２から指令を受けて調整弁３０が閉じられ、減圧が終了する。ここで、中間容器３の設定圧力は、圧力調整器３２の設定値を調節することにより、変更が可能である。

中間容器３が設定圧力まで減圧されると、自動弁１８を開いて、例えば、大気圧の低圧容器５内に、ガスハイドレートｂを払い出す。ここでの払い出しは、ガスハイドレートｂの差圧圧送によるものである。

次に、中間容器３の設定圧力について説明する。ガスハイドレートは、圧力差の大きい差圧圧送などの移送過程において構造が壊れやすく、ガスハイドレートの一部の構造が壊れて粒径が細かくなると（例えば、粒径０．５ｍｍ未満）、粒度分布が変化して取り扱い性が悪くなる。すなわち、粒度分布などが変化すると、取り扱い特性などの品質が低下して、例えば、大気圧下におけるペレットなどの成型が困難になる場合がある。一方、ガスハイドレートは、付着性や圧密性が高いことから、例えば、同一圧力下において自重落下させる場合、管路などの内壁に付着して閉塞を起しやすい。

これに対し、本実施形態では、中間容器３の圧力を高圧容器１からの受け入れと低圧容器への払い出しの二つのケースについて調節可能（自動シーケンスによる）とし、所定の圧力差を形成することにより、管路などが閉塞されず、品質を保持した状態でガスハイドレートを払い出すことができる。ここで、差圧の設定値は、予め差圧と品質などの関係をサンプリングなどに基づいて認識していれば、運転状況などに応じて最適な差圧設定を行うことができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、生成されたガスハイドレートの払い出し時における品質を安定化させることができる。

本発明の実施形態に係るガスハイドレート払い出し装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１ 高圧容器
３ 中間容器
５ 低圧容器
１６，１８，２６，２８ 自動弁
３０ 調整弁
３２ 圧力調整器（ＰＩＣ）

Claims (2)

1. ガスハイドレートが収容される高圧容器と、
   前記高圧容器に第１の自動弁を介して接続された中間容器と、
   前記中間容器に第２の自動弁を介して接続された低圧容器と、
   前記中間容器に昇圧ラインを通じて高圧ガスを供給するガス供給弁と、
   前記中間容器内のガスを減圧ラインを通じて排出するガス調整弁と、
   前記ガス供給弁を開いて前記中間容器内の圧力を前記高圧容器の圧力よりも低く前記低圧容器の圧力よりも高い第１の設定圧力に調整する第１の圧力調整手段と、前記ガス調整弁を開いて前記中間容器の圧力を前記第１の設定圧力よりも低く前記低圧容器の圧力よりも高い第２の設定圧力に調整する第２の圧力調整手段とを備え、
   前記高圧容器から前記中間容器に前記ガスハイドレートを払い出すときは、前記第１の圧力調整手段により前記中間容器の圧力を調整し、前記中間容器から前記低圧容器に前記ガスハイドレートを払い出すときは、前記第２の圧力調整手段により前記中間容器の圧力を調整することを特徴とするガスハイドレートの払い出し装置。
2. 前記第２の設定圧力は、前記中間容器から前記低圧容器に前記ガスハイドレートを移送できる最小の圧力であ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払い出し装置。

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