JP5129508B2

JP5129508B2 - Gas hydrate washing tower

Info

Publication number: JP5129508B2
Application number: JP2007119859A
Authority: JP
Inventors: 進田中; 英之大森; 宰高野; 弘志山口
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: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008274129A

Description

本発明は、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、該導入部の上方にあってガスハイドレートスラリー中の未反応海水を重力を利用して脱水する水切り部と、該水切り部の上方にあってガスハイドレートに付着している未反応海水を稀釈すると共に、洗浄されたガスハイドレートを系外に掻き出す洗浄掻取部から成るガスハイドレート洗浄塔に関する。 The present invention includes an introduction portion for introducing a gas hydrate slurry, a drainage portion above the introduction portion for dehydrating unreacted seawater in the gas hydrate slurry using gravity, and an upper portion of the drainage portion. The present invention relates to a gas hydrate washing tower comprising a washing scraping unit for diluting unreacted seawater adhering to gas hydrate and scraping the washed gas hydrate out of the system.

天然ガスは、他の化石燃料に比較して二酸化炭素（ＣＯ₂）の発生量が少ないので、２１世紀の中心的なエネルギーとして需要の拡大が予想されている。現在、天然ガスの海上輸送システムは、液化天然ガス方式（ＬＮＧ方式）が主流である。しかし、ＬＮＧ方式を適用できる大規模な天然ガス田は、希少、かつ、偏在しており、今後予想される天然ガスの需要拡大及び安定供給への対応のため、ＬＮＧ方式を補完する実用的、かつ、経済的な天然ガスの新しい輸送システムの出現が期待されている。 Since natural gas generates less carbon dioxide (CO ₂ ) than other fossil fuels, demand is expected to expand as a central energy source for the 21st century. At present, the liquefied natural gas system (LNG system) is the mainstream for natural gas maritime transport systems. However, large-scale natural gas fields to which the LNG method can be applied are scarce and unevenly distributed, and it is practical to complement the LNG method in order to respond to the anticipated future expansion of natural gas demand and stable supply. In addition, the emergence of a new economical transportation system for natural gas is expected.

天然ガスの新しい輸送方式として、天然ガスをハイドレート化して輸送する方式が注目されている。天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）の輸送方式において想定されている産ガス地は、東南アジア、オセアニアの小規模ガス田であり、それらのほとんどが海上ガス田であるため、ＮＧＨ輸送システムにおいては、ガス田の真上の海面にＦＰＳＯ（浮体式生産貯蔵荷上設備）を設置し、天然ガスを洋上で、直接、ハイドレート化して積み出す方法が合理的である。 As a new transportation method of natural gas, a method of transporting hydrated natural gas has attracted attention. The gas production areas assumed in the natural gas hydrate (NGH) transportation system are small-scale gas fields in Southeast Asia and Oceania, and most of them are offshore gas fields. Therefore, in the NGH transportation system, It is reasonable to install FPSO (floating production storage and loading equipment) on the sea surface just above the sea, and hydrate the natural gas directly offshore.

海水からガスハイドレートを製造する方法としては、逆浸透膜法等の海水淡水化装置を導入して原料水（海水）を淡水化してガスハイドレートを製造する方法と、海水淡水化装置を使用することなく、海水を直接原料水に用いてガスハイドレートを製造する方法の二通りの方法を挙げることができる。 As a method for producing gas hydrate from seawater, a seawater desalination device such as a reverse osmosis membrane method is introduced to desalinate raw water (seawater) to produce gas hydrate, and a seawater desalination device is used. Without doing, two methods of producing gas hydrate using seawater directly as raw water can be mentioned.

前者の場合は、海水淡水化装置の設備費、設置スペース、製造エネルギー等が余分に必要になる。他方、後者のように、海水を直接原料水に用いてガスハイドレートを製造すると、図６の□印に示すように、製造後のガスハイドレートに残留する塩分の影響によってガスハイドレートの分解が速まることが知られている（図６のだ円部、メタンハイドレートペレットでの比較。保存条件：大気圧下、−２０℃。）。このため、製造直後のガスハイドレートから塩分を分離することが望まれている。 In the case of the former, extra equipment costs, installation space, manufacturing energy, etc. of the seawater desalination apparatus are required. On the other hand, when the gas hydrate is produced using seawater directly as raw water as in the latter case, the decomposition of the gas hydrate is caused by the influence of the salinity remaining in the gas hydrate after production, as shown by the □ mark in FIG. (Comparison with an ellipse in FIG. 6 and methane hydrate pellets. Storage conditions: −20 ° C. under atmospheric pressure). For this reason, it is desired to separate salt from the gas hydrate immediately after production.

ところで、冷凍法による海水淡水化技術としては、過去に多くの研究が行われており、水道水基準を満たす洗浄効果が得られている（例えば、非特許文献１参照。）。 By the way, as seawater desalination technology by a refrigeration method, many studies have been conducted in the past, and a cleaning effect that satisfies tap water standards has been obtained (for example, see Non-Patent Document 1).

しかし、ガスハイドレートを製造する場合には、ガスハイドレートに同伴するブライン量（未反応海水量）以上の洗浄水を散布すれば、ガスハイドレートに付着する洗浄水量が増加するため、洗浄水の損失量が増加すると共に、ガスハイドレートの付着水を除去する第２生成器の負担が増加すると言う問題がある。これとは逆に、ガスハイドレートに同伴するブライン量よりも少ない洗浄水量を散布した場合は、ガスハイドレートに同伴するブライン量の一部のみが置換され、十分な洗浄効果が得られないため、ガスハイドレートの分解を抑制することが難いと言う問題がある。 However, when gas hydrate is produced, the amount of washing water adhering to the gas hydrate increases if spraying more than the amount of brine accompanying the gas hydrate (the amount of unreacted seawater). There is a problem that the amount of loss of the second generator increases and the burden on the second generator for removing the adhering water of the gas hydrate increases. On the contrary, when spraying the amount of washing water smaller than the amount of brine accompanying gas hydrate, only a part of the amount of brine accompanying gas hydrate is replaced, and sufficient cleaning effect cannot be obtained. There is a problem that it is difficult to suppress the decomposition of gas hydrate.

また、非特許文献１では、洗浄塔上部に備えた結晶氷掻出装置について具体的に開示していないが、結晶氷掻出装置として、真水からガスハイドレートを製造する脱水塔に使用されているスクリュー軸を使用すると、スクリュー軸に阻害されて洗浄水を洗浄塔上面に均一に散布することが困難になる。
長島義悟、外２名、「冷凍法海水淡水化プロセスにおける氷分離洗浄塔試験」、三井造船技報、三井造船株式会社、昭和４５年１月１日、第６９号、ｐ．２２−２７ Further, Non-Patent Document 1 does not specifically disclose the crystal ice scraping device provided at the upper part of the washing tower, but is used as a crystal ice scraping device for a dehydration tower for producing gas hydrate from fresh water. If the screw shaft is used, it is difficult to uniformly spray the cleaning water on the upper surface of the cleaning tower due to the hindrance of the screw shaft.
Yoshigo Nagashima and two others, "Ice separation and washing tower test in freezing process seawater desalination process", Mitsui Engineering & Shipbuilding Technical Report, Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd., January 1, 1969, No. 69, p. 22-27

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、海水から直接ガスハイドレートを製造する際に、ガスハイドレートに同伴する未反応海水を必要最小限の洗浄水で洗浄するとともに、ガスハイドレートの洗浄を妨げることなく、円滑に払い出すことができるガスハイドレート洗浄塔を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to produce unreacted seawater accompanied by gas hydrate when the gas hydrate is directly produced from seawater. An object of the present invention is to provide a gas hydrate washing tower that can be washed out with a limited amount of washing water and can be discharged smoothly without impeding the washing of the gas hydrate.

請求項１に記載の発明に係るガスハイドレート洗浄塔は、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、該導入部の上方にあってガスハイドレートスラリー中の未反応海水を重力を利用して脱水する水切り部と、該水切り部の上方にあってガスハイドレートに付着している未反応海水を稀釈すると共に、洗浄されたガスハイドレートを系外に掻き出す洗浄掻取部から成るガスハイドレート洗浄塔において、前記洗浄掻取部に回転式又はワイパー式のガスハイドレート掻取装置を設けると共に洗浄水噴射ノズルを設け、ガスハイドレートと未反応海水によって構成された飽和域Ｅにおけるガスハイドレートの空隙率をε（無次元量）、洗浄塔の断面積をＡ（ｍ ² ）、ガスハイドレート堆積層の上昇速度をＵ（ｍ／分）、飽和域の上方に位置して未反応海水を稀釈する不飽和域Ｆにおけるガスハイドレートの飽和度をＳ（無次元量）とした場合に、前記洗浄水噴射ノズルから噴射する洗浄水の水量Ｑ（ｍ ³ ／分）が次式（１）を満たすようにしたことを特徴としている。
Ｑ＝１．１ε・Ａ・Ｕ・Ｓ・・・・（１）
ここで、上記空隙率εを、サンプリングしたガスハイドレートの重量をＷｔ（ｋｇ）、サンプリングしたガスハイドレートの体積をＶｔ（ｍ ³ ）、ガスハイドレート密度をρｈ（ｋｇ／ｍ ³ ）とした時、次式（２）から求められる値とし、
ε＝１−Ｗｔ／（Ｖｔ・ρｈ）・・・・（２）
上記飽和度Ｓを、空隙率をε（無次元量）、サンプリングしたガスハイドレートの重量をＷｔ（ｋｇ）、サンプリングしたガスハイドレートの体積をＶｔ（ｍ ³ ）、ガスハイドレート密度をρｈ（ｋｇ／ｍ ³ ）、液密度をρＢ（ｋｇ／ｍ ³ ）とした時、次式（３）から求められる値とする。
Ｓ＝Ｗｔ／（Ｖｔ・ρＢ・ε）−ρｈ／ρＢ・（（１−ε）／ε）・・・（３） A gas hydrate washing tower according to the first aspect of the present invention includes an introduction part for introducing a gas hydrate slurry, and unreacted seawater in the gas hydrate slurry above the introduction part using gravity. A gas hydrate comprising a draining part to be dewatered, and a cleaning scraping part for diluting unreacted seawater adhering to the gas hydrate above the draining part and scraping the washed gas hydrate out of the system In the cleaning tower, the cleaning scraping section is provided with a rotary or wiper type gas hydrate scraping device and a cleaning water injection nozzle, and the gas hydrate in the saturation region E constituted by the gas hydrate and unreacted seawater. the porosity epsilon (dimensionless quantity), the cross-sectional area of the wash column a (m ^2), the rising speed of gas hydrate deposition layer U (m / min), position above the saturation threshold The saturation of the gas hydrate in the unsaturated zone F to dilute the unreacted seawater and S when the (dimensionless), water of the wash water Q injected from the washing water ejecting nozzle (m ³ / min) Is characterized by satisfying the following formula (1) .
Q = 1.1ε · A · U · S (1)
Here, the porosity ε is defined as Wt (kg) for the weight of the sampled gas hydrate, Vt (m ³ ) for the volume of the sampled gas hydrate, and ρh (kg / m ³ ) for the gas hydrate density . When the value obtained from the following equation (2),
ε = 1−Wt / (Vt · ρh) (2)
The saturation S, the porosity is ε (dimensionalless amount), the sampled gas hydrate weight is Wt (kg), the sampled gas hydrate volume is Vt (m ³ ), and the gas hydrate density is ρh ( kg / m ³ ), and the liquid density is ρB (kg / m ³ ), the value obtained from the following equation (3).
S = Wt / (Vt · ρB · ε) -ρh / ρB · ((1-ε) / ε) (3)

請求項２に記載の発明に係るガスハイドレート洗浄塔は、請求項１において、洗浄掻取部を、塔体の頂部に設けた中空円筒状の掻取槽と、該掻取槽内に設けたガスハイドレート掻取装置と、前記掻取槽の天井に設けた洗浄水噴射ノズルにより形成することを特徴としている。 A gas hydrate cleaning tower according to a second aspect of the present invention is the gas hydrate cleaning tower according to the first aspect, wherein the cleaning scraping section is provided in a hollow cylindrical scraping tank provided at the top of the tower body, and in the scraping tank. The gas hydrate scraping device and the cleaning water jet nozzle provided on the ceiling of the scraping tank are characterized in that it is formed.

請求項３に記載の発明に係るガスハイドレート洗浄塔は、請求項２において、掻取槽の軸心に対して、その一方の側に塔体を有し、他の一方の側にハイドレート排出口を配したことを特徴としている。 The gas hydrate washing tower according to the invention of claim 3 is the gas hydrate washing tower according to claim 2, which has a tower body on one side with respect to the axis of the scraping tank and hydrate on the other side. It is characterized by an outlet.

請求項４に記載の発明に係るガスハイドレート洗浄塔は、請求項１において、回転式のガスハイドレート掻取装置を、掻取槽の軸心に設けた垂直な回転軸と、該回転軸の側面に設けた片持ち式の短冊状のスクレーパーにより形成し、かつ、前記スクレーパーの下辺によって掻取槽の底面を払拭するようにしたことを特徴としている。 A gas hydrate cleaning tower according to a fourth aspect of the present invention is the gas hydrate cleaning tower according to the first aspect of the present invention, wherein the rotary gas hydrate scraping device includes a vertical rotating shaft provided at the axis of the scraping tank, and the rotating shaft. It is characterized in that it is formed by a cantilever strip scraper provided on the side surface of the scraper and the bottom surface of the scraping tank is wiped by the lower side of the scraper.

請求項５に記載の発明に係るガスハイドレート洗浄塔は、請求項１において、ワイパー型のガスハイドレート掻取装置を、４点リンク式のスクレーパーの駆動装置により形成すると共に、前記スクレーパーの駆動装置を形成している２本の長尺のリンクの先端にピン止めした短尺のリンクにスクレーパーを設けたことを特徴としている。 A gas hydrate cleaning tower according to a fifth aspect of the present invention is the gas hydrate cleaning tower according to the first aspect, wherein the wiper-type gas hydrate scraping device is formed by a four-point link type scraper driving device, and the scraper is driven. A scraper is provided on a short link pinned to the ends of two long links forming the apparatus.

上記のように、請求項１に係る発明は、ガスハイドレートスラリーを導入する導入部と、該導入部の上方にあってガスハイドレートスラリー中の未反応海水を重力を利用して脱水する水切り部と、該水切り部の上方にあってガスハイドレートに付着している未反応海水を稀釈すると共に、洗浄されたガスハイドレートを系外に掻き出す洗浄掻取部から成るガスハイドレート洗浄塔において、前記洗浄掻取部に回転式又はワイパー式のガスハイドレート掻取装置を設けたので、洗浄水噴射ノズルから噴射される洗浄水を阻害することがなくなった。このため、洗浄水噴射ノズルから未反応の海水が付着しているガスハイドレートに対して洗浄水をムラなく供給することが可能となった。 As described above, the invention according to claim 1 includes an introduction part for introducing a gas hydrate slurry, and a drainer for dehydrating unreacted seawater in the gas hydrate slurry above the introduction part using gravity. A gas hydrate washing tower comprising a washing part for diluting the unreacted seawater adhering to the gas hydrate above the draining part and adhering to the gas hydrate, and scraping the washed gas hydrate out of the system Since the cleaning scraping section is provided with a rotary or wiper type gas hydrate scraping device, the cleaning water sprayed from the cleaning water spray nozzle is not hindered. For this reason, it became possible to supply cleaning water evenly from the cleaning water jet nozzle to the gas hydrate to which unreacted seawater is adhered.

また、この発明は、ガスハイドレートと未反応海水によって構成された飽和域Ｅにおけるガスハイドレートの空隙率をε、洗浄塔の断面積をＡ、ガスハイドレート堆積層の上昇速度をＵ、飽和域の上方に位置して未反応海水を稀釈する不飽和域Ｆにおけるガスハイドレートの飽和度をＳとした場合に、前記洗浄水噴射ノズルから噴射する洗浄水の水量Ｑが次式（１）を、
Ｑ＝１．１ε・Ａ・Ｕ・Ｓ・・・・（１）
満たすようにしたので、洗浄水噴射ノズルから噴射される洗浄水の水量が必要最小限に制御することが可能となり、洗浄水の無駄を回避することが可能となった。 In the present invention, the porosity of the gas hydrate in the saturated region E composed of gas hydrate and unreacted seawater is ε, the cross-sectional area of the cleaning tower is A, the rising rate of the gas hydrate deposition layer is U, and saturation is achieved. When the saturation level of the gas hydrate in the unsaturated zone F that is located above the zone and dilutes the unreacted seawater is S, the amount Q of washing water jetted from the washing water jet nozzle is given by the following formula (1) The
Q = 1.1ε · A · U · S (1)
Since it was made to satisfy | fill, it became possible to control the water quantity of the washing water injected from a washing water injection nozzle to the minimum necessary, and it became possible to avoid the waste of washing water.

請求項２に記載の発明は、洗浄掻取部を、塔体の頂部に設けた中空円筒状の掻取槽と、該掻取槽内に設けたガスハイドレート掻取装置と、前記掻取槽の天井に設けた洗浄水噴射ノズルにより形成したので、塔体の頂部に設けた洗浄掻取部をコンパクトな構造にすることが可能となった。 The invention according to claim 2 is a hollow cylindrical scraping tank provided at the top of the tower body, a gas hydrate scraping device provided in the scraping tank, and the scraping Since it was formed by the washing water jet nozzle provided on the ceiling of the tank, it became possible to make the cleaning scraping part provided on the top of the tower body a compact structure.

請求項３に記載の発明は、掻取槽の軸心に対して、その一方の側に塔体を有し、他の一方の側にハイドレート排出口を配したので、塔体の頂部に設けた洗浄掻取部をコンパクトな構造にすることが可能となるほか、洗浄後のガスハイドレートを塔体からハイドレート排出口に円滑に移動させることが可能となった。 The invention according to claim 3 has a tower body on one side with respect to the axis of the scraping tank, and a hydrate discharge port is arranged on the other side. In addition to making the cleaning scraper provided compact, it is possible to smoothly move the gas hydrate after cleaning from the tower body to the hydrate discharge port.

請求項４に記載の発明は、回転式のガスハイドレート掻取装置を、掻取槽の軸心に設けた垂直な回転軸と、該回転軸の側面に設けた片持ち式の短冊状のスクレーパーにより形成し、かつ、前記スクレーパーの下辺によって掻取槽の底面を払拭するようにしたので、洗浄水噴射ノズルから噴射される洗浄水を邪魔することなく、洗浄後のガスハイドレートを塔体からハイドレート排出口に円滑に移動させることが可能となった。 The invention according to claim 4 is a rotary gas hydrate scraping device comprising a vertical rotating shaft provided at the shaft center of the scraping tank and a cantilever strip-shaped device provided on the side surface of the rotating shaft. Since the bottom surface of the scraping tank is wiped by the lower side of the scraper and formed by a scraper, the gas hydrate after cleaning can be removed without interfering with the cleaning water sprayed from the cleaning water spray nozzle. It was possible to move smoothly from the hydrate outlet to the hydrate outlet.

請求項５に記載の発明は、ワイパー型のガスハイドレート掻取装置を、４点リンク式のスクレーパーの駆動装置により形成すると共に、前記スクレーパーの駆動装置を形成している２本の長尺のリンクの先端にピン止めした短尺のリンクにスクレーパーを設けたので、洗浄水噴射ノズルから噴射される洗浄水を邪魔することなく、洗浄後のガスハイドレートを塔体からハイドレート排出口に円滑に移動させることが可能となった。 According to a fifth aspect of the present invention, a wiper-type gas hydrate scraping device is formed by a four-point link type scraper driving device, and two long-sized scraper driving devices are formed. Since a scraper is provided on a short link pinned to the tip of the link, the cleaned gas hydrate is smoothly transferred from the tower to the hydrate discharge port without interfering with the cleaning water sprayed from the cleaning water spray nozzle. It became possible to move.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に示すように、本発明に係るガスハイドレート洗浄塔（以下、洗浄塔と称する。）４を含むガスハイドレート製造装置１００は、海上ガス田の近傍に係留したバージ（図示せず）上に設置され、海上ガス田から採取した天然ガスａと、付近の海から汲み上げた海水ｂを原料にしてガスハイドレートを製造するようになっている。 As shown in FIG. 1, a gas hydrate manufacturing apparatus 100 including a gas hydrate cleaning tower (hereinafter referred to as a cleaning tower) 4 according to the present invention includes a barge (not shown) moored in the vicinity of an offshore gas field. Gas hydrate is produced using natural gas a collected from the offshore gas field and seawater b pumped up from the nearby sea as raw materials.

このガスハイドレート製造装置１００は、揚水ポンプ１と、融解槽２と、第１生成器３と、洗浄塔４を備え、揚水ポンプ１によって汲み上げた海水ｂと、海上ガス田から採取した天然ガスａを第１生成器３に供給して天然ガスハイドレート（以下、ガスハイドレートと称する。）を生成するようになっている。この第１生成器３は、攪拌バブリング方式を採用しており、天然ガスを微細な気泡にして噴出するノズル（図示せず）と、海水を攪拌する攪拌機（図示せず）を備えている。 This gas hydrate production apparatus 100 includes a pumping pump 1, a melting tank 2, a first generator 3, and a cleaning tower 4, and seawater b pumped up by the pumping pump 1 and natural gas collected from a marine gas field. a is supplied to the first generator 3 to generate natural gas hydrate (hereinafter referred to as gas hydrate). The first generator 3 employs a stirring bubbling method, and includes a nozzle (not shown) that jets natural gas into fine bubbles and a stirrer (not shown) that stirs seawater.

第１生成器３内で製造されたガスハイドレートと未反応の海水が混合しているガスハイドレートスラリーｄは、スラリーポンプ５によって洗浄塔４の底部に供給されるが、その一部は、スラリー供給管６から分岐した分岐管７によって第１生成器３に戻される。その際、分岐管７に設けた冷却器８によってガスハイドレート生成熱を除去するようになっている。 The gas hydrate slurry d in which the gas hydrate produced in the first generator 3 and the unreacted seawater are mixed is supplied to the bottom of the washing tower 4 by the slurry pump 5, part of which is It is returned to the first generator 3 by a branch pipe 7 branched from the slurry supply pipe 6. At that time, the heat generated by the gas hydrate is removed by the cooler 8 provided in the branch pipe 7.

洗浄塔４は、有底筒状の縦型の塔体２１と、塔体２１の底部に設けたガスハイドレートスラリー導入部２２と、塔体２１の側面に設けた水切り部２３と、塔体２１の頂部に設けた洗浄掻取部２４により形成され、洗浄掻取部２４から排出されたガスハイドレートｅ’は、第１ガスハイドレート排出管２５を経て図示しない第２生成器に供給される。その際、ガスハイドレートｅ’の一部を第２ガスハイドレート排出管２６を経て融解槽２に供給するようになっている。融解槽２に供給されたガスハイドレートｅ’は、揚水ポンプ１によって汲み上げられた海水ｂとの熱交換により天然ガスａと水ｃに分解される。この水ｃは、海水に比べ塩分濃度が低いため、洗浄水として洗浄掻取部２４に供給され、天然ガスａは、配管９を経て第１生成器３内のガス噴出ノズルに供給される。 The cleaning tower 4 includes a bottomed cylindrical vertical tower 21, a gas hydrate slurry introducing part 22 provided at the bottom of the tower 21, a draining part 23 provided on the side of the tower 21, The gas hydrate e ′ formed by the cleaning scraper 24 provided on the top of the gas 21 and discharged from the cleaning scraper 24 is supplied to the second generator (not shown) via the first gas hydrate discharge pipe 25. The At this time, a part of the gas hydrate e ′ is supplied to the melting tank 2 through the second gas hydrate discharge pipe 26. The gas hydrate e ′ supplied to the melting tank 2 is decomposed into natural gas a and water c by heat exchange with the seawater b pumped up by the pump 1. Since this water c has a lower salinity than seawater, it is supplied to the cleaning scraper 24 as cleaning water, and the natural gas a is supplied to the gas ejection nozzle in the first generator 3 via the pipe 9.

上記洗浄塔４は、図２に示すように、有底筒状の縦型の塔体２１と、塔体２１の底部に設けたガスハイドレートスラリー導入部２２と、塔体２１の側面に設けた水切り部２３と、塔体２１の頂部に設けた洗浄掻取部２４により形成されている。 As shown in FIG. 2, the cleaning tower 4 is provided on a bottomed cylindrical vertical tower body 21, a gas hydrate slurry introducing section 22 provided at the bottom of the tower body 21, and a side surface of the tower body 21. The draining portion 23 and the cleaning scraping portion 24 provided at the top of the tower body 21 are formed.

上記水切り部２３は、塔体３１の側面にスクリーン２７を有し、ガスハイドレートスラリー中の未反応海水のみを除去するようになっている。更に、塔体２１の外側にスクリーン２７を完全にカバーする中空状の排水ジャケット２８を設けている。 The draining part 23 has a screen 27 on the side surface of the tower body 31 and removes only unreacted seawater in the gas hydrate slurry. Further, a hollow drain jacket 28 that completely covers the screen 27 is provided outside the tower body 21.

上記洗浄掻取部２４は、図３に示すように、塔体２１の頂部に設けられている。この洗浄掻取部２４は、中空円筒状の掻取槽３１と、掻取槽３１内に設けたガスハイドレート掻取装置３２と、掻取槽３１の天井３４に設けた洗浄水噴射ノズル３３により形成されている。この洗浄水噴射ノズル３３は、塔体２１の真上に位置するように掻取槽３１の天井３４に設けられている。掻取槽３１は、図４に示すように、塔体２１よりも大径であり、掻取槽３１の軸心Ｏに対して、その一方の側に塔体２１を有し、他の一方の側にハイドレート排出口３５を配している。 As shown in FIG. 3, the cleaning scraper 24 is provided at the top of the tower body 21. The cleaning scraper 24 includes a hollow cylindrical scraping tank 31, a gas hydrate scraping device 32 provided in the scraping tank 31, and a cleaning water jet nozzle 33 provided on the ceiling 34 of the scraping tank 31. It is formed by. The washing water spray nozzle 33 is provided on the ceiling 34 of the scraping tank 31 so as to be located immediately above the tower body 21. As shown in FIG. 4, the scraping tank 31 has a larger diameter than the tower body 21, and has the tower body 21 on one side of the axis O of the scraping tank 31, and the other one. A hydrate discharge port 35 is disposed on the side of the slab.

ガスハイドレート掻取装置３２は、掻取槽３１の軸心Ｏに設けた垂直な回転軸３６と、回転軸３６の側面に設けた片持ち式の短冊状のスクレーパー（ヘラ）３７により形成され、スクレーパー３７の下辺３８によって掻取槽３１の底面３９を払拭するようになっている。スクレーパー３７は、図４に示すように、途中でくの字形又はへの字形に曲げられ、遠心力によってガスハイドレートが外側に移動せず、全てのガスハイドレートをガスハイドレート排出口３５に供給できるようにする。この際、掻取槽３１の底面３９上にテフロン（登録商標）製の板４０を敷設することが望ましい。また、回転軸３６を回転させるモータ４１は、防爆仕様とする。 The gas hydrate scraping device 32 is formed by a vertical rotating shaft 36 provided on the axis O of the scraping tank 31 and a cantilevered strip-shaped scraper (scalar) 37 provided on a side surface of the rotating shaft 36. The bottom surface 39 of the scraping tank 31 is wiped by the lower side 38 of the scraper 37. As shown in FIG. 4, the scraper 37 is bent into a U shape or a U shape in the middle, and the gas hydrate does not move outward due to centrifugal force, and all the gas hydrate is transferred to the gas hydrate discharge port 35. To be able to supply. At this time, it is desirable to lay a Teflon (registered trademark) plate 40 on the bottom surface 39 of the scraping tank 31. The motor 41 that rotates the rotating shaft 36 is explosion-proof.

上記スクレーパー（ヘラ）３７は、破線で示すように、ガスハイドレートが掻き取り可能な量になるまでガスハイドレートの上昇の障害にならないように、ガスハイドレート排出口３５の近傍に位置させることが望ましい（図４参照。）。 As shown by the broken line, the scraper (scraper) 37 is positioned in the vicinity of the gas hydrate discharge port 35 so as not to hinder the gas hydrate from rising until the gas hydrate becomes scrapable. Is desirable (see FIG. 4).

ガスハイドレート掻取装置としては、図５に示すように、ワイパー型を適用することができる。ワイパー型のガスハイドレート掻取装置３２’は、スクレーパー３７によって塔体上端を扇面状に払拭するようになっている。スクレーパー３７の駆動装置５１は、４点リンク式になっており、２本の長尺のリンク５２，５３の先端にピン止めした短尺のリンク５４にスクレーパー３７が取り付けられている。長尺のリンク５２，５３の基部は、既に説明した外筒５５に枢支されている。そして、ラックピニオン式の駆動手段（図示せず）によって一方の長尺のリンク５２を左右に揺動させるようになっている。符号５６は、防爆型の駆動モーターである。 As the gas hydrate scraping device, a wiper type can be applied as shown in FIG. The wiper type gas hydrate scraping device 32 ′ wipes the upper end of the tower body in a fan shape by a scraper 37. The drive device 51 of the scraper 37 is a four-point link type, and the scraper 37 is attached to a short link 54 pinned to the ends of two long links 52 and 53. The bases of the long links 52 and 53 are pivotally supported on the outer cylinder 55 already described. And one long link 52 is made to rock | fluctuate right and left with the rack and pinion type drive means (not shown). Reference numeral 56 denotes an explosion-proof drive motor.

図３に示すように、ハイドレート排出口３５には、第１ガスハイドレート排出管２５を接続させているが、この第１ガスハイドレート排出管２５内に第１ガスハイドレート排出管２５よりも小径の第２ガスハイドレート排出管２６を挿入すると、ガスハイドレートを第１、第２のガスハイドレート排出管２５，２６に同時に供給することができる。更に、ワイパー型のガスハイドレート掻取装置３２’を想定して、予め、塔体２１に外側にガスハイドレート排出用の外筒５５を設けておいてもよい。 As shown in FIG. 3, a first gas hydrate discharge pipe 25 is connected to the hydrate discharge port 35, and the first gas hydrate discharge pipe 25 has a first gas hydrate discharge pipe 25. If the second gas hydrate discharge pipe 26 having a small diameter is inserted, the gas hydrate can be supplied to the first and second gas hydrate discharge pipes 25 and 26 simultaneously. Further, assuming a wiper-type gas hydrate scraping device 32 ′, an outer cylinder 55 for discharging gas hydrate may be provided on the outside of the tower body 21 in advance.

洗浄水噴射ノズル３３から噴射する洗浄水量Ｑは、次式（１）により調整するようになっている。
Ｑ＝１．１ε・Ａ・Ｕ・Ｓ・・・・（１）
ここで、
ε：洗浄部のガスハイドレートと未反応海水によって形成された飽和域Ｅにおけるガスハイドレートの空隙率
Ａ：塔体の断面積（ｍ²）
Ｕ：水切り部の直下に集合したガスハイドレート堆積層（ベッド）の上昇速度（ｍ／分）
Ｓ：飽和域の上方に位置して未反応海水を稀釈する不飽和域Ｆにおけるガスハイドレートの飽和度
である。 The amount Q of washing water ejected from the washing water jet nozzle 33 is adjusted by the following equation (1).
Q = 1.1ε · A · U · S (1)
here,
ε: Porosity of gas hydrate in saturated region E formed by gas hydrate and unreacted seawater in the cleaning section A: sectional area of the tower (m ² )
U: Ascending speed (m 2 / min) of gas hydrate sediment layer (bed) gathered directly under drainage
S: Saturation degree of the gas hydrate in the unsaturated region F that is located above the saturated region and dilutes unreacted seawater.

上記洗浄水噴射ノズル３３に洗浄水ｃを供給する水管１０に流量制御弁１１を設け、制御装置１２によって制御するようになっている。この制御装置１２には、予め、塔体２１の断面積Ａのみが入力されており、塔体２１に設けた各種のセンサー（図示せず）から入力された計測値、即ち、飽和域におけるガスハイドレートの空隙率ε、ベッドの上昇速度Ｕ、不飽和域におけるガスハイドレートの飽和度Ｓによって上記制御弁１１を制御するようになっている。 A flow control valve 11 is provided in the water pipe 10 for supplying the cleaning water c to the cleaning water injection nozzle 33 and is controlled by the control device 12. Only the cross-sectional area A of the tower body 21 is inputted to the control device 12 in advance, and measured values inputted from various sensors (not shown) provided in the tower body 21, that is, gas in the saturation region. The control valve 11 is controlled by the porosity ε of the hydrate, the rising speed U of the bed, and the saturation S of the gas hydrate in the unsaturated region.

なお、飽和域とは、ハイドレート粒子間の間隙に液が充満している部分を云う。
また、不飽和域とは、ハイドレート粒子間の間隙に液が充満していない部分を云う。 The saturated region refers to a portion where the liquid is filled in the gap between hydrate particles.
In addition, the unsaturated region refers to a portion where the gap between hydrate particles is not filled with liquid.

他方、飽和域のハイドレートの空隙率εは、サンプリングしたハイドレートの重量（Ｗｔ）とサンプリングした体積（Ｖｔ）とハイドレート密度（ρｈ）から求める。
ε＝１−Ｗｔ／（Ｖｔ・ρｈ）・・・・・（２） On the other hand, the void ratio ε of the hydrate in the saturated region is obtained from the sampled hydrate weight (Wt), the sampled volume (Vt), and the hydrate density (ρh).
ε = 1−Wt / (Vt · ρh) (2)

また、ベッドの上昇速度Ｕは、上部からハイドレートベッドが一定高さ上昇するのに要する時間を計測して求める。 The bed rising speed U is obtained by measuring the time required for the hydrate bed to rise by a certain height from the top.

更に、不飽和域における飽和度Ｓは、空隙率（ε）とサンプリングしたハイドレートの重量（Ｗｔ）とサンプリングした体積（Ｖｔ）とハイドレート密度（ρｈ）と液密度（ρＢ）から求める。
Ｓ＝Ｗｔ／（Ｖｔ・ρＢ・ε）−ρｈ／ρＢ・（（１−ε）／ε）・・・（３） Further, the saturation S in the unsaturated region is obtained from the porosity (ε), the sampled hydrate weight (Wt), the sampled volume (Vt), the hydrate density (ρh), and the liquid density (ρB).
S = Wt / (Vt · ρB · ε) -ρh / ρB · ((1-ε) / ε) (3)

続いて、海水からガスハイドレートを、直接、製造する方法について説明する。 Next, a method for directly producing gas hydrate from seawater will be described.

図１に示すように、揚水ポンプ１によって汲み上げた海水ｂと、海上ガス田から採取した天然ガスａを第１生成器３に供給すると共に、第１生成器３内を所定の温度及び圧力に維持しなから攪拌機（図示せず）によって攪拌すると、第１生成器３内でガスハイドレートが生成する。 As shown in FIG. 1, while supplying the seawater b pumped up by the pump 1 and the natural gas a collected from the offshore gas field to the 1st generator 3, the inside of the 1st generator 3 is made into predetermined temperature and pressure. If it is not maintained and stirred by a stirrer (not shown), gas hydrate is generated in the first generator 3.

第１生成器３内で製造されたガスハイドレートは、未反応の海水と混合してスラリー状になっているので、スラリーポンプ５によって洗浄塔４の底部のガスハイドレート導入部２２に強制的に供給する。その際、ガスハイドレートスラリーｄの一部は、スラリー供給管６から分岐した分岐管７によって第１生成器３に戻される。その際、分岐管７に設けた冷却器８によってガスハイドレート生成熱が除去される。 Since the gas hydrate produced in the first generator 3 is mixed with unreacted seawater to form a slurry, the slurry pump 5 forcibly applies the gas hydrate introduction part 22 at the bottom of the cleaning tower 4. To supply. At that time, a part of the gas hydrate slurry d is returned to the first generator 3 by the branch pipe 7 branched from the slurry supply pipe 6. At that time, the heat generated by the gas hydrate is removed by the cooler 8 provided in the branch pipe 7.

洗浄塔４の底部に供給されたガスハイドレートスラリーｄは、塔体２１に沿って上昇する。そして、図２に示すように、水切り部２３のスクリーン２７から未反応の海水ｂのみが排水ジャケット２８内に流出し、ガスハイドレートｅが塔体２１の上部に残る。ガスハイドレートｅは、スクリーン２７の下方にも蓄積され、多孔質体のベッドｇを形成する。このベッドｇは、ガスハイドレートスラリーｄの連続供給のもと、ガスハイドレートｅの浮力により上昇し続け、塔頂部から連続的に取り出せるようになる。 The gas hydrate slurry d supplied to the bottom of the cleaning tower 4 rises along the tower body 21. Then, as shown in FIG. 2, only unreacted seawater b flows out from the screen 27 of the draining portion 23 into the drainage jacket 28, and the gas hydrate e remains on the upper portion of the tower body 21. The gas hydrate e is also accumulated below the screen 27 to form a porous bed g. The bed g continues to rise due to the buoyancy of the gas hydrate e under the continuous supply of the gas hydrate slurry d, and can be continuously taken out from the top of the tower.

塔頂部では、洗浄水噴射ノズル３３から洗浄水ｃが散布され、上昇するガスハイドレートｅに付着している未反応の海水と置換される。その際、洗浄水噴射ノズル３３から散布する洗浄水ｃの洗浄水量Ｑは、上記（１）式によって制御される。つまり、制御装置１２によって流量制御弁１１を制御して必要最小限の洗浄水ｃが洗浄水噴射ノズル３３から塔頂部のガスハイドレートｅに対して噴射される。 At the top of the tower, the washing water c is sprayed from the washing water injection nozzle 33 and is replaced with unreacted seawater adhering to the rising gas hydrate e. At that time, the cleaning water amount Q of the cleaning water c sprayed from the cleaning water injection nozzle 33 is controlled by the above equation (1). That is, the control device 12 controls the flow rate control valve 11 to inject the minimum necessary cleaning water c from the cleaning water injection nozzle 33 to the gas hydrate e at the top of the tower.

洗浄水ｃによって洗浄されたガスハイドレートｅ’は、図３及び図４に示す回転式のガスハイドレート掻取装置３２のスクレーパー３７によって掻き取られ、ガスハイドレート排出口２５に供給される。ガスハイドレート排出口２５に供給された清浄なガスハイドレートｅ’は、第１ガスハイドレート排出管２５を通って図示しない第２生成器に供給される。ガスハイドレート排出口２５に供給されたガスハイドレートｅ’の一部は、第２ガスハイドレート排出管２６を通って融解槽２に供給される。融解槽２内のガスハイドレートｅ’は、海水ｂによって水ｃと天然ガスａに分解する。この水ｃは、海水と比べて塩分濃度が低いため、ポンプ１３によって前記洗浄水噴射ノズル３３に供給され、洗浄水として使用される。他方。天然ガスａは、配管１４を経て第１生成器３に戻される。 The gas hydrate e ′ cleaned with the cleaning water c is scraped off by the scraper 37 of the rotary gas hydrate scraper 32 shown in FIGS. 3 and 4 and supplied to the gas hydrate discharge port 25. The clean gas hydrate e ′ supplied to the gas hydrate discharge port 25 is supplied to a second generator (not shown) through the first gas hydrate discharge pipe 25. A part of the gas hydrate e ′ supplied to the gas hydrate discharge port 25 is supplied to the melting tank 2 through the second gas hydrate discharge pipe 26. The gas hydrate e 'in the melting tank 2 is decomposed into water c and natural gas a by seawater b. Since this water c has a lower salinity than seawater, it is supplied to the washing water jet nozzle 33 by the pump 13 and used as washing water. On the other hand. Natural gas a is returned to the first generator 3 via the pipe 14.

本発明に係るガスハイドレート洗浄塔を含むガスハイドレート製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas hydrate manufacturing apparatus containing the gas hydrate washing tower which concerns on this invention. ガスハイドレート洗浄塔の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a gas hydrate washing tower. 洗浄掻取部の断面図である。It is sectional drawing of a cleaning scraping part. 図３のＸ−Ｘ断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. ガスハイドレート掻取装置の第２の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows 2nd Embodiment of a gas hydrate scraping apparatus. ガスハイドレートの分解状況を示す図である。It is a figure which shows the decomposition | disassembly condition of gas hydrate.

Explanation of symbols

４ガスハイドレート洗浄塔
２２ハイドレートスラリー導入部
２３水切り部
２４洗浄掻取部
３２ガスハイドレート掻取装置
３３洗浄水噴射ノズル 4 Gas Hydrate Washing Tower 22 Hydrate Slurry Introducing Unit 23 Draining Unit 24 Washing Scraping Unit 32 Gas Hydrate Scraping Device 33 Washing Water Injection Nozzle

Claims

An introduction section for introducing a gas hydrate slurry; a draining section above the introduction section for dehydrating unreacted seawater in the gas hydrate slurry using gravity; and a gas hydration section above the draining section. In a gas hydrate washing tower comprising a washing scraping section for diluting unreacted seawater adhering to the rate and scraping the washed gas hydrate out of the system, the washing scraping section is of a rotary or wiper type. A gas hydrate scraping device and a cleaning water injection nozzle are provided. The void ratio of the gas hydrate in the saturated region E composed of the gas hydrate and unreacted seawater is ε (dimensionless amount) , and the sectional area of the cleaning tower the a (m ^2), the rising speed of gas hydrate deposition layer U (m / min), Gasuhai in unsaturated zone F to dilute the unreacted seawater located above the saturation threshold The saturation rate when the S (dimensionless), and wherein the water volume of the washing water injected from the washing water ejecting nozzle Q (m ³ / min) is to satisfy the following equation (1) Gas hydrate washing tower.
Q = 1.1ε · A · U · S (1)
Here, the porosity ε is defined as Wt (kg) for the weight of the sampled gas hydrate, Vt (m ³ ) for the volume of the sampled gas hydrate, and ρh (kg / m ³ ) for the gas hydrate density . When the value obtained from the following equation (2),
ε = 1−Wt / (Vt · ρh) (2)
The saturation S, the porosity is ε (dimensionalless amount), the sampled gas hydrate weight is Wt (kg), the sampled gas hydrate volume is Vt (m ³ ), and the gas hydrate density is ρh ( kg / m ³ ), and the liquid density is ρB (kg / m ³ ), the value obtained from the following equation (3).
S = Wt / (Vt · ρB · ε) -ρh / ρB · ((1-ε) / ε) (3)

A hollow cylindrical scraping tank provided at the top of the tower body, a gas hydrate scraping device provided in the scraping tank, and a cleaning water jet provided on the ceiling of the scraping tank 2. The gas hydrate washing tower according to claim 1, wherein the gas hydrate washing tower is formed by a nozzle.

3. The gas hydrate washing tower according to claim 2, wherein a tower body is provided on one side of the axis of the scraping tank and a hydrate discharge port is provided on the other side.

A rotary gas hydrate scraping device is formed by a vertical rotating shaft provided in the axis of the scraping tank and a cantilever strip scraper provided on a side surface of the rotating shaft, and the scraper 2. The gas hydrate washing tower according to claim 1, wherein the bottom surface of the scraping tank is wiped off by the lower side of the gas tank.

A wiper-type gas hydrate scraping device is formed by a four-point link-type scraper driving device, and a short length pinned to the ends of two long links forming the scraper driving device. The gas hydrate washing tower according to claim 1, wherein a scraper is provided on the link.