JP5153407B2 - ガスハイドレートペレット製造装置 - Google Patents

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本発明は、ガスハイドレートペレット製造装置に係り、特に、原料ガスと水を反応させて生成された遊離水を含むガスハイドレート粉体の含水率を効果的に低減させて、ハイドレート濃度の高い製品ガスハイドレートペレットを得る技術に関する。
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だ構造の固形の水和物であり、−20数℃〜−10数℃の大気圧下で安定することから、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。
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生成容器内で反応させて生成される。生成容器から取り出されるガスハイドレートスラリーには、多量の未反応の遊離水が含まれることから、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。
特許文献1に記載されたガスハイドレートの製造法によれば、生成容器内に原料ガスを供給し、その原料ガス中に低温の循環水をスプレーしてハイドレートを生成し、生成容器内の液面近傍に浮遊するハイドレートを水と共に抜き出して、2重構造のスクリュープレス型脱水装置に導いて物理的に脱水するようにしている。また、脱水率をさらに上げるため、2軸スクリュー型の水和脱水装置に導いて、粉体のガスハイドレートに付着した遊離水と原料ガスと反応させて、含水率の低い、あるいはハイドレート濃度の高い製品ガスハイドレートを得るようにしている。
一方、特許文献2には、粉体のガスハイドレートを製品として要求されるハイドレート濃度にまで高めたガスハイドレート粉体を、造粒機によってペレット化することにより、製品ガスハイドレートの取り扱い性を改善することが記載されている。
特開2003−55675号公報 特開2006−52261号公報
しかしながら、特許文献1に記載された物理的脱水装置では、ガスハイドレート濃度にして精々50重量%〜70重量%程度、言い換えれば含水率30〜50重量%までしか脱水することができない。また、水和脱水装置によっても、製品ガスハイドレートとして望まれるハイドレート濃度(例えば、90重量%以上)までに高めることについては考慮されていない。
一方、特許文献2に記載のペレット化技術は、例えば、製品濃度レベルに濃縮されたガスハイドレート粉体を所定の形状に造粒する技術にとどまり、造粒装置によってガスハイドレートペレットのハイドレート濃度を高めることについては考慮されていない。
本発明は、製品ガスハイドレートペレットのハイドレート濃度を効果的に高めることができるガスハイドレートペレット製造装置を実現することを課題とする。
本発明は、ガスハイドレート粉体をペレット化するにあたって圧縮成型すると、ガスハイドレート粉体に付着していた遊離水が搾り出され、製品ペレットに要求されるハイドレート濃度に高めることができるという知見を得てなされたものである。ところが、圧縮成型された直後のペレットは含水率が極めて低いが、圧縮により絞り出された水(以下、絞り水という。)がペレットに接触すると吸水され、ガスハイドレートペレットの含水率が増大してしまうから、生成されたペレットと絞り水を速やかに分離する必要がある。
すなわち、本発明のガスハイドレートペレットの製造装置は、原料ガスと水を反応させて生成された遊離水を含むガスハイドレート粉体が供給される供給口と、該供給口の下方に隙間を明けて対向配置され水平軸周りに回転可能に支持された一対の回転ロールと、該一対の回転ロールのロール面に対向させて形成された複数の凹所と、前記一対の回転ロールを前記供給口から供給される前記ガスハイドレート粉体を圧縮する方向に回転駆動する駆動機とを有してなるペレタイザと、該ペレタイザにより圧縮成型されたガスハイドレートペレットと絞り水とを分離する分離装置とを備えて構成することを特徴とする。
つまり、ガスハイドレート粉体をロール式ペレタイザのロール面の凹所によって圧縮成型してペレットを製造することにより、ガスハイドレート粉体に含まれる遊離水(例えば、20〜30wt%)が絞り出されて、高いハイドレート濃度のペレットが得られる。従来は、ペレタイザ等の造粒装置の前段に、水和反応装置などの高脱水装置を設ける必要があったが、本発明のロール式ペレタイザによれば、かなり含水率の高いガスハイドレート粉体を供給しても、遊離水を絞り取れるから、高いハイドレート濃度のペレットが得られる。
しかも、本発明によれば、圧縮成型された含水率が極めて低いペレットと、一対の回転ロール間から排出される絞り水とを分離装置により分離しているから、高いハイドレート濃度の製品ガスハイドレートペレットを得ることができる。
例えば、分離装置は、ガスハイドレートペレットを通過させない大きさの孔を多数有し、ペレタイザからガスハイドレートペレットが落下される位置に傾斜させて配置された水分離板と、水分離板の傾斜面の下端側に連接して傾斜させて配置されたガスハイドレートペレットを移送するシュートと、水分離板の下面側に形成された絞り水回収部とを有して構成することができる。これによれば、ペレタイザから自重により落下されるガスハイドレートペレットは、水分離板の傾斜面を滑り落ちて速やかにシュート側に移送される。また、絞り水は、自重により水分離板の孔を通って速やかに絞り水回収部に落下するから、ガスハイドレートペレットと絞り水を速やかに分離でき、ガスハイドレートペレットのハイドレート濃度を効果的に高めることができる。
ところで、ロール式ペレタイザによる圧縮成型によれば、凹所の形状に応じた寸法(例えば、1〜100mm径の球形又は楕円形)のペレットを製造することができる。しかし、一対の回転ロールの機械的な制約から、凹所周辺のロール面にはみだして圧縮成型されるバリ(例えば、10重量%)の発生を避けることができない。このようなバリが付着した製品ペレットは、容器に充填する際の充填率を低下させるので好ましくない。
そこで、本発明の水分離板としては、例えば、すのこのようにガスハイドレートペレットを通過させないスリット状の長孔を傾斜方向に延在させて多数形成したもの、あるいは、グレーティング、枠体に細い棒を間隔を空けて配列したものが好ましい。これによれば、ペレットに形成されるバリが落下時の衝撃で破壊され、スリット状の長孔から絞り水とともに自重により落下して、ガスハイドレートペレットから分離できる。このようにして分離されたバリを含む絞り水は、必要に応じて粉砕機にかけた後、ガスハイドレート生成器又は生成器下流に設けられる一次脱水装置などに戻すことができる。
また、一対の回転ロール間からガスハイドレートペレットが剥離される位置の側面にガス噴出孔を設けることが好ましい。これによれば、一対の回転ロール間から排出される絞り水が、噴出ガスによって速やかにペレットから分離されてペレットとは異なる経路で落下するので、絞り水とペレットとが接触する確率を低くできる。
また、分離装置内に、低温の原料ガスを供給することにより、ペレットに付着している残存水を水和反応によってハイドレート化できるから、製品のガスハイドレートペレットのハイドレート濃度を一層高くすることができる。
また、本発明の分離装置は、上述した水分離板に限られるものではなく、後述する実施例のように種々の態様を採用できる。つまり、例えば、落下されるガスハイドレートペレットと絞り水を振動篩にかけて、速やかに分離するようにすることができる。また、ガスハイドレートペレットを通過させない大きさの孔を多数有して形成された回転ドラムに、落下されるガスハイドレートペレットと絞り水を導いて、速やかに分離するようにすることができる。また、ガスハイドレートペレットを通過させない大きさの孔を多数有するベルトを巻回してなるベルトコンベアにより、落下されるガスハイドレートペレットと絞り水をベルトコンベア上で速やかに分離するようにすることができる。さらに、ガスハイドレートペレットの排出口に位置させて吸水性を有するベルトを巻回してなるベルトコンベアを設け、ベルトコンベアの下面側のベルトを挟んで絞りローラを配置することにより、落下される絞り水は吸水性を有するベルトに速やかに吸水されるから、ベルト上を移動するガスハイドレートペレットに吸着する確率が低減される。
特に、振動篩や回転ドラムによる分離装置によれば、ペレットのバリを積極的に破砕できる。また、コンベアなどの場合も、振動を加えることにより、ペレットのバリを積極的に破砕できる。
本発明によれば、製品ガスハイドレートペレットのハイドレート濃度を効果的に高めることができる。また、圧縮成型時に生成されるバリを除去することができる。
以下、本発明のガスハイドレートペレット製造装置を、実施例に基づいて説明する。
図1に本発明の一実施例のガスハイドレートペレット製造装置を適用してなるガスハイドレート製造プラントの全体構成図を示し、図2〜図4に本実施例の詳細構成図及び説明図を示す。なお、本実施例のガスハイドレート製造プラントは、天然ガスに限らず、メタンガスなどの他の原料ガスのハイドレート製造に適用できる。
図示のように、ガスハイドレートスラリーを生成する生成器1を含むハイドレートスラリー製造装置と、生成器1で生成されたガスハイドレートスラリーから水分を分離してガスハイドレート粉体を生成する脱水塔2と、脱水塔2で脱水されたガスハイドレート粉体を圧縮成型してペレット化するペレタイザ4と、ペレタイザ4から排出されるハイドレートペレットと絞り水を分離する分離装置5と、分離装置から排出されるハイドレートペレットを脱圧する脱圧装置6と、脱圧されたハイドレートペレットを製品として貯蔵する貯蔵容器7を備えて構成されている。
これらの生成器1、脱水塔2、ペレタイザ4及び分離装置5は、いずれも所定の高圧(例えば、3〜10MPa)及び低温(例えば、1〜5℃)に保持され、脱圧装置6において常圧及び低温(例えば、−20数℃〜−10数℃)の貯蔵ないし輸送に適した条件に変換される。また、必要に応じて分離装置5と脱圧装置6の間にハイドレートペレットを冷却する冷却装置を設けることができる。
このように構成されるガスハイドレート製造プラントの動作について簡単に説明する。生成器1には、図示していない供給装置から高圧の原料ガスと、水槽11から高圧ポンプ12と冷却器13を介して低温の高圧水が一定量供給される。生成器1内に導入された原料ガスと水は水和反応してガスハイドレートが生成される。ガスハイドレートの生成反応を促進するため、撹拌機14により生成器1内を撹拌するとともに、循環ガスブロワー15によって生成器1の上部の原料ガスを抜き出し、生成器1の底部から水中に散気される。また、ガスハイドレート生成は発熱を伴うことから、生成器1内の温度を設定温度に保持するために、生成器1の底部からガスハイドレートスラリーをスラリーポンプ16により抜き出し、冷却器17により冷却して生成器1の上部に循環される。スラリーポンプ16により抜き出されたガスハイドレートスラリーの一部が脱水塔2の底部に供給される。
脱水塔2は、円筒状の縦型容器の途中に大径の水抜き部21が設けられ、この水抜き部21の塔内壁は、例えば金網や多孔板等により形成され、ガスハイドレートスラリーの水分が分離される。水抜き部21の水は、脱水循環ポンプ22により生成器1に戻される。一方、比重差によって脱水塔2の頂部に上昇したガスハイドレート粉体は、スクリューコンベア23によりペレタイザ4に送られる。
ペレタイザ4は、ガスハイドレート粉体を所定の形状のガスハイドレートペレットに圧縮成型すると同時に、付着水は絞り出されて分離装置5に供給される。分離装置5は、ガスハイドレートペレットと絞り水を分離して、ガスハイドレートペレットを脱圧装置6に送る。脱圧装置6によって脱圧されたガスハイドレートペレットは、貯蔵容器7に貯蔵される。
次に、図2〜図4を参照して、本発明の特徴部であるペレタイザ4と分離装置5から構成されるガスハイドレートペレット製造装置の実施例1を説明する。図2は、ペレタイザ4と分離装置5の断面図である。ペレタイザ4のケーシング41内には、一対の回転ロール42が水平軸周りに回転可能に支持されている。一対の回転ロール42のロール面には複数の凹所43が対向させて形成され、それらのロール面は微小な隙間を明けて対向配置されている。本実施例の凹所43は、半球状の窪みであり、ロール面の周方向に一定間隔で配列されている。一対の回転ロール42は、供給口45から供給されるガスハイドレート粉体を圧縮する方向(図示矢印46)に駆動機44によって回転駆動される。一対の回転ロール42のロール間の下方のケーシング41の底壁にガスハイドレートペレットの排出口47が設けられている。
本実施例1の分離装置5は、ペレタイザ4の排出口47に連結されたケーシング51を有して形成されている。ケーシング51内には、ペレタイザ4の排出口47から排出されるガスハイドレートペレット48の落下位置に傾斜させて水分離板52が配置されている。水分離板52は、図3に示すように、細い棒状の部材53、54を格子状に組み合わせて、グレーティングないし金網状に形成され、ガスハイドレートペレット(例えば、1〜100mm径)を通過させないスリット状の長孔55が傾斜方向に延在させて多数形成されている。また、ケーシング51には、水分離板52の傾斜面の下端側に連接して傾斜面を有するシュート56が設けられている。また、水分離板52の下面側には、絞り水回収部57が設けられ、絞り水回収部57の水はポンプ58によって生成器1に戻されるようになっている。
このように構成されるペレタイザ4と分離装置5の動作を説明する。供給口45から投入されたガスハイドレート粉体は一対の回転ロール42間に導かれ、対向する一対の凹所43によって圧縮成型されて、一対の回転ロール42間の下方からガスハイドレートペレット48となって排出される。この圧縮成型の過程で、ガスハイドレート粉体に付着していた水が絞り出され、ガスハイドレートペレット48のハイドレート濃度が高められる。成型されたガスハイドレートペレット48は、一対の回転ロール42間から剥離して水分離板52上に落下し、水分離板52の部材53上を滑って速やかにシュート56上に移動される。シュート56上に移動したガスハイドレートペレット48は、図1の脱圧装置6に送られる。一方、絞り水も一対の回転ロール42間から水分離板52上に落下するが、水分離板52の長孔55を流下して絞り水回収部57に分離される。
したがって、本実施例のロール式のペレタイザ4によれば、ガスハイドレート粉体に含まれる遊離水(例えば、20〜30wt%)が搾り出されて、高いハイドレート濃度のペレットが得られる。そのため、図1の脱水塔2の脱水率如何によっては、高いハイドレート濃度のペレットが得られる。
特に、本実施例によれば、ペレタイザ4の下方に分離装置5を設け、これにより一対の回転ロール42間から排出されるガスハイドレートペレットと絞り水とを分離しているから、ガスハイドレートペレットに再び水が付着する確率が低減され、高いハイドレート濃度のペレットを得ることができる。
ところで、本実施例のペレタイザ4によれば、一対の回転ロール42の機械的な制約から、ロール面間に微小な隙間を空ける必要がある。そのため、図4に示すように、ガスハイドレートペレット48の周囲に、凹所43の周辺のロール面に張り出して圧縮成型された薄いバリ49が生成される。このようなバリ49を有するペレットは、貯蔵容器7に充填する際の充填率を低下させるので好ましくない。
この点、本実施例の水分離板52は、図3に示したように、スリット状の長孔55を有して形成されているから、ガスハイドレートペレット48が水分離板52上に落下した衝撃で薄いバリ49が破壊され、長孔55から絞り水回収部57に落下してガスハイドレートペレット48から分離される。したがって、貯蔵容器7に充填する際の充填率を低下させるおそれを低減できる。なお、絞り水回収部57に落下したバリ49は、回収水とともに生成器1へ戻される。このとき、バリ49の大きさによっては、粉砕機を設けることが好ましい。
図5に、本発明に係るペレタイザ4の他の実施例を示す。本実施例が実施例1と相違する点は、一対の回転ロール42からガスハイドレートペレットが剥離される位置のケーシング41の側面に、原料ガスのガス噴出孔60を設けたことにある。その他の構成は、実施例1と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例によれば、ガス噴出孔60から吹き出されるガス流によって、一対の回転ロール42間から落下される絞り水の落下経路がケーシング41の反対側の側面に偏移される。一方、ガスハイドレートペレット48は絞り水よりも重いから、ガス噴出孔60から吹き出されるガス流の影響が小さいため、比較的真っ直ぐに落下されるから、絞り水との接触を回避することができる。その結果、圧縮成型によって高められたガスハイドレートペレット48のハイドレート濃度を維持してシュート56から排出できる。
図6に、本発明に係る分離装置の他の実施例を示す。本実施例が実施例1と相違する点は、実施例1の分離装置5と同様に構成された2つの分離装置5a、5bを直列にして2段設けたこと、及び2段目の分離装置5bの下流側に低温の原料ガスの供給ノズル61を設けたことにある。その他の構成は、実施例1と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例によれば、1段目の分離装置によって分離できなかった絞り水を分離できるとともに、供給ノズル61から供給される低温の原料ガスによって、ガスハイドレートペレット48の表面に再付着した水をハイドレート化することができる。
図7に、本発明に係る分離装置の他の実施例を示す。本実施例が実施例1と相違する点は、振動篩により分離装置を構成したことにある。
すなわち、本実施例の分離装置70は、ペレタイザ4のガスハイドレートペレットの排出口47にベローズ71を介して傾斜させて連結された篩ケース72と、篩ケース72に収納されガスハイドレートペレットを通過させない大きさの孔を多数有する篩73と、篩73を振動させる図示していない加振手段と、篩ケース71の傾斜の上端側に設けられたガスハイドレートペレットの排出口74と、篩ケース72の傾斜の下端側に設けられた絞り水回収部75とを有し、篩ケース72を振動自由に支持する弾性支持部材76を備えてなることを特徴とする。
本実施例によれば、一対の回転ロール42間から落下されるガスハイドレートペレットと絞り水は、振動している篩73の上に落下され、絞り水は速やかに絞り水回収部75に回収される。一方、ガスハイドレートペレット48は振動している篩73の上を図示矢印77方向に搬送され、排出口74から脱水装置6に排出される。また、ガスハイドレートペレット48のバリ49は、篩73の振動によって破壊されて篩下に落下される。なお、絞り水回収部75に回収された絞り水とバリは、実施例1と同様に生成器1に戻すことができる。
したがって、本実施例によれば、ガスハイドレートペレットと絞り水を分離できるだけでなく、ガスハイドレートペレット48のバリ49を積極的に除去することができる。
図8に、本発明に係る分離装置の他の実施例を示す。本実施例が実施例1と相違する点は、多孔板により形成された回転ドラムにより分離装置を構成したことにある。
すなわち、本実施例の分離装置80は、ガスハイドレートペレットを通過させない大きさの孔を多数有して形成された回転ドラム81と、ペレタイザ4の排出口47から排出されるガスハイドレートペレット48を回転ドラム81の一端に導く管路82と、回転ドラム81を回転自由に支持するとともに包囲して設けられた回転ドラムケース83とを備えて形成されている。また、回転ドラムケース83の底面を管路82側が低くなるように傾斜させて形成し、その傾斜の上端側にガスハイドレートペレットの排出口84を設け、傾斜の下端側に絞り水回収部85を設けて形成されている。また、回転ドラム81は、モータ86によって回転されるようになっている。
本実施例によれば、一対の回転ロール42間から落下されるガスハイドレートペレットと絞り水は、回転ドラム81内に投入され、絞り水は速やかに絞り水回収部85に回収され、ガスハイドレートペレット48は回転ドラム81の回転によって搬送され、排出口84から脱圧装置6に供給される。
したがって、本実施例によれば、ガスハイドレートペレットと絞り水を分離できるだけでなく、ガスハイドレートペレット48のバリ49を積極的に除去することができる。
図9に、本発明に係る分離装置の他の実施例を示す。本実施例が実施例1と相違する点は、メッシュ状に形成されたベルトを有するベルトコンベアにより分離装置を構成したことにある。
すなわち、図示のように、分離装置90は、ペレタイザ4のガスハイドレートペレットの排出口47に位置させて設けられ、ガスハイドレートペレット48を通過させない大きさの孔を多数有するベルトを有してなるベルトコンベア91と、ベルトコンベア91の搬送方向の下流側に設けられたガスハイドレートペレットの排出部92と、ベルトコンベア91の下面側に配置された絞り水回収部93を有して構成されている。
本実施例によれば、ベルトコンベア91に落下したガスハイドレートペレット48はベルトコンベア91によって排出部92に搬送され、図示していない脱圧装置に排出される。また、ベルトコンベア91に落下した絞り水94は、ベルトコンベア91のベルトのメッシュを透過して絞り水回収部93に落下回収される。
図10に、本発明に係る分離装置の他の実施例を示す。本実施例が実施例6と相違する点は、メッシュ状のベルトに代えて、吸水性を有する材質のベルトを用いたベルトコンベアにより分離装置を構成したことにある。
すなわち、分離装置100は、ペレタイザ4のガスハイドレートペレットの排出口47に位置させて設けられた吸水性を有するベルトを巻回してなるベルトコンベア101と、ベルトコンベア101の搬送方向の下流側に設けられたガスハイドレートペレットの排出部102と、ベルトコンベア101の下面側のベルトを挟んで配置された絞りローラ103と、絞りローラ103の下方に配置された絞り水回収部104とを有して構成されている。
本実施例によれば、ベルトコンベア101に落下したガスハイドレートペレット48はベルトコンベア101によって排出部102に搬送され、図示していない脱圧装置に排出される。また、ベルトコンベア101に落下した絞り水94は、吸水性を有するベルトに速やかに吸収されて、ガスハイドレートペレット48と分離される。ベルトに吸収された絞り水は絞りローラ103によって絞り出され、絞り水回収部104に落下回収される。
以上、本発明の実施例1〜7を説明したが、本発明のガスハイドレートペレット製造装置は、上記実施例に限られるものではなく、実施例1〜7を適宜組み合わせて構成することができる。
また、上記各実施例のペレタイザと分離装置は、ハイドレート生成条件と同じ高圧に耐えられるように形成され、あるいは高圧容器内に収納されている。
本発明の一実施例のガスハイドレートペレット製造装置を適用してなるガスハイドレート製造プラントの全体構成図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置の実施例1の構成図である。 実施例1の水分離板の要部の拡大図である。 ガスハイドレートペレットに形成されるバリを説明する図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置のペレタイザの実施例2の構成図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置の実施例3の構成図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置の実施例4の構成図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置の実施例5の構成図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置の実施例6の構成図である。 本発明の特徴に係るガスハイドレートペレット製造装置の実施例7の構成図である。
符号の説明
4 ペレタイザ
5 分離装置
42 一対の回転ロール
43 凹所
45 供給口
47 排出口
51 ケーシング
52 水分離板
56 シュート
57 絞り水回収部

Claims (3)

  1. 原料ガスと水を反応させて生成された遊離水を含むガスハイドレート粉体が供給される供給口と、該供給口の下方に隙間を空けて対向配置され水平軸周りに回転可能に支持された一対の回転ロールと、該一対の回転ロールのロール面に対向させて形成された半球状の複数の凹所と、前記一対の回転ロールを前記供給口から供給される前記ガスハイドレート粉体が圧縮される方向に回転駆動する駆動機とを有してなるペレタイザと、該ペレタイザにより圧縮成型された球形又は楕円形のガスハイドレートペレットと絞り水とを分離する分離装置とを備えてなり、
    前記分離装置は、前記ペレタイザから前記ガスハイドレートペレットが落下される位置に傾斜させて配置され、前記ガスハイドレートペレットを通過させないスリット状の長孔が前記傾斜方向に延在させて多数形成されてなる水分離板と、該水分離板の傾斜面の下端側に連接して傾斜させて配置された前記ガスハイドレートペレットを移送するシュートと、前記水分離板の下面側に形成された絞り水回収部とを有してなることを特徴とするガスハイドレートペレット製造装置。
  2. 請求項に記載のガスハイドレートペレット製造装置において、
    前記分離装置は、前記水分離板と前記シュートと前記絞り水回収部とを、複数段有してなることを特徴とするガスハイドレートペレット製造装置。
  3. 請求項1又は2に記載のガスハイドレートペレット製造装置において、
    前記ペレタイザは、前記一対の回転ロールから前記ガスハイドレートペレットが剥離される位置の側面にガスの噴出孔が設けられてなることを特徴とするガスハイドレートペレット製造装置。
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