JP5153414B2 - Ｎｇｈペレットの圧搾及び脱水 - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレートの粉末を圧縮成形してペレット状の成形物を製造するガスハイドレートパレットの製造方法及び製造装置に関する。

近年、天然ガス等の安全かつ経済的な輸送・貯蔵手段として、この天然ガスを水和させて固体状態の水和物としたガスハイドレートを用いる方法が注目されている。

一般にガスハイドレートとは、原料ガスと原料水を低温・高圧下で反応させることにより生成される、水分子と気体分子からなる氷状の固体結晶であり、水分子が構築する立体構造の籠（ケージ）の内部に気体分子が介在する包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。

天然ガスハイドレートは１ｍ³のガスハイドレートの中に天然ガスを約１６５Nｍ³も包蔵している。このため、天然ガスの輸送及び貯蔵手段としてガスハイドレートを利用する研究開発が盛んに行われている。

天然ガスをハイドレート化する利点としては、（ａ）天然ガスハイドレートの大気圧下の平衡温度条件が−８０℃（１９３Ｋ）以下であるため、既に、実用化されている液化天然ガス（ＬＮＧ）の大気圧下における貯蔵及び輸送温度（−１６３℃（１１０Ｋ））よりも緩やかな温度条件で貯蔵や輸送が可能となること、（ｂ）また、上記のように、天然ガスハイドレートの大気圧下の平衡温度条件が−８０℃（１９３Ｋ）以下であることから、貯蔵や輸送設備の耐久性や断熱性を大幅に簡略化できること等を挙げることができる。

また、天然ガスハイドレートは、自己保存効果（Self-Preservation）と称する特殊な性能を有するため、平衡条件外でも比較的安定した状態で存在することが知られている。自己保存状態にある天然ガスハイドレートの表面には透明氷膜が形成されており、この氷膜が自己保存性を発現させていることが明らかになりつつある。

この自己保存効果によると−２０℃（２５３Ｋ）付近における天然ハイドレートの分解量が最も少なく、この現象を利用すれば天然ガスハイドレートを比較的安定した状態で保存することができる（例えば特許文献１）。

また、このようにして得られるガスハイドレートは水分を４０から８０重量％程度含有するスラリー状となる。そのため、脱水や再生成などによりガスハイドレートを約９０重量％まで高めて、大気圧下で圧縮成形してアーモンド状、レンズ状、球形状又は不定形状等の成形物やブロック状の大型成形物に加工することにより貯蔵しやすくするということが行われている（例えば特許文献２）。
特開２００３−２８７１９９号公報 特開２００７−２７００２９号公報

特許文献２に記載の方法等の水分を含んだハイドレート粒子の集合体を圧搾してハイドレート粒子間の水を取り除き、ハイドレートをペレット状に成形することで、ハイドレートの表面積が粉体時に比べ小さくなるため氷膜の形成及び自己保存効果の発揮が効率的に行われる。即ち、ハイドレートを大型成形物に加工することで、外気に触れ分解されるハイドレート量を減少させ、ハイドレートの運搬及び貯蔵効率を高めることが可能となる。

また、ガスハイドレートを運搬する際、水分は可能な限り少なく、ガス分のみを運搬する方が運搬効率がよいため、圧縮成形する過程でハイドレートの水分を脱水する上記の方法は、ガスハイドレート含有率の高い高品質なペレットを製造することとなる。

しかしながら、ガスハイドレートを圧搾し、脱水を行いながら押し固める工程は、圧搾時間が長いほどペレットのガス含有率が高くなるが、ペレットの大量生成が困難となる問題を抱えている。

そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ガスハイドレートの圧搾を従来の方法に比べ短時間で行い、かつガス含有率の高いハイドレートペレットの脱水成型方法及び装置を提供することを目的とする。

上記の構成を達成するための本発明に係るガスハイドレート脱水成型装置による脱水成型方法は、ガスハイドレートを前記ガスハイドレートの生成条件化において圧縮成型手段により脱水及びペレットへの成型を行うペレット成型方法であって、ペレットの型となる脱水機構６４及び脱水スクリーン６１を設けたモールド６０にハイドレートスラリー６８を供給し押圧器６６で圧搾する1回乃至は複数回の予備圧搾工程と、前記予備圧搾工程と
比べて高い圧力で圧搾を行う本圧搾工程からなることを特徴とする。

上記の脱水成型方法において、前記本圧搾工程が、前記予備圧搾工程と比べて長時間かつ高い圧力で圧搾を行うことを特徴とする。

上記の脱水成型方法において、前記押圧器６６による予備圧搾毎に前記モールド６０内にハイドレートスラリー６８を供給することを特徴とする。

上記の脱水成型方法において、前記予備圧搾工程で押圧時の圧力を１ＭＰａから３ＭＰａの範囲とし、前記本圧搾工程で押圧時の圧力を１０ＭＰａから２０ＭＰａの範囲としたことを特徴とする。

上記の脱水成型方法において、前記予備圧搾工程では、ハイドレートスラリーのガスハイドレート含有率を３０から７０重量％になるまで圧搾し、前記本圧搾工程ではガスハイドレート含有率を７０から１００重量％になるまで圧搾したことを特徴とする。

上記の脱水成型方法において、前記予備圧搾工程で圧搾時間を1秒から５０秒の範囲と
し、前記本圧搾工程で圧搾時間を予備圧搾時間以上としたことを特徴とする。

上記の構成を達成するための本発明に係るガスハイドレート脱水成型装置は、ハイドレートスラリー６８を供給してペレットの型となる筒状のモールド６０の底部及び側部に脱水のための脱水機構を配置し、前記モールド６０内にハイドレートスラリー６８を供給する供給管６５を配置し、前記モールド６０内に供給されたハイドレートスラリー６８を押圧し、圧搾するピストン等の押圧器６６を設けたことを特徴とする。

上記のガスハイドレート脱水成型装置において、前記モールド６０の底部に網目が５００マイクロメートル以下となるメッシュ状の脱水機構６４を設置し、側部に脱水用スクリーン６１を設置し、更に前記脱水用スクリーン６１の外側に前記モールド６０を冷却するための冷却機構６２を設置したことを特徴とする。

上記のガスハイドレート脱水成型装置において、脱水機構６４と回収口６７を有した固定プレート７１上に、複数のモールド６０を円周状かつ回転可能に配列してリボルバー型モールド６３を形成し、前記リボルバー型モールド６３の上部は回転しながら供給管６５により供給されたハイドレートスラリー６８を押圧器６６により圧搾するよう構成し、複数回の予備圧搾工程を繰り返してペレット７２となったハイドレートスラリー６８は前記回収口６７より回収さされるよう構成したことを特徴とする。

上記のガスハイドレート脱水成型装置において、押圧時の圧力を１ＭＰａから３ＭＰａで、圧搾時間を1秒から５０秒の範囲とした第１リボルバー型モールド６３ａと、前記回
収口６７より回収されたペレット７２を第２リボルバー型モールド６３ｂ内に収容し、前記第２リボルバー型モールド６３ｂの上部を回転させながら、前記押圧器６６で１０ＭＰａから２０ＭＰａの圧力で圧搾し、回収口６７より回収するよう構成されたことを特徴とする。

本発明はハイドレートスラリーを圧搾する工程を予備圧搾工程と本圧搾工程の複数の工程に分けて行う事が特徴であり、水分を含んだハイドレート粒子の集合体を圧搾する工程において、含まれる水分が多いほど脱水速度が速くなるため圧搾速度が速くなり、水分が少なくなるにつれて水分が取り除かれにくくなり圧搾速度が遅くなることを利用している。

即ち、水分の多い予備圧搾工程では例えば１秒から５０秒という比較的短時間かつ１ＭＰａから３ＭＰａの比較的低圧力で圧搾を行うことで、大量のハイドレートスラリーを効率的に圧搾することが可能となっており、本圧搾工程では予備圧搾時間以上で例えば３０秒から１０分等の前記予備圧搾工程に比べ長時間かつ１０ＭＰａから２０ＭＰａの比較的高圧力で処理を行うことで、脱水量を上げペレットのガス含有率を上昇させる高品質化を行っている。

予備圧搾ではハイドレートスラリー６８の供給と圧搾を交互に繰り返し行うため、ペレット７２の型となるモールド６０の大型化が可能となった。

前記モールド６０の周囲及び底部に脱水スクリーン６１及び脱水機構６４を設けることで、ハイドレートスラリー６８から排出される水分を効率的に排出し、さらに前記モールド６０の周囲に冷却ジャケット等の冷却機構６２を備えることで、ハイドレートスラリー６８を圧搾する際に発生する熱によりハイドレートが分解され、ペレット７２の品質が低下することを防止し、ペレット７２の高品質化を実現した。

前記モールド６０を円周状に配置し、リボルバー型モールド６３を構成することで、ハイドレート製造工場におけるペレット７２製造が、連続的かつ設置面積の少ない装置で行うことを可能とした。

さらに、予備圧搾工程を行う第１リボルバー型モールド６３ａと本圧搾工程を行う第２リボルバー型モールド６３ｂを連結することで、ガス含有率の高い高品質なペレット７２を連続的に製造することが可能となり、かつこの組合せを行うことで、ペレット７２の処理量とガス含有率を任意に決めた製造装置を構成することを可能とした。

以下、本発明を図に示す実施形態を参照して具体的に説明する。

図４に示す円筒形状のモールド６０の底面には、網目が５００マイクロメートルから３０マイクロメートル程のメッシュ状の脱水機構６４を配置しており、側面はＶ字型断面ワイヤを平行に並べ、表面が滑らかで入口が狭く内部が広くなる連続したスロットを持っており、ワイヤ下部はスロット間隔を一定に保持するためのロッドがあり、ワイヤとロッドの交差部が溶接されたジョンソンスクリーン等の脱水スクリーン６２を設けており、モールド６０内部で圧搾されたハイドレートスラリー６８の水分をモールド６０外に排水するよう構成している。

また、脱水スクリーン６２の外周には、エチレングリコール等の冷媒を流すことのできるジャケット等の冷却機構６２を設けている。これは、圧搾時にモールド６０内の温度が１℃から２℃上昇し、内部のハイドレートスラリー６８が分解することを防止するためである。

ここで、モールド６０は円筒形状に関わらず、長方形や円板状や半球状の型にすることも可能であるが、ハイドレートを成型したペレット７２は輸送及び貯蔵する際に最適な形を選ぶことが可能である。

図２はハイドレートスラリー６８を比較的短時間かつ低い圧力で圧搾する予備圧搾工程の様子を示している。圧搾工程が行われる雰囲気は、例えば天然ガスハイドレートスラリーであれば、天然ガスハイドレート生成雰囲気と同様の圧力が約５ＭＰａで温度が約５℃の条件化で行われる。

図２の（Ａ）は予備圧搾工程の１段目を示しており、モールド６０にガスハイドレートの含有量が質量比で１０％程度のガスハイドレートスラリー６８を供給し、押圧器６６により１ＭＰａから３ＭＰａ程度の圧力を、１秒から５０秒ほどかける事で、図示しない前記脱水機構６４と脱水スクリーン６１から脱水され、ガスハイドレートの含有量が８０％程度の圧密ハイドレート６９が成型される。

ここで、原料となるガスハイドレートスラリー６８は水分の量が質量比で９０％程度と非常に多いため、高い圧力で長い時間、圧搾することは非効率であり、予備圧搾工程における圧力及び時間で初期状態におけるハイドレートスラリー６８を効率的に脱水することは可能である。

図２の（Ｂ）及び（Ｃ）は前記予備圧搾工程をさらに２段繰り返した様子を示している。図２では全３回の予備圧縮工程を行っている様子を示しているが、ハイドレートスラリー６８中に含まれているガスハイドレートの量や、モールド６０の大きさ、生産すべきペレット７２の大きさ等により予備圧搾工程の回数は自由に決定することが可能である。

図３（Ｄ）は複数回の予備圧搾工程により圧搾された圧密ハイドレート６９が、１０ＭＰａから２０ＭＰａ程度の圧力で、３０秒から１０分ほど押圧器６６により圧搾される本圧搾工程を示している。本圧搾工程により脱水されガスハイドレート含有率が９０％以上となった成型されたペレット７２は、モールド６０の下面に設置されている脱水機構６４を稼働させることで下面より回収するよう構成している。

図６に押圧圧力が２ＭＰａ及び１５ＭＰａとした際の圧搾時間と排出速度の関係のグラフを示す。ハイドレートスラリー６８を圧搾する初期段階では、含まれる水分が多いため押圧圧力に関わらず脱水は行われており、排水速度が速くなるため圧搾速度を速くすることが可能であるが、ある程度時間が経過し脱水が進んだ際には、低い圧力では殆ど脱水されないにも関わらず、高い圧力を加えることでゆっくりではあるが脱水が行われていることがわかる。このグラフより、圧搾開始から３０秒以内の初期段階では押圧圧力の低い予備圧搾工程でハイドレートスラリー６８の処理を行い、それ以降は押圧圧力の高い本圧搾工程で処理を行うことで、脱水効率を高めることが可能となることがわかる。

上述のように、ハイドレートスラリー６８を押圧圧力と時間が異なる予備圧搾工程と本圧搾工程の２段階にすることによって、ガス含有率が９０％以上と極めて高いペレット７２を、従来の方法と比べ生産量を減らすことなく製造することが可能となった。

図１は本発明のガスハイドレートペレットの脱水成型方法を利用した装置の実施例の１つであり、脱水機構６４と回収口６７を具備した固定プレート７１上に、複数の前記モールド６０を円周状に配列してリボルバー型モールド６３を構成し、前記モールド６０は固定プレート７１上を回転して移動するように構成されている。また、各モールド６０にハイドレートスラリー６８を供給する供給管６５と、ハイドレートスラリー６８を押圧する押圧器６６とを備えている。ここで、固定プレート７１側を回転させることで、同様の装置を構成することが可能である。

前記モールド６０に供給されたハイドレートスラリー６８は、押圧器６６により圧縮され圧密ハイドレート６９を形成しながら、順次ハイドレートスラリー６８の供給、圧搾を繰り返しており、前記円周状に配列されたモールド６０は回転して、回収口６７のある位置でモールド６０内に形成されたペレット７２を回収する。また、回収口６７の手前の位置にきたモールド６０には、ハイドレートスラリー６８の供給を行わずに、押圧器６６により圧搾してペレット７２を成型するよう構成されている。

ここで、回収口６７手前の位置のモールド６０における圧搾を本圧搾工程と同様の圧力とし、それ以外の位置にあるモールド６０は予備圧搾工程と同様の圧力とすることで、リボルバー型モールド６３を逐次回転させながら、高品質ペレット７２を連続的に製造することを可能とした。

図５は前記リボルバー型モールド６３を２つ組み合わせて構成した実施例である。上段に位置する第１リボルバー型モールド６３ａは、予備圧搾工程の圧力にてハイドレートスラリー６８を圧搾しながら回転し、回収口６７から下段の第２リボルバー型モールド６３ｂに圧密ハイドレート６９押圧器６６により押し出して送る。前記第２リボルバー型モールド６３ｂではハイドレートスラリー６８の供給は行わず、押圧器６６により本圧搾工程と同様の圧力を圧密ハイドレート６９にかけたまま回収口６７に至るまで回転し、ペレット７２を回収するように構成している。

前記第１リボルバー型モールド６３ａで予備圧搾工程を、第２リボルバー型モールド６３ｂで本圧搾工程を実現するように構成している。

２つの前記リボルバー型モールド６３は同じ速度で回転することで、第１リボルバー型モールド６３ａで圧搾された圧密ハイドレート６９の受け渡しを可能としている。ここで、例えば図５に示すように、リボルバー型モールド６３が８つのモールド６０から構成されており、予備圧搾工程の圧搾時間を４０秒とした場合、予備圧搾工程は７回のハイドレートスラリー６８の供給と押圧器６６による圧搾を受けることになり、リボルバー型モールド６３は３２０秒で１回転する速さで作動することになる。

次に第２リボルバー型モールド６３ｂに供給された圧密ハイドレート６９は、本圧縮工程の圧縮時間が２４０秒となり、ガスハイドレート含有率が９０％以上となったペレット７２となり回収される。

上記のようにリボルバー型モールド６３を構成するモールド６０の数をｎ個とし、予備圧搾工程における圧搾時間をｔ秒とすると、予備圧搾工程の回数はｎ−１回、本圧搾工程の圧搾時間は（ｎ−２）×ｔ秒、ペレット７２の製造量はｔ秒で１個となるため、処理すべきハイドレート量、ペレット７２の生産量等の事情に応じて最適に設計することが可能である。

上述のように、本発明のガスハイドレートペレットの脱水成型方法及び装置により、ガスハイドレートの圧搾を短時間に行い、かつガス含有率の高いハイドレートペレットの脱水成型を可能とする方法及び装置を実現した。

本発明の実施例を示す概略図である。 本発明の予備圧搾工程の概略図である。 本発明の本圧搾工程及びペレット回収時の概略図である。 本発明で使用したモールドの概略図である。 本発明の実施例を示す概略図である。 異なる圧力による圧搾における圧搾時間と排水速度の関係を示したグラフである。

符号の説明

６０ モールド
６１ 脱水スクリーン
６２ 冷却機構
６３ リボルバー型モールド
６４ 脱水機構
６５ 供給管
６６ 押圧器
６７ 回収口
６８ ハイドレートスラリー
６９ 圧密ハイドレート
７１ 固定プレート
７２ ペレット

Claims (8)

1. ペレットの型であり且つ脱水のための脱水機構を配置された筒状のモールドと、前記モールド内にガスハイドレートスラリーを供給する供給管と、前記モールド内のガスハイドレートスラリーを圧搾する押圧器を有するガスハイドレートペレット脱水成型装置による脱水成型方法において、
   前記押圧器が、前記モールドに供給されたガスハイドレートスラリーを圧搾する複数回の予備圧搾工程と、
   前記押圧器が、前記ガスハイドレートスラリーを前記予備圧搾工程に比べて高い圧力で圧搾する本圧搾工程と、
   複数回の前記予備圧搾工程毎に、前記ガスハイドレートスラリーを前記モールドに供給する工程を有することを特徴とする脱水成型方法。
2. 前記本圧搾工程が、前記予備圧搾工程と比べて長時間且つ高い圧力で圧搾を行われることを特徴とする請求項１に記載の脱水成型方法。
3. 前記ガスハイドレートペレット脱水成型装置が、複数の前記モールドを円周状に配列して形成されたリボルバー型モールドと、前記リボルバー型モールドの底面に配置され且つ脱水機構及び回収口を備えた固定プレートを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱水成型方法。
4. 前記予備圧搾工程における押圧時の圧力を１ＭＰａから３ＭＰａの範囲とし、前記本圧搾工程における押圧時の圧力を１０ＭＰａから２０ＭＰａの範囲としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の脱水方法。
5. ペレットの型であり且つ脱水のための脱水機構を配置された筒状のモールドと、前記モールド内にガスハイドレートスラリーを供給する供給管と、前記モールド内のガスハイドレートスラリーを圧搾する押圧器を有するガスハイドレートペレット脱水成型装置において、
   前記押圧器が前記モールドに供給されたガスハイドレートスラリーを圧搾する複数回の予備圧搾工程を行い、その後、前記ガスハイドレートスラリーを前記予備圧搾工程に比べて高い圧力で圧搾する本圧搾工程を行い、複数回の前記予備圧搾工程毎に、前記ガスハイ
   ドレートスラリーを前記モールドに供給する構成を有することを特徴とするガスハイドレートペレット脱水成型装置。
6. 前記ガスハイドレートペレット脱水成型装置が、複数の前記モールドを円周状に配列して形成されたリボルバー型モールドと、前記リボルバー型モールドの底面に配置され且つ脱水機構及び回収口を備えた固定プレートを有していることを特徴とする請求項５に記載のガスハイドレート脱水成型装置。
7. 前記リボルバー型モールド又は前記固定プレートが、周方向に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスハイドレート脱水成型装置。
8. 前記ガスハイドレートペレット脱水成型装置が、前記予備圧搾工程を行う第１リボルバー型モールドと、前記本圧搾工程を行う第２リボルバー型モールドを有していることを特徴とする請求項６又は７に記載のガスハイドレート脱水成型装置。