JP5236977B2 - ガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、海底下等に存在している天然ガスを輸送や貯蔵等に適した状態に生成する天然ガスハイドレート生成プラントで生成された低濃度のガスハイドレートを安定して脱水処理を行って高濃度のガスハイドレートスラリーを生成できるようにしたガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置に関する。

シベリアやカナダ、アラスカ等の凍土地帯や大陸周辺部における水深500m以下の海底下には、主成分がメタンである天然ガスハイドレート(NGH)が存在している。このNGHは、メタン等のガス分子と水分子とから構成される低温高圧下で安定した水状固体物質あるいは包接水和物であり、二酸化炭素や大気汚染物質の排出量が少ないクリーンエネルギーとして着目されている。

日本では海外のガス田で採取された天然ガスは液化された後、輸送され、貯蔵されてエネルギーとして利用されることが一般的である。その製造や貯蔵は−162℃の極低温において行われている。これに対して天然ガスハイドレートは、−20℃で分解せずに安定した性質を示し、固体として扱うことができる等の利点を備えている。このような性質から、世界中に存在している採算面等の理由から未開発の中小ガス田におけるガス資源を有効に利用することができる手段として、あるいは大ガス田からの近距離、小口輸送の場合等に天然ガスハイドレート方式(NGH方式)を活用できる。

NGH方式では、中小ガス田等のNGH出荷基地において、輸送や貯蔵に適したNGHを生成し、輸送船や車両等によって所望のNGH受入基地まで輸送され、NGH受入基地では輸送されたNGHを貯蔵し、必要に応じてNGHガス化装置によってエネルギー源として利用することになる。図６は、前記NGH出荷基地に利用されるガスハイドレートの生成プラントの構成の一例を説明する概略のブロック図である。採掘された原料ガスは高圧反応容器である生成器１において水と十分に混合されてハイドレート化されて、低濃度のガスハイドレート（GH）スラリーが生成される。生成されたGHスラリーは給送ポンプ２によって脱水器３に供給されて、脱水された高濃度のGHスラリーを生成する。このとき、脱水器３へは該脱水器３の最下部に供給される。供給されたGHスラリーは脱水器３を徐々に上昇しながら脱水されて、脱水器３の上端部から取り出される。取り出されたガスハイドレートは、脱水されてパウダー状となったGHパウダーとして取り出される。このGHパウダーがペレット成型器４に供給されて造粒され、輸送や貯蔵等にとって適宜な大きさのGHペレットが形成される。次いで、常圧下においても分解しない温度まで冷却機５により冷却された後、脱圧装置６に供給される。すなわち、前記生成器１から冷却機５に至るまでは、常温高圧下において処理がなされ、冷却機５と脱圧装置６とにより、常圧下でも分解しない温度に処理される。その後、生成されたGHペレットは貯蔵槽に給送されて貯蔵される。

図５は前記生成器１と脱水器３との処理工程を示しており、生成器１には原料ガスＧと水Ｗとが生成器１の反応槽1aに供給される。供給された原料ガスＧと水Ｗとが攪拌装置1bにより攪拌され、原料ガスＧと水Ｗとが反応して低濃度GHが生成される。未反応の原料ガスＧは反応槽1aの上部から回収されブロワ1cにより反応槽1aの底部から再び供給される。生成されたGHスラリーは前記給送ポンプ２により脱水器３の底部に給送される。供給されたGHスラリーは脱水器３を上昇しながら脱水処理されて、該脱水器３の上部からスクリュフィーダ等の給送装置3cにより次工程の前記ペレット成型器４に給送される。脱水器３は内筒3aと該内筒3aを収容する外筒3bとの二重構造とされており、GHスラリーは内筒3aに供給され、該GHスラリーからの脱水は外筒3b内に流出する。外筒3bに流出した水Ｗは回収ポンプ3dにより前記生成器１に返戻されて、原料ガスＧとの反応に供される。

前記脱水器３では、供給されたGHスラリーが上昇するのにしたがって、水分が除去される。特に、途中の排水部を通過してその上部の脱水部に至ると、濃度が高くなり、脱水部の上部では水分が70％〜40％程度に、水分が除去された状態なるが、前記内筒3aに接触するGHスラリーまたはGHパウダーは、内壁面に結露して付着してしまうおそれがある。内壁面に付着したGHスラリーは脱水されたGHスラリーの上昇を阻害し、その範囲を徐々に拡大して内筒3aの全域に至ると閉塞してしまってGHスラリーの脱水を行えず、脱水器の機能を停止させてしまうおそれがある。

例えば、特許文献１には、脱水されたGHスラリーを脱水器３から円滑に搬出するために、ガスハイドレートの付着水を重力脱水する縦型移動層式の脱水器を備えたガスハイドレート脱水装置であって、前記脱水器は略垂直に立設された第１の塔体と、前記第１の塔体の上部に接続し、複数の微細な貫通孔を有する水切り部と、前記水切り部を外囲する貯水部と、前記水切り部の上部に接続する第２の塔体とからなり、前記第１の塔体の底部から供給され前記脱水部を通過したガスハイドレートを上方へ搬送する搬送手段が設けられており、この搬送手段により脱水器の上部に配された搬出機へ脱水器内のガスハイドレートを搬送するものである。なお、搬出機と搬出手段には、スクリュコンベヤが用いられている。

特開２００７−２２４１１６

しかしながら、特許文献１に開示された搬送手段であるスクリュコンベヤでは、脱水器の中心軸の部分に配されることになるため、脱水器の中心部からの搬送が促進されて、内壁面近傍のガスハイドレートは滞留してしまうおそれがある。内壁面近傍に滞留したガスハイドレートは内壁面に付着してしまうおそれがあるから、ガスハイドレートの滞留部が徐々に広がって、最終的には脱水器の中心軸部のみのガスハイドレートが搬送されることになるおそれがある。しかも、場合によってはスクリュコンベヤの羽根に付着して大きな負荷となって、該羽根の回転を停止させてしまうおそれがある。

ところで、前記脱水器の上部の脱水部の内壁面にGHスラリーの付着が始まる場合には、内壁面とGHスラリーとの間の摩擦力が大きくなって、GHスラリーの上昇の抵抗となる。付着の開始時に摩擦力を軽減することにより、付着しようとするGHスラリーが摩擦力の軽減によって付着することが回避される場合がある。

そこで、この発明は、脱水器の上部における脱水部の内壁面とGHスラリーとの摩擦力が増加しようとする場合に、GHスラリーとの接触面積を変更することによって摩擦力を軽減して、GHスラリーが内壁面に付着しようとすることを防止するガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置は、ガスハイドレートの製造過程で生成されたガスハイドレートスラリーを重力により脱水する円筒形の容器を有する脱水器からなるガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置において、前記脱水器の上部の脱水部の一部を固定部とし、他部をこの固定部に対して可動する可動部とし、前記可動部が固定部に対して、前記脱水部の軸方向に摺動可能として、この摺動により該脱水部におけるガスハイドレートスラリーとの接触面積を可変としたことを特徴としている。

供給されたGHスラリーの脱水が促進されて、脱水器の上部の脱水部における該GHスラリーと内壁面との間の摩擦力が増大したならば、前記可動部を固定部に対して移動させて、GHスラリーとの接触面積を減じる。これにより、脱水されたGHスラリーとの間の摩擦力が減じられて、該GHスラリーが脱水器内を上昇するようになって、脱水処理が継続される。

そして、前記可動部を固定部に対して摺動させて、これら可動部と固定部との重畳している部分の範囲を大きくすれば、可動部の脱水器に露呈する部分の面積が減じられてGHスラリーとの接触面積が減じられる。

また、前記可動部を固定部に対して拡径することにより該可動部の内壁面が固定部の内壁面から外側に離隔した位置に位置付くようにした構造とすることもできる。この構造でも、脱水器の脱水部におけるGHスラリーとの接触面積が減じられて、摩擦力が減じられる。

さらに、可動部が円筒形の状態から円錐形の状態に拡径するようにした構造とすることもできる。この構造の場合、拡径することにより可動部の内壁面が離隔して、脱水部におけるGHスラリーとの接触面積が減少することになる。

また、請求項２の発明に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置は、ガスハイドレートの製造過程で生成されたガスハイドレートスラリーを重力により脱水する円筒形の容器を有する脱水器からなるガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置において、前記脱水器の上部の脱水部の一部を固定部とし、他部をこの固定部に対して可動する可動部とし、前記可動部を可撓性を備えた弾性を有する袋体で形成し、該袋体内への作動媒体の充填により膨張し、作動媒体の抜去により該袋体が収縮することによって、前記脱水部におけるガスハイドレートスラリーとの接触面積を可変としたことを特徴としている。

前記袋体に作動媒体を充填すると、該袋体が膨張して該袋体の一部が脱水部の内壁側に位置する。このため、該袋体の内壁側に位置した部分がGHスラリーの上昇を案内する。他方、作動媒体を抜去すると袋体が収縮して内壁側に位置していた部分が退避する。このため、GHスラリーとの接触面積が減じられて、摩擦力が減じられる。

この発明に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置によれば、脱水器の上部の脱水部の内壁面と脱水されたGHスラリーの接触面積を変更することができるから、該内壁面とGHスラリーとの間の摩擦力を減じることができ、GHスラリーと内壁面との間の摩擦力を増大させることがなく、GHスラリーを円滑に上昇させることができ、GHスラリーが内壁面に付着することを極力防止することができる。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置を具体的に説明する。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置の脱水器10を示す断面図である。前工程で生成された低濃度のGHスラリーは脱水器10の底部から供給されて、徐々に上昇しながら脱水される。この脱水器10は円筒形の内筒10aが円筒形の外筒10bに収容されて構成されており、GHスラリーは内筒10aの底部から供給される。供給されたGHスラリーが、上昇しながら内筒10aの中間部に設けられている排水部11に達すると、GHスラリーに随伴している水が該排水部11に形成されている多数の小孔から外筒10b内に排出される。この排水部11の上方には、毛管現象の原理により水の上昇限界となって、さらに脱水されて高濃度のGHスラリーまたはGHパウダーが生成される脱水部12が配されている。この脱水部12の上部から脱水されたGHスラリーまたはGHパウダーが、前記給送装置3cにより搬出されて次工程へ給送されることになる。

前記脱水部12は固定部となる内筒10aの上部とこの上部に被せられた可動部となる可動筒13とにより構成されている。可動筒13の外周面には、外方に張り出した環状のブラケット部14が設けられている。他方、前記排水部11の上方には内筒10aの外周面に、外方に張り出した環状の台座プレート15が設けられており、該台座プレート15の外周端は外筒10bの内壁面に固定されている。この台座プレート15にピストン・シリンダ機構16が取り付けられており、該ピストン・シリンダ機構16のピストンロッド16aを、上方を指向して伸長させ、先端部に前記ブラケット部14を連繋させてある。

以上により構成された第１実施形態に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置では、排水部11を通過して上昇したGHスラリーが脱水部12に至ると、水分が除去されているものであるため高濃度となり、内筒10aの内壁面との間の摩擦力が生じる。高濃度のGHスラリーの増加と共に摩擦力が増大するとGHスラリーが内筒10aの内壁面に付着し、その範囲が広がった場合には内筒10aを閉塞してしまうおそれが生じる。そこで、前記ピストン・シリンダ機構16のピストンロッド16aを後退させる。これにより、該ピストンロッド16aに連繋させた前記前記ブラケット部14が台座プレート15側に引き寄せられるから、このブラケット部14が設けられている可動筒13が、図１において実線で示す位置から想像線で示す位置まで下降する。これにより、内筒10aの脱水部12の面積が減じられることになるから、GHスラリーとの接触面積が減じられる。このため、GHスラリーと脱水部12との間の摩擦力が減少することになって、GHスラリーが上昇を継続することができるようになる。したがって、GHスラリーに対して円滑な脱水処理が継続されることになる。

次に、図２に示す第２の実施形態に係る脱水装置を説明する。この第２実施形態では、脱水器20の内筒20aの上部に可撓性を備えた板材からなる可動部21が巻回した状態に配されている。この可動部21と脱水部20の上部とで脱水部が形成されている。可動部21の内側の端部は内筒20aに固定されており、外側の端部21aから適宜な部位までが内側の部分に重畳させてある。前記端部21aの外側面には雌ネジ部が形成されているナットブラケット22が固定されており、この雌ネジ部に雄ネジからなる駆動ネジ23が螺合させてある。この駆動ネジ23は駆動部24によって回動されるようにしてある。

この第２の実施形態に係る脱水装置では、上昇して脱水されたGHスラリーと内筒20aとの間の摩擦力が大きくなった場合には、前記駆動部24により前記駆動ネジ23を回動させる。駆動ネジ23はナットブラケット22の雌ネジに螺合しているため、該駆動ネジ23の回動方向に応じてナットブラケット22が駆動部24に対して進退することになる。このため、前記駆動ネジ23を、ナットブラケット22が駆動部24から離隔する方向に回動させる。これにより、可動部21の径が徐々に大きくなって可動部21の内壁面が内筒20aの壁面から離隔することになる。このため、可動部21の内壁面とGHスラリーとの接触がなくなり、接触面積が減じられ、GHスラリーと脱水部との摩擦力が減じられるから、GHスラリーは脱水部の内壁面に付着することがなく、円滑に上昇して脱水処理が連続して行われることになる。

また、図３は第３の実施形に係る脱水装置の可動部31を示す図である。この可動部31は、水平断面が円弧状で短冊状をした複数枚の可動板材31aが円筒状に並設されて構成されている。これら可動板材31aは下端部で内筒に対して揺動可能に支持されている。それぞれの可動板材31aの外周面の上部には支持ブラケット32が、該外周面に揺動可能に設けられており、この支持ブラケット32には揺動自在に駆動ロッド33が下方を指向させて伸長させてある。この駆動ロッド33の下端部には入力部33aが設けられており、それぞれの可動板材31aの入力部33aがワイヤーロープ等の操作部材34に連繋させてある。

この第３実施形態に係る脱水装置では、脱水されたGHスラリーが内筒の内壁面に付着しようとした場合には、前記操作部材34を操作して、駆動ロッド33を引き下げる。これにより、可動板材31aの上部が引き下げられるから、図３において想像線で示すように、可動板材31aのそれぞれは上部が拡径しながら揺動することになる。これにより、可動部31は内筒の内壁面から離隔するようになり、GHスラリーとの接触面積が減じられて、該内壁面とGHスラリーとの間の摩擦力が減少する。したがって、GHスラリーは内壁面に付着することなく上昇が継続されて、脱水処理が円滑に行われることになる。

図４には、この脱水装置の第４の実施形態に係る脱水器40の上部を示してある。この実施形態では内筒40aの上端部に、可動部としての袋体41が配設されている。この袋体41は可撓性を備えた弾性を有する材料で形成されており、内部に空気や油等の作動媒体を充填することにより膨張し、該作動媒体を抜去することにより収縮するものとされている。そして、この袋体41の内壁面と内筒40aの上部の内壁面とにより脱水部が形成されている。

この第４実施形態に係る脱水装置では、脱水されたGHスラリーが脱水部の内壁面に付着しようとした場合には、前記袋体41内から作動媒体を抜去する。これにより、袋体41が収縮して該袋体41の内壁面が内筒40aの内壁面から離隔することになるから、脱水部におけるGHスラリーとの接触面積が減少することになる。したがって、GHスラリーと内壁面との間の摩擦力が減少して、GHスラリーが内壁面に付着してしまうことが防止される。このため、円滑な脱水処理を行わせることができる。

この発明に係るガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置によれば、脱水処理されて濃度が高くなったGHスラリーが内筒の脱水部の内壁面に付着することがないから、円滑な脱水処理を行わせることができ、ガスハイドレート生成プラントの連続運転を支障なく行うことができる。

この発明の第１実施形態に係る脱水装置の脱水器の概略構造を示す断面図である。 この発明の第２実施形態に係る脱水装置の脱水器の上部を示す概略の斜視図である。 この発明の第３の実施形態に係る脱水装置の可動部を示す概略の斜視図である。 この発明の第４の実施形態に係る脱水装置の脱水器の上部を示す概略の斜視図である。 生成器におけるガスハイドレートの生成処理と、脱水器における脱水処理とを説明する概略のブロック図である。 ガスハイドレート生成プラントの構成の一例を説明する概略のブロック図である。

符号の説明

10 脱水器
10a 内筒
10b 外筒
11 排水部
12 脱水部
13 可動筒（可動部）
14 ブラケット部
15 台座プレート
16 ピストン・シリンダ機構
16a ピストンロッド
20 脱水器
20a 内筒
21 可動部
21a 外側の端部
22 ナットブラケット
23 駆動ネジ
24 駆動部
31 可動部
31a 可動板材
32 支持ブラケット
33 駆動ロッド
33a 入力部
34 操作部材
40 脱水器
49a 内筒
41 袋体（可動部）

Claims (2)

1. ガスハイドレートの製造過程で生成されたガスハイドレートスラリーを重力により脱水する円筒形の容器を有する脱水器からなるガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置において、
   前記脱水器の上部の脱水部の一部を固定部とし、他部をこの固定部に対して可動する可動部とし、
   前記可動部が固定部に対して、前記脱水部の軸方向に摺動可能として、この摺動により該脱水部におけるガスハイドレートスラリーとの接触面積を可変としたことを特徴とするガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置。
2. ガスハイドレートの製造過程で生成されたガスハイドレートスラリーを重力により脱水する円筒形の容器を有する脱水器からなるガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置において、
   前記脱水器の上部の脱水部の一部を固定部とし、他部をこの固定部に対して可動する可動部とし、
   前記可動部を可撓性を備えた弾性を有する袋体で形成し、該袋体内への作動媒体の充填により膨張し、作動媒体の抜去により該袋体が収縮することによって、前記脱水部におけるガスハイドレートスラリーとの接触面積を可変としたことを特徴とするガスハイドレート生成プラントにおける脱水装置。

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