JP5284162B2 - ガスハイドレート製造装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、天然ガス、メタン、エタン、プロパン等のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置及びその制御方法に関するものである。

従来のガスハイドレートペレットの製造工程は、例えば、天然ガスハイドレートペレット等の場合約５．４ＭＰａの高圧環境下でガスハイドレートの生成を行う生成工程と、生成された粉雪状のハイドレートを圧搾して球状、アーモンド状等のペレットに加工する成形工程と、前記ペレットを冷却及び脱圧する冷却工程及び脱圧工程と、大気圧下にあるペレット貯留タンクで貯留する貯留工程とから構成されている。

図３に、ガスハイドレート製造装置１Ｘの一例を示す。ガスハイドレート製造装置１Ｘは、ガスハイドレートを生成する生成装置３と、ガスハイドレートを圧搾してペレットｍに加工する成形装置４と、ペレットｍを冷却する冷却装置５と、ペレットｍを脱圧する脱圧装置２Ｘと、ペレットｍを貯留する貯留槽６から構成されている。

まず、ペレットｍの冷却工程に関して説明する。冷却装置５において、ペレットｍは、封液Ｌにより冷却される。この冷却を促進するために、モータ等で撹拌することもある。ここで、封液Ｌは、原料ガスとは異なるガスから構成されており、例えば液体プロパンが使用されている。

次に、ペレットｍの脱圧工程に関して説明する。冷却されたペレットｍは、封液Ｌと共に、脱圧装置２Ｘに搬送される。脱圧装置２Ｘは、例えばロックホッパ等で構成され、高圧側バルブ１３ａと低圧側バルブ１３ｂを有している。高圧側バルブ１３ａを開放すると、封液Ｌで充たされた冷却装置５と脱圧装置２Ｘが連通して、ペレットｍは、封液Ｌ内を重力により沈降して、脱圧装置２Ｘ内に移動する。ペレットｍが、脱圧装置２Ｘ内に移動を完了した後、高圧側バルブ１３ａを閉止し、低圧側バルブ１３ｂを開放して、ペレットｍを大気圧に脱圧して、脱圧工程が完了し、ペレットｍは貯留槽６に貯留される（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の脱圧工程では、ペレットｍが移送された減圧ドラム（脱圧装置２Ｘ）内に作動液（封液Ｌ）を充填し、作動液をフラッシュ弁からフラッシュして、減圧ドラム内を大気圧まで脱圧する構成としている。この構成により、貯槽内６に流入した大気圧のパージガスを、約５．４ＭＰａの原料ガスのガス圧まで再度、昇圧する必要がなくなり、ガスハイドレート製造装置１Ｘにおける消費電力を抑制することを可能としている。

特開２００６−５２２６１号公報

しかしながら、ペレットｍの移動を、冷却装置５の液相から、脱圧装置２Ｘの液相に行う構成により、ペレットｍの移動時間が多くなる問題が発生した。即ち、ペレットｍと封液Ｌの比重差が、非常に小さいため、ペレットｍの沈降速度が極めて遅くなるという問題である。なお、ペレットｍの比重は、約０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ^３、封液Ｌが、例えば液体プロパンであれば、０．５５〜０．６５ｇ／ｃｍ^３、油であれば０．７５〜０．８
５ｇ／ｃｍ^３である。ここで、ガスハイドレートを商業的に生産するプラントを建設する場合、脱圧装置の大量処理化が望まれている。

そこで、本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ガスハイドレート製造装置であって、大量処理が可能であり、付帯設備が少なく、かつ、小型である脱圧装置を備えたガスハイドレート製造装置及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るガスハイドレート製造装置は、ガスハイドレートの生成条件下でガスハイドレートを生成する生成装置と、前記ガスハイドレートを脱水・圧搾成形してハイドレートペレットを成形する成形装置と、前記ペレットを冷却する冷却装置と、前記ペレットを脱圧する脱圧装置と、前記ペレットを貯留する貯留槽を有したガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置が、前記ペレットと前記ガスハイドレートの封液の混合物を供給される高圧槽と、前記封液を充填されている中間槽と、ペレット回収部を有しており、前記中間槽の一方を前記高圧槽に、他方を前記ペレット回収部に連結し、さらに、前記中間槽から前記高圧槽へ前記封液を循環する第１循環ラインを設置し、前記封液の循環路を形成したことを特徴とする。

ここで、封液とは、原料ガスと同質の液化ガス、ヘキサン、ケロシン、又はシリコンオイル等を使用することができる。

上記のガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置の前記ペレット回収部から前記中間槽へ前記封液を循環する第２循環ラインを設置し、前記封液の循環路を形成したことを特徴とする。

上記のガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置が、前記ペレット回収部内に運搬装置を有しており、前記運搬装置が、前記封液中から前記ペレットのみを取り出し運搬する固液分離型の運搬装置であることを特徴とする。

前述のガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置が、気相を有する前記ペレット回収部から、前記中間槽へ前記封液を充填する液戻しラインを有していることを特徴とする。

上記のガスハイドレート製造装置において、前記脱圧装置が、前記高圧槽を取り除き、前記冷却装置に前記ペレットと前記封液を供給する構成とし、前記冷却装置と前記中間槽を連結したことを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明に係るガスハイドレート製造装置の制御方法は、ガスハイドレートの生成条件下でガスハイドレートを生成する生成装置と、前記ガスハイドレートを脱水・圧搾成形してハイドレートペレットを成形する成形装置と、前記ペレットを冷却する冷却装置と、前記ペレットを脱圧する脱圧装置と、前記ペレットを貯留する貯留槽を有したガスハイドレート製造装置の制御方法において、前記冷却装置で前記ペレットと封液を接触させて冷却する冷却ステップと、前記冷却装置と、前記脱圧装置に設置されかつ封液を充填された中間槽の間に設置した高圧側バルブを開放するペレット移動開始ステップと、前記中間槽と前記冷却装置を連結した第１循環ラインの循環ポンプを作動し、前記封液を前記中間槽から前記冷却装置に循環し、前記ペレットを前記中間槽に強制移動させるペレット沈降促進ステップと、前記高圧側バルブを閉止し、前記中間槽とペレット回収部の間に設置した低圧側バルブを開放し、前記ペレットを脱圧する脱圧ステップと、を有したことを特徴とする。

本発明に係る脱圧装置及びその制御方法によれば、大量処理が可能であり、付帯設備が少なく、かつ、小型である脱圧装置及びその制御方法を提供することができる。即ち、封液を充填された中間槽から高圧槽へ、この封液を循環する第１循環ラインを設置した構成により、高圧槽から中間槽への封液の流れが発生し、高圧槽のペレットをこの流れにより積極的に中間槽へ移動させることができる。そのため、ペレットが高圧槽から中間槽へ移動する速度を制御することが可能となり、脱圧装置の大量処理化を実現することができる。

また、循環ラインを循環している封液の流速を上昇させて、ペレットの移動速度を上昇させることが容易であり、脱圧装置の処理量を増加させることができる。この単位時間当たりの処理量増加により、脱圧装置を従来のものと比べ小型化することができる。

さらに、封液を充填されたペレット回収部から中間槽へ、この封液を循環する第２循環ラインを設置した構成により、中間槽からペレット回収部へ封液の流れが発生し、中間槽のペレットをこの流れにより積極的にペレット回収部へ移動させることができる。

さらに、ペレット回収部に封液を充填し、この封液中からペレットのみを、次工程の貯留槽へ運搬する固液分離型の運搬装置を設置した構成により、中間槽からペレット回収部へ移動するペレットが、落下等の衝撃で破壊されることを防止できる。つまり、ペレット製造における歩留が上昇するため、ペレットの大量生産が可能となる。

また、気相を含むペレット回収部と中間槽を液戻しラインで連結した構成により、ペレット回収部を、気相を含む構成とした場合であっても、高圧槽と中間槽とペレット回収部における封液の量の増減を抑制できる。また、ペレット回収部に気相を含む構成としたため、ペレットに付着した封液を取り除くことが容易になる。つまり、付帯設備が減ることで、ペレットの生産量を向上するための装置の設置数を増やすことができ、かつ、ペレットの封液除去が効率的に進むことで、ペレットを貯留槽に早い段階で送ることができる。

さらに、高圧槽を取り除き、冷却装置を高圧槽として利用する構成により、高圧領域における装置の数を減らすことができ、その結果、他のガスハイドレート製造に必要な装置の設置数を増やすことができ、ガスハイドレートの大量生産が可能となる。

本発明に係る実施の形態の脱圧装置を示す図である。 本発明に係る異なる実施の形態の脱圧装置を示す図である。 従来のガスハイドレート製造装置の概略図である。

以下、本発明に係る実施の形態のガスハイドレート製造装置における脱圧装置及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１にガスハイドレート製造装置１の脱圧工程で使用する脱圧装置２Ａを示す。

脱圧装置２Ａは、高圧槽１０と中間槽１１とペレット回収部１２を有しており、中間槽１１は一方を高圧槽１０と、他方をペレット回収部１２とそれぞれ高圧側バルブ１３ａ及び低圧側バルブ１３ｂを介して連結しており、さらに、中間槽１１と高圧槽１０を、循環ポンプ１５ａ及び循環バルブ１６ａを有した第１循環ライン１４ａで連結している。また、ペレット回収部１２と中間槽１１を同様に、第２循環ライン１４ｂで連結している。

加えて、ペレット回収部１２に、封液Ｌ中からペレットｍのみを分離して取り出す、固液分離型の運搬装置１７を設置している。運搬装置１７は、例えば、バケットにスリット構造を有したバケットコンベア等を使用することができる。

なお、図３に示す冷却装置５を高圧槽１０として使用することもできる。この構成により、ガスハイドレート製造装置の規模を縮小することができる。特に、高圧領域における装置の容積は、小規模にすることが望ましい。

次に、脱圧装置２Ａの制御に関して説明する。先ず、ペレットｍ及び封液Ｌを、冷却装置５から高圧槽１０に供給する。このとき、高圧側バルブ１３ａ及び低圧側バルブ１３ｂは閉止されており、中間槽１１には、封液Ｌが充填されている。

ペレットｍの脱圧工程開始とともに、高圧側バルブ１３ａを開放し、例えば５．４ＭＰａである高圧槽１０と、大気圧である中間槽１１が連通する。このとき、高圧槽１０及び中間槽１１は、共に封液Ｌで充たされているため、フラッシュ等のガスの膨張が発生しない。

高圧側バルブ１３ａの開放により、ペレットｍは、重力により中間槽１１へ沈降を開始する。このとき、第１循環ライン１４ａの循環バルブ１６ａを開放し、循環ポンプ１５ａを始動して、図１に示す矢印の方向に、封液が循環され、この流れに乗ってペレットｍが中間槽１１に積極的に移動する。

ペレットｍが中間槽１１に移動した後、高圧側バルブ１３ａ及び循環バルブ１６ａを閉止し、循環ポンプ１５ａを停止する。その後、低圧側バルブ１３ｂを開放して、前述と同様に第２循環ライン１４ｂを作動して、ペレットｍをペレット回収部１２に移動させる。

ペレット回収部１２に移動したペレットｍを、運搬装置１７で封液から取り出して、次工程である貯留槽６へ運搬する。

前述の循環ライン１４の流量の制御により、ペレットｍの移動速度を制御することができ、そのため、脱圧装置２Ａのペレット処理速度の向上を実現することができる。即ち、脱圧装置２Ａにおけるペレットｍの大量処理化を実現することができる。

また、脱圧装置２Ａにおいて、ペレットｍは液相から液相への移動となるため、高圧側バルブ１３ａ及び低圧側バルブ１３ｂを開放する際に、フラッシュの発生を抑制することができる。即ち、フラッシュにより気化した封液Ｌを、液化するための液化装置が不要となり、付帯設備を小規模化することができる。さらに、高圧槽１０、中間槽１１、ペレット回収部１２において、循環している封液Ｌの量の増減が生じないため、循環ライン１４以外の封液Ｌを移動させる付帯設備を設置する必要がない。

加えて、ペレット回収部１２を封液Ｌで充填して、ペレット回収部１２内のペレットｍをバケットコンベア等で気相ｇに運搬する構成により、ペレットｍは、バケットコンベア上に緩やかに着地することができ、ペレットｍが、落下の衝撃により破壊される問題を抑制することができ、ペレット製造の歩留を向上することができる。即ち、ペレットｍの大量生産が可能となる。なお、運搬装置１７は、液相から固体のみを分離して取り出す構造であれば、例えば、スクリューコンベア等の他の運搬装置を使用することもできる。

なお、封液Ｌは、脱圧装置２Ａにおいて、気化しない温度に制御されている。例えば、高圧槽１０が、５．０〜５．８ＭＰａで、−２５〜−１５℃、ペレット回収部１２が大気圧で、−２５〜−１５℃であり、中間槽１１は、この２つの条件の間で変化を繰り返す範
囲で圧力及び温度を制御される。

また、循環ライン１４の入口には、封液Ｌは通過させ、ペレットｍは通過させないフィルタが設置されており、循環バルブ１６は、例えばボールバルブ、バタフライバルブ等の一般的に使用されるバルブを適宜選択して使用することができる。さらに、脱圧装置２は、ペレットｍに限らず、成形前の粉雪状のハイドレートパウダーでも使用することができる。

図２に、本発明に係る異なる実施の形態のガスハイドレート製造装置における脱圧装置２Ｂを示す。脱圧装置２Ｂは、ペレット回収部１２を気相ｇとして、ペレット回収部１２と中間槽１１の連結を、第２循環ラインから、液戻しポンプ２０及び液戻しバルブ２１を有した液戻しライン１８に変更している。また、中間槽１１にガス抜き１９を設置し、ペレット回収部１２に運搬装置１７としてベルトコンベアを設置している。

次に、脱圧装置２Ｂの制御に関して説明するが、高圧槽１０のペレットｍと封液Ｌを、封液Ｌで充たされた中間槽１１に移動するところまでは、図１に示した前述の脱圧装置２Ａと同様である。中間槽１１に移動したペレットｍ及び封液Ｌは、低圧側バルブ１３ｂの開放により、例えばベルトコンベア等の運搬装置１７上に落下する。ペレットｍは、運搬装置１７にのり、次工程の貯留槽６に運搬される。

そして、低圧側バルブ１３ｂを閉止し、ペレット回収部１２の封液Ｌを、液戻しライン１８の作動で中間槽１１に送る。このとき、中間槽１１のガスＧは、ガス抜きライン１９から排出される。中間槽１１への封液Ｌの充填が完了した後、液戻しバルブ２１、ガス抜きライン１９のバルブ（図示せず）を閉止して、次のペレットｍの脱圧処理に移る。

前述のように、ペレット回収部１２を気相ｇとしながら、中間槽１１とペレット回収部１２を、液戻しライン１８で連結したことで、高圧槽１０、中間槽１１、ペレット回収部１２における封液Ｌの量が増減しないため、他の付帯設備を設置する必要がない。また、ペレット回収部１２を気相ｇとしたため、ペレットｍに付着した封液Ｌを取り除くことが容易になる。

しかし、脱圧装置２Ｂは、ペレットｍの処理量によっては、運搬装置１７上にペレットｍが落下する際に、ペレットｍが破壊され、ペレット製造における歩留の悪化を招く可能性がある。この場合は、図１に示す脱圧装置２Ａのように、ペレット回収部１２を液相として、ペレットｍの破壊を抑制することができる。

なお、ガス抜き１９から排出されたガスＧを、ペレット回収部１２に戻してもよく、この構成により、ガスＧの昇圧装置等の付帯設備が不要となる。また、運搬装置１７上を移動するペレットｍに、このガスＧを噴きつけ、ペレットｍに付着した封液を取り除く構成としてもよい。

１ ガスハイドレート製造装置
２ 脱圧装置
３ 生成装置
４ 成形装置
５ 冷却装置
６ 貯留槽
１０ 高圧槽
１１ 中間槽
１２ ペレット回収部
１３ａ 高圧側バルブ
１３ｂ 低圧側バルブ
１４ａ 第１循環ライン
１４ｂ 第２循環ライン
１５ 循環ポンプ
１７ 運搬装置
１８ 液戻しライン
ｍ ガスハイドレートペレット（ペレット）
Ｌ 封液
Ｇ ガス
ｇ 気相

Claims (5)

1. ガスハイドレートの生成条件下でガスハイドレートを生成する生成装置と、該生成装置で生成された該ガスハイドレートを脱水・圧搾成形してハイドレートペレットを成形する成形装置と、該成形装置で成形された該ガスハイドレートペレットを冷却する冷却装置と、該冷却装置で冷却された該ガスハイドレートペレットを脱圧する脱圧装置と、該脱圧装置で脱圧された該ガスハイドレートペレットを貯留する貯留槽と、を有したガスハイドレート製造装置において、
   該脱圧装置が、該ガスハイドレートペレットと該ガスハイドレートペレットの封液の混合物を供給される高圧槽と、一端を高圧側バルブを介して該高圧槽に連結され且つ該封液を充填された中間槽と、該中間槽の他端に低圧側バルブを介して連結されたペレット回収部と、を有し、
   更に、該脱圧装置が、該中間槽から該高圧槽に該封液を循環させる第１循環ラインと、該ペレット回収部から該中間槽に該封液を循環させる第２循環ラインと、該第１循環ライン及び該第２循環ラインにそれぞれ設置された循環バルブ及び循環ポンプと、を有することを特徴とするガスハイドレート製造装置。
2. 前記脱圧装置が、前記ペレット回収部内に運搬装置を有しており、該運搬装置が前記封液中から前記ガスハイドレートペレットのみを取り出し運搬する固液分離型の運搬装置であることを特徴とする請求項１に記載のバスハイドレート製造装置。
3. 前記脱圧装置が、気相を有する前記ペレット回収部から、前記中間槽へ前記封液を充填する液戻しラインを有してい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製造装置。
4. 前記高圧槽が、前記ガスハイドレート製造装置に含まれる冷却装置で構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスハイドレート装置。
5. ガスハイドレートの生成条件下でガスハイドレートを生成する生成装置と、該生成装置で生成された該ガスハイドレートを脱水・圧搾成形してハイドレートペレットを成形する成形装置と、該成形装置で成形された該ガスハイドレートペレットを冷却する冷却装置と、該冷却装置で冷却された該ガスハイドレートペレットを脱圧する脱圧装置と、該脱圧装置で脱圧された該ガスハイドレートペレットを貯留する貯留槽と、を有したガスハイドレ
   ート製造装置であり、
   該脱圧装置が、該ガスハイドレートペレットと該ガスハイドレートペレットの封液の混合物を供給される該冷却装置で構成された高圧槽と、一端を高圧側バルブを介して該高圧槽に連結され且つ該封液を充填された中間槽と、該中間槽の他端に低圧側バルブを介して連結されたペレット回収部と、を有し、更に、該脱圧装置が、該中間槽から該高圧槽に該封液を循環させる第１循環ラインと、該ペレット回収部から該中間槽に該封液を循環させる第２循環ラインと、該第１循環ライン及び該第２循環ラインにそれぞれ設置された循環バルブ及び循環ポンプと、を有するガスハイドレート製造装置の制御方法であって、
   該冷却装置で該ガスハイドレートペレットと該封液を接触させて冷却する冷却ステップと、
   該冷却装置と該中間槽の間の該高圧側バルブを開放するペレット移動開始ステップと、
   該中間槽と該冷却装置を連結した第１循環ラインの循環ポンプを作動し、該封液を該中間槽から該冷却装置に循環し、該ペレットを該中間槽に強制移動させるペレット沈降促進ステップと、
   該高圧側バルブを閉止し、該中間槽と該ペレット回収部の間に設置した該低圧側バルブを開放し、該ガスハイドレートペレットを脱圧する脱圧ステップと、
   を有したことを特徴とするガスハイドレート製造装置の制御方法。

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