JP5512157B2 - ガスハイドレートの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、メタンガスやプロパンガスなどの天然ガスやそれらの混合ガスなどを原料水と気液接触させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを圧縮成型する装置に関する。

燃料ガスのなかでも特に、天然ガス（メタンガス、プロパンガスなどを主成分とする混合ガス）は、液化天然ガスのときの体積が気体状態のときの１／６００にまで体積が減少することから、液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）の形態として産地から消費地などへ輸送されている。輸送には、周囲が断熱材で覆われたタンクを搭載するＬＮＧ船が使用されている。

ところが、前記ＬＮＧは、その沸点が−１６２℃という極低温であり、製造時にマイナス１６２℃の極低温まで冷却するための冷凍機の冷却動力が大きい。また、貯蔵・輸送時には外部からの入熱に伴って急激に気化（ＢＯＧ（ボイルオフガス））するという性質があるので、貯蔵・輸送時には外部からの入熱に応じた一定のＢＯＧが生じＬＮＧが減少する。ＢＯＧを少なくするため、断熱材を厚くしたり、気化したガスを再液化するための冷凍機の運転動力がかかっていた。

近年、燃料ガスの形態として、前述のＬＮＧよりもマイルドな冷却温度で安定的に輸送することのできるガスハイドレートというものが注目されている。このガスハイドレートは、天然ガスなどの原料ガスと原料水とを０〜５℃程度の温度と３〜５ＭＰａ程度の高圧の雰囲気下で気液接触させて水和反応させることで生成されており、このガスハイドレートは、複数の水分子が集合して形成された格子の中に天然ガス等の分子が閉じこめられた状態となっている。

このガスハイドレートは、分解する際の解凍潜熱によって格子を構成していた水分が凍り、これがガスハイドレートの表面を氷の被膜で包み込むことにより、分解が抑制されるという所謂「自己保存効果」を有しており、この自己保存効果によって大気圧下でマイナス２０℃〜マイナス１０℃程度というＬＮＧよりもかなりマイルドな雰囲気下で長期間に亘って貯蔵・輸送することができるという優れた特徴がある。

更に、例えば天然ガスハイドレート（以下、ＮＧＨ）は、ＮＧＨのときの体積は気体のときの体積の１／１７０程度となっており、ＬＮＧよりは体積の減少量が少ないものの、前述のようにＬＮＧを−１６２℃という極低温に保持するための冷凍エネルギーを投入する必要がなく、また、大気圧下で安定的に長期間の貯蔵・輸送ができるので、天然ガスをＮＧＨとして貯蔵・輸送することが研究されている。

ところで、前記ＮＧＨの形態は、粉雪状の粒子となっており、単位体積あたりＮＧＨ質量（嵩密度）が小さいので、貯蔵容器・輸送容器等にＮＧＨを充填した際の充填量が低下するという問題があった。また、粉雪状の粒子であることから、単位重量あたりの粒子の比表面積が大きくなり、耐分解安定性が僅かに低下するという問題があった。

また、粉雪状のＮＧＨは、その粒子が細かいので運搬したり、貯蔵したり、取り出したりといったハンドリング性があまりよくないという問題があった。

このような問題を解決するため、粉雪状のＮＧＨ粒子を、ロール型ペレタイザにより圧
縮成型してペレット体とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１０５３６２号公報

ところが、粉雪状のＮＧＨ粒子は、水分を含んで湿り気を帯びたような状態となっており、ロール型ペレタイザによって圧縮成形されるときに、ＮＧＨ粒子が圧縮されて前記水分が絞り出されるので、この絞り出された水がロール上に溜まる。そのため、水よりも比重の小さいＮＧＨが浮遊してしまい、ロールに十分な量のＮＧＨが供給されなくなってしまったり、ロール上に溜まった水とＮＧＨが混ざることで水分の多い状態となり、ロールでの圧縮が不十分で成形不良となるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑み、ＮＧＨから絞り出された水がロール上に溜まることなく、また、圧縮成形しながら水分を排水することのできる成形装置を備えたガスハイドレートの製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガスハイドレートの製造装置は、次のように構成されている。

本発明は、原料ガスと原料水とを水和反応させて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ガスハイドレートに含まれる水を脱水する脱水装置と、該脱水装置で脱水されたガスハイドレートを圧縮成形する成形装置とを備え、該成形装置は、脱水後のガスハイドレートを導入する漏斗形状の受入室と、該受入室の下部に配置された一対のロールとを有し、前記一対のロールは、脱水後のガスハイドレートを圧縮成形する複数の成形凹部を前記ロールの円周面上に有すると共に、ガスハイドレートを圧縮成形する際に生ずる水を排出する排水手段を有しているガスハイドレートの製造装置において、前記成形装置における一対のロールの下方にガスハイドレートから分離された水の受タンクを設け、該受タンクの底面に、ガスハイドレートから分離された水にペレット体を濡らすことなく前記受タンクの外へ案内するガイド管を立設したことを特徴としている。

１）ガスハイドレートの製造装置において、ガスハイドレートを圧縮して成形する成形
装置のロール表面に、ガスハイドレートを圧縮成形する成形凹部がそのロールの円周上に配置され、更に、ロールによりガスハイドレートを圧縮した際に生ずる水分を排出する排水手段を設け、この排水手段は、ロールの表面の円周に沿って形成した排水溝と、この排水溝に連通する連通部を設けた整形凹部とにより構成したことにより、前記水分がロールの下側に排水されるようになり、従来のようにガスハイドレートがロール上に溜まった水の上方に浮遊してしまうことがなくなる。即ち、従来は、ガスハイドレートが圧縮されて絞り出された水分がロール上に溜まってしまい、この水分よりも比重の小さいガスハイドレートが上方に浮遊し、ロールの成形凹部へガスハイドレートが十分に供給されなくなってロールが空回りしたり、押圧力が不足して強度の弱いペレット体が製造されたりしていたが、本発明によってロール上に水分が溜まることなく排水され、ロール上にガスハイドレートが確実に供給されるようになるので、ロールの空回りや強度不足のペレット体が生産されたりすることがなくなる。従って、高品質のペレット体を、生産効率が低下することなく連続して安定的に製造することができるのである。

２）また、非圧縮性の水分（未反応水）が十分に絞り出されてペレット体が形成されるので、ペレット体のガスハイドレート含有率が著しく向上する。

３）成形凹部と排水溝とに連通する連通部に、ガスハイドレートと水分とを分離するメッシュ体を設けたので、成形凹部に充填されて圧縮されたガスハイドレートが連通部を介して排水溝へ流出することが防止される。

４）ロールの表面にガスハイドレートより分離された水分を通過させる透水層を設けたことにより、ロール表面の全体から水分が排出されるようになるので、効率よく排水できるようになり、生産量を増加することができる。

５）また、排水溝を形成したり、メッシュ体を設けることなく、ガスハイドレートより分離された水分を排水することができるようになる。

本発明に係るガスハイドレートの製造装置の概略構成図である。 本発明に係るガスハイドレートの製造装置における成形装置の概略図である。 成形装置のロールの表面を示す図である。 図３のＸ−Ｘ矢視断面図である。 図３のＹ−Ｙ矢視断面図である。 成形装置の他の実施例のロールの表面を示す図である。 図６のＸ−Ｘ矢視断面図（要部拡大図）である。 図６のＹ−Ｙ矢視断面図（要部拡大図）である。 図６の要部拡大斜視図である。 成型装置の更に他の実施例のロールの表面を示す図である。 成形装置の更に他の実施例のロールの要部拡大断面図である。 成形装置の更にまた他の実施例のロールの表面を示す図である。

以下、本発明に係るガスハイドレートの製造装置について図示し説明する。
［実施例１］
図１に示すように、本発明に係るガスハイドレートの製造装置は、原料ガスｇ１と原料水ｗ１とを水和反応させてガスハイドレート結晶ｈを生成する生成装置１と、この生成装置１で生成されたガスハイドレート結晶ｈを含有するハイドレートスラリｈ１の水分を排出する脱水装置２と、この脱水装置２で水分が排出されたガスハイドレートｈ２を圧縮成
形してペレット体ｈ３とする成形装置３とを備えている。

前記生成装置１は、原料ガスｇ１の供給管Ｌ１と原料水ｗ１の供給管Ｌ２と、この容器内の水溶液を攪拌する撹拌翼１Ｂとを備えた耐圧容器１Ａで構成され、この耐圧容器１Ａ内の底部には原料ガスｇ１を水溶液中に噴出させるスページャ１Ｃと、このスページャ１Ｃへ原料ガスｇ１を供給するブロワＢとが設けられている。

前記脱水装置２は、生成装置１で生成したガスハイドレートが導入される竪型の円筒状本体２Ａと、この本体２Ａの中間部に脱水室２Ｂと、上部にスクリューフィーダ型の移送機２Ｃが設けられている。脱水室２Ｂは、円筒状本体２Ａの壁面に、脱水室２Ｂ内と本体２Ａ内とに連通する排水孔が多数開孔されている。また、脱水室２Ｂの下部にはガスハイドレートより排出された排水ｗ２を生成装置１へ戻す還流管Ｌ５が設けられている。

前記成形装置３は、脱水装置２で脱水されたガスハイドレートｈ２を受け入れるホッパー型（漏斗形状）の受入室６と、この受入室６の下部に配置した一対の圧縮ロール７とを備えている。また、前記圧縮ロール７を収容する収容室１０が設けられており、その収容室１０の下部には前記ロール７で圧縮されてガスハイドレートｈ２より絞り出された水分ｗ３とペレット体ｈ３とを分離するガイド管１２が設けられている。更に、収容室１０の下部には前記水分ｗ３を生成装置１へ戻す排水管Ｌ８が設けられている。

更に、成形装置３は図２に示すように、前記受入室６には、この受入室６に供給されたガスハイドレートｈ２を下部に設けたロール７側へ押し込んで供給する押込装置９が備えられており、この押込装置９は例えば、スクリューフィーダ型のものを使用することができる。

前記一対のロール７は、図２に示すように、複数個の成型凹部７ａがロール７の表面の円周方向に形成されており、その成型凹部７ａは例えば、図３に示すような円状に形成されている。更に、ロール７にはガスハイドレートを圧縮した際に絞り出される水分を排出する排水手段が設けられている。この排水手段は、ロール７の表面の円周に沿って設けた排水溝１７と、この排水溝１７に連通する連通部１６を有する成型凹部７ａとから構成されている。前記成形凹部７ａは、圧縮されて圧密化されたガスハイドレートペレット体ｈ３が容易に成型凹部７ａから離型されるように、例えば、図４及び図５に示すような比較的浅い窪み（ディンプル）に形成されており、一例として、直径２５ｍｍ、深さ１０ｍｍとなっている。なお、成形凹部７ａは円状に限らず楕円状や角を丸めた四角状でも良い。窪みの大きさは一例であるので、離型性と充填性とに優れた形状であれば前記の例に限定されるものではない。

前記排水口１７は、幅３ｍｍ、深さ３ｍｍに形成され、連通部１６（縮小溝１６）は、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍに形成されているが、圧縮しようとするガスハイドレート粒子の流出や流路の閉塞などが生じないような形状や大きさに形成されていればよいのであり、前述の大きさに限定されるものではない。
（ガスハイドレートの製造）
次に、このように構成された本発明に係るガスハイドレートの製造装置によるガスハイドレートの製造について説明する。

図１に示すように、生成装置１の反応容器１Ａ内には、原料ガスｇ１と原料水ｗ１とが供給され、温度が０℃〜１０℃、圧力が３〜５ＭＰａに保持されている。原料ガスｇ１として、本実施例においてはメタンガスを主成分とする天然ガスが使用され、この天然ガスは、二酸化炭素や硫化水素といった不純物が除去されたものである。原料水ｗ１は、一般水道水や工業用水が使用されている。

反応容器１Ａに供給された原料ガスｇ１（天然ガス）は散気装置１Ｃを介して容器１Ａの底部から水中へ噴出され、また、撹拌翼１Ｂを備えた攪拌装置によって攪拌され、気液接触が促進されて原料ガスｇ１と原料水ｗ１とが水和反応され、ガスハイドレートｈが生成する。ガスハイドレートｈの含有率が５％〜２０％程度となるまで原料ガスｇ１を循環させると共に原料ガス供給管Ｌ１より新規ガスが供給される。

このようにして反応容器１Ａ内に、ガスハイドレートｈが原料水中に分散したガスハイドレートスラリーｈ１が形成される。このガスハイドレートスラリーｈ１は、脱水装置２へ供給管Ｌ４を介してスラリポンプＰ１により圧送される。

圧送されたスラリｈ１は、脱水装置２の筒状本体２Ａの下部に導入され、その本体２Ａ内を上昇する。スラリポンプＰ１の圧送力により、スラリｈ１は本体２Ａの中間部に設けた脱水室２Ｂへ到達し、水分ｗ２（未反応水）がその脱水室２Ｂへ排水されて脱水される。また、スラリｈ１は、上昇に伴って、重力が作用して圧縮されるので、水分が絞り出されてより一層脱水され、本体２Ａの上部に達したガスハイドレートの含有率は４０〜６０％程度となり、スクリューフィーダ２Ｃによって成形装置３へ移送される。

成形装置３の受入室６に移送されたガスハイドレートｈ２は、その受入室６に設けられたスクリュー式押込装置９により一対のロール７側へ押し込まれ、このロール７の表面に形成した成形凹部７ａ（ディンプル）に充填される。一対のロール７の表面に形成された成形凹部７ａは互いに対向配置されており、ガスハイドレートｈ２がその凹部７ａ内で圧縮されて圧密化されてペレット体ｈ３が形成される。

ペレット体ｈ３が形成される際に、ガスハイドレートｈ２に含まれていた水分が絞り出され、この水分ｗ３が図３及び図４に示すように連通部１６を介して排水溝１７へ流出し、図２に示すように水分ｗ３がロール７の下部へ排水される。

成形されたペレットｈ３は、ロール７を収容している収容室１０の底部より突設されたガイド管１２内に案内されて下流側の機器（例えば、冷却・脱圧装置など）へ払い出される。前記ガイド管１２は、収容室１０内に排出された水分ｗ３にペレット体ｈ３が触れないようになっている。収容室１０内へ排出された排水ｗ３は、その収容室１０の底部に設けた排水管Ｌ８を介して生成装置１の原料水供給管ｗ１に戻されている。

本発明に係るガスハイドレートの製造装置により、ロールによってガスハイドレートから絞り出された水分がロールの下側に排水されるようになり、従来のようにガスハイドレートがロール上に溜まった水の上方に浮遊してしまったり、ロール上に溜まった水とＮＧＨが混ざり水分の多い状態となることがなくなる。

本発明によって、ロール上に水分が溜まることなく排水され、ロール上にガスハイドレートが確実に供給されるようになるので、ロールの空回りや強度不足のペレット体が生産されたりすることがなくなる。従って、高品質のペレット体を、生産効率が低下することなく連続して安定的に製造することができる。
［実施例２］
本実施例においては、図６〜図９に示すように、成形装置３におけるロール７の成形凹部７ａと排水溝１７との間に、ガスハイドレートと水分とを分離するメッシュ体２１を設けている。

図６に示すように、ロール７の表面に多数の成形凹部７ａが形成され、この成形凹部７ａに連通すると共にロール７の表面の円周に沿って形成された排水溝１７が形成されてい
る。また、排水溝１７と成形凹部７ａとは、連通部１６を介して連通されている。

更に、成形凹部７ａと排水溝１７との間には、メッシュ体２１が設けられており、図７〜図９に示すように、成形凹部７ａ内に充填されたガスハイドレートｈ２と、このハイドレートｈ２より排出された水分ｗ３とを分離するようになっている。

前記メッシュ体２１としては、本実施例においては、目の粗さは３０〜８０メッシュ程度のステンレス製メッシュなど、φ０．２ｍｍ〜０．７ｍｍ程度の開孔のパンチングメタルなどを使用することができる。

本実施例により、メッシュ体２１がガスハイドレートと水分とを区分するので、圧縮成型時にガスハイドレート粒子が流出しなくなる。よって、図１０に示すように、排水溝１７と成形凹部７ａとの連通部１６を複数形成することもでき、排水効率を向上させることができる。
［実施例３］
本実施例は、図１１に示すように、成形装置３のロール７の表面に透水層２２を形成している。この透水層２２には、燒結金属、シリカ、アルミナ、セラミック、ガラス、樹脂等の多孔質体を使用することができ、燒結金属としては、ステンレスや銅合金の粉末（１０μｍ〜１ｍｍ）をプレス成型後、高温焼結したものが使用される。セラミックとしてはアルミナ、シリカ、ガラス等が使用される。樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等が使用できる。

本実施例により、ロール表面の全体から水分が排出されるようになるので、効率よく排水できるようになり、生産量を増加することができる。

また、排水溝を形成したり、メッシュ体を設けることなく、ガスハイドレートより分離された水分を排水することができるようになる。
［実施例４］
本実施例における成形装置３のロール７は、図１２に示すように幅方向に、成形凹部７ａが２列となるように形成している。

本実施例においては、成形凹部７ａと排水溝１７との連通部１６は、成形凹部７ａと排水溝１７とが近接している側のもの同士が連通部１６を介して連通している。このように構成されたロール７により、前述の実施例よりも多数のペレット体１１を製造することができる。

Ｂ ブロワ
Ｐ１ スラリポンプ
Ｐ２ ポンプ
ｈ ハイドレート結晶
ｈ１ ハイドレートスラリ
ｈ２ 脱水ハイドレート
ｈ３ ハイドレートペレット体
ｇ１ 原料ガス
ｗ１ 原料水
ｗ２ 排水
ｗ３ 圧搾水
Ｌ１ 原料ガス供給管
Ｌ２ 原料水供給管
Ｌ３ ガス循環管
Ｌ４ スラリ輸送管
Ｌ５ 排水還流管
Ｌ６ ハイドレート輸送管
Ｌ８ 排水管
１ 生成装置
１Ａ 耐圧容器
１Ｂ 撹拌翼
１Ｃ スページャ
２ 脱水装置
２Ａ 本体
２Ｂ 脱水室
２Ｃ スクリューフィーダ
３ 成形装置
３Ａ 電動機
６ 受入室
７ ロール
７ａ 成形凹部
９ 押込装置
１０ 収容室
１０ａ 受タンク
１２ ガイド管
１６ 縮小部
１７ 排水溝
２１ メッシュ体
２２ 透水層

Claims (1)

1. 原料ガスと原料水とを水和反応させて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ガスハイドレートに含まれる水を脱水する脱水装置と、該脱水装置で脱水されたガスハイドレートを圧縮成形する成形装置とを備え、該成形装置は、脱水後のガスハイドレートを導入する漏斗形状の受入室と、該受入室の下部に配置された一対のロールとを有し、前記一対のロールは、脱水後のガスハイドレートを圧縮成形する複数の成形凹部を前記ロールの円周面上に有すると共に、ガスハイドレートを圧縮成形する際に生ずる水を排出する排水手段を有しているガスハイドレートの製造装置において、前記成形装置における一対のロールの下方にガスハイドレートから分離された水の受タンクを設け、該受タンクの底面に、ガスハイドレートから分離された水にペレット体を濡らすことなく前記受タンクの外へ案内するガイド管を立設したことを特徴とするガスハイドレートの製造装置。

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