JP5529504B2 - 混合ガスハイドレート製造プラントの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、混合ガスを水と反応させて混合ガスハイドレートを生成する混合ガスハイドレート製造プラントの運転方法に関するものである。

従来、天然ガスと水とを氷点よりも高温、かつ、大気圧よりも高圧下で反応させ、水を凍らせることなく天然ガスハイドレートを生成し、生成された天然ガスハイドレートを物理的に脱水し、さらに、この物理脱水の過程もしくは脱水後において天然ガスハイドレートに含まれる残存水分を天然ガスと反応させて天然ガスハイドレートを生成することによって天然ガスハイドレートの含水率を低下させ、これを氷点よりも低温にまで冷却したのち減圧する天然ガスハイドレートの生成システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この生成システムでは、物理脱水手段や輸送箇所等において、その気相が天然ガス組成である場合、そこに含まれる重質成分（エタン、プロパン、ブタンなど）により、新たにガスハイドレート生成が起こることもある。そうした場合、輸送不良等の運転トラブルを生ずる虞れがある。

このような運転トラブルの発生を抑制するには、生成工程よりも下流の設備の気相、ハイドレート、水を平衡状態、すなわち、気相を生成槽のガス組成にしておくことが必要であり、これに類似する発明としては、例えば、特許文献２が知られている。しかし、この発明は、生成槽に供給する混合ガスを混合ガスの主成分で稀釈調整するための付帯設備、すなわち、制御系を含めた付帯設備が大掛かりになるに加え、生成条件での平衡組成に調整することが困難であり、下流設備での前記ガスハイドレート生成の虞れが依然として残ることなどの課題がある。

特開２００３−１０５３６２号公報 特開２００８−２４８１９０号公報

本発明は、このような課題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、原料ガスの稀釈化設備を用いずに設備のシンプル化を図ること、及び、下流工程の気相を生成工程の気相と同じ平衡状態の組成にすることで、ガスハイドレート製造設備の運転を安定化させることができる混合ガスハイドレート製造プラントの運転方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、混合ガスハイドレート生成工程の気相部の気相ガスを、気相部どうしを連通する配管によって脱水工程、成形工程及び冷却工程の気相部の順に導入し、更に、前記冷却工程の気相部の気相ガスを前記冷却工程の気相部と前記生成工程の気相部とを連通する循環パイプを経て前記生成工程の気相部に循環させることにより、前記脱水工程、成形工程及び冷却工程の気相部の気相ガスを前記生成工程の気相部の気相ガスと同じ平衡状態の組成にすることを特徴とするものである。

本発明は、混合ガスハイドレート生成工程の気相を下流工程の気相に循環させることにより、各工程の気相を生成工程の気相と同じ平衡状態の組成にするので、生成工程より下流の物理脱水設備や輸送設備で混合ガスハイドレートの新たな生成が抑制されて、混合ガスハイドレートの生成に起因する閉塞や機器の不具合など、運転トラブルが発生する虞れを未然に解消することができた。また、従来の発明のように、原料ガスを稀釈する設備が不要になり、設備のシンプル化を図ることができた。

本発明に係る混合ガスハイドレート製造プラントの運転方法の基本プロセスを示すブロック図である。 本発明に係る混合ガスハイドレート製造プラントの運転方法の実用化に向けたプロセスを示すブロック図である。 本発明に係る混合ガスハイドレート製造プラントの概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（１）実施形態１
図１に示すように、本発明に係る基本的な混合ガスハイドレート生成プラントＡは、ガスハイドレート生成槽１及び脱水塔２より構成され、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａは、第１配管２５ａを介して脱水塔２の気相部２ａと連通し、脱水塔２の気相部２ａは、第２配管３０ａとブロア５１と循環パイプ５２とを介してガスハイドレート生成槽１の気相部１ａと連通している。

他方、ガスハイドレート生成槽１の固液部１ｂは、第５配管２５ｂを介して脱水塔２の固液部２ｂと連通し、脱水塔２の固液部２ｂは、第６配管３０ｂを介して次工程の設備と連通している。また、ガスハイドレート生成槽１は、原料ガス供給管７及び原料水供給管８を具備すると共に、固液相を攪拌する攪拌機（図示せず）を備えている。

次に、上記混合ガスハイドレート生成プラントの運転方法を説明する。原料ガス供給管７からガスハイドレート生成槽１内に供給された混合ガス、例えば、天然ガスｇは、原料水供給管８から供給された水ｗと反応して天然ガスハイドレートになる。ガスハイドレート生成槽１内の天然ガスハイドレートは、水ｗと一緒に脱水塔２に供給されて脱水される。脱水された天然ガスハイドレートｎは、第６配管３０ｂを経て次工程の設備に導出される。

他方、ブロア５１を駆動することによってガスハイドレート生成槽１の気相部１ａ内の未反応ガスは、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａ、第１配管２５ａ、脱水塔２の気相部２ａ、第４配管３０ａ、ブロア５１及び循環パイプ５２を経てガスハイドレート生成槽１の気相部１ａに強制的に循環される。

したがって、脱水塔２の気相部２ａの気相が、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａの気相（未反応ガス）と同じ平衡状態の組成になることから、脱水塔２などの下流設備における新たなガスハイドレートの生成が抑制され、閉塞や機器の不具合など、運転上のトラブルが抑制される。

尚、原料ガス供給管７に循環パイプ５２を接続し、原料ガス供給管７によって供給される天然ガスｇに循環パイプ５２によって循環される未反応ガスを予混合しても同様の効果が得られる。

（２）実施形態２
図２に示すように、本発明に係る混合ガスハイドレート生成プラントＡ’は、ガスハイドレート生成槽１、脱水塔２、ペレット成形装置３及びペレット冷却槽４により構成され、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａは、第１配管２５ａを介して脱水塔２の気相部２ａと連通し、脱水塔２の気相部２ａは、第２配管３０ａを介してペレット成形装置３の気相部３ａと連通し、ペレット成形装置３の気相部３ａは、第３配管３４ａを介してペレット冷却槽４の気相部４ａと連通し、ペレット冷却槽４の気相部４ａは、第４配管４３ａとブロア５１と循環パイプ５２とを介してガスハイドレート生成槽１の気相部１ａと連通している。

他方、ガスハイドレート生成槽１の固液部１ｂは、第５配管２５ｂを介して脱水塔２の固液部２ｂと連通し、脱水塔２の固液部２ｂは、第６配管３０ｂを介してペレット成形装置３の固液部３ｂと連通し、ペレット成形装置３の固液部３ｂは、第７配管３４ｂを介してペレット冷却槽４の固液部４ｂと連通し、ペレット冷却槽４の固液部４ｂは、第８配管４３ｂを介して次工程の設備と連通している。

また、ガスハイドレート生成槽１は、原料ガス供給管７及び原料水供給管８を具備すると共に、固液相を攪拌する攪拌機（図示せず）を備えている。

次に、上記混合ガスハイドレート生成プラントの運転方法を説明する。原料ガス供給管７からガスハイドレート生成槽１内に供給された混合ガス、例えば、天然ガスｇは、原料水供給管８から供給された水ｗと反応して天然ガスハイドレートになる。ガスハイドレート生成槽１内の天然ガスハイドレートは、水ｗと一緒に脱水塔２に供給されて脱水される。脱水された天然ガスハイドレートは、第６配管３０ｂを経てペレット成形装置３に供給されて所定の形状及び寸法のペレットに成形される。ペレットは、第７配管３４ｂを経てペレット冷却槽４に供給されて所定の温度に冷却される。冷却されたペレットｐは、第８配管４３ｂを経て次工程の設備に導出される。

他方、ブロア５１を駆動することによってガスハイドレート生成槽１の気相部１ａ内の未反応ガスは、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａ、第１配管２５ａ、脱水塔２の気相部２ａ、第２配管３０ａ、ペレット成形装置３の気相部３ａ、第３配管３４ａ、ペレット冷却槽４の気相部４ａ、第４配管４３ａ、ブロア５１及び循環パイプ５２を経てガスハイドレート生成槽１の気相部１ａに強制的に循環される。

したがって、脱水塔２の気相部２ａ、ペレット成形装置３の気相部３ａ、ペレット冷却槽４の気相部４ａの気相が、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａの気相（未反応ガス）と同じ平衡状態の組成になることから、脱水塔２、ペレット成形装置３、ペレット冷却槽４などの下流設備における新たなガスハイドレートの生成が抑制され、閉塞や機器の不具合など、運転上のトラブルが抑制される。

尚、原料ガス供給管７に循環パイプ５２を接続し、原料ガス供給管７によって供給される天然ガスｇに循環パイプ５２によって循環される未反応ガスを予混合しても同様の効果が得られる。

（３）実施形態３
本発明の混合ガスハイドレート生成プラントＡ”は、図３に示すように、ガスハイドレート生成槽１と、脱水塔２と、ペレット成形装置３と、ペレット冷却槽４と、ペレット貯槽５と、脱圧装置６により構成されている。

ガスハイドレート生成槽１は、攪拌機１２を具備すると共に、その下方にガス噴出ノズル１３を備えている。このガスハイドレート生成槽１は、その頂部１１ａに原料ガス供給管７及び原料水供給管８を備えている。原料ガス供給管７は、流量調整弁９を備え、原料水供給管８は、バルブ１０を備えている。

ガスハイドレート生成槽１は、その頂部１１ａとガス噴出ノズル１３とを連通するガス循環路１４を具備し、気相部１ａの未反応ガスｇ’を第１ブロワ１５によってガス噴出ノズル１３に供給すると共に、第１冷却器１６によって所定の温度に冷却するようにしている。ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａは、第１配管２５ａを介して脱水塔２の気相部２ａと連通している。

他方、ガスハイドレート生成槽１の底部１１ｂは、スラリーポンプ２４を備えた第５配管（スラリー供給管）２５ｂを介して脱水塔２の底部２１ａと連通し、スラリー供給管２５ｂから分岐したスラリー循環路２６は、ガスハイドレート生成槽１の側面に接続している。スラリー循環路２６は、第２のスラリーポンプ２７及び第２冷却器２８を備え、スラリー循環路２６を通過するスラリーｓを冷却するようになっている。

上記脱水塔２は、筒状の縦型の塔体２１と、塔体２１の外側に同心状に設けた中空状の排水部２２と、排水部２２に対峙する塔体部分に設けたスクリーン２３によって構成され、排水部２２は、排水管２９を介してスラリー循環路２６に連通している。脱水塔２は、第６配管（スクリューフィーダー）３０ｂによって脱水されたガスハイドレートｎをペレット成形装置３に供給するようになっている。また、脱水塔２の気相部２ａ及び排水部２２の気相部２ａは、第２配管３０ａを介してペレット成形装置３の気相部３ａと連通している。

上記ペレット成形装置３は、耐圧容器３１内に一対のブリケッティングロール３２，３２を設けた高圧ペレタイザであり、粉末状のガスハイドレートを所定の形状のペレット（例えば、レンズ型、アーモンド型、ピロー型など）ｐに形成するようになっている。また、ペレット成形装置３の気相部３ａは、第３配管３４ａを介してペレット冷却槽４の気相部４ａと連通している。また、ペレット成形装置３の下端部は、第７配管（ペレット払い出しダクト）３４ｂを介してペレット冷却槽４の上端部に接続している。

上記ペレット冷却槽４は、ホッパー状の中空容器４１と、その外側に設けた冷却ジャケット４２より構成され、冷却ジャケット４２によって中空容器４１内のペレットｐを冷却するようになっている。また、ペレット冷却槽４は、第４配管４３ａ及び第２ブロワ５１を備えた循環パイプ５２を介してガスハイドレート生成槽１の頂部１１ａに接続している。

上記ペレット冷却槽４の下端部とペレット貯槽５の上端部とを連通する第８配管（ダクト）４３ｂの中間部に設けた脱圧装置６は、筒状容器６１の上部に上部バルブ６２を設け、筒状容器６１の下部に下部バルブ６３を設けている。

次に、混合ガスハイドレート生成プラントの運転方法について説明する。

先ず、スラリー循環路２６に設けた第２スラリーポンプ２７と第２冷却器２８を駆動してガスハイドレート生成槽１内の水ｗを所定の温度（例えば、３℃）に冷却する。

次に、原料ガス供給管７から所定圧（例えば、５ＭＰａ）の混合ガス、例えば、天然ガスｇをガスハイドレート生成槽１に供給しながらガス循環路１４に設けた第１ブロワ１５と第１冷却器１６を駆動してガスハイドレート生成槽１の気相部１ａの未反応ガスｇ’をガス噴出ノズル１３に供給する。

ガス噴出ノズル１３に供給された天然ガスｇは、無数の微細な気泡となって水ｗ内に噴出され、更に、攪拌機１２によって攪拌されるため、水ｗと水和反応して天然ガスハイドレートに成る。

天然ガスの組成は、メタン８６．８８％、エタン５．２０％、プロパン１．８６％、ｉ−ブタン０．４２％、ｎ−ブタン０．４７％、ｉ−ペンタン０．１５％、ｎ−ペンタン０．０８％、二酸化炭素１％、・・・であるが、エタン、プロパンなどの重質部は、水と反応し易いために、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａ内の気相は、メタンリッチになる。

天然ガスハイドレートは、水ｗと共にスラリーｓを構成し、スラリーポンプ２４によって脱水塔２の底部２１ａに供給される。脱水塔２によって脱水されたガスハイドレートｎは、脱水塔２の上部から第６配管（スクリューフィーダー）３０ｂを通ってペレット成形装置３に供給され、所定の形状・寸法のペレットｐに加工される。

ペレット成形装置３によって成形されたペレットｐは、第７配管（ペレット払い出しダクト）３４ｂを通ってペレット冷却槽４に供給され、所定の温度（例えば、−２０℃）に冷却される。ペレット冷却槽４によって冷却されたペレットｐは、脱圧装置６によって所定圧（例えば、大気圧より少し高圧）まで脱圧されてペレット貯槽５に貯蔵される。

他方、第２ブロア５１が駆動されているため、ガスハイドレート生成槽１の気相部１ａ内の未反応ガスｇ’は、第１配管２５ａ、脱水塔２の気相部２ａ、第２配管３０ａ、ペレット成形装置３の気相部３ａ、第３配管３４ａ、ペレット冷却槽４の気相部４ａ、第４配管４３ａ及び循環パイプ５２を経てガスハイドレート生成槽１の気相部１ａに強制的に戻される。

したがって、脱水塔２の気相部２ａ、ペレット成形装置３の気相部３ａ、ペレット冷却槽４の気相部４ａの気相が、ガスハイドレート生成器１の気相部１ａの気相（未反応ガスｇ’）と同じ平衡状態の組成になることから、脱水塔２、ペレット成形装置３、ペレット冷却槽４、或いは、第１〜第４配管２５ａ，３０ａ，３４ａ，４３ａなどの下流設備における新たなガスハイドレートの生成が抑制され、閉塞や機器の不具合など、運転上のトラブルが抑制される。

尚、原料ガス供給管７に循環パイプ５２を接続し、原料ガス供給管７によって供給される天然ガスｇに循環パイプ５２によって戻される未反応ガスｇ’を予混合しても同様の効果が得られる。

１ ガスハイドレート生成槽
２ 脱水塔
３ ペレット成形装置
４ ペレット冷却槽

Claims (1)

1. 混合ガスハイドレート生成工程の気相部の気相ガスを、気相部どうしを連通する配管によって脱水工程、成形工程及び冷却工程の気相部の順に導入し、更に、前記冷却工程の気相部の気相ガスを前記冷却工程の気相部と前記生成工程の気相部とを連通する循環パイプを経て前記生成工程の気相部に循環させることにより、前記脱水工程、成形工程及び冷却工程の気相部の気相ガスを前記生成工程の気相部の気相ガスと同じ平衡状態の組成にすることを特徴とする混合ガスハイドレート製造プラントの運転方法。

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