JP5934131B2

JP5934131B2 - ガスハイドレート生成装置

Info

Publication number: JP5934131B2
Application number: JP2013055939A
Authority: JP
Inventors: 高橋　正浩; 正浩高橋; 英教守屋; 永田　徹; 徹永田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014181200A

Description

本発明は原料水と原料ガスとの水和反応によりガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置に関する。

従来、原料水と原料ガスとの水和反応によりガスハイドレートを生成する管路と、この管路の外側に設けた管状の冷却ジャケットからなる二重管型のガスハイドレート製造装置において、前記管路内にコイルバネを挿入し、かつ、その前後両端を前記管路に固定させたガスハイドレート製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記コイルバネは、原料水や原料ガスの乱流を促進し、原料ガスを分散させることにより、ガスハイドレートの生成を促進する一方、振幅によって管路の内壁に付着したガスハイドレートを掻き取り、管路の閉塞を防止する効果もある。

しかしながら、従来の技術では、管路の内壁に付着したガスハイドレートの掻き取り機能や付着防止機能が十分ではなく、管路の内壁にガスハイドレートが付着することに起因する圧力損失の増加が起こっている。

特開２０１２−１６２６０６号公報

本発明は、従来技術の問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、管路の内壁に付着したガスハイドレートの掻き取り機能、あるいは、ガスハイドレートの付着防止を、より効果的に行うことができるガスハイドレート生成装置を提供することにある。

本発明のガスハイドレート生成装置は、入り口から出口に向かって水と原料ガスとの混合物を流す管路と、この管路に巻装され前記管路の外周に冷却媒体を流すジャケットとからなるチューブラリアラクタユニットを有するガスハイドレート生成装置において、前記管路の前記入り口に設置され前記管路の直径方向に延在するピンと、このピンに前端部が固定され前記管路の前記出口の側に後端部が非固定状態で配置されるコイルバネからなる第１ガスハイドレート掻取り手段と、このコイルバネの前記前端部の近傍に設置され前記管路を流れる前記水及び前記原料ガスの流れによって前記コイルバネを周方向に回転させる構成を有する撚り戻し手段とを備えていて、前記コイルバネが前記水及び前記原料ガスの流れる方向に振幅するとともに前記直径方向に揺動する構成を有していて、前記コイルバネと前記管路の内壁面との間に配置され前記管路の長手方向に延在する複数本の短冊型の掻き取り板からなり前記管路の内周方向に回転する第２ガスハイドレート掻取り手段、または、前記管路の前記長手方向において前記コイルバネの前記後端部の外側に配置されるピストンからなり前記管路の前記長手方向に沿って往復運動する第２ガスハイドレート掻取り手段を備えていて、前記管路の前記出口の側に配置され前記第２ガスハイドレート掻取り手段を回転または往復運動させる外部駆動装置を備えることを特徴とする。

第２ガスハイドレート掻取り手段が複数本の短冊型の掻き取り板からなり、管路の直径方向に延在して管路の出口の側となる掻き取り板の後端部どうしを連結する支柱と、管路の出口の側となる後端部を塞ぐ鏡板と、この鏡板を貫通するとともに一端を支柱に連結される回転軸と、鏡板から管路の外側に突出した回転軸の他端を収納する収納ボックスとを備えていて、外部駆動装置を収納ボックスの外側から収納ボックスの内側の回転軸の他端に回転力を付与するマグネット回転機構で構成することができる。

管路のなかに配置され管路の長手方向を中心軸とする２個のリングを有していて、一方のリングが管路の出口の側となる掻き取り板の後端部どうしを連結するとともに支柱を固定される構成を有し、他方のリングが管路の入り口の側となる掻き取り板の前端部どうしを連結する構成にすることができる。

第２ガスハイドレート掻取り手段が管路のなかの出口の側に配置されるピストンからなり、管路の出口の側の側面を管路の外側から内側に向かって貫通する回転軸と、管路の内側となる回転軸の一端に内端部が固着されピストンの出口の側となる背面に外端部が接続される渦巻ばねとを備えていて、外部駆動装置を管路の外側から回転軸の他端に回転力を付与するマグネット回転機構で構成することができる。

ピストンが、管路の入り口の側となる前面に形成されている凹面と、背面に形成されている凸面と、周辺部に形成されているガスハイドレート掻き取り刃と、前面から背面に水および原料ガスを通過させる複数の貫通孔とを備える構成にすることができる。

本発明は、水と原料ガスとの混合物が流れる管路の外周に冷却媒体を流すジャケットを巻装してチュ−ブラリアラクタユニットと成したガスハイドレート生成装置において、前記管路の入り口に第１ガスハイドレート掻取り手段であるコイルバネの前端部を固定し、更に、前記管路内に、複数本の短冊型の掻き取り板からなり、かつ管路の長手方向に配設されると共に管路の内周方向に回転する第２ガスハイドレート掻取り手段又は管路の長手方向に往復運動するピストン型の第２ガスハイドレート掻取り手段を設け、かつ、前記管路の出口側に前記第２ガスハイドレート掻取り手段を回転又は往復運動させる外部駆動装置を設けたので、第１及び第２の２つのガスハイドレート掻取り手段の共同作業によってガスハイドレートの付着を抑制することができる。また、管路の内壁にガスハイドレートが付着した場合でも、第２ガスハイドレート掻取り手段によって管路の内壁に付着したガスハイドレートを強制的に掻き取ることができる。

本発明に係るガスハイドレート生成装置の第１実施形態を示す断面図である。短冊型の第２ガスハイドレート掻取り手段の変形例を示す斜視図である。コイルバネの断面図である。本発明に係るガスハイドレート生成装置の第２実施形態を示す断面図である。ピストン型の第２ガスハイドレート掻取り手段の正面図である。

以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明のガスハイドレート生成装置１は、少なくとも１つのチュ−ブラリアラクタユニット１１により構成されている。チュ−ブラリアラクタユニット１１は、水Ｗと原料ガスＧとの混合物が流れる管路２の外周に、冷却媒体Ｒを流すジャケット３が巻装されている。原料ガスＧとしては、天然ガスや二酸化炭素ガスなど、水と水和反応するガスを挙げることができる。

チュ−ブラリアラクタユニット１１のジャケット３は、チュ−ブラリアラクタユニット１１の出口付近に冷却媒体Ｒを供給する供給管４を備え、チュ−ブラリアラクタユニット１１の入り口付近に冷却媒体Ｒを排出する排出管５を備えている。供給管４から供給された冷却媒体Ｒは、ジャケット３を通過して排出管５から排出される間にガスハイドレートの生成熱を除去するようになっている。

チュ−ブラリアラクタユニット１１は、管路２内に、第１ガスハイドレート掻取り手段であるコイルバネ６を設けている。コイルバネ６は、その前端部６ａを管路２の入り口７に設けた直径方向のピン９に取り付け、後端部６ｂをフリー（非固定）にしている。コイルバネ６は、前端部付近にサルカン（撚り戻し手段）１０を設けてコイルバネ６自身の回転を妨げないようにしている。また、コイルバネ６は、図３に示すように、ガスハイドレート掻き取り片１３を所定の間隔で装着してもよい。符号８は管路２の出口である。

管路２は、直径２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度が望ましい。管径が太すぎると冷却媒体Ｒによる冷却効率が低下し、細すぎると管の閉塞が発生し易くなる。他方、コイルバネ６のコイル径は、管路２の内径の５０％〜９５％、若しくは、６０％〜８０％が好ましい。また、コイルバネ６のコイル長は、管路２の長さの８０％〜１００％が好ましい。

第１の実施形態では、管路２内に短冊型の第２ガスハイドレート掻取り手段２０ａを設けている。この第２ガスハイドレート掻取り手段２０ａは、複数本（図では、２本）の短冊型の掻き取り板２１からなり、掻き取り板２１の後端部は、直径方向の支柱２２によって接続されている。支柱２２の中央には、管路２の後端部を塞いでいる鏡板２３を貫通する回転軸２４が固定されている。上記掻き取り板２１は、管路２の長手方向に配設されている。

回転軸２４は、上記鏡板２３に密着させたシリンダー状の収納ボックス２５内に収納され、その後端部に円柱状の磁性体２６を装着している。前記収納ボックス２５の外側には、外部駆動装置であるマグネット回転機構２７を設けている。このマグネット回転機構２７は、常時、あるいは、間欠的に駆動する。

ここで、管路２の内壁と掻き取り板２１との間の隙間は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲、若しくは０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲が好ましい。管路２の内壁と掻き取り板２１との間の隙間が０．５ｍｍ未満の場合は、第２ガスハイドレート掻取り手段２０ａの回転時に掻き取り板２１が管路２の内壁に接触する虞がある。他方、管路２の内壁と掻き取り板２１との間の隙間が１ｍｍを超える場合は、ガスハイドレートの掻き取り量が少ないことから冷却媒体Ｒによる除熱効果が低下する。

上記チュ−ブラリアラクタユニット１１の上流には、水Ｗと原料ガスＧを混合してチュ−ブラリアラクタユニット１１に供給する供給手段（図示せず）が設けられている。この供給手段から供給された水Ｗと原料ガスＧを混合物は、所定の圧力（例えば、５．０ＭＰａ〜６．５ＭＰａ）及び温度（例えば、３℃〜９℃）でチュ−ブラリアラクタユニット１１の管路２内を通過しながら反応してガスハイドレートとなり、水Ｗと原料ガスＧとガスハイドレートが混在したガスハイドレートスラリーＳが出口８から次工程に供給される。ガスハイドレートの生成過程において発生する生成熱は、ジャケット２３を流れる冷却媒体Ｒによって除去される。

管路２内のコイルバネ（第１ガスハイドレート掻取り手段）６は、管路２内を流れる原料水Ｗや原料ガスＧの流れによって原料水Ｗや原料ガスＧの流れる方向に振幅する。その際、原料水Ｗや原料ガスＧの乱流が促進されて原料ガスＧが分散されることから、ガスハイドレートの生成が促進される。また、コイルバネ６の振幅によって管路２の内壁にガスハイドレートが付着し難くなる。また、管路２の内壁に付着したガスハイドレートが掻き取られ、管路２の閉塞が防止される。

他方、管路２内の短冊型の第２ガスハイドレート掻取り手段２０ａは、管路２の外部にあるマグネット回転機構２７によって強制的に回転され、複数本の短冊型の掻き取り板２１によって管路２の内壁に付着したガスハイドレートが強制的に掻き取られる。

図２は、第２ガスハイドレート掻取り手段２０ａの変形例を示している。この変形例は、複数本（図では、２本）の短冊型の掻き取り板２１の前後両端を２個のリング２８ａ，２８ｂによって固定すると共に、後方のリング２８ｂに直径方向の支柱２２を介して回転軸２４を設けている。この掻き取り板２１は、半径方向の先端部に掻き取り刃２９を設けているため、ガスハイドレートの掻き取り能力がアップする。

図４及び図５は本発明に係るガスハイドレート生成装置の第２の実施形態を示している。この実施形態は、第２ガスハイドレート掻取り手段として、ピストン型の第２ガスハイドレート掻取り手段２０ｂを用いた点が第１の実施形態のものと異なる。その他の構造は、第１の実施形態のものと変わりがないため、同じ部品に同じ符号を付けて詳しい説明を省略する。

このピストン型の第２ガスハイドレート掻取り手段２０ｂは、管路２内に設けたピストン３１と、管路２の出口８側に設けた渦巻ばね３２によって構成されている。渦巻ばね３２の外端部は、ピストン３１の背面に接続され、渦巻ばね３２の内端部は、管路２の側面を貫通している回転軸２４に固着されている。回転軸２４は、マグネット回転機構２７によって回転されるようになっている。

上記ピストン３１は、パラボラアンテナ型、あるい、陣笠状に形成され、その凹面側が管路２の入り口７の方を向くように管路２内に収容されている。その上、ピストン３１は、周辺部にガスハイドレート掻き取り刃２９を設けると共に、腹部に水Ｗや原料ガスＧを通すための複数の貫通孔３３を設けている。上記ピストン３１は、前進時に、ガスハイドレート掻き取り刃２９によって管路２の内璧に付着しているガスハイドレートを掻き取る。ここで、管路２の内壁とピストン３１の掻き取り刃２９との間の隙間は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲、若しくは０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲が好ましい。管路２の内壁とピストン３１の掻き取り刃２９との間の隙間が０．５ｍｍ未満の場合は、ピストン３１の前進時に掻き取り板２９が管路２の内壁に接触する虞がある。他方、管路２の内壁とピストン３１の掻き取り刃２９との間の隙間が１ｍｍを超える場合は、ガスハイドレートの掻き取り量が少ないことから冷却媒体Ｒによる除熱効果が低下する。

Ｗ水
Ｇ原料ガス
２管路
３ジャケット
６コイルバネ
７入り口
８出口
１１チュ−ブラリアラクタユニット
２０ａ，２０ｂ第２ガスハイドレート掻取り手段
２１掻き取り板
２７外部駆動装置

Claims

入り口から出口に向かって水と原料ガスとの混合物を流す管路と、この管路に巻装され前記管路の外周に冷却媒体を流すジャケットとからなるチューブラリアラクタユニットを有するガスハイドレート生成装置において、
前記管路の前記入り口に設置され前記管路の直径方向に延在するピンと、このピンに前端部が固定され前記管路の前記出口の側に後端部が非固定状態で配置されるコイルバネからなる第１ガスハイドレート掻取り手段と、このコイルバネの前記前端部の近傍に設置され前記管路を流れる前記水及び前記原料ガスの流れによって前記コイルバネを周方向に回転させる構成を有する撚り戻し手段とを備えていて、前記コイルバネが前記水及び前記原料ガスの流れる方向に振幅するとともに前記直径方向に揺動する構成を有していて、
前記コイルバネと前記管路の内壁面との間に配置され前記管路の長手方向に延在する複数本の短冊型の掻き取り板からなり前記管路の内周方向に回転する第２ガスハイドレート掻取り手段、または、前記管路の前記長手方向において前記コイルバネの前記後端部の外側に配置されるピストンからなり前記管路の前記長手方向に沿って往復運動する第２ガスハイドレート掻取り手段を備えていて、
前記管路の前記出口の側に配置され前記第２ガスハイドレート掻取り手段を回転または往復運動させる外部駆動装置を備えることを特徴とするガスハイドレート生成装置。
前記第２ガスハイドレート掻取り手段が複数本の短冊型の前記掻き取り板からなり、
前記管路の前記直径方向に延在して前記管路の前記出口の側となる前記掻き取り板の後端部どうしを連結する支柱と、前記管路の前記出口の側となる後端部を塞ぐ鏡板と、この鏡板を貫通するとともに一端を前記支柱に連結される回転軸と、前記鏡板から前記管路の外側に突出した前記回転軸の他端を収納する収納ボックスとを備えていて、
前記外部駆動装置が前記収納ボックスの外側から前記収納ボックスの内側の前記回転軸の他端に回転力を付与するマグネット回転機構で構成される請求項１に記載のガスハイドレート生成装置。
前記管路のなかに配置され前記管路の前記長手方向を中心軸とする２個のリングを有していて、
一方の前記リングが前記管路の前記出口の側となる前記掻き取り板の後端部どうしを連結するとともに前記支柱を固定される構成を有し、
他方の前記リングが前記管路の前記入り口の側となる前記掻き取り板の前端部どうしを連結する構成を有する請求項２に記載のガスハイドレート生成装置。
前記第２ガスハイドレート掻取り手段が前記管路のなかの前記出口の側に配置されるピストンからなり、
前記管路の前記出口の側の側面を前記管路の外側から内側に向かって貫通する回転軸と、前記管路の内側となる前記回転軸の一端に内端部が固着され前記ピストンの前記出口の側となる背面に外端部が接続される渦巻ばねとを備えていて、
前記外部駆動装置が前記管路の外側から前記回転軸の他端に回転力を付与するマグネット回転機構で構成される請求項１に記載のガスハイドレート生成装置。
前記ピストンが、前記管路の前記入り口の側となる前面に形成されている凹面と、前記背面に形成されている凸面と、周辺部に形成されているガスハイドレート掻き取り刃と、前記前面から前記背面に前記水および前記原料ガスを通過させる複数の貫通孔とを備える請求項４に記載のガスハイドレート生成装置。