(57)【要約】【課題】高圧下におけるガスハイドレートを大気圧等の低圧にまで脱圧する装置を提供する。【解決手段】上部にガスハイドレートが供給される供給口と、下部にガスハイドレートが排出される排出口とを有する円筒形ケーシングの中央に羽根車が軸支されていると共に、その羽根車により複数のガスハイドレート収容室がケーシング内に形成されており、前記供給口と排出口とを結ぶ軸線に対して複数の対向する収容室同士が均圧される均圧回路が設けられ、更に、排出口側の均圧回路にコンプレッサが設けられている。【選択図】図１
2010229294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部にガスハイドレートが供給される供給口と、下部にガスハイドレートが排出される排出口とを有する円筒形ケーシングの中央に羽根車が軸支されていると共に、その羽根車により複数のガスハイドレート収容室がケーシング内に区画形成され、
更に、一方の収容室が供給室と連通し、且つ、他方の収容室が排出口と連通した状態において、
前記供給口より投入されたガスハイドレートを排出口へ移送する収容室と、排出口からガスハイドレートを排出して空となって供給口へ戻る収容室とを連通する均圧管が設けられ、前記排出口近傍のガスハイドレートを移送する収容室に連通する均圧管に圧縮機を設けたことを特徴とするガスハイドレートの脱圧装置。
【請求項２】
上部にガスハイドレートが供給される供給口と、下部にガスハイドレートが排出される排出口とを有する円筒形ケーシングの中央に羽根車が軸支されていると共に、その羽根車により複数のガスハイドレート収容室がケーシング内に区画形成され、
更に、一方の収容室が供給室と連通し、且つ、他方の収容室が排出口と連通した状態において、
前記供給口より投入されたガスハイドレートを排出口へ移送する収容室と、排出口からガスハイドレートを排出して空となって供給口へ戻る収容室とを連通する均圧管が設けられ、
前記均圧管は、前記移送する収容室が排出口へ移動するのに伴って階段状にその収容室の内圧を脱圧し、前記戻る収容室が供給口へ移動するのに伴って階段状にその収容室の内圧を昇圧するように、前記移送する収容室と戻る収容室とに連通し、
前記排出口近傍のガスハイドレートを移送する収容室に連通する均圧管に圧縮機を設けたことを特徴とするガスハイドレートの脱圧装置。
【請求項３】
前記均圧管にガスの流速を制限する調整装置が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレートの脱圧装置。
【請求項４】
高圧雰囲気のガスハイドレートを脱圧して低圧雰囲気下とする脱圧方法であって、
高圧雰囲気のガスハイドレートを収容室に供給する供給工程と、
収容室より高圧雰囲気のガスを段階的に排気してその収容室内の圧力を段階的に脱圧する脱圧工程と、
この脱圧工程で段階的に排気されたガスを、ガスハイドレートが排出された収容室へ段階的に供給してこの収容室の圧力を段階的に昇圧する昇圧工程と、
前記脱圧工程により脱圧された収容室のガスを圧縮機によりガスハイドレートが排出された収容室へ供給し、前記脱圧された収容室の圧力を低圧雰囲気と略均一圧力とする均圧工程と、
この均圧工程により低圧雰囲気と略均一圧力となった収容室からガスハイドレートを排出する排出工程とを備えることを特徴とするガスハイドレートの脱圧方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧下におけるガスハイドレートを大気圧等の低圧にまで脱圧する装置とその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クリーンエネルギーとして注目されているガスハイドレートは、例えば、５〜５．５ＭＰａ、２〜４℃の条件下において、原料ガス（メタンガス、プロパンガス、或いはこれらの混合ガス）と原料水との水和反応により生成される。また、生成したガスハイドレートは、スラリー状となっているので、これを脱水・成形し、ペレットなどの形状に成形して製品化される。
【０００３】
ところで、前記ガスハイドレートは、大気圧下でマイナス２０℃とすると自己保存効果と称される効果を発揮し、長期間にわたって保管できるという特性を有しており、また、生成圧力（５〜５．５ＭＰａ）の高圧下で保存・輸送した場合に、その高圧状態に維持するためのコストがかかる。
【０００４】
そのような背景から、生成されたガスハイドレートを生成圧力などの高圧から大気圧等の低圧にまで脱圧する方法が提案されている。一例としては、図４に示すように、ガス放出管を備えた２基の脱圧タンクを併設し、更に、その脱圧タンク同士を連通管で連結した脱圧装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、常圧下で貯蔵されたガスハイドレートペレットを分解させて再ガス化するために、高圧ガスタンクに供給する投入装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８１５８８号公報
【特許文献２】特開２００９−１３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の脱圧装置は、脱圧操作の度にガスが放出されてしまうので、ガスの消費量が甚だしい上に、放出ガスを再圧縮して高圧ガスとするための圧縮動力が過大となる問題があった。
【０００８】
また、特許文献２記載の投入装置は、ロータリーフィーダーのガスハイドレート収容室内の圧力と、大気圧の貯蔵槽内の圧力とに差圧があり、高圧の収容室から貯蔵槽へガスが放出されるので、その放出に伴ってガスが消費される上に、貯蔵槽から放出ガスを回収して再圧縮して高圧ガスとするための圧縮動力が過大となる問題があった。
【０００９】
本発明は、前述の従来技術の問題点である「低圧側へのガスの放出」を抑制し、かつ、「放出ガスの回収と再圧縮にかかる消費動力」の軽減を図り、ガスハイドレートを高圧から大気圧などの低圧へ脱圧する装置とその方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るガスハイドレートの脱圧装置は上記目的を達成するため、下記の如く構成されている。
（１）上部にガスハイドレートが供給される供給口と、下部にガスハイドレートが排出される排出口とを有する円筒形ケーシングの中央に羽根車が軸支されていると共に、その羽根車により複数のガスハイドレート収容室がケーシング内に区画形成され、更に、一方の収容室が供給室と連通し、且つ、他方の収容室が排出口と連通した状態において、前記供給口から排出口側へ向かうガスハイドレートが収容された収容室の内圧を階段状に脱圧すると共に、前記排出口から供給口へ向かうガスハイドレートが排出された収容室の内圧を階段状に昇圧する均圧管が設けられ、前記排出口近傍のガスハイドレートが収容された収容室に連通する均圧管に圧縮を設けたことを特徴としている。
（２）前記均圧管にガスの流速を制限する調整装置が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係るガスハイドレートの脱圧方法は上記目的を達成するため、下記の如く構成されている。
（３）高圧雰囲気のガスハイドレートを脱圧して低圧雰囲気下とする脱圧方法であって、
高圧雰囲気のガスハイドレートを収容室に供給する供給工程と、収容室より高圧雰囲気のガスを段階的に排気してその収容室内の圧力を段階的に脱圧する脱圧工程と、この脱圧工程で段階的に排気されたガスを、ガスハイドレートが排出された収容室へ段階的に供給してこの収容室の圧力を段階的に昇圧する昇圧工程と、前記脱圧工程により脱圧された収容室のガスを圧縮機によりガスハイドレートが排出された収容室へ供給し、前記脱圧された収容室の圧力を低圧雰囲気と略均一圧力とする均圧工程と、この均圧工程により低圧雰囲気と略均一圧力となった収容室からガスハイドレートを排出する排出工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガスハイドレート脱圧装置は、ガスハイドレートが収容された収容室の内圧を段階的に脱圧するので、排出口近傍の収容室の内圧と低圧側の圧力との差圧が小さくなる。そして、その差圧分だけ圧縮機が動作するので、従来よりも著しく圧縮機の消費動力が軽減される。
【００１３】
また、圧縮機により排出口近傍の収容室の内圧と、低圧側の圧力とが、ほぼ同一圧力となるので、収容室から低圧側へガスが放出されることがない。
【００１４】
従って、放出ガスを回収して再圧縮したり、放出ガスに伴うガスの消費といった従来の課題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るガスハイドレート脱圧装置の主要部の概略構成図である。
【図２】本発明に係るガスハイドレート脱圧装置における収容室の圧力変動を示す図である。
【図３】同伴ガスの圧縮比と昇圧コンプレッサの動力との関係を示す図である。
【図４】従来のガスハイドレート脱圧装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
本発明に係るガスハイドレート脱圧装置は、例えば、図１に示すように、粉体状あるいはスラリー状のガスハイドレートを生成雰囲気（例えば、５．４ＭＰａ、２〜４℃）で圧縮成形するペレタイザー６１によってガスハイドレートペレットｈが形成され、そのガスハイドレートペレットｈが冷却器を備えたスクリューコンベヤ６２によって自己保存効果を発揮するマイナス２０℃に冷却されて本発明に係る脱圧装置１に供給される。供給され
たガスハイドレートペレットｈは、均圧管１４，１５を介してガスが他の収容室に排気されて段階的に脱圧され、脱圧の最終段階でコンプレッサ１８によって大気圧にまで脱圧される。その大気圧となった状態でガスハイドレートペレットｈが排出され、ベルトコンベヤ６３により輸送船や貯蔵槽などに搬送される。
【００１８】
次に、本発明に係る脱圧装置１の動作と、脱圧の状態について図１及び図２を参照して説明する。
【００１９】
脱圧装置１のガスハイドレート収容室７は、図２のグラフに示されるように、ａ点〜ｄ点のように段階的に脱圧され、ｅ点〜ａ’点のように段階的に昇圧される。そして、圧縮機１８が動作するのはｃ点からｄ点までである。以降は、このようなサイクルの繰り返しによってガスハイドレートｈが高圧雰囲気より低圧雰囲気にまで脱圧される。
【００２０】
詳しくは、図２におけるａ点は、ガスハイドレートペレットｈを受け入れる状態にある収容室７ａ内の圧力を示している。この収容室７ａには、前述のペレタイザー６１で圧縮成形されたガスハイドレートペレットがスクリューコンベヤ型ペレット冷却器６２でマイナス２０℃に冷却されて供給される。収容室７ａの圧力は、生成圧力Ｐ１の５．４ＭＰａとなっている。
【００２１】
羽根車５が図１において時計回り方向に３０度回転して前記収容室７ａが収容室７ｂの位置に移動すると、均圧管１４を介して収容室７ｂ内のガスが収容室７ｆに排気され、図２に示すｂ点にまで圧力が低下する。この脱圧工程で収容室７ｂの圧力が１．９ＭＰａ（第１圧力Ｐ２）に脱圧される。
【００２２】
更に羽根車５が３０度回転して収容室７ｃの位置に移動すると、均圧管１５を介してその収容室７ｃ内のガスが収容室７ｅに排気され、図２のｃ点まで圧力が脱圧される。この脱圧工程で収容室７ｃの圧力が０．６ＭＰａ（第２圧力Ｐ３）に脱圧される。この脱圧がほぼ完了したことを均圧管１５に設けたガス流量計などの検出手段によって検知すると、圧縮機１８が作動し、収容室７ｃのガスが収容室７ｅに排気される。その圧縮機１８は、収容室７ｃの圧力Ｐ３が低圧雰囲気の圧力Ｐ４（大気圧）となるまで動作するようになっており、例えば、均圧管１５などに設けた圧力計により収容室７ｃの圧力が大気圧となったことが検知されるようになっている。
【００２３】
羽根車５が更に３０度回転して収容室７ｄの位置に移動すると共に、その収容室７ｄに収容されていたガスハイドレートペレットｈが排出口１２より排出され、下流側に設けられたベルトコンベヤ６３によって輸送船や貯蔵槽などへ移送される。前記供給管３１、排出管３２、ケーシング３などは、ガスハイドレートが自己保存効果を発揮するマイナス２０℃に維持されるようにジャケット式冷却手段を備えている。
【００２４】
次に、羽根車５が３０度回転して収容室７ｅの位置に移動すると、均圧管１５を介して前記収容室７ｃよりガスが流入し、図２のｆ点まで圧力が上昇する。この昇圧工程により収容室７ｃの圧力が大気圧から０．９ＭＰａ（第４圧力Ｐ５）に昇圧される。更に、前記圧縮機１８によって収容室７ｃ内のガスが流入し、収容室７ｅの圧力が図２のｇ点に示される１．１ＭＰａ（第５圧力Ｐ５）に昇圧される。
【００２５】
羽根車５が更に３０度回転して収容室７ｆの位置となると、均圧管１４を介して前記収容室７ｂよりガスが流入し、図２のｈ点まで圧力が上昇する。この昇圧工程により収容室７ｆの圧力が２．４ＭＰａ（第５圧力Ｐ６）に昇圧される。
【００２６】
そして、羽根車５が更に回転し、収容室７ａの位置に戻ると、供給管３１と収容室７ａ
とが連通して圧力が５．４ＭＰａに昇圧されると共に、ガスハイドレートペレットｈが収容室７ａに投入される。
【００２７】
このように、羽根車５の回転に伴って、上記のガスハイドレートペレット受入工程と、段階的に収容室の圧力を低下させる脱圧工程と、ガスハイドレートペレットの排出工程と、段階的に収容室の圧力を上昇させる昇圧行程とが繰り返され、高圧状態にあるガスハイドレートが大気圧等の低圧側に連続的に移送される。
【００２８】
更に、連続稼働した場合においては、収容室７ｂの内圧が５．４ＭＰａから２．４ＭＰａに脱圧され、収容室７ｃの内圧が２．４ＭＰａから０．７ＭＰａに脱圧される。更に圧縮機１８によって収容室７ｃの内圧が０．７ＭＰａから０．１ＭＰａに脱圧される。次いで、収容室７ｄでガスハイドレートｈが排出され、収容室７ｅの内圧が０．１ＭＰａから０．７ＭＰａに昇圧される。前記圧縮機１８により収容室７ｅの内圧が０．７ＭＰａから１．２ＭＰａに昇圧され、収容室７ｆの内圧が１．２ＭＰａから２．４ＭＰａに昇圧される。以降は、この圧力の増減を繰り返しながら、ガスハイドレートｈが高圧側から低圧側へ順次移送されるのである。
【００２９】
上記実施態様では、羽根車５の回転を便宜上３０度ごとに分けて解説しているが、羽根車５は電動機等により所定の速度で回転するように駆動されている。また、図２においては、収容室内の圧力変動を強調するために各工程毎に圧力をプロットしたものを採用したが、均圧管１４，１５にはガスの流速を制限する調整装置として調節弁が設けられており、急激な脱圧によるガスハイドレートの昇華ならびに気化を防止すると共に、急激な圧力の増減による収容室とケーシング並びに均圧管への衝撃を和らげている。また調節弁は制御装置により徐々に均圧管の流路を開放するようにし、連通開始時にはゆっくりとガスを流通させ、ある程度差圧が落ち着いてきたときに流路をほぼ開放するようにしている。
【００３０】
また、上記実施態様においては、図１に示すように収容室が６分割されたものについて説明しているが、８分割以上であったり、奇数に分割されたものであったりしても構わない。即ち、本発明に係る脱圧方法及び脱圧装置は、供給口から排出口側へ向かうガスハイドレートが収容された収容室の内圧を階段状に脱圧すると共に、前記排出口から供給口へ向かうガスハイドレートが排出された収容室の内圧を階段状に昇圧するのであるから、図１のように必ずしも線対称に収容室を均圧しなくてもよいのである。
【００３１】
［動力の計算］
昇圧コンプレッサの昇圧動力Ｗ（Ｊ／ｋｇ）と圧縮比とは、次式で表される。
【００３２】
2010229294.tif 000003
κ：断熱係数＝Ｃｐ／Ｃｖ＝１．２１（メタン）
Ｒ：ガス定数＝５１８．７［Ｊ／ｋｇ］
Ｔ：温度＝２５３〜２７３［Ｋ］
ガスハイドレートの充填率：５０％
【００３３】
前記計算式より、圧縮動力を縦軸に、圧縮比を横軸としたグラフは図３に示すような曲線を描く。そして、大気圧Ｐ４（０．１ＭＰａ）から生成圧力Ｐ１（５．４ＭＰａ）にま
で昇圧する従来の圧縮比は、５．４／０．１＝５４である。
【００３４】
一方、本発明に係るガスハイドレートの脱圧装置では、前述の通り０．７ＭＰａから１．２ＭＰａにまで昇圧するだけであるので、その圧縮比は、１．２／０．７＝１．７である。
【００３５】
図３より、従来の圧縮比５４における圧縮動力は４５０，０００［Ｊ／ｋｇ］であるのに対し、本発明に係る脱圧方法及び脱圧装置の圧縮比１．７における圧縮動力は６０，０００［Ｊ／ｋｇ］である。
【００３６】
従って、本発明に係る脱圧方法及び脱圧装置は、従来に対して圧縮動力が８７％も減少するという著しい効果を奏するのである。
【００３７】
また、二段階目の脱圧がなされた排出口側の前側収容室に残留する同伴ガスが昇圧コンプレッサによって排出口側の後側収容室へ供給されるので、ロータリーフィーダーの排出口から同伴ガスが排出されなくなる。従って、同伴ガスの大気圧側への放出によって生成側の原料ガスが消費されることがない。
【００３８】
上述のように、本発明により、ガスハイドレートを均圧管によって段階的に脱圧し、均圧管による最終的な脱圧の後に圧縮機が動作するので、その圧縮機の消費動力が従来よりも著しく軽減される。
【符号の説明】
【００３９】
１  ガスハイドレート移送装置
２  ロータリーフィーダー
３  ケーシング
４  軸
５  羽根
７  収容室
１１  投入口
１２  排出口
１４  第一均圧管
１５  第二均圧管
１８  昇圧コンプレッサ
３１  供給管
３２  排出管
６１  ペレタイザー
６２  スクリューコンベヤ型ペレット冷却器
６３  コンベヤ
ｇ  ガス
ｈ  ガスハイドレート
【図１】
2010229294.tif 000004
【図２】
2010229294.tif 000005
【図３】
2010229294.tif 000006
【図４】
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