(57)【要約】【課題】脱水塔の処理量を、従来の脱水塔の処理量の水準を保持しながら、脱水塔の筒の高さを抑制し、以て、建設コスト、ランニングコスト等の低減を図る。【解決手段】ガスｇと水ｗを反応させて生成したガスハイドレートａを、未反応の水と一緒に脱水塔５に導入し、該脱水塔５の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔５の側壁面に設けた濾過部７から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置である。前記脱水塔５を、内筒２３と外筒２４の二つの筒体より成る２重筒形構造の脱水塔２２とし、かつ、前記内筒２３と外筒２４の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体２６ａ，２６ｂを設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体２６ａと、外筒に設けた濾過体２６ｂとの二つの濾過体より塔外に流出させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、前記脱水塔を、内筒と外筒の二つの筒体より成る２重筒形構造の脱水塔とし、かつ、前記内筒と外筒の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体と、外筒に設けた濾過体との二つの濾過体より塔外に流出させることを特徴とする重力脱水式の脱水装置。
【請求項２】
ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、耐圧容器内に、内外両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けた２重筒形構造の脱水塔を内蔵し、該脱水塔の中央の空洞内に筒形のガスハイドレート投入部を設けて、該ガスハイドレート投入部と前記耐圧容器との間に排水槽を形成し、更に、前記ガスハイドレート投入部内にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置を設けると共に、前記ガスハイドレート投入部の下方にガスハイドレート排出装置を設け、前記脱水塔の上方にスクレーパを回転自在に設け、更に、前記脱水塔の下方にスラリー供給管を設け、かつ、前記排水槽に排水管を設けたことを特徴とする重力脱水式の脱水装置。
【請求項３】
前記粉砕装置と、前記スクレーパとを共通の回転軸に設けることを特徴とする請求項２記載の重力脱水式の脱水装置。
【請求項４】
前記ガスハイドレート排出装置として、スクリューフィーダーを適用することを特徴とする請求項２記載の重力脱水式の脱水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力脱水式の脱水装置、更に詳しくは、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタンなどの炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵及び輸送する方法としては、天然ガスを液化温度まで冷却してＬＮＧ（液化天然ガス）とし、このＬＮＧを貯蔵及び輸送する方法が一般的である。
【０００３】
しかし、ＬＮＧの主成分であるメタンを液化させるには、−１６２℃という極低温が必要であり、こうした厳しい条件を維持しながら貯蔵及び輸送を行うためには、専用の貯蔵施設やＬＮＧ船が必要となる。
【０００４】
こうした装置の製造及び維持管理には、非常に高いコストを要するため、上記の方法に代わる低コストの貯蔵及び輸送する方法が研究されてきた。
【０００５】
こうした研究の結果、天然ガスと水を反応させて固体状態の水和物（以下、ガスハイドレートという。）を生成し、このガスハイドレートを貯蔵及び輸送する方法が見出され、注目を集めている。
【０００６】
この方法では、ＬＮＧを取り扱う場合のような超低温条件を必要としないばかりでなく、ガスハイドレートが固体であるため、その取り扱いも比較的に容易である。
【０００７】
ガスハイドレートとは、包接化合物（クラスレート化合物）の一種であって、複数の水分子により形成された立体かご型の包接格子（クラスレート）の中に、天然ガスの各成分を構成する分子、すなわち、メタン、エタン、プロパンなどが入り込み、包接された結晶構造を成すものである。例えば、メタンの水和物が安定に存在し得る条件下、すなわち、−３０℃で、なおかつ、大気圧においては、気体の場合と比較して約１／１７０の体積となる。
【０００８】
このように、ガスハイドレートは、比較的容易に得られる温度条件及び圧力条件下において製造可能であり、しかも、安定した保存が可能である。
【０００９】
このガスハイドレートの製造を工業化して大量に製造しようとすると、天然ガスを水中に吹き込んでガスハイドレートを製造する方法（バブリング方式）（例えば、特許文献１参照。）、あるいは、ガス相内に水をスプレーしてガスハイドレートを製造する方法（スプレー方式）（例えば、特許文献２参照。）などがある。
【特許文献１】特開２００３−８００５６号公報
【特許文献２】特開２００３−１０５３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、いずれの場合も、生成直後のガスハイドレートは、未反応の水を含んだスラリー状態であるため、そのままの状態、あるいは、冷凍して氷の状態で貯蔵及び輸送すれば、水あるいは氷の分だけ、余分な費用がかかるという問題がある。
【００１１】
このような問題を回避するために、スラリー状のガスハイドレートを脱水してガスハイドレートの濃度を高めることが行われているが、特許文献２の発明のように、スクリュープレス型脱水装置を使用して強制的に脱水する場合には、脱水後の濾液中にガスハイドレートの固体粒子が混入することが避けられない。このため、ガスハイドレートの回収率が低下するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明者らは、図４の如く、重力を利用した重力脱水式の脱水装置を考えた。この脱水装置を含むガスハイドレート製造装置は、次のような構造となっている。
【００１３】
すなわち、第１生成器１に水ｗと原料ガスである天然ガスｇを供給して、天然ガスｇと水ｗの水和物であるガスハイドレート（図示せず）を生成する。そのとき、第１生成器１内を攪拌機２で攪拌して低濃度のスラリーｓとなるようにする。
【００１４】
その際、第１生成器１内に伝熱管３を設けたり、あるいは、第１生成器１の外側に冷却ジャケット（図示せず）を設けて第１生成器１内を冷却する。
【００１５】
この第１生成器１で製造された低濃度のガスハイドレートスラリーｓは、スラリー供給ポンプ４によって円筒形の脱水塔５の底部に供給される。この脱水塔５は、その側壁面に金網、あるいは多孔質の焼結板などから成る脱液用の濾過体７を備えている。この濾過体７の外側には、排水ジャケット８を有している。
【００１６】
濾過体７から脱水塔５の外側に流出した水（未反応水）ｗは、循環水ポンプ９によって第１生成器１に戻されるが、その間に循環水冷却器１０によって所定の温度に冷却される。また、排水ジャケット８内に流出した未反応ガスｇは、循環ガスブロワ１１によって第１生成器１に戻される。
【００１７】
脱水塔５によって脱水され、含水率の低下したガスハイドレートａは、脱水塔５の上端に設けたスクリューフィーダ等の搬送装置１２によって第２生成器（図示せず）に供給され、更に、水和反応を利用した脱水が行われる。そして、ガスハイドレートの製造が進行するに連れ、第１生成器１には、ポンプ１３によって水ｗが補給され、原料ガス圧縮機１４によって天然ガスｇが補給される。
【００１８】
ところで、このガスハイドレート製造装置を大型化して、ガスハイドレートを量産しようとすると、従来の円筒形の脱水塔５は、その直径及び高さが大きなものとなる。脱水塔５の高さが増加すると、スラリー供給ポンプ４のポンプヘッドが高くなり、消費動力の増加するという問題がある。
【００１９】
他方、脱水塔５の直径Ｄについては、例えば、２．４Ｔ／Ｄのプラントを想定した場合、脱水塔５の横断面積Ａが約１１６．１１（ｍ2 ）となり、脱水塔５の直径Ｄが約１２（ｍ）の大きさとなる。
【００２０】
このように、脱水塔５の直径Ｄが増大すると、脱水塔５に設けた濾過体７の内側面に堆積するガスハイドレートａの堆積層の厚さが非常に厚くなり、脱水塔５の中心部Ｃの水が排水され難いという問題がある（図５参照。）。
【００２１】
本発明は、このような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、脱水塔の処理量を、従来の脱水塔の処理量の水準を保持しながら、脱水塔の筒の高さを抑制し、以て、建設コスト、ランニングコスト等の低減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のように構成されている。
【００２３】
請求項１に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、前記脱水塔を、内筒と外筒の二つの筒体より成る２重筒形構造の脱水塔とし、かつ、前記内筒と外筒の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体と、外筒に設けた濾過体との二つの濾過体より塔外に流出させることを特徴とする重力脱水式の脱水装置である。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、耐圧容器内に、内外両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けた２重筒形構造の脱水塔を内蔵し、該脱水塔の中央の空洞内に筒形のガスハイドレート投入部を設けて、該ガスハイドレート投入部と前記耐圧容器との間に排水槽を形成し、更に、前記ガスハイドレート投入部内にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置を設けると共に、前記ガスハイドレート投入部の下方にガスハイドレート排出装置を設け、前記脱水塔の上方にスクレーパを回転自在に設け、更に、前記脱水塔の下方にスラリー供給管を設け、かつ、前記排水槽に排水管を設けたことを特徴とする重力脱水式の脱水装置である。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、前記粉砕装置と、前記スクレーパとを共通の回転軸に設けることを特徴とする請求項２記載の重力脱水式の脱水装置である。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、前記ガスハイドレート排出装置として、スクリューフィーダーを適用することを特徴とする請求項２記載の重力脱水式の脱水装置である。
【発明の効果】
【００２７】
上記のように、請求項１に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、前記脱水塔を、内筒と外筒の二つの筒体より成る２重筒形構造の脱水塔とし、かつ、前記内筒と外筒の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体と、外筒に設けた濾過体との二つの濾過体より塔外に流出させるので、本発明の脱水塔の横断面積Ａが、従来の円筒型の脱水塔の横断面積Ａと同じであっても、本発明は、脱水塔の内外両筒間の間隔Ｗが（Ｄ0 −Ｄ1 ）／２となり、従来のものに比べて脱水塔の内外両筒間の間隔Ｗが大幅に縮小する（図２参照。）。
【００２８】
例えば、２．４Ｔ／Ｄのプラントを想定し、なおかつ、外筒の直径Ｄ0 を１４．０４（ｍ）と想定した場合、内筒の直径Ｄ1 が７．０２（ｍ）となり、脱水塔の内外両筒間の間隔Ｗ（＝（Ｄ0 −Ｄ1 ）／２）が約３．５（ｍ）となる。
【００２９】
従って、従来の円筒型の脱水塔の直径Ｄが約１２（ｍ）であるのに対し、本発明の２重筒形構造の脱水塔は、内筒と外筒との間の間隔Ｗがが約３．５（ｍ）となることから、本発明の２重筒形構造の脱水塔は、従来の円筒型の脱水塔に比べて脱水が円滑に行えるようになった。
【００３０】
その結果、脱水塔の処理量を従来の脱水塔の処理量の水準を保持しながら、脱水塔の筒の高さを抑制し、以て、建設コスト、ランニングコスト等の低減を図ることが可能となった。
【００３１】
請求項２に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、耐圧容器内に、内外両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けた２重筒形構造の脱水塔を内蔵し、該脱水塔の中央の空洞内に筒形のガスハイドレート投入部を設けて、該ガスハイドレート投入部と前記耐圧容器との間に排水槽を形成し、更に、前記ガスハイドレート投入部内にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置を設けると共に、前記ガスハイドレート投入部の下方にガスハイドレート排出装置を設け、前記脱水塔の上方にスクレーパを回転自在に設け、更に、前記脱水塔の下方にスラリー供給管を設け、かつ、前記排水槽に排水管を設けたので、既に説明した効果に加え、脱水塔の上方のスクレーパと、ガスハイドレート投入部下方のガスハイドレート排出装置を用いて脱水後のガスハイドレートを円滑に送出することができる。
【００３２】
請求項３に記載の発明は、前記粉砕装置と、前記スクレーパとを共通の回転軸に取り付けたので、部品点数を低減することができる。
【００３３】
請求項４に記載の発明は、前記ガスハイドレート排出装置として、スクリューフィーダーを適用するので、脱水後のガスハイドレートを円滑に移送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００３５】
図１は、本発明の係る重力脱水式の脱水装置の断面図である。図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【００３６】
図１において、符号２０は、重力脱水式の脱水装置であり、耐圧容器（耐圧殻ともいう。）２１の中に脱水塔２２を内蔵している。この脱水塔２２は、図２に示すように、直径Ｄ1 の内筒２３と、それより直径Ｄ0 の大きい外筒２４により形成された２重筒形構造となっている。
【００３７】
なお、上記内筒２３の上端は、外筒２４の上端より、若干、低くなっており、脱水塔２２の上端開口部２５が逆円錐台状になっている。
【００３８】
また、脱水塔２２は、図１に示すように、所定の高さの部位に脱水用の濾過体２６ａ及び２６ｂを設けている。すなわち、内筒２３は、金網や多孔質の焼結板等で形成した円環状の脱液用濾過体２６ａを所定の高さの部位に設けている。また、外筒２４は、前記濾過体２６ａと同様の方法で形成した脱液用濾過体２６ｂを前記濾過体２６ａと同様の高さの部位に設けている。
【００３９】
この脱水塔２２は、その中央の空洞２７内に円筒形のガスハイドレート投入部２８を設けて、ガスハイドレート投入部２８と耐圧容器２１との間に排水槽２９を形成している。この排水槽２９は、円環状の底板３０を有している。また、脱水塔の外筒２４と耐圧容器２１との間の隙間は、円環状の遮蔽板３１によって塞いでいる。
【００４０】
更に、この脱水塔２２は、ガスハイドレート投入部２８の中にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置３２を設けている。この粉砕装置３２は、耐圧容器２１の上部を貫通している垂直な回転軸３３の下端部に放射状に設けた複数の平板状のブレード３４によって形成されている（図２参照。）。
【００４１】
この粉砕装置３２は、平板状のブレードに限らず、例えば、棒体のようなものでもよい。要は、ガスハイドレートの固まりを細かに粉砕できるものであればよい。なお、回転軸３３は、モーター３５によって回転するようになっている。
【００４２】
また、この円筒状のガスハイドレート投入部２８の下方にガスハイドレート排出装置３６を設けている。このガスハイドレート排出装置３６は、複数台（例えば、２台）のスクリューフィーダー３７を平行に設けることにより形成されている。なお、脱水後のガスハイドレートを円滑に排出できるものであれば、スクリューフィーダー以外のものでもよい。
【００４３】
また、この脱水塔２２の上方にスクレーパ３８を設けている。このスクレーパ３８は、３枚のヘラ又はブレード３９を上記回転軸３３に放射状に設けることにより形成されている（図２参照。）。しかし、脱水後のガスハイドレートを脱水塔２２から掻き落とすことができるものであれば、ヘラ又はブレード以外のものでもよい。
【００４４】
更に、この脱水塔２２の下部には、脱水塔２２の接線方向にスラリー供給管４０を設け、スラリー供給管４０から脱水塔２２の下部に供給されたガスハイドレートスラリーｓが脱水塔２２内を旋回するようになっている。
【００４５】
更に、上記排水槽２９に排水管４１を設け、脱水された未反応水（ブラインともいう。）ｗを図示しない生成器に戻すようになっている。また、上記耐圧容器２１に配管４２を設けて耐圧容器２１内の未反応の天然ガスｇを図示しない第１再生器に戻すようになっている。
【００４６】
ここで、外筒２４の直径をＤ0 、内筒２３の直径をＤ1 、脱水塔２２の横断面積をＡとすると、内筒２３の直径Ｄ1 は、次のようになる。
【００４７】
すなわち、
Ｄ1 ＝２√（（Ｄ0 ／２）2 −（Ａ／π））
【００４８】
従って、例えば、２．４Ｔ／Ｄのプラントを想定し、なおかつ、外筒２４の直径Ｄ0 を１４．０４（ｍ）、脱水塔２２の横断面積Ａを従来の円筒形の脱水塔の横断面積と同様に１１６．１１（ｍ2 ）と想定すると、内筒２３の直径Ｄ1 が７．０２（ｍ）となり、脱水塔２２の内外両筒間の間隔Ｗ（＝（Ｄ0 −Ｄ1 ）／２）が約３．５（ｍ）となる。
【００４９】
次に、この脱水装置の作用について説明する。
【００５０】
図１に示すように、スラリー供給管４０から２重筒形構造の脱水塔２２にガスハイドレートスラリーｓを供給すると、このガスハイドレートスラリーｓは、図２に示すように、脱水塔２２内を旋回しながら、内筒２３と外筒２４との間を下方から上方に向って上昇する。
【００５１】
そして、脱水塔２２の内筒２３に設けた円環状の濾過体２６ａと、外筒２４に設けた円環状の濾過体２６ｂの位置に達すると、ガスハイドレートスラリーｓに含まれている未反応水ｗは、濾過体２６ａ及び２６ｂを通過して塔外に排出される。
【００５２】
すなわち、内筒２３に装着した濾過体２６ａから排出された未反応水ｗは、内筒２３の壁面を伝って排水槽２９に流下し、外筒２４に装着した濾過体２６ｂから排出された未反応水ｗは、外筒２４の壁面を伝って排水槽２９に流下する。
【００５３】
脱水塔２２の濾過体２６ａ，２６ｂを通過する間に脱水され、含水率が約４０〜５０％となったガスハイドレートａは、順次、上方に押し上げられる。そして、脱水塔２２の上部開口部２５に達すると、スクレーパ３８によって脱水塔２２の中央に設けた円筒状のガスハイドレート投入部２８内に掻き落とされる。
【００５４】
ガスハイドレート投入部２８内に掻き落とされたガスハイドレートａの固まりは、ガスハイドレート投入部２８内に設けた粉砕装置３２によって細かく粉砕されてガスハイドレート投入部２８の下部に落下する。
【００５５】
ガスハイドレート投入部２８の下部に落下したガスハイドレートａは、２軸のスクリューフィーダー３７によって次工程、例えば、第２生成器に搬送される。
【００５６】
他方、上記排水槽２９に流下した未反応水ｗは、排水管４１を経て図示しない第１生成器に戻される。また、耐圧容器２１の上部空間内の天然ガスｇは、配管４２を経て第１生成器に戻される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の係る重力脱水式の脱水装置の断面図である。
【図２】図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図３は図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】従来のガスハイドレート生成装置の構成図である。
【図５】脱水塔の要部拡大説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
ａ  ガスハイドレート
ｇ  ガス
ｗ  水
５  脱水塔
７  濾過部
２２  ２重筒形構造の脱水塔
２３  内筒
２４  外筒
２６ａ，２６ｂ  脱水用の濾過体
【図１】
2006257359.tif 000003
【図２】
2006257359.tif 000004
【図３】
2006257359.tif 000005
【図４】
2006257359.tif 000006
【図５】
2006257359.tif 000007