(57)【要約】【課題】重力脱水機の脱水層の移動抵抗を低減し、脱水機の安定した運転を実現すると共に、定脱水率の運転を可能にする。【解決手段】原料ガスｇと水ｗとを反応させてガスハイドレートｈを生成し、該ガスハイドレートを縦型移動層式脱水器１２によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造する。前記脱水器１２を、筒状の第１塔体２１と、該第１塔体の上部に設けられ、かつ、無数の微細な孔を持つ筒状の水切り部２２と、該水切り部の外側に設けた脱水集合部２３と、前記水切り部の上部に設けた筒状の第２塔体２４により形成すると共に、該第２塔体の横断面積を下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを縦型移動層式の脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、筒状の第１塔体と、該第１塔体の上部に設けられ、かつ、無数の微細な孔を持つ筒状の水切り部と、該水切り部の外側に設けた脱水集合部と、前記水切り部の上部に設けた筒状の第２塔体により形成すると共に、該第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくすることを特徴とするガスハイドレート製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脱水器において、水切り部および第２塔体の横断面積を水切り部の下方から、第２塔体の上方に向かって連続的又は間欠的に大きくすることを特徴とするガスハイドレート製造装置。
【請求項３】
水切り部及び／又は第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的に大きくすると共に、その開き角度θを１〜３０°にすることを特徴とする請求項１及び２記載のガスハイドレート製造装置。
【請求項４】
水切り部及び／又は第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって間欠的に大きくすると共に、その段差部の幅をａ、段差部の高さをｂ、最下部の塔径をｄとした時、
ａ＝（１／５〜１／５０）×ｄ
ｂ／ａ＝２〜３０  
を満足することを特徴とする請求項１及び２記載のガスハイドレート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスと原料水とを反応させて固体状のガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを縦型移動層式の脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、メタンなどの炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵および輸送する方法として、ガス田から天然ガスを採取した後、液化温度まで冷却し、液化天然ガス（ＬＮＧ）とした状態で貯蔵および輸送する方法が一般的である。
【０００３】
しかし、例えば、ＬＮＧの主成分であるメタンの場合、液化させるには、−１６２℃といった極低温条件が必要であり、こうした条件を維持しながら貯蔵および輸送するには、専用の貯蔵装置やＬＮＧ輸送船といった専用の輸送手段が必要となる。
【０００４】
こうした装置などの製造および維持・管理には、非常に高いコストを要するため、上記方法に代わる低コストの貯蔵および輸送する方法が鋭意研究されてきた。
【０００５】
こうした研究の結果、天然ガスを水と水和させて固体状態の水和物、すなわち、天然ガスハイドレートを生成し、この固体状態のまま貯蔵あるいは輸送するという方法が見出され、近年、特に、有望視されている。
【０００６】
この方法では、ＬＮＧを取り扱う場合のような極低温条件は必要ではない。また、固体とするため、その取り扱いも比較的容易である。
【０００７】
このため、既存の冷凍装置あるいは既存のコンテナ船を、若干、改良したものを貯蔵装置あるいは輸送手段として利用可能である。
【０００８】
従って、ＬＮＧを取り扱う場合に比較して大幅な低コスト化が図れるものとして期待がよせられている。
【０００９】
この天然ガスハイドレートは、包接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（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）などが入り込んで包接された結晶構造を有するものである。
【００１０】
立体かご型の包接格子に包接された天然ガス構成分子どうしの分子間距離は、天然ガスが高圧充填された場合のガスボンベ中における分子間距離よりも短くなる。これは、天然ガスが緊密充填された固体を生成することを意味しており、例えば、メタンの水和物が安定する条件下、すなわち、−８０℃、大気圧（１ｋｇ／ｃｍ2 ）においては、気体状態に比較して約１／１７０の体積とすることができる。
【００１１】
このように、天然ガスハイドレートは、比較的容易に得られる温度および圧力条件下において、製造可能で、かつ、安定した保存が可能なものである。
【００１２】
上記の方法において、ガス田から採取した天然ガスは、酸性ガス除去工程において二酸化炭素（ＣＯ2 ）や硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などの酸性ガスが除去され、一旦、ガス貯蔵部に貯蔵され、この後、生成工程にて水和される。
【００１３】
この天然ガスハイドレートは、水が混在するスラリー状であり、続く脱水工程において、混在している未反応の水が除去され、更に、再生成工程、冷却工程および減圧工程を経てコンテナなどの容器に封入され、貯蔵装置内において所定の温度、圧力に調整された状態で貯蔵される。
【００１４】
ところで、上述した従来の天然ガスハイドレート生成方法では、下記のような問題を有している。
【００１５】
すなわち、天然ガスハイドレートの生成プラントでは、生成直後の天然ガスハイドレートが多量の水を含んだスラリー状であるため、この天然ガスハイドレートを、そのまま、あるいは冷凍して貯蔵および輸送すれば、水（氷）の分だけ、貯蔵や輸送にかかるコストが膨大なものになってしまう。
【００１６】
そこで、含水率の低いパサパサな状態の天然ガスハイドレートを生成して、その貯蔵や輸送にかかるコストを低減することを目的として、スラリー状の天然ガスハイドレートを横型のスクリュープレス型脱水装置を用いて強制的に脱水する天然ガスハイドレートの生成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１０５３６２号公報（第７−１０頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このスクリュープレス型脱水装置は、メッシュ加工した内壁と、この内壁の外側にあって外殻を構成する筒体との二重構造になっており、前記内壁内に設置したスクリュー軸によってスラリー状の天然ガスハイドレートを強制的に前進させることによって前記内壁の加工したメッシュから水を除去するようにしているため、脱水（濃縮）中に天然ガスハイドレートの多くが水と一緒に内壁のメッシュ孔をすり抜け、天然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。
【００１８】
また、スクリュー軸を高トルクで回転させるための動力費がかかるという問題がある。更に、内部が高圧の状態で高トルクを発生させるため、設備全体が過重になっており、スクリュー軸を高圧から大気圧までシールする必要がある。
【００１９】
このような問題を無くすために、本発明者らは、従来のような強制脱水ではなく、重力を利用した天然ガスハイドレートに優しい脱水方法を提案したが、図４のように、脱水器１の塔径を上下一定にしたため、脱水器１の金網製の水切り部３から上方の脱水ゾーンａの抵抗が大きくなると、脱水器１に天然ガスハイドレートスラリーｓを搬送するスラリーポンプ５の吐出圧力が増大したり、天然ガスハイドレートによって脱水器１が閉塞したり、或いは、液面（水位）が上昇して脱水不良になるなどの問題が発生して一定の脱水率を維持したまま安定した運転ができなくなることがあった。なお、図中、符号ｂは濃縮ゾーン、ｃはスラリーゾーンを示している。
【００２０】
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、重力脱水機の脱水層の移動抵抗を低減し、脱水機の安定した運転を実現すると共に、定脱水率の運転を可能にするガスハイドレート製造装置を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
【００２２】
請求項１に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを縦型移動層式の脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、筒状の第１塔体と、該第１塔体の上部に設けられ、かつ、無数の微細な孔を持つ筒状の水切り部と、該水切り部の外側に設けた脱水集合部と、前記水切り部の上部に設けた筒状の第２塔体により形成すると共に、該第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくすることを特徴とするガスハイドレート製造装置である。
【００２３】
請求項２に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、請求項１に記載の脱水器において、水切り部および第２塔体の横断面積を水切り部の下方から、第２塔体の上方に向かって連続的又は間欠的に大きくすることを特徴とするガスハイドレート製造装置である。
【００２４】
請求項３に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、水切り部及び／又は第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的に大きくすると共に、その開き角度θを１〜３０°にすることを特徴とする請求項１及び２記載のガスハイドレート製造装置である。
【００２５】
請求項４に記載の発明に係るガスハイドレート製造装置は、水切り部及び／又は第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって間欠的に大きくすると共に、その段差部の幅をａ、段差部の高さをｂ、最下部の塔径をｄとした時、
ａ＝（１／５〜１／５０）×ｄ
ｂ／ａ＝２〜３０  
を満足することを特徴とする請求項１及び２記載のガスハイドレート製造装置である。
【発明の効果】
【００２６】
上記のように、請求項１に記載の発明は、原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、該ガスハイドレートを縦型移動層式の脱水器によって水切りして低含水率のガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造装置において、前記脱水器を、筒状の第１塔体と、該第１塔体の上部に設けられ、かつ、無数の微細な孔を持つ筒状の水切り部と、該水切り部の外側に設けた脱水集合部と、前記水切り部の上部に設けた筒状の第２塔体により形成すると共に、該第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくするので、第２塔体の内径が一定な従来の場合に比べて脱水後のガスハイドレートの移動抵抗が大幅に少なくなる。
【００２７】
このため、脱水器にガスハイドレートスラリーを搬送するスラリーポンプの吐出圧力が増大したり、ガスハイドレートの粒子層によって脱水器が閉塞したり、或いは、液面が上昇して脱水不良になるなどの問題を抑制することができた。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の脱水器において、水切り部および第２塔体の横断面積を水切り部の下方から、第２塔体の上方に向かって連続的又は間欠的に大きくするので、水切り部および第２塔体におけるガスハイドレートの移動抵抗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００３０】
この実施形態では、第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくする場合について説明するが、水切り部及び第２塔体の横断面積を、下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくしても同様の効果を奏する。更に、水切り部の横断面積を、下方から上方に向かって連続的又は間欠的に大きくしても同様の効果を奏する。
【００３１】
図１において、符号１１は、天然ガスハイドレート生成器（以下、ガスハイドレート生成器と称する。）、１２は、ガスハイドレート生成器１１で生成されたスラリー状の天然ガスハイドレート（以下、ガスハイドレートと称する。）を脱水する縦型移動層式の脱水器、１３は、脱水器１２でほぼ脱水されたガスハイドレートを次工程（図示せず）に横移送するガスハイドレート搬送装置である。
【００３２】
ガスハイドレート生成器１１は、耐圧容器１４と、天然ガスを微細な気泡状に噴出するガス噴出ノズル１５と、耐圧容器１４内の被処理物、つまり、天然ガスｇや水ｗ、更には、ガスハイドレートなどを攪拌する攪拌機１６と、反応熱除去用伝熱部１７とを備えている。
【００３３】
脱水器１２は、円筒状の第１塔体２１と、該第１塔体２１の上部に設けられ、かつ、無数の微細な孔を持つ筒状の水切り部２２と、該水切り部２２の外側に設けたジャケット状の脱水集合部２３と、前記水切り部２２の上部に設けた筒状の第２塔体２４により形成されている。
【００３４】
脱水集合部２３の底部２３ａは、水切り部２２の下端部２２ａより高さＨだけ下方の下げ、水切り部２２で脱水された水（未反応水）を貯留するようになっている。
【００３５】
水切り部２２は、ガスハイドレートと水（未反応水）とを分離できるものであればよく、特に限定されないが、金網又は穴開き円筒が好ましく使用される。金網の網の目又は穴開き円筒の穴径としては、０．１〜５ｍｍの範囲が好ましい。
【００３６】
金網の網の目が０．１ｍｍ未満の場合には、目詰まりが発生し易くなる。逆に、金網の網の目又は穴開き円筒の穴径が５ｍｍを超えると、ガスハイドレートが金網の網の目から流失し易くなり、歩留りが低下する。
【００３７】
この発明では、水切り部２２の上部に設けた第２塔体２４を逆円錐状にしている。換言すれば、第２塔体２４の横断面積を下方から上方に向かって連続的に大きくし、脱水後のガスハイドレートの移動抵抗の低減を図るようにしている。
【００３８】
ここで、逆円錐状の第２塔体２４の開き角度θは、１〜３０°、とりわけ２〜２０°の範囲が好ましい（図２参照。）。この開き角度θが１°未満の場合には、ガスハイドレートの移動抵抗があり、脱水器１２にガスハイドレートスラリーを搬送するスラリーポンプ５の吐出圧力が増大したり、ガスハイドレートの粒子層によって脱水器１２が閉塞したり、或いは、液面が上昇して脱水不良になるなどの問題が発生することがある。これとは逆に、上記の開き角度θが３０°を超えると、ガスハイドレート粒子層の押し上げ力が低下し、ガスハイドレート粒子層の移送が困難になる。
【００３９】
第２塔体２４は、逆円錐状の代わりに、図３に示すように、段差形状（階段状）にしても差し支えがない。すなわち、第２塔体２４の横断面積を、下方から上方に向かって間欠的に大きくすると共に、その段差部の幅をａ、段差部の高さをｂ、最下部の塔径をｄとした時、
ａ＝（１／５〜１／５０）×ｄ
ｂ／ａ＝２〜３０  
を満足するようにする。
【００４０】
より詳しく説明すると、第１塔体２１と同径の第１の輪２６と、その上端に固定した第１のリング部２７と、該リング部２７の外周面に立設した第２の輪２８と、その上端に固定した第２のリング部２９と、該リング部２９の外周面に立設した第３の輪３０により形成されている。
【００４１】
このガスハイドレート搬送装置１３は、円筒形の横型の筒体３１と、軸体３２の側面に螺旋状の突条部３３を有するスクリュー状の移送体３４により形成され、モーター３５によって軸体３２を回転するようになっている。
【００４２】
図中、符号３７は原料水供給ポンプ、３８は原料ガス（天然ガス）供給ポンプ、３９は循環ガスブロワ、４０は循環水ポンプ、４１は循環水冷却器を示している。
【００４３】
次に、上記ガスハイドレート製造装置の作用について説明する。
【００４４】
原料水供給ポンプ３７によって耐圧容器１４内に供給された原料水（水）ｗは、反応熱除去用伝熱部１７に供給される冷媒ｒによって所定の温度（例えば、１〜３℃）に冷却される。
【００４５】
続いて、攪拌機１６を駆動して耐圧容器１４内の原料水ｗを攪拌しながら、原料ガス供給ポンプ３８によって所定圧（例えば、５ＭＰａ）の原料ガス（天然ガス）ｇを供給すると、天然ガスｇは、ガス噴出ノズル１５から微細な気泡となって立ち上り、水面に到達する間に水ｗと反応してガスハイドレートとなる。
【００４６】
耐圧容器１４内のガスハイドレートは、水面下にあってスラリー状を呈しているので（この時のガスハイドレートの濃度は、約２０％である。）、スラリーポンプ５によって縦型移動層式の脱水器１２に供給する。脱水器１２の第１塔体２１の底部２１ａに供給されたガスハイドレートスラリーｓは、第１塔体２１内を上昇し、水切り部２２を形成している金網から水ｗが流出する。
【００４７】
水切り部２２から水ｗが流出すると、ガスハイドレートｈが塔上部に残る。ガスハイドレートｈは、水切り部２２の部分にも蓄積され、ハイドレート層ベッドｄを形成する。そして、水（ガスハイドレートに同伴した水。）ｗがハイドレート層ベッドｄを通過する際に、ハイドレート層ベッドｄを上方に押し上げることから、脱水したハイドレート層ベッドｄを塔頂部（第２塔部２４）から連続的に取り出すことができる。この時のガスハイドレートの濃度は、約５０％である。
【００４８】
第２塔部２４に達したガスハイドレートｈは、ガスハイドレート移送装置１３のスクリュー状の移送体３４によって図示しない次工程に連続的に移送される。
【００４９】
ジャケット状の脱水集合部２３で分離された未反応の水ｗは、循環水ポンプ４０によって耐圧容器１４に戻される。その際、戻り水ｗは、循環水冷却器４１によって所定の温度に冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るガスハイドレート製造装置の概略構成図である。
【図２】逆円錐状の第２塔体の断面図である。
【図３】段差状の第２塔体の断面図である。
【図４】従来の脱水塔の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
ｇ  原料ガス
ｗ  原料水
ｈ  ガスハイドレート
１２  脱水器
２１  第１塔体
２２  水切り部
２３  脱水集合部
２４  第２塔体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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