(57)【要約】【課題】  スプレー式ガスハイドレート生成器から排出される低濃度のガスハイドレートスラリーを簡単な構成で濃縮する。【解決手段】  ガスハイドレートスラリーが供給される大径の入口管３０と、ガスハイドレートスラリーが排出される小径の出口管３１と、入口管と出口管を接続する円錐筒状に形成された多孔材からなるろ壁３２と、ろ壁の外周を取り囲んで形成された分離水溜め部３３と、分離水溜め部に設けられた排水ノズル３４とを有して構成されてなる濃縮器２により、低濃度ガスハイドレートスラリーを濃縮することを特徴とする。【選択図】  図１
2006116503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレートスラリーが供給される大径の入口管と、前記ガスハイドレートスラリーが排出される小径の出口管と、前記入口管と前記出口管を接続する円錐筒状に形成された多孔材からなるろ壁と、該ろ壁の外周を取り囲んで形成された分離水溜め部と、該分離水溜め部に設けられた排水ノズルとを有して構成されてなる低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器。
【請求項２】
前記ろ壁の多孔部に超音波を照射する超音波振動装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器。
【請求項３】
前記入口管に旋回流形成手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器。
【請求項４】
前記分離水溜め部の前記ろ壁の外面にパルス状の逆洗水を噴射する逆洗手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器。
【請求項５】
原料ガスと水とを水和反応させてガスハイドレートを含むスラリーを生成する生成器と、該生成器の底部の水を抜き出し、冷却器を介して該生成器の頂部にスプレーノズルから生成器内に噴霧する水循環ポンプと、前記生成器の中腹部からガスハイドレートを含むスラリーを抜き出すスラリー移送ポンプと、該スラリー移送ポンプから供給されるガスハイドレートスラリーの水分を分離除去して濃縮する濃縮器と、該濃縮器により濃縮されたガスハイドレートスラリーを物理的に脱水する物理脱水装置とを備え、
前記濃縮器は、前記スラリー移送ポンプの吐出に連通された配管に接続される大径の入口管と、前記物理脱水装置の入口に連通された配管に接続される小径の出口管と、前記入口管と前記出口管を接続する円錐筒状に形成された多孔材からなるろ壁と、該ろ壁の外周を取り囲んで形成された分離水溜め部と、該分離水溜め部に設けられた排水ノズルとを有して構成されてなるガスハイドレート製造プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器およびそれを用いてなるガスハイドレート製造プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスハイドレートは、水分子の作る籠の中にガスを取り込んだ構造の固形の水和物であり、−１０数℃の大気圧下で安定することから、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送および貯蔵の手段として利用する研究が進められている。
【０００３】
一般に、ガスハイドレートは、例えば、天然ガス、メタンガス、炭酸ガスなどの原料ガスと水とを低温高圧の生成容器内で反応させて生成される。生成容器内で生成されるガスハイドレートは、多量の未反応水を含むことから、水を分離して製品ガスハイドレートを精製する必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載されたガスハイドレートの製造法によれば、生成容器内に原料ガスを供給すると共に、生成容器内の原料ガス中に低温の循環水をスプレー（噴霧）してガスハイドレートを生成する、いわゆるスプレー式のガスハイドレート生成器が採用されている。このようなガスハイドレート生成器では、生成容器内の液面近傍に浮遊するガスハイドレートを水と共にスラリーとして抜き出し、メッシュ加工された内筒を有する２重構造のスクリュープレス型脱水装置に導いて物理的に脱水するようにしている。このスクリュープレス型脱水装置は脱水率に限界があることから、さらに２軸スクリュー型脱水装置に導いて、ガスハイドレートの付着水と原料ガスと反応させる水和反応により脱水して、付着水の少ない製品ガスハイドレートを得るようにしている。また、特許文献２にも、同様のプロセスにより脱水することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５５６７５号公報
【特許文献２】特開２００３−６４３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１、２に記載されたスプレー式の生成器から抜き出されるガスハイドレートスラリーは、一般にガスハイドレート濃度が低い（例えば、０．５〜５重量％）とされている。例えば、生成器から抜き出されるガスハイドレートスラリーの濃度が低すぎると、スクリュープレス型脱水装置において十分なガスハイドレート濃度（例えば、５０〜７０重量％程度）にまで脱水することが困難な場合がある。このようにスクリュープレス型脱水装置における脱水率が低すぎると、次段の水和脱水工程における水和反応が十分に行われず、製品ガスハイドレートの濃度を十分に高めることができない。
【０００７】
このように、十分な濃度の製品ガスハイドレートを得ようとすると、スプレー式のガスハイドレート生成器における滞留時間を長くしてスラリー濃度を高めたり、スクリュープレス型脱水装置などの物理脱水装置における脱水率を高めるために、装置の大型化が余儀なくされる。
【０００８】
本発明の課題は、スプレー式ガスハイドレート生成器などから排出される低濃度のガスハイドレートスラリーを簡単な構成で濃縮することにより、装置を大型化することなく所望濃度以上のガスハイドレートを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、ガスハイドレートスラリーが供給される大径の入口管と、前記ガスハイドレートスラリーが排出される小径の出口管と、前記入口管と前記出口管を接続する円錐筒状に形成された多孔材からなるろ壁と、該ろ壁の外周を取り囲んで形成された分離水溜め部と、該分離水溜め部に設けられた排水ノズルとを有して構成されてなる濃縮器により、低濃度ガスハイドレートスラリーを濃縮することを特徴とする。
【００１０】
つまり、スプレー式ガスハイドレート生成器から物理脱水装置に移送されるガスハイドレートスラリーの移送配管の途中に、本発明の濃縮器を挿入することにより、ガスハイドレートスラリー中の水分はろ壁を透過して選択的に分離水溜め部に分離される。ここで、分離水の量は、ろ壁の孔径および面積、スラリー流速などと相関するから、それらを適宜設定することにより、物理脱水装置により要求される入口濃度にガスハイドレートスラリー濃度を濃縮することができる。
【００１１】
この場合において、ろ壁の孔にガスハイドレートが目詰まりするおそれがあるから、ろ壁の多孔部に超音波を照射する超音波振動装置を設け、超音波振動により目詰まりしたガスハイドレートを剥離するようにすることが好ましい。
【００１２】
また、超音波振動に代えて、濃縮器の入口管に旋回流形成手段、例えば、スタティックミキサあるいはインラインミキサと称される旋回羽根を設けることができる。これによれば、濃縮器内でガスハイドレートスラリーの旋回流が形成され、旋回流の遠心力によってろ壁部分のガスハイドレート濃度が中心部よりも低くなるから、目詰まりを抑制することができる。
【００１３】
さらに、ろ壁孔の目詰まりを解消する方法として、分離水溜め部のろ壁の外面にパルス状の逆洗水を噴射して、孔に詰まったガスハイドレートを洗い流す逆洗手段を設けることができる。
【００１４】
また、本発明の濃縮器を用いたガスハイドレート製造プラントは、原料ガスと水とを水和反応させてガスハイドレートを含むスラリーを生成する生成器と、該生成器の底部の水を抜き出し、冷却器を介して該生成器の頂部にスプレーノズルから生成器内に噴霧する水循環ポンプと、前記生成器の中腹部からガスハイドレートを含むスラリーを抜き出すスラリー移送ポンプと、該スラリー移送ポンプから供給されるガスハイドレートスラリーの水分を分離除去して濃縮する濃縮器と、該濃縮器により濃縮されたガスハイドレートスラリーを物理的に脱水する物理脱水装置とを備え、前記濃縮器は、前記スラリー移送ポンプの吐出に連通された配管に接続される大径の入口管と、前記物理脱水装置の入口に連通された配管に接続される小径の出口管と、前記入口管と前記出口管を接続する円錐筒状に形成された多孔材からなるろ壁と、該ろ壁の外周を取り囲んで形成された分離水溜め部と、該分離水溜め部に設けられた排水ノズルとを有して構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スプレー式ガスハイドレート生成器などから排出される低濃度のガスハイドレートスラリーを簡単な構成で濃縮することができ、装置を大型化することなく所望濃度以上のガスハイドレートを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図1に、本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器の一実施形態の構成図を示し、図２に本発明を適用した一実施の形態のガスハイドレート製造プラントの構成図を示す。
【００１７】
図２に示す実施形態は、天然ガスのガスハイドレート（以下、ＮＧＨと略す。）を製造するプラントを示しているが、本発明は天然ガスに限らず、他の原料ガスのガスハイドレート製造に適用できる。同図に示すように、本実施形態のガスハイドレート製造プラントは、ＮＧＨスラリーを生成する生成器１を含むガスハイドレートスラリー製造装置と、生成器１で生成された低濃度のＮＧＨスラリーを濃縮する濃縮器２と、濃縮器２で濃縮されたＮＧＨスラリーの水分をスクリュープレスにより物理的に脱水する物理脱水装置３と、物理脱水装置３で脱水されたＮＧＨの付着水と天然ガスとを反応させてＮＧＨの濃度を製品レベルに高める水和脱水装置４とを備えて構成されている。これらの生成器１、濃縮器２、物理脱水装置３、水和脱水装置４は、いずれも所定の高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）および低温（例えば、１〜５℃）に保持されている。
【００１８】
生成器１は、円筒状の容器で形成され、容器の上部にＮＧ（天然ガス）タンク１１から圧縮機１２と冷却器１３を介して冷却された原料ガスである天然ガスが連続して供給されるようになっている。また、生成器１の底部には、水タンク１４からポンプ１５と冷却器１６を介して冷却された水が連続して供給されるようになっている。冷却器１３、１６には図示していない冷凍装置から冷媒が循環され、これによって生成器１に供給する天然ガスと水を所定の温度に冷却するようになっている。生成器１の頂部には、水のスプレーノズル１７が設けられ、このスプレーノズル１７には生成器１の底部に連通された水循環ポンプ１８によって抜き出された水が、冷却器１９によって冷却されて循環供給されるようになっている。冷却器１９には、図示していない冷凍装置から冷媒が循環され、これによってスプレーノズル１７に供給する水を所定の温度（例えば、１℃）に冷却するようになっている。
【００１９】
生成器１で生成されたＮＧＨスラリーは、生成器１の中腹部からスラリー移送ポンプ２０によって連続的に抜き出されて濃縮器２に供給され、ここにおいて水分の一部を分離してＮＧＨスラリーを濃縮するようになっている。濃縮器２により濃縮されたＮＧＨスラリーは、物理脱水装置３に供給され、物理的な圧搾により脱水される。物理脱水装置３としては、例えば、特許文献１に記載のスクリュープレス型脱水装置を適用できる。すなわち、外筒内にメッシュ加工された内筒を収納し、内筒内にスクリュー羽根を有する回転軸を挿入し、回転軸と内筒間の隙間をスクリューの移送方向に徐々に絞って形成されている。濃縮器２および物理脱水装置３によりＮＧＨから分離された水は、ポンプ２１により生成器１に戻されるようになっている。
【００２０】
一方、物理脱水装置３により脱水されたＮＧＨは水和脱水装置４に供給され、ＮＧＨに付着している付着水と別途供給される原料ガスとを反応させてＮＧＨを生成し、これによってＮＧＨの濃度が十分に高められる。水和脱水装置４としては、例えば、特許文献１に記載の２軸スクリュー型脱水装置を適用することができる。また、これに代えて、流動層式の水和脱水装置を適用することができる。すなわち、流動層式水和脱水装置は、物理脱水装置３により脱水されたＮＧＨを縦型容器内に供給し、容器の底部から原料ガスを吹き込んでＮＧＨの流動層を形成し、流動層反応によりＮＧＨに付着している付着水をＮＧＨ化するものである。
【００２１】
次に、本実施形態のガスハイドレート製造プラントの動作を説明する。前述したように、生成器１内は天然ガスおよび水の供給圧により高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）保持されると共に、冷却器１３，１６により低温（例えば、１〜５℃）に保持されている。そして、頂部のスプレーノズル１７から十分に冷却された水が生成器１内に噴霧されると、生成器１内の気相部の天然ガスと反応して、水和生成物であるＮＧＨの粉粒体２２が生成されて液相部に落下する。液相部のＮＧＨを含む水は底部から水循環ポンプ１８によって抜き出され、冷却器１９を介してスプレーノズル１７から再び生成器１内に噴霧される。なお、水循環ポンプ１８によって抜き出される水にＮＧＨが混入するのを抑制するために、生成器１の底部に多孔板などからなるフィルタ２３が設けられている。また、生成器１内におけるＮＧＨ生成反応は発熱を伴うことから、生成器１内の温度を設定温度に保持するために、冷却器１９によって循環水を凍結する限界の温度近くまで冷却してスプレーノズル１７に循環するようにしている。
【００２２】
このようにして、水を循環してスプレーすることにより連続的にＮＧＨが生成され、生成されたＮＧＨの比重は水よりも小さいことから、液相部の水面近傍のＮＧＨ濃度が最も高くなる。そこで、スラリー移送ポンプ２０により液相部の水面近傍のＮＧＨをスラリーとして抜き出すようにする。この抜き出されるＮＧＨスラリーの濃度は、一般に低濃度（例えば、０．５〜５重量％）である。
【００２３】
ここで、本発明の特徴に係る濃縮器２の一実施形態の詳細構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、濃縮器２は、スラリー移送ポンプ２０の吐出配管に接続される大径の入口管３０と、物理脱水装置３の入口配管に接続される小径の出口管３１と、これらを接続する切頭円錐筒状のろ壁３２と、ろ壁３２の外周を取り囲んで形成された分離水溜め部３３とを有して構成されている。ろ壁３２は、例えば金網などのような多数の孔（例えば、０．１〜１．０ｍｍ径）を有する板材を切頭円錐筒状に加工して形成される。また、分離水溜め部３３には、排水ノズル３４が設けられ、排水ノズル３４は流量制御弁３５を介してポンプ２１の吸入側に接続されている。さらに、分離水溜め部３３の外周に超音波振動装置３６が取り付けられている。また、出口管３１から流出されるＮＧＨスラリーの質量を計測する質量計３７が設けられ、質量計３７によって計測された質量に基づいてＮＧＨスラリーの濃度を求め、排出されるＮＧＨスラリー濃度を設定値に保持するように、流量制御弁３５を制御して排出する水量を制御するようになっている。
【００２４】
このように形成されることから、本実施形態の濃縮器２の入口管３０に低濃度（例えば、０．５〜５重量％）のＮＧＨスラリーが供給されると、スラリー中の水分の一部が選択的にろ壁３２の孔を通って分離水溜め部３３に流入する。これにより、濃縮器２を通流するＮＧＨスラリーのＮＧＨ濃度が濃縮され、濃縮された中濃度（例えば、１０〜３０重量％）のＮＧＨスラリーを物理脱水装置３に供給することができる。濃縮器２におけるＮＧＨスラリーの濃縮度は、ろ壁３２の径（すなわち、ＮＧＨスラリーの流速）および軸方向長さを適宜設定することによって調整できる。
【００２５】
ところで、ろ壁３２の内面にＮＧＨの粉粒体が付着して目詰まりすることから、分離水溜め部３３の外周に設けた超音波振動装置３６を連続して、あるいは間欠的に駆動し、ろ壁３２の目に詰まったＮＧＨの粉粒体に超音波振動を加えて剥離させる。これにより、濃縮器２の性能を連続して発揮させることができる。なお、本実施形態では、超音波振動装置３６を分離水溜め部３３の外周に設けた例を示したが、これに限らず、多数の超音波振動子をろ壁３２の外面に近接させて、あるいは接触させて分散して設けることができる。
【００２６】
また、本実施形態では、質量計３７によって計測されたＮＧＨ濃度に基づいて流量制御弁３５を制御することにより、濃縮器２から排出されるＮＧＨスラリー濃度を設定値に保持するようにしたが、物理脱水装置３に供給するＮＧＨスラリー濃度を高精度に制御する必要がない場合は、流量制御弁３５と質量計３７を用いた制御系は省略できる。その場合、流量制御弁３５に代えて流量調整可能な弁を用い、一定範囲の流量に調整して用いることが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態では、ろ壁３２の目に詰まったＮＧＨの粉粒体に超音波振動を加えて剥離させる例を示したが、これに代えて、ろ壁３２の外面に逆洗水をパルス的に噴出する逆洗手段を設けてもよい。
【００２８】
上述したように、本実施形態によれば、スプレー式ガスハイドレート生成器から排出される低濃度のガスハイドレートスラリーを簡単な構成の濃縮器で濃縮することができる。したがって、生成器１や物理脱水装置３を大型化することなく、物理脱水装置３の入口濃度に適した濃度のガスハイドレートスラリーに濃縮して、物理脱水装置３の脱水率を十分に確保できる。その結果、水和脱水装置４における脱水処理を効果的に行うことができ、所望濃度の製品ガスハイドレートを得ることができる。
（実施形態２）
図３に、本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器の他の実施形態の構成図を示す。本実施形態が図１の実施形態と相違する点は、超音波振動装置３６に代えて、ろ壁３２の目詰まりを抑制するために、濃縮器２の入口管３０の部分に、スタティックミキサまたはインラインミキサと称される旋回流形成手段３８を設けたことにある。すなわち、旋回流形成手段３８は、帯状の板材をスクリュー羽根のように形成した羽根部材３８ａを支持部材３８ｂによって管壁に支持して形成されている。
【００２９】
このように形成することにより、本実施形態によれば、入口管３０に流入されるＮＧＨスラリーの流れが羽根部材３８ａによって旋回流に変換され、ＮＧＨよりも比重の大きな水がろ壁３２側に押しやられ、ＮＧＨはろ壁３２部の中心側を流れる割合が多くなる。その結果、濃縮器２の軸心部のＮＧＨ濃度が高くなり、ろ壁３２側の周辺部のＮＧＨ濃度が低くなるから、ＮＧＨによるろ壁３２の目詰まりを軽減することができる。
（実施形態３）
図４に、本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器の他の実施形態の構成図を示す。本実施形態が図３の実施形態と相違する点は、帯状の板材をスクリュー羽根のように形成した羽根部材３８ａの旋回流形成手段３８に代えて、入口管３０の部分の内壁に複数の旋回羽根４０からなる旋回流形成手段３８を設けたことにある。その他の部分は、図３と同一の符号を付して説明を省略する。なお、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）の斜視図の線ＩＶＢ−ＩＶＢにおける断面図である。
【００３０】
図示のように、複数（図示例では、８枚）の旋回羽根４０は、管内壁から管中心に向けて放射状に立設させて、且つ流路方向に対して傾斜して設けられている。これによって、入口管３０から流入したＮＧＨスラリーは、複数の旋回羽根４０によって回転成分が与えられ、らせん状の流れが形成される。ここで、ＮＧＨは水に比べて比重が小さいので、管の中心部に集合して流れ、水は金網などから形成されるろ壁３２に沿って流れ、分離水溜め部３３に透過される。
【００３１】
ここで、旋回羽根４０は、流路方向に対して２〜３０°、好ましくは５〜１０°傾斜させる。また、旋回羽根４０の断面は、左右対称の流線型に形成することが好ましいが、左右非対称であってもよい。また、ＮＧＨスラリーに効果的ならせん状の流れを生じさせるために、旋回羽根４０の高さは入口管３０の内径の０．１以上で０．５倍以下が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器の一実施形態の構成図である。
【図２】本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器を適用した一実施の形態のガスハイドレート製造プラントの構成図である。
【図３】本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器の他の実施形態の構成図である。
【図４】本発明の低濃度ガスハイドレートスラリーの濃縮器のさらに他の実施形態の構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  生成器
２  濃縮器
３  物理脱水装置
４  水和脱水装置
１７  スプレーノズル
１８  水循環ポンプ
１９  冷却器
２０  スラリー移送ポンプ
２１  ポンプ
３２  ろ壁
３３  分離水溜め部
３５  流量制御弁
３６  超音波振動装置
３７  質量計
３８  旋回流形成手段
【図１】
2006116503.tif 000003
【図２】
2006116503.tif 000004
【図３】
2006116503.tif 000005
【図４】
2006116503.tif 000006