(57)【要約】【課題】  ガスハイドレートスラリーの反応容器外への取り出しを経時的に安定化することのできるガスハイドレートの生成装置を提供すること。【解決手段】  反応容器１内の上部空間部３に原料ガス５を供給し、反応容器内の上部空間部に水９を噴霧して供給し、所定の温度及び圧力条件の下、原料ガスと噴霧された水を接触させて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であって、反応容器内の水面下に位置する回転翼２６の回転により反応容器内の水に旋回流を発生し、水面に浮いているガスハイドレート１３を旋回流の遠心力によって中央部に集め、水面付近であって且つ反応容器の中央部付近に配置された抜き出し口４１から、旋回流によって集められた前記ガスハイドレート１３のスラリーを反応容器外に抜き出すこと。【選択図】図３
2006160835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、前記反応容器内の上部空間部に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の前記上部空間部に水を噴霧して供給する噴霧式水供給手段と、を備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記噴霧された水を接触させて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であって、
回転翼全体が反応容器内の水面下に位置し、該回転翼の回転により反応容器内の水に旋回流を発生し、該旋回流の遠心力によって水面に浮いているガスハイドレートを前記旋回流の中央部に集める旋回流発生手段と、
前記水面付近であって且つ反応容器の中央部付近に配置された抜き出し口から、前記旋回流によって集められた前記ガスハイドレートのスラリーが流入して該スラリーを反応容器外に抜き出す抜き出し手段と、を備えていることを特徴とするガスハイドレート生成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記旋回流発生手段は、
反応容器の内壁寄りであって周方向に等間隔に配置された２つ以上の回転翼と、
各回転翼を下端に固定し、水面下から水面上に鉛直方向に延びた支持棒と、水面上において各支持棒を回転軸に繋げる連結部と、を備えていることを特徴とするガスハイドレート生成装置。
【請求項３】
請求項１において、前記抜き出し手段は、前記抜き出し口から鉛直下方に延設された抜き出し管を備え、
前記旋回流発生手段は、前記回転翼が前記抜き出し管を回転中心として回転するように構成されていることを特徴とするガスハイドレート生成装置。
【請求項４】
反応容器内の上部空間部に原料ガスを供給し、前記反応容器内の前記上部空間部に水を噴霧して供給し、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記噴霧された水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法であって、
反応容器内の水面下に位置する回転翼の回転により反応容器内の水に旋回流を発生し、水面に浮いている前記ガスハイドレートを前記旋回流の遠心力によって中央部に集め、前記水面付近であって且つ反応容器の中央部付近に配置された抜き出し口から、前記旋回流によって集められた前記ガスハイドレートのスラリーを反応容器外に抜き出すことを特徴とするガスハイドレート生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器内の上部空間部に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の前記上部空間部に水を噴霧して供給する噴霧式水供給手段とを備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記噴霧された水を接触させて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及び生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスハイドレートは、水分子が結合して形成された立体構造の籠の内部に、例えば天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や二酸化炭素等のガス分子が取り込まれて形成される包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。すなわちガスハイドレートは、原料ガス分子と水分子からなる氷状の固体物質であり、水分子が形成する立体的な籠状構造の内部に原料ガス分子を包接した安定な包接化合物の一種である。このガスハイドレートは、ガス包蔵量が比較的大きいと共に、大きな生成・分解エネルギーや、ハイドレート化ガスの選択性等の特徴ある性質を有しているため、例えば、天然ガス等の輸送・貯蔵手段や、蓄熱システム、アクチュエータ、特定成分ガスの分離回収等の多様な用途が可能であり、盛んに研究がなされている。
【０００３】
ガスハイドレートは、通常、高圧・低温条件の下で生成される。生成方法として、以下の方式が良く知られている。原料ガスを高圧に充填した反応容器の上部から冷却した水を噴霧することにより、水滴が原料ガス中を落下する際に水滴表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「水噴霧方式」や、原料ガスを水中に気泡として導入（バブリング）することにより、原料ガスの気泡が水中を上昇する際に気泡表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「バブリング方式」等である。
【０００４】
このガスハイドレートを生成する装置の従来技術の一例として、特許文献１（特開２００３−３２７９８０号公報）に記載の装置が挙げられる。反応容器内で原料ガスと水を接触させて生成したガスハイドレートは、比重が水より小さいため、反応容器内の水面上に浮いてガスハイドレートの層を形成する。前記接触反応を継続させることにより、このガスハイドレートは水面上に次第に溜まっていく。このガスハイドレートは、水面上に次第に溜まっていくことにより成長して塊状になりやすい。ガスハイドレートが塊になるとその流動性が低下し、取り出し口から流入させ更に取り出し管内を流動させて反応容器外へ取り出すことが困難になる。
【０００５】
そこで、反応容器内の水面部分に掻き寄せ羽根を設け、該掻き寄せ羽根を回転させて水面に浮いているガスハイドレートを撹拌して流動性を保ちつつ、反応容器の中心側に掻き寄せて集合させ、反応容器の中心部に配置された取り出し口からガスハイドレートのスラリーを流入させて取り出し管内を流動させて外部に取り出すように構成されている。  
ここで、掻き寄せ羽根は、基端が水面上に位置し、下端が水面下に没入するように配置されている。すなわち、掻き寄せ羽根は、水面上に浮いているガスハイドレートに直接接触して回転し、該ガスハイドレートを反応容器の中心部に掻き寄せるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２７９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のガスハイドレート生成装置は、掻き寄せ羽根が水面上に浮いているガスハイドレートに直接接触して回転する構造であるため、掻き寄せ羽根の表面にガスハイドレートが付着して蓄積し、円滑な掻き寄せが出来なくなり、ガスハイドレートスラリーの取り出し管への誘導排出が不安定となり、最後にはガスハイドレートスラリーの反応容器外への取り出しが困難になる問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ガスハイドレートスラリーの反応容器外への取り出しを経時的に安定化することのできるガスハイドレートの生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、反応容器と、前記反応容器内の上部空間部に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の前記上部空間部に水を噴霧して供給する噴霧式水供給手段とを備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記噴霧された水を接触させて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であって、回転翼全体が反応容器内の水面下に位置し、該回転翼の回転により反応容器内の水に旋回流を発生し、該旋回流の遠心力によって水面に浮いているガスハイドレートを前記旋回流の中央部に集める旋回流発生手段と、前記水面付近であって且つ反応容器の中央部付近に配置された抜き出し口から、前記旋回流によって集められた前記ガスハイドレートのスラリーが流入して該スラリーを反応容器外に抜き出す抜き出し手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、回転翼全体が反応容器内の水面下に位置する旋回流発生手段の、当該回転翼の回転により反応容器内の水に旋回流を発生し、この旋回流の遠心力によって水面に浮いている前記ガスハイドレートを該旋回流の中央部に集め、抜き出し手段の抜き出し口に流入させて反応容器外に抜き出すように構成されている。従って、当該回転翼はガスハイドレートに非接触であるため、従来のような翼表面へのガスハイドレート付着の問題は無く、旋回流を経時的に安定して発生させることができる。  
これにより、ガスハイドレートの反応容器外への抜き出しを安定して継続させることができる。更に、旋回流の遠心力の作用によって水より比重の小さいガスハイドレートを中央部に集めるため、ガスハイドレートスラリーの濃度を簡単に濃縮することができる。
【００１１】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記旋回流発生手段は、反応容器の内壁寄りであって周方向に等間隔に配置された２つ以上の回転翼と、各回転翼を下端に固定し、水面下から水面上に鉛直方向に延びた支持棒と、水面上において各支持棒を回転軸に繋げる連結部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第１の態様に基づく作用効果に加えて、回転翼を下端に固定する当該支持棒が、水面上のガスハイドレート層の周辺部に対して局部的に撹拌作用をすることになるため、当該旋回流の遠心力によるガスハイドレートの中央部への集め作用がアシストされる効果が得られる。
【００１３】
また、本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記抜き出し手段は、前記抜き出し口から鉛直下方に延設された抜き出し管を備え、前記旋回流発生手段は、前記回転翼が前記抜き出し管を回転中心として回転するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、前記抜き出し手段は、前記抜き出し口から鉛直下方に延設された抜き出し管を備え、前記旋回流発生手段は、前記回転翼が前記抜き出し管を回転中心として回転するように構成されている。従って、第１の態様に基づく作用効果に加えて、回転翼と水面との間に旋回流を乱すものが存在しないので、旋回流の安定性が増し、該旋回流に基づく遠心力の均一性が高まり、ガスハイドレートスラリーの濃度を精度良く濃縮することができる。
【００１５】
また、本発明の第４の態様は、反応容器内の上部空間部に原料ガスを供給し、前記反応容器内の前記上部空間部に水を噴霧して供給し、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記噴霧された水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成方法であって、反応容器内の水面下に位置する回転翼の回転により反応容器内の水に旋回流を発生し、水面に浮いている前記ガスハイドレートを前記旋回流の遠心力によって中央部に集め、前記水面付近であって且つ反応容器の中央部付近に配置された抜き出し口から、前記旋回流によって集められた前記ガスハイドレートのスラリーを反応容器外に抜き出すことを特徴とする。  
本発明によれば、第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回転翼はガスハイドレートに非接触であるため、従来のような翼表面へのガスハイドレート付着の問題は無く、旋回流を経時的に安定して発生させることができる。従って、ガスハイドレートの反応容器外への抜き出しを安定して継続させることができる。更に、旋回流の遠心力の作用によって水より比重の小さいガスハイドレートを中央部に集めるため、ガスハイドレートスラリーの濃度を簡単に濃縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。  
［実施例１］
図１は本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の一実施例を示す概略構成図である。反応容器１の上部に、該反応容器１内の上部空間部３に天然ガスから成る原料ガス５を供給する原料ガス供給手段を構成するガスノズル７が設けられている。このガスノズル７は、図示しないガス供給源に連通され、制御された噴射量で原料ガス５を反応容器１内に噴射するようになっている。また、反応容器１の上部の他の部位に、反応容器１内の上部空間部３に水９を噴霧する噴霧式水供給手段を構成する噴霧ノズル１１が設けられている。
【００１８】
反応容器１内は、公知の方法により、所定の温度及び圧力に調整される。本実施例では温度は３℃、圧力は５ＭＰaである。この温度及び圧力の下で、前記原料ガス５と前記噴霧された水９が接触してガスハイドレート１３が生成するようになっている。ガスハイドレートは、反応に供した原料の水の量に対して生成量は１〜５重量％程度と僅かであるため、原料ガス５と水９とを反応容器１内に循環供給することにより生成するガスハイドレートを水面上に蓄積してその量を増加させ、濃縮している。通常、その後の反応容器１からの抜き出し易さや更なる濃縮装置の能力等との関連性を考慮して、ガスハイドレートスラリーの濃度を１０〜３０重量％、望ましくは２０重量％程度に濃縮するようにしている。
【００１９】
図１の装置おいては、水９の循環供給構造が示されている。すなわち、反応容器１の水面下の容器底部付近に、液体としての水９０の取り出し口１５が設けられ、該取り出し口１５と前記噴霧ノズル１１は循環ライン１７を介して接続されている。循環ライン１７には循環用ポンプ１９と熱交換機２１が設けられている。循環用ポンプ１９は、液体としての水９０を取り出し口１５から噴霧ノズル１１に向けて送ると共に、噴霧ノズル１１の噴霧力を発生させる働きをする。熱交換機２１は、ガスハイドレートを生成する原料としての水の温度条件（本実施例では３℃）にまで水温を下げる働きを担うものである。  
尚、ガスハイドレートは、水と原料ガスとの接触により水和反応が行われて生成するが、その際、生成熱が発生する。この生成熱（メタンの場合９８ｋｃａｌ／ｋｇ）を除去するために公知の冷却装置２３が設けられている。
【００２０】
そして、反応容器１内の液体としての水９０に旋回流を発生させる旋回流発生装置２５が設けられている。該旋回流発生装置２５は、回転翼２７，２７，…全体が反応容器１内の水面下に位置し、回転翼２７，２７，…の鉛直軸回りの回転により反応容器１内の水９０に旋回流を発生し、該旋回流の遠心力によって水面に浮いているガスハイドレート１３を前記旋回流の中央部２９に集めるように構成されている。
【００２１】
本実施例では、反応容器１の内壁３１寄りであって周方向に等間隔に配置された４つの回転翼２７，２７，…と、各回転翼２７，２７，…を下端に固定し、水面下から水面上に鉛直方向に延びた４本の支持棒３３，３３，…と、水面上において各支持棒３３，３３，…を１本の回転軸３５に繋げる４本の連結部３７，３７，…とを備えて、当該旋回流発生装置２５が構成されている。図１において、符号３９は回転軸３５を回転する駆動装置を示す。
【００２２】
ここで、回転翼２７，２７，…の形状及びサイズ等、また回転翼２７，２７，…の回転速度等の具体的設定は相対的であり、画一的には決まらない。要は水面に浮いているガスハイドレート１３を、発生させる旋回流の遠心力によって、水との比重の差を利用して該旋回流の中央部２９に集めることができるように設定される。理想的には、水面の波立ちがほとんど無く、水面下も乱流がほとんど無く、水面中央部が最も凹んだ側面視Ｖ字形状の一様な凹面が形成されるような旋回流が望ましいと言えるが、実質的はここまでしなくても旋回流の前記役割は果たせる。
【００２３】
更に、上記の如く集められたガスハイドレート１３のスラリーを反応容器１の外部に抜き出す為の抜き出し装置４０が設けられている。該抜き出し装置４０は、本実施例では、水面付近であって且つ反応容器１の中央部付近に抜き出し口４１を位置させ、該抜き出し口４１から鉛直下方に延設された抜き出し管４３と、該抜き出し管４３に設けられた抜き出し用ポンプ４５を備えている。ガスハイドレート１３のスラリーは、抜き出し管４１に流入し、抜き出し管４３を通って反応容器１の外部に抜き出される。
【００２４】
次に上記実施例１の作用を説明する。  
本実施例では、回転翼２７，２７，…全体が反応容器１内の水面下に位置する旋回流発生装置２５の、当該回転翼２７，２７，…の回転により反応容器１内の水９０に旋回流を発生し、この旋回流の遠心力によって水面に浮いているガスハイドレート１３を該旋回流の中央部に集め、抜き出し装置４０の抜き出し口４１に流入させて反応容器１外に抜き出すように構成されている。従って、当該回転翼２７，２７，…はガスハイドレート１３に非接触であるため、従来のような翼表面へのガスハイドレート付着の問題は無く、旋回流を経時的に安定して発生させることができる。  
これにより、ガスハイドレート１３の反応容器１」外への抜き出しを安定して継続させることができる。更に、旋回流の遠心力の作用によって水より比重の小さいガスハイドレート１３を中央部に集めるため、ガスハイドレートスラリーの濃度を簡単に濃縮することができる。
【００２５】
更に、回転翼２７，２７，…を下端に固定する支持棒３３，３３，…は、水面上のガスハイドレート１３の層の周辺部に対して局部的に撹拌作用をすることになるため、当該旋回流の遠心力によるガスハイドレート１３の中央部への集め作用がアシストされる。
【００２６】
［実施例２］
図２は本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、旋回流発生装置２５は、反応容器１の底部中央部に配設され、その主要構成部となる回転翼２８と、該回転翼２８の回転軸３６と、該回転軸３６を回転する駆動装置３８とから構成されている。また、抜き出し装置４０は、前記旋回流発生装置２５が反応容器１の底部中央部に配設されたことにより、抜き出し管４４はＬ字状に曲げられて反応容器１の側面を貫通するように配設されている。尚、噴霧ノズル１１は、反応容器１の上部中央部に設けられている。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。
【００２７】
実施例２によれば、回転翼２８と水面との間にＬ字状に曲げられた抜き出し管４４が存在するため、その分だけ旋回流が乱れやすいが、実用上は有効なレベルで、該旋回流の遠心力の作用によってガスハイドレート１３を中央部に集めることができ、ガスハイドレートスラリーの濃度を濃縮することができる。
【００２８】
［実施例３］
図３は本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の更に他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、旋回流発生装置２５は、抜き出し口４１から鉛直下方に延設された抜き出し管４３を回転中心として、回転翼２６が回転するように構成されている。回転翼２６の軸部４２は、反応容器１の底部を貫通して回転可能に形成され、反応容器１外に設けられたモータ４６を駆動力源として回転するようになっている。貫通部の液体のシールについては公知の技術が適用されている。尚、回転翼２６は図示の例に限定されず、反応容器内に設けた耐圧の水中モータ（図示せず）によって駆動してもよい。その他の構成は、図１に示した実施例１又は図２に示した実施例２と同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。
【００２９】
実施例３によれば、抜き出し装置４０は、前記抜き出し口４１から鉛直下方に延設された抜き出し管４３を備え、旋回流発生装置２５は、回転翼２６が前記抜き出し管４３を回転中心として回転するように構成されている。すなわち、回転翼２６と水面との間に旋回流を乱すものが存在しないので、旋回流の安定性が実施例１や実施例２に比べて増し、該旋回流に基づく遠心力の均一性が一層高まり、ガスハイドレートスラリーの濃度を精度良く濃縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、反応容器内の上部空間部に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の前記上部空間部に水を噴霧して供給する噴霧式水供給手段とを備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記噴霧された水を接触させて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及び生成方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の更に他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  反応容器
３  上部空間部
５  原料ガス
９  噴霧された水
１３  ガスハイドレート
２１  熱交換機
２５  旋回流発生装置
２６〜２８  回転翼
２７  回転翼
２９  旋回流の中央部
３３  支持棒
４０  抜き出し装置
４１  抜き出し口
４２  軸部
４３  抜き出し管
４６  モータ
９０  液体としての水
【図１】
2006160835.tif 000003
【図２】
2006160835.tif 000004
【図３】
2006160835.tif 000005