(57)【要約】【課題】  均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子が得られるハイドレート生成装置、およびハイドレート粒径制御方法を得る。【解決手段】  反応タンク１２内もしくは循環水ライン２６に、ＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）を設け、このＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）で撮像された画像を、粒径計測器３２へ入力し、ハイドレート粒子の粒径ｄを求め、制御部３４へ入力し、制御部３４によって、反応タンク１２内のハイドレート生成条件を制御することで、均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子を反応タンク１２内で生成することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水とハイドレート形成ガスとを接触させてハイドレートを生成するハイドレート生成装置であって、
ハイドレート粒子の粒径を求めるハイドレート粒径測定手段と、
前記ハイドレート粒径測定手段で求めたハイドレート粒子の粒径に基づき、タンク内のハイドレート生成条件を制御するハイドレート粒径制御手段と、
を備えてなり、
前記ハイドレート粒径制御手段が、タンク内の水とハイドレート形成ガスとを攪拌する攪拌装置の回転数、前記タンク周りの温度、前記タンク内に投入されたあと循環する循環水の温度、前記タンク内に投入されたあと循環する循環ガスの温度、前記循環水の量、前記循環ガスの量、前記タンク内に投入され原料となる原料水の温度、前記タンク内に投入され原料となる原料ガス温度、前記原料水の量、前記原料ガスの量の一つ又は複数を選択して、上下或いは増減することを特徴とするハイドレート生成装置。
【請求項２】
前記ハイドレート粒径測定手段が、前記ハイドレート粒子を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像されたハイドレート粒子の画像データに基づいて前記ハイドレート粒子の平均粒径を求める平均粒径算出手段と、で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のハイドレート生成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のハイドレート生成装置を用い、ハイドレートの粒径を所定の平均粒径に制御するハイドレート粒径制御方法であって、
前記タンク内のハイドレート粒子の粒径を求めるハイドレート粒径測定工程と、
前記ハイドレート粒径測定工程で求められたハイドレート粒子の粒径に基づき、前記タンク内のハイドレート生成条件を制御してハイドレート粒子の粒径を制御するハイドレート粒径制御工程と、
を有することを特徴とするハイドレート粒径制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドレート生成装置およびハイドレート粒径制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイドレート製造ラインとしては、水とメタンガスなどのハイドレート形成ガスとを所定の温度、圧力下で接触させてハイドレートを生成させる一次生成器と、一次生成器で生成したハイドレートに更にハイドレート形成ガスを接触させてハイドレートの純度を高める二次生成器（水和脱水器）とを備えるものが検討されている（特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２００３−０４１２７３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】
【０００３】
一方、ハイドレート粒子において、粒径が小さい場合、総表面積が大きくなるためハイドレートの生成速度も大きくなるが、ハイドレートの保存条件として検討されている大気圧、−２０℃での安定性が低くなる。
【０００４】
したがって、ハイドレート粒子の粒径を、ハイドレートの生成速度がある程度速く、しかも前記保存条件での安定性も良好な最適値になるように制御する必要がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子が得られるハイドレート生成装置、およびハイドレート粒径制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、水とハイドレート形成ガスとを接触させてハイドレートを生成するハイドレート生成装置であって、ハイドレート粒子の粒径を求めるハイドレート粒径測定手段と、前記ハイドレート粒径測定手段で求めたハイドレート粒子の粒径に基づき、タンク内のハイドレート生成条件を制御するハイドレート粒径制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
ハイドレート粒径測定手段で求めたハイドレート粒子の粒径に基づいて、ハイドレート粒径制御手段によって、タンク内のハイドレート生成条件を制御することで、均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子をタンク内で生成することができる。なお、ハイドレート形成性ガスとしては、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、二酸化炭素、酸素、窒素、水素などのように、水とハイドレートを形成するガスが挙げられる。
【０００８】
前記ハイドレート生成装置において、前記ハイドレート生成条件は、タンク内の水とハイドレート形成ガスとを攪拌する攪拌装置の回転数、前記タンク周りの温度、前記タンク内に投入されたあと循環する循環水の温度、前記タンク内に投入されたあと循環する循環ガスの温度、前記循環水の量、前記循環ガスの量、前記タンク内に投入され原料となる原料水の温度、前記タンク内に投入され原料となる原料ガス温度、前記原料水の量、前記原料ガスの量であり、これらの一つ又は複数を選択して、上下或いは増減することを特徴としている。
【０００９】
例えば、ハイドレートの粒径が小さい場合は、反応温度を上げるような操作を行う。具体的には、攪拌装置の回転数を下げること、タンク周りの温度を上げること、循環水及び循環ガスの温度を上げること、循環水の量及び循環ガスの量を減らすこと、原料水の温度及び原料ガス温度を上げること、原料水の量及び原料ガスの量を減らすことなどが挙げられる。
【００１０】
以上の動作を同時、或いは各々行うことで、ハイドレートの粒径を大きくすることができる。ここで、ハイドレートの粒径を大きくすることで、ハイドレートの生成速度は低下するため、該生成速度を上げるには、前述した調整と反対のことを行えば良い。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のハイドレート生成装置において、前記ハイドレート粒径測定手段が、前記ハイドレート粒子を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像されたハイドレート粒子の画像データに基づいて前記ハイドレート粒子の平均粒径を求める平均粒径算出手段と、で構成されたことを特徴としている。
【００１２】
前記撮像手段で撮像されたハイドレート粒子の画像データに基づいて、平均粒径算出手段によってハイドレート粒子の平均粒径を求め、制御手段によって、ハイドレート粒子の平均粒径が所定の範囲の値になるように、タンク内のハイドレート生成条件を制御する。これにより、ハイドレート粒子の平均粒径、粒径分布が変化したときに、リアルタイムでハイドレート粒子の粒径制御を行なうことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のハイドレート生成装置を用い、ハイドレートの粒径を所定の平均粒径に制御するハイドレート粒径制御方法であって、前記タンク内のハイドレート粒子の粒径を求めるハイドレート粒径測定工程と、前記ハイドレート粒径測定工程で求められたハイドレート粒子の粒径に基づき、前記タンク内のハイドレート生成条件を制御してハイドレート粒子の粒径を制御するハイドレート粒径制御工程と、を有することを特徴としている。
【００１４】
タンク内のハイドレート粒子の粒径を求めるハイドレート粒径測定工程で求められたハイドレート粒子の粒径に基づいて、ハイドレート粒径制御工程では、タンク内のハイドレート生成条件を制御してハイドレート粒子の粒径を制御する。これにより、均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子をタンク内で生成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上記構成としたので、請求項１又は３に記載の発明では、ハイドレート粒径測定手段で求めたハイドレート粒子の粒径に基づいて、制御手段によって、タンク内のハイドレート生成条件を制御することで、均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子をタンク内で生成することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、ハイドレート粒子の平均粒径、粒径分布が変化したときに、リアルタイムでハイドレート粒子の粒径制御を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係るハイドレート生成装置について説明する。
【００１８】
図１に示すように、ハイドレート生成装置１０には、略円筒状の反応タンク１２が備えられており、この反応タンク１２には、原料水を供給する原料水供給ライン１４と、原料ガスを供給する原料ガス供給ライン１６が配設されている。
【００１９】
原料水供給ライン１４には、ポンプ１４Ａ、熱交換器１４Ｂ及びバルブ１４Ｃがそれぞれ接続されており、これらを介して所定量、所定温度の原料水が反応タンク１２へ供給される。
【００２０】
一方、原料ガス供給ライン１６には、熱交換器１６Ａ及びバルブ１６Ｂがそれぞれ接続されており、これらを介して所定量、所定温度の原料ガスが反応タンク１２へ供給される。
【００２１】
ここで、反応タンク１２には攪拌装置１８が配設されており、モータ２０の駆動によって攪拌羽根２２が回転し、反応タンク１２内で原料水と原料ガスとを攪拌する。反応タンク１２には、ガス循環ライン２４及び循環水ライン２６を備えており、ガス循環ライン２４には、コンプレッサ２４Ａ、熱交換器２４Ｂ及びバルブ２４Ｃがそれぞれ接続されており、原料ガス供給ライン１６から供給された原料ガスのうち、水と反応しなかったものをスパージャー２５から反応タンク１２内へ戻すようにしている。
【００２２】
一方、循環水ライン２６には、原料水供給ライン１４と同様、ポンプ２６Ａ、熱交換器２６Ｂ及びバルブ２６Ｃがそれぞれ接続されており、反応タンク１２内の水を冷却するため循環させるようにしている。
【００２３】
ところで、反応タンク１２の外周には筒状のジャケット２８が外挿されている。このジャケット２８内には冷媒が流動可能となっており、ジャケット２８の流入側のパイプ３０には熱交換器３０Ａが接続され、反応タンク１２内を所定の温度に保持するようにしている。
【００２４】
また、反応タンク１２内もしくは循環水ライン２６には、流動するハイドレート粒子３６を撮像するＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）が設けられており、このＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）で撮像された画像（図３参照）は、粒径計測器３２へ入力される。
【００２５】
このように、ＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）で撮像されたハイドレート粒子３６の画像の各々について、ピクセル何個分に相当するかを求め、ピクセルの個数から、各ハイドレート粒子３６の画像面積Ｓを求める。
【００２６】
そして、前記画像が円形であると仮定したときに画像面積Ｓ＝πｄ2／４を与える直径ｄをハイドレート粒子３６の粒径とする。もちろん、画像データにより直接ハイドレート粒子３６の粒径ｄが求められる場合は、それでも良い。
【００２７】
各粒径ｄと粒径ｄを求めたハイドレート粒子３６の個数ｎとから、平均径Ｄを求める。この平均径Ｄを求める式は、以下のようなものがある。
【００２８】
ａ．個数平均径：Ｄ１＝Σ（ｎｄ）／Σｎ
ｂ．長さ平均径：Ｄ２＝Σ（ｎｄ2）／Σｎｄ
ｃ．面積平均径：Ｄ３＝Σ（ｎｄ3）／Σｎｄ2
ｄ．体積平均径：Ｄ４＝Σ（ｎｄ4）／Σｎｄ3
これらの式のうちでは、面積平均径Ｄ３が最も好ましい。
【００２９】
図１及び図２に示すように、粒径計測器３２には制御部３４が接続されており、粒径計測器３２によって求められたハイドレート粒子３６の粒径ｄが制御部３４へ入力される。この制御部３４には、反応タンク１２内を攪拌する攪拌装置１８のモータ２０、反応タンク１２内へ原料水を供給する原料水供給ライン１４に接続された熱交換器１４Ｂ及びバルブ１４Ｃ、反応タンク１２内へ原料ガスを供給する原料ガス供給ライン１６に接続された熱交換器１６Ａ及びバルブ１６Ｂ、反応タンク１２内のガスを循環させるガス循環ライン２４に接続された熱交換器２４Ｂ及びバルブ２４Ｃ、反応タンク１２内の水を冷却するため循環させる循環水ライン２６に接続された熱交換器２６Ｂ及びバルブ２６Ｃ、ジャケット２８の流入側の熱交換器３０Ａがそれぞれ接続されており（なお、図１においては、便宜上、制御部３４とモータ２０のみを接続させている）、これらのいわゆるハイドレート生成条件を制御できるようにしている。
【００３０】
次に、ハイドレート生成装置の作用について説明する。
【００３１】
図１に示すように、原料水供給ライン１４から供給された所定温度の水と、原料ガス供給ライン１６から供給された所定温度の原料ガスとが、所定温度および圧力に保持された反応タンク１２内で攪拌されハイドレートのスラリーが生成される。このとき、反応タンク１２内の水は循環水ライン２６によって冷却され、余剰の原料ガスは、ガス循環ライン２４を通って反応タンク１２へ戻される。
【００３２】
ここで、反応タンク１２内もしくは循環水ライン２６に、ＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）を設け、このＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）で撮像された画像を、粒径計測器３２へ入力し、ハイドレート粒子３６の粒径ｄを求め、制御部３４へ入力する。
【００３３】
例えば、ハイドレート粒子３６の粒径ｄが小さい場合、攪拌装置１８のモータ２０の回転数を下げ、ジャケット２８の流入側の熱交換器３０Ａを制御して反応タンク１２周りの温度を上げる。
【００３４】
また、循環水ライン２６に接続された熱交換器２６Ｂを制御して循環水の温度を上げ、バルブ２６Ｃを閉じ循環水の量を減らす。ガス循環ライン２４に接続された熱交換器２４Ｂを制御して循環ガスの温度を上げ、バルブ２４Ｃを閉じ循環ガスの量を減らす。
【００３５】
そして、原料水供給ライン１４に接続された熱交換器１４Ｂを制御して原料水の温度を上げ、バルブ１４Ｃを閉じ原料水の量を減らす。また、原料ガス供給ライン１６に接続された熱交換器１６Ａを制御して原料ガス温度を上げ、バルブ１６Ｂを閉じ原料ガスの量を減らす。
【００３６】
以上の動作を同時、或いは各々行う（前述した複数のハイドレート生成条件のうち、何れか一つの調整であっても良い）ことで、ハイドレートの粒径ｄを大きくすることができる。
【００３７】
このように、ハイドレート粒径測定手段で求めたハイドレート粒子３６の粒径ｄに基づいて、制御部３４によって、反応タンク１２内のハイドレート生成条件を制御することで、均一性が高く最適な粒径のハイドレート粒子３６を反応タンク１２内で生成することができる。
【００３８】
ここで、ハイドレートの粒径を大きくすることで、ハイドレートの生成速度は低下するため、該生成速度を上げるには、前述した調整と反対のことを行えば良い。
【００３９】
また、ＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）で撮像された画像（図３参照）を、粒径計測器３２へ入力し、ハイドレート粒子３６の粒径ｄを求めた結果に基づいて、制御部３４によって、ハイドレート粒子３６の平均粒径が所定の範囲の値になるように、反応タンク１２内のハイドレート生成条件を制御することで、ハイドレート粒子３６の平均粒径、粒径分布が変化したときに、リアルタイムでハイドレート粒子３６の粒径制御を行なうことができる。
【００４０】
なお、本形態では、ＣＣＤカメラ３１（もしくはＣＣＤカメラ３３）でハイドレート粒子３６を撮像し、この画像データに基づいてハイドレート粒子３６の粒径ｄを求めたが、これに限るものではなくい。例えば、ＣＣＤカメラの代わりにレーザ照射式粒径測定装置を用いてハイドレート粒子３６の粒径ｄを求めても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイドレート生成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るハイドレート生成装置の構成を示すブロック図である。
【図３】反応タンク内におけるハイドレート粒子をＣＣＤカメラで撮像した画像の一例である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    ハイドレート生成装置
１２    反応タンク
１４    原料水供給ライン
１４Ｂ  熱交換器
１４Ｃ  バルブ
１６    原料ガス供給ライン
１６Ａ  熱交換器
１６Ｂ  バルブ
１８    攪拌装置
２０    モータ
２２    攪拌羽根
２４    ガス循環ライン
２４Ｂ  熱交換器
２４Ｃ  バルブ
２５    スパージャー
２６    循環水ライン
２６Ｂ  熱交換器
２６Ｃ  バルブ
２８    ジャケット
３０Ａ  熱交換器
３１    ＣＣＤカメラ（撮像手段、ハイドレート粒径測定手段）
３２    粒径計測器（平均粒径算出手段、ハイドレート粒径測定手段）
３３    ＣＣＤカメラ（撮像手段、ハイドレート粒径測定手段）
３４    制御部（ハイドレート粒径制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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