(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスハイドレートを高圧に保持されているガス化槽に供給する方法を提供する。【解決手段】  ガスハイドレートを混合器１０を介してガスハイドレートと水とを混合状態でガス化槽３２に供給する方法において、前記混合器１０は、本体の上部に形成された旋回室３と、この旋回室３に続く円錐状の縮小室２と、更にこの縮小室２の下方に形成された攪乱排出室８で構成されており、前記旋回室３は接線方向より供給される水流Ｗによって旋回流を形成して供給されたガスハイドレートを伴なって混合流を形成し、縮小室２を通過する際にこの混合流を縮小して排出するようになっており、前記混合器１０の旋回室３にガスハイドレートを供給し、水流とガスハイドレートとの混合流を形成しながら旋回させ、次いでこの混合流を縮小し、更にこの混合流を攪乱しながら、圧力を保持した状態でガス化槽３２に供給するガスハイドレートをガス化槽へ供給する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレートを、混合器を介してガスハイドレートと水とを混合状態でガス化槽に供給する方法において、前記混合器は、本体の上部に形成された旋回室と、この旋回室に続く円錐状の縮小室と、更にこの縮小室の下方に形成された攪乱排出室で構成されており、前記旋回室は接線方向より供給される水流によって旋回流を形成して供給されたガスハイドレートを伴なって混合流を形成し、縮小室を通過する際にこの混合流を縮小して排出するようになっており、前記混合器の旋回室にガスハイドレートを供給し、水流とガスハイドレートとの混合流を形成しながら旋回させ、次いでこの混合流を縮小し、更にこの混合流を攪乱しながら、圧力を保持した状態でガス化槽に供給することを特徴とするガスハイドレートをガス化槽へ供給する方法。
【請求項２】
ガスハイドレートと高圧水との混合体を形成して排出する混合器と、内部に散水パイプを配置したガス化槽と、前記ガス化槽と散水パイプとの間を結ぶ温水循環経路と、前記ガス化槽で分離したガスをガス消費設備に供給する配管とからなり、前記混合器は円筒状の本体と、この本体の上部に配置され、上下に開口を持つ円錐体と、この円錐体の上方に形成されている旋回室の周壁面の接線方向に高圧水を供給する高圧水供給源と、前記本体の下部に開口された排出口と前記ガス化槽との間を配管で接続されていることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
【請求項３】
前記混合器は、本体の内部に上下に開口を持つ円錐体を配置し、この円錐体の上方に旋回室を形成し、この旋回室に接線方向より高圧水を供給する水供給管を設け、前記円錐体の下方に攪乱排出室を形成しており、ガスハイドレートを前記旋回室に供給すると共に高圧水により旋回作用を与えて混合体を形成し、この混合体を攪乱排出室に排出した後、前記ガス化槽に供給するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のガスハイドレートのガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスハイドレートと熱水とを接触させてガス化する方法と、それに使用する装置の改良に関し、更に詳しくは、ガスの供給先、例えばガスタービン発電設備に供給するガス圧に対応して高圧に保持されているガス化タンク内に効率的にガスハイドレートを供給する方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）は高いガス包蔵性（気体状態で約１／１７０の体積となる）を持っており、また、液化天然ガス（ＬＮＧ）のようにマイナス１６２℃の極低温に保持しておく必要がなく、常圧あるいは、マイナス２０℃程度の比較的低くない低温状態に保持して輸送や貯蔵ができる特性を持っており、その特性により新たな天然ガスの輸送、貯蔵手段としてエネルギー業界より注目されている。
【０００３】
このガスハイドレートは、例えば１０〜５０ｍｍ程度の直径のペレット状（場合によってはあるいはパウダー状）で輸送あるいは貯蔵がされ、包蔵したガスをエネルギーとして使用する際には、これに熱水を接触させて加熱融解してガスと水とに分解し、この分解で生成したガスを各種機器にエネルギー源として供給している。
【０００４】
例えば、天然ガスハイドレートを用いる分散型コージェネレーション設備においては、輸送容器で天然ガスハイドレートを輸送し、この輸送容器から高圧容器に間欠的に送出し、この高圧容器内の天然ガスハイドレートを空調設備の空調負荷で加温された還水で燃料ガスと水とに分解し、生じた高圧の燃料ガスをガスタービン等のガス消費機器に供給する方法が採用されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、耐圧容器内でガスハイドレートを分解して高圧状態となった生成ガスを耐圧容器からそのまま取出して、余計な動力を使用することなく、この高いガス圧を利用して外部の利用設備まで輸送する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のようにＮＧＨは、大気圧でマイナス２０〜３０℃の温度に保持されて保管されているのに対して、例えば、ガスタービンを使用する発電設備の場合、例えば、３５ａｔａ程度の高圧のガスを燃焼器に供給するために必要としている。従って、ガスハイドレートを耐圧容器内で加温して分解して発生したガスをそのまま、あるいは圧力を調節してガスタービンなどの消費機器に供給する方法を採用することによってガス圧縮機による駆動力のロスの発生を防止できる点において有利である。
【０００７】
しかしながら、高圧容器内が前記のごとく３５ａｔａあるいはそれ以上の高圧で保持されている場合に、この容器内に、常圧ないしこれに近い状態で保持されているガスハイドレートを供給することは極めて困難である。
【０００８】
ガス化槽入口に混合器の上下弁の開閉による供給装置を想定すると、一旦上部弁を開くと、容器内は貯槽圧力となって、ガスハイドレートは容器内に供給されるが、ガス化槽に投入する時、上部弁を閉じ下部弁を開くと、この容器はガス化槽の圧力になるように、高圧ガスが逆流し、ガス化槽の圧力低下を招く。ガスハイドレート投入処理後この高圧ガスを下部弁を閉じ、上部弁を開き常圧に戻して、混合器内ガスを再度全量を圧縮する必要が生じる。
【０００９】
本発明は、ガス化槽のガスの逆流をしないように加圧注水ポンプにより、容器圧ガスを加圧することにより、ガス化槽内の圧力変動を防止できる。しかし、単に注水のみによるガスの圧縮であっても、ガスハイドレートは水より比重が軽く、分離して浮上し易いことから、ガスハイドレートを収容している容器より単に高圧容器内に供給しようとしても、水のみが高圧容器内に供給されて肝心のガスハイドレートは容器内に残ることになるので、供給装置を構成する混合器を使用する方法が考えられる。
【００１０】
図５は本発明者が検討したガスハイドレートの供給方法の説明図であり、高圧容器であるガス化槽内にガスハイドレートを供給する際に使用する混合器２０の作動状態を示しており、この図を参照してガスハイドレートをガス化タンク内に間欠的に供給する方法を説明する。
【００１１】
混合器２０の本体の上部にガスハイドレートの供給管２１と本体内のガス圧の放圧管２２と給水管２３が設けられ、更に、下方にはＮＧＨと水の混合体の排出管２４が設けられている。また、各管にはそれぞれ自動操作弁が設けられている。
【００１２】
図５（Ａ）は、ＮＧＨ充填工程を示しており、混合器２０内に所定量の水ｗが供給され、ガスの放圧管２２と加圧水Ｗの供給管２３と、ＮＧＨと水ｗの混合体の排出管２４の３個の弁を閉じた状態（黒塗り）の混合器２０の本体内を「常圧」に保ち、次いでＮＧＨ供給管２１を開弁（白抜き）して所定量のＮＧＨを供給する。
【００１３】
図５（Ｂ）は、加圧水注入工程を示しており、ＮＧＨ供給管２１と放圧管２２と排出管２４の３つの弁を閉じ、給水管２３より例えば“３５ａｔａ”の加圧水Ｗを注入して混合器２０の本体内を昇圧すると共に水面を上昇させ、上部空間に存在するガスは水面の上昇と共に前記３５ａｔａに加圧されることになる。
【００１４】
図５（Ｃ）は、混合器２０内のＮＧＨを排出する工程を示しており、ＮＧＨ供給管２１とガスの放圧管２２の２個の弁を閉じた状態で、給水管２３より３５ａｔａの高圧水Ｗを供給すると共に、排出管２４の弁を開放して図示しないガス化槽内に水ｗとＮＧＨの“混合体”が排出・供給される状態を示している。
【００１５】
図５（Ｄ）は、（Ｃ）のＮＧＨ排出工程の続きで、ＮＧＨ供給管２１と放圧管２２を閉じておき、給水管２３と排出管２４を開くことによって本体内に供給されている全部のＮＧＨを排出する状態を示しており、ＮＧＨと水ｗとの混合体が排出管２４より図示しないガス化槽に供給される。
【００１６】
図５（Ｅ）は、放圧工程を示しており、混合器２０に供給されていたＮＧＨの全量の排出を終ると、給水管２３と排出管２４を閉弁すると共に放圧管２２を開放して内部を常圧とする。
【００１７】
図５（Ｄ）と（Ｅ）を比較すると理解できるように、（Ｄ）においては上部空間は３５ａｔａの加圧状態であるのに対して、（Ｅ）は放圧されて常圧となり、両工程の水面には、Ｌの水頭差が発生している。この水頭差を発生する空間がＮＧＨの充填を容易に行うためのものである。
【００１８】
図５（Ａ’）は、（Ａ）と同様なＮＧＨ充填工程で、前記（Ｅ）の状態にある混合器２０に接続されているＮＧＨ供給管２１を開放して所定量のＮＧＨが供給された状態を示しており、この状態より（Ｂ）の状態に移行する。前記（Ａ）より（Ｅ）に至る一連の工程は、ＮＧＨをガス化槽に間欠的に充填する充填サイクルを示している。
（問題点）
前記混合器２０の本体に付設されている配管２１、２２、２３、２４にそれぞれ設けられている数個の弁を、相互に関連して間欠的に操作することにより、所定量のＮＧＨがガス化槽内にバッチ式で円滑に供給されるように考えられる。
【００１９】
このＮＧＨはガスの包蔵量にも関係するが包蔵量が７０〜１００％の場合の比重は０．９４〜０．９１程度であり、水の１／１．０６〜１／１．１程度であり、あたかも乾燥した雪のような性質を持つものであるから、混合器２０内でこのＮＧＨが水と混合しても水面近くに浮上する傾向がある。この傾向は、ＮＧＨが球状ないし塊状であり、その大きさが大きくなると強くなり、その結果、ＮＧＨの送給が不能となることが判明した。
【００２０】
このような状態が混合器２０内で形成されるので、下部に設けてある排出管２４を開放すると水のみが先に排出され、その後でＮＧＨのみが排出される状態となるので排出できない物が発生してガス化槽へＮＧＨを円滑に供給することが困難となる。
【００２１】
本発明は、前記のように水と分離して浮上し易い比重の軽いＮＧＨを、所定の圧力を持つ水と共に、好ましくは少量の水であってもガス化槽に円滑に供給する方法とその装置を提案することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記目的を達成するための本発明に係るガスハイドレートのガス化槽への供給方法は、ガスハイドレートを混合器を介してガスハイドレートと水とを混合状態でガス化槽に供給する方法において、前記混合器は、本体の上部に形成された旋回室と、この旋回室に続く円錐状の縮小室と更にこの縮小室の下方に形成された攪乱排出室で構成されており、前記旋回室は接線方向より供給される水流によって旋回流を形成して供給された被移送物を伴なって混合流を形成し、縮小室を通過する際にこの混合流を縮小して排出するようになっており、前記混合器の旋回室にガスハイドレートを供給し、水流とガスハイドレートとの混合流を形成しながら旋回させ、次いでこの混合流を縮小し、更にこの混合流を攪乱しながら、圧力を保持した状態でガス化槽に供給することを特徴としている。
【００２３】
また、本発明に係るガスハイドレートの供給装置は、ガスハイドレートと高圧水との混合体を形成して排出する混合器と、内部に散水パイプを配置したガス化槽と、前記ガス化槽と散水パイプとの間を結ぶ温水循環経路と、前記ガス化槽で分離したガスをガス消費設備に供給する配管とからなり、前記混合器は円筒状の本体と、この本体の上部に配置され、上下に開口を持つ円錐体と、この円錐体の上方に形成されている旋回室の周壁面の接線方向に高圧水を供給する高圧水供給源と、前記本体の下部に開口された排出口と前記ガス化槽との間を配管で接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るガスハイドレートをガス化槽へ供給する方法は、混合器中で水とガスハイドレートとの混合体に旋回流を発生させて簡単に分離できないように運動を与え、次いでこの旋回流を絞り、旋回する水流の断面中央にガスハイドレートを集合させながら移送・排出するように構成されている。従って、塊状のガスハイドレートは水の層に包まれた状態となり、両者は分離することなく、一体として運動しながら円滑にガス化槽に供給することができる。
【００２５】
また、本発明に係るガスハイドレートをガス化槽へ供給する装置は、水流を旋回させる旋回室と、水とガスハイドレートとの混合体を旋回させながらこれを縮小する縮小室と、更に攪乱排出室で構成されている。従って、攪乱排出室内で水とガスハイドレートの塊りが混合状態に保持され、旋回エネルギーが与えられて一体となるから、ガスハイドレートが水から分離することなくガス化槽へ供給されることにより、高圧に保持されているガス化槽に円滑に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係るガスハイドレート（ＮＧＨ）をガス化槽へ供給する方法に使用するＮＧＨの混合器１０（供給器）は図１に示すように、円筒状の本体１の上部に、上下に開口を持つ円錐体２を設け、この円錐体２の上方に旋回室３（渦流室）を形成し、この旋回室３の外周の接線方向に、高圧水を供給する供給管４を設けている。また、前記旋回室３の上面中央部にＮＧＨ供給管５が設けられ、この円錐体２の下方に攪乱排出室８を形成し、本体１の下方の底板１ａの中央に排出管６が配置されている。また、前記旋回室３の周壁には放圧管７が接続されており、本体１の内部の圧力を放圧するようになっている。そしてこの混合器１０には図５に示した混合装置と同様に各配管には自動制御弁が設けられて一連の開閉操作を行うようになっている。
【００２７】
図２（Ａ）はＮＧＨ充填工程を示しており、放圧管７と排出管６と水供給管４を閉弁した状態において混合器１０の本体１内に水ｗが水面上方に空間を残すように所定量供給され、その後（あるいは同時に）、ＮＧＨ供給管５よりＮＧＨを図示しない計量手段で計量しながら供給する。
【００２８】
図２（Ｂ）は加圧水注入工程を示しており、ＮＧＨ供給管５、放圧管７、排出管６の３つの弁を閉じ、水供給管４より例えば“３５ａｔａ”の高圧水Ｗを図１に示した旋回室３内に接線方向に高速で注入する。この旋回室３内に高速回転する水とＮＧＨの混合流からなる渦流ｖが発生し、更に本体１の上部空間のガスは水面の上昇と共に３５ａｔａに加圧される。
【００２９】
図２（Ｃ）はＮＧＨ排出工程を示しており、ＮＧＨ供給管５と放圧管７の２個の弁を閉じ、水供給管４より３５ａｔａの高圧水Ｗを供給すると共に、排出管６の弁を開放して図示しないガス化槽内に水ｗとＮＧＨの混合体が排出・供給される状態を示している。  
【００３０】
図３（Ｄ）は、図２（Ｃ）に示したＮＧＨ排出工程の続きで、ＮＧＨ供給管５と放圧管７を閉じておき、水供給管４と排出管６を開いてＮＧＨと水との混合体を排出する状態を示しており、この混合体は排出管６より図示しないガス化槽に供給される。
【００３１】
図３（Ｅ）は放圧工程を示しており、（Ｄ）によりＮＧＨを排出し終ると、水供給管４と排出管６を閉弁し、放圧管７を開放して本体１の内部を常圧にする。
【００３２】
図３（Ｄ）と（Ｅ）を比較すると理解できるように、（Ｄ）においては上部空間は３５ａｔａの加圧状態より（Ｅ）の放圧状態で常圧となり、両工程の間の水面には「Ｌ」の水頭差が発生しており、これがＮＧＨの充填を容易に行うためのピストン的な作用を行う空間である。
【００３３】
図３（Ａ’）は、図２（Ａ）と同様なＮＧＨ充填工程で、前記（Ｅ）の状態にある混合器１０の本体に接続されているＮＧＨ供給管５を開放して所定量のＮＧＨが供給された状態を示しており、この状態より図２（Ｂ）の状態に移行する。
【００３４】
前記（Ａ）より（Ｅ）に至る一連の工程が図５を参照して説明したものと同様なＮＧＨの充填サイクルである。
【００３５】
図５と図２〜図３に示したＮＧＨの充填サイクルを比較して理解できるように、本発明においては図１に示したように混合器１０の本体１の上部に上下に開口を持つ円錐体２で上下に二分して上部に旋回室３を形成しており、この旋回室３の壁面に沿って加圧水Ｗを噴射供給して旋回流を発生させる点に特徴がある。この旋回流によって固形状態、好ましくは球状のＮＧＨに旋回作用を与えることによって高圧水と混合させ、次いで旋回室３の下方に形成されている攪乱排出室８内で、混合しながら旋回しているＮＧＨを排出管６より速やかに排出してガス化槽へ供給するのである。
【００３６】
（混合器の利用例）
以下、図４を参照して本発明に係る混合器１０を使用したＮＧＨをガス化装置に円滑に供給し、得られた高圧のガスを利用すると共にＮＧＨを融解して得られた生成水のエネルギー（圧力と流量）を利用する装置の例を説明する。
【００３７】
ガス化装置３０は、高圧の天然ガスＧ（例えば３５ａｔａ）を必要とするガスタービン発電機３１にガスＧを供給する装置を示している。ガス化槽３２は耐圧容器で構成され、その内部には所定量の水Ｗ1 が貯蔵され、常時所定の液面を保持するように自動調節される。
【００３８】
このガス化槽３２の内部には所定量の水Ｗ1 が収容され、前記混合器１０（ＮＧＨ供給ドラム）に接続された供給管６ａより前記のような間欠的な供給サイクルにより所定量のＮＧＨが供給されるようになっいる。前記混合器１０は前記したように所定量のＮＧＨと水を混合状態で、間欠的、かつ確実に移送・供給する機能を持っている。
【００３９】
また、ガス化槽３２の内部上方には水噴霧器３３が配置され、この槽３２内の水Ｗ1 は循環ポンプ３４で加圧されて循環管路３５を循環するようになっており、この循環管路３５に配置された熱交換器３６の伝熱体３６ａに温水ポンプ３７で温水（例えば海水などの熱媒体）が供給されて循環水を加熱する。
【００４０】
加熱された水Ｗ3 は前記水噴霧器３３よりガス化槽３２内に噴霧供給されてＮＧＨを加熱融解してガス化する。このようにして発生したガスＧは、ガスタービン発電機３１のガスタービン用燃焼器に供給できるような圧力あるいは若干調節して供給できる圧力である、例えば、３５ａｔａの圧力を有している。
【００４１】
また、ＮＧＨを加熱融解してガス化する行程で大量の水（生成水）が発生するが、この水は前記と同様な高い圧力を持っている。従って、この生成水Ｗ2 の一部を循環水Ｗ3 として循環管路３５を循環させながら、他の部分Ｗ4 を分岐管３８を介して生成水貯蔵タンク４０に貯蔵する。このタンク４０内に貯蔵された生成水はＮＧＨを形成する際に使用された水であるから、冷却塔補給水、ボイラ補給水あるいは各種軸受潤滑油冷却器などの各種の用途に利用することができる。
【００４２】
また、この生成水は流量が多い（例えば、ＮＧＨの供給量が１５０トンの場合は生成ガス量は２０トン、生成水の量は１３０トンであり、更に前記のように高い圧力を持っていることから、これをエネルギーとして回収することが可能である。
【００４３】
図４に示したガス化装置においては、分岐管３８の途中に水タービン発電機４１を配置して前記生成水貯蔵タンク４０（常圧）に貯蔵する際に大量の水のエネルギーを利用して水車タービンを駆動して発電することにより、各種のポンプ類の駆動に利用することができる。
【００４４】
このようなＮＧＨをガス化する装置及びこの装置に関連して設けたガスを利用する装置を円滑に運転するためには、高圧に保持されているガス化槽３２に対して、円滑にＮＧＨを供給することが必要である。しかも、ＮＧＨは比重が水に比較すると少なく、水と共に高圧に保持されている容器３２内に供給しようとしても、このＮＧＨが供給装置内に残る傾向があり、その供給がかなり困難であった。
【００４５】
しかし、本発明に係る塊状のＮＧＨに旋回作用を与える混合器（図１〜図３参照）を利用することによって、正確かつ円滑にＮＧＨをガス化槽に供給することができるので、かかるガス化槽を円滑に運転して目的とするガスを効率的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る混合器の説明する斜視図である。
【図２】混合器の作用説明図であって、（Ａ）はＮＧＨの供給行程、（Ｂ）は高圧水供給行程、（Ｃ）はＮＧＨの排出行程を示している。
【図３】前記混合器の作用説明図の続きであって、（Ｄ）は（Ｃ）に続く排出行程、（Ｅ）は本体の内部を放圧行程、（Ａ’）はＮＧＨの供給行程を示している。
【図４】本発明に係る混合器を利用したガス化装置と、得られたガスを利用する一連の装置の説明図である。
【図５】試験例として使用した混合器とその作用説明図であって、（Ａ）はＮＧＨの供給行程、（Ｂ）は高圧水注入行程、（Ｃ）はＮＧＨの排出行程、（Ｄ）はＮＧＨの排出行程、（Ｅ）は放圧行程であり、更に、（Ａ’）はＮＧＨの供給行程を示している。
【符号の説明】
【００４７】
１  本体        ２  円錐体        ３  旋回室        ４  水供給管
５  ＮＧＨ供給管        ６  排出管          ７  放圧管      ８  攪乱・排出室
１０  混合器                                                                    ３０  ガス化装置        ３１  ガスタービン発電機        ３２  ガス化槽
３３  水噴霧器          ３４  循環ポンプ          ３５  循環管路
３６  熱交換器          ３６ａ  伝熱体          ３７  温水ポンプ
４０  生成水貯蔵タンク          ４１  水タービン発電機
【図１】
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【図２】
2006175345.tif 000004
【図３】
2006175345.tif 000005
【図４】
2006175345.tif 000006
【図５】
2006175345.tif 000007