(57)【要約】【課題】  ガスハイドレートがスプレーノズルに詰まるのを防止する。【解決手段】  原料ガス中にスプレーノズル１７から水を噴霧させてガスハイドレートを生成する生成器１と、生成器１から水を抜き出してスプレーノズル１７に供給する水循環ポンプ１８とを備え、スプレーノズル１７を、円筒状のノズル本体２０の先端に同軸にタービン２１を回転自在に設け、このタービン２１の円錐面に対向させてノズル本体２０の先端部を徐々に拡径し、さらに、円錐面に複数の羽根２５を設けて構成するとともに、タービン２１を回転させる手段を設けたことにより、タービン２１を回転させることによりスプレーノズルから噴霧された水を広がりをもって分散させることができ、水を噴霧する細孔や旋回流を形成するための微細ならせん流路がないから、ガスハイドレートが詰まることを防止できる。【選択図】    図１
2006111801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中にスプレーノズルから水を噴霧させてガスハイドレートを生成する生成器と、該生成器から前記水を抜き出して前記スプレーノズルに供給する水循環ポンプとを備えたガスハイドレートスラリー製造装置において、
前記スプレーノズルは、円筒状のノズル本体の先端に同軸に円錐部材を回転自在に設け、該円錐部材の円錐面に対向させて前記ノズル本体の先端部を徐々に拡径して形成するとともに、前記円錐部材の円錐面に周方向に配列された複数の羽根を設けてなり、前記円錐部材を回転させる手段を備えてなることを特徴とするガスハイドレートスラリー製造装置。
【請求項２】
前記回転手段は、モータであることを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートスラリー製造装置。
【請求項３】
前記回転手段は、前記羽根の面を前記円錐部材の軸に対して傾けてなることを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートスラリー製造装置。
【請求項４】
原料ガス中にスプレーノズルから水を噴霧させてガスハイドレートを生成する生成器と、該生成器から前記水を抜き出して前記スプレーノズルに供給する水循環ポンプと、該水循環ポンプにより抜き出される水からガスハイドレートを分離する固液分離器を備えてなるガスハイドレートスラリー製造装置。
【請求項５】
原料ガス中にスプレーノズルから水を噴霧させてガスハイドレートを生成する生成器と、該生成器から前記水を抜き出して前記スプレーノズルに供給する水循環ポンプと、前記スプレーノズルの外表面に加熱した前記原料ガスを噴射する加熱手段とを有するガスハイドレートスラリー製造装置。
【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ガスハイドレートスラリー製造装置に関する。
【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。例えば、特許文献１に記載のように、生成容器内に原料ガスを供給すると共に、生成容器から抜き出した水を冷却して生成容器内に設けたスプレーノズルから原料ガス中にスプレー（噴霧）してハイドレートを生成する、いわゆるスプレー式の生成器が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５５６７５号公報（第１図、第２−４頁参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、スプレーノズルは、一般に、ノズル先端の細孔から水を噴出するように形成され、また、噴霧水に広がりを持たせるために旋回流を形成する微細ならせん流路が形成されている。このような狭隘な流路を有することから、循環水に凝集した比較的大きなガスハイドレートが混入するとノズルを詰まらせるおそれがある。また、循環水中に原料ガスの微細な気泡が残留すると熱交換器を出た後でハイドレートが生成され、それがノズルを詰まらせる場合もある。このようにしてノズルが詰まると、ガスハイドレートスラリー製造装置を連続運転できなくなるといった問題が生じる。
【０００６】
本発明の課題は、ガスハイドレートがスプレーノズルに詰まるのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、原料ガス中にスプレーノズルから水を噴霧させてガスハイドレートを生成する生成器と、生成器から前記水を抜き出してスプレーノズルに供給する水循環ポンプとを備え、スプレーノズルを、円筒状のノズル本体の先端に同軸に円錐部材を回転自在に設け、この円錐部材の円錐面に対向させてノズル本体の先端部を徐々に拡径し、さらに、円錐部材の円錐面に周方向に配列された複数の羽根を設けて構成するとともに、円錐部材を回転させる手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、円錐部材を回転させることにより、スプレーノズルから噴霧される水を広がりをもって分散させることができる。このように、本発明のスプレーノズルには、水を噴霧する細孔や旋回流を形成するための微細ならせん流路がないのでガスハイドレートが詰まることはない。
【０００９】
円錐部材を回転する手段としては、例えば、モータを用いることができる。また、モータに代えて、羽根の面を円錐部材の軸に対して傾けて構成することができる。これによれば、スプレーノズル内の水流を利用して円錐部材を回転させることができ、モータを必要としないので好ましい。
【００１０】
また、スプレーノズルに円錐部材を設ける方法に代えて、生成器から抜き出される水からガスハイドレートを分離する固液分離器を設ける構成にできる。これによれば、ガスハイドレートがスプレーノズルに流入するのを防ぐことができる。なお、固液分離器としては、例えばサイクロンなどの周知のものを用いる。
【００１１】
さらに、これに代えて、原料ガスを加熱してスプレーノズルの外表面に噴射する加熱手段を設けた構成としてもよい。これによれば、スプレーノズル内のガスハイドレートを溶かすことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガスハイドレートがスプレーノズルに詰まるのを防止できる。したがって、スプレーノズルが詰まることによって製造運転が継続できなくなることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。図1に、本発明のスプレーノズルの一実施形態の断面図を示し、図２に本発明を適用した一実施形態のハイドレートスラリー製造装置の構成図を示す。図２に示す実施形態は、天然ガスのハイドレート（以下、ＮＧＨと略す。）を製造するハイドレートスラリー製造装置を示しているが、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、本実施形態のハイドレートスラリー製造装置は、ＮＧＨスラリーを生成する生成器１を備えて構成されている。
【００１４】
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。
【００１５】
このように構成された生成器１内は、天然ガスにより高圧（例えば、３〜１０ＭＰａ）保持されるとともに、冷却器１３、１６により供給される天然ガスおよび水が低温（例えば、１〜５℃）に保持される。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３０が生成されて液相部に落下する。ＮＧＨは、水よりも比重が軽いことから水面近傍に浮き、この水面近傍からＮＧＨ濃度が高いスラリーを抜き出すようにしている。なお、抜き出されたスラリーは、例えば、脱水工程などの処理を経て製品化される。
【００１６】
次に、本実施形態の特徴部であるスプレーノズル１７の構成について図１を参照して詳細に説明する。スプレーノズル１７は、円筒状のノズル本体２０を備えて構成され、ノズル本体２０は生成器１の頂部に挿通させて設けられている。ノズル本体２０の上端はエルボを介して循環水ラインに接続され、下端つまり先端は生成器１内に開放している。ノズル本体２０の先端側には、ノズル本体２０と同軸に円錐状、例えば円錐状または中空の円錐状のタービン２１が配置されている。タービン２１の頂部は、ノズル本体２０の先端に臨ませて配置されている。タービン２１の底径は、ノズル本体２０の内径よりも大きく形成されている。ノズル本体２０の先端は、タービン２１の円錐面に対向させて徐々に拡径した拡径部２２が形成されている。タービン２１の頂部は、シャフト２３が同軸に連結されている。シャフト２３は、ノズル本体２０の上端つまりエルボの壁面に挿通させて回転可能に軸支されている。シャフト２３は、モータ２４が連結されて回転駆動されるようになっている。タービン２１の円錐面には、複数の羽根２５が周方向に配列されている。なお、ノズル本体２０外部が常圧の場合は、シャフト２３を、例えばメカニカルシールなどの周知の耐圧軸受けにより軸支する。
【００１７】
このように構成されたスプレーノズル１７の動作について説明する。まず、水循環ポンプ１８によって生成器１の底部から水および微粒のＮＧＨが抜き出されて冷却器１９で冷却され、ノズル本体２０に供給される。一方、モータ２４が駆動し、タービン２１が回転する。これにより、ノズル本体２０内の水は、ノズル本体２０の先端からタービン２１と拡径部２２との間を通って生成器１内に噴霧され、広がりをもって分散する。この場合において、モータ２４の回転数は、タービン２１が回転することによって水が霧状になる条件に設定する。例えば、羽根２５の間隔および枚数、タービン２１と拡径部２２との隙間、タービン２１の円錐角度などを考慮して設定する。
【００１８】
このように本実施形態によれば、スプレーノズル１７に、水を噴霧する細孔や旋回流を形成するための微細ならせん流路がないので、ＮＧＨが詰まることはない。また、水に同伴されてＮＧＨがスプレーノズル１７に流入し堆積しようとしても、回転する羽根２５により砕くことができる。したがって、ガスハイドレートがスプレーノズルに詰まるのを防止することができる。
【００１９】
また、本実施形態では、タービン２１を回転する手段としてモータ２４を用いた例について説明したが、モータに代えて、図３に示すように、羽根２５の面をタービン２１の軸に対して傾けて構成することができる。これによれば、ノズル本体２０内の水流が羽根２５の面に当たると、水流による分力がタービン２１の周方向に加えられるのでタービン２１を回転させることができる。したがって、モータ２４を設ける必要がなく電源の確保や回転制御などを配慮しなくてよいので好ましい。また、図３の構成によれば、シャフト２３が回転自在に軸支されていればよいから、生成器１の外部との縁を切ることができるのでシール機構を省略できる。この場合において、羽根２５の面の傾斜角度は、例えば、水循環ポンプ１８の水流、羽根２５の間隔および枚数、タービン２１と拡径部２２との隙間、タービン２１の円錐角度などをなどを考慮して水が霧状になるように設定する。
（実施形態２）
図４に、本発明のハイドレートスラリー製造装置の他の実施形態の構成図を示す。本実施形態が図２の実施形態と相違する点は、スプレーノズル１７にタービン２１を設けて噴霧水を分散する方法に代えて、生成器１から抜き出される水からガスハイドレートを分離するサイクロン３１を設けたことにある。すなわち、生成器１の頂部には、スプレーノズル３２が設けられ、このスプレーノズル３２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サイクロン３１を介して循環供給されるようになっている。また、スプレーノズル３２は、円筒の先端に細孔を有し、内部にらせん流路が形成された一般的なものを用いる。
【００２０】
このように構成することにより、冷却器１９から排出された水およびＮＧＨはサイクロン３１内で分離される。分離された水はスプレーノズル３２を介して生成器１内に噴霧され、分離されたＮＧＨを多く含む水は例えば脱水処理工程などに送られる。このように本実施形態によれば、ＮＧＨがスプレーノズル３２に流入するのを防ぐことができるので、ガスハイドレートによる詰まりを防止できる。
【００２１】
また、本実施形態では、サイクロンに代えて周知の固液分離器、例えば、多孔板で水からＮＧＨを分別するようなものを用いることができる。また、本実施形態では、スプレーノズル３２に通常の構成のものを用いた例について説明したが、これに代えて、図１や図３で説明したスプレーノズルを用いてもよい。
（実施形態３）
図５に、本発明のハイドレートスラリー製造装置の他の実施形態の構成図を示す。本実施形態が図２の実施形態と相違する点は、スプレーノズル１７にタービン２１を設けて噴霧水を分散する方法に代えて、原料ガスを加熱してスプレーノズル３２の外表面に噴射することにある。すなわち、生成器１の生成器１の頂部に設けられたスプレーノズル３２に向いた噴射ノズル３４が設けられ、この噴射ノズル３４には圧縮機１２によって加圧された原料ガスが加熱器３５によって加熱されて供給されるようになっている。また、加熱器３５には、図示していない加熱装置から熱媒が循環されるようになっている。
【００２２】
このように構成することにより、本実施形態によれば、スプレーノズル３２の外表面に加熱した原料ガスを噴射してスプレーノズル３２を加熱して内部のＮＧＨを溶かすことができるので、ガスハイドレートによる詰まりを防止できる。
【００２３】
また、噴射ノズル３４による原料ガスの噴射は、所定の時間間隔を空けて間欠的に、またはスプレーノズル３２の詰まりを感知した場合に行うようにする。原料ガスを噴射する場合は、水循環ポンプ１８を停止すると加熱の効果が高いので好ましい。
【００２４】
また、上記実施形態では、スプレーノズルが１つ設けられた例について説明したが、これに限らずスプレーノズルを複数設けた構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のスプレーノズルの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態のハイドレートスラリー製造装置の構成図である。
【図３】本発明のスプレーノズルのタービンの変形例を示した斜視図である。
【図４】本発明を適用した他の実施形態のハイドレートスラリー製造装置の構成図である。
【図５】本発明を適用した他の実施形態のハイドレートスラリー製造装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  生成器
１７  スプレーノズル
１８  水循環ポンプ
１９  冷却器
２０  ノズル本体
２１  タービン
２３  シャフト
２４  モータ
【図１】
2006111801.tif 000003
【図２】
2006111801.tif 000004
【図３】
2006111801.tif 000005
【図４】
2006111801.tif 000006
【図５】
2006111801.tif 000007