(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動動力を抑制する一方、淡水製造能力をアップすることができる天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備を提供する。【解決手段】ＮＧＨ再ガス化装置１と、海水淡水化装置３と、冷凍装置５より成る。ＮＧＨ再ガス化装置１を、ガス化槽１１と、ガス化槽内の水噴霧ノズル１２と、ガス化槽外の加熱器兼冷媒凝縮器５３と、この三者を連通する淡水循環路１４により構成する。海水淡水化装置３を、海水を結晶化する結晶缶兼蒸発器５１と、結晶缶兼蒸発器で出来た氷スラリーを脱水後、氷を洗浄する脱水兼洗浄塔３１と、氷から冷熱回収する熱回収器３２により構成する。冷凍装置５を、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機５２と、圧縮された高圧過熱蒸気で淡水循環路内の循環水に加熱する加熱器兼冷媒凝縮器５３と、液化した高圧の冷媒を減圧する膨張弁５４と、減圧された冷媒を蒸発させて海水を結晶化する結晶缶兼蒸発器５１により構成する。【選択図】図１
2008221140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスハイドレート再ガス化装置と、海水淡水化装置と、冷凍装置とから成り、
前記天然ガスハイドレート再ガス化装置を、天然ガスハイドレートを収容するガス化槽と、該ガス化槽内に設けた水噴霧ノズルと、前記ガス化槽の外部に設けた加熱器兼冷媒凝縮器と、前記ガス化槽内と前記加熱器兼冷媒凝縮器と前記水噴霧ノズルとを連通する淡水循環路により構成し、
前記海水淡水化装置を、海水を結晶化させる結晶缶兼蒸発器と、該結晶缶兼蒸発器で生成した氷スラリーを脱水した後、氷粒を洗浄する脱水兼洗浄塔と、洗浄後の氷粒から冷熱を回収する熱回収器により構成し、
前記冷凍装置を、前記結晶缶兼蒸発器で発生した冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された高圧の過熱蒸気の温熱を前記淡水循環路内の循環水に付与する前記加熱器兼冷媒凝縮器と、該加熱器兼冷媒凝縮器内で循環水を加熱することで液化した高圧の冷媒を減圧する膨張弁と、該膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させて海水を結晶化させる前記結晶缶兼蒸発器により構成したことを特徴とする天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備。
【請求項２】
前記加熱器兼冷媒凝縮器に、海水を熱源とするバックアップ用の加熱器を併設したことを特徴とする請求項１記載の天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備。
【請求項３】
前記脱水兼洗浄塔を、筒状の塔体と、該塔体の外側面に設けた中空状の排水室と、該排水室に対応する塔体部分に設けたスクリーンと、前記塔体の上部に設けたガスハイドレート掻出部と、該ガスハイドレート掻出部の上方に設けた洗浄水噴霧ノズルより成ることを特徴とする請求項１記載の天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスハイドレート再ガス化装置と、海水淡水化装置と、冷凍装置とから成るトリプルジェネレーション方式による天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、他の化石燃料に比べて二酸化炭素（ＣＯ2 ）の発生量が少ないので、２１世紀の主要なエネルギーとして需要の拡大が予想されている。現在、天然ガスの輸送は、液化天然ガス方式（ＬＮＧ方式）が主流である。しかし、ＬＮＧ方式を適用できる大規模な天然ガス田は、希少で、かつ、特定の区域に偏在しており、今後予想される天然ガスの需要拡大及び安定供給に対応するため、ＬＮＧ方式を補完する実用的、かつ、経済的な天然ガスの新しい輸送方式の出現が期待されている。
【０００３】
現在、ＬＮＧに代わる天然ガス供給システムとしては、取り扱い易く、かつ、建設コストの安価な天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）が注目されている。この天然ガスハイドレートは、天然ガスと水とを所定の圧力及び温度下で反応（水和反応）させることによって生成され、水分子の作るカゴの中にガス分子が一つずつ収まる結晶構造を持っている。
【０００４】
他方、ライフラインに欠かせない電力及び水のインフラ整備は、経済社会において極めて重要な要素である。今後、天然ガスの需要が、益々、増大する中で経済効果の著しい天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を分解（再ガス化）（例えば、特許文献１参照。）して発電需要、若しくは、都市ガス需要に供給することが考えられる。
【０００５】
また、東南アジアなどの経済が急速に発展している地域では、水需要、例えば、上水、工業用水などの水需要に対応するため、海水淡水化技術（例えば、非特許文献２参照。）、電力とともにインフラ設備として不可欠である。
【０００６】
ところで、天然ガスハイドレート再ガス化方法、或いは、海水淡水化技術にしても、単独運転では駆動動力を抑制することに限度があるばかりでなく、水の製造能力についても限度があった。
【特許文献１】特開２００１−３１６６８３号公報
【非特許文献２】長島義悟、外２名、「冷凍法海水淡水化プロセスにおける氷分離洗浄塔試験」、三井造船技報、三井造船株式会社、昭和４５（１９７０年）年１月、第６９号、ｐ．１０−１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、天然ガスハイドレートの再ガス化及び海水淡水化に際して、駆動動力を抑制することが可能であるばかりでなく、水の製造能力をアップすることができる天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明に係る天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備は、天然ガスハイドレート再ガス化装置と、海水淡水化装置と、冷凍装置とから成り、
前記天然ガスハイドレート再ガス化装置を、天然ガスハイドレートを収容するガス化槽と、該ガス化槽内に設けた水噴霧ノズルと、前記ガス化槽の外部に設けた加熱器兼冷媒凝縮器と、前記ガス化槽内と前記加熱器兼冷媒凝縮器と前記水噴霧ノズルとを連通する淡水循環路により構成し、
前記海水淡水化装置を、海水を結晶化させる結晶缶兼蒸発器と、該結晶缶兼蒸発器で生成した氷スラリーを脱水した後、氷粒を洗浄する脱水兼洗浄塔と、洗浄後の氷粒から冷熱を回収する熱回収器により構成し、
前記冷凍装置を、前記結晶缶兼蒸発器で発生した冷媒蒸発を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された高圧の過熱蒸気の温熱を前記淡水循環路内の循環水に付与する前記加熱器兼冷媒凝縮器と、該加熱器兼冷媒凝縮器内で循環水を加熱することで液化した高圧の冷媒を減圧する膨張弁と、該膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させて海水を結晶化させる前記結晶缶兼蒸発器により構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係る天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備は、請求項１において、前記加熱器兼冷媒凝縮器に、海水を熱源とするバックアップ用の加熱器を併設したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明に係る天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備は、請求項１において、前記脱水兼洗浄塔を、筒状の塔体と、該塔体の外側面に設けた中空状の排水室と、該排水室に対応する塔体部分に設けたスクリーンと、前記塔体の上部に設けたガスハイドレート掻出部と、該ガスハイドレート掻出部の上方に設けた洗浄水噴霧ノズルより成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、天然ガスハイドレート再ガス化装置と海水淡水化装置とを複合化することによって造水性能を約２倍にアップさせることができた。また、冷凍装置のＣＯＰ（成績係数）も約１．７倍になり、大幅な省エネ化を図ることができた。
【００１２】
即ち、請求項１に係る発明において、ガス化槽の熱及び物質収支を下記のように設定した。
【００１３】
・天然ガスハイドレート供給量：１００ｔ／ｈ
・天然ガスハイドレート供給温度：−２０℃（ペレット状）
・ガス化槽反応圧力：３ＭＰａ
・反応温度：７℃
・天然ガスハイドレート率：８５％（天然ガス原料）
内訳    水：０．８８５（重量比）
天然ガス：０．１１５（重量比）
・解離熱：１０５ｋｃａｌ／ｋｇ（０．８５×１０９＋０．１５×８０＝１０５ｋｃ              ａｌ／ｋｇによった。）
上記設定条件において、
・天然ガスハイドレート分解熱量：１２１６０Ｍｃａｌ／ｈ
・循環水量：１５２０ｔ／ｈ
・生成ガス量：１１．５ｔ／ｈ（＝１００×０．１１５）
・分解生成水量：８８．５ｔ／ｈ（＝１００×０．８８５）
である。
【００１４】
また、造水装置の造水量（ｔ／ｄａｙ）と必要冷凍効果（ＵＳＲＴ）との関係、即ち、造水比は、０．６７であることが分かっている。したがって、海水淡水化装置の生産淡水は、２３１５（ｔ／ｄａｙ）、つまり、９６（ｔ／ｈ）となる。
【００１５】
従って、ガス化槽によって得られた分解水と合わせてトータルの造水量は、１８４．５（＝９６＋８８．５）ｔ／ｈ＝４４２８ｔ／ｄａｙとなる。つまり、単独の造水装置に比べて約２倍（４４２８／２３１５＝１．９）の造水量が得られることになる。
【００１６】
他方、結晶缶兼蒸発器での蒸発圧力（０．１３ＭＰａ）は、大気圧をやや上回る圧力で蒸発し、加熱器兼凝縮器では、凝縮温度−２０℃程度で冷媒が液化するため、やや高い凝縮圧力（０．３ＭＰａ）となる。これに対し、海水淡水化装置にあって単独設備の場合は、加熱器兼冷媒凝縮器の冷却水は、海水若しくは常温の冷却水を使用するため、その時の凝縮圧力（０．５ＭＰａ）により、圧縮動力は、ガス化槽の循環水温度による冷却に比べ約１．７（＝０．５／０．３）倍の動力を要する。
【００１７】
換言すれば、本発明における圧縮機のＣＯＰは、海水淡水化装置を単独運転する場合に比べて約１．７倍になる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記加熱器兼冷媒凝縮器に、海水を熱源とするバックアップ用の加熱器を併設したので、例えば、冷凍装置にトラブルが発生した場合でも、海水を熱源とするバックアップ用の加熱器を起動することによってガスハイドレートの再ガス化を持続することができる。なお、バックアップ用の加熱器は、常時、加熱器兼冷媒凝縮器と併用しても支障がない。
【００１９】
請求項３に係る発明は、前記脱水兼洗浄塔を、筒状の塔体と、該塔体の外側面に設けた中空状の排水室と、該排水室に対応する塔体部分に設けたスクリーンと、前記塔体の上部に設けたガスハイドレート掻出部と、該ガスハイドレート掻出部の上方に設けた洗浄水噴霧ノズルより構成したので、氷粒を淡水で洗浄しながら熱回収器に円滑に払い出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明の天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備１００は、天然ガスハイドレート再ガス化装置１と、海水淡水化装置３と、冷凍装置５により構成されている。
【００２２】
そして、天然ガスハイドレート再ガス化装置１は、ペレット状の天然ガスハイドレートｐを収容するガス化槽１１と、ガス化槽１１内に設けた水噴霧ノズル１２と、ガス化槽１１の外部に設けた加熱器兼冷媒凝縮器５３と、ガス化槽１１内と加熱器兼冷凝縮器５３と水噴霧ノズル１２とを連通する淡水循環路１４により構成されている。この淡水循環路１４には、循環ポンプ１５が設けられている。また、加熱器兼冷媒凝縮器５３は、その入口側に開閉弁１６を備え、その出口側に開閉弁１７を備えている。
【００２３】
また、ガス化槽１１内には、ペレット状の天然ガスハイドレートｐを支持する格子状又は多孔板状の仕切板１８が設けられている。更に、ガス化槽１１は、ガスハイドレート供給管１９とガス送出管２０とを備えている。ガスハイドレート供給管１０は、スクリュー式のガスハイドレート供給装置２１を備え、ガス送出管２０は、開閉弁２２を備えている。
【００２４】
また、加熱器兼冷媒凝縮器５３には、海水Ｗを熱源とするバックアップ用の加熱器２４を併設している。そして、例えば、冷凍装置５にトラブルが発生した場合でも、海水Ｗを熱源とするバックアップ用の加熱器２４を起動することによってガスハイドレートの再ガス化を持続するようになっている。このバックアップ用の加熱器２４も、その入口側に開閉弁２５を備え、その出口側に開閉弁２６を備えている。なお、バックアップ用の加熱器２４は、常時、加熱器兼冷媒凝縮器５３と併用しても支障がない。
【００２５】
上記海水淡水化装置３は、海水Ｗを結晶化させる結晶缶兼蒸発器５１と、結晶缶兼蒸発器５１で生成した氷スラリーｓを脱水した後、氷粒ｉを洗浄する脱水兼洗浄塔３１と、洗浄後の氷粒ｉから冷熱を回収する熱回収器３２により構成されている。
【００２６】
脱水兼洗浄塔３１は、図２に示すように、筒状の塔体３４と、塔体３４の外側面に設けた中空状の排水室３５と、排水室３５に対応する塔体部分に設けたスクリーン３６と、塔体３４の上部に設けたガスハイドレート掻出部３７と、ガスハイドレート掻出部３７の上方に設けた洗浄水噴霧ノズル３８により構成されている。
【００２７】
ガスハイドレート掻出部３７と洗浄水噴霧ノズル３８とは、塔体３４の上部に設けた中空状の頭部３９内に内臓されている。そして、ガスハイドレート掻出部３７は、時計及び反時計方向に回転する竪型の回転軸４０と、回転軸４０の下部に固定された短冊状（側面視）のヘラ４１により形成されている。
【００２８】
また、図１に戻って説明する。冷凍装置５は、結晶缶兼蒸発器５１で発生した冷媒蒸気ａを圧縮する圧縮機５２と、圧縮機５２で圧縮された高圧の過熱蒸気ｂの温熱を淡水循環路１４内の循環水に付与する加熱器兼冷媒凝縮器５３と、加熱器兼冷媒凝縮器５３内で循環水を加熱することで液化した高圧の冷媒ｃを減圧する膨張弁５４と、膨張弁５４によって減圧された冷媒ｄを蒸発させて海水Ｗを結晶化させる結晶缶兼蒸発器５１により構成されている。
【００２９】
結晶缶兼蒸発器５１は、冷媒噴射ノズル５６を備えている。そして、結晶缶兼蒸発器５１と、圧縮機５２と、加熱器兼冷媒凝縮器５３内の熱交換器５７と、冷媒噴射ノズル５６とは、冷媒循環路５８によって連通されている。冷媒としては、ｉ−ブタン（ｉ−Ｃ4 Ｈ10）が好ましい。
【００３０】
この結晶缶兼蒸発器５１の底部５１ａは、スラリー供給管４２を介して脱水兼洗浄塔３１の底部３１ａと連通している。このスラリー供給管４２には、開閉弁４３とスラリーポンプ４４を備えている。
【００３１】
上記熱回収器３２は、熱交換器の一種であり、隔壁４６によって海水導入部４７と、氷融解部４８とに仕切られている。そして、海水導入部４７は、海水導入管４９を有すると共に、海水Ｗを結晶缶兼蒸発器５１に供給する海水供給管３３を有している。
【００３２】
他方、氷融解部４８は、淡水送出管６１を備えている。そして、淡水送出管６１から分岐した分岐管６２は、上記脱水兼洗浄塔３１の頭部３９に連通している。また、脱水兼洗浄塔３１の頭部３９と熱回収部３２の氷融解部４８とは、ダクト６３を介した連通している。更に、上記淡水循環路１４から分岐した分岐管６４は、上記淡水送出管６１に接続している。
【００３３】
次に、天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備の作用について説明する。
【００３４】
図１に示すように、運転当初、ガス化槽１１は、その底部に所定量の淡水ｗを保有している。また、冷凍装置５の結晶缶兼蒸発器５１は、その内部に所定量の海水Ｗを保有している。
【００３５】
この状態で、スクリュー式のガスハイドレート供給装置２１を稼働させると、ガス化槽１１内に所定量（例えば、１００ｔ／ｈ）のペレット状の天然ガスハイドレートｐが連続的に供給される。
【００３６】
次に、冷凍装置５の圧縮機５２を駆動すると、結晶缶兼蒸発器５１内で発生した冷媒蒸気ａが圧縮機５２によって圧縮され、高圧の過熱蒸気ｂとなって加熱器兼冷媒凝縮器５３に供給される。この時、ガス化槽１１に付随する循環ポンプ１５を稼働すると、ガス化槽１１内の淡水ｗ（例えば、７℃）が加熱器兼冷媒凝縮器５３に供給され、冷媒の過熱蒸気ｂによって加熱される。それと同時に、高圧の冷媒蒸気ｂは、淡水（循環水）ｗを加熱することで液化（例えば、２０℃）し、高圧の冷媒液ｃとなる。この冷媒液ｃは、膨張弁５４によって減圧されると同時に、冷媒噴射ノズル５６から結晶缶兼蒸発器５１内に噴出し、結晶缶兼蒸発器５１内の海水Ｗを結晶化させる。
【００３７】
上記加熱器兼冷媒凝縮器５３によって加熱された淡水（例えば、１５℃）ｗは、水噴霧ノズル１２から噴霧され、ガス化槽１１内の天然ガスハイドレートｐを再ガス化させる。再ガス化によって生じた天然ガスｇは、ガス送出管２０を通って図示しない火力発電所に供給される。他方、天然ガスハイドレートｐの再ガス化に伴って生じた淡水ｗの大部分は、淡水循環路１４から分岐した分岐管６４を経て淡水送出管６１に供給される。
【００３８】
上記結晶缶兼蒸発器５１内で生成された氷スラリーｓは、スラリーポンプ４４によって脱水兼洗浄塔３１の底部に供給される。脱水兼洗浄塔３１の底部に供給された氷スラリーｓは、図２に示すように、塔体３４内を上昇する。そして、スクリーン３６の位置に到達すると、スクリーン３６を通して海水Ｗが除去され、塔体３４内には、微細な氷粒ｉが残る。この氷粒ｉの表面には、海水が付着しているため、洗浄水噴霧ノズル３８から淡水ｗを噴霧して氷粒ｉの表面に付着している海水を洗浄する。この洗浄水は、上記スクリーン３６から排水室３５内に流出する。
【００３９】
洗浄された氷粒ｉは、塔体上部のガスハイドレート掻出部３７のヘラ４１によって中空状の頭部３９内に掻い出される。塔体上部から掻き出された氷粒ｉは、熱回収器３２に供給される。熱回収器３２に供給された氷粒ｉは、海水導入管４９から導入される海水Ｗによって融解され、淡水ｉになる。と同時に、海水Ｗは、氷粒ｉによって所定の温度（例えば、−５℃）に冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の天然ガスハイドレート分解ガス及び淡水併給設備の概略構成図である。
【図２】脱水兼洗浄塔の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  天然ガスハイドレート再ガス化装置
３  海水淡水化装置
５  冷凍装置
１１  ガス化槽
１２  水噴霧ノズル
３１  脱水兼洗浄塔
３２  熱回収器
５１  結晶缶兼蒸発器
５２  圧縮機
５３  加熱器兼冷媒凝縮器
５４  膨張弁
５８  淡水循環路
【図１】
2008221140.tif 000003
【図２】
2008221140.tif 000004