(57)【要約】【課題】反応熱の除去を効率よく行うことができ、かつ装置を単純でコンパクトにできるガスクラスレートの製造方法および装置を得る。【解決手段】原料液が貯留される容器１と、該容器１に原料液を供給する原料液供給手段５と、前記容器１内に原料ガスを吹き込む原料ガス吹込手段９と、原料ガスが溶解した原料液を容器１外に導き出して再び前記容器１に戻す原料液循環手段１３，１１と、該循環手段１３，１１の循環路１１に設けられて容器外に導き出された原料液を冷却してガスクラスレートを生成する原料液冷却手段１５と、を備えた。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液と原料ガスを容器内で接触させて原料液に原料ガスを溶解する工程と、原料ガスが溶解した原料液を前記容器外に導き出して冷却することによりガスクラスレートを生成する工程と、生成されたガスクラスレート及び原料液を前記容器に戻す工程と、を備えたことを特徴とするガスクラスレート製造方法。
【請求項２】
容器内でガスクラスレートを生成する工程を備えたことを特徴とする請求項１記載のガスクラスレート製造方法。
【請求項３】
原料液が貯留される容器と、該容器に原料液を供給する原料液供給手段と、前記容器内に原料ガスを吹き込む原料ガス吹込手段と、原料ガスが溶解した原料液を容器外に導き出して再び前記容器に戻す原料液循環手段と、該循環手段の循環路に設けられて容器外に導き出された原料液を冷却してガスクラスレートを生成する原料液冷却手段と、を備えたことを特徴とするガスクラスレート製造装置。
【請求項４】
容器内の原料ガスに原料液を噴霧する噴霧手段を設けたことを特徴とする請求項３記載のガスクラスレート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば天然ガスなどの原料ガスと原料液（淡水、海水、不凍液、液体ホスト物質、ホスト物質溶液等）とを反応させてガスクラスレートを製造するガスクラスレートの製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスクラスレート（単に「クラスレート」と言う場合あり。なお、ホスト物質が水の場合にはガスハイドレートというが、本明細書においてガスクラスレートと言う場合にはガスハイドレートを含む。）は、ホスト物質の分子が構成する籠状構造の内部に天然ガス、二酸化炭素などの気体分子を高濃度に包蔵する氷状の固形物質である。ガスクラスレート、主にガスハイドレートは、単位体積当たり多量の気体を包蔵でき、しかも、液化天然ガスに比較して、大気圧下比較的高温にて貯蔵・輸送できることから、天然ガス等の輸送、貯蔵への応用が注目されている。
このため、従来は天然に存在するガスハイドレートの利用に関する検討が中心であったが、近年この性質に着目してこれを工業的に製造する試みが行われている。
【０００３】
ところで、ガスクラスレートの製造工程において、ガスクラスレートの生成効率を規律する重要なファクタは、原料ガスの原料液への拡散溶解と、原料ガスと原料液が反応するときの反応熱を奪う抜熱効率である。
【０００４】
従来、原料ガスの原料液への溶解の効率化と、ガスクラスレート生成時の抜熱効率を高めてガスクラスレートを効率よく製造するものとして、槽状の耐圧容器内にガススペースと気液接触スペースに区画する多孔質板を設け、該多孔質板の下方から原料ガスを供給し、多孔質板を介して気液接触スペースに微細気泡を発生させ、気液接触スペース内に原料液を冷却するコイル蒸発器を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、他の例として、上記と同様に槽状の耐圧容器内に原料ガスと原料液とを供給し、さらに耐圧容器内の原料ガスからなる気相に原料液をスプレーするようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１０９８５号公報
【特許文献１】
特開２０００−２５６２２６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術はいずれも、原料ガス溶解と原料液冷却を反応容器内で行っている。この場合、原料ガスを原料液に溶解させるためには、原料ガスを拡散させる必要から、大容積の容器が必要となる。他方、大容積となると、冷却を容器外周面からするだけではクラスレート生成反応に伴う発熱を十分に除去することはできない。そのため、上記従来技術に示した特許文献１，２では反応容器内に冷却コイルを設置している。しかし、このような冷却コイル方式では複雑な構造の耐圧容器が必要となり、設備が高価になるという問題がある。
また、反応容器内の原料液の流速が遅いため、冷却コイルにおける熱伝達率は小さく、生成熱除去が不十分であり、クラスレート生成速度が遅いという問題もある。
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、反応熱の除去を効率よく行うことができ、かつ装置を単純でコンパクトにできるガスクラスレートの製造方法および装置を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスクラスレート製造方法は、原料液と原料ガスを容器内で接触させて原料液に原料ガスを溶解する工程と、原料ガスが溶解した原料液を前記容器外に導き出して冷却することによりガスクラスレートを生成する工程と、生成されたガスクラスレート及び原料液を前記容器に戻す工程と、を備えたものである。
【００１０】
また、容器内でガスクラスレートを生成する工程を備えたものである。
【００１１】
本発明に係るガスクラスレート製造装置は、原料液が貯留される容器と、該容器に原料液を供給する原料液供給手段と、前記容器内に原料ガスを吹き込む原料ガス吹込手段と、原料ガスが溶解した原料液を容器外に導き出して再び前記容器に戻す原料液循環手段と、該循環手段の循環路に設けられて容器外に導き出された原料液を冷却してガスクラスレートを生成する原料液冷却手段と、を備えたものである。
【００１２】
また、容器内の原料ガスに原料液を噴霧する噴霧手段を設けたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
具体的な実施形態を説明する前に、本発明の趣旨を説明する。
従来技術の項で述べたように、ガスクラスレートの生成効率を規律する重要なファクタは、原料ガスの原料液への拡散溶解効率と、原料ガスと原料液が反応するときの反応熱を奪う抜熱効率である。
原料ガスの原料液への拡散溶解効率について言えば、原料ガスを拡散させて原料液との接触を図るためには内部に大きな空間的な広がりを有する大容量の容器が適している。他方、抜熱効率の点から言うと、内部空間に対して表面積の大きい容器の方が周面からの効率的な冷却ができるので、内部空間の広がりのない管状のものがより適していると言える。
【００１４】
この点、従来例においては、拡散溶解効率を優先する観点から、内部に大きな空間的な広がりを有する大容量の反応容器を用い、冷却については外面冷却だけでなく内部に冷却コイルを設置するという方式を採用していた。そのため、容器の構造が複雑化していたのである。
【００１５】
このように、従来技術においては、原料ガスの溶解と原料液の冷却を単一の容器で行うという固定観念に縛られ、それゆえ装置の複雑化を招いていたと言える。
本発明においては、この原料ガスの溶解と冷却・反応を単一の容器で行うという発想を転換して、原料ガスの原料液への溶解と原料ガスの冷却・反応を切り離し、それぞれ効率的な方法で行うことにより、装置を単純化し、効率的なガスクラスレートの生成を行うというものである。以下、具体的な実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態の主要な構成機器を示した系統図である。まず、図１に基づいて本実施の形態の構成機器について説明する。
本実施の形態のガスクラスレート製造装置は、ジャケット（図示なし）によって外面冷却された槽状の容器１と、容器１に連通した原料液供給管路３に設けられて容器１に原料液を供給する原料液ポンプ５と、容器１に連通した原料ガス供給管路７に設けられて原料ガスを昇圧するガス昇圧機９と、容器１の底部を吸入口とし、底部よりも上方であって原料液液面より下方の部位を排出口とする原料液循環管路１１と、原料液循環管路１１に設けられた原料液循環ポンプ１３と、原料液循環管路１１に設けられて原料液を冷却してガスクラスレートを生成する冷却器１５とを備えている。
【００１７】
冷却器１５は所定の長さを有する管路を周面から冷却するタイプのもの、あるいは原料液を一時的に貯留する貯留部を有し、該貯留部に冷却コイルを設置したものでもよい。
なお、周面から冷却できる管路とすれば、冷却コイル等によってガス・原料液を直接冷却するものより装置構成が単純かつコンパクト化できるというメリットがある。
このような周面から冷却できる管路を用いることができるのは、原料ガスと原料液の溶解を容器１で行い、原料液循環管路１１では冷却を中心に装置構成を考えることができるからである。
【００１８】
原料液循環管路１１は途中で分岐しており、分岐管路１１ａは容器１の頭部に設置された噴霧ノズル１７に連結されている。また、原料液循環管路１１には管路を流れる原料液の流量を調整するための流量制御弁１９が設けられている。
【００１９】
容器１には原料液の液面レベルを検出するレベル計２１が設けられており、該レベル計２１のレベル検出信号によって、原料液供給管路３に設けられた流量制御弁２３が制御され、容器１内の原料液の液面レベルが一定になるように調整される。
また、容器１には容器内圧力を検出する圧力検出器２５が設けられており、該圧力検出器２５の圧力検出信号によって、原料ガス供給管路７に設けられた圧力制御弁２７が制御され、容器１内の原料ガスの圧力がガスクラスレート生成に必要な所定の圧力以上になるように調整される。
【００２０】
さらに、容器１の原料液レベル位置には生成されたガスクラスレートを取り出す取出口２９が設けられており、この取出口２９に連結されたクラスレート取出管３１の先端にはガスクラスレートと原料液、原料ガスを分離する分離器３３が設けられている。
また、容器１の下部には容器内のガスクラスレートが原料液循環管路１１に吸入されるのを防止するためのフィルター３５が設けられている。
【００２１】
分離器３３は、ガスクラスレート、未反応ガス、原料液とを分離するものであるが、分離器３３の例としては、デカンター、サイクロン、遠心分離器、ベルトプレス、スクリュー濃縮・脱水機、回転ドライヤー等が考えられる。
なお、分離器内はガスクラスレート生成可能な圧力と温度に保持される必要から、原料ガスを供給する配管、ガス圧力調整手段、分離された原料ガスを容器１に戻す配管、冷却手段等が設けられるが、これらは図示が省略されている。また、分離器３３で分離された原料液を容器１に戻す配管も図示が省略されている。
【００２２】
次に、上記のように構成された本実施の形態の装置によるガスクラスレート製造方法を説明する。
ガス昇圧機９によって所定圧力に昇圧されると共に予冷された原料ガスを圧力制御弁２７を介して予冷された容器１に供給し、容器内を所定圧力の原料ガスで満たす。
また、原料液ポンプ５によって所定の圧力に昇圧されると共に予冷された原料液が流量制御弁２３を介して容器１に供給する。原料液の液面が所定のレベルになると、レベル計２１のレベル検出信号によって流量制御弁２３が調整され、液面は所定のレベルに維持される。
【００２３】
容器１の周面冷却を継続するとともに、原料ガスを原料液内に気泡として吹き込む。吹き込まれた原料ガスは原料液に溶解し、原料液と反応してガスクラスレートが生成される。ただ、容器１の冷却は周面からの冷却であり反応熱を十分吸収できないので、この工程でのガスクラスレートの生成は少量と予測される。
【００２４】
この状態で、原料液循環ポンプ１３及び冷却器１５を稼働する。原料液循環ポンプ１３の稼働により、原料液は冷却器１５に供給されて冷却され再び容器１に戻される。この動作を継続することによって、原料液は徐々に冷却される。このとき、原料液循環管路１１から排出される原料液によって容器１内の原料液に強制対流が生じ、容器１内での原料ガスの溶解及び冷却が促進される。また、原料液の一部は噴霧ノズル１７から容器内に噴霧される。噴霧された原料液は容器内の原料ガスと接触し、原料ガスの原料液への溶解が促進される。
【００２５】
上記のような運転状態で所定時間が経過すると、原料液の原料ガス溶解濃度が平衡濃度に到達すると共に原料液がクラスレート生成温度以下になり、冷却器１５内でガスクラスレートが生成し始める。ガスクラスレートが生成されると溶解ガス濃度が下がり、平衡濃度になるまで原料ガスがさらに溶け込み、平衡濃度以上になるとさらにガスクラスレートが生成される。
【００２６】
なお、ガスクラスレートが生成されると、容器１内の圧力が低下するので、圧力低下を圧力検出器２５が検出して圧力制御弁２７が制御され原料ガスがさらに供給され、容器１内は所定の圧力に保持される。
また、ガスクラスレートの生成には発熱を伴うことになるが、発熱量に相当する熱量を冷却器１５及び容器１の外面冷却で奪うので、原料液循環管路１１及び容器１内はクラスレート生成最高温度より低い温度に保たれる。
【００２７】
以上のようにして生成されたガスクラスレートは容器１内の液面に浮かび、原料液、未反応ガスと共に取出口２９から分離器に取り出される。
分離器３３では、ガスクラスレート、未反応ガス、原料液が分離され、分離された原料液と原料ガスは図示しないポンプとガス昇圧機によってそれぞれ再び容器１に戻される。
一方、生成されたガスクラスレートは分離器３３から取り出され、後処理工程に送られる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、容器１では主として原料ガスの溶解を行い、原料ガスが溶解した原料液の冷却・反応は容器外の冷却器１５で行うようにしたので、容器内に冷却コイル等を設置する必要がなく、装置を単純化できると共に、原料ガスの溶解及び冷却・反応がそれぞれ効果的に行え、効率的なガスクラスレートの生成が実現できる。
そして、原料液の冷却は原料液循環管路１１の途中で行われ、原料液が流動しているので熱交換が効率的に行える。さらに、循環した原料液によって容器１内の原料液が攪拌されるので、容器１内の原料液への原料ガスの溶解も促進されるともに、容器１での熱交換も促進される。
また、容器１の頭部に噴射ノズル１７を設け、原料液を容器１内で原料ガスに噴霧するようにしたので、原料ガスの溶解を促進できる。
【００２９】
なお、ガスクラスレートによる噴霧ノズル１７の閉塞防止手段を設けた上で、噴霧の前に噴霧液を冷却するようにしてしてもよい。また、原料液循環管路１１とは別の管路を設け、該管路に噴霧用として専用のポンプを設けてもよい。
また、上記実施の形態においては原料ガスを原料液に供給する例を示したが、原料ガスを容器１内の気相部に供給したり、あるいは液層部と気相部の両方に供給するようにしてもよい。
なお、容器１下部のフィルター３５は、場合によっては無くてもよい。
【００３０】
実施の形態２．
上記の実施の形態１においては、原料ガスを容器下部に直接吹き込む構成であったが、図２に示すように、容器下部に微細な多数の孔を有する分散板３７を設けて、分散板３７の下方から原料ガスを吹き込むようにしてもよい。
このようにすれば、分散板３７を通過した原料ガスが微細気泡として原料液に分散して原料ガスの溶解を促進できる。
なお、図２において図１と同一部分には同一の符号を付している。
【００３１】
上記の実施の形態においては原料液循環管路１１が単数の場合を示したが、原料液循環管路を複数設けてもよい。
なお、上記実施形態においては、原料ガスの種類を特定していないが、例えばメタンガスを主成分とする天然ガス、エタン、プロパン、ブタン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素等がある。
さらに、原料液の種類としては、例えば、淡水、海水、不凍液等が考えられる。また、液体ホスト物質やホスト物質溶液のような原料液を用いることも考えられる。
【００３２】
なお、原料ガスの溶解と原料液の冷却の効率化のために容器１内に攪拌装置を設けてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、原料液と原料ガスを容器内で接触させて原料液に原料ガスを溶解させ、原料ガスが溶解した原料液を前記容器外に導き出して冷却することによりガスクラスレートを生成するようにしたので、原料ガスの溶解及び冷却・反応がそれぞれ効果的に行え、効率的なガスクラスレートの生成が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の主要な構成機器を示した系統図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の主要な構成機器を示した系統図である。
【符号の説明】
１　容器
５　原料液ポンプ
９　ガス昇圧機
１１　原料液循環管路
１３　原料液循環ポンプ
１５　冷却器
【図１】
2004115749.tif 000003
【図２】
2004115749.tif 000004