(57)【要約】【課題】より少ないエネルギーでＬＮＧをＮＧＨ（天然ガスハイドレート）に変換できる天然ガスハイドレート製造方法及び装置を提供する。【解決手段】高圧の液化天然ガスａ又は天然ガスｂを減圧手段７によって所定の圧力に減圧する。減圧後、予熱器９によって所定の温度に加熱し、しかる後に、所定の圧力及び温度を有する天然ガスｂ”を生成槽１０内で水ｃと反応させて天然ガスハイドレートｄを生成し、生成時に発生する反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の液化天然ガス又は天然ガスを減圧手段によって所定の圧力に減圧し、減圧後、予熱器によって所定の温度に加熱し、しかる後に、所定の圧力及び温度を有する天然ガスを生成槽内で水と反応させて天然ガスハイドレートを生成し、生成時に発生する反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去することを特徴とする天然ガスハイドレート製造方法。
【請求項２】
反応熱の除去に液化天然ガスの冷熱を間接的に利用する請求項１記載の天然ガスハイドレート製造方法。
【請求項３】
生成槽で生成させた天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒する請求項１記載の天然ガスハイドレート製造方法。
【請求項４】
生成槽で生成された天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒する直前に液化天然ガスの冷熱を利用して冷却する請求項３記載の天然ガスハイドレート製造方法。
【請求項５】
天然ガスハイドレートの冷却に液化天然ガスの冷熱を間接的に利用する請求項４記載の天然ガスハイドレート製造方法。
【請求項６】
高圧の液化天然ガス又は天然ガスを所定の圧力に減圧する減圧手段と、該減圧手段によって減圧された天然ガスを所定の温度に加熱する予熱器と、所定の圧力及び温度を有する天然ガスと水を反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成槽と、該生成槽で発生した反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去する反応熱除去手段とからなる天然ガスハイドレート製造装置。
【請求項７】
生成槽で生成させた天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒する請求項６記載の天然ガスハイドレート製造装置。
【請求項８】
生成槽で生成された天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒する直前に液化天然ガスの冷熱を利用して冷却する請求項７記載の天然ガスハイドレート製造装置。
【請求項９】
反応熱除去手段は、液化天然ガスの冷熱を用いて間接熱媒体を冷却する主熱交換器と、間接熱媒体の冷熱を用いて生成熱除去及び天然ガスハイドレート冷却用の熱媒体を冷却する副熱交換器と、主及び副熱交換器間に間接熱媒体を循環させる循環ポンプとからなり、天然ガスハイドレート生成停止時に、前記副熱交換器内の間接熱媒体を前記主熱交換器を迂回して前記循環ポンプに戻す請求項６記載の天然ガスハイドレート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガスから天然ガスハイドレートを製造する天然ガスハイドレート製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）は、天然ガスを常圧下において、マイナス１６２℃に冷却して液化したものであり、その保安および保温に極めて高度な技術を要し、取り扱いが非常に難しいという欠点があった。
【０００３】
一方、天然ガスハイドレート（以下、ＮＧＨという）は、天然ガスと水から生成され、天然ガスを液化するＬＮＧに比べて製造時のエネルギー消費原単位が少ないと言われている。すなわち、一般に、ＮＧＨのエネルギー消費原単位は、ＬＮＧのエネルギー消費原単位の約半分であると言われている。しかも、ＮＧＨは、摂氏０℃以下に保持すれば、自己保存性によって常圧で輸送および貯蔵が可能であり、ＬＮＧより取り扱い易いという利点がある。
【０００４】
ところで、昨今の火力発電所は、化石燃料よりも環境特性に優れた天然ガスへの燃料転換が進んでいる。しかも、ガスタービン複合発電の高効率化と相俟って天然ガスの需要が益々大きくなっている。
【０００５】
このような現状から考察すると、将来は、ＮＧＨをガス導管が敷設されていない地域の小口の需要家を対象とした分散電源へ供給する需要が増加してくるものと推察される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６１２８８号公報（第３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＮＧに比べて製造に要するエネルギー消費原単位が少ないとはいえ、海外より導入されたＬＮＧをＮＧＨに変換することが既存のＬＮＧと対抗できるかどうか疑問である。
【０００８】
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、より少ないエネルギーでＬＮＧをＮＧＨに変換できる天然ガスハイドレート製造方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の天然ガスハイドレート製造方法は、高圧の液化天然ガス又は天然ガスを減圧手段によって所定の圧力に減圧し、減圧後、予熱器によって所定の温度に加熱し、しかる後に、所定の圧力及び温度を有する天然ガスを生成槽内で水と反応させて天然ガスハイドレートを生成し、生成時に発生する反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去することを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明は、反応熱の除去に液化天然ガスの冷熱を間接的に利用するようにしている。また、本発明は、生成槽で生成させた天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒するようにしている。また、本発明は、生成槽で生成された天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒する直前に液化天然ガスの冷熱を利用して冷却するようにしている。また、本発明は、天然ガスハイドレートの冷却に液化天然ガスの冷熱を間接的に利用するようにしている。
【００１１】
一方、本発明の天然ガスハイドレート製造装置は、高圧の液化天然ガス又は天然ガスを所定の圧力に減圧する減圧手段と、該減圧手段によって減圧された天然ガスを所定の温度に加熱する予熱器と、所定の圧力及び温度を有する天然ガスと水を反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成槽と、該生成槽で発生した反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去する反応熱除去手段とから構成されている。
【００１２】
ここで、本発明は、生成槽で生成させた天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒するようにしている。また、本発明は、生成槽で生成された天然ガスハイドレートを、ペレット製造手段によってペレット状に造粒する直前に液化天然ガスの冷熱を利用して冷却するようにしている。また、本発明の反応熱除去手段は、液化天然ガスの冷熱を用いて間接熱媒体を冷却する主熱交換器と、間接熱媒体の冷熱を用いて生成熱除去及び天然ガスハイドレート冷却用の熱媒体を冷却する副熱交換器と、主及び副熱交換器間に間接熱媒体を循環させる循環ポンプとからなり、天然ガスハイドレート生成停止時に、前記副熱交換器内の間接熱媒体を前記主熱交換器を迂回して前記循環ポンプに戻すようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の天然ガスハイドレート製造方法の実施に適用する第１の天然ガスハイドレート製造装置の概略図であり、高圧天然ガス供給ライン１と、天然ガスハイドレート製造ライン２から構成されている。
【００１５】
高圧（例えば、５０ａｔａ　（４．９０ＭＰａ　）、マイナス１５０℃）　の液化天然ガス（ＬＮＧ）ａは、導管３を経て高圧気化器４に導入され、そこで、高圧の天然ガスｂに変換された後、高圧導管５を経て火力発電所や一般家庭などの需要先に供給される。
【００１６】
一方、上記導管３から分岐した分岐管６の途中に設けた減圧弁７によって所定の圧力、例えば、２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）に減圧された液化天然ガス（ＬＮＧ）ａ’は、主熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８で気化された後、予熱器９で所定の温度、例えば、摂氏４℃に加熱される。
【００１７】
このように所定の圧力及び温度（２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）、４℃）に調整された天然ガスｂ”は、図示しない無数のノズルから生成槽１０内に蓄えられている水ｃの中に噴出され、そこで水ｃと反応して天然ガスハイドレートｄとなる。反応の際に発生した反応熱は、液化天然ガス（ＬＮＧ）ａ’の冷熱を用して除去される。
【００１８】
余分な天然ガスｂ”は、バイパス管１１を経て低圧系統へ導入される。また、生成槽１０の上部に溜まった未反応の天然ガスｂ”は、導管１２を経て予熱器９と生成槽１０を結ぶ導管１３に導入される。一方、水ｃは、給水管１４を経て生成槽１０に補給される。
【００１９】
生成槽１０で生成されたスラリー状の天然ガスハイドレートｄは、導管１５を経て、例えば、ペレタイザーなどの造粒装置１６によって造粒され、ペレットｅとなる。天然ガスハイドレートｄは、造粒装置１６に導入される直前に液化天然ガス（ＬＮＧ）ａ’の冷熱を用いて、例えば、マイナス２０℃に冷却される。製造されたＮＧＨペレットｅは、例えば、小口需要家を対象とした分散電源に供給される。
【００２０】
生成槽１０で発生した反応熱を除去する反応熱除去手段Ａは、生成槽１０と副熱交換器１７を結ぶ閉回路（ブライン２系統）１８を備え、０℃に冷却されたブラインｆをポンプ１９によって生成槽１０に供給するようになっている。
【００２１】
一方、天然ガスハイドレート冷却手段Ｂは、造粒装置１６と副熱交換器２０を結ぶ閉回路（ブライン１系統）２１を備え、マイナス２５℃に冷却されたブラインｆをポンプ２２によって造粒装置１６に供給するようになっている。
【００２２】
上記主熱交換器８、副熱交換器１７、循環ポンプ２３及び閉回路２４は、第１の間接冷却手段２５を構成し、主熱交換器８、副熱交換器２０、循環ポンプ２３及び閉回路２６は、第２の間接冷却手段２７を構成し、これらの間接冷却手段２５，２７内を間接熱媒体であるプロパンｇが循環するようになっている。
【００２３】
ところで、運転時、特に、プラント（天然ガスハイドレート製造ライン２）が停止した時の操作に必要な設備などについて補足説明する。
【００２４】
天然ガスハイドレート製造ライン２が危急停止の場合は、先ず、天然ガスハイドレートの原料となる天然ガス及び水の供給を停止する。天然ガスｂ”の停止は、ＬＮＧ（液化天然ガス）ａ’の供給停止となる。導管６に残った液化天然ガスａ’は、低圧系統への移送手段が無くなるので、導管６内に残留する。
【００２５】
一方、天然ガスハイドレート製造ライン２は、停止状態時に、未反応状態の天然ガスの反応進行を抑制する必要がある。つまり、ＮＧＨ（天然ガスハイドレート）が生成によって生成槽１０内に過大に積層することを防止する必要がある。そのためには、生成熱の除去を停止しなければならない。このため、２つのブライン系統Ａ及びＢの各ポンプ１９及び２２は、天然ガスハイドレート製造ライン２の停止と同時に停止が要件となる。
【００２６】
ブライン１系統Ｂ及びブライン２系統Ａが停止することは、プロパン系統における熱負荷が無くなることを意味する。プロパン系統、つまり、第１及び第２の間接冷却手段２５及び２７におけるプロパン循環ポンプ２３は、急速なプロパン循環ポンプ２３の停止によってＬＮＧの操業に支障がないように、数分後に運転停止する。つまり、主熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８側の熱ショックを極力回避することが必要である。
【００２７】
負荷が無くなったプロパンは、蒸発しないので、プロパン循環系は、一旦、圧力が下がるが、この際、循環ポンプ２３のキャビテーションが起こり易いので、循環ポンプ２３は、装置上、ポンプキャビテーションが防止できるように配管（高さ）を考慮する必要がある。
【００２８】
ブライン冷却器、つまり、副熱交換器１７及び２０の液位は、器内の圧力低下と共にポンプ吐出量が増加するので（図４参照）、副熱交換器１７及び２０の液位制御により主熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８をバイパスして循環ポンプ２３にプロパンｇが液で循環するように設計する。残留ガスは、主熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８に一部が導かれ、残留するＬＮＧ（ａ’）によって再液化して循環ポンプ２３に送給される。
【００２９】
図２に示すように、副熱交換器１７及び２０の液位制御は、副熱交換器本体１７ａ及び２０ａに設けた液面検出器３０によってバイパス管３１のバルブ３２を制御することにより行われる。尚、図３において、３１はバイパス管、３３はクッションタンクを示している。
【００３０】
図５は、本発明の天然ガスハイドレート製造方法の実施に適用する第２の天然ガスハイドレート製造装置の概略図であり、膨張タービンを用いて高圧天然ガスの圧力エネルギーを回収する点、及び、ブライン系統とＬＮＧ系統間に渡る間接冷却手段を不要にした点に特徴がある。
【００３１】
この例では、高圧配管５から分岐させた分岐管６’に制御弁３０、膨張タービン３１、熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８及び予熱器９を配しており、高圧（例えば、５０ａｔａ　（４．９０ＭＰａ　）、２０〜２５℃）の天然ガスｂは、膨張タービン３１を通過する間に圧力エネルギーが回収され、例えば、２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）、マイナス３４℃の天然ガスｂ’となる。
【００３２】
この天然ガスｂ’は、熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８及び予熱器９を通過する間に所定の温度、例えば、摂氏４℃に加熱される。所定の圧力（２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）及び温度（摂氏４℃）に調整された天然ガスｂ”は、図示しない無数のノズルから生成槽１０内に蓄えられている水ｃの中に噴出され、そこで水ｃと反応して天然ガスハイドレートｄとなる。
【００３３】
熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）８は、分岐管６’と天然ガスハイドレート冷却手段Ｂ間に跨がっており、ＬＮＧの冷熱を利用して天然ガスハイドレートｄをマイナス２０℃に冷却するようになっている。
【００３４】
一方、予熱器９は、分岐管６’と反応熱除去手段Ａ間に跨がっており、天然ガスハイドレートｂ”と水ｃが反応するときに生ずる反応熱を、ＬＮＧの冷熱を利用して除去する一方、上記反応熱を利用して天然ガスｂ”を所定の温度（摂氏４℃）に加熱するようになっている。その他の機器については、先の実施形態と同じ機器に同じ符号を付けて詳しい説明を省略する。
【００３５】
次に、実施例により本発明について更に詳しく説明する。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
本発明の天然ガスハイドレート製造方法（ＬＮＧ冷熱利用法）と、従来の天然ガスハイドレート製造方法（冷凍法）とを比較した。原料及び天然ガスハイドレート生成条件は、下記の通りである。なお、ｔは原料であるＬＮＧの供給量である。
原料：５０ａｔａ　（４．９０ＭＰａ　）のＬＮＧ、１０ｔ／ｈ
天然ガスハイドレート生成条件：２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）、４℃
【００３７】
【表１】
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【００３８】
「表１」によれば、従来例の動力原単位が５９０ｋＷｈ／ｔであるのに対し、本発明の動力原単位が１４５ｋＷｈ／ｔであるから、本発明の動力原単位は、従来の約１／４であることが分かる。
【００３９】
（実施例２）
本発明の天然ガスハイドレート製造方法（ＬＮＧ冷熱利用法）と、従来の天然ガスハイドレート製造方法（冷凍法）とを比較した。原料及び天然ガスハイドレート生成条件は、下記の通りである。なお、ｔは原料であるＬＮＧの供給量である。
原料：５０ａｔａ　（４．９０ＭＰａ　）のＬＮＧ、１０ｔ／ｈ
天然ガスハイドレート生成条件：２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）、４℃
【００４０】
【表２】
2004067992.tif 000004
【００４１】
「表２」によれば、従来例の動力原単位が５６０ｋＷｈ／ｔであるのに対し、本発明の動力原単位が１０５ｋＷｈ／ｔであるから、本発明の動力原単位は、従来の約１／５であることが分かる。
【００４２】
ところで、膨張タービンは、高圧（５０ａｔａ　（４．９０ＭＰａ　））のＬＮＧを天然ガスハイドレート生成条件である２５ａｔａ　（２．４５ＭＰａ　）まで減圧しているが、圧力エネルギーを膨張タービンによって回収して補機動力を低減することによって、より省エネを計るものである。
【００４３】
【発明の効果】
上記のように、本発明の天然ガスハイドレート製造方法は、高圧の液化天然ガス又は天然ガスを減圧手段によって所定の圧力に減圧し、減圧後、予熱器によって所定の温度に加熱し、しかる後に、所定の圧力及び温度を有する天然ガスを生成槽内で水と反応させて天然ガスハイドレートを生成し、生成時に発生する反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去するようにしたので、より少ないエネルギーでＬＮＧを天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）に変換できるようになった。その結果、既存のＬＮＧと、充分対抗できることが分かった。
【００４４】
また、本発明の天然ガスハイドレート製造装置は、高圧の液化天然ガス又は天然ガスを所定の圧力に減圧する減圧手段と、該減圧手段によって減圧された天然ガスを所定の温度に加熱する予熱器と、所定の圧力及び温度を有する天然ガスと水を反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成槽と、該生成槽で発生した反応熱を液化天然ガスの冷熱を利用して除去する反応熱除去手段とから構成されているので、より少ないエネルギーでＬＮＧを天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）に変換できるようになった。その結果、既存のＬＮＧと、充分対抗できることが分かった。
【００４５】
また、本発明の装置は、上記反応熱除去手段を、液化天然ガスの冷熱を用いて間接熱媒体を冷却する主熱交換器と、間接熱媒体の冷熱を用いて生成熱除去及び天然ガスハイドレート冷却用の熱媒体を冷却する副熱交換器と、主及び副熱交換器間に間接熱媒体を循環させる循環ポンプとから構成し、天然ガスハイドレート生成停止時に、前記副熱交換器内の間接熱媒体を前記主熱交換器を迂回して前記循環ポンプに戻すようにしたため、天然ガスハイドレート製造ラインを危急停止させた場合に、主熱交換器（ＬＮＧ熱交換器）側の熱ショックを回避、又、熱媒体系の混乱を防止することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る天然ガスハイドレート製造方法を実施する装置の概略構成図である。
【図２】ブライン冷却器（副熱交換器）の概略構成図である。
【図３】図１の符号Ｘの箇所の構成図である。
【図４】プロパンの圧力とポンプ流量の関連を示す線図である。
【図５】本発明の天然ガスハイドレート製造方法を実施する装置の他の概略構成図である。
【符号の説明】
ａ　高圧液化天然ガス
ｂ　高圧天然ガス
ｂ”　所定の圧力及び温度に調整した天然ガス
ｃ　水
ｄ　天然ガスハイドレート
Ａ　反応熱除去手段
７　減圧手段
９　予熱器
１０　生成槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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