(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成する生成槽と、該生成槽に複数種類の前記ガスを供給する複数のガス供給管路と、該各ガス供給管路に設けられた流量調整弁と、前記各ガス供給管路のガス流量を検出し、前記各流量調整弁を制御して各検出流量を設定流量に制御する制御手段とを備え、該制御手段の前記各設定流量は、前記複数のガスの予め定められた混合比に基づいて設定されてなるガスハイドレートの製造装置において、
前記制御手段は、前記各ガスの前記検出流量を設定時間積分した各積分値を比較して前記混合比とのずれを求め、このずれを低減するように少なくとも一の前記設定流量を補正することを特徴とするガスハイドレートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスハイドレートの製造装置に関する。
【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でなる安定な固体の水和物であり、取り込まれたガスがメタンの場合はメタンハイドレート、天然ガス（通常、メタンを主成分とした混合ガス）の場合は天然ガスハイドレートと呼ばれている。天然ガスハイドレートは、低温高圧の下で安定し、常温常圧の下で不安定になるため、陸上では永久凍土地域、海域では水深５００ｍ以深の海底下に存在することが確認され、有望な天然ガス資源として注目されている。
【０００３】
一方で、ガスハイドレートは、その構造中に大量のガスを貯蔵でき、かつ、−１０数℃、大気圧で輸送、貯蔵することができることから、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を工業的に生産し、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送や貯蔵の手段として利用する研究が進められている。
【０００４】
このようなガスハイドレートは、生成槽に原料ガスと水を充填して数℃に冷却し、数十気圧に昇圧して反応させることにより製造される（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１によれば、メタンガスとプロパンガスを混合させたガスハイドレートが製造される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３８１７１号公報（第１図、第２頁参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように複数種類のガスを原料ガスとして用いる場合、生成槽内の原料ガスの組成を所望の割合にするために、生成槽に供給する各ガスの流量を一定の混合比に制御する必要がある。
【０００７】
しかし、生成槽の圧力変動、ガス供給管路の圧力損失、および各ガスの流量制御の追従遅れなどの原因により、ガス混合比が所望値からずれる場合がある。特に、生成槽で生成されたガスハイドレートが、例えば、冷却装置や脱圧装置などの比較的低圧の取扱装置にバッチ的に排出される際に、生成槽の圧力が変動するから、ガス混合比が変動するおそれがある。
【０００８】
本発明の課題は、生成槽に供給する原料ガスの組成の割合を精度よく所望値に調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガスハイドレートの製造装置は、ガスと水とを反応させてガスハイドレートを生成する生成槽と、該生成槽に複数種類の前記ガスを供給する複数のガス供給管路と、該各ガス供給管路に設けられた流量調整弁と、前記各ガス供給管路のガス流量を検出し、前記各流量調整弁を制御して各検出流量を設定流量に制御する制御手段とを備え、該制御手段の前記各設定流量は、前記複数のガスの予め定められた混合比に基づいて設定されてなるガスハイドレートの製造装置において、前記制御手段は、前記各ガスの前記検出流量を設定時間積分した各積分値を比較して前記混合比とのずれを求め、このずれを低減するように少なくとも一の前記設定流量を補正することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、生成槽の圧力変動や、ガス供給管路の圧力損失、あるいは各ガスの流量制御の追従遅れに起因して、それぞれの流量調整弁および制御手段の制御応答にずれが生じ、このずれによりガス混合比が所望値からずれることがある。この点、本発明によれば、各ガスの検出流量を設定時間積分し、その設定時間における各ガス流量の積分値に基づいて混合比からのずれを求めて、このずれを低減するように少なくとも一の設定流量を補正するようにしているから、生成槽に供給する原料ガスの組成の割合を精度よく所望値に調整することができる。
【００１１】
また、各制御手段は、一のガス（例えば、主成分ガス）の検出流量に混合比に応じて定められた係数を乗じた値に、他のガス（例えば、副成分ガス）の設定流量を設定するようにすることができる。これによれば、一のガスの流量に他のガスの流量を追従させて制御することができる。この場合において、制御手段は、一のガスと他のガスの検出流量を設定された補正周期ごとに積分し、一のガスの検出流量の積分値に係数を乗じた値と他のガスの積分値との差を求め、この差を低減するように次回の補正周期における他のガスの設定流量を補正する構成にできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、生成槽に供給する原料ガスの組成の割合を精度よく所望値に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明のガスハイドレートの製造装置の一実施形態を示す構成図である。図２は、本発明の一実施形態の各ガスの混合比を制御する混合比制御装置の構成図である。図３は、混合比制御装置の制御を説明する図である。
【００１４】
図１に示すように、ガスハイドレートの製造装置は、縦型筒状の圧力容器からなる生成槽１を備えている。原料ガスの主成分であるメタンガス３と副成分ガスであるエタンガス４は、それぞれガス供給管路５、６を介して、ガス供給口７から例えば生成槽１の上部の気相空間に供給される。一方、水８は、生成槽１の頂部を鉛直下向きに挿通する水供給管路９を介して生成槽１に供給される。生成槽１の内部の圧力および温度は、周知の手段によりガスハイドレートが生成される反応圧力（例えば、３０〜１００気圧）および反応温度（例えば、１〜５℃）に保持される。
【００１５】
生成槽１に供給されたメタンガス３とエタンガス４は、水８と水和反応し、この反応によってガスハイドレート１１が生成される。生成されたガスハイドレート１１は、ガスハイドレートが生成される高さに設けられた排出口１２を介し、図示していない、例えば冷却装置や脱圧装置などのガスハイドレートの取扱装置に排出される。
【００１６】
一方、ガスハイドレート１１は、生成されるときに発熱（例えば、約１０５ｋｃａｌ／ｋｇ）を伴うことから、原料ガスおよび水を生成槽１から抜き出して冷却するガス冷却手段と水冷却手段が設けられている。ガス冷却手段は、生成槽１の上部に連通された原料ガス循環ライン１９を介して原料ガスを抜き出し、圧縮機２０で昇圧し、冷却器２１を通して冷却した後、生成槽１の頂部から鉛直下向きに生成槽１内に挿入されたノズル２２から生成槽内１に戻すようになっている。ノズル２２は、複数の小孔が形成されたリング状の先端部を有し、この先端部は生成槽１の底部に位置させて設けられている。水冷却手段は、生成槽１の底部に連通された水循環ライン２４を介して水循環ポンプ２６により水８を抜き出し、冷却器２７で冷却した後、生成槽１の頂部から鉛直下向きに挿入された管２８を介して生成槽1に水を戻すように構成されている。
【００１７】
一方、メタンガス３とエタンガス４の流量調整弁３１、３２のガス上流側に、それぞれのガス流量を検出する検出器３４、３５が設けられている。検出器３４から出力されるメタンガス３の検出流量ｑａと、検出器３５から出力されるエタンガス４の検出流量ｑｂは、それぞれ制御器３７、３８に入力されている。制御器３７、３８は、入力された検出流量ｑａ、ｑｂと、予め定められた設定流量ｑａ＊、ｑｂ＊を比較し、その差を低減するように、例えばＰＩＤ制御などにより、流量調整弁３１、３２の開度を制御するようになっている。検出器３４、３５から出力される検出流量ｑａ、ｑｂは、本実施形態の特徴部である混合比制御装置４０に入力されている。混合比制御装置４０は、図２に示すように、検出流量ｑａは係数器４１に入力されている。係数器４１には、原料ガスの所望の混合比に基づいて、メタンガスに対するエタンガスの混合割合である係数ｒが設定されており、次式（１）の演算を行って、検出流量ｑａに係数ｒを乗じた出力を、加算器４２を介して設定流量ｑｂ＊（＝ｒ・ｑａ）として制御器３８に入力するようになっている。
ｑｂ＊＝ｒ・ｑａ                                    （１）
【００１８】
また、検出流量ｑａ、ｑｂは、それぞれ積分器４４、４５に入力され、積分器４４の出力は比較器４７に入力され、積分器４５の出力は係数器４６を介して比較器４７に入力されている。係数器４６には、係数器４１と同一の係数ｒが設定されている。比較器４７の出力は演算器４８に入力され、演算器４８の出力は加算器４２に入力されている。
【００１９】
このように構成されることから、制御器３７は、入力されるメタンガスの検出流量ｑａを、所望の混合比に基づいて設定された設定流量ｑａ＊に一致させるように、流量調整弁３１の開度を制御する。この設定流量ｑａ＊は、制御器３７の内部に設定されている。一方、制御器３８には、加算器４２を介して係数器４１からエタンガスの設定流量ｑｂ＊（＝ｒ・ｑａ）が入力される。制御器３８は、エタンガスの検出流量ｑｂを、設定流量ｑｂ＊に一致させるように、流量調整弁３２の開度を制御する。つまり、所望の混合比に応じてエタンガス４の流量をメタンガス３の流量に追従させて制御するようになっている。その結果、流量調整弁３１、３２を介して生成槽１に所望の混合比に応じた組成の原料ガスが供給される。
【００２０】
次に、本実施形態の特徴部である混合比制御装置における補正制御の動作について説明する。まず、生成槽の圧力変動や、ガス供給管路の圧力損失、あるいは各ガスの流量制御の追従遅れに起因して、それぞれの流量調整弁および制御手段の制御応答にずれが生じることがある。例えば、生成槽1内の圧力が低下すると、メタンガス３の供給系を構成する検出器３４、制御器３７および流量調整弁３１の応答が間に合わず、メタンガス３の供給量が一時的に増加するが、その後、制御器３７および流量調整弁３１が動作して、メタンガス３の供給量は速やかに設定流量ｑａ＊に抑えられる。しかし、エタンガス４の設定流量ｑｂ＊（＝ｒ・ｑａ）は、メタンガス３の一時的に増加に合わせて一旦増加されることになる。したがって、エタンガスの制御系は、メタンガスの制御系よりも応答が遅れ、その遅れに応じてガス混合比が所望値からずれる。この制御の遅れは、生成槽１の圧力変動のほかに、メタンガス又はエタンガスのガス供給管路５、６の圧力損失、あるいは各ガスの流量制御系自体の遅れなどがある。また、生成槽１の圧力変動は、例えば、高圧の生成槽１で生成されたガスハイドレートが、冷却装置や脱圧装置などの比較的低圧のガスハイドレート取扱装置にバッチ的に排出する場合に起こりうる。
【００２１】
本実施形態の混合比制御装置は、上記のような制御遅れ等に起因する混合比のずれを、以下に述べるように抑制する。つまり、積分器４４、４５は、それぞれあらかじめ定められた周期Ｔ（以下、補正周期という。）ごとに、メタンガス３とエタンガス４の検出流量ｑａ、ｑｂを補正周期Ｔにわたって積分する。ここで、補正周期Ｔは、制御器３７、３８の制御周期よりも十分長い時間（例えば１５秒〜１分程度）に設定することが好ましい。積分器４５から出力されるメタンガス３の積分値Ｑａは、係数器４６において係数ｒが乗じられて比較器４７に入力される。比較器４７は、入力されるｒ・ＱａとＱｂとの差ΔＱｂを次式（２）によりに求めて、演算器４８に出力する。ここで、補正周期Ｔが短すぎると、積分値の差ΔＱｂが小さすぎて補正制御の精度が低下し、長すぎると混合比のずれが大きくなる場合がある。
ΔＱｂ＝ｒ・Ｑａ−Ｑｂ                                （２）
【００２２】
演算器４８は、次式（３）により、補正量Δｑｂを求めて、加算器４２に出力するようになっている。つまり、補正周期Ｔにわたる積分値を周期Ｔで割って時間平均を補正量Δｑｂとするものである。
Δｑｂ＝ΔＱｂ／Ｔ                                    （３）
【００２３】
これにより、加算器４２の出力であるエタンガスの設定流量ｑｂ＊は、次式（４）になる。
ｑｂ＊＝ｒ・ｑａ＋Δｑｂ                              （４）
【００２４】
これにより、例えば、図３の（ｃ）に示すように、任意の補正周期Ｔｎ−１（ここで、ｎは自然数）の補正量Δｑｂｎ−１が、次回の補正周期Ｔｎにおける設定流量ｑｂ＊（＝ｒ・ｑａ）に加えられる。その結果、補正周期Ｔｎ−１におけるメタンガスとエタンガスの所定の混合比からのずれを低減することができる。ここで、メタンガス３の積分値をＱａ（＝Σｑａ）とし、エタンガス４の積分値をＱｂ（＝Σｑｂ）とする。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、生成槽１の圧力変動などにより、メタンガス３とエタンガス４の流量の割合が変動しても、その変動による供給量のずれを補償できるので、生成槽１に供給する原料ガスの組成の割合を精度よく所望値に調整することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、主成分ガスとしてメタンガスを、副成分ガスとしてエタンガスを用いたものについて説明したが、これに限らず、ガスハイドレートを生成するガスであれば種々のものを用いることができる。例えば、副成分ガスとしてプロパンガスやイソブタンガスなどを添加する構成にも適用できる。この場合は、ガスハイドレートの生成圧力を低下させることができるので好ましい。また、副成分ガスとして付臭剤ガスなどを適用できる。
【００２７】
また、本実施形態では、生成槽１として原料ガスを生成槽に充填された水に放出して反応を促すバブリング型について説明したが、これに限らず、攪拌機で水を攪拌する攪拌型や生成槽１内に水を散布するスプレー型など、種々の構成のものに適用できる。
【００２８】
さらに、本実施形態では、主成分ガス（メタンガス）の流量に基づいて副成分ガス（エタンガス）の設定流量を可変する構成としたが、これに限らず、主福成分ガスの流量を独立に設定した制御系にも適用することができる。この場合は、係数器４１と加算器４２が不要になる。また、副成分ガスであるエタンガスの設定流量を補正する構成としたが、主成分ガスであるメタンガスの設定流量を補正してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のガスハイドレートの製造装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態のガスの混合比を制御する混合比制御装置の構成図である。
【図３】混合比制御装置の制御を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  生成槽
５、６  ガス供給管路
３１、３２  流量調整弁
３４、３５  検出器
３７、３８  制御器
４０  混合比制御装置
４１、４６  係数器
４２  加算器
４４、４５  積分器
４７  比較器
４８  演算器
【図１】
0004751025.tif 000002
【図２】
0004751025.tif 000003
【図３】
0004751025.tif 000004