(57)【要約】【課題】  ガスハイドレートと原料ガスを満遍なく接触させつつ、その接触時間を確保してガスハイドレートの脱水効率を一層向上させる。【解決手段】  ガスハイドレートの脱水方法は、原料ガスと原料水を低温および高圧下の生成器１０で接触させて生成されるガスハイドレートの付着水を脱水する場合において、脱水手段１２により、生成器１０から供給されるガスハイドレートを原料ガスにより流動化させて流動層を形成して、ガスハイドレートの付着水と原料ガスとを反応させて脱水する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと原料水とを低温および高圧下で接触させて生成されるガスハイドレートの付着水を脱水するガスハイドレートの脱水方法において、前記ガスハイドレートを前記原料ガスにより流動化させて流動層を形成して前記付着水と前記原料ガスとを反応させて脱水することを特徴とするガスハイドレートの脱水方法。
【請求項２】
原料ガスと原料水とを低温および高圧下で接触させてガスハイドレートを生成する生成手段と、該生成手段から排出される前記ガスハイドレートの付着水を脱水する脱水手段を備えたガスハイドレート製造装置において、
前記脱水手段は、横型筒状の容器と、該容器の長手方向を上下に仕切って配設された多孔板と、前記容器の一方の端部の前記多孔板の上側に前記ガスハイドレートを投入する投入口と、前記容器の他方の端部の前記多孔板の上側から前記ガスハイドレートを排出する排出口と、前記多孔板の下側の前記容器内に前記原料ガスを供給して前記ガスハイドレートを流動化させるガス供給手段と、前記多孔板の上側の前記容器内から前記原料ガスを排出するガス排出口とを備え、前記多孔板は、長手方向に進退させるとともに上下動させる振動機構を介して支持されてなることを特徴とするガスハイドレート製造装置。
【請求項３】
前記振動機構は、回転羽根と、該回転羽根の回転軸に固定して該回転軸から所定距離離して平行に設けられた偏心軸と、前記回転羽根に前記原料ガスを吹き付けるノズルとを備え、前記偏心軸に前記多孔板を回転自在に取り付けてなることを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレート製造装置。
【請求項４】
前記ノズルは、流量調整弁を有し、該流量調整弁の開度に基づいて前記回転羽根の回転速度を可変することを特徴とする請求項２又は３に記載のガスハイドレート製造装置。
【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脱水方法及び製造装置に係り、具体的にはガスハイドレートの付着水を脱水するのに好適な技術に関する。
【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個体として安定な水和物である。例えば、メタンガスを取り込んだものをメタンガスハイドレート、天然ガスを取り込んだものは天然ガスハイドレートと呼ばれる。
【０００３】
このガスハイドレートは、原料ガス（例えば、天然ガス、メタンガス、炭酸ガス）と原料水を低温および高圧下で接触させて反応させることにより生成される。生成されたガスハイドレートは、含水率が比較的高い（例えば、３０％〜９０％）スラリー状のものであるため、輸送する際の便宜から、遠心分離機などの機械的な脱水機によりガスハイドレートの付着水が脱水される。
【０００４】
ところで、例えば遠心分離機では回転速度が制限されるなど、機械的な脱水方法では、ガスハイドレートを所望の含水率（例えば、１０％以下）に脱水することが難しい。そこで、スラリー状のガスハイドレートを攪拌手段により攪拌しながら原料ガスに接触させて付着水と原料ガスを再反応させることにより、ガスハイドレートを脱水して粉粒状のガスハイドレートを得ることが行われる（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、原料ガスと接触させるガスハイドレートがスラリー状（液状）であるから、ガスハイドレートを攪拌しても、原料ガスにガスハイドレートを効率よく接触させることができない場合があり、ガスハイドレートが部分的に原料ガスと接触しなかったり、接触時間が反応に必要な時間よりも短いことがある。その結果、付着水と原料ガスを十分に反応させることができず、脱水効率が悪くなるおそれがある。
【０００７】
本発明の課題は、ガスハイドレートと原料ガスを満遍なく接触させつつ、その接触時間を確保してガスハイドレートの脱水効率を一層向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のガスハイドレートの脱水方法は、原料ガスと原料水とを低温および高圧下で接触させて生成されるガスハイドレートの付着水を脱水する場合、ガスハイドレートを原料ガスにより流動化させて流動層を形成して、そのガスハイドレートの付着水と原料ガスとを反応させて脱水することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、流動化されたガスハイドレートは、原料ガスの雰囲気中に所定時間に渡って流動しながら滞留することになる。したがって、ガスハイドレートが原料ガスに満遍なく効率的に接触しつつ、その接触時間も確保されることから、ガスハイドレートの脱水効率を向上させることができる。
【００１０】
具体的なガスハイドレート製造装置は、原料ガスと原料水とを低温および高圧下で接触させてガスハイドレートを生成する生成手段と、生成手段から排出されるガスハイドレートの付着水を脱水する脱水手段を備え、脱水手段は、横型筒状の容器と、容器の長手方向を上下に仕切って配設された多孔板と、容器の一方の端部の多孔板の上側にガスハイドレートを投入する投入口と、容器の他方の端部の多孔板の上側からガスハイドレートを排出する排出口と、多孔板の下側の容器内に原料ガスを供給してガスハイドレートを流動化させるガス供給手段と、多孔板の上側の容器内から原料ガスを排出するガス排出口を備え、多孔板は、例えばガスハイドレートの投入口から排出口に向かって下り傾斜させて、かつ多孔板を傾斜方向に進退させるとともに上下動させる振動機構を介して支持されてなる構成とすることができる。
【００１１】
このように構成すれば、ガス供給手段から供給される原料ガスは多孔板の孔から上向きに噴出され、噴出した原料ガスによりガスハイドレートが多孔板の上側で流動化されるから、ガスハイドレートを原料ガスに満遍なく効率的に接触させることができる。しかも、多孔板を進退および上下動させることにより、流動化したガスハイドレートが排出口側に移送されるから、その移送過程でガスハイドレートと原料ガスを接触させることができるため、反応に必要な接触時間を確保できる。このとき、多孔板は、１つの孔に着目すると傾斜方向に円運動するように振動機構により振動される。
【００１２】
この場合において、脱水手段の容器内は比較的高圧に保持されているから、振動機構として例えば電気式装置を用いると、耐圧構造などが必要になる。そこで、振動機構として、回転羽根と、回転羽根の回転軸に固定して回転軸から所定距離離して平行に設けられた偏心軸と、回転羽根に原料ガスを吹き付けるノズルを備えたものを用い、振動機構の偏心軸に多孔板を回転自在に取り付けるようにするのが望ましい。これにより、ノズルから吹き付けられる原料ガスの推進力が回転羽根に伝えられるから、機械的な構造だけで多孔板を動かすことができ、例えば電気的装置を用いるときよりも、耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、ノズルに流量調整弁を配設し、流量調整弁の開度に基づいて回転羽根の回転速度を可変させることができる。すなわち、流量調整弁の開度を小さくしてノズルから吹出される原料ガス量を少なくすれば、多孔板の動きが遅くなるため、ガスハイドレートの容器内の滞留時間を長くすることができる。一方、開度を大きくして原料ガス量を多くすれば、多孔板の動きが速くなるため、ガスハイドレートの滞留時間を短くすることができる。したがって、流量調整弁の開度を可変することにより、ガスハイドレートと原料ガスの接触時間を調整できるから、所望の含水率を有する粉粒状のガスハイドレートを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガスハイドレートと原料ガスを満遍なく接触させつつ、その接触時間を確保してガスハイドレートの脱水効率を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を適用したガスハイドレート製造装置の一実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施形態のガスハイドレート製造装置の構成図である。図１に示すように、ガスハイドレート製造装置は、原料ガス（例えば、天然ガス）と原料水（例えば、蒸留水）とを低温（例えば、２℃〜５℃）および高圧下（例えば、５．４ＭＰａ）で接触させて天然ガスハイドレート（以下、ＮＧＨという。）を生成する生成手段である生成器１０と、生成器１０から排出されるＮＧＨの付着水を脱水する脱水手段１２を備えて構成される。
【００１６】
生成器１０は、密閉容器の胴部にガス供給管１４が配設され、底部に水供給管２０が配設され、頂部がガスハイドレート管２６を介して脱水手段１２に接続されている。また、ガス供給管１４に昇圧手段１５と熱交換器１６が配設されている。水供給管２０にポンプ２１が配設されている。ガスハイドレート管２６にポンプ２８が配設されている。
【００１７】
ここで、本発明の特徴に係る脱水手段１２について説明する。脱水手段１２は、固液分離手段（例えば、遠心分離機）を有する脱水器３０と、脱水器３０に接続される乾燥機３２に大別される。脱水器３０は、底部がガスハイドレート管２６を介して生成器１０に接続され、頂部がガスハイドレート管３４を介して乾燥機３２に接続され、胴部が水戻し管３５を介して水供給管２０のポンプ２８よりも上流側に接続されている。
【００１８】
図２は、図１に示す乾燥機３２の構成図である。図２に示すように、乾燥機３２は、比較的高圧（例えば、５ＭＰａ〜６ＭＰａ）に保持された横型筒状の容器である流動層容器４０と、流動層容器４０の長手方向を上下に仕切って配設された多孔板４２と、流動層容器４０の一方の端部の多孔板４２の上側（流動層側）にＮＧＨを投入する投入口４４と、流動層容器４０の他方の端部の多孔板４２の上側から脱水後のＮＧＨを排出する排出口４６と、多孔板４２の下側（ガス層側）の流動層容器４０内に天然ガスを供給するガス供給口４８と、多孔板４２の上側の流動層容器４０内から天然ガスを排出するガス排出口５０を有して構成されている。図２においては、多孔板４２は、投入口４４から排出口４６に向かって下り傾斜させ、駆動機構としてのバイブレータ５２を介して支持されている。バイブレータ５２は、多孔板４２を傾斜方向に進退させるとともに上下動させるものである。また、流動層容器４０の投入口４４およびガス供給口４８が配設された側の筒端部であって多孔板４２の下側に吹き出しノズル５３が配設されている。なお、多孔板４２の縁部と流動層容器４０の内面との間に可とう性シート部材を介装することにより、多孔板４２の縁部を流動層容器４０に対し相対的に運動自在にするのがよい。
【００１９】
このような乾燥機３２は、図１に示すように、投入口４４にガスハイドレート管３４が連通され、ガス供給口４８にガス供給手段としてのガス供給管５４が連通されている。ガス供給管５４は、ガス供給管１４の熱交換器１６と生成器１０の間から分岐して形成されている。吹出しノズル５３は、ガス供給管５４から分岐して形成された吹出し管５１に連結されている。吹出し管５１に昇圧手段としてのブロア５７、流量調整弁５９がガス供給管５４側から順に配設されている。また、ガス排出口５０に、ガス供給管１４の昇圧手段１５よりも上流側に合流して形成されたガス戻し管５６に連通されている。なお、流量調整弁５９については、これに限られず、吹出し管５１を通流するガス量を調整できるものであればよい。
【００２０】
図３は、図２に示すバイブレータ５２の構成図である。図３に示すように、バイブレータ５２は、回転羽根６０と、回転羽根６０の回転軸６２に固定して回転軸６２から所定距離離して平行に設けられた偏心軸６４と、回転羽根６０に天然ガスを案内する吸い込みノズル６６を有して構成されている。そして、偏心軸６４に多孔板４２が回転自在に取り付けられている。なお、吸込みノズル６６の吸込み口は、吹き出しノズル５３の吹出し口に対向している。回転軸６２は、多孔板４２の長手方向に直交する方向に延在して形成され、潤滑ガスを介してガスベアリングに支持されている。また、回転羽根６０は、例えばシロッコファンなどを用いることができる。
【００２１】
バイブレータ５２は、吸込みノズル６６を介して吸込まれた天然ガスを回転羽根６０に吹きかけ、吹きかけられた天然ガスの推進力により回転軸６２を回転させる。そして、回転軸６２の回転に伴って偏心軸６４を旋回させることにより、多孔板４２を傾斜方向に進退させるとともに上下動させる。これにより、多孔板４２は、例えば１つの孔に着目すると、バイブレータ５２により傾斜方向（図３の矢印７０の方向）に回転することになる。なお、回転羽根６０に吹きかけられた天然ガスは、回転羽根６０を通過した後、回転軸６２に穿設された吐出口から多孔板４２の下側（ガス層側）に向けて排出されるようになっている。
【００２２】
このように構成されるガスハイドレート製造装置の動作について説明する。まず、天然ガスと水が生成器１０に投入される。例えば、天然ガスは、昇圧手段１５により昇圧されると共に、熱交換器１６により所定温度に冷却された後、ガス供給管１４を介して生成器１０に供給される。一方、水は、ポンプ２１により熱交換器２２に供給されて冷却された後、水供給管２０を介して生成器１０に供給される。供給された天然ガスと水とを低温および高圧下で接触させることにより、スラリー状のＮＧＨが生成される。生成されたＮＧＨは、ガスハイドレート管２６を介してポンプ２８により脱水器３０に投入される。投入されたＮＧＨは、例えば遠心分離機により水分が分離されることにより、ＮＧＨの含水率が例えば３０％〜５０％にされて粉粒状のものとなる。なお、分離された水は、水戻し管３５を介して水供給管２０に戻される。
【００２３】
脱水器３０により脱水されたＮＧＨは、ガスハイドレート管３４を介して投入口４４から乾燥機３２に投入される。このとき、乾燥機３２にガス供給管５４を介して天然ガスが供給され、供給された天然ガスは多孔板４２の各孔から上向きに噴出される。したがって、噴出する天然ガスにより、ＮＧＨが多孔板４２の上側（流動層側）で流動化される。さらに、乾燥機３２に吹出しノズル５３を介して天然ガスが吹き込まれる。吹き込まれた天然ガスは、バイブレータ５２に吸込みノズル６６を介して吸込まれる。天然ガスを吸い込んだバイブレータ５２により多孔板４２が長手方向に振動させられる。多孔板４２の振動により、多孔板４２の上側に流動化したＮＧＨは、排出口４６側に移送される。移送される過程で、流動化したＮＧＨの付着水（残留水分）と天然ガスとが反応して新たなＮＧＨが生成されることにより、流動化したＮＧＨの含水率が例えば１０％以下にされる。脱水されたＮＧＨは、排出口４６から粉粒状のＮＧＨとして取り出される。なお、ＮＧＨの付着水と反応しなかった天然ガスは、ガス排出口５０からガス戻し管５６を介してガス供給管１４に戻される。
【００２４】
本実施形態によれば、乾燥機３２内でＮＧＨを天然ガスにより流動化させて流動層を形成し、流動化したＮＧＨの付着水と天然ガスとを反応させることによりＮＧＨが脱水される。これにより、流動化されたＮＧＨは、天然ガスの雰囲気中に所定時間に渡って流動しながら滞留することになる。したがって、ＮＧＨを天然ガスに満遍なく効率的に接触させることができる。しかも、多孔板４２を振動させることにより、流動化したＮＧＨを排出口４６側に移送するようにしているから、その移送過程でＮＧＨと原料ガスを接触させることができ、反応に必要な接触時間を確保できる。
【００２５】
また、粉粒状のＮＧＨは、形状や粒径が不規則であるために流動層の維持が難しいが、ＮＧＨは、振動する多孔板４２の上側で流動化されるため、流動層を比較的低い空塔速度で維持することができる。このため、気泡流動層などのその他の形式の流動層に比べて循環ガス量を低減することができる。
【００２６】
また、流動層容器４０は比較的高圧に保持されているため、多孔板４２の振動機構として耐圧構造などが必要になるほか、可燃性ガス中で取り扱うため、電気式振動装置を用いることができない。この点、本実施形態では、振動機構は、機械的な構造だけで多孔板４２を動かすことが可能なバイブレータ５２を用いているから、耐久性や信頼性の高い装置を提供することができる。
【００２７】
さらに、流量調整弁５９の開度を可変することにより、流動層容器４０内のＮＧＨと天然ガスの接触時間を調整することできる。例えば、流量調整弁５９の開度を小さくして吹出しノズル５３から吹出される天然ガスの流量を小さくすることにより、多孔板４２の動きが遅くなるため、ＮＧＨが流動層容器４０に滞留する時間を長くすることができる。一方、流量調整弁５９の開度を大きくして天然ガスの流量を多くすることにより、多孔板４２の動きが速くなるため、ＮＧＨの滞留時間を短くすることができる。要するに、投入口４４から流動層容器４０に投入されるＮＧＨの含水率、あるいは排出口４６から取出される粉粒状のＮＧＨの含水率などを考慮して、流量調整弁５９の開度を調整することにより、所望の含水率を有する粉粒状のＮＧＨを得ることができる。
【００２８】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、本実施形態では、生成器１０から供給されるＮＧＨを脱水器３０により含水率をある程度（例えば、３０％〜５０％）まで低減した後に、乾燥機３２に投入することにより、ＮＧＨを流動化させ易くしているが、生成器１０のＮＧＨを乾燥機３２に直接に投入してもよい。その場合、流動層容器４０の容積やガス供給口４８から供給する天然ガスの流量を適宜増大させればよい。なお、脱水器３０に有する固液分離機としては、機械脱水方式や重力脱水方式のものを適用できる。
【００２９】
また、本実施形態では、振動機構として単一のバイブレータ５２を用いた例を説明したが、複数配設してもよい。また、振動機構としては、ガス駆動式のもの（例えば、ターボエクスパンダ式スクロール膨張弁）であって偏心軸を有するものであればよい。また、多孔板４２が入口から出口に向って下り傾斜する例を説明したが、入口から出口に向って複数の多孔板とし、各多孔板に振動機構（例えば、バイブレータ）を取り付け、各バイブレータを入口から出口に向って粉粒状ＮＧＨが送られるよう位相差をつけて回転させてもよい。また、ＮＧＨを脱水する例を説明したが、メタンハイドレートや炭酸ガスハイドレートを脱水する場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用した一実施形態のガスハイドレート製造装置の構成図である。
【図２】図１の乾燥機の構成図である。
【図３】図２のバイブレータの構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  生成器
１２  脱水手段
３０  脱水器
３２  乾燥機
４０  流動層容器
４２  多孔板
４４  投入口
４６  排出口
５０  ガス排出口
５２  バイブレータ
５４  ガス供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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