(57)【要約】【課題】ガスハイドレート生成熱を効率的に除去し、優れた乾燥性能を持ち、小規模化が可能なガスハイドレートの乾燥装置を提供する。【解決手段】気密性耐圧容器１の中で未反応の水Ｗ２および未反応のハイドレート形成ガスＧ２を含む湿潤ガスハイドレートＨを筒状の回転軸５に取り付けられた中空状のパドル７で攪拌し、未反応の水Ｗ２と未反応のハイドレート形成ガスＧ２を接触させて、新たにガスハイドレートＨを生成させて未反応の水Ｗ２を少なくすることで湿潤ガスハイドレートＨを乾燥ガスハイドレートＨとし、この際に発生するガスハイドレート生成熱を中空状のパドル７と筒状の回転軸５の内部を連通させて形成した冷媒通路１１に液体冷媒Ｒを流通させることで効率的に除去する。【選択図】    図１
2005238042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水とハイドレート形成ガスを反応させて生成した、未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含む湿潤ガスハイドレートを、気密性を有する耐圧容器の中で、該耐圧容器内に設けられた筒状の回転軸に取り付けられた中空状のパドルで攪拌して、該未反応の水と該未反応のハイドレート形成ガスを接触させて、新たにガスハイドレートを生成することで該未反応の水を減少させて該耐圧容器内の湿潤ガスハイドレートを乾燥ガスハイドレートとするガスハイドレートの乾燥装置であって、
前記耐圧容器に未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含む湿潤ガスハイドレートを供給する供給路と、
前記耐圧容器から乾燥ガスハイドレートを取り出す排出路と、
前記筒状の回転軸に前記中空状のパドルを取り付け、内部を連通させて、液体冷媒を流通させる冷媒通路と、
前記耐圧容器内の前記未反応のハイドレート形成ガスを冷却して循環させるガス循環路と、からなるガスハイドレートの乾燥装置。
【請求項２】
回転軸が外筒および内筒からなる二重管であり、該外筒の一端を閉じ、該外筒または該内筒のいずれか一方の他端側から液体冷媒を流入させて中空状のパドル内部に該液体冷媒を流通させ、該外筒または該内筒のいずれか他方の他端側へ該液体冷媒を流出させる請求項１に記載のガスハイドレートの乾燥装置。
【請求項３】
さらに、耐圧容器にハイドレート形成ガスを補給するガス補給路を設けた請求項１または２に記載のガスハイドレートの乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスハイドレートに含まれる水分を低減させるために用いられるガスハイドレートの乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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なすガスハイドレートが新たな資源として注目されている。ガスハイドレートは、その結晶構造により高いガス包蔵性を有し、また、液化天然ガスのように極低温にする必要がなく、常圧・低温（−１５〜−４０℃程度）で輸送、貯蔵ができるため関連設備の投資負担が少なくて済むことが大きなメリットとされている。
【０００３】
このガスハイドレートは、加圧状態の耐圧容器の中で、冷却された水にハイドレート形成ガス、例えばメタンガスが供給されて生成される。しかし、ガスハイドレート生成工程では未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含んだガスハイドレートが生成されるため、この状態のガスハイドレートを輸送すれば無駄な水分を運ぶことになり、輸送効率が悪く、貯蔵などにも適さず、取り扱い性がよくない。そこで、ガスハイドレートを脱水、乾燥する方法が提案されている。
【０００４】
その一つの提案として回転スクリューでガスハイドレートを圧縮して、物理的に水分を取り除く方法がある（特許文献１参照）。このような物理的な脱水方法では、脱水できる水分量にも限界がある。
【０００５】
別の提案としては、未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含むガスハイドレートを密閉された耐圧容器内で攪拌して、ガスハイドレートを生成することで未反応の水を減少させてガスハイドレートを乾燥させる方法が提案されている（特許文献２）。この乾燥方法では、ガスハイドレート生成時に生成熱が発生するために、耐圧容器内の温度が上昇しガスハイドレートが生成しにくくなるので、耐圧容器内を冷却する必要がある。そこでこの提案では、未反応のハイドレート形成ガスを耐圧容器から取り出して冷却した後、再度の耐圧容器に戻して循環させるガス循環路を設け、このガス循環によってガスハイドレート生成熱を除去している。
【０００６】
ところが、このガス循環による冷却では耐圧容器から取り出す未反応のハイドレート形成ガスと耐圧容器に戻す未反応のハイドレート形成ガスの温度差を大きくできないため、大量のガス循環が必要となり、ガス循環装置が大きくなるという問題がある。これに伴い、乾燥装置も大きくなってしまう。
【０００７】
詳述すると、この方法では耐圧容器から取り出す未反応のハイドレート形成ガスの温度は５℃程度であり、耐圧容器に戻す未反応のハイドレート形成ガスの温度は耐圧容器内部の水分が氷結しない２℃程度となるために温度差が大きくすることができず、ガスハイドレート生成熱の除去能力が小さく、この生成熱の除去能力を大きくするには、大量に未反応のハイドレート形成ガスを循環させる必要があるためガス循環装置の大規模化や高性能化の問題が生じる。これに伴い、乾燥装置も大規模となる。
【特許文献１】特開２００３―７３６７９号
【特許文献２】特開２００１―２７９２７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記したような従来技術の問題点を解決するためになされたものである。即ち、ガスハイドレート生成熱を効率的に除去し、優れた乾燥性能を持ち、小規模化が可能なガスハイドレートの乾燥装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載のガスハイドレートの乾燥装置は、水とハイドレート形成ガスを反応させて生成した、未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含む湿潤ガスハイドレートを、気密性を有する耐圧容器の中で、該耐圧容器内に設けられた筒状の回転軸に取り付けられた中空状のパドルで攪拌して、該未反応の水と該未反応のハイドレート形成ガスを接触させて、新たにガスハイドレートを生成することで該未反応の水を減少させて該耐圧容器内の湿潤ガスハイドレートを乾燥ガスハイドレートとするガスハイドレートの乾燥装置であって、前記耐圧容器に未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含む湿潤ガスハイドレートを供給する供給路と、前記耐圧容器から乾燥ガスハイドレートを取り出す排出路と、前記筒状の回転軸に前記中空状のパドルを取り付け、内部を連通させて、液体冷媒を流通させる冷媒通路と、前記耐圧容器内の前記未反応のハイドレート形成ガスを冷却して循環させるガス循環路と、からなるようにしたものである。
【００１０】
請求項２に記載のガスハイドレートの乾燥装置は、請求項１に記載のガスハイドレートの乾燥装置において、回転軸が外筒および内筒からなる二重管であり、該外筒の一端を閉じ、該外筒または該内筒のいずれか一方の他端側から液体冷媒を流入させて中空状のパドル内部に該液体冷媒を流通させ、該外筒または該内筒のいずれか他方の他端側へ該液体冷媒を流出させるようにしたものである。
【００１１】
請求項３に記載のガスハイドレートの乾燥装置は、請求項１または２に記載のガスハイドレートの乾燥装置において、さらに、耐圧容器にハイドレート形成ガスを補給するガス補給路を設けたものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載のガスハイドレートの乾燥装置は、気密性を有する耐圧容器の中で、未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスを含む湿潤ガスハイドレートを、耐圧容器内に設けられた筒状の回転軸に取り付けられた中空状のパドルで攪拌して、未反応の水と未反応のハイドレート形成ガスを接触させて、新たにガスハイドレートを生成することで未反応の水を減少させて耐圧容器内の湿潤ガスハイドレートを乾燥ガスハイドレートとするようにした化学的乾燥装置なので、機械的な乾燥装置に比べて、乾燥性能が優れている。
【００１３】
また、ガス循環路を設けて、耐圧容器内の未反応のハイドレート形成ガスを冷却して循環させるようにしたので、未反応の水と接触してガスハイドレートが生成しやすくなる。
【００１４】
さらに、筒状の回転軸に中空状のパドルを取り付け、回転軸内部と中空状のパドルの内部を連通させて液体冷媒を流通させる冷媒通路を設けた。ガス循環だけではガスハイドレート生成熱を十分に除去できず、また十分に除熱するには、大量のガス循環が必要となり、ガス循環装置が大きくなる。そこで、冷媒通路を設けたことにより、未反応の水および未反応のハイドレート形成ガスに直接、頻繁に接触し、接触面積も大きいパドルの内部に液体冷媒が流通し、ガスハイドレート生成熱はパドル表面から内部に伝わり、この熱をパドル内部を流通する液体冷媒が除去するので、ガス循環装置を大きくするよりも効率よく除熱ができる。これによって、乾燥装置を小規模にすることができる。
【００１５】
また、回転軸とパドルを利用して冷媒通路としたので、耐圧容器内部に別途、冷媒通路を設ける必要がないので耐圧容器内部のスペースを狭めることもない。
さらに、ハイドレート生成熱を除去する冷媒が液体冷媒なので、気体冷媒よりもハイドレート生成熱を除去する能力が高く、この点においても効率がよい。
即ち、ガスハイドレート生成熱を効率的に除去し、優れた乾燥性能を持ち、小規模化が可能なガスハイドレートの乾燥装置とすることができる。
【００１６】
請求項２に記載のガスハイドレートの乾燥装置は、回転軸を外筒および内筒からなる二重管として、外筒の一端を閉じ、外筒または内筒のいずれか一方の他端側から液体冷媒を流入させて中空状のパドル内部に液体冷媒を流通させ、外筒または内筒のいずれか他方の他端側へ液体冷媒を流出させるようにしたものである。
これにより、回転軸の一方の端部から液体冷媒を流出入させることができ、冷媒通路を一方側に集中させることができる。
また、回転軸の一端のみを耐圧容器から突出させる構造にでき、回転軸と耐圧容器との密閉シールを片側だけとすることができる。
即ち、ガスハイドレート生成熱を効率的に除去し、優れた乾燥性能を持ち、小規模化が可能なガスハイドレートの乾燥装置とすることができる。
【００１７】
請求項３に記載のガスハイドレートの乾燥装置は、さらに、耐圧容器にハイドレート形成ガスを補給するガス補給路を設けたものである。このガス補給路の追加により、耐圧容器内の未反応の水が多く、耐圧容器内の未反応のハイドレート形成ガスだけでは湿潤ガスハイドレートを十分に乾燥ガスハイドレートとすることができない場合は、未反応のハイドレート形成ガスを補給することで、湿潤ガスハイドレートを乾燥ガスハイドレートとすることができる。
即ち、ガスハイドレート生成熱を効率的に除去し、優れた乾燥性能を持ち、小規模化が可能なガスハイドレートの乾燥装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、図３に基づいてガスハイドレートHを製造する全体フローを説明する。ガスハイドレート生成器４０では、例えば圧力が５．４ＭＰａに保持された耐圧ドラムに２℃程度に冷却された水W1が供給され、さらにハイドレート形成ガスG1が供給されて、ガスハイドレートHが生成する。しかし、ここで生成されたガスハイドレートHは未反応のハイドレート形成ガスG２と未反応の水W２が多く含まれたスラリー状の湿潤ガスハイドレートHなので、脱水器４１で機械的におおまかに水分が取り除かれる。この脱水器は設けないこともある。つぎに脱水器４１で脱水された未反応のガスハイドレート形成ガスG2と未反応の水W2を含む湿潤ガスハイドレートHが本発明に係る乾燥装置４２でさらに乾燥され、乾燥ガスハイドレートHになり、その後、過冷却器４３を経てガスハイドレートHの製造が完了する。
【００１９】
つぎに図１に基づいてガスハイドレートHの乾燥装置４２の第一の実施形態を説明する。耐圧容器１には、未反応の水W２および未反応のハイドレート形成ガスG２を含む湿潤ガスハイドレートHを供給する供給路２と、乾燥ガスハイドレートHを取り出す排出路３が耐圧容器１内部の気密性を保つように取り付けられている。ここで、耐圧容器１内は圧力は５．４ＭＰａ程度、温度は５℃程度に保たれている。
【００２０】
さらに、耐圧容器１を貫いて筒状の回転軸５が設けられ、この回転軸５には耐圧容器１内壁に向かって中空状のパドル７が固定され、パドル７の内部と筒状の回転軸５の内部が連通していて、冷媒通路となっている。中空状のパドル７の形状は、スクリュー形状、板状、円形状など様々なものを採用できるが、枚数、大きさなどとともに、攪拌効率や冷却効率を考慮して適宜、決定する。
図４に冷媒通路の構造の一例を示す。
【００２１】
耐圧容器１には耐圧容器１内の未反応のハイドレート形成ガスG2取り出した後、冷却器２１で冷却して再度、耐圧容器１に戻すガス循環路２０が設けられ、耐圧容器１にハイドレート形成ガスG1を補給するガス補給路２２も装備されている。
また、耐圧容器１を外側から全体的に冷却する冷却ジャケット３１も装備されている。
【００２２】
つぎに、使用方法について説明する。まず、耐圧容器１に供給路２から未反応の水W２および未反応のハイドレート形成ガスG２を含む湿潤ガスハイドレートHを供給する。その後、回転軸５を図示しない回転駆動装置で回転させると中空状のパドル７が耐圧容器１内の湿潤ガスハイドレートHを攪拌することになる。
この攪拌で、未反応の水W２および未反応のハイドレート形成ガスG２が頻繁に接触することになり、新たにガスハイドレートHが生成し、未反応の水W２が減少して耐圧容器１内の湿潤ガスハイドレートHが乾燥ガスハイドレートHとなる。
【００２３】
ここで、新たにガスハイドレートHが生成すると生成熱が発生し、耐圧容器１内の温度が上がり、即ち、未反応の水W２および未反応のハイドレート形成ガスG２の温度が上昇し、新たなガスハイドレートHが生成しにくくなる。そこで、耐圧容器１内の未反応のハイドレート形成ガスG２をガス循環路２０から取り出し、冷却器２１で２℃程度まで冷却した後、耐圧容器１内に戻すようにしている。このガス循環ではハイドレート形成ガスG２の取り出す時と戻す時の温度差を大きくできず、十分な除熱ができないので、さらに液体冷媒Rによる除熱をおこなう。
【００２４】
筒状の回転軸５の一方から冷媒通路１１に液体冷媒Rを流入し、中空状のパドル７内部を流通させ、回転軸５の他方へと液体冷媒Rを流出させる。この冷媒通路１１は流入側と流出側を連結して途中に冷却器２１を設けて循環させるようにするのが好ましい。液体冷媒Rとしては、たとえば、アンモニア、ブタン、フロンなどが用いられる。
【００２５】
この冷媒通路１１は、未反応の水W２および未反応のハイドレート形成ガスG２に直接、頻繁に接触し、接触面積も大きい中空状のパドル７の内部を通るようになっているので、ガスハイドレート生成熱は中空状のパドル７表面から内部に伝わり、この熱を中空状のパドル７内部を流通する液体冷媒Rが除去するので、効率よく除熱ができる。これによって、乾燥装置４２を小規模にすることができる。
尚、中空状のパドル７内部の冷媒通路１１の形状、大きさは液体冷媒Rが流通しやすく、除熱効果が高くなるように適宜、決定する。
【００２６】
液体冷媒Rは気体冷媒よりも除熱能力が大きいので、効率よく除熱ができ、乾燥装置４２の小規模化することも可能となる。
【００２７】
耐圧容器１内に未反応の水W２が多い場合は、耐圧容器１内の未反応のハイドレート形成ガスG２との接触でハイドレートHを生成させるだけでは未反応の水W２が余ってしまい、湿潤ガスハイドレートHを十分に乾燥ガスハイドレートHとすることができない。この場合は、ガス補給路２２から未反応のハイドレート形成ガスG２を補給することで、湿潤ガスハイドレートHを乾燥ガスハイドレートHとすることができる。
【００２８】
つぎに、図２に基づいて第二の実施形態について説明する。この実施形態は第一の実施形態とは冷媒通路１１の部分だけが異なるものであり、共通している部分は図示していない。
回転軸５を外筒および内筒からなる二重管として、一端のみを耐圧容器１から突出させ、他端側の外筒を閉じた構造としている。そして外筒と内筒との間の中空部と中空状のパドルの内部は連通しており冷媒通路１１となり、回転軸５の他端側では、外筒と内筒との間の中空部と内筒内部の中空部が連通しており、冷媒通路１１となっている。
回転軸５の一端側は外筒から内筒が突出して冷却器２１に連結している。外筒にはロータリージョイント９が取り付けられて、そこから冷却器２１に連結するようになっている。
【００２９】
使用方法も第一の実施形態と同じである。図２では、液体冷媒Rの流入を内筒としているが、この流入は内筒と外筒のいずれかを選択することができる。
この実施形態では、回転軸５の一方の端部から液体冷媒Rを流出入させることができ、冷媒通路１１を一方に集中させることができるので、乾燥装置４２を縮小化でき、設置スペースが小さくて済む。
また、回転軸５と耐圧容器１との密閉シール８を片側だけとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第一の実施形態の構造概要を示す説明図である。
【図２】第二の実施形態の構造概要を示す説明図である。
【図３】ガスハイドレート製造の全体フローを示す説明図である。
【図４】冷媒通路構造の一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  耐圧容器        ２  供給路        ３  排出路        ５  回転軸          ７  パドル    ８  密閉シール  ９  ロータリージョイント  １１  冷媒通路    ２０  ガス循環路    ２１  冷却器      ２２  ガス補給路
３１  冷却ジャケット  ４０ガスハイドレート生成器  ４１脱水器
４２  乾燥装置    ４３  過冷却器
【図１】
2005238042.tif 000003
【図２】
2005238042.tif 000004
【図３】
2005238042.tif 000005
【図４】
2005238042.tif 000006