(57)【要約】【課題】構造が単純で、脱圧動作も簡単で、更に粉粒体の移送を安定して確実に行える脱圧装置を提供すること。【解決手段】高圧領域41から低圧領域42に粉粒体43を送る為に前記両領域の間に設けられる脱圧装置51であって、前記高圧領域41と前記低圧領域42とを連通可能な連通孔44と、該連通孔44内に往復移動可能に設けられたピストン45とを備えた回転体50を備え、該回転体50を一方向に回転することにより、前記連通孔44の方向として前記高圧領域41と前記低圧領域42とを順次連通状態、非連通状態、再び連通状態に切り換え可能に構成されていること。【選択図】図１
2007268406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧領域から低圧領域に粉粒体を送る為に前記両領域の間に設けられる脱圧装置であって、
前記高圧領域と前記低圧領域とを連通可能な連通孔と、該連通孔内に往復移動可能に設けられたピストンとを備えた回転体を備え、
該回転体を一方向に回転することにより、前記連通孔の方向として前記高圧領域と前記低圧領域とを順次連通状態、非連通状態、再び連通状態に切り換え可能に構成されていることを特徴とする脱圧装置。
【請求項２】
請求項１に記載の脱圧装置において、前記非連通状態のときに前記ピストンの両側の密室を連通させる密室連通手段が設けられていることを特徴とする脱圧装置。
【請求項３】
請求項２に記載の脱圧装置において、前記密室連通手段は、両密室をつなげる連通路と、該連通路に設けられた開閉弁とを備えていることを特徴とする脱圧装置。
【請求項４】
原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させてガスハイドレートを生成する生成装置と、該生成装置の後段に設けられて高圧下のガスハイドレートの粉粒体を低圧化に移すための脱圧装置と、を備えたガスハイドレートの製造装置であって、
前記脱圧装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載された脱圧装置より成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、高圧領域から低圧領域に粉粒体を送る為に前記両領域の間に設けられる脱圧装置および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、水分子が結合して形成された立体構造の籠の内部に、例えば天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や二酸化炭素等のガス分子が取り込まれて形成される包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。すなわちガスハイドレートは、原料ガス分子と水分子からなる氷状の固体物質であり、水分子が形成する立体的な籠状構造の内部に原料ガス分子を包接した安定な包接化合物の一種である。このガスハイドレートは、ガス包蔵量が比較的大きいと共に、大きな生成・分解エネルギーや、ハイドレート化ガスの選択性等の特徴ある性質を有しているため、例えば、天然ガス等の輸送・貯蔵手段や、蓄熱システム、アクチュエータ、特定成分ガスの分離回収等の多様な用途が可能であり、盛んに研究がなされている。
【０００３】
ガスハイドレートは、通常、高圧・低温条件の下で生成される。生成方法として、以下の方式が良く知られている。原料ガスを高圧に充填した反応容器の上部から冷却した水を噴霧することにより、水滴が原料ガス中を落下する際に水滴表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「水噴霧方式」や、反応容器内の水中に原料ガスを気泡として導入（バブリング）することにより、原料ガスの気泡が水中を上昇する際に気泡表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「バブリング方式」等である。
【０００４】
上記生成方法で生成されたガスハイドレートは、ガスハイドレートの含有量を約９０ｗｔ％程度に高めた氷粒状体として或いはそれをペレット化して、過冷却状態にして脱圧装置で大気圧にまで減圧して、貯蔵タンクに貯蔵されるのが通常である（特許文献１）。
【０００５】
従来の脱圧装置は、高圧領域と低圧領域との間に中間室を設け、該中間室と高圧領域との間および低圧領域との間にそれぞれ高圧側バルブと低圧側バルブを設けて構成されている。  
実際の脱圧手順を説明する。先ず両バルブを閉状態にして中間室をコンプレッサ等で高圧雰囲気にする。そして、高圧側バルブを開にすることで、高圧領域内の粉粒体を中間室に移す。続いて高圧側バルブを閉じ、密閉状態で公知の減圧手段によって中間室内を大気圧にまで減圧する。それから低圧側バルブを開状態とし、低圧領域（大気圧）に粉粒体を移す。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６３６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の脱圧装置は、上記の如く、中間室と、該中間室の両側に高圧側バルブと低圧側バルブを設けて構成され、更にその減圧手順が多数の工程を経て減圧および粉粒体の移送を実行できるものであるため、構造が複雑で備品点数も多く、減圧工程も長時間を要し、さらに粉粒体がブリッジを作り移送が不安定であるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、構造が単純で、脱圧動作も簡単で、更に粉粒体の移送を安定して確実に行える脱圧装置およびガスハイドレートの製造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】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、高圧領域から低圧領域に粉粒体を送る為に前記両領域の間に設けられる脱圧装置であって、前記高圧領域と前記低圧領域とを連通可能な連通孔と、該連通孔内に往復移動可能に設けられたピストンとを備えた回転体を備え、該回転体を一方向に回転することにより、前記連通孔の方向として前記高圧領域と前記低圧領域とを順次連通状態、非連通状態、再び連通状態に切り換え可能に構成されていることを特徴とするものである。ここで、「粉粒体」とは粉体と粒体の両方を含む意味で使われている。粒体のサイズは直径で２ｍｍ〜５０ｍｍが標準的である。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る脱圧装置によれば、回転体を一方向に回転することにより、前記連通孔の方向として前記高圧領域と前記低圧領域とを順次連通状態、非連通状態、再び連通状態に切り換え可能に構成されていると共に、当該連通孔内に設けられた前記ピストンが、非連通状態を経て再連通状態に至るときに最初の位置から反対側の位置に高圧領域の圧力を受けて移動する。これにより、連通孔内に入った粉粒体は当該ピストンの移動により、確実に低圧領域に押し出される。
【００１１】
従って、回転体を回転しても当該ピストンによって常に高圧領域と低圧領域とは遮断状態を維持しており、しかも回転体を回転するだけで連通孔内に入り込んだ粉粒体がその都度低圧領域側に脱圧されてピストンによって押し出される。従って、二つの領域を互いの遮断状態を維持したまま脱圧と粉粒体の移送を自動的に行うことができる。  
回転体が連続的に回転すると、ピストンもその都度連通孔内を高圧側から低圧側に移動し、上記動作が繰り返されて連通孔を通って高圧領域から低圧領域に粉粒体が脱圧されつつ移送される。
【００１２】
当該脱圧装置を２系統以上用いて高圧領域と低圧領域を接続するようにすれば、各系統の各回転体の回転に位相をつけることで、連続的な脱圧および粉粒体移送を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の態様は、前記第１の態様の脱圧装置において、前記非連通状態のときに前記ピストンの両側の密室を連通させる密室連通手段が設けられていることを特徴とするものである。  
本発明の第２の態様に係る脱圧装置によれば、非連通状態のときに前記ピストンの両側の密室を連通させる密室連通手段が設けられているので、高圧領域と低圧領域を非連通状態で連通孔内のピストンの両側の圧力を均衡させることができ、その状態で回転体が更に回転して高圧領域と低圧領域が連通孔を介して連通することになるため、圧力の急激な変動による衝撃や脈動を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の第３の態様は、前記第２の態様の脱圧装置において、前記密室連通手段は、両密室をつなげる連通路と、該連通路に設けられた開閉弁とを備えていることを特徴とするものである。  
このように開閉弁をそなえているので、ピストンの両側の圧力を均衡させるタイミングをコントロールすることができる。従って、連通孔の両端開口の形状や寸法により、回転体の回転角度によっては高圧領域と耐圧領域が連通孔および密閉室連通手段によって短絡状態になる虞があるが、その様な虞を当該開閉弁によって容易に無くすことができる。
【００１５】
また、本発明の第４の態様は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させてガスハイドレートを生成する生成装置と、該生成装置の後段に設けられて高圧下のガスハイドレートの粉粒体を低圧化に移すための脱圧装置と、を備えたガスハイドレートの製造装置であって、前記脱圧装置は、前記第１の態様から第３の態様のいずれかに記載された脱圧装置より成ることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、ガスハイドレート製造装置において、高圧下で生成されるガスハイドレート粒子を、脱圧しつつ安定して低圧領域に移送することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回転体を一方向に回転することにより、前記連通孔の方向として前記高圧領域と前記低圧領域とを順次連通状態、非連通状態、再び連通状態に切り換え可能に構成されていると共に、当該連通孔内に設けられた前記ピストンが、非連通状態を経て再連通状態に至るときに最初の位置から反対側の位置に高圧領域の圧力を受けて移動する。これにより、連通孔内に入った粉粒体は当該ピストンの移動により、確実に低圧領域に押し出される。従って、回転体を回転しても当該ピストンによって常に高圧領域と低圧領域とは遮断状態を維持しており、しかも回転体を回転するだけで連通孔内に入り込んだ粉粒体がその都度低圧領域側に脱圧されてピストンによって押し出される。従って、二つの領域を互いの遮断状態を維持したまま脱圧と粉粒体の移送を自動的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。  
図１は本発明の実施の形態に係る脱圧装置の要部断面図、図２は同脱圧装置の回転体回転当初の状態を示す要部断面図、図３は回転体の回転途中でピストンの両側の圧力均衡が図られた状態の要部断面図、図４は回転体が図１の状態から１８０°回転した状態を示す要部断面図である。
【００１９】
本実施の形態に係る脱圧装置５１は、高圧領域４１から低圧領域４２に粉粒体４３を送る為に前記両領域の間に設けられる。脱圧装置５１は、前記高圧領域４１と前記低圧領域４２とを連通可能な円筒形状の連通孔４４と、該連通孔４４内に往復移動可能に設けられたピストン４５とを備えたほぼ円柱体構造の回転体５０を備えている。そして、該回転体５０を一方向、図１では時計方向に回転することにより、連通孔４４の方向として前記高圧領域４１と前記低圧領域４２とを順次連通状態（図１、図２）、非連通状態（図３）、再び連通状態（図４）に切り換え可能に構成されている。
【００２０】
但し、図１は連通孔４４が連通状態の方向に位置しているが、該連通孔４４にはピストン４５が設けられているため、実際には連通しておらず、遮断されている。連通孔４４の両端開口部にはリブ状のストッパ５３Ａ、５３Ｂがそれぞれ設けられて、ピストン４５の脱落を防止している。前記非連通状態（図３）のときに前記ピストン４５の両側の密室４６、４７を連通させる密室連通手段が設けられている。該密室連通手段は、両密室４６、４７をつなげる連通路４８と、該連通路４８に設けられた開閉弁４９とを備えている。
【００２１】
次に、上記実施の形態に係る脱圧装置の作用を説明する。  
回転体５０を一方向に回転することにより、前記連通孔４４の方向として前記高圧領域４１と前記低圧領域４２とを順次連通状態、非連通状態、再び連通状態に切り換え可能に構成されていると共に、当該連通孔４４内に設けられた前記ピストン４５が、非連通状態を経て再連通状態に至るときに最初の位置から反対側の位置に高圧領域の圧力を受けて移動する。これにより、連通孔４４内に入った粉粒体４３は当該ピストン４５の移動により、確実に低圧領域に押し出される。
【００２２】
従って、回転体５０を回転しても当該ピストン４５によって常に高圧領域４１と低圧領域４２とは遮断状態を維持しており、しかも回転体５０を回転するだけで連通孔５４内に入り込んだ粉粒体４３がその都度低圧領域側に脱圧されてピストン４５によって押し出される。従って、二つの領域４１、４２を互いの遮断状態を維持したまま脱圧と粉粒体の移送を自動的に行うことができる。  
非連通状態のときに前記ピストン４５の両側の密室４６、４７を連通させる密室連通手段が設けられているので、高圧領域４１と低圧領域４２を非連通状態で連通孔４４内のピストン４５の両側４６、４７の圧力を均衡させることができ、その状態で回転体５０が更に回転して高圧領域４２と低圧領域４１が連通孔４４を介して連通することになるため、圧力の急激な変動による衝撃や脈動を抑えることができる。
【００２３】
当該脱圧装置５１を２系統以上用いて高圧領域４１と低圧領域４２を接続するようにすれば、各系統の各回転体５０の回転に位相をつけることで、連続的な脱圧および粉粒体移送を実現することができる。
【００２４】
図５は上記脱圧装置５１を備えた本発明の一実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置を示す概略構成図である。本実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置は、原料ガスと水とを低温及び高圧の下で反応させて一次ガスハイドレート６を生成する第一生成部である第一生成器１と、生成した一次ガスハイドレート６を脱水する重力脱水装置２と、脱水一次ガスハイドレート７を均一な大きさに解砕する解砕機３と、解砕一次ガスハイドレート８と原料ガスとを再度反応させて高濃度の二次ガスハイドレート９を生成する第二生成部である第二生成器４とを備えて構成されている。前記解砕機３は、重力脱水装置２と第二生成器４との連結部である本実施の形態では円筒状の連結管５に設けられている。
【００２５】
はじめに、第一生成器１及び第一生成工程について説明する。第一生成器１内は、公知の方法により、所定の温度及び圧力に調整され、原料ガスと原料水が第一生成器１に供給され、そこで一次ガスハイドレート６の生成反応を進行させる。本実施の形態では温度は１℃〜５℃、圧力は４ＭＰa〜８ＭＰa、好ましくは温度は２℃〜４℃、圧力は５ＭＰa〜６ＭＰaである。
【００２６】
前記一次ガスハイドレート６の比重は水より小さいので水中を浮上し、スラリー化する。生成された一次ガスハイドレート６は、前記スラリー状態で第一生成器１外に抜き出され、続く重力脱水装置２０による脱水工程に供される。スラリー状の一次ガスハイドレート６は、水分を多く含み、そのガスハイドレート含有量は約２０ｗｔ％である。
【００２７】
次に重力脱水装置２０及び脱水工程について説明する。  
第一生成器１から抜き出されたスラリー状態の一次ガスハイドレート６は、重力脱水装置２０の脱水塔２に導入される。この脱水塔２は、その下部にスラリー導入部２１が設けられ、中部には前記スラリー中の水を外部に排出する排水口２２が設けられ、上部には脱水物の取り出し部２３が設けられた縦長形状を成している。前記スラリー導入部２１には第１生成器１からスラリーポンプ２４を用いて一定の送り量でライン２５を通って一次ガスハイドレート６のスラリーが送り込まれる。前記排水口２２から流出した水は、ライン２６を介して第一生成器１に戻されるようになっている。
【００２８】
本発明では、前記脱水塔２内で前記スラリー中の固形分であるガスハイドレートによって形成されたベット３０を上方に移動させるベット移動手段３１を備えている。前記ベット移動手段３１は、本実施の形態では、前記脱水塔２内に設けられ、該脱水塔２内の下部から上部に向かって移動可能で且つ水を透過可能なピストン３２と、該ピストン３２を設定速度で移動させる駆動機構３３とを備え、前記ベット３０が前記排水口２２の位置を越えた後は、当該ピストン３２によって前記ベット３０を設定された一定速度で上方に移動させるように構成されている。ここで、前記駆動機構３３は、ラック・ピニオン構造３４と図示しない動力源を備えて構成されている。
【００２９】
脱水塔２を上昇して脱水された一次ガスハイドレート７（以下、脱水一次ガスハイドレートと称する）のベット３０は、脱水塔２の上部の取り出し部２３に押し上げられる。脱水一次ガスハイドレート７のガスハイドレート含有量は約５０ｗｔ％である。  
この脱水一次ガスハイドレート７を更に後段の第二生成器４内でガスと接触させて反応させることにより、ガスハイドレート含有量を高め、ガス包蔵量の大きな、高濃度の二次ガスハイドレート９を得ることができる。
【００３０】
次に、解砕機と解砕工程について説明する。解砕工程に用いられる解砕機３は、脱水塔２と第二生成器４との間の連結管５に設けられ、第二生成器４への導入口１１の近傍に設けられたメッシュ部１２と、軸１３の先端に掻集作用板１４を備えた掻集部１５とを備えて構成されている。前記メッシュ部１２は、第二生成器４への導入口１１の直前に設けられている。該メッシュ部１２のメッシュは２〜５ｍｍであることが好ましい。
【００３１】
前記掻集作用板１４は、脱水塔２の取り出し部２３を通り、前記メッシュ部１２との間を軸方向に往復動可能に構成されている。該軸１３は、連結管５の外部から、手動または公知の動力装置（図示せず）によって、操作することができる構造である。
【００３２】
解砕工程について説明する。  
まず、脱水塔２の取り出し部２３に押し上げられた脱水一次ガスハイドレート７を、前記掻集部１５の掻集作用板１４を連結管５の底部に沿ってスライドさせることによって掻集し、前記メッシュ部１２側へ押し集める。該脱水一次ガスハイドレート７は、該メッシュ部１２を通過させることによって均一な粒径に解砕される。この解砕動作を繰り返すことによって、均一な粒径の解砕一次ガスハイドレート８が第二生成器４に供給される。
【００３３】
次に、第二生成器４および第二生成工程について説明する。  
前記解砕工程によって解砕された解砕一次ガスハイドレート８は、メッシュ部１２の下流側の導入口１１から、第二生成器４に供給される。第二生成器４では、ガスハイドレート含有量が約５０ｗｔ％である前記解砕一次ガスハイドレート８に、原料ガスをブローして流動化させ、解砕一次ガスハイドレート８の残存水と原料ガスとを再反応させ、高濃度の二次ガスハイドレート９を生成させる第二生成工程が行われる。  
該第二生成工程によって、ガスハイドレート含有量が約９０ｗｔ％の高濃度の二次ガスハイドレート９を得ることができる。生成した二次ガスハイドレート９は、スクリューコンベア１７で次工程のペレタイザ３５に送られる。ペレタイザ３５で約２０ｍｍのペレットに成形され、過冷却装置３６に送られる。この過冷却装置３６で−２０℃に冷却される。
【００３４】
次いで、当該脱圧装置５１にライン３８を通って送られる。該脱圧装置５１で大気圧まで脱圧されたペレット（粉粒体４３）はライン３９を通って貯蔵タンク３７に送られる。該貯蔵タンク３７は−２０℃、大気圧である。
【００３５】
これにより、ガスハイドレート製造装置において、高圧下（約５ＭＰa）で生成されるガスハイドレート粒子を、脱圧しつつ安定して低圧領域に移送することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、高圧領域から低圧領域に粉粒体を送る為に前記両領域の間に設けられる脱圧装置およびガスハイドレートの製造装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る脱圧装置の要部断面図である。
【図２】同脱圧装置の回転体回転当初の状態を示す要部断面図である。
【図３】回転体の回転途中でピストンの両側の圧力均衡が図られた状態の要部断面図である。
【図４】回転体が図１の状態から１８０°回転した状態を示す要部断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る脱圧装置を備えた本発明の一実施の形態に係るガスハイドレートの製造装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  第一生成器、  ２  脱水塔、  ３  解砕機、  ４  第二生成器、  ５  連結管、  ６  一次ガスハイドレート、  ７  脱水一次ガスハイドレート、  ８  解砕一次ガスハイドレート、  ９  二次ガスハイドレート、  １１  導入口、  １２  メッシュ部、  １３  軸部、  １４  掻集作用板、  １５  掻集部、  １８  スクリューコンベア、  ２０  重力脱水装置、  ２１  スラリー導入部、  ２２  排水口、  ２３  取り出し部、  ２４  スラリーポンプ、  ２５、２６  ライン、  ３０  ベット、  ３１  ベット移動手段、  ３２  ピストン、  ３３  駆動機構、  ３４  ラック・ピニオン構造、  ３５  ペレタイザ、  ３６  過冷却装置、  ３７  貯蔵タンク、  ３８、３９  ライン、  ４１  高圧領域、  ４２  低圧領域、  ４３  粉粒体、  ４４  連通孔、  ４５  ピストン、  ４６、４７  密室、  ４８  連通路、  ４９  開閉弁、  ５０  回転体、  ５１  脱圧装置
【図１】
2007268406.tif 000003
【図２】
2007268406.tif 000004
【図３】
2007268406.tif 000005
【図４】
2007268406.tif 000006
【図５】
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