(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生成反応器内に貯留した媒質に貯蔵すべきガスを通気させて生成反応器内を昇圧すると共に、生成反応器内を冷却してガスと媒質とのハイドレートを生成するハイドレート生成設備の生成量把握方法であって、生成反応器の鉛直方向複数箇所における圧力を検出し、その圧力分布の変化を予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わせてハイドレートの生成量を判断することを特徴とするハイドレート生成設備の生成量把握方法。
【請求項２】
貯蔵すべきガスと反応してハイドレートを生成し得る媒質を貯留する生成反応器と、生成反応器の底部へガスを送給するガス送給手段と、生成反応器内を冷却する冷却手段とを備えたハイドレート生成設備の生成量把握装置であって、生成反応器の鉛直方向複数箇所に圧力検出器を夫々取り付け、該各圧力検出器からの検出信号を入力し且つその圧力分布の変化を予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わせてハイドレートの生成量を算出する演算装置を装備したことを特徴とするハイドレート生成設備の生成量把握装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイドレート生成設備の生成量把握方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
沿岸部の液化天然ガスの受入基地から離れた内陸部の都市には、その都市でのガスの消費量に応じたガス貯蔵設備が設けられている。
【０００３】
図２は従来のガス貯蔵設備の一例を示すものであり、この種のガス貯蔵設備においては、ガスを貯蔵するガスタンク１と、開閉弁６を有する管路７とが備えられ、該管路７が受入基地から内陸部の都市へのガス送給用の導管８とガスタンク１との間を接続するようになっている。
【０００４】
尚、前記導管８には、ガス流通方向上流端から下流端へ向かって順に開閉弁２、圧縮機３及び逆止弁４を有する管路５が接続されている。
【０００５】
そして、深夜及び早朝などのガス使用量が減少する閑散時間帯に、受入基地の圧縮機３より導管８に送給されるガスをガスタンク１に貯蔵し、また、日中及び夕方などのガス使用量が増加する繁忙時間帯に、ガスタンク１に貯蔵したガスを導管８へ送給し、需要者へのガス送給量を確保するようにしている。
【０００６】
ただし、このような従来のガス貯蔵設備では、ガスタンク１の貯蔵密度が大きくないので、繁忙時間帯における需要者へのガス供給量を確保するために、ガスタンク１を多数設けなければならないという不具合がある。
【０００７】
そこで、近年、図３に示すようなハイドレート生成設備が新たなガス貯蔵設備として提案されており、この種のハイドレート生成設備では、耐圧構造の生成反応器９と、ガス流通方向上流側から下流側へ向かって順に取入弁１０、圧縮機１１、中間熱交換器１２及び逆止弁１３を有する管路１４と、中間弁１５を有する管路１６と、生成反応器９の内底部近傍に配置した散気管１７と、生成反応器９の内側部に配置した冷却管１８及び加熱管１９と、冷却管１８に対して冷媒を連続的に供給し得る冷媒源２０と、加熱管１９に対して熱媒を連続的に供給し得る熱媒源２１と、送出弁２２を有する管路２３とを備えている。
【０００８】
生成反応器９には、貯蔵すべき天然ガスＧと反応してハイドレートＨ（固体の水和物）を生成し得る物性の媒質Ｗ（水）が貯留されている。
【０００９】
管路１４のガス流通方向上流端は、受入基地から内陸部の都市へのガス送給用の導管８に接続され、管路１４のガス流通方向下流端は、前記の散気管１７に接続されている。
【００１０】
管路１６のガス流通方向上流端は、生成反応器９内上部の非媒質貯留空間Ｓに連通するように生成反応器９の頂部に接続され、管路１６のガス流通方向下流端は、管路１４の圧縮機１１ガス吸入口寄り部分に接続されている。
【００１１】
更に、管路２３のガス流通方向上流端は、管路１４の中間熱交換器１２ガス吐出口寄り部分に接続され、管路２３のガス流通方向下流端は、導管８に接続されている。
【００１２】
そして、深夜及び早朝などのガスの使用量が減少する閑散時間帯に、取入弁１０及び中間弁１５を開き且つ送出弁２２を閉じて、圧縮機１１及び冷媒源２０を運転し、導管８を流通する天然ガスＧの一部を散気管１７から媒質Ｗ中に通気させて、生成反応器９内を昇圧すると共に、冷却管１８へ冷媒を連続的に供給して、生成反応器９内を冷却するようにしている。
【００１３】
生成反応器９の内圧が３０ｋｇ／ｃｍ2程度に上昇し且つ内部温度が２〜３℃程度に低下すると、メタンハイドレート（ＣＨ4・５．７５Ｈ2Ｏ）を主成分として、エタンハイドレート（Ｃ2Ｈ6・７．６７Ｈ2Ｏ）及びブタンハイドレート（Ｃ3Ｈ8・１７Ｈ2Ｏ）などのハイドレートＨが、天然ガスＧと媒質Ｗとから生成され、天然ガスＧがハイドレートＨとして生成反応器９の内部に徐々に貯蔵される。
【００１４】
組成がメタン（ＣＨ4）９２ｍｏｌ％、エタン（Ｃ2Ｈ6）５ｍｏｌ％、ブタン（Ｃ3Ｈ8）の天然ガスＧ（都市ガス）と媒質Ｗ（水）とから生成されるハイドレートＨの密度は、氷と同程度になる。
【００１５】
図４は、上記組成の天然ガスＧと媒質Ｗとから生成されるハイドレートＨの温度圧力平衡線図の一例である。
【００１６】
媒質Ｗと反応せずに媒質Ｗ中から生成反応器９の非媒質貯留空間Ｓに達した天然ガスＧは、管路１６を経て圧縮機１１のガス吸引口へ送出され、散気管１７から再度媒質Ｗ中へ通気される。
【００１７】
また、日中及び夕方などのガス使用量が増加する繁忙時間帯に、取入弁１０を閉じ且つ中間弁１５及び送出弁２２を開いて、圧縮機１１及び熱媒源２１を運転し、加熱管１９へ熱媒を連続的に供給して、生成反応器９内を昇温させる。
【００１８】
生成反応器９の内部温度が２〜３℃以上に上昇すると、平衡状態が保持されなくなって、ハイドレートＨが天然ガスＧと媒質Ｗとに分離する。
【００１９】
媒質Ｗ中から生成反応器９の非媒質貯留空間Ｓに達した天然ガスＧは、管路１６を経て圧縮機１１のガス吸引口へ送出され、更に圧縮機１１により管路１４，２３を経て導管８へ送給され、繁忙時間帯における需要者へのガス送給量が確保される。
【００２０】
従って、このようなハイドレート生成設備によれば、生成反応器９内で天然ガスＧを媒質Ｗに通気させて圧縮ガスよりも高密度のハイドレートＨを生成するので、ガスの貯蔵効率の向上を図ることができ、また、生成反応器９内を昇温させることにより、天然ガスＧを生成反応器９外へ容易に送出することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した如きハイドレート生成設備を採用する場合、生成反応器９内におけるハイドレートＨの生成反応の進行状況、即ちハイドレートＨの生成量を把握しながら運転を行う必要があるが、生成反応器９内のハイドレートＨの生成量を外部から把握する有効な手段は未だ提案されていないのが実情であり、例えば放射線透過装置等といった大掛かりな特殊装置を用いても、いたずらに設備コストの高騰を招いてしまうという不具合がある。
【００２２】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、大掛かりな特殊装置を用いることなく、汎用装置を利用して簡易に且つ安価にハイドレートの生成量を把握し得るようにした方法及び装置を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生成反応器内に貯留した媒質に貯蔵すべきガスを通気させて生成反応器内を昇圧すると共に、生成反応器内を冷却してガスと媒質とのハイドレートを生成するハイドレート生成設備の生成量把握方法であって、生成反応器の鉛直方向複数箇所における圧力を検出し、その圧力分布の変化を予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わせてハイドレートの生成量を判断することを特徴とするものである。
【００２４】
而して、生成反応器内にハイドレートが生成されていない初期状態にあっては、生成反応器内がガスと媒質とから成る気液の二相状態となっているので、生成反応器の鉛直方向複数箇所で圧力を検出すると、夫々の検出箇所における液ヘッドと生成反応器内の気相圧力との合算圧力が検出され、生成反応器内の液面レベルから下方への距離が深くなるに従い圧力は高く検出されることになる。
【００２５】
ところが、反応が進行してガスと媒質とのハイドレートが生成されてくると、生成反応器内は気固液の三相状態に遷移して流動抵抗が大きく変化し、ハイドレート化（固体化）が進んだ部位同士の検出圧力が近づく傾向となり、液ヘッドの影響が少なくなって圧力分布が均等化してくる。
【００２６】
そして、遂には生成反応器内が気固の二相状態となって反応が完結し、生成反応器の鉛直方向における各検出位置間で圧力に大きな差異がなくなり、略均等な圧力分布が得られることになる。
【００２７】
ここで、生成反応器内が気固液の三相状態に遷移してハイドレートの生成が進行している途中の圧力分布の変化は、圧力や温度等といった生成反応条件と、生成反応器の規模や形状等といった設備ごとの独自な条件に応じて異なる為、一概に圧力分布の変化量とハイドレートの生成量とを定量的に一般化することはできないが、各設備ごとに本運転での生成反応条件で予備実験を行って生成量と圧力分布との関係データを事前に求めておけば、この関係データには当該設備についての反復性があるので、本運転で実測した圧力分布を関係データと照らし合わせることにより現在のハイドレートの生成量を判断することが可能となる。
【００２８】
また、本発明は、貯蔵すべきガスと反応してハイドレートを生成し得る媒質を貯留する生成反応器と、生成反応器の底部へガスを送給するガス送給手段と、生成反応器内を冷却する冷却手段とを備えたハイドレート生成設備の生成量把握装置であって、生成反応器の鉛直方向複数箇所に圧力検出器を夫々取り付け、該各圧力検出器からの検出信号を入力し且つその圧力分布の変化を予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わせてハイドレートの生成量を算出する演算装置を装備したことを特徴とするものでもある。
【００２９】
而して、このような装置によれば、媒質を貯留した生成反応器の底部へガス送給手段からガスを送給し、該ガスを媒質中に通気させて生成反応器内を昇圧すると共に、冷却手段により生成反応器内を冷却すると、生成反応器内にガスと媒質とによりハイドレートが徐々に生成されて貯蔵される。
【００３０】
このとき、生成反応器の鉛直方向複数箇所で圧力検出器により圧力が検出され、その検出信号が演算装置に入力されて生成反応器内における鉛直方向の圧力分布が監視されているので、その圧力分布の変化が演算装置にて予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わされてハイドレートの生成量が算出される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３３】
本形態例においては、前述した図３の設備と略同様に構成したハイドレート生成設備に関し、生成反応器９の鉛直方向複数箇所に汎用の圧力検出器２４を夫々取り付け、該各圧力検出器２４からの検出信号２４ａを入力し且つその圧力分布の変化を予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わせてハイドレートＨの生成量を算出する演算装置２５を運転制御室２６等に装備し、該演算装置２５にて算出されたハイドレートＨの生成量を例えばモニター２７等に出力して表示し得るようにしてある。
【００３４】
尚、図示では、説明の便宜上から加熱管１９及び熱媒源２１を省略しているが、これらは図３と同様に備えられており、熱媒源２１を運転して加熱管１９へ熱媒を連続的に供給することにより生成反応器９内を昇温し得るようになっている（図３参照）。
【００３５】
ただし、ハイドレートＨを天然ガスＧと媒質Ｗとに分離して天然ガスＧの払い出しを行うに際しては、生成反応器９内を減圧させることによりハイドレートＨのガス化を図るようにしても良く、そのような減圧手段を備える場合には、加熱手段を省略し得る。
【００３６】
而して、このようなハイドレートＨの生成量把握装置によれば、取入弁１０及び中間弁１５を開き且つ送出弁２２を閉じて、圧縮機１１（ガス送給手段）及び冷媒源２０（冷却手段）を運転し、媒質Ｗを貯留した生成反応器９内底部の散気管１７へ圧縮機１１から天然ガスＧを送給し、該天然ガスＧを媒質Ｗ中に通気させて生成反応器９内を昇圧すると共に、冷媒源２０による冷却管１８への冷媒の連続的な供給で生成反応器９内を冷却すると、該生成反応器９内に天然ガスＧと媒質ＷとによりハイドレートＨが徐々に生成されて貯蔵される。
【００３７】
このとき、生成反応器９の鉛直方向複数箇所で圧力検出器２４により圧力が検出され、その検出信号２４ａが演算装置２５に入力されて生成反応器９内における鉛直方向の圧力分布が監視されているので、その圧力分布の変化が運転制御室２６の演算装置２５にて予備実験から得られている生成量と圧力分布との関係データに照らし合わされてハイドレートＨの生成量が算出され、モニター２７に表示される。
【００３８】
即ち、生成反応器９内にハイドレートＨが生成されていない初期状態にあっては、生成反応器９内が天然ガスＧと媒質Ｗとから成る気液の二相状態となっているので、生成反応器９の鉛直方向複数箇所で圧力検出器２４により圧力を検出すると、夫々の検出箇所における液ヘッドと生成反応器９内の気相圧力との合算圧力が検出され、生成反応器９内の液面レベルから下方への距離が深くなるに従い圧力は高く検出されることになる。
【００３９】
ところが、反応が進行して天然ガスＧと媒質ＷとのハイドレートＨが生成されてくると、生成反応器９内は気固液の三相状態に遷移して流動抵抗が大きく変化し、ハイドレート化（固体化）が進んだ部位同士の検出圧力が近づく傾向となり、液ヘッドの影響が少なくなって圧力分布が均等化してくる。
【００４０】
そして、遂には生成反応器９内が気固の二相状態となって反応が完結し、生成反応器９の鉛直方向における各検出位置間で圧力に大きな差異がなくなり、略均等な圧力分布が得られることになる。
【００４１】
ここで、生成反応器９内が気固液の三相状態に遷移してハイドレートＨの生成が進行している途中の圧力分布の変化は、圧力や温度等といった生成反応条件と、生成反応器９の規模や形状等といった設備ごとの独自な条件に応じて異なる為、一概に圧力分布の変化量とハイドレートＨの生成量とを定量的に一般化することはできないが、各設備ごとに本運転での生成反応条件で予備実験を行って生成量と圧力分布との関係データを事前に求めておけば、この関係データには当該設備についての反復性があるので、本運転で実測した圧力分布を関係データと照らし合わせることにより現在のハイドレートＨの生成量を判断することが可能となる。
【００４２】
従って、上記形態例によれば、例えば放射線透過装置等といった大掛かりな特殊装置を用いなくても、汎用の圧力検出器２４を利用して生成反応器９内における鉛直方向の圧力分布を監視するだけで簡易に且つ安価にハイドレートＨの生成量を把握することができるので、新たな天然ガス貯蔵設備等として提案されているハイドレート生成設備にかかる設備コストの高騰を回避することができる。
【００４３】
尚、本発明のハイドレート生成設備の生成量把握方法及び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、ガス送給手段及び冷却手段には、例示した以外の様々な方式を採用することが可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のハイドレート生成設備の生成量把握方法及び装置によれば、大掛かりな特殊装置を用いることなく、汎用の圧力検出器を利用して生成反応器内における鉛直方向の圧力分布を監視するだけで簡易に且つ安価にハイドレートの生成量を把握することができるので、ハイドレート生成設備にかかる設備コストの高騰を回避することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概念図である。
【図２】従来のガス貯蔵設備の一例を示す概念図である。
【図３】新たな天然ガス貯蔵設備として提案されているハイドレート生成設備の一例を示す概念図である。
【図４】天然ガスと水とから生成されるハイドレートの温度圧力平衡線図の一例である。
【符号の説明】
９          生成反応器
１１          圧縮機（ガス送給手段）
２０          冷媒源（冷却手段）
２４          圧力検出器
２４ａ        検出信号
２５          演算装置
Ｇ          天然ガス（ガス）
Ｈ          ハイドレート
Ｗ          媒質
【図１】
0004016554.tif 000002
【図２】
0004016554.tif 000003
【図３】
0004016554.tif 000004
【図４】
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