(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中にガスハイドレートが分散したスラリーから水を除去するガスハイドレートスラリーの脱水装置であって、
ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件を維持した圧力容器内に脱水手段を設置し、
前記脱水手段が、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型であることを特徴とするガスハイドレートスラリーの脱水装置。
【請求項２】
前記脱水手段の駆動部を前記圧力容器の内部に設置したことを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートスラリーの脱水装置。
【請求項３】
前記脱水手段がキャンドモータによって駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載のガスハイドレートスラリーの脱水装置。
【請求項４】
前記ガスハイドレートが天然ガスハイドレートであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスハイドレートスラリーの脱水装置。
【請求項５】
水中にガスハイドレートが分散したスラリーから水を除去するガスハイドレートスラリーの脱水方法であって、
ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件に維持した圧力容器内に設置されている脱水手段に水中にガスハイドレートが分散したスラリーを供給して脱水し、
前記脱水手段として、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型が用いられることを特徴とするガスハイドレートスラリーの脱水方法。
【請求項６】
前記脱水手段の駆動部を前記圧力容器の内部に設置したことを特徴とする請求項５に記載のガスハイドレートスラリーの脱水方法。
【請求項７】
前記脱水手段が、キャンドモータによって駆動されることを特徴とする請求項５または６に記載のガスハイドレートスラリーの脱水方法。
【請求項８】
前記ガスハイドレートが天然ガスハイドレートであることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のガスハイドレートスラリーの脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスと水とを接触させて生成したガスハイドレート（水和物）が水中に分散しているスラリーから水を除去する、ガスハイドレートスラリーの脱水装置及び脱水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、メタン等の炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵・輸送する方法としては、ガス田から天然ガスを採取したあと液化温度まで冷却し、液化天然ガス（ＬＮＧ）とした状態で貯蔵・輸送する方法が一般的である。しかしながら、たとえば液化天然ガスの主成分であるメタンの場合、液化させるには−１６２℃といった極低温条件が必要であり、こうした条件を維持しながら貯蔵・輸送を行うためには、専用の貯蔵装置やＬＮＧ輸送船といった専用の輸送手段が必要となる。
こうした装置等の製造および維持・管理には非常に高いコストを要するため、上記方法に代わる低コストの貯蔵・輸送方法が鋭意研究されてきた。
【０００３】
こうした研究の結果、天然ガスを水和させて固体状態の水和物（以下「天然ガスハイドレート」とする）を生成し、この固体状態のまま貯蔵・輸送するという方法が見出され、近年特に有望視されている。この方法では、ＬＮＧを取扱う場合のような極低温条件は必要とされず、また固体とするためその取扱いも比較的容易である。このため、既存の冷凍装置あるいは既存のコンテナ船を若干改良したものを各々貯蔵装置あるいは輸送手段として利用可能となり、従って、大幅な低コスト化が図れるものとして期待が寄せられている。
【０００４】
この天然ガスハイドレートとは、包接化合物（クラスレート化合物）の一種であって、複数の水分子（Ｈ2Ｏ ）により形成された立体かご型の包接格子（クラスレート）の中に、天然ガスの各成分を構成する分子、すなわちメタン（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）等が入り込み包接された結晶構造をなすものである。クラスレートに包接された天然ガス構成分子どうしの分子間距離は、天然ガスが高圧充填された場合のガスボンベ中における分子間距離よりも短くなる。これは、天然ガスが緊密充填された固体を生成し得ることを意味し、たとえばメタンの水和物が安定に存在し得る条件下、すなわち−３０℃・大気圧（１ｋｇ／ｃｍ2 ）においては、気体状態と比較して約１／１７０の体積とすることができる。このように、天然ガスハイドレートは比較的容易に得られる温度・圧力条件下において製造可能で、かつ安定した保存が可能なものである。
【０００５】
この方法において、ガス田から産出された天然ガスは、酸性ガス除去工程において二酸化炭素（ＣＯ2 ）や硫化水素（Ｈ2Ｓ ）等の酸性ガスを除去され、低温・高圧状態にしていったんガス貯蔵部に貯蔵された後、生成工程において水和される。この天然ガスハイドレートは水が混在するスラリー状（以下「原料スラリー」とする）であり、続く脱水工程において、原料スラリーに混在している未反応の水が除去され、さらに冷却工程および減圧工程を経て固体となったものがコンテナ等の容器に封入され、貯蔵装置内において所定の温度・圧力に調整された状態で貯蔵される。
【０００６】
輸送時には、この容器のままコンテナ船等の輸送手段に積み込まれ、目的地まで輸送される。目的地での陸揚げ後、天然ガスハイドレートは分解工程を経て天然ガスの状態に戻され、各供給地へと送られる。
なお、上述した天然ガスハイドレートの他にも、原料ガスを代えることによって、種々のガスハイドレートを生成することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のガスハイドレートの生成から輸送までのプロセスにおいては、下記のような解決すべき問題を有している。
すなわち、ガスハイドレートの生成プラントでは、生成直後のガスハイドレートが多量の水（水スラリー）を含んだスラリー状であるため、このガスハイドレートをそのままあるいは冷凍して貯蔵及び輸送をすれば、水（氷）の分だけ容積や重量が増すため、貯蔵や輸送にかかるコストは膨大なものとなってしまう。換言すれば、多量の水を含むスラリー状ガスハイドレート（原料スラリー）を冷却すれば、ガスハイドレート固体として輸送する場合のガス密度が低くなり、余分な水（氷）も同時に輸送することとなって輸送効率上好ましくない。
【０００８】
特に、天然ガスを原料とする天然ガスハイドレートの場合には、高い回収率を確保するためには、天然ガスハイドレートが分解せず、しかも、水が氷にならない条件にて脱水を行なうのが望ましく、従って、高圧条件を維持しつつ脱水することが望まれる。また、天然ガスは可燃性のガスであるため、脱水装置の外部へのリークを完全になくすことが重要である。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ガスハイドレートが分解せず、しかも水が凝固して氷にならないような条件下で、連続的に効率よく脱水して含水率の低いガスハイドレートを提供できるガスハイドレートスラリーの脱水装置及びスラリー脱水方法の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のガスハイドレートスラリーの脱水装置は、水中にガスハイドレートが分散したスラリーから水を除去するガスハイドレートスラリーの脱水装置であって、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件を維持した圧力容器内に脱水手段を設置し、前記脱水手段が、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型であることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなガスハイドレートスラリーの脱水装置とすれば、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件を維持した圧力容器内に脱水手段を設置し、前記脱水手段が、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型であるから、ガスハイドレートを分解させることなく、液体の水を容易に脱水することができる。
【００１２】
本発明のガスハイドレートスラリーの脱水装置においては、前記脱水手段の駆動部を圧力容器内に設置することにより、脱水手段の駆動力が圧力容器を貫通して伝達されることがなくなり、軸シールが不要となる。軸シールは圧力容器内部からのリークの原因となりやすく、軸シールをなくすことにより圧力容器内部流体のリークを最小限とすることができる。
特に、前記脱水手段をキャンドモータによって駆動することにより、容易に前記軸シールをなくすことができる。
そして、上述したガスハイドレートスラリーの脱水装置は、特に天然ガスハイドレートの脱水装置として好適である。
【００１３】
請求項５に記載のガスハイドレートスラリーの脱水方法は、水中にガスハイドレートが分散したスラリーから水を除去するガスハイドレートスラリーの脱水方法であって、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件に維持した圧力容器内に設置されている脱水手段に水中にガスハイドレートが分散したスラリーを供給して脱水し、前記脱水手段として、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型が用いられることを特徴としている。
【００１４】
このようなガスハイドレートスラリーの脱水方法によれば、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件に維持した圧力容器内に設置されている脱水手段に水中にガスハイドレートが分散したスラリーを供給して脱水し、前記脱水手段として、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型が用いられているので、ガスハイドレートを分解させることなく、液体の水を容易に脱水することができる。
【００１６】
本発明のガスハイドレートスラリーの脱水方法においては、前記脱水手段の駆動部を圧力容器内に設置することにより、脱水手段の駆動力が圧力容器を貫通して伝達されることがなくなり、軸シールが不要となる。軸シールは圧力容器内部からのリークの原因となりやすく、軸シールをなくすことにより圧力容器内部流体のリークを最小限とすることができる。
特に、前記脱水手段をキャンドモータによって駆動することにより、容易に前記軸シールをなくすことができる。
そして、上述したガスハイドレートスラリーの脱水方法は、特に天然ガスハイドレートの脱水方法として好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置及び脱水方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、ガスハイドレートが天然ガスを原料とする天然ガスハイドレートである場合について説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置及びスラリー脱水方法が適用される、天然ガスハイドレートの生成システムのプロセスを示すブロック図である。
図において、図中の符号１は天然ガスと水とを氷点よりも高温かつ大気圧よりも高圧下で反応させて天然ガスハイドレートを生成する生成手段、２は生成された天然ガスハイドレートを物理的に脱水する物理脱水手段、３は脱水の過程もしくは脱水後において天然ガスハイドレートに含まれる残存水分を天然ガスと反応させて天然ガスハイドレートを生成する水和脱水手段、４は生成された天然ガスハイドレートを冷却する冷却手段、５は冷却された天然ガスハイドレートを大気圧まで減圧する減圧手段、６は天然ガスハイドレートを成形固化する成形手段である。
【００１９】
当該生成システムの具体的な装置構成を図２に示す。図において、図中の符号１１は生成手段１を構成する生成反応装置、１２は物理脱水手段２を構成するガスハイドレートスラリーの脱水装置となるスクリュープレス型脱水装置、１３は水和脱水手段３を構成する２軸スクリュー型脱水装置、１４は冷却手段４を構成するスクリューコンベア型冷却装置、１５は減圧手段５を構成するバルブ切替型減圧装置、１６は成形手段６を構成する加圧プレス型成形装置（ガスハイドレート成形装置）である。また、符号１７は原料である水を貯蔵する貯水槽、１８は同じく原料である天然ガスを産出するガス田、１９はガス田１８から産出された天然ガスを貯蔵するガス貯蔵部である。
【００２０】
生成反応装置１１は密閉された圧力容器２０を有している。圧力容器２０には水配管２１を介して貯水槽１７が接続されており、圧力容器２０の内部には、水配管２１を通じて貯水槽１７の水が供給されることによって水相Ｌが形成されている。また、水配管２１には給水ポンプ２２およびバルブ２３が設けられており、水相Ｌが所定の水位を保つように制御される。
【００２１】
また、圧力容器２０にはガス配管２４を介してガス貯蔵部１９が接続されている。ガス貯蔵部１９には、ガス田１８から産出された天然ガスが、酸性ガスおよび重質成分の除去の工程を経た後、圧縮機等により低温・高圧の状態にされて貯蔵されている。圧力容器２０の内部には、ガス貯蔵部１９に貯蔵された天然ガスがガス配管２４を通じて供給されることによって気相Ｇが形成されている。
【００２２】
さらに、圧力容器２０には気相Ｇの圧力を計測する圧力計２５が設けられ、ガス配管にはバルブ２６および流量調節弁２７が設けられており、流量調節弁２７の開度は、圧力計２５の計測値に基づき圧力容器２０内部に天然ガスを補充して気相Ｇの圧力をガスハイドレートの生成圧力（例えば４０ａｔｍ）に保つように制御される。
【００２３】
圧力容器２０の内部には、水相Ｌの温度を氷点よりも高温であってガスハイドレートの生成温度（例えば５℃前後）よりも低温（これの状態を「過冷却」と定義する）に保つ冷却装置２８が設けられている。冷却装置２８によって過冷却の状態を保つのは、天然ガスハイドレートが生成する過程で発生する水和熱を回収し、生成反応装置１１の内部を常に生成温度に保つためである。なお、冷却装置２８には、水相Ｌを直接冷却する冷却コイルやラジエタ、圧力容器２０を包んで容器全体を冷却する冷却ジャケットを採用するのが好ましい。
【００２４】
圧力容器２０には、底部と頂部とを繋ぐ水配管３０が接続されている。水配管３０には、フィルタ３１、バルブ３２、水循環ポンプ３３、熱交換器３４およびバルブ３５が設けられている。また、圧力容器２０の頂部から内側に突き出した水配管３０の端部には、スプレーノズル３６が設けられている。
【００２５】
水相Ｌの液面に近い圧力容器２０の側面には、液面に生成されたスラリー状の天然ガスハイドレートを抜き出すスラリー抜出口２０ａが設けられている。このスラリー抜出口２０ａはスラリー配管３７を介してスクリュープレス型脱水装置１２に接続されている。スラリー配管３７には、バルブ３８およびスラリー抜出ポンプ３９が設けられており、水相Ｌの液面に生成された天然ガスハイドレートを抜き出してスクリュープレス型脱水装置１２に供給するようになっている。
【００２６】
スクリュープレス型脱水装置１２は、円筒形の内部空間４０ａを有する容器本体４０と、容器本体４０の内部に設けられた筒形スクリーン（メッシュ）状のろ材４０ｃと、側面に螺旋状の突条部４１ａを有し内部空間４０ａに配置された軸体であるスクリュー部４１と、このスクリュー部４１を駆動する駆動部４２とを備えている。
容器本体４０の先端（上流側）には、生成反応装置１１においてスラリー状に生成された天然ガスハイドレート（原料スラリー）を上方から内部空間４０ａに取り入れる原料スラリー導入口４０ｂが設けられている。原料スラリー導入口４０ｂには、上述したスラリー配管３７が接続されている。容器本体４０は、内部空間４０ａを形成するろ材（内壁）４０ｃと外殻を構成する筐体４０ｄとの二重構造になっており、ろ材４０ｃはメッシュ加工され、筐体４０ｄの下部には脱水して内部に溜まった水（回収水）を排出する回収水排水口４０ｅが設けられている。
【００２７】
スクリュー部４１は、突条部４１ａの回転外周面を内部空間４０ａの内面、すなわちろ材４０ｃに近接させて配置されるとともに、自らの軸線を中心として所定方向に回転可能に支持されており、軸端に連結された駆動部４２によって回転駆動される。
容器本体４０の終端（下流側）には、スクリュー部４１の回転によって搬送されてきた天然ガスハイドレートを取り出すハイドレート排出口４０ｆが設けられている。ハイドレート排出口４０ｆはハイドレート配管４３を介して後段の２軸スクリュー型脱水装置１３に接続されている。
【００２８】
以下では、上述したスクリュープレス型脱水装置（ガスハイドレートスラリーの脱水装置）１２について、本発明の特徴的な構成を詳述する。
図３は、図２のスクリュープレス型脱水装置１２を拡大して、その詳細な構成を示したものである。
さて、このスクリュープレス型脱水装置１２は、脱水する原料スラリーが天然ガスハイドレートであって、その回収率を確保するとともに含水率の低い最終製品を得るためにも、天然ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない条件下で脱水しなければならない。このため、圧力が０．５ＭＰａ以上といった高圧条件を維持した環境下で脱水する必要がある。なお、この場合の温度条件は、０℃となる。
【００２９】
そこで、スクリュープレス型脱水装置１２の容器本体４０を上記高圧条件に耐えうる圧力容器とし、その内部にスクリュープレス型の脱水機を設置する。具体的には、外殻となる筐体４０ｄを圧力容器とし、駆動部４２にキャンドモータを使用したスクリュー部４１を採用する。
駆動部４２となるキャンドモータは、圧力容器である筐体４０ｄの一部をなす外壁部４２ａの内壁面に固定側の胴体部コイル４２ｂを備え、スクリュー部４１の軸部を延長した軸端部４１ｂに回転側のローター部コイル４２ｃが設けられている。なお、胴体部コイル４２ｂとローター部コイル４２ｃとの間は、非接触に分離されている。
【００３０】
このような構成としたので、ローター部コイル４２ｃは、外壁部４２ａに固定されている胴体部コイル４２ｂに対して、通電により同軸としたスクリュー部４１と一体に回転する。このため、スクリュー部４１及び駆動部４２は、圧力容器の筐体４０ｄを貫通する回転軸部をシールするというに、困難なシール構造が不要の設置構造となる。特に、可燃性ガスである天然ガスが回転軸の貫通部から容器本体４０の外へ漏出することは絶対に避けなければならないので、軸貫通部における完全なシール構造が不要となるキャンドモータの採用は、この観点からも好ましいことである。
【００３１】
上述したスクリュープレス型脱水装置１２で脱水された天然ガスハイドレートは、２軸スクリュー型脱水装置１３へ送られる。
２軸スクリュー型脱水装置１３は、断面が長円形をなす筒形の内部空間５０ａを有する容器本体５０と、側面に螺旋状の突条部５１ａ，５２ａを有し内部空間５０ａに配置されて個々に回転しながら天然ガスハイドレートを搬送する２本の軸体５１，５２とを備えている。
【００３２】
容器本体５０の先端には、スクリュープレス型脱水装置１２において物理的に脱水された天然ガスハイドレートを取り入れる取入口５０ｂが設けられている。取入口５０ｂには、上述したハイドレート配管４３が接続されている。
軸体５１，５２は、両者が平行に配置されるとともに軸方向から見てそれぞれの突条部５１ａ，５２ａを重複させて配置されている。さらに、それぞれの突条部５１ａ，５２ａを内部空間５０ａの内面に近接させて配置されるとともに、自らの軸線を中心として回転可能に支持されており、駆動部５３によって回転駆動される。なお、両軸体の回転方向は同方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。
【００３３】
容器本体５０の終端には、軸体５１，５２の回転によって搬送されてきたガスハイドレートを取り出す取出口５０ｃが設けられている。取出口５０ｃにはハイドレート配管５４を介して後段のスクリューコンベア型冷却装置１４に接続されている。
取出口５０ｃに近い容器体５０の側面には、天然ガスを内部空間５０ａに供給するガス供給孔５０ｄが設けられている。ガス供給孔５０ｄは、ガス配管２４から分岐するガス配管５５を介してガス貯蔵部１９に接続されている。ガス配管５５にはバルブ５６および流量調節弁５７が設けられている。
【００３４】
一方、取入口５０ｂに近い容器体５０には、内部空間５０ａの圧力を検出する圧力計５８が設置されており、流量調節弁５７の開度は、圧力計５８の計測値に基づき内部空間５０ａに天然ガスを補充して内部の圧力を常に生成圧（例えば４０ａｔｍ）に保持するように制御されている。
【００３５】
スクリュープレス型脱水装置１２および２軸スクリュー型脱水装置１３には、容器本体４０，５０の内部を上記過冷却の状態に保持する冷却装置（図示略）が設けられている。
【００３６】
スクリューコンベア型冷却装置１４は、円筒形の内部空間６０ａを有する容器本体６０と、側面に螺旋状の突条部６１ａを有し内部空間６０ａに配置された軸体６１とを備えている。
容器本体６０の先端には、２軸スクリュー型脱水装置１３において水和脱水された天然ガスハイドレートを内部空間６０ａに取り入れる取入口６０ｂが設けられている。取入口６０ｂには、上述したハイドレート配管５４が接続されている。
【００３７】
軸体６１は、突条部６１ａを内部空間６０ａの内面に近接させて配置されるとともに、自らの軸線を中心として所定方向に回転可能に支持されており、駆動部６２によって回転駆動される。
容器体６０の終端には、軸体６１の回転によって搬送されてきた天然ガスハイドレートを取り出す取出口６０ｃが設けられている。取出口６０ｃはハイドレート配管６３を介して後段のバルブ切替型減圧装置１５に接続されている。
【００３８】
容器本体６０は、内部空間６０ａを形成する内壁６０ｄと外殻を構成する筐体６０ｅとの二重構造になっており、取出口６０ｃに近い筐体６０ｅの側面には内壁６０ｄとの隙間に冷媒を導入する冷媒入口６０ｆが設けられ、取入口６０ｂに近い筐体６０ｅの側面には冷媒を導出する冷媒出口６０ｇが設けられている。
容器本体６０には、冷媒入口６０ｆと冷媒出口６０ｇとを繋ぐ冷媒配管６５が接続されており、冷媒配管６５には冷媒循環ポンプ６６および熱交換器６７が設けられている。冷媒は熱交換器６６によって冷却され、冷媒配管６５を通じて内壁６０ｄと筐体６０ｅとの隙間に流入し、脱水を終えた天然ガスハイドレートを低気圧下でも分解しない氷点以下の低温（例えば−１０℃〜−１５℃）まで冷却する。
【００３９】
バルブ切替型減圧装置１５は、ハイドレート配管６３に直列に設けられた２つのバルブ７１，７２によって構成されている。２つのバルブ７１，７２は離間して配置され、後段のバルブ７２を経たハイドレート配管６３は大気開放されており、その後段には加圧プレス型成形装置１６が設けられている。加圧プレス型成形装置１６は、固定の壁部７５と壁部７５に接近離間可能に駆動されるプレート７６とを備えている。
【００４０】
上記のように構成された生成システムによる天然ガスハイドレートの生成について説明する。
まず、貯水槽１７から圧力容器２０内に水を導入し水相Ｌを形成する。同時に、ガス貯蔵部１９から圧力容器２０内に天然ガスを導入し、気相Ｇの圧力をガスハイドレートの生成圧力にまで高める。なお、水相Ｌを形成する水には、必要であれば安定化剤を添加してもよい。次に、水相Ｌの温度を過冷却の状態にまで冷却し、以後はこの状態が維持されるように温度管理を行う。
【００４１】
圧力容器２０内の温度および圧力の状態が安定したら、水相Ｌを形成する水の一部を水配管３０を通じて圧力容器２０の底部から抜き出し、熱交換器３４によって上記再度冷却した後、スプレーノズル３６から気相Ｇ中に噴霧する。スプレーノズル３６から噴霧された水粒子は気相Ｇ中を漂いながら水相Ｌに向けて落下する。このように気相Ｇ中に水の粒子を多量に形成することにより、気相Ｇ中に存在する水の粒子の表面積、すなわち気相Ｇを形成する天然ガスとの接触面積が極めて大きくなる。水粒子の表面では、水と天然ガスとの水和反応が起こり、天然ガスハイドレートが生成される。なお、圧力容器２０内の温度は氷点よりも高温になるように制御されているので、水相Ｌを形成する水や噴霧された水粒子が凍りつくことはない。
【００４２】
水粒子の表面で生成された天然ガスハイドレートはそのまま落下し、水相Ｌの液面に降り積もり、天然ガスハイドレートの層を形成する。この天然ガスハイドレートはスラリー抜出口２０ａから抜き出され、スラリー配管３７を通じてスクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれる。このとき、天然ガスハイドレートは水とともに回収されるため、含水率が非常に高いスラリー状となる。
【００４３】
スラリー配管３７を通じてスクリュープレス型脱水装置１２に送り込まれたスラリー状天然ガスハイドレート（原料スラリー）は、原料スラリー導入口４０ｂから容器本体４０の内部空間４０ａに落下して内部空間４０ａに収容される。そして、スクリュー部４１の回転によって軸方向に搬送され、その過程で加圧されることによって物理的に脱水される。この時、スクリュー部４１が設置されている容器本体４０内は適切な高圧及び温度に維持されているので、天然ガスハイドレートは分解することなく脱水される。また、水分についても、凝固して氷になるようなことはないので、液体のまま効率よく脱水されて回収される。従って、前工程でせっかく生成した天然ガスハイドレートが分解し、回収率を低下させるようなことはない。
なお、天然ガスハイドレートから分離された水分は、ろ材４０ｃのメッシュを通じて筐体４０ｄの下部に落下して集められ、回収水排出口４０ｅから排出される。
【００４４】
一方、物理脱水を終えた天然ガスハイドレートは、ハイドレート排出口４０ｆを通じてスクリュープレス型脱水装置１２から取り出され、ハイドレート配管４３を通じて２軸スクリュー型脱水装置１３に送り込まれる。
２軸スクリュー型脱水装置１３に送り込まれた天然ガスハイドレートは、取入口５０ｂを通じて内部空間５０ａに収容され、軸体５１，５２の回転によって軸方向に搬送される。その過程で残存する水分と内部空間５０ａに供給された天然ガスと接触し、これとともに撹拌されつつ冷却されることによって残存する水分と天然ガスとを反応させてハイドレート化する。
【００４５】
内部空間５０ａに収容された天然ガスハイドレートは、取出口５０ｃに至るころには残存する水分のほとんどを未水和の天然ガスと水和反応させることで脱水され、結果的に天然ガスハイドレートそのものの量を増加させる。水和脱水を終えた天然ガスハイドレートは、取出口５０Ｃを通じて２軸スクリュー型脱水装置１３から取り出され、ハイドレート配管５４を通じてスクリューコンベア型冷却装置１４に送り込まれる。
【００４６】
スクリューコンベア型冷却装置１４に送り込まれた天然ガスハイドレートは、取入口６０ｂを通じて内部空間６０ａに収容され、軸体４１の回転によって軸方向に搬送され、その過程で容器本体６０内部を循環する冷媒によって冷却される。氷点以下の低温になるまで冷却された天然ガスハイドレートは、取出口６０ｆを通じてスクリューコンベア型冷却装置１４から取り出され、ハイドレート配管６３を通じてバルブ切替型減圧装置１５に送り込まれる。
【００４７】
バルブ切替型減圧装置１５は上流側のバルブ７１を開き、下流側のバルブ７２を閉じた状態とされ、天然ガスハイドレートを受け入れる。バルブ７１，７２間には天然ガスハイドレートが蓄積していくので、ある程度になったらバルブ７１を閉じ、続いてバルブ７２を開いてバルブ７１，７２間の天然ガスハイドレートを大気圧まで減圧する。減圧を終えた天然ガスハイドレートは、バルブ切替型減圧装置１５から取り出され、加圧プレス型成形装置１６に送り込まれる。
【００４８】
加圧プレス型成形装置１６に送り込まれた天然ガスハイドレートは、プレート７６によって壁部７５に押し付けられるようにして成形固化される。成形固化された天然ガスハイドレートは図示しない専用の輸送容器に収容され、貯蔵・輸送される。
【００４９】
上記の生成システムにおいては、天然ガスと水とを氷点よりも高温、かつ大気圧よりも高圧下で反応させることで、水を凍らせることなく天然ガスハイドレートを生成することが可能である。ただし、この天然ガスハイドレートには多量の水が含まれることになるので、生成された天然ガスハイドレートを物理的に脱水し、さらにこの物理脱水の後に天然ガスハイドレートに含まれる残存水分を天然ガスと反応させて天然ガスハイドレートを生成することによって天然ガスハイドレートの含水率を低下させる。
【００５０】
ここまでの工程はいずれも氷点よりも高温、かつ大気圧よりも高圧下で実施されるので、生成された天然ガスハイドレートを大気圧下に取り出すべく、これを氷点よりも低温にまで冷却し、残存する水（氷）の中に凍りづけにしたのち減圧し、大気圧下に取り出せるようにする。
以上の各工程を実施することで、より含水率の低い天然ガスハイドレートが得られる。
【００５１】
従って、上記の生成システムによれば、含水率の低い天然ガスハイドレートを生成してその貯蔵や輸送にかかるコストを削減することができる。また、減圧を終えた天然ガスハイドレートを成形固化することにより、貯蔵や輸送の際の利便性を向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、物理脱水単独のスクリュープレス型脱水装置１２により脱水した後に水和脱水を行っているが、物理脱水と同時進行的に水和脱水を行うようにしても構わない。また、減圧手段５（バルブ切替型減圧装置１５）の後段に成形手段６（加圧プレス型成形装置１６）を設けたが、成形手段６を設けず、脱水を終えた天然ガスハイドレートをそのまま容器に詰めて貯蔵・輸送することも可能である。
【００５３】
ところで、上述したスクリュープレス型脱水装置１２は、図１に示した生成システムのプロセス以外にも使用することができる。
以下、上述したスクリュープレス型脱水装置１２を適用できるプロセスの構成例を図面に基づいて簡単に説明する。なお、上記実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図４に示すブロック図のプロセス構成（第１変形例）では、脱水によって分離された水（回収水）を生成手段１に戻して再利用する。具体的には、スクリュープレス型脱水装置１２の排水口４０ｅと貯水槽１７とを接続する水配管を設け、天然ガスハイドレートから分離された回収水を、この水配管を通じて貯水槽１７や圧力容器２０に戻すように構成されている。
【００５４】
図５に示すブロック図のプロセス構成（第２変形例）では、図４の場合と同様に、回収水を生成手段１に戻すのであるが、回収水を生成手段１に戻す前にその水を冷却する水冷却手段７を設けてある。
【００５５】
図６に示すブロック図のプロセス構成（第３変形例）では、水和脱水手段３において天然ガスハイドレートの生成に供されなかった天然ガスを生成手段１に導くようにしてある。
【００５６】
図７に示すブロック図のプロセス構成（第４変形例）では、図６の場合と同様に、天然ガスを生成手段１に導入する前に冷却する、天然ガス冷却手段８を設けてある。
なお、天然ガス冷却手段８には、天然ガスを直接的に冷却する機構の他、天然ガスを断熱膨張させ自らの温度を低下させたうえで昇圧する機構を採用しても構わない。
また、生成手段１への導入前ではなく、天然ガスを水和脱水手段３へ導入する前に天然ガス冷却手段８を設けても構わないし、両方に設けても構わない。
【００５７】
図８に示すブロック図のプロセス構成（第５変形例）では、生成手段１において天然ガスハイドレートの生成に供されなかった天然ガスを水和脱水手段３に導き、生成手段１と水和脱水手段３との間を循環させるようにしてある。
【００５８】
図９に示すブロック図のプロセス構成（第６変形例）では、生成手段１において天然ガスハイドレートを生成した後に残る未反応ガスを生成手段１から除去する（パージする）ようにしてある。
なお、図８に示すように、天然ガスを生成手段１と水和脱水手段３との間で循環させる場合には、循環系を構成するガス配管のいずれかの場所から未反応ガスを除去するようにしても構わない。
【００５９】
図１０に示すブロック図のプロセス構成（第７変形例）では、未反応ガスを内燃機関９やボイラ等の燃料として利用している。
【００６０】
図１１に示すブロック図のプロセス構成（第８変形例）では、未反応ガスをガスタービン１０の駆動ガスとして利用している。
【００６１】
以上説明したように、本発明のスクリュープレス型脱水装置は、図１及び図４〜１１に示したブロック図のプロセス構成はもちろんのこと、それらの組合せによるプロセス構成に対しても採用可能である。
また、本発明のスクリュープレス型脱水装置は、上記の各プロセス構成またはそれらの組合せによるプロセス構成を採用した天然ガスハイドレート生成システムに限らず、生成後の天然ガスハイドレートについて脱水を必要とするプロセスを採用した生成システムに対しても採用可能である。
さらに、上記の説明では天然ガスハイドレートを例に示してあるが、本発明はこれに限定されるものではなく、天然ガスハイドレート以外のガスハイドレートにも適用することができる。
【００６２】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００６３】
【発明の効果】
上述した本発明のガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、下記のような効果を奏する。
請求項１に記載のガスハイドレートスラリーの脱水装置によれば、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件を維持した圧力容器内に脱水手段を設置し、前記脱水手段が、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型であるから、脱水中にガスハイドレートを分解させることがなく、また、水が液体のまま凝固することもない。従って、原料スラリーの水を容易に脱水することができ、しかも、高い回収率を維持したガスハイドレートスラリーの脱水装置を提供することができる。
【００６４】
また、本発明のガスハイドレートスラリーの脱水装置は、脱水手段としてスクリュープレス型を採用したことで連続脱水が可能となり、前記脱水手段を圧力容器内に設置、特にキャンドモータを採用して駆動することで、圧力容器を貫通する軸部分がなくなって軸シールが不要となる。
このような脱水装置は、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない環境とするため高圧条件が求められ、しかも、分解すると可燃性ガスとなるため漏洩を確実に防止することが求められる天然ガスハイドレートの脱水に特に適している。
【００６５】
請求項５に記載の発明によれば、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない温度及び圧力条件に維持した圧力容器内に設置されている脱水手段に水中にガスハイドレートが分散したスラリーを供給して脱水し、前記脱水手段として、円筒形の内部空間を有する前記圧力容器の容器本体と、該容器本体の内部に設けられた筒形スクリーン状のろ材と、側面に螺旋状の突条部を有し前記内部空間に配置された軸体であるスクリュー部と、該スクリュー部を駆動する駆動部とを備えたスクリュープレス型が用いられるガスハイドレートスラリーの脱水方法としたので、脱水中にガスハイドレートを分解させることがなく、また、水が液体のまま凝固することもない。従って、原料スラリーの水を容易に脱水することができ、しかも、高い回収率を維持したガスハイドレートスラリーの脱水方法を提供することができる。
【００６６】
また、本発明のガスハイドレートスラリーの脱水方法は、脱水手段としてスクリュープレス型を採用したことで連続脱水が可能となり、前記脱水手段を圧力容器内に設置、特にキャンドモータを採用して駆動することで、圧力容器を貫通する軸部分がなくなって軸シールが不要となる。
このような脱水方法は、ガスハイドレートが分解せず、かつ、水が凝固しない環境とするため高圧条件が求められ、しかも、分解すると可燃性ガスとなるため漏洩を確実に防止することが求められる天然ガスハイドレートの脱水に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る実施形態として、天然ガスハイドレート生成システムのプロセス構成例を示すブロック図である。
【図２】  図１の生成システムの具体的な装置構成を示す図である。
【図３】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置の一実施形態を示す構成図である。
【図４】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第１変形例）を示すブロック図である。
【図５】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第２変形例）を示すブロック図である。
【図６】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第３変形例）を示すブロック図である。
【図７】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第４変形例）を示すブロック図である。
【図８】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第５変形例）を示すブロック図である。
【図９】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第６変形例）を示すブロック図である。
【図１０】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第７変形例）を示すブロック図である。
【図１１】  本発明に係るガスハイドレートスラリーの脱水装置を適用可能な天然ガスハイドレート生成システムのプロセス（第８変形例）を示すブロック図である。
【符号の説明】
１２      スクリュープレス型脱水装置
（ガスハイドレートスラリーの脱水装置）
４０      容器本体
４０ｂ    原料スラリー導入口
４０ｃ    ろ材
４０ｄ    筐体
４０ｅ    回収水排水口
４０ｆ    ハイドレート排出口
４１      スクリュー部
４１ａ    突条部
４１ｂ    軸端部
４２      駆動部（キャンドモータ）
４２ａ    外壁部
４２ｂ    胴体部コイル
４２ｃ    ローター部コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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