JP3551063B2 - Method and apparatus for producing hydrate slurry - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法および装置に関する。さらに特定すれば、本発明は水和数の相違する2種類の水和物を生成するようなゲスト化合物を使用した場合において、特性の安定した水和物スラリーを効率的に製造する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、各種の塩類等のゲスト化合物を含む水溶液を冷却することによって包接水和物が生成されることが知られている。このような水和物は、0°C以上の温度で生成することができ、また水溶液中に微細な粒子となって分散し流動性の高い水和物スラリーを生成することができ、たとえば空調設備の蓄冷材、または冷熱の搬送媒体として優れた特性を有している。
【0003】
ところで、本発明者等の研究、調査によれば、上記のような水溶液を冷却して水和物を生成する際に、2種類または複数種類の水和物が生成される場合があることが判明した。
【0004】
たとえば、このゲスト化合物として臭化テトラn−ブチルアンモニウム(TBAB)を使用した場合に、このTBABの水溶液を冷却してゆくと、このTBABの1分子に結合した水分子の数、すなわち水和数が26の水和物(以下、この水和物を第1水和物と称する)と、水和数が36の水和物(以下、この水和物を第2水和物と称する)が生成されることが判明した。
【0005】
この第1水和物と第2水和物とは、その潜熱量、密度、その他の物性が相違している。図1には、これら第1水和物と第2水和物の水溶液濃度−生成温度の特性の相違を示す。この図1において、E−B−G−Hで示される曲線が第1水和物の特性であり、またG−C−Fで示される曲線が第2水和物の特性である。
【0006】
この図1から明らかなように、この第2水和物は約8°C以下の温度で生成される。また、この第2水和物は、第1水和物に対して潜熱量が大きく、また密度は小さい。
【0007】
また、8°C以下の温度では、第1水和物と第2水和物とが安定的に共存することはなく、水溶液の濃度および温度の条件により、いずれか一方のみが存在する。しかし、製造時等においては、過渡的に両者が混在することがある。
【0008】
たとえば、水溶液を冷却して水和物を製造する場合には、水溶液を冷却してゆくと、まず水和数の小さい第1水和物が生成され、この第1水和物が周囲の水と包晶反応を生じて水和数の大きい第2水和物に変化する。なお、この第2水和物が融解する場合には、まずこの第2水和物が第1水和物に変化し、次にこの第1水和物が融解する傾向がある。
【0009】
したがって、この水和物スラリーの製造時において、第1水和物と第2水和物の粒子が共に混在している場合がある。この第1水和物の粒子は、上述のように周囲の水溶液の水と包晶反応して第2水和物に変化するが、上記のようにこの第2水和物は第1水和物より密度が小さいので、第1水和物が第2水和物に変化する場合には、体積が膨張する。
【0010】
したがって、製造時における水和物スラリーに第1水和物の粒子が混在していると、この第1水和物の粒子が第2水和物に変化する前に、スラリー製造装置の配管や各種の機器内、または負荷側の機器等に流通してしまう場合が想定される。このような場合に、これらの配管や機器内で第1水和物の粒子が第2水和物の粒子に変化して膨張すると、配管や機器の閉塞が生じる場合がある。
【0011】
特に、伝熱面上に形成された水和物層を機械的に剥離する形式の水和物スラリー製造装置においては、製造時に上記のような第1水和物の粒子が大量に生成されるという問題がある。
【0012】
すなわち、水溶液を冷却する場合には、熱交換器の伝熱面を介してこの水溶液を冷却する。この場合に、生成された水和物は、この伝熱面上に層状に付着する。このような水和物層は、伝熱面の熱交換の効率を低下させるので、たとえばこの伝熱面を円筒状に形成し、この円筒状の伝熱面に摺接しながら回転する掻取羽根等の剥離部材でこの水和物層を剥離することがなされる。
【0013】
この場合に、上記の伝熱面上に生成されるのは第1水和物である。したがって、この第1水和物の層を機械的に剥離して水溶液中に分散させると、大量の第1水和物の粒子が水溶液中に浮遊することになる。このため、これら第1水和物の粒子が上記のように配管や機器内まで流れ、これらを閉塞する可能性が高くなると言う問題がある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、水和物スラリーの製造時において水和数の小さい水和物粒子の生成を減少させ、より安定した特性の水和物スラリーを製造する方法および装置を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明の方法は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法であって、伝熱面を介して上記の水溶液を冷却し、この伝熱面上に水和物の層を生成する工程と、上記の伝熱面上に生成された水和物の層の上に水和数の高い水和物の層を生成する工程と、上記の水和物層の表面部分に生成された水和数の高い水和物を剥離するとともに、上記の伝熱面上に上記の水和物層の少なくとも一部を残存させる工程とを備えたことを特徴とするものである。
【0016】
上記のような伝熱面上に最初に形成されるのは、前述したように、水和数の小さい水和物である。しかし、この水和数の小さい水和物の層の上にさらに生成されてゆく水和物は水和物の大きい水和物である。この理由としては、この水和数の小さい水和物の表面が、周囲の水と包晶反応して水和数の高い水和物に変化するとともに、このように水和数の大きい水和物の上にさらに生成される水和物はこれを核として生成されるので、最初から水和数の高い水和物が生成されるためと考えられる。
【0017】
したがって、伝熱面上に水和物を残存させておけば、この上に生成される水和物は水和数の大きい水和物となり、このような水和物を剥離することにより、水和数の小さい水和物粒子をほとんど含まない水和物スラリーを製造することができる。
【0018】
また、請求項2に記載の方法は、前記の水和数の高い水和物を剥離する工程は、前記の伝熱面上に付着した水和物層の表面近傍を機械的に剥離してこの水和物層の表面近傍の水和数の高い水和物を剥離するものである。
【0019】
したがって、この水和物層の表面近傍すなわち水和数の大きい水和物の部分のみを正確かつ確実に剥離することができる。また、この方法は、既存の水和物スラリーの製造装置に小改造を加えるだけで実施できる利点がある。
【0020】
また、請求項3に記載の本発明の装置は、ゲスト化合物を含んだ水溶液に接触した伝熱面と、この伝熱面に沿って移動し、この伝熱面上に付着した水和物層を機械的に剥離させるとともにこの水和物層の少なくとも一部を上記の伝熱面上に残存させる剥離部材を備えた剥離機構とを備えたものである。
【0021】
したがって、水和物層を機械的に剥離するので、この水和物層の表面近傍すなわち水和数の大きい水和物の部分を正確かつ確実に剥離することができるとともに、構造が簡単でかつ作動が確実で信頼性が高い。
【0022】
また、請求項4に記載の装置は、前記の伝熱面は円筒状をなし、この内周面に前記の水溶液が接触するものであり、また前記の剥離機構は、上記の円筒状の伝熱面の内周面に沿って回転する剥離羽根部材を備えていることを特徴とするものである。したがって、構造が簡単であり、また作動も確実である。
【0023】
また、請求項5に記載の装置は、前記の剥離機構の剥離部材と前記の伝熱面との間には所定の間隙が形成され、この間隙により前記の伝熱面上に前記の水和物層の少なくとも一部を残存させるものである。
【0024】
したがって、構造が簡単であるとともに、作動の信頼性が高い。また、このものは、上記の間隙を適切に設定することにより、伝熱面上の水和物層の表面近傍の水和数の大きい水和物の部分を正確に剥離することができる。また、伝熱面の全面に水和物の薄い層が残存するので、この層の面積が大きく、この上に生成される水和数の大きい水和物の生成量が大きく、効率が高い。
【0025】
また、請求項6に記載の装置は、前記の剥離機構の剥離部材は可撓性を有し、前記の伝熱面に沿って移動してこの伝熱面上の水和物層を剥離する際の抵抗によって湾曲し、これにより前記の伝熱面上に水和物層の少なくとも一部を残存させるものである。
【0026】
したがって、この剥離部材の可撓性や弾性率を適宜設定しておくことにより、この剥離部材と伝熱面との間の隙間の調整等が不要となり、常に安定した状態で水和物層の表面の所定部分を確実に剥離することができる。
【0027】
また、請求項7に記載の装置は、前記の伝熱面には、凹凸部が形成されており、前記の剥離部材によりこの伝熱面上の水和物層が剥離される際に上記の凹凸部の凹部内に水和物層の少なくとも一部が残存するものである。
【0028】
したがって、上記の剥離部材をこの伝熱面に摺接させておいても、この凹部内に常に所定量の水和物層が残存するので、調整作業等も容易であり、また信頼性も高い。
【0029】
また、請求項8に記載の装置は、前記の剥離機構の剥離部材のうち前記の伝熱面に対向する部分には複数の切欠部が形成されており、この剥離部材により前記の伝熱面上の水和物層を剥離する際に上記の切欠部に対応した部分に前記の伝熱面上の水和物層の少なくとも一部が残存されるものである。
【0030】
したがって、この切欠部に対応して伝熱面上に常に所定量の水和物層が残存し、信頼性が高いとともに、調整作業等も容易である。また、このものは、伝熱面に凹凸や溝等を加工する必要もなく、装置の製造コストも低い。
【0031】
また、請求項9に記載の装置は、前記の伝熱面には、網部材が貼付けられており、前記の剥離機構の剥離部材によりこの伝熱面上の水和物層が剥離される際に、上記の網部材の目の中に水和物層の少なくとも一部が残存するものである。
【0032】
したがって、伝熱面上に所定量の水和物層を確実に残存させることができる。またこの網部材は残存した水和物層内に埋設されるので、この網部材を金属材料で形成することにより、この残存した水和物層の熱伝導率を高め、効率向上させることができる。また、この網部材は、摩耗した場合に簡単に交換することができる利点がある。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、図2,3および5を参照して本発明の第1の実施形態の方法および装置を説明する。図2には、この第1の実施形態の装置の概略的な構成を示す。この実施形態のものは、前述したTBABをゲスト化合物として含んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する装置である。
【0034】
図中の1は、水和物スラリー製造用の生成熱交換器である。この生成熱交換器1は、円筒状をなし、その内周面が伝熱面2として形成されている。また、この伝熱面2の周囲には、冷媒が流通する冷却ジャケット3が配置されている。そして、この冷却ジャケット3には、冷凍装置4から冷媒またはブラインがポンプ5により流通され、上記の伝熱面2を前述した第2水和物が形成される8°C以下の温度、たとえば4°C以下の温度まで冷却する。
【0035】
また、6は水和物タンクであって、上記のTBABの水溶液が貯溜され、また生成された水和物スラリーが貯蔵される。そして、この水和物タンク6からは、ポンプ7により水溶液が上記の生成熱交換器1に送られ、この生成熱交換器1で生成された水和物スラリーは再びこの水和物タンク6に戻され、貯蔵される。
【0036】
なお、実際の装置では、たとえばこの水和物スラリーを負荷側に供給する機構やその他の部分が付加されるが、上記の図2のものは、説明のために簡略化してある。
【0037】
そして、上記の円筒状の生成熱交換器1内には、剥離機構が設けられている。この実施形態では、この剥離機構は剥離羽根体8を備えている。この剥離羽根体8は、この生成熱交換器1内に回転自在に設けられ、回転駆動機構9により所定の回転数で回転駆動される。
【0038】
また、この回転羽根体8の外周には、複数の剥離羽根部材10が放射状に突設されている。この実施形態では、これらの剥離羽根部材10はこの円筒状の生成熱交換器1の軸方向に沿った直線的な形状のものであるが、螺旋状、その他の形状のものでも良い。そして、これらの剥離羽根部材10の先端縁部は、図3に示すように、円筒状の伝熱面2の内周面に対して所定の間隙を存して対向しており、この伝熱面2上に生成された水和物層を機械的に剥離除去するように構成されている。
【0039】
次に、上記の装置の作動およびこの装置により実施される方法について説明する。図3は、この生成熱交換器1の一部の横断面図である。前述のように、この生成熱交換器1の伝熱面2上には、まず第1水和物S1の層が形成され、この層S1の上に前述のようにさらに第2水和物S2の層が形成される。
【0040】
そして、前記の剥離羽根体8の回転により、その剥離羽根部材10が伝熱面2に沿って移動し、この水和物の層を機械的に剥離する。この場合に、上記の剥離羽根部材10の先端縁と伝熱面2との間には所定の隙間が形成されているので、この水和物の層のうちの表面部分、すなわち第2水和物層S2の部分のみが剥離され、水溶液中に分散される。そして、上記の伝熱面2上には上記の隙間に対応した厚さで水和物の層が残存される。
【0041】
この伝熱面2上に残存される水和物の層は、この水和物の層の基底部分すなわち第1水和物の層であるが、この第1水和物層S1の上には前述のように第2水和物の層S2が生成されてゆく。そして、この第2水和物層S2が形成された後に、次の剥離羽根部材10が上記と同様にこの第2水和物層S2を剥離し、また伝熱面2上には第1水和物層S1が残存される。
【0042】
このような作動を繰り返し、上記の伝熱面2上の水和物層のうち、その表面近傍の第2水和物層S2の部分のみを剥離して水溶液中に粒子状に分散させて水和物スラリーを形成し、伝熱面2上には常に第1水和物層S1が残存され、この上に第2水和物層が形成されてゆく。
【0043】
なお、上記の説明は、理解を容易にするためにこの装置の運転開始の初期の状態を説明したが、この装置の定常運転状態では、この伝熱面2上に残存された水和物層は周囲の水溶液の水と包晶反応して次第に第2水和物に変化してゆく。したがって、定常運転状態では、上記の残存する水和物層は第1水和物ではなく、少なくともその表面近傍は第2水和物に変化しているものである。
【0044】
また、一般に水和物の熱伝導率は低いので、上記の残存する水和物層によって熱交換効率が低下する。しかし、上記のように、この残存する水和物の層の厚さは薄くても良い。実際の装置では、この生成熱交換器1の構造や寸法等にもよるが、この残存する水和物の層は1mmまたは数mm程度でよく、熱交換効率の低下は極めてわずかである。なお、この残存する水和物の層の厚さは、上記の剥離羽根部材10時と伝熱面2との間の隙間を設定することにより、任意に調整可能である。
【0045】
また、上記のように、残存する水和物層の表面が第2水和物に変化すれば、その上に生成される水和物はこの第2水和物を核として形成されるため、直接第2水和物が生成される。この第2水和物が直接生成される温度は、第1水和物が生成される温度より高い。よって、その分だけこの伝熱面2の冷却温度を高くすることができ、この分だけ前記の冷凍装置4の効率を高めることができるので、この水和物スラリー製造装置全体の効率を高めることも可能である。
【0046】
なお、図5には、上記の効果を確認するために行った実験の結果を示す。この実験は、水溶液として前記のTBAB水溶液を使用し、また上記の実施形態と同様の構造の装置を使用して行ったものであるが、特性の把握のため、生成熱交換器内の水溶液は循環させおらず、水溶液の初期温度13°Cから実験を開始している。この図5中の曲線aは、伝熱面上に生成される水和物をすべて剥離羽根部材で剥離した場合のもの、曲線bは伝熱面上に水和物の薄い層を残存させた場合のものである。なお、この図中のP1点は、最初に水和物が生成される際の水溶液の過冷却による温度変化である。
【0047】
この図5から明らかなように、伝熱面に水和物を残存させない場合(曲線a)では、P1点で第1水和物が生成され始めてからも、水溶液温度が約3°Cに低下するまで第1水和物が生成され続け、P2点においてこの第1水和物が第2水和物に変化するが、この後も第1水和物が生成され続けるため、水溶液温度は低下を続ける。したがって、より低い温度まで冷却しないと水和物が生成されないことを示している。
【0048】
これに対して伝熱面上に水和物を残留した場合(曲線b)には、P1点で伝熱面上に第1水和物が生成された後に、この残存した水和物層の表面が第2水和物に変化するために水溶液温度の低下が少なく(より高い温度で水和物が生成される)、P2点において残留している第1水和物層がすべて第2水和物に変化し、以降は定常状態でこの層の上に第2水和物が直接生成され続けることが示されている。したがって、上記の方法および装置によれば、水溶液温度が約8°Cと高い温度で第2水和物を安定して生成し続けることができる。
【0049】
なお、本発明は上記の実施形態には限定されない。たとえば、図4には本発明の第2の実施形態を示す。このものは、剥離羽根部材11を可撓性の部材としたものである。この可撓性の剥離羽根部材11は、薄鋼板、合成樹脂、合成ゴム等の材料で形成されており、所定の弾性で湾曲するように構成されている。なお、この実施形態は上記の点以外は前記の第1の実施形態と同様である。
【0050】
この実施形態のものは、伝熱面2上の水和物層を剥離する際の抵抗により、この剥離羽根部材11が図4に示すように湾曲し、この伝熱面2上に水和物の層S1を残留させる。この実施形態のものは、剥離羽根部材11の湾曲により、伝熱面2上に自動的に所定の厚さの水和物層が残留されるので、調整作業等が容易で、信頼性も高い。
【0051】
また、図6には本発明の第3の実施形態を示す。この図6は、前記の生成熱交換器の一部の縦断面図である。この実施形態のものは、伝熱面2に微細な周方向の溝13を多数形成し、この伝熱面2を凹凸面としたものである。なお、この実施形態も上記の点以外は前記の第1の実施形態と同様の構成である。
【0052】
この実施形態のものは、上記の溝13内に水和物層が残留する。そして、この水和物が前述のように第2水和物S2に変化すると、これを核としてこれら溝13の近傍の伝熱面2上にも直接第2水和物が生成される。
【0053】
この実施形態のものは、剥離羽根部材10をこの伝熱面2に摺接させて、この溝13以外の部分の伝熱面2上の水和物を完全に剥離しても、上記のように第2水和物を直接生成できる。したがって、伝熱面2の伝熱効率の低下が防止され、効率をより高めることができる。
【0054】
なお、この実施形態において、伝熱面には必ずしも溝を形成する必要はなく、この伝熱面を粗面に形成して凹凸を形成してもよく、またはその他の形態の凹凸面に形成してもよい。
【0055】
また、図7には本発明の第4の実施形態を示す。このものは、剥離羽根部材10の先端縁部に微細な切欠部14を多数形成したものである。このものは、上記の切欠部14に対応した部分の伝熱面2上に水和物層が残留するもので、その作用等は上記の第3の実施形態と同様である。
【0056】
また、図8には、本発明の第5の実施形態を示す。このものは、伝熱面2に目の細かい網部材16を貼り付けたものである。この網部材16は、熱伝導率の高い金属材料で形成することが好ましい。
【0057】
この実施形態のものは、この網部材16の目の中に水和物層が残留する。この実施形態のものは、前記の第3の実施形態のように伝熱面を凹凸面に加工する必要がないので、装置の製造コストを低減することができる。また、この網部材16は、残留した水和物層の内部に埋設されるので、この水和物層の熱伝導率を高め、熱交換効率を向上させる利点もある。
【0058】
なお、本発明は上記の各実施形態にも限定されない。たとえば、上記の実施形態の装置は、円筒形の生成熱交換器を使用したものであるが、その他の生成熱交換器を用いたものでも良い。
【0059】
【発明の効果】
上述の如く本発明の方法によれば、伝熱面上に水和物を残存させておくことにより、この上に生成される水和物は水和数の大きい水和物となり、このような水和物を剥離することにより、水和数の小さい水和物粒子をほとんど含まない安定した水和物スラリーを製造することができ、また効率を向上させることもできる等の効果がある。
【0060】
また、本発明の装置によれば、水和物層を機械的に剥離するので、この水和物層の表面近傍すなわち水和数の大きい水和物の部分を正確かつ確実に剥離することができるとともに、構造が簡単でかつ作動が確実で信頼性が高い等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1水和物および第2水和物の水溶液濃度と生成温度の特性を示す線図。
【図2】第1の実施形態の装置の概略図。
【図3】第1の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の横断面図。
【図4】第2の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の横断面図。
【図5】本発明の効果を確認する実験の結果を示す線図。
【図6】第3の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【図7】第4の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【図8】第5の実施形態の装置の生成熱交換器の一部の縦断面図。
【符号の説明】
1 生成熱交換器
2 伝熱面
4 冷凍装置
10 剥離羽根部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for producing a hydrate slurry by cooling an aqueous solution containing a guest compound. More specifically, the present invention provides a method and an apparatus for efficiently producing a hydrate slurry having stable properties when a guest compound that produces two hydrates having different hydration numbers is used. About.
[0002]
[Prior art]
It has been known that clathrate hydrates are produced by cooling an aqueous solution containing a guest compound such as various salts. Such a hydrate can be formed at a temperature of 0 ° C. or higher, and can be dispersed as fine particles in an aqueous solution to form a hydrate slurry having a high fluidity. It has excellent properties as a cold storage material for equipment or as a transport medium for cold heat.
[0003]
By the way, according to researches and investigations by the present inventors, when cooling an aqueous solution as described above to generate a hydrate, two or more types of hydrates may be generated in some cases. found.
[0004]
For example, when tetra-n-butylammonium bromide (TBAB) is used as the guest compound, as the aqueous solution of TBAB is cooled, the number of water molecules bonded to one molecule of TBAB, that is, the hydration number Is a hydrate of 26 (hereinafter, this hydrate is referred to as a primary hydrate) and a hydrate having a hydration number of 36 (hereinafter, this hydrate is referred to as a second hydrate) Turned out to be generated.
[0005]
The first hydrate and the second hydrate are different in the amount of latent heat, density, and other physical properties. FIG. 1 shows the difference between the aqueous solution concentration and the formation temperature characteristics of the first hydrate and the second hydrate. In FIG. 1, the curve indicated by EBGH is the characteristic of the first hydrate, and the curve indicated by GCF is the characteristic of the second hydrate.
[0006]
As is apparent from FIG. 1, the second hydrate is formed at a temperature of about 8 ° C. or less. The second hydrate has a larger latent heat and a lower density than the first hydrate.
[0007]
At a temperature of 8 ° C. or lower, the first hydrate and the second hydrate do not coexist stably, and only one of them exists depending on the conditions of the concentration of the aqueous solution and the temperature. However, at the time of manufacture, etc., both may be mixed transiently.
[0008]
For example, in the case of producing a hydrate by cooling an aqueous solution, as the aqueous solution is cooled, a first hydrate having a low hydration number is first generated, and the first hydrate is mixed with surrounding water. And a peritectic reaction occurs to change to a second hydrate having a large hydration number. When the second hydrate melts, the second hydrate first changes to the first hydrate, and then the first hydrate tends to melt.
[0009]
Therefore, during the production of this hydrate slurry, the particles of the first hydrate and the second hydrate may be mixed together. As described above, the particles of the first hydrate undergo peritectic reaction with the water of the surrounding aqueous solution to change to the second hydrate. Since the density is smaller than that of the first hydrate, the volume expands when the first hydrate changes to the second hydrate.
[0010]
Therefore, if the particles of the first hydrate are mixed in the hydrate slurry at the time of production, before the particles of the first hydrate change to the second hydrate, the piping and the It is conceivable that the data will be distributed in various devices or devices on the load side. In such a case, when the particles of the first hydrate are changed into the particles of the second hydrate and expanded in these pipes and devices, the pipes and devices may be blocked.
[0011]
In particular, in a hydrate slurry manufacturing apparatus of a type in which a hydrate layer formed on a heat transfer surface is mechanically peeled off, a large amount of the above-described first hydrate particles is generated during manufacturing. There is a problem.
[0012]
That is, when cooling the aqueous solution, the aqueous solution is cooled via the heat transfer surface of the heat exchanger. In this case, the produced hydrate adheres in a layer on the heat transfer surface. Since such a hydrate layer reduces the efficiency of heat exchange on the heat transfer surface, for example, the heat transfer surface is formed in a cylindrical shape, and the scraping blade rotates while sliding on the cylindrical heat transfer surface. The hydrate layer is peeled off by a peeling member such as.
[0013]
In this case, the primary hydrate is formed on the heat transfer surface. Therefore, when the layer of the first hydrate is mechanically peeled and dispersed in the aqueous solution, a large amount of particles of the first hydrate float in the aqueous solution. For this reason, there is a problem in that the particles of these first hydrates flow into the pipes and devices as described above, and the possibility of blocking these particles increases.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made based on the above circumstances, and a method for producing a hydrate slurry having a more stable characteristic by reducing the generation of hydrate particles having a small hydration number during production of a hydrate slurry. And an apparatus.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The method of the present invention according to claim 1 is a method for producing a hydrate slurry by cooling an aqueous solution containing a guest compound, wherein the aqueous solution is cooled via a heat transfer surface, and the heat transfer is performed. Generating a layer of hydrate on the surface; and forming a layer of hydrate having a high hydration number on the layer of hydrate generated on the heat transfer surface; Exfoliating the hydrate having a high hydration number generated on the surface portion of the hydrate layer and leaving at least a part of the hydrate layer on the heat transfer surface. It is characterized by the following.
[0016]
As described above, the first hydrate formed on the heat transfer surface is a hydrate having a small hydration number. However, the hydrate that is further formed on the layer of the hydrate having a low hydration number is a large hydrate of the hydrate. The reason for this is that the surface of the hydrate having a low hydration number changes to a hydrate having a high hydration number by peritectic reaction with the surrounding water, It is considered that a hydrate having a higher hydration number is generated from the beginning because a hydrate further formed on the material is generated using the nucleus as a nucleus.
[0017]
Therefore, if the hydrate is left on the heat transfer surface, the hydrate formed on the heat transfer surface becomes a hydrate having a large hydration number. A hydrate slurry containing almost no hydrate particles having a small sum number can be produced.
[0018]
Further, in the method according to
[0019]
Therefore, only the hydrate part near the surface of the hydrate layer, that is, only the hydrate part having a large hydration number can be peeled off accurately and reliably. In addition, this method has an advantage that it can be implemented only by adding a small modification to an existing hydrate slurry manufacturing apparatus.
[0020]
According to the third aspect of the present invention, there is provided a heat transfer surface in contact with an aqueous solution containing a guest compound, and a hydrate layer moving along the heat transfer surface and adhering to the heat transfer surface. And a peeling mechanism provided with a peeling member for leaving at least a part of the hydrate layer on the heat transfer surface.
[0021]
Therefore, since the hydrate layer is mechanically peeled off, it is possible to peel off the hydrate portion near the surface of the hydrate layer, that is, the hydrate portion having a large hydration number accurately and reliably, and the structure is simple and Reliable operation and high reliability.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus, the heat transfer surface has a cylindrical shape, and the aqueous solution comes into contact with the inner peripheral surface of the heat transfer surface. It is characterized in that it comprises a separating blade member that rotates along the inner peripheral surface of the hot surface. Therefore, the structure is simple and the operation is reliable.
[0023]
Further, in the apparatus according to
[0024]
Therefore, the structure is simple and the operation is highly reliable. In addition, by appropriately setting the gap, the hydrate portion having a large hydration number near the surface of the hydrate layer on the heat transfer surface can be accurately separated. In addition, since a thin layer of hydrate remains on the entire surface of the heat transfer surface, the area of this layer is large, and the amount of hydrate with a large hydration generated on this layer is large and the efficiency is high.
[0025]
In the apparatus according to
[0026]
Therefore, by appropriately setting the flexibility and elastic modulus of the peeling member, it is not necessary to adjust the gap between the peeling member and the heat transfer surface, and the hydrate layer is always kept in a stable state. A predetermined portion of the surface can be reliably peeled off.
[0027]
Further, in the apparatus according to claim 7, the heat transfer surface has an uneven portion, and when the hydrate layer on the heat transfer surface is peeled off by the peeling member, the above-mentioned structure is obtained. At least a part of the hydrate layer remains in the concave portion of the uneven portion.
[0028]
Therefore, even if the peeling member is slid on the heat transfer surface, a predetermined amount of the hydrate layer always remains in the concave portion, so that the adjustment work and the like are easy and the reliability is high. .
[0029]
Further, in the apparatus according to
[0030]
Therefore, a predetermined amount of the hydrate layer always remains on the heat transfer surface corresponding to the cutout portion, so that the reliability is high and the adjustment work and the like are easy. In addition, there is no need to process irregularities or grooves on the heat transfer surface, and the manufacturing cost of the device is low.
[0031]
Further, in the apparatus according to claim 9, a net member is attached to the heat transfer surface, and when the hydrate layer on the heat transfer surface is separated by the separation member of the separation mechanism. In addition, at least a part of the hydrate layer remains in the mesh of the mesh member.
[0032]
Therefore, a predetermined amount of the hydrate layer can be reliably left on the heat transfer surface. Further, since the net member is embedded in the remaining hydrate layer, by forming the net member with a metal material, the thermal conductivity of the remaining hydrate layer can be increased and the efficiency can be improved. . Further, this net member has an advantage that it can be easily replaced when worn.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method and an apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a schematic configuration of the apparatus according to the first embodiment. This embodiment is an apparatus for producing a hydrate slurry by cooling an aqueous solution containing TBAB as a guest compound as described above.
[0034]
Reference numeral 1 in the figure is a generated heat exchanger for producing a hydrate slurry. The generated heat exchanger 1 has a cylindrical shape, and its inner peripheral surface is formed as a
[0035]
[0036]
In the actual apparatus, for example, a mechanism for supplying the hydrate slurry to the load side and other parts are added, but the one shown in FIG. 2 is simplified for explanation.
[0037]
In addition, a peeling mechanism is provided inside the cylindrical heat exchanger 1. In this embodiment, the peeling mechanism includes a
[0038]
A plurality of
[0039]
Next, the operation of the above-described device and the method performed by this device will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of a part of the generated heat exchanger 1. As described above, a layer of the first hydrate S1 is first formed on the
[0040]
The rotation of the
[0041]
The hydrate layer remaining on the
[0042]
By repeating such an operation, of the hydrate layer on the
[0043]
In the above description, the initial state of the operation of this apparatus has been described for easy understanding. However, in the steady state of operation of this apparatus, the hydrate layer remaining on the
[0044]
In addition, since the thermal conductivity of a hydrate is generally low, the heat exchange efficiency is reduced by the remaining hydrate layer. However, as described above, the thickness of the remaining hydrate layer may be small. In an actual apparatus, the remaining hydrate layer may be about 1 mm or several mm, and the heat exchange efficiency is extremely low, although it depends on the structure and dimensions of the generated heat exchanger 1. The thickness of the remaining hydrate layer can be arbitrarily adjusted by setting a gap between the above-described
[0045]
Further, as described above, when the surface of the remaining hydrate layer changes to the second hydrate, the hydrate formed thereon is formed with the second hydrate as a nucleus. The second hydrate is formed directly. The temperature at which this second hydrate is formed directly is higher than the temperature at which the first hydrate is formed. Therefore, the cooling temperature of the
[0046]
FIG. 5 shows the results of an experiment performed to confirm the above effects. In this experiment, the above-mentioned TBAB aqueous solution was used as an aqueous solution, and an apparatus having the same structure as that of the above-described embodiment was used. The experiment was started from the initial temperature of the aqueous solution of 13 ° C. without circulation. The curve a in FIG. 5 is a case where all the hydrates generated on the heat transfer surface are peeled off by the peeling blade member, and the curve b is a thin layer of the hydrate remaining on the heat transfer surface. Is the case. The point P1 in the figure is a temperature change due to supercooling of the aqueous solution when a hydrate is first generated.
[0047]
As is apparent from FIG. 5, when no hydrate remains on the heat transfer surface (curve a), the temperature of the aqueous solution drops to about 3 ° C. even after the first hydrate starts to be formed at point P1. Until the first hydrate is formed, and the first hydrate changes to the second hydrate at the point P2. However, since the first hydrate continues to be generated, the temperature of the aqueous solution decreases. Continue. This indicates that hydrates are not formed unless cooled to lower temperatures.
[0048]
On the other hand, when the hydrate remains on the heat transfer surface (curve b), after the first hydrate is generated on the heat transfer surface at point P1, the remaining hydrate layer Since the surface changes to a dihydrate, the temperature of the aqueous solution decreases little (a hydrate is formed at a higher temperature), and the primary hydrate layer remaining at the point P2 is completely converted to the secondary water. It has been shown that the second hydrate continues to form directly on this layer at steady state. Therefore, according to the above method and apparatus, the second hydrate can be stably produced at a high temperature of the aqueous solution of about 8 ° C.
[0049]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In this example, the peeling blade member 11 is a flexible member. The flexible peeling blade member 11 is made of a material such as a thin steel plate, a synthetic resin, a synthetic rubber, or the like, and is configured to bend with a predetermined elasticity. This embodiment is the same as the first embodiment except for the above points.
[0050]
In this embodiment, the peeling blade member 11 is curved as shown in FIG. 4 due to the resistance when the hydrate layer on the
[0051]
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a part of the above-mentioned generated heat exchanger. In this embodiment, a large number of fine
[0052]
In this embodiment, a hydrate layer remains in the
[0053]
In this embodiment, even if the
[0054]
In this embodiment, it is not always necessary to form a groove in the heat transfer surface, and the heat transfer surface may be formed in a rough surface to form irregularities, or may be formed in other forms of irregularities. You may.
[0055]
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, a large number of
[0056]
FIG. 8 shows a fifth embodiment of the present invention. This is obtained by attaching a
[0057]
In this embodiment, the hydrate layer remains in the eyes of the
[0058]
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the apparatus of the above embodiment uses a cylindrical heat exchanger, but may use another heat exchanger.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, by leaving hydrate on the heat transfer surface, the hydrate formed thereon becomes a hydrate having a large hydration number. By exfoliating the hydrate, it is possible to produce a stable hydrate slurry containing almost no hydrate particles having a small hydration number, and to improve the efficiency.
[0060]
Further, according to the apparatus of the present invention, since the hydrate layer is mechanically peeled off, it is possible to peel off the hydrate part near the surface of the hydrate layer, that is, the hydrate part having a large hydration number accurately and reliably. The effect is great, as well as simple structure, reliable operation and high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing characteristics of the concentration of an aqueous solution of a first hydrate and a second hydrate and the formation temperature.
FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a part of the generating heat exchanger of the apparatus of the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of a production heat exchanger of the device of the second embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing the results of an experiment for confirming the effects of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a part of a generating heat exchanger of the device according to the third embodiment.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a part of a production heat exchanger of an apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a part of a production heat exchanger of an apparatus according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
伝熱面を介して上記の水溶液を冷却し、この伝熱面上に水和物の層を生成する工程と、
上記の伝熱面上に生成された水和物の層の上にさらに水和数の高い水和物の層を生成する工程と、
上記の水和物層の表面部分に生成された水和数の高い水和物を剥離するともに、上記の伝熱面上に水和物層の少なくとも一部を残存させる工程とを備えたことを特徴とする水和物スラリーの製造方法。A method for producing a hydrate slurry by cooling an aqueous solution containing a guest compound,
Cooling the aqueous solution through the heat transfer surface to form a hydrate layer on the heat transfer surface;
Generating a layer of hydrate having a higher hydration number on the layer of hydrate generated on the heat transfer surface;
Exfoliating the hydrate having a high hydration number generated on the surface portion of the hydrate layer and leaving at least a part of the hydrate layer on the heat transfer surface. A method for producing a hydrate slurry.
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