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JP4638715B2 - Hydrate decomposition method and hydrate generation method - Google Patents
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JP4638715B2 - Hydrate decomposition method and hydrate generation method - Google Patents

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Description

本発明は、ハイドレート分解方法およびハイドレート生成方法にかかり、特に、ハイドレートを分解する際に外部から供給するエネルギーの量を大幅に減らせるハイドレート分解方法、および冷熱源が不要なハイドレート生成方法に関する。   The present invention relates to a hydrate decomposition method and a hydrate generation method, and in particular, a hydrate decomposition method capable of greatly reducing the amount of energy supplied from the outside when decomposing hydrate, and a hydrate that does not require a cooling heat source. It relates to a generation method.

天然ガスは、環境負荷が低いことから、今後、需要が益々拡大することが予想される。   Natural gas is expected to increase in demand in the future because of its low environmental impact.

これまで、天然ガスを海上輸送したり、生産地や消費地で貯蔵したりするときは、液化天然ガス(LNG)の形で行なわれてきた。   Until now, natural gas has been transported in the form of liquefied natural gas (LNG) when transported by sea or stored in production or consumption areas.

しかしながら、世界には、東南アジアを中心としてLNG方式が適用できない中小規模のガス田が非常に多く存在している。   However, there are a large number of small and medium-sized gas fields in the world where the LNG system cannot be applied, mainly in Southeast Asia.

LNG方式が適用可能なガス田は、超大規模田には好適に適用できるが、このような中小規模のガス田には適用は困難であった。そこで、中小規模のガス田では、産出した天然ガスを周辺地域のみで利用するか、または大気中に放出することが多かった。   A gas field to which the LNG system can be applied can be suitably applied to an ultra-large-scale field, but it has been difficult to apply to such a medium-sized gas field. Therefore, in small and medium-sized gas fields, the natural gas produced is often used only in the surrounding area or released into the atmosphere.

近年、LNG方式とは異なる天然ガスの貯蔵、輸送方式として、天然ガスをハイドレート化して貯蔵、輸送する方式が、中小規模のガス田にも容易に適用可能な点で注目されている。   In recent years, as a natural gas storage and transport method different from the LNG method, a method of storing and transporting natural gas in a hydrated manner has attracted attention because it can be easily applied to small and medium-sized gas fields.

天然ガスのハイドレートは、一般的には、水と天然ガスとを、たとえば圧力1MPa(9.869atm)〜5MPa(49.345atm)、温度273(0℃)〜283K(10℃)でタンク等の内部で接触させて製造される。   The hydrate of natural gas is generally a tank of water and natural gas at a pressure of 1 MPa (9.869 atm) to 5 MPa (49.345 atm), a temperature of 273 (0 ° C.) to 283 K (10 ° C.), etc. It is manufactured by contacting inside.

このようにして製造されたハイドレートは、専用船で消費地まで運ばれてそこで再び水と天然ガスとに分解され、天然ガスが回収される。   The hydrate produced in this manner is transported to a consumption place by a dedicated ship, where it is decomposed again into water and natural gas, and natural gas is recovered.

ハイドレートの分解方法としては、前記ハイドレートを温水中に投入する方法がある(特許文献1)。
特開2001−279281号公報
As a method for decomposing hydrate, there is a method in which the hydrate is poured into warm water (Patent Document 1).
JP 2001-279281 A

しかしながら、ハイドレートを天然ガスと水とに分解するには440kJ/kgfの熱量を外部から供給する必要がある。また、ハイドレートは分解時に自己冷却するする性質があるので、ハイドレートを連続的に分解するには表面に生成する氷を塊砕する必要がある。   However, in order to decompose hydrate into natural gas and water, it is necessary to supply a heat amount of 440 kJ / kgf from the outside. Further, since hydrate has a property of self-cooling at the time of decomposition, it is necessary to crush the ice formed on the surface in order to decompose the hydrate continuously.

また、ハイドレートを天然ガスと水とに分解すると、ハイドレートがもともと持っていた冷熱が失われる。この冷熱は、たとえばヒートポンプなどの熱回収装置で回収できるが、冷熱源であるハイドレートの温度が分解温度まて高くなっているので、冷熱を効率よく回収することは困難である。   In addition, when the hydrate is decomposed into natural gas and water, the cold heat originally possessed by the hydrate is lost. This cold heat can be recovered by a heat recovery device such as a heat pump, for example, but it is difficult to efficiently recover the cold heat because the temperature of the hydrate, which is a cold heat source, has reached the decomposition temperature.

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、ハイドレートを分解する際に外部から供給するエネルギーの量を大幅に減らせ、しかも分解熱を冷熱として効率的に回収できるハイドレート分解方法、および冷熱源が不要なハイドレート生成方法の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and hydrate decomposition that can greatly reduce the amount of energy supplied from the outside when decomposing hydrate and can efficiently recover the decomposition heat as cold heat. It is an object of the present invention to provide a method and a hydrate generation method that does not require a cold source.

請求項1に記載の発明は、天然ガスまたはメタンガスのハイドレートを圧力容器中で173〜243Kの温度および1atmの圧力に保持して天然ガスまたはメタンガスと氷とに分解するハイドレート分解方法に関する。 The invention according to claim 1 relates to a hydrate decomposition method in which a hydrate of natural gas or methane gas is maintained in a pressure vessel at a temperature of 173 to 243 K and a pressure of 1 atm to decompose into natural gas or methane gas and ice .

ハイドレートを、氷とハイドレート形成ガスとに分解する温度および圧力の領域である分解領域に保持した場合は、ハイドレートは、表層から分解が始まり、ハイドレート形成ガスを放出して氷に変化する。   When the hydrate is held in the decomposition region, which is a region of temperature and pressure that decomposes into ice and hydrate-forming gas, the hydrate begins to decompose from the surface layer and releases hydrate-forming gas into ice. To do.

しかし、初期にある程度分解すると、ハイドレートは分解生成物である氷で表面が覆われることにより、内部のハイドレートが保護されて分解速度が遅くなる性質がある。これを自己保存効果と称する。   However, when decomposed to some extent in the initial stage, the surface of the hydrate is covered with ice, which is a decomposition product, so that the internal hydrate is protected and the decomposition rate is slow. This is called a self-preserving effect.

本発明者等の研究によると、温度が258K(−15℃)〜243K(−30℃)のときは初期の分解量が少なく、その後の分解速度が極めて遅くなり、安定な状態になる。特に、温度が253K(−20℃)〜243K(−30℃)の範囲の安定性が高い。これを準安定領域という。   According to the study by the present inventors, when the temperature is 258 K (−15 ° C.) to 243 K (−30 ° C.), the initial decomposition amount is small, the subsequent decomposition rate becomes extremely slow, and a stable state is obtained. In particular, the stability is high when the temperature is in the range of 253 K (−20 ° C.) to 243 K (−30 ° C.). This is called a metastable region.

しかし、今回、本発明者等は、ハイドレートが準安定状態にある準安定温度243K(−30℃)〜253K(−20℃)よりも低い温度では却って分解速度が増大し、特に233K(−40℃)以下の温度で分解が急速に起こり、208K(−65℃)付近で分解速度が最大になることを見出して本発明のハイドレート分解方法を想到するに至った。   However, at this time, the present inventors have increased the decomposition rate at a temperature lower than the metastable temperature 243 K (−30 ° C.) to 253 K (−20 ° C.) in which the hydrate is in a metastable state. Decomposition occurred rapidly at a temperature of 40 ° C. or less, and the decomposition rate was maximized around 208 K (−65 ° C.), leading to the hydrate decomposition method of the present invention.

前記ハイドレート分解方法によれば、ハイドレートは、直接、氷とハイドレート形成ガスとに分解するから、生成した氷を、ハイドレートを分解するときの冷熱で冷却することにより、前記冷熱を効率よく回収できる。   According to the hydrate decomposition method, since hydrate is directly decomposed into ice and hydrate-forming gas, the generated heat is efficiently cooled by cooling the generated ice with the cold heat used to decompose the hydrate. Can be recovered well.

また、分解時の冷熱は、150kJ/kgfと、ハイドレートを水とハイドレートとに分解する場合の440kJ/kgfに比較して格段に小さい。また、208K(−65℃)までは温度が低くなればなる程ハイドレートの分解速度が増加するから、前記冷熱を、ハイドレートの分解を促進するのに利用できる。したがって、外界から供給する熱は僅かまたは0でよく、分解装置に侵入する熱だけで分解を促進させることができるので、特別な加熱によって分解装置を加熱する必要がない。故に、ハイドレートを水とハイドレート形成ガスとに分解する場合に比較して遥かに少ないエネルギーでハイドレート形成ガスを取り出すことができる。   Moreover, the cooling heat at the time of decomposition | disassembly is remarkably small compared with 440 kJ / kgf at the time of decomposing | disassembling a hydrate into water and a hydrate with 150 kJ / kgf. In addition, since the hydrate decomposition rate increases as the temperature decreases up to 208K (−65 ° C.), the cold can be used to promote the hydrate decomposition. Accordingly, the heat supplied from the outside world may be little or zero, and the decomposition can be promoted only by the heat entering the decomposition apparatus, so that it is not necessary to heat the decomposition apparatus by special heating. Therefore, the hydrate-forming gas can be taken out with much less energy than when hydrate is decomposed into water and hydrate-forming gas.

たとえば0.1013MPa(1atm)での天然ガスハイドレートの準安定温度は約248K(−25℃)であり、平衡温度は約173K(−100℃)であるから、前記ハイドレート分解方法で天然ガスハイドレートを分解するときは、248K(−25℃)より低く、173K(−100℃)より高い温度に保持すればよい。   For example, the metastable temperature of natural gas hydrate at 0.1013 MPa (1 atm) is about 248 K (−25 ° C.), and the equilibrium temperature is about 173 K (−100 ° C.). When the hydrate is decomposed, it may be kept at a temperature lower than 248K (−25 ° C.) and higher than 173K (−100 ° C.).

ハイドレート形成ガスとしては、天然ガスおよびメタンガスが挙げられる。 Examples of the hydrate forming gas include natural gas and methane gas.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のハイドレート分解方法において、ハイドレートを198〜223Kの温度に保持するハイドレート分解方法に関する。 The invention according to claim 2 relates to the hydrate decomposition method according to claim 1, wherein the hydrate is maintained at a temperature of 198 to 223K.

本発明者等の検討によれば、メタンハイドレートは、233K(−40℃)以下の温度で分解が急速になり、208K(−65℃)前後で最も分解が盛んになる。   According to the study by the present inventors, methane hydrate decomposes rapidly at a temperature of 233 K (−40 ° C.) or less, and becomes most active at around 208 K (−65 ° C.).

前記ハイドレート分解方法においては、前記範囲の温度でハイドレートの分解を行っているので、ハイドレートを効率よく氷とハイドレート形成ガスとに分解できる。   In the hydrate decomposition method, hydrate is decomposed at a temperature in the above range, so that the hydrate can be efficiently decomposed into ice and hydrate-forming gas.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のハイドレート分解方法によって得られた氷と、ハイドレート形成ガスとを、所定の温度、および前記温度における平衡圧よりも高い圧力下で接触させることを特徴とするハイドレート生成方法に関する。 According to a third aspect of the present invention, the ice obtained by the hydrate decomposition method according to the first or second aspect and the hydrate-forming gas are subjected to a predetermined temperature and a pressure higher than the equilibrium pressure at the temperature. It is related with the hydrate production | generation method characterized by making it contact with.

請求項1または2のハイドレート分解方法で得られた氷は、多孔質であると考えられる。また、ハイドレートが分解する際の冷熱で173K(−100℃)程度まで冷却することができる。したがって、前記ハイドレート生成方法によれは、水の代りに氷を用いているにも係らず、高速でハイドレート化が可能であるのみならず、ハイドレート化によって生じる反応熱は氷の有する冷熱によって吸収される故に、氷およびハイドレート形成ガスの供給速度および系内の圧力を調節することにより、反応タンクを冷却することなく、ハイドレートを生成させることができる。したがってエネルギー消費を大幅に減らすことができる。 The ice obtained by the hydrate decomposition method according to claim 1 or 2 is considered to be porous. Moreover, it can cool to about 173K (-100 degreeC) with the cold heat at the time of hydrate decomposition | disassembly. Therefore, according to the hydrate generation method, although ice is used instead of water, not only can the hydrate be formed at a high speed, but the reaction heat generated by the hydrate conversion is the cold heat of ice. By adjusting the supply rate of ice and hydrate forming gas and the pressure in the system, hydrate can be generated without cooling the reaction tank. Therefore, energy consumption can be greatly reduced.

また、氷をあたらに製造する必要がない。また、原料の氷が予めペレット状に形成されていれば、輸送中に破損した分(全体の1%程度と考えられる。)を補充すればよいから、従来の水とハイドレート形成ガスとからハイドレートを製造する場合に比較してペレット化に要するエネルギーは大幅に節約でき、また、ペレット化装置も小容量のものでよい。   Moreover, there is no need to manufacture ice. In addition, if the raw material ice is formed in a pellet shape in advance, it is sufficient to replenish the portion damaged during transportation (considered to be about 1% of the total), so conventional water and hydrate forming gas are used. Compared with the case of producing hydrate, the energy required for pelletization can be greatly saved, and the pelletizing apparatus can be of a small capacity.

以上説明したように本発明によれば、ハイドレートを分解する際に外部から供給するエネルギーの量を大幅に減らせ、しかも分解熱を回収するための熱回収装置が不要なハイドレート分解方法、および冷熱源が不要なハイドレート生成方法が提供される。   As described above, according to the present invention, when the hydrate is decomposed, the amount of energy supplied from the outside can be greatly reduced, and a heat recovery device for recovering the decomposition heat is not required, and A method for producing a hydrate that does not require a cold heat source is provided.

1.実施形態1   1. Embodiment 1

本発明のハイドレート分解方法に使用されるハイドレート分解装置の例を図1に示す。   An example of a hydrate decomposition apparatus used in the hydrate decomposition method of the present invention is shown in FIG.

図1に示すように、ハイドレート分解装置100は、天然ガスのハイドレート(以下、「NGH」と略す。)が収納されている圧力容器2と、圧力容器2に設けられた天然ガス取出ライン4に着脱可能に設けられたガス配送ライン6と、圧力容器2を分解温度まで予冷する予冷ジャケット8とを備える。ガス配送ライン6には、天然ガスを需要家に供給するのに必要な圧力まで昇圧するコンプレッサ10が介装されている。   As shown in FIG. 1, a hydrate decomposition apparatus 100 includes a pressure vessel 2 in which natural gas hydrate (hereinafter abbreviated as “NGH”) is stored, and a natural gas extraction line provided in the pressure vessel 2. 4 includes a gas delivery line 6 detachably provided, and a precooling jacket 8 for precooling the pressure vessel 2 to a decomposition temperature. The gas delivery line 6 is provided with a compressor 10 for increasing the pressure to a pressure necessary for supplying natural gas to consumers.

分解装置100で分解するNGHは、圧力容器2ごと専用船で生産地から運搬することができる。また、NGHは、図3に示すように0.101325MPa(1atm)において253K(−20℃)〜243K(−30℃)の範囲に準安定領域があり、図4に示すように、準安定領域においては、分解速度は、1〜3×10-6(%/s)と極めて小さいから、NGHの輸送と貯蔵とは、ガス取出しライン4を閉め切った状態で圧力容器2を253K(−20℃)〜243K(−30℃)の温度に保持して行なうのが好ましい。 NGH to be decomposed by the decomposition apparatus 100 can be transported from the production site by a dedicated ship together with the pressure vessel 2. Further, NGH has a metastable region in the range of 253 K (−20 ° C.) to 243 K (−30 ° C.) at 0.101325 MPa (1 atm) as shown in FIG. 3, and as shown in FIG. , The decomposition rate is as small as 1 to 3 × 10 −6 (% / s). Therefore, the transport and storage of NGH is performed by placing the pressure vessel 2 at 253 K (−20 ° C.) with the gas extraction line 4 closed. ) To 243K (-30 ° C).

消費地でNGHを分解するには、図1に示すように、圧力容器2の底部に予冷ジャケット8を装着し、予冷ジャケット8に冷媒を流通させて圧力容器2の内部を−65℃まで予冷する。圧力容器2の内部の温度が−233K(−40℃)以下になると図4に示すようにNGHの分解速度が急増し、208K(−65℃)で1〜2×10-3(%/s)で最大値に達する。 In order to decompose NGH in the consumption area, as shown in FIG. 1, a pre-cooling jacket 8 is attached to the bottom of the pressure vessel 2 and the refrigerant is circulated through the pre-cooling jacket 8 to pre-cool the inside of the pressure vessel 2 to −65 ° C. To do. Degradation rate of NGH, as shown in FIG. 4 increases rapidly when the temperature inside the pressure vessel 2 is below -233K (-40 ℃), 208K at (-65 ℃) 1~2 × 10 -3 (% / s ) To reach the maximum value.

圧力容器2の内部が充分冷却されると、NGHの分解が盛んになり、NGHが分解するときの冷熱だけで圧力容器2の内部が−65℃前後に維持できるから、予冷ジャケット8での冷却を停止する。   When the inside of the pressure vessel 2 is sufficiently cooled, the decomposition of NGH becomes active, and the inside of the pressure vessel 2 can be maintained at around −65 ° C. only by the cooling heat when NGH is decomposed. To stop.

予冷ジャケット8による冷却を停止した後は、外界から圧力容器2の内部に侵入する熱によってNGHの分解が継続する。   After the cooling by the precooling jacket 8 is stopped, the decomposition of NGH is continued by the heat entering the inside of the pressure vessel 2 from the outside.

NGHの分解が進行すると、圧力容器2内部のNGHはその殆どが氷に変化すると同時に、分解時の冷熱で−100℃(173K)程度まで冷却される。   As the decomposition of NGH proceeds, most of the NGH in the pressure vessel 2 is changed to ice, and at the same time, it is cooled to about −100 ° C. (173 K) by the cold heat during decomposition.

このようにして得られた冷熱は、NGHの分解によって得られた氷を天然ガスと接触させてNGH化するときに生じる生成熱を除去するのに使用できる。   The cold heat thus obtained can be used to remove the heat generated when the ice obtained by NGH decomposition is brought into contact with natural gas to become NGH.

NGHの分解によって得られた氷をNGH化する操作としては、たとえば、NGHの分解が修了した圧力容器2を、−65〜−100℃に保持した状態で、天然ガス取出しライン4を天然ガス供給源に接続し、圧力容器2の内部を、氷をNGH化するのに必要な圧力に保持する操作が挙げられる。   As an operation for converting the ice obtained by the decomposition of NGH into NGH, for example, the natural gas supply line 4 is supplied to the natural gas supply line 4 while the pressure vessel 2 that has completed the decomposition of NGH is held at −65 to −100 ° C. An operation of connecting to a source and maintaining the inside of the pressure vessel 2 at a pressure necessary for converting the ice into NGH is mentioned.

実施形態1のハイドレート分解装置100は、予冷後は特に冷却の必要がないので、NGHを分解するときのエネルギー消費量を大幅に減らすことができる。   Since the hydrate decomposition apparatus 100 of Embodiment 1 does not require cooling after pre-cooling, the energy consumption when decomposing NGH can be significantly reduced.

また、NGHを分解するときに生じた冷熱を、圧力容器2内部の氷を再びNGH化するときの冷熱源として利用することにより、システム全体として大幅な省エネルギーを達成することができる。   Further, by using the cold generated when NGH is decomposed as a cold heat source when the ice inside the pressure vessel 2 is converted to NGH again, significant energy saving can be achieved as the entire system.

更に、圧力容器2内部に生成した氷を、そのまま天然ガスと接触させてNGH化しているから、水を氷にするための冷熱(330kJ/kgf)が不要になる。したがって、その点でも省エネルギーである。   Furthermore, since the ice produced in the pressure vessel 2 is directly brought into contact with natural gas to form NGH, cold heat (330 kJ / kgf) for converting the water into ice becomes unnecessary. Therefore, it is also energy saving in that respect.

2.実施形態2   2. Embodiment 2

本発明のハイドレート分解方法に使用されるハイドレート分解装置の別の例を図2に示す。   Another example of the hydrate decomposition apparatus used in the hydrate decomposition method of the present invention is shown in FIG.

ハイドレート分解装置102は、連続型のハイドレート分解装置であって、図2に示すように、分解すべきNGHが供給される原料ホッパ12と、原料ホッパ12の下方に位置する分解槽14と、分解槽14の下方に位置する氷貯槽16とを備える。   The hydrate decomposition apparatus 102 is a continuous hydrate decomposition apparatus, and as shown in FIG. 2, a raw material hopper 12 to which NGH to be decomposed is supplied, and a decomposition tank 14 positioned below the raw material hopper 12 And an ice storage tank 16 positioned below the decomposition tank 14.

分解槽14には、内部を予冷するための予冷ジャケット15、内部の圧力を検出する圧力計26、分解槽14内部の温度を検出する温度計28、30、32が設けられている。温度計28は、分解槽14上部の温度を検出する温度計であり、温度計30は、分解槽14中央部の温度を検出する温度計である。そして、温度計32は、分解槽14下部の温度を検出する温度計である。分解槽14には更に、NGHが分解して生成した天然ガスを需要家に配送するガス配送ライン34が設けられている。ガス配送ライン34には、コンプレッサ36が介装されている。   The decomposition tank 14 is provided with a pre-cooling jacket 15 for pre-cooling the inside, a pressure gauge 26 for detecting the internal pressure, and thermometers 28, 30 and 32 for detecting the temperature inside the decomposition tank 14. The thermometer 28 is a thermometer that detects the temperature of the upper part of the decomposition tank 14, and the thermometer 30 is a thermometer that detects the temperature of the central part of the decomposition tank 14. And the thermometer 32 is a thermometer which detects the temperature of the decomposition tank 14 lower part. The decomposition tank 14 is further provided with a gas delivery line 34 for delivering natural gas produced by NGH decomposition to consumers. A compressor 36 is interposed in the gas delivery line 34.

原料ホッパ12と氷貯槽14との間には、原料ホッパ12中のNGHを分解槽14に供給するロータリーバルブ18が設けられ、分解槽14と氷貯槽16との間には、分解槽14でNGHが分解して生成した氷の粒子を氷貯槽16に落下させるロータリーバルブ20が設けられている。   A rotary valve 18 for supplying NGH in the raw material hopper 12 to the decomposition tank 14 is provided between the raw material hopper 12 and the ice storage tank 14, and the decomposition tank 14 is provided between the decomposition tank 14 and the ice storage tank 16. A rotary valve 20 is provided for dropping ice particles generated by the decomposition of NGH into the ice storage tank 16.

ロータリーバルブ18は、原料ホッパ12と分解槽14とを連通する原料供給管路22の途中に形成された膨出部23に嵌装されて矢印aの方向に回転する円柱状の弁体19を有する。弁体19は、膨出部23に対して気密に形成され、弁体19の外周部には、4個の凹陥部19Aが等間隔に形成されている。   The rotary valve 18 includes a cylindrical valve body 19 that is fitted in a bulging portion 23 formed in the middle of a raw material supply pipe 22 that communicates the raw material hopper 12 and the decomposition tank 14 and rotates in the direction of arrow a. Have. The valve body 19 is formed airtight with respect to the bulging portion 23, and four recessed portions 19 </ b> A are formed at equal intervals on the outer peripheral portion of the valve body 19.

同様に、ロータリーバルブ20は、分解槽14と氷貯槽16を連通する氷排出管路24の途中に形成された膨出部25に嵌装されて矢印bの方向に回転する円柱状の弁体21を有する。弁体21は、膨出部25に対して気密に形成され、弁体21の外周部には、4個の凹陥部21Aが等間隔に形成されている。   Similarly, the rotary valve 20 is a cylindrical valve body that is fitted into a bulging portion 25 formed in the middle of an ice discharge pipe 24 that communicates the decomposition tank 14 and the ice storage tank 16 and rotates in the direction of arrow b. 21. The valve body 21 is formed airtight with respect to the bulging portion 25, and four recessed portions 21 </ b> A are formed at equal intervals on the outer peripheral portion of the valve body 21.

なお、氷貯槽16は、氷排出管路24の下端部において着脱可能に形成されている。   The ice storage tank 16 is detachably formed at the lower end of the ice discharge conduit 24.

以下、ハイドレート分解装置102の作用について説明する。   Hereinafter, the operation of the hydrate decomposition apparatus 102 will be described.

分解すべきペレット状のNGHが前工程から原料ホッパ12に供給される。ここで、ロータリーバルブ18を回転させると、原料ホッパ12内のNGHは、上方を向いた凹陥部19Aに落下し、弁体19が180度回転してこの凹陥部19Aが下方を向いたところで凹陥部19A内のNGHは分解槽14内に落下する。   Pellet NGH to be decomposed is supplied to the raw material hopper 12 from the previous step. Here, when the rotary valve 18 is rotated, the NGH in the raw material hopper 12 falls to the concave portion 19A facing upward, and the concave portion 19A rotates 180 degrees so that the concave portion 19A faces downward. NGH in the part 19A falls into the decomposition tank.

ここで、分解槽14は、運転開始時において予冷ジャケット15で冷却される。冷却が進行し、分解槽14中央部の壁面の温度が208K(−65℃)に近付くと、壁面近傍のNGHが盛んに分解するようになり、周囲から分解熱150kJ/kgfを奪いながらNGH自身は分解を続ける。これにより、分解槽14の中心部付近まで冷却されるから、分解槽14内部全体でNGHが盛んに分解するようになる。   Here, the decomposition tank 14 is cooled by the pre-cooling jacket 15 at the start of operation. As cooling progresses and the temperature of the wall surface at the center of the decomposition tank 14 approaches 208 K (−65 ° C.), NGH near the wall surface is actively decomposed, and NGH itself while taking heat of decomposition 150 kJ / kgf from the surroundings Continues to disassemble. Thereby, since it cools to the center part vicinity of the decomposition tank 14, NGH comes to decompose | disassemble actively in the decomposition tank 14 whole.

分解槽14でNGHが分解して生成した氷は、ロータリーバルブ22を回転させることにより、氷貯槽16に落下する。   The ice produced by the decomposition of NGH in the decomposition tank 14 falls into the ice storage tank 16 by rotating the rotary valve 22.

分解層14の上部においては、原料ホッパ12から温度の高いNGHが供給されることにより、温度が上昇する。NGHは、分解層14内を下降するにつれ、分解反応による吸熱で冷却されて温度が低下する。   In the upper part of the decomposition layer 14, the temperature rises when NGH having a high temperature is supplied from the raw material hopper 12. As NGH descends in the decomposition layer 14, it is cooled by heat absorption due to the decomposition reaction, and the temperature decreases.

したがって、ロータリーバルブ18およびロータリーバルブ20の回転数を調節してNGHの供給量および氷の排出量を制御することにより、分解層14中央部の内部を208K(−65℃)に制御できるが、NGHの供給および氷の排出だけで温度を制御できない場合は、必要に応じてヒータや予冷ジャケット15による温度制御を追加してもよい。   Therefore, by adjusting the number of rotations of the rotary valve 18 and the rotary valve 20 to control the supply amount of NGH and the discharge amount of ice, the inside of the central portion of the decomposition layer 14 can be controlled to 208K (−65 ° C.). If the temperature cannot be controlled only by supplying NGH and discharging ice, temperature control using a heater or precooling jacket 15 may be added as necessary.

分解層14の中央部から下部に進む過程においても未分解のNGHが分解を継続することにより、NGHは更に冷却される。これにより、氷貯槽12で回収される氷は−100℃まで冷却されるから、冷熱がより効果的に回収される。   Even in the process of proceeding from the central portion to the lower portion of the decomposition layer 14, the undecomposed NGH continues to decompose, whereby the NGH is further cooled. Thereby, since the ice collect | recovered with the ice storage tank 12 is cooled to -100 degreeC, cold heat is collect | recovered more effectively.

分解温度を−5℃(268K)〜−115℃(158K)の範囲で変化させたときのメタンハイドレートの分解速度の変化について調べた。メタンハイドレートとしては、ゲスト分子包蔵率約80%のメタンハイドレートの直径2cmのペレット3gを使用した。前記メタンハイドレートを密閉容器に装入し、前記密閉容器を所定の分解温度に保持して前記密閉容器から放出されたメタンガスの放出重量を測定し、以下の式メタンハイドレートのゲスト分子包蔵率を求めた。   The change in the decomposition rate of methane hydrate when the decomposition temperature was changed in the range of −5 ° C. (268K) to −115 ° C. (158K) was examined. As the methane hydrate, 3 g of methane hydrate pellets having a diameter of 2 cm and a guest molecule inclusion rate of about 80% were used. The methane hydrate was charged into a sealed container, the release weight of methane gas released from the sealed container was measured while maintaining the sealed container at a predetermined decomposition temperature, and the guest molecule inclusion rate of the following formula methane hydrate Asked.

ゲスト分子包蔵率(%)=(w1−w2)×(5.75×18)/(16×w2)
w1:試料重量(g)
w2:試料完全分解後の残水重量(g)
Guest molecule inclusion rate (%) = (w1-w2) × (5.75 × 18) / (16 × w2)
w1: Sample weight (g)
w2: Weight of residual water after complete sample decomposition (g)

結果を図5〜図7に示す。 The results are shown in FIGS.

図5〜図7のグラフの傾きをとることにより求めた貯蔵温度と分解速度との関係を図4に示す。   FIG. 4 shows the relationship between the storage temperature and the decomposition rate obtained by taking the slopes of the graphs of FIGS.

図4から明らかなように、メタンハイドレートは、貯蔵温度が273K(0℃)から253K(−20℃)までは温度が低下すると分解速度も低下する。分解速度は、253K(−20℃)から243K(−30℃)付近の範囲で最低となる。分解速度は、1〜3×10-6(%/s)と極めて小さい。 As is apparent from FIG. 4, methane hydrate has a decomposition rate that decreases as the temperature decreases from 273 K (0 ° C.) to 253 K (−20 ° C.). The decomposition rate is lowest in the range from 253K (−20 ° C.) to 243K (−30 ° C.). The decomposition rate is as extremely low as 1 to 3 × 10 −6 (% / s).

更に温度が下がると、233K(−40℃)付近までは分解温度が微増する。したがって、ここでは比較的安定性の高い(分解速度の遅い)領域である。特に安定衛の高い243K(−30℃)〜253K(−20℃)を準安定領域と呼ぶ。   When the temperature further decreases, the decomposition temperature slightly increases up to around 233 K (−40 ° C.). Therefore, it is a region with relatively high stability (slow decomposition rate) here. Particularly, 243K (−30 ° C.) to 253K (−20 ° C.) having a high stability is called a metastable region.

233K(−40℃)以下に貯蔵温度が下がると、メタンハイドレートの分解速度は急増し、208K(−65℃)付近で最大値をとる。このときの分解速度は1×10-3(%/s)以上となり、準安定領域の1000倍以上の分解速度が得られる。 When the storage temperature falls below 233 K (−40 ° C.), the decomposition rate of methane hydrate increases rapidly, and reaches a maximum value near 208 K (−65 ° C.). The decomposition rate at this time is 1 × 10 −3 (% / s) or more, and a decomposition rate of 1000 times or more of the metastable region can be obtained.

208K(−65℃)以下に温度が下がると再び分解速度が小さくなるが、173K(−100℃)までは分解速度が1×10-5(%/s)以上である。 When the temperature falls below 208K (−65 ° C.), the decomposition rate decreases again. However, the decomposition rate is 1 × 10 −5 (% / s) or more up to 173K (−100 ° C.).

そして、更に温度が低下して168K(−105℃)以下になると、メタンハイドレートの平衡状態にある平衡温度に入ることになり、分解速度は殆ど0となった。   When the temperature further decreased to 168 K (−105 ° C.) or less, the methane hydrate entered an equilibrium temperature in an equilibrium state, and the decomposition rate was almost zero.

これらの結果から、メタンハイドレートの分解温度は、−30℃(243K)〜―100℃(173K)の範囲が好ましく、223K(−50℃)〜198K(−75℃)の範囲が特に好ましいことが判る。   From these results, the decomposition temperature of methane hydrate is preferably in the range of -30 ° C (243K) to -100 ° C (173K), and particularly preferably in the range of 223K (-50 ° C) to 198K (-75 ° C). I understand.

図1は、本発明のハイドレート分解方法に使用されるハイドレート分解装置の一例の概略を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an example of a hydrate decomposition apparatus used in the hydrate decomposition method of the present invention. 図2は、本発明のハイドレート分解方法に使用されるハイドレート分解装置の別の例の概略を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an outline of another example of the hydrate decomposition apparatus used in the hydrate decomposition method of the present invention. 図3は、メタンハイドレートの相図である。FIG. 3 is a phase diagram of methane hydrate. 図4は、メタンハイドレートの分解速度と温度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the decomposition rate of methane hydrate and temperature. 図5は、種々の分解温度でメタンハイドレートを分解したときの、時間とメタンハイドレートのゲスト分子包蔵率との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between time and guest molecule inclusion rate of methane hydrate when methane hydrate is decomposed at various decomposition temperatures. 図6は、種々の分解温度でメタンハイドレートを分解したときの、時間とメタンハイドレートのゲスト分子包蔵率との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between time and guest molecule inclusion rate of methane hydrate when methane hydrate is decomposed at various decomposition temperatures. 図7は、種々の分解温度でメタンハイドレートを分解したときの、時間とメタンハイドレートのゲスト分子包蔵率との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between time and guest molecule inclusion rate of methane hydrate when methane hydrate is decomposed at various decomposition temperatures.

符号の説明Explanation of symbols

2 圧力容器
4 天然ガス取出しライン
6 ガス配送ライン
8 予冷ジャケット
10 コンプレッサ
2 Pressure Vessel 4 Natural Gas Extraction Line 6 Gas Distribution Line 8 Precooling Jacket 10 Compressor

Claims (3)

天然ガスまたはメタンガスのハイドレートを圧力容器へ投入し、173〜243Kの温度および1atmの圧力に保持して天然ガスまたはメタンガスと氷とに分解するハイドレート分解方法。A hydrate decomposition method in which a hydrate of natural gas or methane gas is charged into a pressure vessel and is maintained at a temperature of 173 to 243 K and a pressure of 1 atm to decompose into natural gas or methane gas and ice. 前記ハイドレートを198〜223Kの温度に保持する請求項1に記載のハイドレート分解方法。The hydrate decomposition method according to claim 1, wherein the hydrate is maintained at a temperature of 198 to 223K. 請求項1または2に記載のハイドレート分解方法によって得られた氷と、天然ガスまたはメタンガスとを、173K以下の温度、および前記温度における平衡圧よりも高い圧力下で接触させることを特徴とするハイドレート生成方法。 The ice obtained by the hydrate decomposition method according to claim 1 or 2 is contacted with natural gas or methane gas under a temperature of 173 K or lower and a pressure higher than an equilibrium pressure at the temperature. Hydrate generation method.
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