JP4817606B2 - ガスハイドレートの再ガス化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレートの再ガス化装置に関する。

ガスハイドレートは、水分子の作る籠の中にガスを取り込んでなる固体として安定な水和物であり、取り込まれたガスがメタンの場合はメタンハイドレート、天然ガス（通常、メタンを主成分とした混合ガス）の場合は天然ガスハイドレートと呼ばれている。天然ガスハイドレートは、低温高圧の下で安定し、常温常圧の下で不安定になるため、陸上では永久凍土地域、海域では水深５００ｍ以深の海底下に存在することが確認され、有望な天然ガス資源として注目されている。

一方で、ガスハイドレートは、その構造中に大量のガスを貯蔵でき、かつ、−１０数℃、大気圧で輸送、貯蔵することができることから、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を工業的に生産し、液化天然ガス（ＬＮＧ）に代わる天然ガスの輸送や貯蔵の手段として利用する研究が進められている。

ガスハイドレートを利用する場合、一般に、ガス化容器内にガスハイドレートと加熱媒体としての温水を供給し、ガスハイドレートを加熱分解してガスを取り出す、いわゆる再ガス化が行われる。（例えば、特許文献１参照）。これによれば、ガス化容器内で生成されたガスと温水を気液分離器に導いて分離し、この気液分離器からガスを取り出すとともに、温水はポンプで抜き出して加熱した後に再びガス化容器に戻すように構成している。

特開２００１−２７９２８１号公報（第１図、第２−４頁参照）

しかし、上記の特許文献１に記載された従来技術によれば、ガス化容器の他に気液分離器が必要になるとともに、横型円筒のガス化容器を回転させながらガスハイドレートと温水とを攪拌するようにしていることから、装置が複雑になるという問題がある。

そこで、ガス化容器を固定式にして、容器内のガスハイドレートと温水とを例えば、攪拌機などで攪拌し、容器頂部からガスを取り出すとともに、容器の底部から循環水ポンプで温水を抜き出して循環させることが考えられる。

しかし、攪拌機により攪拌された多くの気泡を含む循環水が循環ポンプに流入してポンプに悪影響を及ぼすおそれがある。また、循環水の一部を生成水として抜き出すと、この生成水に多くのガスが混入してしまうことになる。

本発明は、固定式のガス化容器によりガスハイドレートが投入された水を攪拌してガスハイドレートをガス化しながら、ガス化容器の水を循環するにあたり、循環水に混入するガスの気泡を低減することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスハイドレートの再ガス化装置は、ガスハイドレートと水が供給され頂部にガスの排出口を有するガス化容器と、このガス化容器内の水を攪拌する攪拌機と、このガス化容器の底部に設けられた抜出口から水を抜き出してガス化容器の上部に戻す循環水ポンプと、ガス化容器内の水および／又はガス化容器の上部に戻される循環水を加熱する加熱器とを備え、ガス化容器内に抜出口に臨ませてじゃま板を設けたことを特徴とする。

この構成によれば、攪拌機によりガス化容器内で水とガスハイドレートを攪拌することで、ガス化が促進されるとともに、ガスの気泡の凝集により気液分離が促進され、容器頂部からガスを取り出すことができる。この場合、攪拌されることにより多くの気泡が含まれた水が直接抜出口に流入すると、気泡によりポンプに悪影響が生じるが、抜出口に直接流入する流れをじゃま板で遮ることができるので気泡がポンプに流入するのを低減できる。ここで、攪拌機は、ガス化容器内の水を攪拌する回転羽根を用いることができる。

また、加熱器として、熱交換器を用いることができ、この熱交換器は、ガス化容器内あるいは循環水ポンプの吐出側流路に配設することができる。熱交換器をガス化容器内に配設するものは、ガス化容器を縦型円筒状に形成し、円筒状の熱交換器をガス化容器の胴部に同心状に設ける構成にできる。この場合において、熱交換器は、内筒と外筒の両端を閉塞板で塞いで形成された空間を有し、上下の閉塞板を貫通させて複数の伝熱管が設けられ、空間に熱媒の流出入口が連通されてなり、内筒内に回転羽根が配置され、内筒内の循環水を下方に流動させる構成にすることができる。これによれば、攪拌機による下降流は、じゃま板の上面に衝突して下降が妨げられて直接抜出口に流入することを抑制できる。いずれの場合においても、じゃま板は笠状に形成して突出側を下に向けて配置するのが好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明のガスハイドレートの再ガス化装置の一実施形態を示す断面図である。本実施形態で使用するガスハイドレートは、例えば、天然ガスハイドレートやメタンガスハイドレートなどを用いることができる。また、本実施形態では、ガスハイドレートを加熱するための循環水として、例えば水を用いる。

図１に示すように、ガス化槽として設けられた容器１は、例えば、縦型円筒状に形成され、内部に破砕機２、加熱器である円筒状の熱交換器３、および攪拌機７を備えて構成されている。

破砕機２は、籠２１と籠２１内に配置された破砕羽根２３とを備えて構成されている。籠２１は、例えば、網目（例えば、目が１〜２ｍｍ）状の部材で形成され、破砕羽根２３は、容器１の頂部を挿通して垂下する回転軸２５に連結されている。回転軸２５は、図示していない回転駆動装置に連結されている。籠２１の上方の容器１頂部にノズル２７が設けられ、籠２１に図示していない供給装置からガスハイドレート（例えば、粒径２０〜５０ｍｍ）が投入されるようになっている。

籠２１の上方の容器１頂部に水を供給するノズル１７が設けられ、容器１の底部に水の抜出口１１が設けられている。抜出口１１には、循環水ポンプ１３の吸引側が連結され、循環水ポンプ１３の吐出側は補助熱交換器１５を介してノズル１７に連結されている。ノズル１７の先端に、例えば、容器１と同心状の中空リング１８が連結され、この中空リング１８には複数の小孔が形成されている。複数の小孔は、水９を容器１の内壁や籠２１に向けて放出するように形成されている。

熱交換器３は、容器１の胴部と同心に配置された内筒３１と外筒３３を有している。内筒３１の上端と外筒３３の上端、および内筒３１の下端と外筒３３の下端は、全周にわたって閉塞板３５、３６で連結され、これにより内筒３１、外筒３３、閉塞板３５、３６で囲まれた空間３７が形成されている。内筒３１と外筒３３の間に、複数の伝熱管３８が閉塞板３５、３６を貫通させて設けられている。空間３７は、熱媒４０の流入口４２と流出口４３が連結され、加熱された熱媒４０が循環されるようになっている。なお、熱交換器３の外筒３３を容器１の胴部で兼用した構成にしたが、外筒３３と容器１の胴部を別部材で構成することができる。

攪拌機７は、破砕羽根２３の回転軸２５の先端に連結された回転羽根４４を備え、回転羽根４４は、内筒３１内に配置されている。回転軸２５は、籠２１の底に形成された貫通孔２４に挿通し、下方に延在している。なお、回転軸２５を二重管で形成して破砕羽根２３と回転羽根４４をそれぞれ別々に回転してもよい。

本実施形態の特徴部のじゃま板である気泡分離板４５（バッフル）は、抜き出し部である抜出口１１に臨ませて設けられている。気泡分離板４５は、容器１底部の内径よりも小径の笠状に形成され、突出側を下に向けて配置されている。

このような本実施形態のガスハイドレートの再ガス化装置の動作について説明する。まず、容器１内に少なくとも熱交換器３が水没するように水９を張り、熱交換器３に熱媒を通流させて水９を加熱し、回転軸２５を回転させて破砕羽根２３と回転羽根４４を回転させる。これにより、ノズル２７から投入されたガスハイドレートを破砕機２で破砕されて水９中に落下し、水中に落下したガスハイドレートは、水９と接触して加熱され、いわゆる分解ガス化によってガスと水とに分離され、ガスの気泡（例えば、径が数十μｍ〜数μｍ）が生じる。水９は攪拌機７により下方に送られる。この下降流は、容器１の底部で反転し上昇して伝熱管３８を通流して循環する。これにより水９が加熱され、ガス化に必要な熱が供給される。

上述したガス化は、攪拌することによって活発化され、かつ、ガスの気泡の凝集を促進させることになる。この凝集により生じた大きな気泡は水中を上昇し、容器頂部に設けられたガスの排出口であるノズル２９から排出され、ガスの利用機器やガスを貯留するタンクなどに送られる。

一方、攪拌機７により攪拌された多くの気泡を含む水９は抜出口１１に向かって流れるが、この流れは、気泡分離板４５に遮られるから、気泡が抜出口１１に直接流入することを抑制できる。また、この流れの一部は、気泡分離板４５と容器１の内壁の隙間から下降し、抜出口１１から抜き出され、循環使用される。この循環水の一部を生成水として抜き出すことができ、これによれば、例えば、容器１内の水位を調整することができる。

このように、本実施形態によれば、気泡分離板４５によって抜出口１１から抜き出される水９に気泡が混入するのを抑制できる。特に、容器１内に、容器１内の水９を下方に流動させて攪拌する攪拌機７が設けられていると、攪拌機７による流れが抜出口１１に向かうが、この流れは気泡分離板４５に衝突するので、気泡が抜出口１１に流入するのを抑制できる。また、気泡分離板４５を、笠状に形成して突出側を下に向けて配置することで気泡分離板４５の上面に衝突した気泡が上昇し易くなるから、気泡が抜出口１１から抜き出される水９に同伴されることをさらに抑制できる。これにより、従来において気泡と水とを分離させるために必要であった、例えば、容器に十分な滞留時間を持たせる、あるいは気液分離器などのガス分離層を別途設置したり、特殊な循環ポンプを使用するなどの設備が不要になるので好ましい。

また、本実施形態では、熱交換器３と補助熱交換器１５を設けた構成について説明したが、図２に示すように、補助熱交換器１５に代えて容量の大きい熱交換器５５を設けるようにすれば、熱交換器３を省略することができる。また、図１において、補助熱交換器１５を省略することもできる。このように加熱器として熱交換器３や補助熱交換器１５を用いたが、これに代えて周知の電熱ヒータなどの加熱器を用いてもよい。

本実施形態では、じゃま板として笠状の気泡分離板４５を用いたが、じゃま板は、抜出口１１に気泡が流入するのを抑制できればよく、平板状などの種々の形状にしてよい。

本発明の一実施形態のガスハイドレートの再ガス化装置の断面図である。 図１に示す実施形態の変形例を示した断面図である。

符号の説明

１ 容器
２ 破砕機
３ 熱交換器
７ 攪拌機
９ 水
１１ 抜出口
１３ 循環水ポンプ
１５ 補助熱交換器
１７、２７、２９ ノズル
４５ 気泡分離板

Claims (5)

1. ガスハイドレートと水が供給され頂部にガスの排出口を有するガス化容器と、該ガス化容器内の水を攪拌する攪拌機と、該ガス化容器の底部に設けられた抜出口から前記水を抜き出して前記ガス化容器の上部に戻す循環水ポンプと、前記ガス化容器内の水および／又はガス化容器の上部に戻される循環水を加熱する加熱器とを備え、前記ガス化容器内に前記抜出口に臨ませてじゃま板を設けてなるガスハイドレートの再ガス化装置。
2. 前記攪拌機は、前記ガス化容器内の前記水を攪拌する回転羽根であることを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートの再ガス化装置。
3. 前記加熱器は、前記循環水ポンプの吐出側流路に設けられ、前記ガス化容器から抜き出され前記ガス化容器に戻される前記水を加熱する熱交換器であ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の再ガス化装置。
4. 前記ガス化容器は円筒縦型に形成され、前記加熱器は、前記ガス化容器の胴部に同心状に設けられ、内筒と外筒の両端を閉塞板で塞いで空間が形成され、前記上下の閉塞板を貫通させて複数の伝熱管が設けられ、前記空間に熱媒の流出入口が連通されてなり、前記攪拌機は、前記内筒内に配置され、前記内筒内の前記水を下方に流動させる回転羽根であることを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートの再ガス化装置。
5. 前記じゃま板は、笠状に形成され、突出側を下に向けて配置されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスハイドレートの再ガス化装置。

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