JP2007269874A - ガスハイドレートの移送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスハイドレートを高圧の生成工程から低圧の成形工程にその差圧を遮断しながら連続的に移送する方法と装置を提供する。
【解決手段】 高圧の製造装置Ｌ１から低圧の装置Ｌ２に、その差圧を遮断しながら連続的に移送する方法に２本のスクリュー２，３が平行に列設されたスクリュー式コンベア１を使用し、この２本のスクリュー２，３のフライト同士はスクリューに詰まるガスハイドレートを解砕する重なり合いｈ１を有しており、移送するガスハイドレートを前記高圧と低圧との差圧に対抗できる程度に圧密化してマテリアルシール状態を形成しながら移送する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、差圧のある系へのガスハイドレートを移送する方法に関するもので、高圧・低温で生成されたガスハイドレートを低圧・低温に保持されている成形機や貯槽に直接的に移送する方法を提供するものである。

一般的に天然ガスを輸送する際は、多くの場合、液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）の状態で行われている。このＬＮＧは、単位体積当たりの容積減少率が大きい（天然ガスの元の体積の１／６００）ので天然ガスの大量輸送に有利である。しかし、極低温（−１６２℃）にして製造し、この極低温に保持して輸送する必要があり、製造や輸送、そして貯蔵装置に特殊な金属を使用する必要があり、コストが高くなる。

近時、天然ガスを天然ガス水和物（天然ガスハイドレート、以下、ＮＧＨという）として輸送する方法が提案されており、このＮＧＨは単位体積当たりの容積減少率がＬＮＧに比べ小さい（天然ガスの元の体積の１／１７０）が、ＬＮＧのように極低温（−１６２℃）の液体として維持し続けるための多くの冷却エネルギーを必要としない。しかも、ＮＧＨの“自己保存効果”、つまり、ＮＧＨの分解熱でＮＧＨ表面が氷で包まれることにより、分解が抑制される効果を奏する温度（−３０〜−１０℃）に保持するだけで、大気圧下で安定的に貯蔵できる特徴があり、ガスタンクのような大型の設備が不要であるという利点がある。

このＮＧＨは、通常、粉雪状の結晶として得られるため、そのままの状態ではハンドリング性が悪く、充填密度を向上するために、球形（直径が１０〜１００ｍｍ程度）などの塊状に圧縮成型し、保管や輸送されている。

一般に、ＮＧＨは、１次生成工程と脱水工程と２次生成工程からなる高圧・低温（例えば、４〜６ＭＰａ、２〜７℃）に保持された生成工程において製造される。そして、前記生成工程から成形工程と脱圧工程を経て低圧・低温（例えば、０．１ＭＰａ（大気圧）、−３０〜−１０℃）に保持された貯槽に保管されて輸送される。この際の差圧は３．９〜５．９ＭＰａと著しく大きいものである。

そして、前記１次生成工程は耐圧容器の下方に攪拌翼と、天然ガス供給ノズルを設けた反応装置が使用されており、この反応装置に入れられた原料水を攪拌しながら天然ガスを前記ノズルからこの原料水に吹き込み、気／液接触によってＮＧＨが１０〜２０％含まれるスラリー状（氷水状）のものが得られる。

このスラリー状のＮＧＨは、長手方向中間位置の周方向に排水孔を設けた円筒状の本体と、この本体の上部に設置されたスクリュー式コンベアを有する竪型重力式脱水塔の下方より供給され、上方に移動する間に前記排水孔より含有水分が排水されて水分が５０％程度の半脱水状態のＮＧＨの中間体が得られる。この半脱水状態のＮＧＨは円筒状の本体の上部に設置されたスクリュー式コンベアによって２次生成工程に移送される。

２次生成工程は、耐圧の反応容器の下方に天然ガス噴出ノズルが設置された反応装置が使用されており、前記脱水工程よりこの反応装置に移送された半脱水状態のＮＧＨは、前記ノズルから噴出する天然ガスによって反応装置内に吹き上げられ、反応装置内を循環している間に気／液接触により水分含有量の減少したＮＧＨが得られる。

この２次生成工程で得られたＮＧＨはサラサラの粉雪のような微粉末（例えば、数十μｍ〜数ｍｍ）であり、付着し固まる性質を持っている。

この微粉末状のＮＧＨはスクリューコンベア方式等の過冷却装置に移送され、その装置内を移送されているうちに自己保存性を奏する低温（例えば、−３０〜−１０℃）にまで冷却され、脱圧工程に送給される。

脱圧工程は、供給バルブと排出バルブと放圧バルブを有する脱圧室からなる脱圧装置が使用されている。

前記冷却装置を経て冷却されたＮＧＨは、この脱圧装置内に一時的に収容され、放圧バルブが開かれて脱圧室内が４〜６ＭＰａから０．１ＭＰａ（大気圧）に減圧され、脱圧室内が大気圧となると排出バルブを開いてＮＧＨが成形工程に払出される。

そして、同様の操作が繰返されて、間歇的にＮＧＨが高圧側から低圧側に移送される。

成形工程は、例えば、一対の同径のロール対向面に半球状のポケット（成形凹部）がそれぞれ形成されたロール型圧縮成形機が使用され、ＮＧＨは両ロールの対向するポケットに入り込んで圧密化されて球形その他の形状に成形される。この成形されたＮＧＨは貯蔵タンクに移送されて保管されたり、輸送されたりする。

このような従来のＮＧＨの製造・保管の一連の工程においては、生成工程から成形工程までは連続的に処理されているが、脱圧工程は、間歇的に脱圧装置への受入れ・放圧・払出しといった操作を繰返すことが必須であり、この脱圧工程が必然的に断続的になってしまうので、結果として、著しく生産効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明者らは、ＮＧＨの生成工程の高圧（４〜６ＭＰａ）と、成形工程の低圧（０．１ＭＰａ（大気圧））との大きな差圧（３．９〜５．９ＭＰａ）を、遮断しながら連続的にＮＧＨの粉体を移送する手段としてスクリュー式コンベアを採用し、前記差圧をＮＧＨ自体によってマテリアルシールする方法を考案した。

過冷却工程を経たＮＧＨはサラサラの粉雪のような微粉末であり、思いの外、滑り性が悪く、また、相互に付着し固まる性質がある。従って、スクリュー式コンベアを使用してこの微粉末状のＮＧＨを移送すると、前記スクリュー式コンベアのバレル内壁面やスクリューの溝内にＮＧＨが固化して詰まってしまう。さらに、バレル内壁面に固着したＮＧＨが薄い氷層を形成し、これと接触するスクリューの周囲に固まったＮＧＨがスクリューと共に回転する「共回り現象」が発生することが判明した。この状態になるとスクリュー式コンベアがＮＧＨを移送することができなくなるだけにとどまらず、マテリアルシールが維持できなくなるという問題が生じた。

本発明は、前記の問題を解決するために得られたものであり、特に、過冷却工程を経て粉雪状となった微粉末ＮＧＨを貯槽等に高圧と低圧との差圧を遮断しながら連続的に移送するための方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係るガスハイドレートの移送方法は、
１）製造した状態ないしこれに近い高圧・低温の雰囲気のガスハイドレートを常圧ないしこれに近い低圧・低温の雰囲気にスクリュー式コンベアによって連続的に移送する方法において、前記スクリュー式コンベアは２本のスクリュー２，３が平行に列設され、これらの２本のスクリュー２，３のフライト２ｂ，３ｂは形状、ピッチ、および高さが同一ないし類似しており、かつ、一方のスクリュー軸２ａのフライト２ｂの間に他方のスクリュー軸３ａのフライト３ｂが互いに接触することなく入り込んで配置され、これらのスクリュー軸２ａ，３ａは同方向に同一速度で回転するようになっており、前記スクリュー式コンベアの供給口１２ａより供給されたガスハイドレートを吐出口１２ｂまでの間に前記高圧と低圧との差圧に対抗できる程度に圧密化してマテリアルシール状態を形成しながら移送することを特徴とする。

さらに前記目的を達成するための本発明に係るガスハイドレートの移送装置は、
２）製造した状態ないしこれに近い高圧・低温の雰囲気のガスハイドレートを常圧ないしこれに近い低圧・低温の雰囲気にスクリュー式コンベアによって連続的に移送する装置において、前記スクリュー式コンベアは２本のスクリュー２，３が平行に列設され、これらの２本のスクリュー２，３のフライト２ｂ，３ｂは形状、ピッチ、および高さが同一ないし類似しており、かつ、一方のスクリュー軸２ａのフライト２ｂの間に他方のスクリュー軸３ａのフライト３ｂが互いに接触することなく入り込んで配置され、これらのスクリュー軸２ａ，３ａは同方向に同一速度で回転するようになっていると共に、フライトの１ピッチ間のガスハイドレートの輸送量が次第に減少するように構成されていることを特徴とする。

本発明に係るＮＧＨの移送方法で使用した移送装置１は、一方のスクリュー軸ともう一方のスクリュー軸のフライトとの間隙でＮＧＨを粉砕するので、マテリアルシール現象を阻害する「共回り現象」が防止され、高圧と低圧との差圧を遮断しながら連続的に安定してＮＧＨを移送することができるので生産効率が大幅に向上する。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は１次生成工程から貯槽までの工程を示す概略図であり、高圧と低圧の雰囲気の差圧を遮断しながら連続的にＮＧＨを移送する移送装置の概略図でもある。
（概要）
ＮＧＨは、１次生成工程Ｐ１と脱水工程Ｐ２と２次生成工程Ｐ３からなる高圧・低温（４〜６ＭＰａ、２〜７℃）に保持されている製造装置Ｌ１で生成され、この製造装置Ｌ１より本発明に係るＮＧＨの圧力シール工程Ｐ４を介して、低圧・低温（大気圧、−３０〜−１０℃）に保持された装置Ｌ２に、差圧（３．９〜５．９ＭＰａ）を遮断しながら連続的に移送され、成形工程Ｐ５により塊状に成形されて貯槽３１に保管される。
（１次生成工程Ｐ１）
１次生成工程Ｐ１は、例えば、耐圧容器２０ｃの下方に攪拌翼２０ａと、天然ガス供給ノズル２０ｂが設けられた１次生成反応装置２０が使用されている。この装置２０は高圧・低温（４〜６ＭＰａ、２〜７℃）に保持されている。

そして、所定量の原料水ｗが満たされた１次生成反応装置２０ｃに前記ノズル２０ｂから天然ガスｇをバブリングすると共に原料水ｗを攪拌翼２０ａによって攪拌すると、気／液接触によってＮＧＨが１０〜２０％含まれるスラリー状（氷水状）のものが得られる。このＮＧＨスラリーは、スラリーポンプ２８によって脱水工程Ｐ２に圧送される。
（脱水工程Ｐ２）
この脱水工程Ｐ２は、例えば、長手方向の中間部２１ａに排水孔２１ｂが複数設けられた円筒２１ｃと、この円筒２１ｃの上部にスクリュー式コンベア２５が設置された竪型重力式脱水塔２１が使用されている。

この竪型重力式脱水塔２１の下方に押込まれたＮＧＨスラリーは、この脱水塔２１の円筒２１ｃ内を上方に移動する間に含有水分が排水孔２１ｂから排水され、含水率５０％程度の半脱水状態のＮＧＨスラリーが得られる。このＮＧＨスラリーは、脱水塔２１の上部に設置されたスクリュー式コンベア２５によって２次生成工程Ｐ３に移送される。
（２次生成工程Ｐ３）
２次生成工程Ｐ３は反応容器２２ｃの下方に天然ガス噴出ノズルが設けられた２次生成反応装置２２が使用されている。

この２次生成反応装置２２に移送された半脱水状態のＮＧＨは前記天然ガス噴出ノズル２２ａからの噴流により反応容器２２内に吹き上げられて、この装置２２内を循環している間に気／液接触により水分含有量の減少したＮＧＨが得られる。このＮＧＨは微粉末状（数十μｍ〜数ｍｍ）であり、反応装置２２に配置されたスクリュー式コンベア２６によって過冷却工程Ｐ４に連続的に移送される
（過冷却工程Ｐ４）
過冷却工程Ｐ４は、スクリューコンベア型の冷却装置１１が使用され、この装置１１に形成されたジャケットに冷媒が循環しており、移送されるＮＧＨが自己保存効果を奏する温度（−３０〜−１０℃）にまで冷却され、本発明に係る移送工程Ｐ５に連続的に移送される。
（ＮＧＨの移送工程Ｐ５）
移送工程Ｐ５は、本発明に係る移送装置１が使用されている。この移送装置１は同方向に同一速度で回転する２本のスクリュー２，３が併設されており、両スクリュー２，３のフライト２ｂ，３ｂは形状、ピッチ、高さが同一ないし類似している。そして、図２の正断面図に示す如く、一方のスクリュー軸２ａのフライト２ｂの間に他方のスクリュー軸３ａのフライト３ｂが互いに重なって配置されている。このフライトの重なり合いｈ１は、フライトの間に詰まったＮＧＨをお互いのフライトで解砕するように形成されている。

前記両フライト２ｂ，３ｂとバレル内壁面４ａとの間隙ｈ２は、バレル内壁面４ａに固着するＮＧＨを剥離するよう形成されている。

また、前記両スクリュー軸２ａ，３ａは供給口１２ａから吐出口１２ｂに向けて次第に大径となるテーパー状に形成、又はフライトのピッチが小さくなるように形成されている。また、前記吐出口１２ｂとスクリュー軸の先端との間にＮＧＨ自体を高圧にしてマテリアルシールを形成する圧力保持部５が設けられている。また、吐出口１２ｂ側にＮＧＨの吐出に抑止力を付与する抵抗発生手段が設置されている。

この抵抗発生手段は、前記吐出口１２ｂから吐出するＮＧＨを押圧する弁体９ａが設けられており、マテリアルシールの状態に応じて変化するガスの流量を測定するガス流量計Ｆが管路１７に設置されている。

そして前記２次生成反応装置２２より移送された微粉末状のＮＧＨは、移送装置１の供給口１２ａに導入され、ＮＧＨは前記両スクリュー２，３の回転と共に吐出口１２ｂ側へと移送される。そして、スクリュー軸２ａ，３ａが徐々に大径となるにつれてバレル内壁面４ａとスクリュー軸２ａ，３ａとの間隙が減少し、それに伴ってＮＧＨが圧縮されると共に該ＮＧＨ自体の圧力が上昇する。そして、弁体９ａによる吐出口１２ａの押さえでＮＧＨの吐出が抑制されて一層このＮＧＨ自体の圧力が上昇し、高圧と低圧との差圧を遮断する、すなわち、ＮＧＨ自体がプラグとして作用するマテリアルシールが圧力保持部５に形成される。

この際に、所定の流量を超えて前記管路１７内をガスが流れる場合は、前記弁体９ａの押圧力を上昇させてマテリアルシール自体にかかる圧力を上げて、ガスが高圧の製造装置Ｌ１から常圧の装置Ｌ２に流入するのを防止するので、例えば、移送装置１を駆動させた初期状態ではＮＧＨが固く詰っていないのでマテリアルシール力が不十分であるから、弁体９ａにより吐出口１２ｂは閉止されるようになっている。また、マテリアルシール形成後は、このマテリアルシールを過剰加圧しないように、管路１７内のガス流量が所定よりも減少した場合は、前記弁体９ａの押圧力を下げるようになっている。なお、ガス流量計の他に、ガス圧力計を設置し、この圧力変化に応じて弁体９ａを制御するようにすることもできる。

このようにしてマテリアルシールのシール力が調整され、かつ、このシール力を維持しながらＮＧＨが連続的に成形工程Ｐ６に移送される。
（成形工程Ｐ６、保管Ｐ７）
成形工程Ｐ６は、例えば、一対の同径のロール３０ａの対向面に半球状の凹みがそれぞれ形成されたロール成形機３０が使用され、微粉末状のＮＧＨは両ロール３０ａの対向面の凹みにより圧密化されて球形その他の塊状に成形され、連続的に貯槽３１に移送されて保管される。

上述の如く、本発明に係るＮＧＨの移送方法とその装置により、高圧の製造装置Ｌ１と、低圧の装置Ｌ２との差圧をシールしながらＮＧＨの移送が連続的となり、生産効率が大幅に向上する。また、成形工程Ｐ６が常圧で行われるので、成形装置３０の調節や運転が容易となり、さらには安全性が向上する。

次に、図３に第２の実施形態を示す。図３において、第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付す。

この移送装置１は、同方向に同一速度で回転する２本のスクリュー２，３が併設されており、両スクリュー２，３のフライト２ｂ，３ｂは形状、ピッチ、高さが同一ないし類似している。そして、図２の正断面図に示す如く、一方のスクリュー軸２ａのフライト２ｂの間に他方のスクリュー軸３ａのフライト３ｂが互いに重なって配置されている。このフライトの重なり合いｈ１は、フライトの間に詰まったＮＧＨをお互いのフライトで解砕するように形成されている。

前記両フライト２ｂ，３ｂとバレル内壁面４ａとの間隙ｈ２は、バレル内壁面４ａに固着するＮＧＨを剥離するよう形成されている。

また、前記両スクリュー軸２ａ，３ａは供給口１２ａから吐出口１２ｂに向けて次第に大径となるテーパー状に形成、又はフライトのピッチが小さくなるように形成されている。また、前記吐出口１２ｂとスクリュー軸の先端との間にＮＧＨ自体を高圧にしてマテリアルシールを形成する圧力保持部５が設けられている。

さらに、吐出口１２ｂに成形工程Ｐ６で用いられているような２本のロール面に半球状の凹みがそれぞれ形成されたロール成形機が配置されている。

そして前記２次生成反応装置２２より移送された微粉末状のＮＧＨは、移送装置１の供給口１２ａに導入され、ＮＧＨは前記両スクリュー２，３の回転と共に吐出口１２ｂ側へと移送される。そして、スクリュー軸２ａ，３ａが徐々に大径となるにつれてバレル内壁面４ａとスクリュー軸２ａ，３ａとの間隙が減少し、それに伴ってＮＧＨが圧縮されると共に該ＮＧＨ自体の圧力が上昇する。そして、吐出口１２ｂに設けられたロール成形機のロール３０ａによりＮＧＨの吐出が抑制されてＮＧＨ自体の圧力が上昇し、高圧と低圧との差圧を遮断するマテリアルシールが圧力保持部５に形成される。

この際に、所定の流量を超えて前記管路１７内をガスが流れる場合は、前記ロール３０ａの回転速度を下げてＮＧＨの吐出量を減らし、マテリアルシール自体にかかる圧力を上昇させ、ガスが高圧の製造装置Ｌ１から常圧の装置Ｌ２に流入するのを防止する。また、マテリアルシールを過剰に加圧しないように、管路１７内のガス流量が所定よりも減少した場合は、前記ロール３０ａの回転速度を上げてＮＧＨの吐出量を増やし、マテリアルシール自体にかかる圧力を下げる。なお、ガス流量計の他に、ガス圧力計を設置し、この圧力変化に応じて弁体９ａを制御するようにすることもできる。

このようにしてマテリアルシールのシール力が調整され、かつ、このシール力を維持しながらＮＧＨが連続的に貯槽３１に移送され、保管される。

上述の如く、本発明に係るＮＧＨの移送方法とその装置により、高圧の製造装置Ｌ１と、低圧の装置Ｌ２との差圧をシールしながらＮＧＨの移送が連続的となり、生産効率が大幅に向上する。また、移送装置１から吐出した直後に成形が行われるので、成形工程Ｐ６が省略される。

また、移送装置１の冷却ジャケットに冷媒を供給して、過冷却工程Ｐ４で冷却されたＮＧＨを冷却保持するようにしてもよい。

さらにまた、移送装置の吐出口にロール成形機の代わりにギアポンプを配置し、このギアポンプによる吐出口１２ｂからのＮＧＨの吐出を制限することもできる。そして、ガス流量計やガス圧力計等によりギアポンプの動作を制御することもできる。

本発明の実施形態に係る移送方法と移送装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る移送装置の正面視図である。 本発明の他の実施形態に係る移送装置の概略構成図である。

符号の説明

ｎ ＮＧＨ Ｍ モーター
Ｌ１ 生成工程 Ｌ２ 後工程
１ 移送装置 ２ スクリュー
２ａ，３ａ スクリュー軸 ２ｂ，３ｂ フライト
４ バレル ４ａ バレル内壁面

Claims (2)

1. 製造した状態ないしこれに近い高圧・低温の雰囲気のガスハイドレートを常圧ないしこれに近い低圧・低温の雰囲気にスクリュー式コンベアによって連続的に移送する方法において、
   前記スクリュー式コンベアは２本のスクリューが平行に列設され、これらの２本のスクリューは形状、ピッチ、およびフライトの高さが同一ないし類似しており、
   かつ、一方のスクリュー軸のフライトの間に他方のスクリュー軸のフライトが互いに接触することなく入り込んで配置され、これらのスクリュー軸は同方向に同一速度で駆動され、
   前記スクリュー式コンベアの供給口より供給されたガスハイドレートを吐出口までの間に前記高圧と低圧との差圧に対抗できる程度に圧密化してマテリアルシール状態を形成しながら移送することを特徴とするガスハイドレートの移送方法。
2. 製造した状態ないしこれに近い高圧・低温の雰囲気のガスハイドレートを常圧ないしこれに近い低圧・低温の雰囲気にスクリュー式コンベアによって連続的に移送する装置において、
   前記スクリュー式コンベアは２本のスクリューが平行に列設され、これらの２本のスクリューは形状、ピッチ、およびフライトの高さが同一ないし類似しており、
   かつ、一方のスクリュー軸のフライトの間に他方のスクリュー軸のフライトが互いに接触することなく入り込んで配置され、これらのスクリュー軸は同方向に同一速度で回転するようになっていると共に、フライトの１ピッチ間のガスハイドレートの輸送量が次第に減少するように構成されていることを特徴とするガスハイドレートの移送装置。

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