JP5106727B2 - ガスハイドレートスラリー脱水装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば天然ガスのような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）が含んでいる水分を除去するガスハイドレートスラリー除去装置に関する。
【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、最終製品となる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。特に天然ガスハイドレートの場合には、大気圧下で天然ガスハイドレートを貯蔵及び輸送しようとすれば、共存する水を０℃以下とする必要が生じるため、冷却の際に水を氷とするために多大なエネルギーが必要となる。
なお、スラリー状のガスハイドレートに過剰の水が存在する場合には、ガスハイドレートと水とを分離するのは困難であることが知られている。
【０００８】
このような背景から、生成したガスハイドレートの原料スラリーから効率よく水を除去（脱水）することが求められ、これを容易に実現するガスハイドレートスラリー脱水装置の開発が望まれている。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、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とし、最終製品となる固体のガスハイドレートを貯蔵及び輸送するのにかかるコストを削減するのに適したガスハイドレートスラリー脱水装置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脱水装置は、水を含むガスハイドレートの原料スラリーから水分を除去するガスハイドレートスラリー脱水装置であって、前記原料スラリーの供給を受ける原料スラリー導入口、分離した回収水を排出する回収水排出口及び回収したガスハイドレートを取り出すハイドレート排出口を備えた容器本体と、該容器本体の内部に設けた筒形スクリーン状のろ材と、該ろ材の内部に設置されて回転するとともに軸内に冷却媒体を循環させたスクリュー部と、該スクリュー部の駆動手段とを具備してなるスクリュープレス型脱水機とし、前記ろ材のハイドレード出口側となる外周部に冷却媒体を流すとともに、前記容器本体内に原料ガスを供給して、生成容器内と同等のガス組成、または、前記容器本体内の原料ガス組成中ハイドレート化しやすい成分の濃度を前記生成容器内より高く設定し、かつ、前記容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持して、前記容器本体内のガスの一部を、連続的にあるいは間欠的にパージす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脱水装置とすれば、スクリュープレス型の脱水機としたことによって、物理脱水を連続して容易に実施することが可能になる。
また、このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、スクリュー部の軸内に冷却媒体を循環させるようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制することができる。なお、好適な冷却媒体としては、冷媒や冷水などがある。
【００１１】
また、このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、ろ材の外周部に冷却媒体を流すようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制することができる。なお、好適な冷却媒体としては、冷媒や冷水などがある。
特に、冷却媒体がハイドレート出口側に流されることにより、摩擦熱が最も発生しやすいハイドレート出口側を効率よく冷却することができる。
【００１２】
さらに、容器本体内に原料ガスを供給して生成容器内と同等のガス組成とし、かつ、容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持するようにしたので、物理脱水を行っても残っている残存水をハイドレート化する水和脱水によって含水率を下げることができる。なお、スクリュープレス型の圧縮脱水により、局部的に内部圧力より外周部の圧力が高くなるので、特にハイドレート排出口に近い領域で圧力が高くなってガスハイドレートを生成しやすくなる。
また、容器本体内の原料ガス組成中ハイドレート化しやすい成分の濃度を生成容器内より高く設定することにより、容器本体内が生成容器内よりガスハイドレートを生成しやすい環境となり、物理脱水に加えて水和脱水も行われるので、より一層の含水率低下を期待できる。
【００１３】
そして、前記容器本体内のガスの一部を、連続的にあるいは間欠的にパージすることにより、ガスハイドレート化しない、もしくはしにくいガスが蓄積して濃度が上昇しすぎるのを防止し、容器本体内を適切なガス組成に保つことができる。
【００１４】
請求項２に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記回収水排出口から回収した回収水を前記冷却媒体として使用することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、冷却媒体として回収水を有効に利用して冷却を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１または２に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記回収水排出口から回収した回収水の一部を前記原料スラリー導入口へ戻すことを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、回収した回収水の一部を原料スラリー導入口へ戻すようにしたので、ガスハイドレートの回収率を高くすることができる。
【００１６】
請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１または２に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記回収水を前記スクリュー部の搬送方向へ複数段階に分割して回収することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、スクリュー部の搬送方向へ複数段に分割して回収水を回収するようにしたので、ガスハイドレートスラリーのリーク量が少ない上流側（原料スラリー導入口側）のろ過部と、リーク量が多い下流側（ハイドレート排出口側）の脱水部とに分割して、ガスハイドレート濃度が異なる回収水に分別して回収することができる。
【００１７】
請求項５に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、濃度の濃い回収水を前記原料スラリー導入口へ戻すことを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことによって、ガスハイドレートの回収率を上げることができる。
【００１８】
請求項６に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項５に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記原料スラリー導入口へ戻す濃度の濃い回収水の一部を冷却媒体として使用することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、ガスハイドレートの回収率を向上させながら冷却を行うことができる。
【００１９】
請求項７に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、濃度の濃い回収水を前記原料スラリー導入口へ戻し、濃度の薄い回収水を冷却媒体として使用することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことで回収率を上げ、低濃度の回収水については冷却媒体として有効利用することができる。
【００２３】
請求項８に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１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脱水装置において、原料スラリー導入口の近傍にろ過手段を設けることを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、低濃度の原料スラリーから水分を分離して回収率を向上させることができる。
【００２４】
【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脱水装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、ガスハイドレートとして、天然ガスを原料とする天然ガスハイドレートを例に示して説明する。
＜第１の実施形態＞
最初に、本発明に係る第１の実施形態を図１ないし図３に示して説明する。
図１は本発明に係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、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。
【００２５】
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、１１は生成手段１を構成する生成装置、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脱水装置としての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。
【００２６】
生成装置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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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を駆動する電動機等の駆動部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回収水を排出する回収水排水口４０ｅが設けられている。
【００３３】
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。
【００３４】
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に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ａは、ろ材４０ｃ内で原料スラリーをスクリュー部４１により連続的に圧縮し、水のみをろ材４０ｃの外側に搾り出すことにより、脱水を行う。同時に原料スラリーは該スクリュー部４１によりろ材４０ｃ内を前進し、ハイドレート排出口４０ｆより固形分（ガスハイドレート）として連続的に排出される。
従って、原料スラリーから連続的にかつ効率よくガスハイドレートを回収できるようになるので、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００３５】
上述したスクリュープレス型脱水装置１２（１２Ａ）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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
スラリー配管３７を通じてスクリュープレス型脱水装置１２Ａ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、スクリーン８０によって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、原料スラリー中に含まれている水分がろ過分離される。このため、低濃度の原料スラリーはスクリーン８０におけるろ過によってその濃度を増した後、原料スラリー導入口４０ｂを通じて内部空間４０ａに収容される。従って、以後のスクリュー部４１による物理脱水の負荷が低減され、低濃度の原料スラリーから効率よくガスハイドレートを回収できるようになり、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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６１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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１２Ａ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。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
図４に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｂでは、スクリュー部４１の軸内に流路（図示省略）を形成して、冷却媒体８２を循環させるようにしてある。この冷却媒体８２は、スクリュー部４１の下流（ハイドレート排出口４０ｆ）側軸端より軸内を軸方向上流（原料スラリ導入口４０ｂ）側へ向かって流れてから元の下流側軸端へ戻るように循環することで、スクリュー部４１とろ材４０ｃとの間で発生する摩擦熱を吸収して冷却する。
【００５８】
すなわち、冷却媒体８２は、突条部４１ａが回転することによって脱水されていく天然ガスハイドレート（原料スラリー）と、この天然ガスハイドレートが旋回しながら前進する過程で摩擦接触するろ材４０ｃの内壁面との間に発生する摩擦熱を吸収し、この摩擦熱の影響を受けて、せっかく生成した天然ガスハイドレートが分解するような温度まで上昇するのを防止する。このような摩擦熱は、天然ガスハイドレートの脱水が進んで含水率の低下した下流側ほど大きくなる傾向にあるので、冷却媒体８２の循環は必ずしも軸全体にわたる必要はない。
なお、好適な冷却媒体８２としては、たとえばフロンガスのような冷媒や冷水などがあり、また、上述した第１実施例と組合せた構成も可能である。
【００５９】
このようなスクリュープレス型脱水装置１２Ｂでは、脱水が進んで含水率の低下した天然ガスハイドレートが、摩擦熱による温度上昇の影響を受けて分解するのを防止または抑制することができるので、天然ガスハイドレートの回収率向上に有効である。
【００６０】
＜第３の実施形態＞
図５に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｃは、上述した第２実施例の摩擦熱冷却に係る変形例であり、ろ材４０ｃの外周側に冷却媒体を流す構成が異なっている。図示の例では、スクリュー部４１の下流側上部に冷却ノズル８３を配置して、ろ材４０ｃの上方から冷水８４（あるいは冷媒）などの冷却媒体を放出している。こうして放出された冷却媒体は、ろ材４０ｃの外周面に沿って流下するので、スクリュー部４１とろ材４０ｃとの間で発生する摩擦熱を吸収して冷却することができる。
【００６１】
このようにすれば、冷却媒体は、突条部４１ａが回転することによって脱水されていく天然ガスハイドレート（原料スラリー）と、この天然ガスハイドレートが旋回しながら前進する過程で摩擦接触するろ材４０ｃの内壁面との間に発生する摩擦熱を吸収し、温度上昇によって天然ガスハイドレートが分解するのを防止または抑制することができる。この時、天然ガスハイドレートはスクリュー部４１の回転により加圧を受けているため、水分が内側から外側へ向けて流れる状況にあり、すなわち内側の圧力が高い状況にあるため、固形化してきた天然ガスハイドレートの外周面において冷却媒体が浸透するようなことはない。
また、上述したように、摩擦熱は天然ガスハイドレートの脱水が進んで含水率の低下した下流側ほど大きくなる傾向にある。従って、ろ材４０ｃの軸方向全体にわたって冷却媒体を流すことも可能ではあるが、特に、大きな摩擦熱が発生しやすいハイドレート排出口４０ｆに近い下流側に流すことで、より少ない冷却媒体の消費で効果的に冷却することができる。
【００６２】
＜第４の実施形態＞
図６に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｄは、上述した第３実施例の変形例であり、スクリュー部４１で脱水した回収水を冷却媒体の冷水８４として使用する。
すなわち、ろ材４０ｃを通過して筐体４０ｄの下部に落下した回収水の一部または全量を冷却媒体として再利用するものである。図示の例では、回収水排水口４０ｅから流出させる回収水の管路８５から冷却水導入管８６を分岐させ、回収水の一部を冷水８４として冷却ノズル８３へ供給している。
なお、図示は省略したが、冷却水導入管８６の途中に適当な冷却手段を設けておき、回収水を適温まで冷却してから冷却ノズル８３へ供給するとよい。
【００６３】
また、上述した回収水はまた、図４に示した第２実施例の冷却媒体として、すなわちスクリュー部４１の軸内へ供給する冷却媒体としても再利用することが可能である。この場合も、適当な冷却手段を通過させて適温に冷却したものを使用するとよい。
【００６４】
＜第５の実施形態＞
図７に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｅは、回収水の一部を原料スラリー導入口４０ｂへ戻すようにしてある。
すなわち、ろ材４０ｃを通過して筐体４０ｄの下部に落下した回収水は、その一部が回収水排出口４０ｅに接続された回収水戻し管８７を通って原料スラリーを供給するスラリー配管３７に合流させるか、あるいは、直接原料スラリー導入口４０ｂへ供給してもよい。
【００６５】
このような構成とすれば、回収水の中に含まれている天然ガスハイドレートを再度スクリュープレス型脱水装置１２Ｅへ供給することができるので、回収水を全量廃棄する場合と比較して、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００６６】
＜第６の実施形態＞
図８に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｆは、回収水をスクリュー部４１の搬送方向（軸方向）へ複数段階に分割して、図示の例では２分割して回収するように構成されている。
すなわち、筐体４０ｄの下部に仕切板８８を設け、ろ材４０ｃを通過して落下してきた回収水を仕切板８８により分割するようになっている。この仕切板８８は、スクリュー部４１の軸方向と直交するようにして、筐体４０ｄの底面に立設されている。
【００６７】
この結果、原料スラリー導入口４０ｂに近い上流側から回収されたスラリー濃度の低い回収水は、低濃度回収水排水口４０ｇから回収され、ハイドレート排出口４０ｆに近い下流側から回収されたスラリー濃度の高い回収水は、高濃度排水口４０ｈから回収される。従って、仕切板８８を境にして、天然ガスハイドレートスラリーのリーク量が少ない上流側（原料スラリー導入口４０ｂ側）のろ過部８９と、リーク量が多い下流側（ハイドレート排出口４０ｆ側）の脱水部９０とに分割されるので、天然ガスハイドレート濃度が異なる回収水に分別して回収することができる。
【００６８】
＜第７の実施形態＞
図９に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｇは、上述した第６実施例のもので分別して回収した回収水の内、高濃度回収水排水口４０ｈから回収した天然ガスハイドレートスラリー濃度の高い回収水を、循環スラリー９１として原料スラリー導入口４０ｂへ戻すようにしてある。循環スラリー９１は、高濃度回収水排水口４０ｈとスラリー配管３７とを接続したスラリー循環配管９２を流れ、原料スラリーと共に再度脱水される。
すなわち、脱水部９０において、ろ材４０ｃを通過して筐体４０ｄの下部に落下した高濃度の回収水は、高濃度回収水排出口４０ｈに接続されたスラリー循環配管９２を通って原料スラリーを供給するスラリー配管３７に合流し、あるいは直接原料スラリー導入口４０ｂへ供給される。
【００６９】
このような構成とすれば、高濃度の回収水中に含まれている天然ガスハイドレートを再度スクリュープレス型脱水装置１２Ｇへ供給することができるので、回収水の全量を廃棄する場合と比較して、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。特に、高濃度の回収水が循環されて原料スラリーと合流するので、回収水の全量を戻す場合と比較して水分の割合が低くなり、脱水の負荷が低減される。
【００７０】
＜第８の実施形態＞
図１０に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｈは、上述した第７実施例の変形例であり、高濃度の回収水である循環スラリー９１の一部を分岐させて、第２実施例（図４参照）または第３実施例（図５参照）の冷却媒体として使用する。図１０に示した実施例は、循環スラリー９１の一部を冷却ノズル８３へ供給する冷却水分岐配管９３をスラリー循環配管９２から分岐させている。なお、冷却水分岐配管９３の適所に冷却手段（図示省略）を設け、適切な温度まで冷却してから冷却ノズル８３へ供給するとよい。
【００７１】
このような構成とすれば、高濃度の循環スラリー９１を利用して冷却を行うことができ、さらに、冷却に使用した循環スラリー９１は再度脱水部９０で高濃度の回収水として回収されて循環するので、摩擦熱除去の冷却を実施しながら天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００７２】
また、図示は省略したが、図９に示した第７の実施形態及び図１０に示した第８の実施形態の変形例として、以下に説明する構成も可能である。
すなわち、循環スラリー９１の一部を分岐させて第２実施例（図４参照）または第３実施例（図５参照）における冷却媒体として使用する代わりに、低濃度回収水排出口４０ｇから回収した低濃度の回収水を冷却媒体として使用し、高濃度の循環スラリー９１は全量原料スラリー導入口４０ｂへ戻す。この場合も、冷却媒体として使用する低濃度の回収水については、適所に冷却手段を設けて適切な温度まで冷却したものを供給するとよい。
【００７３】
このような構成とすれば、高濃度の循環スラリー９１を再度脱水して天然ガスハイドレートを回収することができるので回収率が向上し、低濃度の回収水については冷却媒体として有効に利用することができる。なお、冷却媒体として使用された低濃度の回収水は、冷却後に循環スラリー９１として回収されるので、外部に廃棄されることなく回収水の全量から天然ガスハイドレートを回収でき、回収率の向上に有効である。
【００７４】
＜第９の実施形態＞
図１１に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｉは、容器本体４０内に原料ガス９４を供給して、生成装置（生成容器）１１と同等のガス組成とし、かつ、容器本体４０の内部温度をハイドレート生成領域に維持したものである。
原料ガス９４をスクリュープレス型脱水装置１２Ｉに供給するとともに、内部を適切な温度にすることにより、天然ガスハイドレートを生成する環境となる。なお、適切な内部温度については上述した生成装置１１と同様であり、その温度維持には同様の冷却装置２８などを採用することができる。
【００７５】
このような構成とすれば、スクリュープレス型脱水機による物理的な脱水、すなわち圧縮して回収水を絞り出す物理脱水に加えて、水と原料ガス９４との水和により天然ガスハイドレートを生成するという水和脱水が可能となる。従って、物理脱水しても残っている残存水を水和脱水して、天然ガスハイドレートの含水率を低下させることができる。
また、このような天然ガスハイドレートの生成は、ハイドレート排出口４０ｆに近い下流側ほど圧縮脱水の圧力が高くなっているので、原料ガス９４の供給は下流側とするのが好ましい。なお、物理脱水されて固形化しつつある天然ガスハイドレートは、スクリュー部４１の軸に近い側の内部圧力よりも外周部側の圧力が局部的に高くなるので、天然ガスハイドレートの生成には好ましい圧力環境となる。
【００７６】
さらに、上述した第９の実施形態において、容器本体４０内の原料ガス組成が、生成反応装置１１よりも原料ガス中のハイドレート成分の濃度が高くなるように設定すれば、容器本体４０内がより一層天然ガスハイドレートを生成しやすい環境となる。このため、水和脱水がより一層促進され、含水率をさらに低下させることができる。
【００７７】
＜第１０の実施形態＞
図１２に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｊは、容器本体４０内に原料ガス９４を供給して、生成装置（生成容器）１１と同等のガス組成とし、かつ、容器本体４０の内部温度をハイドレート生成領域に維持することに加えて、容器本体４０内に存在するガスをパージガス９５としてパージする。ここで実施するパージは、容器本体４０内における原料ガスのうち、Ｏ2 ，Ｎ2 などのハイドレート化しない、もしくは、しにくい成分のガス濃度を所定の値（範囲）に維持するように、連続的にあるいは間欠的に実施する。なお、原料ガス濃度の所定の値（範囲）は、上述した生成装置１１と同等、またはそれより高いものとなる。
【００７８】
このような構成とすれば、天然ガスハイドレート化しない、もしくは、しにくい原料ガス成分が容器本体４０内に蓄積して、天然ガスハイドレート化しない、もしくは、しにくいガス濃度が上昇するのを防止できる。従って、天然ガスハイドレートを生成しやすい適切なガス濃度を常に維持して、水和脱水を促進することができる。
【００７９】
＜第１１の実施形態＞
図１３に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｋは、原料スラリー導入口４０ｂ近傍に、ろ過手段としてメッシュ状のスクリーン８０を設けてある。このスクリーン８０は、原料スラリー導入口４０ｂからろ材４０ｃの内部へ通じる流路を除いて、ろ材４０ｃを上流側へ延長するように設けられている。
【００８０】
このような構成とすれば、このスクリーン８０で、原料スラリー導入口４０ｂから容器本体４０の内部空間４０ａに落下してきた原料スラリー中に含まれている水分をろ過分離して、筐体４０ｄの下部に落下させる。このため、低濃度の原料スラリーはスクリーン８０におけるろ過によってその濃度を増すので、以後のスクリュー部４１による物理脱水の負荷が低減される。
【００８１】
なお、上述した第１〜１１の実施形態に示したスクリュープレス型脱水装置１２Ａ〜Ｋについては、それぞれの特徴的な構成を適宜組合せることができる。
【００８２】
ところで、上述したスクリュープレス型脱水装置１２Ａ〜Ｋ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１２Ａ〜Ｋ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１４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１２Ａ〜Ｋ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。
【００８３】
図１５に示すブロック図のプロセス構成（第２変形例）では、図１４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。
【００８４】
図１６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。
【００８５】
図１７に示すブロック図のプロセス構成（第４変形例）では、図１６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。
【００８６】
図１８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。
【００８７】
図１９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１７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。
【００８８】
図２０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。
【００８９】
図２１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。
【００９０】
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１４〜２１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。
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。
【００９１】
【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に記載の発明によれば、スクリュープレス型の脱水機としたことによって、連続的な物理脱水を容易に実施できるので、生産性や効率の面で優れたものとなる。
【００９２】
そして、この発明では、スクリュー部の軸内に冷却媒体を循環させるようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制してガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００９３】
また、ろ材の外周部に冷却媒体を流すようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制することで、ガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
特に、冷却媒体をハイドレート出口側に流すことにより、摩擦熱が最も発生しやすいハイドレート出口側を効率よく冷却することができるので、摩擦熱によるガスハイドレートの分解を抑制してガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
【００９４】
さらに、この発明においては、容器本体内に原料ガスを供給して生成容器内と同等のガス組成とし、かつ、容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持するようにしたので、物理脱水を行っても残っている残存水をハイドレート化する水和脱水によって含水率を下げることができる。
また、この発明によれば、容器本体内が生成容器内よりガスハイドレートを生成しやすい環境となり、物理脱水に加えて水和脱水も行われるので、より一層の含水率を低下させることができる。
また、この発明によれば、ガスハイドレート化しない、もしくは、しにくいガス成分が蓄積して濃度が上昇しすぎるのを防止し、容器本体内を適切なガス濃度に保つことで水和脱水を促進することができる。
【００９５】
請求項２に記載の発明によれば、冷却媒体として回収水を有効に利用して冷却を行い、摩擦熱によるガスハイドレートの分解を抑制してガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
【００９６】
請求項３に記載の発明によれば、回収した回収水の一部を原料スラリー導入口へ戻すようにしたので、ガスハイドレートを廃棄することなく回収して回収率を向上させることができる。
【００９７】
請求項４に記載の発明によれば、スクリュー部の搬送方向へ複数段に分割して回収水を回収するようにしたので、ガスハイドレートスラリーのリーク量が少ない上流側のろ過部と、リーク量が多い下流側の脱水部とに分割して、ガスハイドレート濃度が異なる回収水に分別して回収することができる。従って、濃度別に回収した回収水を、最適な用途に再利用することができる。
【００９８】
請求項５に記載の発明によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことによって、ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、原料スラリー導入口へ戻す高濃度の回収水の一部を冷却媒体として使用するので、ガスハイドレートの回収率を向上させながら冷却を行うことができる。
請求項７に記載の発明によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことで回収率を上げ、低濃度の回収水については冷却媒体として有効利用することができる。
【０１００】
請求項８に記載の発明によれば、原料スラリー導入口の近傍に設けたろ過手段によって、原料スラリー導入口から落下してきた低濃度の原料スラリーから水分を分離させることができるので、含水率の小さいガスハイドレートを効率よく回収して回収率を向上させることができる。
【０１０１】
従って、原料スラリーから余分な水分を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ので、貯蔵や輸送にかかるコストを削減するのに有効な含水率の低い固体のガスハイドレート（最終製品）を製造するのに適したガスハイドレートスラリー脱水装置となる。
【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脱水装置の第１の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脱水装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図５】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図６】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図７】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【図８】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第６の実施形態を示す構成図である。
【図９】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第７の実施形態を示す構成図である。
【図１０】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第８の実施形態を示す構成図である。
【図１１】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第９の実施形態を示す構成図である。
【図１２】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第１０の実施形態を示す構成図である。
【図１３】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第１１の実施形態を示す構成図である。
【図１４】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１５】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１６】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１７】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１８】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１９】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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２０】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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２１】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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】
１２，１２Ａ〜Ｋ 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脱水装置）
４０ 容器本体
４０ｂ 原料スラリー導入口
４０ｃ ろ材
４０ｅ 回収水排水口
４０ｆ ハイドレート排出口
４０ｇ 低濃度回収水排出口
４０ｈ 高濃度回収水排出口
４１ スクリュー部
４２ 駆動部
８０ スクリーン（ろ過手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば天然ガスのような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）が含んでいる水分を除去するガスハイドレートスラリー除去装置に関する。
【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、最終製品となる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。特に天然ガスハイドレートの場合には、大気圧下で天然ガスハイドレートを貯蔵及び輸送しようとすれば、共存する水を０℃以下とする必要が生じるため、冷却の際に水を氷とするために多大なエネルギーが必要となる。
なお、スラリー状のガスハイドレートに過剰の水が存在する場合には、ガスハイドレートと水とを分離するのは困難であることが知られている。
【０００８】
このような背景から、生成したガスハイドレートの原料スラリーから効率よく水を除去（脱水）することが求められ、これを容易に実現するガスハイドレートスラリー脱水装置の開発が望まれている。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、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とし、最終製品となる固体のガスハイドレートを貯蔵及び輸送するのにかかるコストを削減するのに適したガスハイドレートスラリー脱水装置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脱水装置は、水を含むガスハイドレートの原料スラリーから水分を除去するガスハイドレートスラリー脱水装置であって、前記原料スラリーの供給を受ける原料スラリー導入口、分離した回収水を排出する回収水排出口及び回収したガスハイドレートを取り出すハイドレート排出口を備えた容器本体と、該容器本体の内部に設けた筒形スクリーン状のろ材と、該ろ材の内部に設置されて回転するとともに軸内に冷却媒体を循環させたスクリュー部と、該スクリュー部の駆動手段とを具備してなるスクリュープレス型脱水機とし、前記ろ材のハイドレード出口側となる外周部に冷却媒体を流すとともに、前記容器本体内に原料ガスを供給して、生成容器内と同等のガス組成、または、前記容器本体内の原料ガス組成中ハイドレート化しやすい成分の濃度を前記生成容器内より高く設定し、かつ、前記容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持して、前記容器本体内のガスの一部を、連続的にあるいは間欠的にパージす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脱水装置とすれば、スクリュープレス型の脱水機としたことによって、物理脱水を連続して容易に実施することが可能になる。
また、このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、スクリュー部の軸内に冷却媒体を循環させるようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制することができる。なお、好適な冷却媒体としては、冷媒や冷水などがある。
【００１１】
また、このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、ろ材の外周部に冷却媒体を流すようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制することができる。なお、好適な冷却媒体としては、冷媒や冷水などがある。
特に、冷却媒体がハイドレート出口側に流されることにより、摩擦熱が最も発生しやすいハイドレート出口側を効率よく冷却することができる。
【００１２】
さらに、容器本体内に原料ガスを供給して生成容器内と同等のガス組成とし、かつ、容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持するようにしたので、物理脱水を行っても残っている残存水をハイドレート化する水和脱水によって含水率を下げることができる。なお、スクリュープレス型の圧縮脱水により、局部的に内部圧力より外周部の圧力が高くなるので、特にハイドレート排出口に近い領域で圧力が高くなってガスハイドレートを生成しやすくなる。
また、容器本体内の原料ガス組成中ハイドレート化しやすい成分の濃度を生成容器内より高く設定することにより、容器本体内が生成容器内よりガスハイドレートを生成しやすい環境となり、物理脱水に加えて水和脱水も行われるので、より一層の含水率低下を期待できる。
【００１３】
そして、前記容器本体内のガスの一部を、連続的にあるいは間欠的にパージすることにより、ガスハイドレート化しない、もしくはしにくいガスが蓄積して濃度が上昇しすぎるのを防止し、容器本体内を適切なガス組成に保つことができる。
【００１４】
請求項２に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記回収水排出口から回収した回収水を前記冷却媒体として使用することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、冷却媒体として回収水を有効に利用して冷却を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１または２に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記回収水排出口から回収した回収水の一部を前記原料スラリー導入口へ戻すことを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、回収した回収水の一部を原料スラリー導入口へ戻すようにしたので、ガスハイドレートの回収率を高くすることができる。
【００１６】
請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１または２に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記回収水を前記スクリュー部の搬送方向へ複数段階に分割して回収することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、スクリュー部の搬送方向へ複数段に分割して回収水を回収するようにしたので、ガスハイドレートスラリーのリーク量が少ない上流側（原料スラリー導入口側）のろ過部と、リーク量が多い下流側（ハイドレート排出口側）の脱水部とに分割して、ガスハイドレート濃度が異なる回収水に分別して回収することができる。
【００１７】
請求項５に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、濃度の濃い回収水を前記原料スラリー導入口へ戻すことを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことによって、ガスハイドレートの回収率を上げることができる。
【００１８】
請求項６に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項５に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、前記原料スラリー導入口へ戻す濃度の濃い回収水の一部を冷却媒体として使用することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、ガスハイドレートの回収率を向上させながら冷却を行うことができる。
【００１９】
請求項７に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置において、濃度の濃い回収水を前記原料スラリー導入口へ戻し、濃度の薄い回収水を冷却媒体として使用することを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことで回収率を上げ、低濃度の回収水については冷却媒体として有効利用することができる。
【００２３】
請求項８に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置は、請求項１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脱水装置において、原料スラリー導入口の近傍にろ過手段を設けることを特徴としている。
このようなガスハイドレートスラリー脱水装置によれば、低濃度の原料スラリーから水分を分離して回収率を向上させることができる。
【００２４】
【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脱水装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、ガスハイドレートとして、天然ガスを原料とする天然ガスハイドレートを例に示して説明する。
＜第１の実施形態＞
最初に、本発明に係る第１の実施形態を図１ないし図３に示して説明する。
図１は本発明に係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、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。
【００２５】
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、１１は生成手段１を構成する生成装置、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脱水装置としての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。
【００２６】
生成装置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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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を駆動する電動機等の駆動部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回収水を排出する回収水排水口４０ｅが設けられている。
【００３３】
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。
【００３４】
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に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ａは、ろ材４０ｃ内で原料スラリーをスクリュー部４１により連続的に圧縮し、水のみをろ材４０ｃの外側に搾り出すことにより、脱水を行う。同時に原料スラリーは該スクリュー部４１によりろ材４０ｃ内を前進し、ハイドレート排出口４０ｆより固形分（ガスハイドレート）として連続的に排出される。
従って、原料スラリーから連続的にかつ効率よくガスハイドレートを回収できるようになるので、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００３５】
上述したスクリュープレス型脱水装置１２（１２Ａ）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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
スラリー配管３７を通じてスクリュープレス型脱水装置１２Ａ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、スクリーン８０によって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、原料スラリー中に含まれている水分がろ過分離される。このため、低濃度の原料スラリーはスクリーン８０におけるろ過によってその濃度を増した後、原料スラリー導入口４０ｂを通じて内部空間４０ａに収容される。従って、以後のスクリュー部４１による物理脱水の負荷が低減され、低濃度の原料スラリーから効率よくガスハイドレートを回収できるようになり、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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６１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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１２Ａ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。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
図４に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｂでは、スクリュー部４１の軸内に流路（図示省略）を形成して、冷却媒体８２を循環させるようにしてある。この冷却媒体８２は、スクリュー部４１の下流（ハイドレート排出口４０ｆ）側軸端より軸内を軸方向上流（原料スラリ導入口４０ｂ）側へ向かって流れてから元の下流側軸端へ戻るように循環することで、スクリュー部４１とろ材４０ｃとの間で発生する摩擦熱を吸収して冷却する。
【００５８】
すなわち、冷却媒体８２は、突条部４１ａが回転することによって脱水されていく天然ガスハイドレート（原料スラリー）と、この天然ガスハイドレートが旋回しながら前進する過程で摩擦接触するろ材４０ｃの内壁面との間に発生する摩擦熱を吸収し、この摩擦熱の影響を受けて、せっかく生成した天然ガスハイドレートが分解するような温度まで上昇するのを防止する。このような摩擦熱は、天然ガスハイドレートの脱水が進んで含水率の低下した下流側ほど大きくなる傾向にあるので、冷却媒体８２の循環は必ずしも軸全体にわたる必要はない。
なお、好適な冷却媒体８２としては、たとえばフロンガスのような冷媒や冷水などがあり、また、上述した第１実施例と組合せた構成も可能である。
【００５９】
このようなスクリュープレス型脱水装置１２Ｂでは、脱水が進んで含水率の低下した天然ガスハイドレートが、摩擦熱による温度上昇の影響を受けて分解するのを防止または抑制することができるので、天然ガスハイドレートの回収率向上に有効である。
【００６０】
＜第３の実施形態＞
図５に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｃは、上述した第２実施例の摩擦熱冷却に係る変形例であり、ろ材４０ｃの外周側に冷却媒体を流す構成が異なっている。図示の例では、スクリュー部４１の下流側上部に冷却ノズル８３を配置して、ろ材４０ｃの上方から冷水８４（あるいは冷媒）などの冷却媒体を放出している。こうして放出された冷却媒体は、ろ材４０ｃの外周面に沿って流下するので、スクリュー部４１とろ材４０ｃとの間で発生する摩擦熱を吸収して冷却することができる。
【００６１】
このようにすれば、冷却媒体は、突条部４１ａが回転することによって脱水されていく天然ガスハイドレート（原料スラリー）と、この天然ガスハイドレートが旋回しながら前進する過程で摩擦接触するろ材４０ｃの内壁面との間に発生する摩擦熱を吸収し、温度上昇によって天然ガスハイドレートが分解するのを防止または抑制することができる。この時、天然ガスハイドレートはスクリュー部４１の回転により加圧を受けているため、水分が内側から外側へ向けて流れる状況にあり、すなわち内側の圧力が高い状況にあるため、固形化してきた天然ガスハイドレートの外周面において冷却媒体が浸透するようなことはない。
また、上述したように、摩擦熱は天然ガスハイドレートの脱水が進んで含水率の低下した下流側ほど大きくなる傾向にある。従って、ろ材４０ｃの軸方向全体にわたって冷却媒体を流すことも可能ではあるが、特に、大きな摩擦熱が発生しやすいハイドレート排出口４０ｆに近い下流側に流すことで、より少ない冷却媒体の消費で効果的に冷却することができる。
【００６２】
＜第４の実施形態＞
図６に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｄは、上述した第３実施例の変形例であり、スクリュー部４１で脱水した回収水を冷却媒体の冷水８４として使用する。
すなわち、ろ材４０ｃを通過して筐体４０ｄの下部に落下した回収水の一部または全量を冷却媒体として再利用するものである。図示の例では、回収水排水口４０ｅから流出させる回収水の管路８５から冷却水導入管８６を分岐させ、回収水の一部を冷水８４として冷却ノズル８３へ供給している。
なお、図示は省略したが、冷却水導入管８６の途中に適当な冷却手段を設けておき、回収水を適温まで冷却してから冷却ノズル８３へ供給するとよい。
【００６３】
また、上述した回収水はまた、図４に示した第２実施例の冷却媒体として、すなわちスクリュー部４１の軸内へ供給する冷却媒体としても再利用することが可能である。この場合も、適当な冷却手段を通過させて適温に冷却したものを使用するとよい。
【００６４】
＜第５の実施形態＞
図７に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｅは、回収水の一部を原料スラリー導入口４０ｂへ戻すようにしてある。
すなわち、ろ材４０ｃを通過して筐体４０ｄの下部に落下した回収水は、その一部が回収水排出口４０ｅに接続された回収水戻し管８７を通って原料スラリーを供給するスラリー配管３７に合流させるか、あるいは、直接原料スラリー導入口４０ｂへ供給してもよい。
【００６５】
このような構成とすれば、回収水の中に含まれている天然ガスハイドレートを再度スクリュープレス型脱水装置１２Ｅへ供給することができるので、回収水を全量廃棄する場合と比較して、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００６６】
＜第６の実施形態＞
図８に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｆは、回収水をスクリュー部４１の搬送方向（軸方向）へ複数段階に分割して、図示の例では２分割して回収するように構成されている。
すなわち、筐体４０ｄの下部に仕切板８８を設け、ろ材４０ｃを通過して落下してきた回収水を仕切板８８により分割するようになっている。この仕切板８８は、スクリュー部４１の軸方向と直交するようにして、筐体４０ｄの底面に立設されている。
【００６７】
この結果、原料スラリー導入口４０ｂに近い上流側から回収されたスラリー濃度の低い回収水は、低濃度回収水排水口４０ｇから回収され、ハイドレート排出口４０ｆに近い下流側から回収されたスラリー濃度の高い回収水は、高濃度排水口４０ｈから回収される。従って、仕切板８８を境にして、天然ガスハイドレートスラリーのリーク量が少ない上流側（原料スラリー導入口４０ｂ側）のろ過部８９と、リーク量が多い下流側（ハイドレート排出口４０ｆ側）の脱水部９０とに分割されるので、天然ガスハイドレート濃度が異なる回収水に分別して回収することができる。
【００６８】
＜第７の実施形態＞
図９に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｇは、上述した第６実施例のもので分別して回収した回収水の内、高濃度回収水排水口４０ｈから回収した天然ガスハイドレートスラリー濃度の高い回収水を、循環スラリー９１として原料スラリー導入口４０ｂへ戻すようにしてある。循環スラリー９１は、高濃度回収水排水口４０ｈとスラリー配管３７とを接続したスラリー循環配管９２を流れ、原料スラリーと共に再度脱水される。
すなわち、脱水部９０において、ろ材４０ｃを通過して筐体４０ｄの下部に落下した高濃度の回収水は、高濃度回収水排出口４０ｈに接続されたスラリー循環配管９２を通って原料スラリーを供給するスラリー配管３７に合流し、あるいは直接原料スラリー導入口４０ｂへ供給される。
【００６９】
このような構成とすれば、高濃度の回収水中に含まれている天然ガスハイドレートを再度スクリュープレス型脱水装置１２Ｇへ供給することができるので、回収水の全量を廃棄する場合と比較して、天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。特に、高濃度の回収水が循環されて原料スラリーと合流するので、回収水の全量を戻す場合と比較して水分の割合が低くなり、脱水の負荷が低減される。
【００７０】
＜第８の実施形態＞
図１０に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｈは、上述した第７実施例の変形例であり、高濃度の回収水である循環スラリー９１の一部を分岐させて、第２実施例（図４参照）または第３実施例（図５参照）の冷却媒体として使用する。図１０に示した実施例は、循環スラリー９１の一部を冷却ノズル８３へ供給する冷却水分岐配管９３をスラリー循環配管９２から分岐させている。なお、冷却水分岐配管９３の適所に冷却手段（図示省略）を設け、適切な温度まで冷却してから冷却ノズル８３へ供給するとよい。
【００７１】
このような構成とすれば、高濃度の循環スラリー９１を利用して冷却を行うことができ、さらに、冷却に使用した循環スラリー９１は再度脱水部９０で高濃度の回収水として回収されて循環するので、摩擦熱除去の冷却を実施しながら天然ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００７２】
また、図示は省略したが、図９に示した第７の実施形態及び図１０に示した第８の実施形態の変形例として、以下に説明する構成も可能である。
すなわち、循環スラリー９１の一部を分岐させて第２実施例（図４参照）または第３実施例（図５参照）における冷却媒体として使用する代わりに、低濃度回収水排出口４０ｇから回収した低濃度の回収水を冷却媒体として使用し、高濃度の循環スラリー９１は全量原料スラリー導入口４０ｂへ戻す。この場合も、冷却媒体として使用する低濃度の回収水については、適所に冷却手段を設けて適切な温度まで冷却したものを供給するとよい。
【００７３】
このような構成とすれば、高濃度の循環スラリー９１を再度脱水して天然ガスハイドレートを回収することができるので回収率が向上し、低濃度の回収水については冷却媒体として有効に利用することができる。なお、冷却媒体として使用された低濃度の回収水は、冷却後に循環スラリー９１として回収されるので、外部に廃棄されることなく回収水の全量から天然ガスハイドレートを回収でき、回収率の向上に有効である。
【００７４】
＜第９の実施形態＞
図１１に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｉは、容器本体４０内に原料ガス９４を供給して、生成装置（生成容器）１１と同等のガス組成とし、かつ、容器本体４０の内部温度をハイドレート生成領域に維持したものである。
原料ガス９４をスクリュープレス型脱水装置１２Ｉに供給するとともに、内部を適切な温度にすることにより、天然ガスハイドレートを生成する環境となる。なお、適切な内部温度については上述した生成装置１１と同様であり、その温度維持には同様の冷却装置２８などを採用することができる。
【００７５】
このような構成とすれば、スクリュープレス型脱水機による物理的な脱水、すなわち圧縮して回収水を絞り出す物理脱水に加えて、水と原料ガス９４との水和により天然ガスハイドレートを生成するという水和脱水が可能となる。従って、物理脱水しても残っている残存水を水和脱水して、天然ガスハイドレートの含水率を低下させることができる。
また、このような天然ガスハイドレートの生成は、ハイドレート排出口４０ｆに近い下流側ほど圧縮脱水の圧力が高くなっているので、原料ガス９４の供給は下流側とするのが好ましい。なお、物理脱水されて固形化しつつある天然ガスハイドレートは、スクリュー部４１の軸に近い側の内部圧力よりも外周部側の圧力が局部的に高くなるので、天然ガスハイドレートの生成には好ましい圧力環境となる。
【００７６】
さらに、上述した第９の実施形態において、容器本体４０内の原料ガス組成が、生成反応装置１１よりも原料ガス中のハイドレート成分の濃度が高くなるように設定すれば、容器本体４０内がより一層天然ガスハイドレートを生成しやすい環境となる。このため、水和脱水がより一層促進され、含水率をさらに低下させることができる。
【００７７】
＜第１０の実施形態＞
図１２に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｊは、容器本体４０内に原料ガス９４を供給して、生成装置（生成容器）１１と同等のガス組成とし、かつ、容器本体４０の内部温度をハイドレート生成領域に維持することに加えて、容器本体４０内に存在するガスをパージガス９５としてパージする。ここで実施するパージは、容器本体４０内における原料ガスのうち、Ｏ2 ，Ｎ2 などのハイドレート化しない、もしくは、しにくい成分のガス濃度を所定の値（範囲）に維持するように、連続的にあるいは間欠的に実施する。なお、原料ガス濃度の所定の値（範囲）は、上述した生成装置１１と同等、またはそれより高いものとなる。
【００７８】
このような構成とすれば、天然ガスハイドレート化しない、もしくは、しにくい原料ガス成分が容器本体４０内に蓄積して、天然ガスハイドレート化しない、もしくは、しにくいガス濃度が上昇するのを防止できる。従って、天然ガスハイドレートを生成しやすい適切なガス濃度を常に維持して、水和脱水を促進することができる。
【００７９】
＜第１１の実施形態＞
図１３に示すスクリュープレス型脱水装置１２Ｋは、原料スラリー導入口４０ｂ近傍に、ろ過手段としてメッシュ状のスクリーン８０を設けてある。このスクリーン８０は、原料スラリー導入口４０ｂからろ材４０ｃの内部へ通じる流路を除いて、ろ材４０ｃを上流側へ延長するように設けられている。
【００８０】
このような構成とすれば、このスクリーン８０で、原料スラリー導入口４０ｂから容器本体４０の内部空間４０ａに落下してきた原料スラリー中に含まれている水分をろ過分離して、筐体４０ｄの下部に落下させる。このため、低濃度の原料スラリーはスクリーン８０におけるろ過によってその濃度を増すので、以後のスクリュー部４１による物理脱水の負荷が低減される。
【００８１】
なお、上述した第１〜１１の実施形態に示したスクリュープレス型脱水装置１２Ａ〜Ｋについては、それぞれの特徴的な構成を適宜組合せることができる。
【００８２】
ところで、上述したスクリュープレス型脱水装置１２Ａ〜Ｋ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１２Ａ〜Ｋ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１４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１２Ａ〜Ｋ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。
【００８３】
図１５に示すブロック図のプロセス構成（第２変形例）では、図１４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。
【００８４】
図１６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。
【００８５】
図１７に示すブロック図のプロセス構成（第４変形例）では、図１６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。
【００８６】
図１８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。
【００８７】
図１９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１７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。
【００８８】
図２０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。
【００８９】
図２１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。
【００９０】
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１４〜２１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。
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。
【００９１】
【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に記載の発明によれば、スクリュープレス型の脱水機としたことによって、連続的な物理脱水を容易に実施できるので、生産性や効率の面で優れたものとなる。
【００９２】
そして、この発明では、スクリュー部の軸内に冷却媒体を循環させるようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制してガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
【００９３】
また、ろ材の外周部に冷却媒体を流すようにしたので、スクリュー部とろ材との間で発生する摩擦熱を冷却により除去し、ガスハイドレートの分解を抑制することで、ガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
特に、冷却媒体をハイドレート出口側に流すことにより、摩擦熱が最も発生しやすいハイドレート出口側を効率よく冷却することができるので、摩擦熱によるガスハイドレートの分解を抑制してガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
【００９４】
さらに、この発明においては、容器本体内に原料ガスを供給して生成容器内と同等のガス組成とし、かつ、容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持するようにしたので、物理脱水を行っても残っている残存水をハイドレート化する水和脱水によって含水率を下げることができる。
また、この発明によれば、容器本体内が生成容器内よりガスハイドレートを生成しやすい環境となり、物理脱水に加えて水和脱水も行われるので、より一層の含水率を低下させることができる。
また、この発明によれば、ガスハイドレート化しない、もしくは、しにくいガス成分が蓄積して濃度が上昇しすぎるのを防止し、容器本体内を適切なガス濃度に保つことで水和脱水を促進することができる。
【００９５】
請求項２に記載の発明によれば、冷却媒体として回収水を有効に利用して冷却を行い、摩擦熱によるガスハイドレートの分解を抑制してガスハイドレートの回収効率を向上させることができる。
【００９６】
請求項３に記載の発明によれば、回収した回収水の一部を原料スラリー導入口へ戻すようにしたので、ガスハイドレートを廃棄することなく回収して回収率を向上させることができる。
【００９７】
請求項４に記載の発明によれば、スクリュー部の搬送方向へ複数段に分割して回収水を回収するようにしたので、ガスハイドレートスラリーのリーク量が少ない上流側のろ過部と、リーク量が多い下流側の脱水部とに分割して、ガスハイドレート濃度が異なる回収水に分別して回収することができる。従って、濃度別に回収した回収水を、最適な用途に再利用することができる。
【００９８】
請求項５に記載の発明によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことによって、ガスハイドレートの回収率を向上させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、原料スラリー導入口へ戻す高濃度の回収水の一部を冷却媒体として使用するので、ガスハイドレートの回収率を向上させながら冷却を行うことができる。
請求項７に記載の発明によれば、高濃度の回収水を原料スラリー導入口へ戻すことで回収率を上げ、低濃度の回収水については冷却媒体として有効利用することができる。
【０１００】
請求項８に記載の発明によれば、原料スラリー導入口の近傍に設けたろ過手段によって、原料スラリー導入口から落下してきた低濃度の原料スラリーから水分を分離させることができるので、含水率の小さいガスハイドレートを効率よく回収して回収率を向上させることができる。
【０１０１】
従って、原料スラリーから余分な水分を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ので、貯蔵や輸送にかかるコストを削減するのに有効な含水率の低い固体のガスハイドレート（最終製品）を製造するのに適したガスハイドレートスラリー脱水装置となる。
【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脱水装置の第１の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脱水装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図５】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図６】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図７】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【図８】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第６の実施形態を示す構成図である。
【図９】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第７の実施形態を示す構成図である。
【図１０】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第８の実施形態を示す構成図である。
【図１１】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第９の実施形態を示す構成図である。
【図１２】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第１０の実施形態を示す構成図である。
【図１３】 本発明に係るガスハイドレートスラリー脱水装置の第１１の実施形態を示す構成図である。
【図１４】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１５】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１６】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１７】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１８】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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１９】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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２０】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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２１】 本発明に係るガスハイドレートスラリー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】
１２，１２Ａ〜Ｋ 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脱水装置）
４０ 容器本体
４０ｂ 原料スラリー導入口
４０ｃ ろ材
４０ｅ 回収水排水口
４０ｆ ハイドレート排出口
４０ｇ 低濃度回収水排出口
４０ｈ 高濃度回収水排出口
４１ スクリュー部
４２ 駆動部
８０ スクリーン（ろ過手段）
Claims (8)
- 水を含むガスハイドレートの原料スラリーから水分を除去するガスハイドレートスラリー脱水装置であって、
前記原料スラリーの供給を受ける原料スラリー導入口、分離した回収水を排出する回収水排出口及び回収したガスハイドレートを取り出すハイドレート排出口を備えた容器本体と、該容器本体の内部に設けた筒形スクリーン状のろ材と、該ろ材の内部に設置されて回転するとともに軸内に冷却媒体を循環させたスクリュー部と、該スクリュー部の駆動手段とを具備してなるスクリュープレス型脱水機とし、
前記ろ材のハイドレード出口側となる外周部に冷却媒体を流すとともに、
前記容器本体内に原料ガスを供給して、生成容器内と同等のガス組成、または、前記容器本体内の原料ガス組成中ハイドレート化しやすい成分の濃度を前記生成容器内より高く設定し、かつ、前記容器本体の内部温度をハイドレート生成温度領域に維持して、前記容器本体内のガスの一部を、連続的にあるいは間欠的にパージすることを特徴とするガスハイドレートスラリー脱水装置。 - 前記回収水排出口から回収した回収水を前記冷却媒体として使用す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スラリー脱水装置。
- 前記回収水排出口から回収した回収水の一部を前記原料スラリー導入口へ戻す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脱水装置。
- 前記回収水を前記スクリュー部の搬送方向へ複数段階に分割して回収す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脱水装置。
- 濃度の濃い回収水を前記原料スラリー導入口へ戻すことを特徴とする請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置。
- 前記原料スラリー導入口へ戻す濃度の濃い回収水の一部を冷却媒体として使用する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脱水装置。
- 濃度の濃い回収水を前記原料スラリー導入口へ戻し、濃度の薄い回収水を冷却媒体として使用することを特徴とする請求項４に記載のガスハイドレートスラリー脱水装置。
- 前記原料スラリー導入口の近傍にろ過手段を設けたことを特徴とする請求項１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脱水装置。
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