JP5215706B2 - 固気２相物質の押し込み装置 - Google Patents
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Description
本発明は、常圧の雰囲気内で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を介して高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込み装置に関する。
近年、天然ガス輸送システムとして、天然ガスを人工的にハイドレート化して海上を輸送するシステムの研究が進められている。この天然ガス輸送システムは、主として、天然ガスハイドレートの生成、ペレット化、搬送、貯蔵および再ガス化工程により構成されている。
再ガス化後の天然ガスの主な利用方法としては、発電用燃料および都市ガス原料が考えられ、発電用燃料では３．５ＭＰａ以上、都市ガス原料では５．０ＭＰａ以上の高圧が要求されている。ＮＧＨ（天然ガスハイドレート）は、動力機械に頼ることなく高圧ガスが得られる特性を持つため、その特性を活かした高圧ガス化（再ガス化）が可能である。
ところが、常圧の雰囲気内で貯蔵されているＮＧＨペレットを高圧の再ガス化槽へ連続的に投入するのは容易ではない。高圧の再ガス化槽への圧入方式としては、例えば、ボール弁バッチ方式（例えば、特許文献１参照。）および高圧シール型のロータリーフィーダー方式が挙げられる。いずれの方式も常圧で保存されているＮＧＨを高圧の再ガス化槽にバッチ式、若しくは連続的に圧入するものであるが、常圧側と圧入機のＮＧＨ収容部屋とが連通する場合、圧入機のＮＧＨ収容部屋のボリューム分の高圧ガスが常圧側に戻る構造である。
ボール弁バッチ方式を例に挙げると、貯蔵槽と再ガス化槽との間に中間槽を設け、この中間槽の前後で弁の開閉操作を行ってＮＧＨを間欠的に再ガス化槽に投入する。しかし、ＮＧＨを再ガス化槽に投入する際に、中間槽に再ガス化槽内の高圧ガスが充填するので、常圧側から次のＮＧＨを受け入れるまでに、中間槽内のガスを圧縮機を用いて再ガス化槽に戻したり、或いは、系外へ放出して減圧する必要がある。
ＮＧＨは、それ自身の体積に対して約１７０倍（純度９０％）のガスを包蔵している独自の特性がある。この特性は、閉空間内でＮＧＨを分解すれば、発生ガスの自圧で高圧まで昇圧できることを意味する。ガス化システムをこの状態に近づけることができれば、動力装置による昇圧を必要としない理想的なガス化が実現する。
例えば、高圧系へのＮＧＨペレットの圧入条件として、高圧ガス化槽１０１を５ＭＰａ、圧入機１０２内のペレット充填率を５０％と仮定する。従来方式（図４参照。）において、圧入機１０２のペレット収容部屋１０３の代表容積を１ｍ3 とすると、充填率５０％からペレット体積は０．５ｍ3 となる。同様に、ペレットに随伴する常圧ガスの体積も０．５ｍ3 となる。ペレット圧入が１サイクルで、ペレット体積０．５ｍ3 の１７０倍である８５ｍ3 のガスが得られる。
しかし、投入後は、圧入機１０２のペレット収容部屋１０３の体積１ｍ3 に５ＭＰａのガスが流入し、結果的に、５０ｍ3 ものガスが常圧側に戻ることになる。このため、発電用燃料および都市ガス原料として供給する高圧ガス量全体の約５９％（＝５０×１００／８５）を圧縮機１０４で圧縮する必要がある。
従って、経済性の観点から、常圧側に戻るガス量を極力減らし、ガス圧縮に必要な消費動力を低減する必要がある。また、ロータリーフィーダー方式の場合、ローターが半径方向の多数の羽根を有していることから、ローターとケーシング間のシールが難しいという問題がある。
特開２００４−７５８４９号公報
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、常圧側に戻るガス量を極力減らしてガス圧縮に必要な消費動力を低減できる固気２相物質の押し込み装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、ローターとケーシング間のシールが比較的に容易な固気２相物質の押し込み装置を提供することにある。
請求項１に係る固気２相物質の押し込み装置は、常圧下で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を経て高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込み装置において、前記切替弁を、中空のボール状の弁本体と、該弁本体内に回転自在に設けられ、かつ、原料収容用の貫通部を有する球体状の回転弁体より構成し、更に、前記弁本体に、原料導入部と、原料間に介在している同伴ガスを非圧縮性流体と置換する非圧縮性流体供給部及び同伴ガス排出部と、回転弁体内の原料を移送用の非圧縮性流体と一緒に高圧容器に向けて排出する原料排出部と、回転弁体内に残っている非圧縮性流体を回転弁体外に排出する非圧縮性流体排出部と、弁本体内に漏洩した非圧縮性流体を弁本体の外に排出する漏洩流体排出部とを設けたことを特徴とするものである。
請求項２に係る固気２相物質の押し込み装置は、常圧下で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を経て高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込み装置であり、かつ、前記切替弁を、外殻状の弁本体と、該弁本体内に回転自在に設けられ、かつ、原料収容用の貫通部を有する回転弁体より構成し、更に、前記弁本体に、原料導入部と、原料間に介在している同伴ガスを非圧縮性流体と置換する非圧縮性流体供給部及び同伴ガス排出部と、回転弁体内の原料を移送用の非圧縮性流体と一緒に高圧容器に向けて排出する原料排出部と、回転弁体内に残っている非圧縮性流体を回転弁体外に排出する非圧縮性流体排出部と、弁本体内に漏洩した非圧縮性流体を弁本体外に排出する漏洩流体排出部とを設けた固気２相物質の押し込み装置において、同伴ガス排出部と、非圧縮性流体排出部と、漏洩流体排出部と、非圧縮性流体供給部のうち、少なくとも非圧縮性流体排出部及び漏洩流体排出部に原料の流出を防ぐ有孔板を設けたことを特徴とするものである。
請求項３に係る固気２相物質の押し込み装置は、同伴ガス排出部と、非圧縮性流体排出部と、漏洩流体排出部と、非圧縮性流体供給部に原料の流出を防ぐ有孔板を設けたことを特徴とするものである。
請求項４に係る固気２相物質の押し込み装置は、貫通部の中央を両端開口部よりも大径にすることを特徴とするものである。
本発明の方法によれば、常圧下で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を経て高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込む際に、切替弁内の回転弁体に原料を収容し、しかる後に、原料間に介在している同伴ガスを非圧縮性流体で置換するため、原料の払い出し時に、高圧容器内の高圧ガスが切替弁の回転弁体内に流入するのを阻止できるようになった。このため、原料が貯蔵されている常圧側に高圧容器内の高圧ガスが戻るのを防止することができた。
また、本発明の方法は、上記のように、高圧容器内の高圧ガスが切替弁の回転弁体内に流入するのを阻止できるため、圧縮機を用いて切替弁内のガスを高圧容器内に戻す必要がなく、ガス圧縮に必要な消費動力を低減することが可能になった。
他方、本発明の装置は、常圧下で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を経て高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込み装置において、前記切替弁を、外殻状の弁本体と該弁本体内に回転自在に設けられ、かつ原料収容用の貫通部を有する回転弁体により形成し、更に、前記弁本体に、原料導入部と、原料間に介在している同伴ガスを非圧縮性流体と置換する非圧縮性流体供給部及び同伴ガス排出部と、回転弁体内の原料を移送用の非圧縮性流体と一緒に高圧容器に向けて排出する原料排出部と、回転弁体内に残っている非圧縮性流体を回転弁体外に排出する非圧縮性流体排出部と、弁本体内に漏洩した非圧縮性流体を弁本体外に排出する漏洩流体排出部とを設けたので、原料の払い出し時に高圧容器内の高圧ガスが切替弁の回転弁体内に流入するのを阻止できるようになった。このため、原料が貯蔵されている常圧側に高圧容器内の高圧ガスが戻るのを防止することができた。
また、本発明の装置によれば、上記のように、高圧容器内の高圧ガスが切替弁の回転弁体内に流入するのを阻止できるため、圧縮機を用いて切替弁内のガスを高圧容器内に戻す必要がなく、ガス圧縮に必要な消費動力を低減することが可能になった。
また、本装置の装置は、外殻状の弁本体と該弁本体内に回転自在に設けた回転弁体により形成され、しかも、回転弁体に原料収容用の一つの貫通部を設けた簡易な構造であるから、回転弁体と弁本体間のシーリングが容易になるという利点がある。
更に、本発明の装置は、同伴ガス排出部と、非圧縮性流体排出部と、漏洩流体排出部と、非圧縮性流体供給部のうち、少なくとも非圧縮性流体排出部及び漏洩流体排出部に原料の流出を防ぐ有孔板を設けたので、切替弁の切り換え時に、原料の流出を防ぐことが可能になった。
更に、本発明の装置は、貫通部の中央部を両端開口部よりも大径にするため、口径の一定なストレートな貫通部に比べて原料の収容量が増加するという利点がある。
以下、本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
本発明における再ガス化装置１は、図１に示すように、第１、第２の一組の受入バンカ２，３と、その下方に位置する切替弁４および切替弁４の近傍に位置する再ガス化槽５により構成されている。
切替弁４は、中空のボール状の弁本体６と、弁本体６内に回転自在に設けた球体状の回転弁体７により形成されている。なお、回転弁体の形状としては、筒形状でも良い。回転弁体７は、その両側に回転軸８を有し、図において、時計方向に連続的に回転するようになっているが、４５°ずつ間欠的に回転するようにしても良い。
回転弁体７は、原料を収容するための貫通部１０を有しているが、この貫通部１０は、その両端の開口部１１よりも中央空洞部１２を大径にして原料の収容量の拡大を図っている。なお、回転弁体７のシール部材（図示せず）は、開口部１１の周囲に設けている。
他方、弁本体６は、原料導入部１４と、原料の間隙に介在している同伴ガスを回転弁体外に排出する同伴ガス排出部１５と、原料排出部１６と、回転弁体内に残っている非圧縮性流体を回転弁体外に排出する非圧縮性流体排出部１７と、弁本体内に漏洩した非圧縮性流体を弁本体外に排出する漏洩流体排出部１８とを備えている。
ここで、原料導入部１４は、弁本体６の上端（０°の位置）に位置し、同伴ガス排出部１５は、弁本体６の斜め右上方（原料導入部１４に対して４５°の位置）に位置し、原料排出部１６は、弁本体６の右端（原料導入部１４に対して９０°の位置）に位置し、非圧縮性流体排出部１７は、弁本体６の斜め右下方（原料導入部１４に対して１３５°の位置）に位置し、漏洩流体排出部１８は、弁本体６の下端（原料導入部１４に対して１８０°の位置）に位置している。
更に、弁本体６は、同伴ガス排出部１５に対向する位置に置換用の非圧縮性流体供給部１９を備え、原料排出部１６に対向する位置に原料移送用の非圧縮性流体供給部２０を備え、非圧縮性流体排出部１７に対峙する位置に低圧ガス供給部２１を備えている。
上記バンカ２，３は、その底部にテーブルフィーダ２３を備え、バンカ２，３内の固形状又はペレット状の原料ａを交互に払い出すようになっている。つまり、バンカ２から排出された固形状又はペレット状の原料ａは、配管２４を通って切替弁４の原料導入部１４に供給され、バンカ３から排出された固形状又はペレット状の原料ａは、配管２５を通って切替弁４の原料導入部１４に供給される。また、上記同伴ガス排出部１５、低圧ガス供給部２１および二つのバンカ２，３は、配管２６によって互いに連通している。
上記非圧縮性流体排出部１７は、ドレンポンプ２７を備えた配管２８を介して縦長の大気圧シールドレンタンク２９の上部に接続し、置換用の非圧縮性流体供給部１９は、水置換ポンプ３０を備えた配管３１を介して大気圧シールドレンタンク２９の下部に接続している。このシールドレンタンク２９は、余剰水を排出する排水管３２を有している。排水管３２に設けた制御弁３３は、シールドレンタンク２９に設けたレベル計３４によって制御するようになっている。
更に、図２に示すように、同伴ガス排出部１５に接続する配管２６の入口、非圧縮性流体排出部１７に接続する配管２８の入口、漏洩流体排出部１８に接続する配管４８の入口、非圧縮性流体供給部１９に接続する配管３１の出口にそれぞれ原料ａの流出を防ぐ有孔板１３を設けている。
また、所望により、有孔板１３の設置箇所を、漏洩流体排出部１８に接続する配管４８の入口と、非圧縮性流体排出部１７に接続する配管２８の入口に限っても実質的に支障がない。なお、有孔板としては、原料ａの流出を防ぐと共に、非圧縮性流体が通過できるものであれば良い。
上記再ガス化槽５は、その内部が上下一対の網状物３５，３６によって３分割され、
央部が原料溜まり５ｂ、上部がガス溜まり５ａ、下部が水溜まり５ｃになっている。再ガス化槽５は、その外部に熱交換器３８を備え、その一方の伝熱部３８ａの一端に接続している配管３９は、その先端が再ガス化槽５の水溜まり５ｃに挿入されている。前記伝熱部３８ａの他端に接続している配管４０は、その先端が上部網状物３５の上部に位置するように再ガス化槽５の側面に接続されている。熱交換器３８の他の伝熱部３８ｂには、熱源としての海水ｂが供給される。
央部が原料溜まり５ｂ、上部がガス溜まり５ａ、下部が水溜まり５ｃになっている。再ガス化槽５は、その外部に熱交換器３８を備え、その一方の伝熱部３８ａの一端に接続している配管３９は、その先端が再ガス化槽５の水溜まり５ｃに挿入されている。前記伝熱部３８ａの他端に接続している配管４０は、その先端が上部網状物３５の上部に位置するように再ガス化槽５の側面に接続されている。熱交換器３８の他の伝熱部３８ｂには、熱源としての海水ｂが供給される。
熱交換器３８の伝熱部３８ａに接続している配管３９から分岐した分岐管４１は、原料移送用の非圧縮性流体供給部２０に接続し、原料排出部１６に設けた配管４２は、再ガス化槽５の原料溜まり５ｂに接続している。また、熱交換器３０の伝熱部３８ａに接続している配管３９には、分岐管４０の分岐点よりも上流側にメインポンプを兼ねるペレットフィード用ポンプ４３を設けている。
更に、再ガス化槽５の頂部に接続したガス供給管４４には、圧力調整弁４５を設けている。また、下側の網状物３６の位置にレベル計４６を設け、上記配管３１に儲けたバルブ４７を制御するようになっている。なお、漏洩流体排出部１８は、配管４８を介してドレンポンプ２７を有する配管２８に連通している。
次に、上記切替弁の動作について説明する。
回転弁体７の貫通部１０の開口部１１を弁本体６の原料導入部１４に一致させた状態（弁本体の原料導入部１４に対して回転弁体の貫通部１０が０°の状態）において、第１受入バンカ２のテーブルフィーダ２３を稼働させると、図３の（ａ）に示すように、回転弁体７の貫通部１０内に原料であるＮＧＨペレットａが導入される。
この時、回転弁体７の貫通部１０内は、ＮＧＨペレットａと同伴ガスｃであり、その圧力は、常圧である（図４参照。）。なお、ドレンポンプ２７、水置換ポンプ３０およびペレットフィード用ポンプ４３は、予め、稼働させている。
次に、回転弁体７を時計方向に回転させて、弁本体６の原料導入部１４に対して回転弁体７の貫通部１０が４５°になると、回転弁体７の貫通部１０が非圧縮性流体供給部１９および同伴ガス排出部１５に連通し、非圧縮性流体供給部１９から回転弁体７の貫通部１０内に置換用の非圧縮性流体（例えば、水。）ｄが導入される。
そして、回転弁体７の貫通部１０内の同伴ガスｃが非圧縮性流体ｄと置換される（図３の（ｂ）参照。）。その際、有孔板１３によってＮＧＨペレットａの流出が防止される。回転弁体７の貫通部１０から追い出された同伴ガスｃは、同伴ガス排出部１５よりバンカ２，３に戻される。
更に、回転弁体７を時計方向に回転させて、弁本体６の原料導入部１４に対して回転弁体７の貫通部１０が９０°になると、回転弁体７の貫通部１０内が再ガス化槽５と連通し、瞬時に高圧となる（図３の（ｃ）及び図４参照。）。再ガス化槽５は、圧力調整弁４５によって圧力制御され、高圧、例えば、５ＭＰａとなっている。
圧力制御と同時に、回転弁体７の貫通部１０が移送用の非圧縮性流体供給部２０および原料排出部１６と連通し、ペレットフィード用ポンプ４３による水流によってＮＧＨペレットａが回転弁体７の貫通部１０から排出され、再ガス化槽５に供給される。ＮＧＨペレットａが排出された回転弁体７の貫通部１０内は非圧縮性流体ｄだけになる（図３の（ｄ）参照。）。
更に、回転弁体７を時計方向に回転させて、弁本体６の原料導入部１４に対して回転弁体７の貫通部１０が１３５°になると、回転弁体７の貫通部１０がドレンポンプ２７と連通し、回転弁体７の貫通部１０内の非圧縮性流体ｄが排出され、回転弁体７の貫通部１０内が同伴ガスｃの雰囲気に置換される（図３の（ｅ）および図４参照参照。）。水は、非圧縮性であるため、少しの容積増加で圧力が瞬時に開放される。その際、有孔板１３によって残留ペレットの流出が防止される。
更に、回転弁体７を時計方向に回転させて、弁本体６の原料導入部１４に対して回転弁体７の貫通部１０が１８０°になると、再び、ペレット受け入れ状態へと復帰する（図３の（ｆ）参照。）。
この際、熱交換器３８に熱源としての海水ｂを供給すると、再ガス化槽５内のＮＧＨペレットａが熱分解して、天然ガスｅと水ｄになる。なお、本発明は、ＮＧＨ製造過程の連続脱圧にも適用できる。また、他の固気搬送にも応用が可能である。
ＮＧＨの利用先として、再ガス化させた天然ガスをガス焚きガスタービン複合発電設備へ供給する方式が考えられる。２５０ＭＷの発電に必要な燃料ガスは、約４２，０００Ｎｍ3 ／ｈである。仮に、常圧ガスを圧縮装置で５ＭＰａまで昇圧する場合、動力消費は、概算で１５ＭＷとなる。この動力消費（１５ＭＷ）は、発電量（２５０ＭＷ）の６％となり、輸送システム全体に大きく影響する。
従来のバッチ方式（図５参照。）の動力消費は、発電量（２５０ＭＷ）の３．６％（９×１００／２５０）であるが、連続投入方式ではないので、前後弁の開閉操作時間が必要であり、装置が過大化する傾向となる。従来技術では、圧入機空間の高圧ガスを多少の差があれ、機械的に圧縮しなければならず、ここに消費動力が発生する。
これに比べて本発明は、連続的に回転している弁体内のガスを非圧縮性流体である水で置換することにより、ガス圧縮動力を大幅に低減できる。本発明は、圧縮動力無しである。弁動作、ポンプ等の動力を３００ｋＷとすると、発電量に対する動力消費は、０．１２％（０．３×１００／２５０）となる。
４ 切替弁
７ 回転弁体
ａ 原料
ｃ 同伴ガス
ｄ 非圧縮性流体
７ 回転弁体
ａ 原料
ｃ 同伴ガス
ｄ 非圧縮性流体
Claims (4)
- 常圧下で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を経て高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込み装置において、前記切替弁を、中空のボール状の弁本体と、該弁本体内に回転自在に設けられ、かつ、原料収容用の貫通部を有する球体状の回転弁体より構成し、更に、前記弁本体に、原料導入部と、原料間に介在している同伴ガスを非圧縮性流体と置換する非圧縮性流体供給部及び同伴ガス排出部と、回転弁体内の原料を移送用の非圧縮性流体と一緒に高圧容器に向けて排出する原料排出部と、回転弁体内に残っている非圧縮性流体を回転弁体外に排出する非圧縮性流体排出部と、弁本体内に漏洩した非圧縮性流体を弁本体の外に排出する漏洩流体排出部とを設けたことを特徴とする固気２相物質の押し込み装置。
- 常圧下で貯蔵されている固形状の原料を切替弁を経て高圧容器内に押し込む固気２相物質の押し込み装置であり、かつ、前記切替弁を、外殻状の弁本体と、該弁本体内に回転自在に設けられ、かつ、原料収容用の貫通部を有する回転弁体より構成し、更に、前記弁本体に、原料導入部と、原料間に介在している同伴ガスを非圧縮性流体と置換する非圧縮性流体供給部及び同伴ガス排出部と、回転弁体内の原料を移送用の非圧縮性流体と一緒に高圧容器に向けて排出する原料排出部と、回転弁体内に残っている非圧縮性流体を回転弁体外に排出する非圧縮性流体排出部と、弁本体内に漏洩した非圧縮性流体を弁本体外に排出する漏洩流体排出部とを設けた固気２相物質の押し込み装置において、同伴ガス排出部と、非圧縮性流体排出部と、漏洩流体排出部と、非圧縮性流体供給部のうち、少なくとも非圧縮性流体排出部及び漏洩流体排出部に原料の流出を防ぐ有孔板を設けたことを特徴とする固気２相物質の押し込み装置。
- 同伴ガス排出部と、非圧縮性流体排出部と、漏洩流体排出部と、非圧縮性流体供給部に原料の流出を防ぐ有孔板を設けたことを特徴とする請求項２記載の固気２相物質の押し込み装置。
- 貫通部の中央を両端開口部よりも大径にすることを特徴とする請求項２記載の固気２相物質の押し込み装置。
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