JP2006052261A - ガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧下で生成したガスハイドレートを常圧、氷点下で貯蔵する際に、パージガスの発生を抑制する。
【解決手段】高圧下で原料ガスｇと水ｗを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを高圧下でペレットｐに成形し、次に、このガスハイドレートペレットｐを脱圧して常圧下で貯蔵する。ペレット成形工程で成形したガスハイドレートペレットｐを、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液ａに浸漬した後、減圧ドラム１５内に導入する。この減圧ドラム１５内の高圧の作動液ａをフラッシュ弁１８からフラッシュして減圧ドラム１５内を常圧まで脱圧する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートをペレット状に成形後、このガスハイドレートペレットを常圧、氷点下で貯蔵するようにしたガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法及び装置に関するものである。

従来のガスハイドレート製造プロセスは、図７に示すように、高圧（例えば、５４ａｔａ（５．３０ＭＰａ））の原料ガス（天然ガス）ｇと、常温（例えば、４℃）の原料水ｗとを第１生成器１に導入し、攪拌方式やバブリング方式などの任意の方式で原料ガスｇと原料水ｗとを反応させて図示しないガスハイドレートを生成している。その際、反応熱は、図示しない冷凍機によって除熱する。

ガスハイドレートは、この段階で含有率２０％のスラリーの状態であるから脱水器２に導入して物理的に脱水し、ガスハイドレートの含有率を５０％程度にする。脱水器２で脱水された水は、原料水ｗに戻される。

脱水器２で脱水されたガスハイドレートは、第２生成器３に導入する。この第２生成器３では、第１生成器１から原料ガス（天然ガス）ｇを導入して未反応の原料水ｗと再反応（水和反応）させ、ガスハイドレートの含有率を９０％程度にする。第２生成器３では、第１生成器１と同様に図示しない冷凍機によって反応熱を除熱する。

第２生成器３で脱水されたガスハイドレートは、造粒機４によって任意の形状およびサイズのペレットに成形した後、脱圧装置５で脱圧（５４ａｔａ（５．３０ＭＰａ）→常圧）する。脱圧後のペレットは、冷却器６により所定の温度（例えば、−２０℃程度）に冷却した後、貯槽７内に貯蔵する。

上記の脱圧作業時に系内の原料ガス（パージガス）の一部が冷却器６を経て貯槽７内に流入するため、貯槽７内に流入したパージガスｇ’を第１生成器１の上流側に戻すようにしている。

上記のような発明は、上記以外に、従来から何件か提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１０５３６２公報（第１１−１２頁、図１２）

しかしながら、従来は、貯槽７内に流入したパージガスｇ’を第１生成器１の上流側に戻す際に、パージガス圧縮機８を用いてパージガスを原料ガスのガス圧（５４ａｔａ（５．３０ＭＰａ）まで昇圧する必要があるため、プラントの消費電力が増大するという問題があった。

また、従来は、脱圧装置と冷却器とをそれぞれ別個に持っていたので、工程が長くなり、維持管理が面倒であった。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、第１の目的は、高圧、常温下で生成したガスハイドレートを常圧、氷点下で貯蔵する際に、パージガスの発生を抑制するようにしたガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法及び装置を提供することにある。

第２の目的は、脱圧装置と冷却器とを一つの装置で賄うようにしたガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法及び装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するため、次のように構成されている。

請求項１に記載の発明に係る脱圧方法は、原料ガスと原料水とを高圧下で反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを脱圧して常圧下で貯蔵するに際し、
前記ガスハイドレートを、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液に浸漬させた状態に保持した後、減圧ドラム内に導入する工程と、
前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュ弁からフラッシュして減圧ドラム内を常圧まで脱圧する工程と、から成るガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法である。

請求項２に記載の発明に係る脱圧方法は、高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを高圧下でペレットに成形し、しかる後に、このガスハイドレートペレットを脱圧して常圧下で貯蔵するに際し、
ペレット成形工程で得られた前記ガスハイドレートペレットに、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液を添加して前記ガスハイドレートペレットを高圧の作動液に浸漬状態に保持した後、減圧ドラム内に導入する工程と、
前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュ弁からフラッシュして減圧ドラム内を常圧まで脱圧する工程と、から成るガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法である。

請求項３に記載の発明に係る脱圧方法は、高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成する第１生成器と、該第１生成器で生成したガスハイドレートを脱水する脱水器と、該脱水器で脱水したガスハイドレートを水和反応により脱水する第２生成器と、該第２生成器で脱水したガスハイドレートを所定の形状および寸法に成形する造粒機と、該造粒機で形成したガスハイドレートペレットを脱圧する脱圧装置と、該脱圧装置で脱圧したガスハイドレートペレットを貯槽に貯蔵するガスハイドレート製造プロセスにおいて、
前記脱圧装置を、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液で造粒機のペレット送出管を密閉すると共に前記ガスハイドレートペレットを導入する液封器と、該液封器内の高圧の作動液とガスハイドレートペレットを導入する減圧ドラムと、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュするフラッシュ弁により構成して成るガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧装置である。

請求項４に記載の発明に係る脱圧方法は、脱圧装置を、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液で造粒機のペレット送出管を密閉すると共に前記ガスハイドレートペレットを導入する液封器と、該液封器内の高圧の作動液とガスハイドレートペレットを導入する減圧ドラムと、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュするフラッシュ弁と、該フラッシュ弁でフラッシュさせた作動ガスを液化・昇圧して液封器に戻す液化装置により構成して成る請求項２記載のガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧装置である。

上記のように、請求項１に記載の発明に係る脱圧方法は、原料ガスと原料水とを高圧下で反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを脱圧して常圧下で貯蔵するに際し、
前記ガスハイドレートを、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液に浸漬させた状態に保持した後、減圧ドラム内に導入する工程と、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュ弁からフラッシュして減圧ドラム内を常圧まで脱圧する工程と、から構成しているため、脱圧の際に、ガスハイドレート生成工程のパージガスが貯槽内に流入することがない。

従って、従来のように、貯槽内に流入したパージガスを原料ガスのガス圧まで、再度、昇圧して第１生成器の上流側に戻す必要がないため、従来よりもプラントの消費電力を抑制することができる。

更に、この発明は、作動液をフラッシュさせてガスハイドレートをフラッシュ冷却するため、脱圧と同時にガスハイドレートを氷点下に過冷却できる利点がある。

また、請求項２に記載の発明は、高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを高圧下でペレットに成形し、しかる後に、このガスハイドレートペレットを脱圧して常圧下で貯蔵するに際し、
ペレット成形工程で得られた前記ガスハイドレートペレットに、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液を添加して前記ガスハイドレートペレットを高圧の作動液に浸漬状態に保持した後、減圧ドラム内に導入する工程と、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュ弁からフラッシュして減圧ドラム内を常圧まで脱圧する工程と、から構成しているため、脱圧の際に、ガスハイドレート生成工程のパージガスが貯槽内に流入することがない。

従って、従来のように、貯槽内に流入したパージガスを原料ガスのガス圧まで、再度、昇圧して第１生成器の上流側に戻す必要がないことから、従来よりもプラントの消費電力を抑制することができる。

更に、この発明は、作動液をフラッシュさせてガスハイドレートペレットをフラッシュ冷却するため、脱圧と同時にガスハイドレートペレットを氷点下に過冷却できる利点がある。

他方、請求項３に記載の発明は、高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成する第１生成器と、該第１生成器で生成したガスハイドレートを脱水する脱水器と、該脱水器で脱水したガスハイドレートを水和反応により脱水する第２生成器と、該第２生成器で脱水したガスハイドレートを所定の形状および寸法に成形する造粒機と、該造粒機で形成したガスハイドレートペレットを脱圧する脱圧装置と、該脱圧装置で脱圧したガスハイドレートペレットを貯槽に貯蔵するガスハイドレート製造プロセスにおいて、
前記脱圧装置を、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液で造粒機のペレット送出管を密閉すると共に前記ガスハイドレートペレットを導入する液封器と、該液封器内の高圧の作動液とガスハイドレートペレットを導入する減圧ドラムと、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュするフラッシュ弁により構成したため、脱圧に際して、ガスハイドレート生成工程のパージガスが貯槽内に流入することがない。

従って、従来のように、貯槽内に流入したパージガスを原料ガスのガス圧まで、再度、昇圧して第１生成器の上流側に戻す必要がないことから、従来よりもプラントの消費電力を抑制することができる。

更に、この発明は、作動液をフラッシュさせてガスハイドレートペレットをフラッシュ冷却するため、脱圧と同時にガスハイドレートペレットを氷点下に過冷却できる利点がある。したがって、脱圧装置と冷却器とを一つの装置で賄うことができ、点検・補修などが容易になる。

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、本発明に係る脱圧装置を含むガスハイドレート製造プロセスの概略構成図であり、第１生成器１と、脱水器２と、第２生成器３と、造粒機４と、脱圧装置５と、貯槽７とから構成され、高圧（例えば、５４ａｔａ（５．３０ＭＰａ））の原料ガス（天然ガス）ｇと、常温（例えば、４℃）の原料水ｗとを第１生成器１に導入し、攪拌方式やバブリング方式などの任意の方式で原料ガスｇと原料水ｗとを反応させて図示しないガスハイドレートを生成している。その際、反応熱は、図示しない冷凍機によって除熱する。

ガスハイドレートは、この段階で含有率２０％のスラリーの状態であるから脱水器２に導入して物理的に脱水し、ガスハイドレートの含有率を５０％程度にする。脱水された水は、原料水ｗに戻す。

脱水器２で脱水されたガスハイドレートは、第２生成器３に導入する。この第２生成器３では、第１生成器１から原料ガスｇを導入して未反応の原料水ｗと再反応（水和反応）させ、ガスハイドレートの含有率を９０％程度にする。第２生成器３では、第１生成器１と同様に図示しない冷凍機によって反応熱を除熱する。

第２生成器３で脱水されたガスハイドレートは、造粒機４によって任意の形状（例えば、球形状）およびサイズ（例えば、１０〜１００ｍｍ程度）のペレットに成形した後、後述する脱圧装置５によって常圧まで脱圧し、しかる後に、常圧、氷点下（例えば−２０℃程度）で貯槽７に貯蔵するようにしている。

脱圧装置５は、図２に示すように、液封器（混合器ともいう。）１０および減圧ドラム（ロックホッパーともいう。）１５を備えている。そして、減圧ドラム１５の下方に貯槽７が設置されている。

液封器１０は、容器本体１１内に所定の圧力（例えば、５．８ａｔａ（５．７Ｐａ））および温度（例えば、５℃）の液封用作動液（例えば、液体プロパン。）ａを貯蔵し、当該作動液ａによって容器本体１１に取り付けたペレット導入管１２の下部を液封するようになっている。このペレット導入管１２には、ペレット送出管（図示せず）が接続され、造粒機４で造粒されたペレットｐを容器本体１１内に導入するようになっている。

この場合、液体プロパンａとペレットｐとは、ほぼ同一温度であり、相互の熱交換は、無視できるほど小さい。ここで、容器本体１１内の空間は、臨界圧以上に保持されている。なお、容器本体１１には、パージガスを戻すための配管１３が設けられている。

減圧ドラム１５は、二つの開閉弁１６，１７と一つのフラッシュ弁１８を備え、第１開閉弁１６、液封器１０と減圧ドラム１５を連通する管体１９に設けられ、第２開閉弁１７は、減圧ドラム１５と貯槽７を接続する管体２０に設けられている。一方、フラッシュ弁１８は、減圧ドラム１５と調圧ドラム２１を接続する管体２２に設けられている。

この脱圧装置５は、気化した作動ガス（プロパン）を液化する液化装置２５を併設している。この液化装置２５は、調圧ドラム２１、第１，第２圧縮機２６，２７、凝縮器２８、分離器２９、昇圧ポンプ３０により構成され、調圧ドラム２１から凝縮器２８に至る管路３１には、第１圧縮機２６、分離器２９、第２圧縮機２７が、この順に配置されている。一方、凝縮器２８から液封器１０に至る管路３２には、分離器２９、昇圧ポンプ３０が、この順に配置されている。

上記調圧ドラム２１は、液化装置２５が複数系列ある場合、圧縮機の吸い込みガスの圧力調整を行う。

次に、図３乃至図５を用いて脱圧装置５の作動について説明する。

図３に示すように、減圧ドラム１５の第１開閉弁１６を開くと、液封器１０内のペレットｐが作動液である高圧の液体プロパンａと共に減圧ドラム１５内に導入される。この時、第２開閉弁１７とフラッシュ弁１８は、両方とも閉じている。

次に、図４に示すように、第１開閉弁１６を閉じてフラッシュ弁１８を開くと、フラッシュ弁１８から高圧の液体プロパンａが噴出して減圧ドラム１５内が脱圧すると同時に、気化熱が奪われることから、ペレットｐは、−２０℃程度にフラッシュ冷却される。

次に、図５に示すように、フラッシュ弁１８を閉じて第２開閉弁１７を開くと、脱圧された減圧器１５内のペレットｐが貯槽７内に導入される。

一方、フラッシュ弁１８によってフラッシュしたプロパンは、一旦、調圧ドラム２１に流入する。調圧ドラム２１内のプロパンは、第１圧縮機２６により昇圧され、分離器２９で液とガスに分離する。

分離後の液（液体プロパンａ）は、昇圧ポンプ３０によって所定圧（５．８ａｔａ（５．７Ｐａ））に昇圧され、液封器１０に戻される。他方、分離後のガス（プロパンガスａ’）は、第２圧縮機２７によって昇圧後、凝縮器２８にて凝縮される。液化した液体プロパンａは、分離器２９を経て液封器１０に戻される。

図６は、プロパンの状態線図を示したものである。ガスハイドレートペレットｐが液封器１０に導入された時、液体プロパンにてガスハイドレート生成工程の原料ガスｇを封ずる役割を果たす。このため、バージガス圧縮機が不要になり、プラントの消費動力を低減することが可能となる。

この発明は、作動液である液体プロパンのフラッシュ冷却を利用してガスハイドレートペレットｐを、直接、冷却するため、間接的に冷却する場合よりも高いＣＯＰ（成績係数）が得られる。

本発明に係る脱圧装置を含むガスハイドレート製造プロセスの概略構成図である。 脱圧装置の構成図である。 液封器内のペレットと液体プロパンを減圧ドラム内に導入した説明図である。 減圧ドラム内の液体プロパンをフラッシュさせる説明図である。 減圧器内のペレットが貯槽内に導入する説明図である。 ２段カスケードサイクルの説明図である。 従来のガスハイドレート製造プロセスの概略構成図である。

符号の説明

ａ 液封用作動液
ｇ 原料ガス
ｐ ガスハイドレートペレット
ｗ 原料水
１ 第１生成器
２ 脱水器
３ 第２生成器
４ 造粒機
５ 脱圧装置
７ 貯槽
１２ 造粒機のペレット送出管
１０ 液封器
１５ 減圧ドラム
１８ フラッシュ弁

Claims (4)

1. 原料ガスと原料水とを高圧下で反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを脱圧して常圧下で貯蔵するに際し、
   前記ガスハイドレートを、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液に浸漬させた状態に保持した後、減圧ドラム内に導入する工程と、
   前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュ弁からフラッシュして減圧ドラム内を常圧まで脱圧する工程と、から成るガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法。
2. 高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成し、このガスハイドレートを高圧下でペレットに成形し、しかる後に、このガスハイドレートペレットを脱圧して常圧下で貯蔵するに際し、
   ペレット成形工程で得られた前記ガスハイドレートペレットに、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液を添加して前記ガスハイドレートペレットを高圧の作動液に浸漬状態に保持した後、減圧ドラム内に導入する工程と、
   前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュ弁からフラッシュして減圧ドラム内を常圧まで脱圧する工程と、から成るガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧方法。
3. 高圧下で原料ガスと原料水とを反応させてガスハイドレートを生成する第１生成器と、該第１生成器で生成したガスハイドレートを脱水する脱水器と、該脱水器で脱水したガスハイドレートを水和反応により脱水する第２生成器と、該第２生成器で脱水したガスハイドレートを所定の形状および寸法に成形する造粒機と、該造粒機で形成したガスハイドレートペレットを脱圧する脱圧装置と、該脱圧装置で脱圧したガスハイドレートペレットを貯槽に貯蔵するガスハイドレート製造プロセスにおいて、
   前記脱圧装置を、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液で造粒機のペレット送出管を密閉すると共に前記ガスハイドレートペレットを導入する液封器と、該液封器内の高圧の作動液とガスハイドレートペレットを導入する減圧ドラムと、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュするフラッシュ弁により構成して成るガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧装置。
4. 脱圧装置を、原料ガス以外のガスを液化させた高圧の作動液で造粒機のペレット送出管を密閉すると共に前記ガスハイドレートペレットを導入する液封器と、該液封器内の高圧の作動液とガスハイドレートペレットを導入する減圧ドラムと、前記減圧ドラム内の高圧の作動液をフラッシュするフラッシュ弁と、該フラッシュ弁でフラッシュさせた作動ガスを液化・昇圧して液封器に戻す液化装置により構成して成る請求項２記載のガスハイドレート製造プロセスにおける脱圧装置。
   

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