JP2006257359A - Gravity dehydrating type dehydrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重力脱水式の脱水装置、更に詳しくは、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置に関するものである。 The present invention relates to a gravity dehydration type dehydrator, more specifically, a gas hydrate produced by reacting a gas and water is introduced into a dehydration tower together with unreacted water, and the dehydration tower is moved upward from below. And a gravity dehydration-type dehydration apparatus that causes unreacted water to flow out of the tower from the filtration section provided on the side wall surface of the dehydration tower.
メタンなどの炭化水素を主成分とする天然ガスを貯蔵及び輸送する方法としては、天然ガスを液化温度まで冷却してLNG(液化天然ガス)とし、このLNGを貯蔵及び輸送する方法が一般的である。 As a method of storing and transporting natural gas mainly composed of hydrocarbons such as methane, a method of storing and transporting LNG by cooling natural gas to a liquefaction temperature to form LNG (liquefied natural gas) is common. is there.
しかし、LNGの主成分であるメタンを液化させるには、−162℃という極低温が必要であり、こうした厳しい条件を維持しながら貯蔵及び輸送を行うためには、専用の貯蔵施設やLNG船が必要となる。 However, in order to liquefy methane, which is the main component of LNG, an extremely low temperature of −162 ° C. is necessary. In order to store and transport these strict conditions, dedicated storage facilities and LNG ships are required. Necessary.
こうした装置の製造及び維持管理には、非常に高いコストを要するため、上記の方法に代わる低コストの貯蔵及び輸送する方法が研究されてきた。 The manufacture and maintenance of such devices are very expensive, and low cost storage and transport methods have been investigated as an alternative to the above methods.
こうした研究の結果、天然ガスと水を反応させて固体状態の水和物(以下、ガスハイドレートという。)を生成し、このガスハイドレートを貯蔵及び輸送する方法が見出され、注目を集めている。 As a result of such research, a method for storing and transporting this gas hydrate was discovered, which produced a solid-state hydrate (hereinafter referred to as gas hydrate) by reacting natural gas with water. ing.
この方法では、LNGを取り扱う場合のような超低温条件を必要としないばかりでなく、ガスハイドレートが固体であるため、その取り扱いも比較的に容易である。 In this method, not only the ultra-low temperature condition as in the case of handling LNG is required, but also the handling is relatively easy because the gas hydrate is solid.
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、エタン、プロパンなどが入り込み、包接された結晶構造を成すものである。例えば、メタンの水和物が安定に存在し得る条件下、すなわち、−30℃で、なおかつ、大気圧においては、気体の場合と比較して約1/170の体積となる。 Gas hydrate is a kind of clathrate compound (clathrate compound), and each component of natural gas is formed in a three-dimensional cage clathrate formed by multiple water molecules. Molecules, that is, methane, ethane, propane, etc. enter and form an inclusion crystal structure. For example, under a condition where hydrates of methane can exist stably, that is, at −30 ° C. and at atmospheric pressure, the volume is about 1/170 compared to the case of gas.
このように、ガスハイドレートは、比較的容易に得られる温度条件及び圧力条件下において製造可能であり、しかも、安定した保存が可能である。 Thus, the gas hydrate can be produced under temperature and pressure conditions that are relatively easily obtained, and can be stably stored.
このガスハイドレートの製造を工業化して大量に製造しようとすると、天然ガスを水中に吹き込んでガスハイドレートを製造する方法(バブリング方式)(例えば、特許文献1参照。)、あるいは、ガス相内に水をスプレーしてガスハイドレートを製造する方法(スプレー方式)(例えば、特許文献2参照。)などがある。
しかしながら、いずれの場合も、生成直後のガスハイドレートは、未反応の水を含んだスラリー状態であるため、そのままの状態、あるいは、冷凍して氷の状態で貯蔵及び輸送すれば、水あるいは氷の分だけ、余分な費用がかかるという問題がある。 However, in any case, since the gas hydrate immediately after production is in a slurry state containing unreacted water, if it is stored and transported as it is or after being frozen and stored in ice, There is a problem that extra costs are required.
このような問題を回避するために、スラリー状のガスハイドレートを脱水してガスハイドレートの濃度を高めることが行われているが、特許文献2の発明のように、スクリュープレス型脱水装置を使用して強制的に脱水する場合には、脱水後の濾液中にガスハイドレートの固体粒子が混入することが避けられない。このため、ガスハイドレートの回収率が低下するという問題がある。
In order to avoid such a problem, the slurry gas hydrate is dehydrated to increase the concentration of the gas hydrate. As in the invention of
そこで、本発明者らは、図4の如く、重力を利用した重力脱水式の脱水装置を考えた。この脱水装置を含むガスハイドレート製造装置は、次のような構造となっている。 Therefore, the present inventors have considered a gravity dehydration type dehydrator using gravity as shown in FIG. The gas hydrate manufacturing apparatus including this dehydrating apparatus has the following structure.
すなわち、第1生成器1に水wと原料ガスである天然ガスgを供給して、天然ガスgと水wの水和物であるガスハイドレート(図示せず)を生成する。そのとき、第1生成器1内を攪拌機2で攪拌して低濃度のスラリーsとなるようにする。
That is, the water w and the natural gas g that is the raw material gas are supplied to the first generator 1 to generate a gas hydrate (not shown) that is a hydrate of the natural gas g and the water w. At that time, the inside of the first generator 1 is stirred by the
その際、第1生成器1内に伝熱管3を設けたり、あるいは、第1生成器1の外側に冷却ジャケット(図示せず)を設けて第1生成器1内を冷却する。
At that time, the
この第1生成器1で製造された低濃度のガスハイドレートスラリーsは、スラリー供給ポンプ4によって円筒形の脱水塔5の底部に供給される。この脱水塔5は、その側壁面に金網、あるいは多孔質の焼結板などから成る脱液用の濾過体7を備えている。この濾過体7の外側には、排水ジャケット8を有している。
The low concentration gas hydrate slurry s produced in the first generator 1 is supplied to the bottom of the
濾過体7から脱水塔5の外側に流出した水(未反応水)wは、循環水ポンプ9によって第1生成器1に戻されるが、その間に循環水冷却器10によって所定の温度に冷却される。また、排水ジャケット8内に流出した未反応ガスgは、循環ガスブロワ11によって第1生成器1に戻される。
Water (unreacted water) w flowing out from the filter body 7 to the outside of the
脱水塔5によって脱水され、含水率の低下したガスハイドレートaは、脱水塔5の上端に設けたスクリューフィーダ等の搬送装置12によって第2生成器(図示せず)に供給され、更に、水和反応を利用した脱水が行われる。そして、ガスハイドレートの製造が進行するに連れ、第1生成器1には、ポンプ13によって水wが補給され、原料ガス圧縮機14によって天然ガスgが補給される。
The gas hydrate a dehydrated by the
ところで、このガスハイドレート製造装置を大型化して、ガスハイドレートを量産しようとすると、従来の円筒形の脱水塔5は、その直径及び高さが大きなものとなる。脱水塔5の高さが増加すると、スラリー供給ポンプ4のポンプヘッドが高くなり、消費動力の増加するという問題がある。
By the way, when this gas hydrate production apparatus is enlarged and mass production of gas hydrate is attempted, the conventional
他方、脱水塔5の直径Dについては、例えば、2.4T/Dのプラントを想定した場合、脱水塔5の横断面積Aが約116.11(m2 )となり、脱水塔5の直径Dが約12(m)の大きさとなる。
On the other hand, regarding the diameter D of the
このように、脱水塔5の直径Dが増大すると、脱水塔5に設けた濾過体7の内側面に堆積するガスハイドレートaの堆積層の厚さが非常に厚くなり、脱水塔5の中心部Cの水が排水され難いという問題がある(図5参照。)。
As described above, when the diameter D of the
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、その目的とするところは、脱水塔の処理量を、従来の脱水塔の処理量の水準を保持しながら、脱水塔の筒の高さを抑制し、以て、建設コスト、ランニングコスト等の低減を図ることにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to maintain the level of throughput of the dehydration tower while maintaining the level of throughput of the conventional dehydration tower. The purpose is to reduce the construction cost and running cost by suppressing the height of the tube.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のように構成されている。 In order to achieve this object, the present invention is configured as follows.
請求項1に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、前記脱水塔を、内筒と外筒の二つの筒体より成る2重筒形構造の脱水塔とし、かつ、前記内筒と外筒の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体と、外筒に設けた濾過体との二つの濾過体より塔外に流出させることを特徴とする重力脱水式の脱水装置である。 The invention according to claim 1 introduces gas hydrate generated by reacting gas and water into a dehydration tower together with unreacted water, and raises the dehydration tower upward from below. A gravitational dehydration type dehydrating apparatus for causing unreacted water to flow out of the tower from the filtration section provided on the side wall surface of the dehydration tower during the ascent, wherein the dehydration tower is divided into two cylinders, an inner cylinder and an outer cylinder. A dehydrating tower having a double cylinder structure, and a dehydrating filter body provided on both side wall surfaces of the inner cylinder and the outer cylinder, respectively, and an unreacted water provided in the inner cylinder; and an outer cylinder It is a gravity dehydration-type dehydrator characterized in that it flows out of the tower through two filter bodies with a filter body provided in the column.
請求項2に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、耐圧容器内に、内外両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けた2重筒形構造の脱水塔を内蔵し、該脱水塔の中央の空洞内に筒形のガスハイドレート投入部を設けて、該ガスハイドレート投入部と前記耐圧容器との間に排水槽を形成し、更に、前記ガスハイドレート投入部内にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置を設けると共に、前記ガスハイドレート投入部の下方にガスハイドレート排出装置を設け、前記脱水塔の上方にスクレーパを回転自在に設け、更に、前記脱水塔の下方にスラリー供給管を設け、かつ、前記排水槽に排水管を設けたことを特徴とする重力脱水式の脱水装置である。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、前記粉砕装置と、前記スクレーパとを共通の回転軸に設けることを特徴とする請求項2記載の重力脱水式の脱水装置である。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、前記ガスハイドレート排出装置として、スクリューフィーダーを適用することを特徴とする請求項2記載の重力脱水式の脱水装置である。
The invention according to claim 4 is the gravity dehydration type dehydrating apparatus according to
上記のように、請求項1に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、前記脱水塔を、内筒と外筒の二つの筒体より成る2重筒形構造の脱水塔とし、かつ、前記内筒と外筒の両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けて、未反応の水を内筒に設けた濾過体と、外筒に設けた濾過体との二つの濾過体より塔外に流出させるので、本発明の脱水塔の横断面積Aが、従来の円筒型の脱水塔の横断面積Aと同じであっても、本発明は、脱水塔の内外両筒間の間隔Wが(D0 −D1 )/2となり、従来のものに比べて脱水塔の内外両筒間の間隔Wが大幅に縮小する(図2参照。)。 As described above, the invention according to claim 1 introduces the gas hydrate produced by reacting gas and water into the dehydration tower together with unreacted water, and from above to below the dehydration tower. Gravity dehydration type dehydration device that raises the unreacted water to the outside of the tower from the filtration section provided on the side wall surface of the dehydration tower during the ascent, wherein the dehydration tower comprises an inner cylinder and an outer cylinder. A double-tubular dehydration tower comprising two cylinders, and a filter for dehydration provided on both side walls of the inner cylinder and the outer cylinder, respectively, and unreacted water provided in the inner cylinder. The cross-sectional area A of the dehydrating tower of the present invention is the same as the cross-sectional area A of the conventional cylindrical dehydrating tower. also, the present invention, the distance W between the inner and outer cylinder of the dewatering tower is (D 0 -D 1) / 2, and the inside and outside both the dehydration column as compared with the conventional Distance W between is significantly reduced (see Fig. 2.).
例えば、2.4T/Dのプラントを想定し、なおかつ、外筒の直径D0 を14.04(m)と想定した場合、内筒の直径D1 が7.02(m)となり、脱水塔の内外両筒間の間隔W(=(D0 −D1 )/2)が約3.5(m)となる。 For example, when a 2.4 T / D plant is assumed and the outer cylinder diameter D 0 is assumed to be 14.04 (m), the inner cylinder diameter D 1 becomes 7.02 (m), and the dehydration tower The distance W (= (D 0 −D 1 ) / 2) between the inner and outer cylinders is about 3.5 (m).
従って、従来の円筒型の脱水塔の直径Dが約12(m)であるのに対し、本発明の2重筒形構造の脱水塔は、内筒と外筒との間の間隔Wがが約3.5(m)となることから、本発明の2重筒形構造の脱水塔は、従来の円筒型の脱水塔に比べて脱水が円滑に行えるようになった。 Therefore, while the diameter D of the conventional cylindrical dehydration tower is about 12 (m), the double cylindrical structure dehydration tower of the present invention has a gap W between the inner cylinder and the outer cylinder. Since it was about 3.5 (m), the dehydration tower having the double cylindrical structure of the present invention can be dehydrated more smoothly than the conventional cylindrical dehydration tower.
その結果、脱水塔の処理量を従来の脱水塔の処理量の水準を保持しながら、脱水塔の筒の高さを抑制し、以て、建設コスト、ランニングコスト等の低減を図ることが可能となった。 As a result, it is possible to reduce the construction cost, running cost, etc., while suppressing the height of the column of the dehydration tower while maintaining the processing amount of the dehydration tower at the level of the conventional dewatering tower. It became.
請求項2に記載の発明は、ガスと水を反応させて生成したガスハイドレートを、未反応の水と一緒に脱水塔に導入して、該脱水塔の下方から上方に向けて上昇させ、該上昇中に未反応の水を脱水塔の側壁面に設けた濾過部から塔外に流出させる重力脱水式の脱水装置であって、耐圧容器内に、内外両側壁面にそれぞれ脱水用の濾過体を設けた2重筒形構造の脱水塔を内蔵し、該脱水塔の中央の空洞内に筒形のガスハイドレート投入部を設けて、該ガスハイドレート投入部と前記耐圧容器との間に排水槽を形成し、更に、前記ガスハイドレート投入部内にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置を設けると共に、前記ガスハイドレート投入部の下方にガスハイドレート排出装置を設け、前記脱水塔の上方にスクレーパを回転自在に設け、更に、前記脱水塔の下方にスラリー供給管を設け、かつ、前記排水槽に排水管を設けたので、既に説明した効果に加え、脱水塔の上方のスクレーパと、ガスハイドレート投入部下方のガスハイドレート排出装置を用いて脱水後のガスハイドレートを円滑に送出することができる。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、前記粉砕装置と、前記スクレーパとを共通の回転軸に取り付けたので、部品点数を低減することができる。
In the invention according to
請求項4に記載の発明は、前記ガスハイドレート排出装置として、スクリューフィーダーを適用するので、脱水後のガスハイドレートを円滑に移送することができる。 In the invention according to claim 4, since a screw feeder is applied as the gas hydrate discharge device, the dehydrated gas hydrate can be smoothly transferred.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の係る重力脱水式の脱水装置の断面図である。図2は図1のX−X線断面図、図3は図1のY−Y線断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a gravity dehydration type dehydrator according to the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG.
図1において、符号20は、重力脱水式の脱水装置であり、耐圧容器(耐圧殻ともいう。)21の中に脱水塔22を内蔵している。この脱水塔22は、図2に示すように、直径D1 の内筒23と、それより直径D0 の大きい外筒24により形成された2重筒形構造となっている。
In FIG. 1,
なお、上記内筒23の上端は、外筒24の上端より、若干、低くなっており、脱水塔22の上端開口部25が逆円錐台状になっている。
The upper end of the
また、脱水塔22は、図1に示すように、所定の高さの部位に脱水用の濾過体26a及び26bを設けている。すなわち、内筒23は、金網や多孔質の焼結板等で形成した円環状の脱液用濾過体26aを所定の高さの部位に設けている。また、外筒24は、前記濾過体26aと同様の方法で形成した脱液用濾過体26bを前記濾過体26aと同様の高さの部位に設けている。
Further, as shown in FIG. 1, the
この脱水塔22は、その中央の空洞27内に円筒形のガスハイドレート投入部28を設けて、ガスハイドレート投入部28と耐圧容器21との間に排水槽29を形成している。この排水槽29は、円環状の底板30を有している。また、脱水塔の外筒24と耐圧容器21との間の隙間は、円環状の遮蔽板31によって塞いでいる。
The
更に、この脱水塔22は、ガスハイドレート投入部28の中にガスハイドレート粉砕用の粉砕装置32を設けている。この粉砕装置32は、耐圧容器21の上部を貫通している垂直な回転軸33の下端部に放射状に設けた複数の平板状のブレード34によって形成されている(図2参照。)。
Further, the
この粉砕装置32は、平板状のブレードに限らず、例えば、棒体のようなものでもよい。要は、ガスハイドレートの固まりを細かに粉砕できるものであればよい。なお、回転軸33は、モーター35によって回転するようになっている。
The
また、この円筒状のガスハイドレート投入部28の下方にガスハイドレート排出装置36を設けている。このガスハイドレート排出装置36は、複数台(例えば、2台)のスクリューフィーダー37を平行に設けることにより形成されている。なお、脱水後のガスハイドレートを円滑に排出できるものであれば、スクリューフィーダー以外のものでもよい。
A gas
また、この脱水塔22の上方にスクレーパ38を設けている。このスクレーパ38は、3枚のヘラ又はブレード39を上記回転軸33に放射状に設けることにより形成されている(図2参照。)。しかし、脱水後のガスハイドレートを脱水塔22から掻き落とすことができるものであれば、ヘラ又はブレード以外のものでもよい。
A
更に、この脱水塔22の下部には、脱水塔22の接線方向にスラリー供給管40を設け、スラリー供給管40から脱水塔22の下部に供給されたガスハイドレートスラリーsが脱水塔22内を旋回するようになっている。
Furthermore, a
更に、上記排水槽29に排水管41を設け、脱水された未反応水(ブラインともいう。)wを図示しない生成器に戻すようになっている。また、上記耐圧容器21に配管42を設けて耐圧容器21内の未反応の天然ガスgを図示しない第1再生器に戻すようになっている。
Further, a
ここで、外筒24の直径をD0 、内筒23の直径をD1 、脱水塔22の横断面積をAとすると、内筒23の直径D1 は、次のようになる。
Here, assuming that the diameter of the
すなわち、
D1 =2√((D0 /2)2 −(A/π))
That is,
D 1 = 2√ ((D 0 /2) 2 - (A / π))
従って、例えば、2.4T/Dのプラントを想定し、なおかつ、外筒24の直径D0 を14.04(m)、脱水塔22の横断面積Aを従来の円筒形の脱水塔の横断面積と同様に116.11(m2 )と想定すると、内筒23の直径D1 が7.02(m)となり、脱水塔22の内外両筒間の間隔W(=(D0 −D1 )/2)が約3.5(m)となる。
Therefore, for example, assuming a 2.4 T / D plant, the diameter D 0 of the
次に、この脱水装置の作用について説明する。 Next, the operation of this dehydrator will be described.
図1に示すように、スラリー供給管40から2重筒形構造の脱水塔22にガスハイドレートスラリーsを供給すると、このガスハイドレートスラリーsは、図2に示すように、脱水塔22内を旋回しながら、内筒23と外筒24との間を下方から上方に向って上昇する。
As shown in FIG. 1, when a gas hydrate slurry s is supplied from a
そして、脱水塔22の内筒23に設けた円環状の濾過体26aと、外筒24に設けた円環状の濾過体26bの位置に達すると、ガスハイドレートスラリーsに含まれている未反応水wは、濾過体26a及び26bを通過して塔外に排出される。
And when it reaches the position of the
すなわち、内筒23に装着した濾過体26aから排出された未反応水wは、内筒23の壁面を伝って排水槽29に流下し、外筒24に装着した濾過体26bから排出された未反応水wは、外筒24の壁面を伝って排水槽29に流下する。
That is, the unreacted water w discharged from the
脱水塔22の濾過体26a,26bを通過する間に脱水され、含水率が約40〜50%となったガスハイドレートaは、順次、上方に押し上げられる。そして、脱水塔22の上部開口部25に達すると、スクレーパ38によって脱水塔22の中央に設けた円筒状のガスハイドレート投入部28内に掻き落とされる。
The gas hydrate a dehydrated while passing through the
ガスハイドレート投入部28内に掻き落とされたガスハイドレートaの固まりは、ガスハイドレート投入部28内に設けた粉砕装置32によって細かく粉砕されてガスハイドレート投入部28の下部に落下する。
The mass of the gas hydrate a scraped into the gas
ガスハイドレート投入部28の下部に落下したガスハイドレートaは、2軸のスクリューフィーダー37によって次工程、例えば、第2生成器に搬送される。
The gas hydrate a dropped to the lower portion of the gas
他方、上記排水槽29に流下した未反応水wは、排水管41を経て図示しない第1生成器に戻される。また、耐圧容器21の上部空間内の天然ガスgは、配管42を経て第1生成器に戻される。
On the other hand, the unreacted water w flowing down to the
a ガスハイドレート
g ガス
w 水
5 脱水塔
7 濾過部
22 2重筒形構造の脱水塔
23 内筒
24 外筒
26a,26b 脱水用の濾過体
a gas hydrate g
Claims (4)
The gravity dehydration type dehydrating apparatus according to claim 2, wherein a screw feeder is applied as the gas hydrate discharging apparatus.
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