JP4080351B2 - Gas hydrate production and storage method - Google Patents
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- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスハイドレート製造貯蔵方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、市中には、天然ガスが送給されているが、需要変動を吸収するために、ガスホルダが利用されている。
【0003】
一般に、食事時間帯は、ガス消費量が多くなることから、その時間帯にガスの供給不足が生じないように、ガスの需要に応じてガスホルダからのガス供給量を増加するようにしている。ガスの需要が低下すれば、再度、蓄圧してガスホルダに貯蔵することが行われている。
【0004】
しかし、市中に巨大なガスホルダが存在すると、景観を損なうばかりでなく、地震などの災害時にガス漏れなどの危険性を持っている。更に、広大な敷地を有するため、巨額の設備投資を必要としている。
【0005】
従って、今後、天然ガスの普及がますます促進されると、これらの設備を建設することすら困難なところも出てくることが予想される。
【0006】
ところで、近年、ガスホルダ(ガスタンク)に比べて極めて小さい容器で同一ガス量を貯蔵することができることから、天然ガスと水の水和物である天然ガスハイドレートに関する技術開発が注目されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0007】
【非特許文献1】
兼子 弘、”天然ガスハイドレート船−新しい天然ガス輸送技術−”「Energy Review 」、1999年11月号、第22〜25ページ
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスホルダに代わって天然ガスハイドレートをスラリー貯蔵した場合の貯槽の容積比を比較して見ると、次のようになる。
【0009】
例えば、ガスホルダ容量が500m3 の施設において、10ata(0.98MPa)から3ata(0.29MPa)までの圧力変化における蓄圧によって天然ガスの貯蔵は、2524kgである。
【0010】
一方、天然ガスハイドレート(NGH)による同一貯蔵ガス量ベースでは、その貯蔵(NGHスラリー)は、52m3 に過ぎない。すなわち、従来のガスホルダ貯蔵方式の貯蔵システムに対して約1/10となる。これは、天然ガス分子が水分子の中に取り込まれた所謂水和物を形成することによってガスが減容されていることによるものである。
【0011】
しかし、従来のガス貯蔵に対して天然ガス水和物を生成することは、それ相当のエネルギーを要するところである。例えば、1ton/hrの天然ガスの水和物スラリーの生成に要するエネルギーは、530kWである。この場合、主要なエネルギー消費機器は、冷凍機である。
【0012】
しかして、NGHスラリーとして貯蔵された天然ガスは、ガス需要が増加してきた場合、加熱分解して供給することになるが、分解時は吸熱反応であるから、この熱の回収を計る手だてを構ずれば、上記エネルギー消費量を低減することができる。
【0013】
本発明は、こ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、天然ガスをNGHスラリーにして貯蔵する場合に、そのエネルギー消費量を低減することができるガスハイドレート製造貯蔵方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明のガスハイドレート製造貯蔵方法は、ガスと水からガスハイドレートスラリーを生成し、このガスハイドレートスラリーを貯槽に貯蔵し、該貯槽内のガスハイドレートスラリーを製氷用冷凍機における凝縮器の廃熱を利用して再ガス化し、その際に生じた水を含む余剰水を前記製氷用冷凍機により製氷し、その氷をガスハイドレートスラリー生成時の冷熱として利用することを特徴とするものである。
【0015】
本発明は、製氷用冷凍機で製氷された氷を、氷スラリーにしてガスハイドレート生成槽に戻すようにしている。また、本発明は、製氷用冷凍機として、ヒートポンプを用いる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0017】
図1は本発明に係るガスハイドレート製造貯蔵方法を実施するための概略構成図である。
【0018】
図1において、1は、ガス噴出ノズル2を備えた天然ガスハイドレート生成槽(以下、NGH生成槽という)であり、第1の主管3及び分岐管4を経て導入された所定圧力(例えば、34ata(3.33MPa))の天然ガスaを上記のガス噴出ノズル2からNGH生成槽1cにある水bの中に噴出させると、水bと天然ガスaが反応してスラリー状の天然ガスハイドレート(以下、NGHスラリーという)cが生成される。水bと天然ガスaの反応は、発熱反応であるから冷凍機5によって反応熱を除去するようにしている。
【0019】
そして、NGH生成槽1で生成されたNGHスラリーcは、スラリーポンプ6及び配管7を経てスラリー貯槽8内に貯蔵される。
【0020】
しかして、ガス消費量が増加した場合には、スラリー貯槽8に貯蔵されているNGHスラリーcを熱分解により再ガス化させた後、枝管9を経て第2の主管10に補給するようにしている。尚、第1、第2の主管3,10は、ガバナ弁11を介して互いに接続されている。
【0021】
NGHスラリーcを熱分解により再ガス化する場合には、スラリー貯槽8内に蓄えられているNGHスラリーcをスラリーポンプ12及び配管13を経てガス化器14に送出する。
【0022】
このガス化器14は、その本体15と、循環パイプ16及び循環ポンプ17からなる循環系18を備え、ガス化器本体15内の循環水dを循環させるようにしている。この循環水dは、NGHスラリーcを形成している水、及びNGHスラリーcが熱分解した時に生ずる水で構成されている。
【0023】
ガス化器14は、更に、ヒートポンプタイプの製氷用冷凍機20を備えている。そして、この製氷用冷凍機20の凝縮器21に上記循環パイプ16が接続され、当該製氷用冷凍機20の蒸発器22にガス化器本体15の底部に備えた排水管23が接続されている。
【0024】
しかして、ガス化器14の循環ポンプ17を運転すると、ガス化器本体15内の循環水dが循環系18内を循環する。しかる後に、ヒートポンプタイプの製氷用冷凍機20を運転すると、循環水(例えば、7℃)dは、製氷用冷凍機20の凝縮器21によって昇温(例えば、12℃)されてガス化器本体15内に戻るので、ガス化器本体15内に導入されたNGHスラリーcが熱分解により再ガス化される。再ガス化された高圧(例えば、34ata(3.33MPa))の天然ガスaは、枝管9を経て第2の主管10に補給される。その際、天然ガスaの一部は、ブロアー23及び配管24を経てスラリー貯槽8に戻される。
【0025】
上記ガス化器14に循環水dが、上記のように、12℃で入って7℃で戻ると、製氷用冷凍機20の凝縮温度は、20℃である。通常の冷却水であれば、凝縮温度は、40℃であるから、上記の製氷用冷凍機20のCOP(成績係数)を著しく高くすることが可能となるため、上記の製氷用冷凍機20の消費電力を削減することが可能である。すなわち、この製氷用冷凍機20で製氷に要した冷凍エネルギーが回収されたことを意味している。
【0026】
一方、ガス化器14の排水管23に排出された水bは、上記製氷用冷凍機20の蒸発器22で製氷され、氷蓄熱槽25に貯蔵される。つまり、この氷蓄熱槽25に冷熱エネルギーが貯蔵される。
【0027】
ところで、上記ガス化器14の排水管23に排出された水bの一部は、ポンプ26及び配管27を経て混合器28に導入され、氷蓄熱槽25内の氷eは、破砕機29及びコンベヤ30を経て混合器28に導入され、そこで混合されてNGH生成槽1に戻される。従って、NGH生成槽1に付随する冷凍機5の生成動力を低減させることが可能となる。
【0028】
次に、本発明による動力削減について、実施例により更に詳しく説明する。
【0029】
【実施例】
(実施例)
今、本方式の運転条件を下記のように設定する。
【0030】
(1)供給ガス量 :1t/h
(2)NGH生成量:8t/h
(3)水 量:7t/h
(4)製氷機除熱量(ガス化槽吸熱量):418USRT
(5)製氷機冷凍機
・蒸発温度:−5℃
・凝縮温度:20℃
・COP :6
・冷凍効果:340USRT
・動 力:199kW
・製氷量 :10,830kg/h
従って、
本方式によるNGH生成動力:96.8kW
本方式による製氷機動力 :199kW
他の共通補機動力 :105.3kW
となり、合計動力は、401.1kWとなる。
【0031】
一方、既に説明したように、従来の天然ガス水和物生成方式では、1t/hのNGHスラリーの生成に要するエネルギーは、530kWである。
【0032】
従って、本方式の動力削減は、
530(kW)−401.1(kW)=128.9kW
となり、約24%の省エネルギーを実現することができる。
【0033】
すなわち、
{(530−401.1)/530}×100≒24%
となり、約24%の省エネルギーを実現することができる。
【0034】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、ガスと水からガスハイドレートスラリーを生成し、このガスハイドレートスラリーを貯槽に貯蔵し、該貯槽内のガスハイドレートスラリーを製氷用冷凍機における凝縮器の廃熱を利用して再ガス化し、その際に生じた水を含む余剰水を前記製氷用冷凍機により製氷し、その氷をガスハイドレートスラリー生成時の冷熱として利用するようにしている。
【0035】
従って、天然ガスをNGHスラリーにして貯槽に貯蔵する一方、貯槽に貯蔵されたNGHスラリーを昇温して再ガス化する場合に、そのエネルギー消費量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスハイドレート製造貯蔵方法を実施するための概略構成図である。
【符号の説明】
a ガス
b 水/余剰水
c ガスハイドレートスラリー
e 氷
8 貯槽
20 製氷用冷凍機
21 凝縮器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas hydrate production and storage method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, natural gas is supplied to the city, but gas holders are used to absorb fluctuations in demand.
[0003]
In general, since the amount of gas consumption increases in the meal time zone, the gas supply amount from the gas holder is increased in accordance with the demand for gas so as not to cause a shortage of gas supply during that time zone. If the demand for gas decreases, the pressure is accumulated again and stored in the gas holder.
[0004]
However, if there are huge gas holders in the city, not only will the landscape be damaged, but there is also a risk of gas leaks during disasters such as earthquakes. In addition, because it has a vast site, it requires huge capital investment.
[0005]
Therefore, if the spread of natural gas is further promoted in the future, it is expected that it will be difficult to construct these facilities.
[0006]
By the way, in recent years, since the same amount of gas can be stored in an extremely small container as compared with a gas holder (gas tank), technical development relating to natural gas hydrate which is a hydrate of natural gas and water has attracted attention (for example, Non-patent document 1).
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Hiroshi Kaneko, “Natural Gas Hydrate Ship-New Natural Gas Transportation Technology-” “Energy Review”, November 1999, pp. 22-25 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
A comparison of the volume ratios of the storage tanks when natural gas hydrate is stored in slurry instead of the conventional gas holder is as follows.
[0009]
For example, in a facility with a gas holder capacity of 500 m 3 , natural gas storage is 2524 kg due to pressure accumulation in a pressure change from 10 ata (0.98 MPa) to 3 ata (0.29 MPa).
[0010]
On the other hand, on the basis of the same stored gas amount based on natural gas hydrate (NGH), the storage (NGH slurry) is only 52 m 3 . That is, it is about 1/10 of the conventional gas holder storage type storage system. This is due to the gas being reduced in volume by forming so-called hydrates in which natural gas molecules are incorporated into water molecules.
[0011]
However, producing natural gas hydrates for conventional gas storage requires considerable energy. For example, the energy required to produce a 1 ton / hr natural gas hydrate slurry is 530 kW. In this case, the main energy consuming device is a refrigerator.
[0012]
Thus, natural gas stored as NGH slurry is supplied by thermal decomposition when the gas demand increases. However, since it is an endothermic reaction at the time of decomposition, there is a way to measure the recovery of this heat. Accordingly, the energy consumption can be reduced.
[0013]
The present invention has been made on the basis of such knowledge. The object of the present invention is to produce a gas hydrate that can reduce the energy consumption when natural gas is stored as an NGH slurry. It is to provide a storage method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the gas hydrate production and storage method of the present invention generates a gas hydrate slurry from gas and water, stores the gas hydrate slurry in a storage tank, and stores the gas hydrate slurry in the storage tank. The waste heat of the condenser in the ice making refrigerator is regasified, and surplus water containing water generated at that time is made by the ice making refrigerator, and the ice is used as cold heat when generating the gas hydrate slurry. It is characterized by use.
[0015]
In the present invention, ice produced by an ice making refrigerator is converted into ice slurry and returned to the gas hydrate production tank. Moreover, this invention uses a heat pump as a refrigerator for ice making.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for carrying out the gas hydrate production and storage method according to the present invention.
[0018]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a natural gas hydrate production tank (hereinafter referred to as an NGH production tank) provided with a
[0019]
The NGH slurry c generated in the NGH generation tank 1 is stored in the slurry storage tank 8 via the slurry pump 6 and the pipe 7.
[0020]
If the gas consumption increases, the NGH slurry c stored in the slurry storage tank 8 is regasified by thermal decomposition, and then supplied to the second
[0021]
When the NGH slurry c is regasified by thermal decomposition, the NGH slurry c stored in the slurry storage tank 8 is sent to the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
Thus, when the
[0025]
When the circulating water d enters the
[0026]
On the other hand, the water b discharged to the
[0027]
By the way, a part of the water b discharged to the
[0028]
Next, the power reduction according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0029]
【Example】
(Example)
Now, the operating conditions of this method are set as follows.
[0030]
(1) Supply gas amount: 1 t / h
(2) NGH production amount: 8 t / h
(3) Amount of water: 7 t / h
(4) Ice machine heat removal (gasification tank heat absorption): 418USRT
(5) Ice machine refrigerator / evaporation temperature: -5 ° C
・ Condensation temperature: 20 ℃
・ COP: 6
-Freezing effect: 340 USRT
・ Power: 199kW
・ Amount of ice making: 10,830 kg / h
Therefore,
NGH generation power by this method: 96.8kW
Ice maker power by this system: 199kW
Other common auxiliary power: 105.3 kW
Thus, the total power is 401.1 kW.
[0031]
On the other hand, as already explained, in the conventional natural gas hydrate production method, the energy required to produce 1 t / h NGH slurry is 530 kW.
[0032]
Therefore, the power reduction of this method is
530 (kW)-401.1 (kW) = 128.9 kW
Thus, energy saving of about 24% can be realized.
[0033]
That is,
{(530-401.1) / 530} × 100≈24%
Thus, energy saving of about 24% can be realized.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the present invention generates a gas hydrate slurry from gas and water, stores the gas hydrate slurry in a storage tank, and disposes the gas hydrate slurry in the storage tank in a condenser in an ice making refrigerator. The excess water containing the water generated at that time is re-gasified using heat, and the ice is made by the ice-making refrigerator, and the ice is used as cold heat when generating the gas hydrate slurry.
[0035]
Therefore, when natural gas is converted into NGH slurry and stored in a storage tank, when the NGH slurry stored in the storage tank is heated and regasified, the energy consumption can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for carrying out a gas hydrate production and storage method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
a gas b water / surplus water c gas hydrate slurry e ice 8
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