JP4859714B2 - Gas hydrate concentration measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、ガスハイドレート濃度の測定方法及び測定装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a gas hydrate concentration.
近年、天然ガスやメタンなどの安全かつ経済的な輸送・貯蔵手段として、それら原料ガスの固体状の水和物であるガスハイドレートを用いる方法が注目されている。 In recent years, a method using gas hydrate, which is a solid hydrate of these raw material gases, has attracted attention as a safe and economical means for transporting and storing natural gas and methane.
このガスハイドレートは一般に高圧・低温下(例えば、5.4MPa・5℃)で生成され、その生成方法としては、原料水中に原料ガスを気泡として吹き込みながら撹拌するいわゆる「気液撹拌方式」(例えば、特許文献1を参照)が代表的なものとして知られている。 This gas hydrate is generally produced under high pressure and low temperature (for example, 5.4 MPa · 5 ° C.), and as its production method, a so-called “gas-liquid agitation method” in which the raw material gas is blown into the raw material water as bubbles is stirred. For example, see Patent Document 1).
ガスハイドレート事業の商業化を図る上からは、ガスハイドレート生成装置により一定の濃度のガスハイドレートを生成する必要があるが、生成されるガスハイドレートは多量の水の中に浮遊してスラリー状となっているため、ガスハイドレート濃度を直接測定することは一般に困難である。 In order to commercialize the gas hydrate business, it is necessary to generate a gas hydrate with a certain concentration using a gas hydrate generator, but the generated gas hydrate is suspended in a large amount of water. Since it is in the form of a slurry, it is generally difficult to directly measure the gas hydrate concentration.
現状のガスハイドレート濃度の測定方法の一例を以下に説明する。 An example of the current method for measuring the gas hydrate concentration will be described below.
この測定方法においては、図5に示すように、あらかじめ内部をガスハイドレートの生成圧力よりも低い圧力(例えば、3.5MPa)に保持したサンプリング容器30を用いる。まず、サンプリング容器30をガスハイドレート生成容器31に、エアロックを構成する2つのボール弁32、33を介して接続する。そして、これらのボール弁32、33を同時に開くことにより、2つの容器間の差圧を利用してサンプリング容器30内にガスハイドレートと付着水からなる液状試料と未反応の原料ガスを導入する。所定の量を導入した後にボール弁32、33を閉じ、その中間部でサンプリング容器30を生成容器31から切り離す。切り離し後のサンプリング容器30を大気圧下でガスハイドレートが分解しにくい温度(約−20℃)まで冷却して液状試料を凍結させてから、ガス抜き弁34を開いて未反応の原料ガスを外部へ放出する。ガスを放出した後に、サンプリング容器30の総重量と風袋重量から液状試料の重量Wsを求める。最後に、サンプリング容器30をガスハイドレートの生成温度以上まで加熱してガスハイドレートを原料ガスと原料水に分解した後に、サンプリング容器30内の残留水を取り出してその重量Wwを測定する。
In this measurement method, as shown in FIG. 5, a
このようにして測定した液状試料の重量Wsと残留水(付着水+原料水)の重量Wwから、ガスハイドレートを生成していた原料ガスの重量Wgを求める。
Wg=Ws−Ww ---(1)
From the weight W s of the liquid sample thus measured and the weight W w of the residual water (attached water + raw material water), the weight W g of the raw material gas that has generated the gas hydrate is obtained.
W g = W s −W w --- (1)
ガスハイドレートの重量Whは、水和数をnとすると以下のようになる。
Wh=Wg×(1+n×Mw/Mg) ---(2)
The weight W h of the gas hydrate is as follows when the hydration number is n.
W h = W g × (1 + n × M w / M g ) --- (2)
ここで、Mw及びMgは、それぞれ原料ガス及び原料水の分子量を表す。 Here, M w and M g each represent molecular weight of the raw material gas and the raw water.
従って、ガスハイドレート濃度αh(重量%)は、次のように求められる。
αh=Wh/Ws×100 ---(3)
Accordingly, the gas hydrate concentration α h (% by weight) is obtained as follows.
α h = W h / W s × 100 --- (3)
しかし、このようなガスハイドレート濃度の測定方法では、サンプリング容器を−20℃まで冷却して液状試料を凍結させる必要があるため、測定に費用と時間がかかり効率が悪いという問題があった。
本発明の目的は、ガスハイドレート濃度を効率よく測定することができる測定方法及びその装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the measuring method and its apparatus which can measure a gas hydrate density | concentration efficiently.
上記の目的を達成するための本発明は、原料ガス及び原料水から生成されるガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中のガスハイドレート濃度の測定装置であって、前記液状試料が流れる管路(3)に入口弁(10)及び出口弁(11)を両端にそれぞれ有するバイパス管(4)を介して接続する測定容器(5)と、前記測定容器(5)の外側に設置された加熱ヒーター(6)と、前記測定容器(5)に外部へ向けて順に接続する排気弁(12)、差圧弁(7)、ガス流量計(8)及びガスクロマトグラフィ(14)と、前記排気弁(12)と差圧弁(7)との間に接続する圧力計(13)と、前記測定容器(5)に接続する排水弁(9)と、を備え、前記入口弁(10)及び出口弁(11)を開弁して前記測定容器(5)内に前記液状試料を通過させた後に、前記出口弁(11)及び入口弁(10)を順に閉弁して前記測定容器(5)内に前記液状試料を貯留させ、前記加熱ヒーター(6)で前記測定容器(5)内を前記ガスハイドレートの平衡温度以上に加熱して前記ガスハイドレートを前記原料ガスと前記原料水とに分解し、前記排気弁(12)を開弁して前記測定容器(5)内が貯留時の圧力に維持されるように前記圧力計(13)を確認しつつ前記差圧弁(7)を開弁して前記原料ガスの体積V g を前記ガス流量計(8)で測定するとともに、前記原料ガスの組成を前記ガスクロマトグラフィ(14)で分析し、前記排水弁(9)を開弁して前記測定容器(5)内に残留する前記原料水及び付着水を抜き出してその重量をW w を測定し、前記原料ガスの体積V g を前記ガスクロマトグラフィ(14)の組成分析結果を基に前記原料ガスの重量W g に変換し、W s =W g +W w 、W h =W g ×(1+n×M w /M g )及びα h =W h /W s ×100からなる3つの式を用いてガスハイドレート濃度α h を算出することを特徴とするガスハイドレート濃度の測定装置である。なお、W s は液状試料の重量、W h はガスハイドレートの重量、M w は原料ガスの分子量、M g は原料水の分子量及びnはガスハイドレートの水和数を示す。 The present invention for achieving the above object, there is provided a measuring apparatus for a gas hydrate concentration in the liquid sample of the material gas and the raw water or et gas hydrate produced and deposited water, the liquid sample A measuring container (5) connected to a flowing pipe line (3) via a bypass pipe (4) having an inlet valve (10) and an outlet valve (11) at both ends, respectively, and installed outside the measuring container (5) The heated heater (6), the exhaust valve (12), the differential pressure valve (7), the gas flow meter (8), and the gas chromatography (14) connected in order to the outside of the measurement container (5), A pressure gauge (13) connected between the exhaust valve (12) and the differential pressure valve (7), and a drain valve (9) connected to the measurement container (5), the inlet valve (10) and The outlet valve (11) is opened and the liquid is put into the measuring container (5). After passing the sample, the outlet valve (11) and the inlet valve (10) are sequentially closed to store the liquid sample in the measurement container (5), and the measurement container is heated by the heater (6). (5) The inside is heated above the equilibrium temperature of the gas hydrate to decompose the gas hydrate into the raw material gas and the raw water, and the exhaust valve (12) is opened to open the measuring vessel (5 ) Opening the differential pressure valve (7) while checking the pressure gauge (13) so that the inside is maintained at the pressure at the time of storage, and the volume V g of the source gas is determined by the gas flow meter (8). While measuring, the composition of the raw material gas is analyzed by the gas chromatography (14), the drain valve (9) is opened, and the raw water and adhering water remaining in the measuring vessel (5) are extracted. the weight was measured W w, before the volume V g of the raw material gas The composition analysis results of gas chromatography (14) into the weight W g of the raw material gas based, W s = W g + W w, W h = W g × (1 + n × M w / M g) and alpha h = The gas hydrate concentration measuring apparatus is characterized in that the gas hydrate concentration α h is calculated using three equations of W h / W s × 100 . Incidentally, W s is the weight of the liquid sample, W h denotes the weight of the gas hydrate, the molecular weight M w of the raw material gas, the molecular weight and n M g raw material water hydration number of the gas hydrate.
この原料ガスとしては天然ガスを用いることが望ましい。 As this raw material gas, it is desirable to use natural gas.
この測定容器(5)は、排水弁(9)を最低部に有する下に凸のU字状であることが望ましい。 The measurement container (5) preferably has a downward U-shape having a drain valve (9) at the lowest part .
本発明であるガスハイドレート濃度の測定装置によれば、ガスハイドレートと付着水が流れる管路に測定容器をバイパスとして接続することにより測定容器内に液状試料を導入し、測定容器をガスハイドレートの平衡温度以上に加熱してガスハイドレートを原料ガスと原料水とに分解し、次いで測定容器外に放出された原料ガスの体積及び組成と、測定容器内に残留した原料水と付着水との重量とからガスハイドレートの濃度を求めるようにしたので、測定容器を冷却して液状試料を凍結させる必要がないため、ガスハイドレートの濃度を効率よく測定することができる。 According to the gas hydrate concentration measuring apparatus of the present invention, a liquid sample is introduced into a measurement container by connecting the measurement container as a bypass to a pipeline through which the gas hydrate and adhering water flow. The gas hydrate is heated to a temperature equal to or higher than the equilibrium temperature of the rate to decompose the gas hydrate into raw material gas and raw material water, and then the volume and composition of the raw material gas released to the outside of the measuring vessel, and the raw material water and adhering water remaining in the measuring vessel Since the gas hydrate concentration is obtained from the weight of the gas sample, there is no need to cool the measurement container and freeze the liquid sample, so that the gas hydrate concentration can be measured efficiently.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明に係るガスハイドレート濃度の測定装置は、ガスハイドレートと付着水とからなる液状試料中に含まれるガスハイドレートの濃度を測定するものである。ガスハイドレートを生成する原料ガスとしては天然ガスが例示されるが、所定の圧力及び温度でガスハイドレートを生成するものならば特に種類は問わず、天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素ガス及びそれらの混合ガス、あるいは二酸化炭素、硫化水素及びそれらの混合ガスなどでもよい。また、ガスハイドレートの生成圧力及び生成温度とは、上記のそれぞれの原料ガスと水からガスハイドレートを生成する際の圧力範囲及び温度範囲をいう。この生成圧力と生成温度は、ガスハイドレートとガスと水(又は氷)が平衡状態にある三相平衡条件よりも低温・高圧側である安定領域の圧力と温度に設定する必要がある。 The gas hydrate concentration measuring apparatus according to the present invention measures the concentration of gas hydrate contained in a liquid sample composed of gas hydrate and adhering water. Natural gas is exemplified as a raw material gas for producing gas hydrate, but any kind of gas may be used as long as it produces gas hydrate at a predetermined pressure and temperature, and methane, ethane, and propane, which are components of natural gas. Or a mixed gas thereof, or carbon dioxide, hydrogen sulfide and a mixed gas thereof. Further, the gas hydrate production pressure and production temperature refer to the pressure range and temperature range in producing gas hydrate from each of the above raw material gases and water. It is necessary to set the generation pressure and the generation temperature to a pressure and temperature in a stable region at a lower temperature and a higher pressure than a three-phase equilibrium condition in which gas hydrate, gas, and water (or ice) are in an equilibrium state.
図1は、本発明の実施形態からなるガスハイドレート濃度の測定装置である。 FIG. 1 is a gas hydrate concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
このガスハイドレート濃度の測定装置(以下、単に「測定装置」という。)1は、ガスハイドレートと付着水からなるスラリー状のガスハイドレート2が流れる管路3にバイパス管4を介して接続する測定容器5と、その測定容器5の外側に設置された加熱ヒーター6及び測定容器5に接続された差圧弁7、ガス流量計8及び排水弁9から主に構成される。測定容器5は、バイパス管4の一部として形成することもできる。バイパス管4には、上流側及び下流側に開閉手段である入口弁10及び出口弁11が、それぞれ設けられている。差圧弁7とガス流量計8は排気弁12を介して測定容器5に順に接続されており、差圧弁7と排気弁12の間には圧力計13が設置されている。また、ガス流量計8の下流側には、ガスの組成を分析するガスクロマトグラフィ14が接続されている。なお、温度計15は、測定容器5の内部温度を測定するためのものである。
This gas hydrate concentration measuring device (hereinafter simply referred to as “measuring device”) 1 is connected via a bypass pipe 4 to a
スラリー状のガスハイドレート2が流れる管路3としては、図2に示すような、ガスハイドレート生成装置20の循環水ライン21を例示することができる。このガスハイドレート生成装置20は、耐圧容器22内に貯留する冷水23内に気泡として吹き出された原料ガス24を回転する撹拌羽根25により撹拌することで原料ガス24を水和させてガスハイドレートを生成するものである。その生成されたガスハイドレートは、スラリー状となって耐圧容器22の底部から送出ポンプ25により脱水装置等の図示しない次工程へ送り出されるが、その一部は循環水ライン21に流れ込んで熱交換器26で反応熱が除去された後に、原料となる水27と共に耐圧容器内へ戻されるようになっている。本発明に係る測定装置1は、この循環水ライン21における送出ポンプ25の下流側に設置するのが望ましい。なお、ここではいわゆる気液撹拌方式によるガスハイドレート生成装置を示しているが、いわゆる水スプレー方式(例えば、特開2000−264852号公報を参照)によるガスハイドレート生成装置でもよい。
As the
このような測定装置を用いたガスハイドレート濃度の測定方法を以下に説明する。 A method for measuring the gas hydrate concentration using such a measuring apparatus will be described below.
まず、入口弁10と出口弁11を開くことにより管路3からガスハイドレートと付着水2が測定容器5内を通過するようにバイパスさせる。なお、管路3に切替弁16を設けて、ガスハイドレートと付着水2の全量がバイパス管4へ流れるようにしてもよい。これにより、測定容器5内はガスハイドレートの生成圧力(例えば、5.4MPa)及び生成温度(例えば、5℃)に維持されることになる。次に、出口弁11を閉じて、測定対象となる液状試料を測定容器5内に貯留させる。一定時間経過後に入口弁10を閉じ、加熱ヒーター6により測定容器5を容器内の圧力で決まるガスハイドレートの平衡温度以上(例えば、10℃)に加熱してガスハイドレートを原料ガスと原料水に分解する。そして排気弁12を開き、測定容器5内が液状試料の貯留時の圧力に維持されるように、圧力計13を確認しつつ差圧弁7を開いて、測定容器5内の原料ガスをガス流量計8へ流して体積Vgを測定すると共に、ガスクロマトグラフィ14でガスの組成を分析する。測定容器5の内部に残留した原料水と付着水は、排水弁9を開いて測定容器5外に抜き出して重量Wwを測定する。
First, the
なお、図3に示す別の実施形態のように、測定容器5の形状を下に凸のU字状として、その最底部に排水弁9を設けることにより、原料水と付着水を測定容器5外へ容易に抜き出すことができる。あるいは、図4に示す参考例のように、排水弁9を設ける代わりに入口弁10と出口弁11を二重にして、測定容器5を管路3に対して脱着可能とすることで、測定容器5の風袋重量と取り外し後の測定重量から原料水と付着水の重量Wwを求めることもできる。
In addition, like another embodiment shown in FIG. 3, the shape of the
測定した原料ガスの体積Vgについては、原料ガスの組成分析結果を基に重量Wgに変換する。そして、原料ガスの重量Wg及び原料水と付着水の重量Wwから液状試料の重量Wsを以下のように求める。
Ws=Wg+Ww ---(4)
The measured volume V g of the source gas is converted into a weight W g based on the composition analysis result of the source gas. Then, determine the weight W g and raw water of the raw material gas from the weight W w of water adhered to the weight W s of the liquid sample, as follows.
W s = W g + W w --- (4)
これから、前出の(1)〜(3)式を用いることにより、ガスハイドレート濃度αhを求めることができる。 From this, the gas hydrate concentration α h can be obtained by using the above-described equations (1) to (3).
以上のように、本発明に係るガスハイドレート濃度の測定装置によれば、測定容器を冷却して液状試料を凍結させる必要がないため、液状試料中のガスハイドレート濃度を効率よく測定することができる。 As described above, according to the measurement apparatus for a gas hydrate concentration according to the present invention, since the measurement container does not need to be cooled to freeze the liquid sample, measuring the gas hydrate concentration in the liquid sample effectively be able to.
1 測定装置
2 スラリー状のガスハイドレート
3 管路
4 バイパス管
5 測定容器
6 加熱ヒーター
7 差圧弁
8 ガス流量計
9 排水弁
10 入口弁
11 出口弁
12 排気弁
13 圧力計
14 ガスクロマトグラフィ
15 温度計
16 切替弁
20 ガスハイドレート生成装置
21 循環水ライン
22 耐圧容器
23 冷水
24 原料ガス
25 撹拌羽根
26 熱交換器
27 水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記液状試料が流れる管路(3)に入口弁(10)及び出口弁(11)を両端にそれぞれ有するバイパス管(4)を介して接続する測定容器(5)と、
前記測定容器(5)の外側に設置された加熱ヒーター(6)と、
前記測定容器(5)に外部へ向けて順に接続する排気弁(12)、差圧弁(7)、ガス流量計(8)及びガスクロマトグラフィ(14)と、
前記排気弁(12)と差圧弁(7)との間に接続する圧力計(13)と、
前記測定容器(5)に接続する排水弁(9)と、を備え、
前記入口弁(10)及び出口弁(11)を開弁して前記測定容器(5)内に前記液状試料を通過させた後に、前記出口弁(11)及び入口弁(10)を順に閉弁して前記測定容器(5)内に前記液状試料を貯留させ、
前記加熱ヒーター(6)で前記測定容器(5)内を前記ガスハイドレートの平衡温度以上に加熱して前記ガスハイドレートを前記原料ガスと前記原料水とに分解し、
前記排気弁(12)を開弁して前記測定容器(5)内が貯留時の圧力に維持されるように前記圧力計(13)を確認しつつ前記差圧弁(7)を開弁して前記原料ガスの体積V g を前記ガス流量計(8)で測定するとともに、前記原料ガスの組成を前記ガスクロマトグラフィ(14)で分析し、
前記排水弁(9)を開弁して前記測定容器(5)内に残留する前記原料水及び付着水を抜き出してその重量をW w を測定し、
前記原料ガスの体積V g を前記ガスクロマトグラフィ(14)の組成分析結果を基に前記原料ガスの重量W g に変換し、
以下に示す(1)〜(3)式を用いてガスハイドレート濃度α h を算出することを特徴とするガスハイドレート濃度の測定装置。
W s =W g +W w ---(1)
W h =W g ×(1+n×M w /M g ) ---(2)
α h =W h /W s ×100 ---(3)
但し、W s :液状試料の重量、W h :ガスハイドレートの重量、M w :原料ガスの分子量、M g :原料水の分子量、n:ガスハイドレートの水和数 A measuring apparatus for a gas hydrate concentration in the liquid sample of the material gas and the raw water or et gas hydrate produced and deposited water,
A measurement vessel (5) connected to a pipe line (3) through which the liquid sample flows via a bypass pipe (4) having an inlet valve (10) and an outlet valve (11) at both ends;
A heater (6) installed outside the measurement vessel (5);
An exhaust valve (12), a differential pressure valve (7), a gas flow meter (8), and a gas chromatography (14), which are sequentially connected to the measurement container (5) toward the outside;
A pressure gauge (13) connected between the exhaust valve (12) and the differential pressure valve (7);
A drain valve (9) connected to the measurement container (5),
After the inlet valve (10) and the outlet valve (11) are opened to allow the liquid sample to pass through the measurement container (5), the outlet valve (11) and the inlet valve (10) are closed in order. And storing the liquid sample in the measurement container (5),
The inside of the measurement vessel (5) is heated above the equilibrium temperature of the gas hydrate with the heater (6) to decompose the gas hydrate into the source gas and the source water,
Open the exhaust valve (12) and open the differential pressure valve (7) while checking the pressure gauge (13) so that the inside of the measurement container (5) is maintained at the pressure during storage. While measuring the volume V g of the source gas with the gas flow meter (8), the composition of the source gas is analyzed with the gas chromatography (14),
Open the drain valve (9), extract the raw material water and adhering water remaining in the measurement container (5), measure the weight W w ,
The volume V g of the source gas is converted into the weight W g of the source gas based on the composition analysis result of the gas chromatography (14) ,
An apparatus for measuring a gas hydrate concentration, wherein the gas hydrate concentration α h is calculated using the following equations (1) to (3) .
W s = W g + W w --- (1)
W h = W g × (1 + n × M w / M g ) --- (2)
α h = W h / W s × 100 --- (3)
However, W s: weight of the liquid sample, W h: weight of gas hydrate, M w: molecular weight of the raw material gas, M g: molecular weight of the raw water, n: number hydration of gas hydrate
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JP2008224378A (en) | 2008-09-25 |
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