JP5230962B2 - ガスハイドレート製造システム - Google Patents

Description

本発明は、ガスハイドレート製造システム、更に詳しくは、逆浸透膜法などの海水淡水化装置を用いることなく、ガスハイドレート製造プラントに、直接、海水を導入してガスハイドレートを製造するガスハイドレート製造システムに関する。

天然ガスは、他の化石燃料に比較して二酸化炭素（ＣＯ₂ ）の発生量が少ないので、２１世紀の中心的なエネルギーとして需要の拡大が予想されている。現在、天然ガスの海上輸送システムは、液化天然ガス方式（ＬＮＧ方式）が主流である。しかし、ＬＮＧ方式を適用できる大規模な天然ガス田は、希少であり、かつ、偏在しており、今後、予想される天然ガスの需要拡大及び安定供給への対応のため、ＬＮＧ方式を補完する実用的、かつ、経済的な天然ガスの新しい輸送システムの出現が期待されている。

天然ガスの新しい輸送方式として、天然ガスをハイドレート化して輸送する方式が注目されている。天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）の輸送方式において想定されている産ガス地は、東南アジア、オセアニアの小規模ガス田であり、それらのほとんどが海上ガス田であるため、ＮＧＨ輸送システムにおいては、ガス田の真上の海面にＦＰＳＯ（浮体式生産貯蔵荷上設備）を設置し、天然ガスを洋上で、直接、ハイドレート化して積み出す方法が合理的である。

その一方で、海水を原料水に用いて製造したガスハイドレートは、蒸留水を用いて製造したものに比べて分解が速いことが知られている（図４のだ円部、メタンガスハイドレートペレットでの比較。保存条件：大気圧下、−２０℃）。これは、ガスハイドレートに残留している塩分の影響であることから、ガスハイドレートを保存するにあたっては、あらかじめ塩分を分離することが必要となる。

ところで、冷凍法による海水淡水化技術としては、過去に多くの研究が行われており、水道水基準を満たす洗浄効果が得られているが（例えば、非特許文献１参照。）、洋上に係留されているＦＰＳＯ（浮体式生産貯蔵荷上設備）上に海水淡水化設備を設置することは、スペースの制約が大きく、設置が困難であるばかりでなく、多大な製造エネルギーが必要になるなどの問題がある。
長島義悟、外２名、「冷凍法海水淡水化プロセスにおける氷分離洗浄塔試験」、三井造船技報、三井造船株式会社、昭和４５年１月１日、第６９号、ｐ．２２−２７

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、洋上に係留されているＦＰＳＯ（浮体式生産貯蔵荷上設備）上に設置可能なガスハイドレート製造システムを提供することにある。

請求項１に係るガスハイドレート製造システムは、海水と原料ガスを導入してガスハイドレートと未反応の海水が混じり合ったガスハイドレートスラリーを生成する第１生成器を備えているガスハイドレート製造システムにおいて、前記ガスハイドレートスラリーから未反応の海水を水切りし、更に、水切りされたガスハイドレートに付着している未反応の海水を洗浄水と置換する洗浄塔と、該洗浄塔で１次脱水されたガスハイドレートの一部を再ガス化して原料ガスと水に分解し、分解により生じた原料ガスを前記第１生成器に戻すと共に、分解により生じた水を洗浄水として前記洗浄塔に供給する融解槽とを設けて成り、かつ、洗浄塔で１次脱水されたガスハイドレートを第２生成器に導入すると共に、前記第２生成器に原料ガスを導入して１次脱水されたガスハイドレートを流動化させることにより１次脱水されたガスハイドレートを２次脱水することを特徴としている。

請求項２に係るガスハイドレート製造システムは、第２生成器を経て第１生成器に原料ガスを供給することを特徴としている。

請求項３に係るガスハイドレート製造システムは、第２生成器の下流側に造粒装置及び冷却・脱圧装置を設けることを特徴としている。

上記のように、請求項１に記載の発明は、海水と原料ガスを導入してガスハイドレートと未反応の海水が混じり合ったガスハイドレートスラリーを生成する第１生成器と、前記ガスハイドレートスラリーから未反応の海水を水切りし、更に、水切りされたガスハイドレートに付着している海水を稀釈して低含水率、低塩分濃度のガスハイドレートを製造する洗浄塔と、該洗浄塔から導入した低含水率、低塩分濃度のガスハイドレートを再ガス化して原料ガスと水に分解し、分解により生じた原料ガスを前記第１生成器に戻すと共に、分解により生じた水を洗浄水として前記洗浄塔に供給する融解槽より構成されているので、ＲＯ式の海水淡水化装置を導入して海水を淡水化してガスハイドレートを製造する場合と比較すると、設備費は、海水淡水化装置の約３０％削減できると見込まれ、製造エネルギーは、原料ガス１ｔ／ｈ当たり約３０ｋｗｈ低減できると見込まれる。

また、設置スペースは、海水淡水化装置に相当する約１／６を削減でき、洋上でのＦＰＳＯ（浮体式生産貯蔵荷上設備）にガスハイドレート製造プラントを搭載する場合、スペースの制約が大きいが、海水から、直接、ガスハイドレートを製造する本システムは、設置スペース上も有利となる。

請求項２に記載の発明は、洗浄塔で生成された低含水率、低塩分濃度のガスハイドレートを第２生成器に導入すると共に、前記第２生成器に原料ガスを導入して低含水率、低塩分濃度のガスハイドレートを流動化させるので、洗浄塔から導入した低含水率、低塩分濃度のガスハイドレートに付着している水と原料ガスが生成反応を起し、ガスハイドレートを更に低含水率化させることができる。

請求項３に記載の発明は、第２生成器を経て第１生成器に原料ガスを供給するので、原料ガスの供給管路を簡略化させることができる。

請求項４に記載の発明は、第２生成器の下流側に造粒装置及び冷却・脱圧装置を設けるので、ガスハイドレートを造粒装置で造粒した後、冷却装置で所定の温度に冷却し、更に、脱圧装置で脱圧して大気圧下に設置されている貯槽内に貯蔵することができる。

請求項５に記載の発明は、洗浄塔で生成された低含水率、低塩分濃度のガスハイドレートを直接、造粒装置に導入して造粒後、下流側の冷却・脱圧装置で所定の温度に冷却し、さらに脱圧装置で脱圧して大気圧下にある貯槽内に貯蔵することができる。これにより、設備費および設備の設置スペースを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明に係るガスハイドレート製造システムは、海上ガス田の近傍に係留したバージ（図示せず）上に設置され、海上ガス田から採取して前処理した天然ガスａと、付近の海から汲み上げた海水ｂを原料にして固形状のガスハイドレートペレットｉを製造するようになっている。

このガスハイドレート製造システムは、揚水ポンプ１と、融解槽２と、第１生成器３と、洗浄塔４と、第２生成器１５と、造粒装置（ペレタイザ）１６と、冷却・脱圧装置１７と、貯槽１８を備えている。

第１生成器３は、図１に示すように、生成タンク１９と、第１ガス噴出ノズル２０と、攪拌機（図示せず）を備えている。この第１生成器３の底部と洗浄塔４の底部は、スラリー供給管６によって接続され、スラリー供給管６から分岐した分岐管７は、第１生成器３の胴部に接続している。また、スラリー供給管６には、スラリーポンプ５が設けられ、分岐管７には、第１冷却器（熱交換器）８が設けられている。

洗浄塔４は、有底筒状の竪型の塔体２１と、塔体２１の底部に設けたスラリー導入部２２と、塔体２１の側面に設けた水切り部２３と、塔体２１の頂部に設けた洗浄・掻取部２４により形成されている。

水切り部２３は、図２に示すように、塔体２１の側面にスクリーン２７を有し、ガスハイドレートスラリーｄから未反応の海水ｂを水切りするようになっている。更に、前記塔体２１は、その外側にスクリーン２７を覆うジャケット状の排水槽２８を備えている。

洗浄・掻取部２４は、図２に示すように、中空円筒状の掻取槽３１と、掻取槽３１内に設けたガスハイドレート掻取装置３２と、掻取槽３１の天井３４に設けた洗浄水噴射ノズル３３により形成されている。この洗浄水噴射ノズル３３は、洗浄塔４の塔体２１の真上に位置するように掻取槽３１の天井３４に設けられている。

中空円筒状の掻取槽３１は、図３に示すように、洗浄塔４の塔体２１よりも大径であり、中空円筒状の掻取槽３１の軸心Ｏに対して、その一方の側に洗浄塔４の塔体２１を備え、他の一方の側にガスハイドレート排出口３５を備えている。

ガスハイドレート掻取装置３２は、掻取槽３１の軸心Ｏに設けた垂直な回転軸３６と、回転軸３６の側面に設けた片持ち式の短冊状のスクレーパー（ヘラ）３７により形成され、スクレーパー３７の下辺３８によって中空円筒状の掻取槽３１の底面３９を払拭するようになっている。

スクレーパー３７は、図３に示すように、その途中部で「く」又は「へ」の字形に屈折され、ガスハイドレートが遠心力によって中空円筒状の掻取槽３１の内壁側に飛び出さないようにしている。その際、掻取槽３１の底面３９上にテフロン（登録商標）製の平板４０を敷設してガスハイドレートが移動し易いようにすることが望ましい。また、回転軸３６を回転させるモータ４１は、防爆仕様とする。

このガスハイドレート排出口３５には、第１ガスハイドレート排出管２５が接続され、その先端は後段の装置、例えば、第２生成器１５の胴部に接続している。第１ガスハイドレート排出管２５の中には、第１ガスハイドレート排出管２５よりも小径の第２ガスハイドレート排出管２６が設けられ、その先端は、融解槽２に接続している。融解槽２に供給するガスハイドレート量は、洗浄塔４の規模により決定される。

ガスハイドレートが融解槽２内で熱分解すると、天然ガスと水に戻るが、天然ガスは、配管９を経て第１生成器３の第１ガス噴出ノズル２０に戻され、水は、配管１４を経て洗浄塔４の水噴射ノズル３３に供給されるようになっている。配管１４には、ポンプ１３及び流量制御弁１１が設けられている。

第２生成器１５は、中空状の塔体４１と、塔体４１の底部に設けた第２ガス噴射ノズル４２と、スクリューコンベア式の払出し機４３により形成され、天然ガスａは、配管４５から第２ガス噴射ノズル４２に供給されるようになっている。この配管４５には、天然ガスａを昇圧するコンプレッサ４６と天然ガスａを所定温度に冷却する第２冷却器（熱交換器）４７が設けられている。第２生成器１５に供給された天然ガスａは、配管４９を経て第１生成器３の第１ガス噴出ノズル２０に供給される。また、第２生成器１５に供給された天然ガスａの一部は、配管４９から分岐したバイパス管５０を経て配管４５に戻されるようになっている。

次いで、上記システムの運転状況について説明する。

図１に示すように、揚水ポンプ１によって汲み上げた海水ｂと、海上ガス田から採取して前処理した天然ガスａを第１生成器３に供給しながら所定の温度及び圧力に維持された第１生成器３内を攪拌機（図示せず）によって攪拌すると、第１生成器３内でガスハイドレートと未反応の海水が混じり合ったガスハイドレートスラリーｄが生成される。

このガスハイドレートスラリーｄは、スラリーポンプ５によって洗浄塔４の底部にあるガスハイドレート導入部２２に強制的に供給される。その際、ガスハイドレートスラリーｄの一部は、スラリー供給管６から分岐した分岐管７によって第１生成器３に戻される。また、分岐管７に設けた冷却器８によってガスハイドレート生成熱が除去される。

洗浄塔４の底部に供給されたガスハイドレートスラリーｄは、竪型の塔体２１に沿って上昇し、水切り部２３のスクリーン２７によってガスハイドレートスラリーｄに含まれている未反応の海水ｂが水切りされる。水切り部２３のスクリーン２７によって水切りされた未反応の海水ｂは、排水槽２８からブラインｎとして取り出される。

洗浄塔４の塔体２１内に残った粒状のガスハイドレートｅは、多孔質体のベッドｇを形成する。このベッドｇは、ガスハイドレートスラリーｄの連続供給のもと、ガスハイドレートｅの浮力によって上昇し続け、塔体２１の頂部に盛り上がる。

洗浄塔４の頂部では、洗浄水噴射ノズル３３から洗浄水ｃが散布され、上昇するガスハイドレートｅの表面に付着している未反応の海水と置換する。その際、洗浄水噴射ノズル３３から散布する洗浄水ｃの洗浄水量は、流量制御弁１１によって制御され、適宜の洗浄水ｃが洗浄水噴射ノズル３３から洗浄塔４の頂部のガスハイドレートｅに対して噴射される。

洗浄水ｃによって洗浄された粒状のガスハイドレートｅ’は、図２及び図３に示す回転式のガスハイドレート掻取装置３２のスクレーパー３７によって掻き取られ、ガスハイドレート排出口３５に供給される。この際、スクレーパー３７は、洗浄塔４からガスハイドレートが盛り上がるまで、その上昇の障害にならないように、ガスハイドレート排出口３５の近傍に待機させておくことが望ましい。ガスハイドレート排出口３５に供給された洗浄後のガスハイドレートｅ’は、ガスハイドレート排出口３５に設けられている第１ガスハイドレート排出管２５を通って第２生成器１５に供給される。

その際、ガスハイドレート排出口３５に供給されたガスハイドレートｅ’の一部は、第２ガスハイドレート排出管２６を通って融解槽２に供給される。融解槽２内のガスハイドレートｅ’は、海水ｂによって天然ガスａと水ｃに分解される。この水ｃは、海水と比べ塩分濃度が低いので、ポンプ１３によって洗浄水噴射ノズル３３に供給され、洗浄水として使用される。他方、天然ガスａは、配管９を経て第１生成器３内のガス噴射ノズル２０に戻される。

天然ガスａは、図１に示すように、コンプレッサ４６によって昇圧後、第２冷却器（熱交換器）４７によって冷却され、ガス噴出ノズル４２から第２生成器１５内に噴射される。この第２生成器１５内に洗浄塔４から１次脱水された低含水率（例えば、脱水率：４０〜５０％）、低塩分濃度のガスハイドレートｅ’が供給されると、第２生成器１５内にあるガス噴射ノズル４２から噴出する天然ガスａによって吹き上げられ流動床を形成する。そして、供給された天然ガスａと粒状のガスハイドレートｅ’の表面に付着している水が水和反応してガスハイドレートとなるため、洗浄塔４から供給されたガスハイドレートｅ’が２次脱水される（例えば、脱水率：７０〜９０％）。

第２生成器１５で２次脱水されたガスハイドレートｅ”は、造粒装置１６に供給され、固形状のガスハイドレートペレットになる。このガスハイドレートペレットｉは、冷却・脱圧装置１７によって冷却と脱圧が行なわれ、大気圧下の貯槽１８内に貯蔵される。

以上、図１に係る発明を詳細に説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、第２生成器１５を省略することも可能である。この場合、洗浄塔４にて脱水されたガスハイドレートｅ’は造粒装置１６に直接供給され、固定状のガスハイドレートペレットｉになる。このガスハイドレートペレットｉは、冷却・脱圧装置１７によって冷却と脱圧が行なわれ、大気圧下の貯槽１８内に貯蔵される。この場合、天然ガスａは図１に示す第１生成器３に供給される。

本発明に係るガスハイドレート製造システムの概略構成図である。 洗浄塔の頂部にある洗浄掻取部の断面図である。 図２のＸ−Ｘ断面図である。 ガスハイドレートの分解状況を示す図である。

符号の説明

ａ 原料ガス
ｂ 海水
ｃ 水
ｄ ガスハイドレートスラリー
ｅ，ｅ’ ガスハイドレート
２ 融解槽
３ 第１生成器
４ 洗浄塔４

Claims (3)

1. 海水と原料ガスを導入してガスハイドレートと未反応の海水が混じり合ったガスハイドレートスラリーを生成する第１生成器を備えているガスハイドレート製造システムにおいて、前記ガスハイドレートスラリーから未反応の海水を水切りし、更に、水切りされたガスハイドレートに付着している未反応の海水を洗浄水と置換する洗浄塔と、該洗浄塔で１次脱水されたガスハイドレートの一部を再ガス化して原料ガスと水に分解し、分解により生じた原料ガスを前記第１生成器に戻すと共に、分解により生じた水を洗浄水として前記洗浄塔に供給する融解槽とを設けて成り、かつ、洗浄塔で１次脱水されたガスハイドレートを第２生成器に導入すると共に、前記第２生成器に原料ガスを導入して１次脱水されたガスハイドレートを流動化させることにより１次脱水されたガスハイドレートを２次脱水することを特徴とするガスハイドレート製造システム。
2. 第２生成器を経て第１生成器に原料ガスを供給することを特徴とする請求項１記載のガスハイドレート製造システム。
3. 第２生成器の下流側に造粒装置及び冷却・脱圧装置を設けることを特徴とする請求項１又は２記載のガスハイドレート製造システム。

Images