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Title:
METHOD AND DEVICE FOR TRANSPORTING NATURAL GAS HYDRATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/114429
Kind Code:
A1
Abstract:
A method and a device for transporting NGH under high pressure to a place under normal pressure. In the method for transporting natural gas hydrate (hereafter, referred to as NGH) manufactured by reacting water with a natural gas under high pressure to a place under normal pressure by a screw feeding device, the screw feeding device (1) comprises a barrel (10) having an NGH supply port (12) at one end and a screw shaft (11) supported inside the barrel (10). A closed wall body (30) in which a discharge port (13) is opened is installed at the end of the barrel (10) or at the portion thereof arranged continuously to the end of the barrel. A pressurizing chamber (2) having a predetermined capacity is formed between the tip end of the screw shaft (11) and the closed wall body (30). When the NGH in the pressurizing chamber (2) is temporarily stagnated by opening and closing a valve device (16), the NGH can be released to the low pressure zone side while the supply side high pressure is maintained during the transfer of the NGH via the screw feeding device (1).

Inventors:
MURAYAMA TETSURO (JP)
HORIGUCHI KIYOSHI (JP)
UCHIDA KAZUO (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/055714
Publication Date:
September 25, 2008
Filing Date:
March 20, 2007
Export Citation:
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Assignee:
MITSUI SHIPBUILDING ENG (JP)
MURAYAMA TETSURO (JP)
HORIGUCHI KIYOSHI (JP)
UCHIDA KAZUO (JP)
International Classes:
F17C11/00; C07C7/20; C07C9/04; C10L3/06
Foreign References:
JP2001342473A2001-12-14
JP2006225471A2006-08-31
JP2003103117A2003-04-08
JP2007107663A2007-04-26
Attorney, Agent or Firm:
OGAWA, Shin-ichi et al. (Noguchi & Saika International Patent Office37 Kowa Building,4-5, Tsukiji 1-chom, Chuo-ku Tokyo 45, JP)
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Claims:
 高圧下において水と天然ガスを反応させて製造されたガスハイドレートをスクリュー式移送装置によって低圧の帯域に移送する方法において、前記スクリュー式移送装置の移送終端部に移送されるガスハイドレートの吐出を阻止又はガスハイドレートに抵抗を与えることによって一時的に圧密化し、この圧密化されたガスハイドレートによってバレル内の圧力を、高圧下に保持することを特徴とするガスハイドレートの移送方法。
 高圧下に保持されているガスハイドレートを低圧の帯域に移送する装置において、前記移送装置は、一端にガスハイドレートの供給口を配設したバレルと、このバレル内に支持されているスクリュー軸とからなるスクリュー式移送装置であって、前記バレルの終端あるいは終端に続く部分に吐出口を開口した閉止壁体体が設けられ、前記吐出口は弁装置によって開閉可能に構成され、更に、前記スクリュー軸の先端部と前記閉止壁体体との間に、所定の容量を有する加圧室が形成されており、前記弁装置を開閉操作することによって前記加圧室内のガスハイドレートを一時的に滞留させることによって、前記スクリュー式移送装置を経由して移送する間に供給側の高圧を保持しながら低圧の帯域側にガスハイドレートを放出するように構成されていることを特徴とするガスハイドレートの移送装置。
 前記スクリュー式移送装置を構成するバレル終端に形成される加圧室は、前記弁装置の操作によって所定量のガスハイドレートを吐出口より吐出させながら、前記バレル内の高圧を保持するのに必要な圧力を発生する容積を有していることを特徴とする請求項2記載のガスハイドレートの移送装置。
 前記スクリュー式移送装置のバレルの加圧室を形成する部分の内面にベローズ管を配置し、このベローズ管内に高圧流体を供給して前記加圧室の容積を変更できるように構成したことを特徴とする請求項2記載のガスハイドレートの移送装置。
 スクリュー式移送装置の加圧室に臨むスクリュー軸の先端部に、前記加圧室内に突出及び後退する体積変化部材が設けられ、この体積変化部材の前後移動によって前記加圧室内の加圧状態を変化するように構成されていることを特徴とする請求項2記載のガスハイドレートの移送装置。
 前記スクリュー式移送装置を形成するバレルの外周面にジャケットが形成されており、このジャケット内に冷媒を循環させて冷却し、供給されたガスハイドレートが排出されるまでに、常圧近傍の圧力において安定して保持できる程度の低温に冷却するように構成したことを特徴とするガスハイドレートの移送装置。
 前記スクリュー式移送装置を形成するスクリュー軸は、ガスハイドレートの供給部側から加圧室側に向かってガスハイドレートを圧密化するよう、軸形状、フライト形状、及びフライトピッチが構成されていることを特徴とする請求項2記載のガスハイドレートの移送装置。
Description:
天然ガス水和物の移送方法とそ 装置

 本発明は、圧力レベルの異なる系への天 ガス水和物の移送に関するもので、例えば 5.4MPaの高圧と5℃程度の常温近傍の温度に保 持されている天然ガス水和物を、常圧で-20℃ の雰囲気に保持されている貯槽や造粒機に連 続的、かつ直接的に移送する方法とその装置 に関する。

 一般的に天然ガスの輸送形態として、液 天然ガス(以下、LNGという)の形で行われて るが、この方法では極低温(-162℃)に保持す 必要があることから、この極低温を保持す 手段と移送する手段に問題がある。近年、 のLNGの持つ本質的な問題を解決するために 天然ガス水和物(ガスハイドレート、以下、N GHという)が注目されており、中でも、ハンド リングの容易性や分解に対する抵抗性などの 面から、NGHを球形(直径が10~50mm程度)などのペ レット状に成型して保管し、輸送することが 提案されている。

 LNGは、単位体積当たりの容積減少率が大 い(天然ガスの元の体積の1/600)が、沸点が著 しく低いため、-162℃という極低温に保って 送する必要がある。従って、温度コントロ ルを誤ると急激に気化し、爆発する危険性 ある。

 一方、NGHは、単位体積当たりの容積減少 がLNGに比べ小さい(天然ガスの元の体積の1/1 70)が、LNGのように-162℃の液体として維持し けるための多くの冷却エネルギーを投入す 必要がなく、-20~-10℃程度の冷却温度に保ち がら輸送できる特徴を有している。更に、N GHは自己保存効果、つまり、NGHの分解と同時 解凍潜熱でNGH表面が氷で包まれることによ 、分解が抑制される効果を有していること ら、常圧で前記-20~-10℃の温度においてほと んど分解しないが、常温では穏やかに分解す る特性を持っていおり、この特性を利用して 安定的に貯蔵できる利点がある。

 NGHの製造工程においては、生成容器内に を収容し、例えば、圧力を5.4MPa、温度を5℃ に保持し、この水と天然ガスと接触させるこ とによってNGHスラリーを生成し、その後脱水 し、粉末状のNGHが得られる。しかしながら、 このNGH粉末はそのままでは充填密度が小さく 、しかも前記のように高圧の雰囲気を必要と するので、保存することが困難である。そこ で、保存に適した状態や形状とするために、 常圧・低温(例えば、大気圧、-20℃)に保持さ ている貯槽で保存したり、ペレット状に成 されたりする。

 また、NGH製造工程では、高圧の原料ガス 、原料水と共に生成容器に供給され、0℃程 度の温度で、高圧下(例えば、5.4MPa)で水和反 を行うが、この際、原料水中に原料ガスを ブリングする方式や、原料ガス雰囲気中に 料水を噴霧させる方式が提案されている(例 えば、特開2000-302701号公報、特開2000-256226号 報)。

 前記特許文献に記載されたNGHの製造方法 よると、NGHは水より比重が小さいので生成 器内の水面付近に浮上して水を含んだNGH層 形成するので、これを分離回収している。

 ここで、回収されるNGHは、その含水濃度 よっては遠心分離機やスクリュープレス機 による脱水処理が必要となり、また、NGHの ンドリングを考慮すると粉末状よりはペレ ト状の方が好ましい。すなわち、何れもNGH ラリーの後処理が必要であり、その方法や 後処理するにあたっての高圧状態のNGHを脱 する方法等が考慮されていない。

 また、前記特開2000-302701号公報によると 高圧の生成容器から回収されたNGHを常圧の 蔵容器に送る前に冷却容器で冷却してから 圧するようにしているが、この方式では冷 容器中の気相部分に溜まった高圧の天然ガ を放出しなくてはならない。そこで通常は この放出ガスを回収し、NGH製造原料ガスと てリサイクルするための付帯設備(ガスホル ー、コンプレッサー、高圧配管、バルブ等) が必要となり、そのための動力も余分に掛か るという問題がある。

 本発明は、前記の問題を解決するために 案されたものであり、特に高圧で運転され NGH製造装置で生成した高濃度のNGHや既に高 下で脱水されたNGH粉末を常圧下で貯蔵若し はペレット成形する場合に、前記放出ガス 発生することなく、しかも連続的に移送す ための方法と装置を提供することを目的と る。

 前記課題を達成するための本発明は、次 ように構成されている。

 1)高圧下において水と天然ガスを反応さ て製造されたガスハイドレートをスクリュ 式移送装置によって低圧の帯域に移送する 法において、前記スクリュー式移送装置の 送終端部に移送されるガスハイドレートの 出を阻止することによって一時的に圧密化 、この圧密化されたガスハイドレートによ てバレル内の圧力を、高圧下に保持するこ を特徴としている。

 2)高圧下に保持されているガスハイドレ トを低圧の帯域に移送する装置において、 記移送装置は、一端にガスハイドレートの 給口を配設したバレルと、このバレル内に 持されているスクリュー軸とからなるスク ュー式移送装置であって、前記バレルの終 あるいは終端に続く部分に吐出口を開口し 閉止壁体体が設けられ、前記吐出口は弁装 によって開閉可能に構成され、更に、前記 クリュー軸の先端部と前記閉止壁体体との に、所定の容量を有する加圧室が形成され おり、前記弁装置を開閉操作することによ て前記加圧室内のガスハイドレートを一時 に滞留させることによって、前記スクリュ 式移送装置を経由して移送する間に供給側 高圧を保持しながら低圧の帯域側にガスハ ドレートを放出するように構成されている とを特徴としている。

 このような構成により、本発明は、特殊 圧力保持機能を持つスクリュー式移送装置1 を使用し、前記スクリュー式移送装置内のス クリュー軸の先端部とバレルの終端部との間 に加圧室を形成し、この加圧室内に被移送物 であるNGH粉末を一旦閉じ込め、その押圧力に よってその部位を高圧にするものであり、こ れにより、NGH粉末自体にシール性が生じ、バ レル内を高圧に保持できる。さらに、弁装置 を間欠的に開閉することによって、バレル内 でのNGH粉末を高圧下で連続的に移送しながら 加圧室からほぼ連続的に圧密化されたNGH粉末 を常圧の貯槽等へ排出することができる。従 って、前記の放出ガスの発生はなく、放出ガ スをリサイクルするための付帯設備やその動 力も不要となる。

 さらに、本発明においては、スクリュー 移送装置のバレル外周に冷却ジャケットを 置しているので、NGH粉末を移送する際に発 する熱を除去できると同時に、NGH粉末が分 しない任意の低温まで冷却することができ 。

図1は本発明の実施形態に係るNGH移送装 置の概略構成図である。 図2Aはスクリュー式移送装置の一部切 断面図である。 図2Bはスクリュー式移送装置内におけ NGH粉末の圧力変化の模式図である。 図3はスクリュー式移送装置の一部切断 断面拡大図である。 図4はスクリュー式移送装置の他の例の 一部切断断面拡大図である。 図5はスクリュー式移送装置の他の例の 一部切断断面拡大図である。 図6はスクリュー式移送装置の他の例の 一部切断断面拡大図である。 図7はスクリュー式移送装置の他の例の 一部切断断面拡大図である。 図8はスクリュー式移送装置の他の実施 形態を示す概略構成図である。 図9はスクリュー式移送装置でNGH粉末が 圧密化される様子を示す模式図である。

符号の説明

  1 スクリュー式移送装置
  2 加圧室
  3 減圧室
  4 NGH供給管路
  6 NGH貯槽
  9 バルブ
 10 バレル
 11 スクリュー軸
 12 供給口
 13 吐出口
 15 冷却ジャケット
 16 バルブ装置
 30 閉止壁体
  g 天然ガス
  n NGH粉末
  x 進行方向
  B1,B2 圧力センサー
  F フライト
  P NGH粉末の圧力
  P1 初期圧(NGHが生成する高圧)
  P2 低圧
  S1 小径部
  S2 中径部
  S3 大径部
  V1 大移送容積部
  V2 中移送容積部
  V3 小移送容積部

 次に、本発明の実施の形態を図面を参照 て説明する。図1は本発明に係るスクリュー 式移送装置1を使用して高圧の雰囲気に保持 れているNGH粉末nを、低圧の雰囲気に保持さ ている次工程、例えば貯槽やペレット成型 程に、前記高圧状態を保持しながら連続的 移送するための移送装置の概略図を示して る。

(移送装置)
 図1において、1は本発明に係るスクリュー 移送装置であって、バレル10とスクリュー軸 11で構成され、このスクリュー軸11の先端部 バレル10の閉止壁体30との間に本発明の特徴 ある加圧室2が形成され、この加圧室2に隣 して減圧室3がバルブ9を介して形成されてい る。

 そして図示しないNGH製造工程から移送さ てきたNGH粉末nは、NGH生成条件の高圧(初期 P1)雰囲気でNGH供給管路4を経由して前記スク ュー式移送装置1に供給され、後述する特殊 構造を持つスクリュー軸11によって加圧され がら加圧室2内に押込みながら移送される。

 この加圧室2内にNGH粉末nが移送された段 では加圧室2内の圧力は図2Bのように前記初 圧P1より高圧(P3)に加圧されている。一方、 記減圧室3は、加圧室2の閉止壁体30に開口さ ている吐出口13を開閉するバルブ装置16を設 けたバルブ室であり、このバルブ装置16の動 によって前記吐出口13から排出されるNGH粉 nの吐出量を、バルブ9の押圧力(逆圧)によっ 制限して前記加圧室2内の圧力を調整し、保 持する機能を持っている。

 前記移送装置1の供給口より初期圧P1で供 されたNGH粉末nは、この移送装置1を構成す スクリュー軸11と、加圧室2と、減圧室3の一 の作用によって二次圧P2に減圧されてNGH貯 6に送出される。この二次圧P2は本発明にお ては初期圧力P1より低圧であってNGHが分解し ない任意の圧力(例えば、大気圧/マイナス20 の場合)を意味している。

(スクリュー式移送装置)
 図2Aと図3に示すように、NGH粉末nを移送する スクリュー式移送装置1は、バレル10と、この バレル10内に回転可能に嵌挿されたスクリュ 軸11と、バレル10に隣接して配置された減圧 室3を有している。そして、このスクリュー 移送装置1は、バレルの終端あるいは終端に く部分に吐出口13を開口した閉止壁体体30が 設けられており、前記スクリュー軸11の先端 分と前記閉止壁体体との間に加圧室2が形成 されており、吐出口13に設けられた弁装置の 閉によってNGHを一時的に加圧室2に滞留させ るように構成されている。

 図2Aに示すように前記スクリュー軸11は小 径部S1と中径部S2と大径部S3で構成されており 、小径部S1は供給口12の位置に配置されるNGH 末nの導入部で、フライトFの高さが他に比較 して高くなっており、NGH粉末nの単位移送量 多い大移送容積部V1が形成されている。

 中径部S2は、スクリュー軸11の小径部S1と 径部S3との中間に配置され、前記小径部S1か ら前記大径部S3にかけてその軸径が次第に拡 するように形成されており、NGH粉末nの単位 移送量を次第に減少される中移送容積部V2が 成されている。

 大径部S3は、前記スクリュー軸11の先端部 から中径部S2の手前に形成され、フライトFと スクリュー軸11との間隙が他に比較して最も くなっており、NGH粉末nの単位移送量が最も 少ない小移送容積部V3が形成されている。

 そして、前記スクリュー式移送装置1は、 NGH粉末nを移送しながら冷却する手段として 冷却ジャケット15を有し、ブラインタンク( 示せず)とブラインポンプ(図示せず)とを経 して循環するブラインによって、前記NGH粉 nを-20℃程度に冷却保持する。この温度制御 段として冷却ジャケット15の他に、例えば クリュー軸11の内部を2重又は多重構造とし れか一方の間隙にブラインを循環してもよ 、また、前記冷却ジャケット15と組合わせて 用いてもよい。

 図2Aにおいてスクリュー式移送装置1の供 口12に供給されたNGH粉末nは、前記供給口12 位置に配置される小径部S1に設けられたフラ イトFとそのスクリュー軸11とバレル10とに仕 られたNGH粉末nを移送する移送容積部V1に収 され、前記スクリュー軸の回転に伴って中 部S2領域へ移送される。小径部S1では、NGH粉 末nは移送されるだけなので該NGH粉末nの圧力P はほとんど上昇しない(図2B、Z1)。このときの NGH粉末nの様子を模式的に示すと図9(a)のよう なる。

 次に、前記小径部S1から中径部S2に移送さ れるNGH粉末nは、該中径部S2のスクリュー軸11 直径が次第に大きくなり、バレル10との間 が次第に狭くなるため(中移送容積部V2)、NGH 末nは次第に圧縮され圧力Pは上昇していく( 2B、Z2)。このときのNGH粉末nの様子を模式的 示すと図9(b)のように、NGH粉末n間の距離は さくなる。

 次に、前記中径部S2で圧縮・加圧されて 送されるNGH粉末nは、大径部S3のスクリュー 11のバレルとの間隙に狭持されると共にその 単位移送量が大きく減少する小移送容積V3に 込まれる。ここでは、前記中径部S2から押 まれるNGH粉末nと、大径部S3にて狭持される とによる圧密が進み、NGH粉末n自体の圧力Pは さらに上昇を続け、大径部S3の中央から先端 にかけて初期圧P1を超える(図2B、Z3)。

 このときのNGH粉末nの様子を模式的に示す と図9(c)のように、NGH粉末は密着し、その間 バレル10内に存在していた天然ガスgが狭持 れている。

 そして、前記大径部S3で初期圧P1よりも高 く昇圧されたNGH粉末nは加圧室2に押込まれる 、バルブ装置16のバルブ9の押圧力(逆圧)に ってNGHの吐出量が制限されており、前記加 室2内の圧力は初期圧P1よりも高圧となるよ に調整され、保持されている(図2B、Z4)。前 加圧室2において被搬送物であるNGH粉末nは滞 留し、初期圧P1よりも高圧の圧密体を形成す 。また、バレル10内で生じたNGH粉末nの速度 布を緩和する。

 さらに、加圧室2の閉止壁体30においては NGH粉末nの流路が急激に狭くなることにより 、圧密かが一層進む。このように圧密化され たNGH粉末nは、吐出口13から減圧室3へと送り される(図2B、Z5)。

 前記圧密体が初期圧P1よりも高圧となる とにより、供給口12にNGH粉末nと共に供給さ る高圧状態の天然ガスgが低圧側P2(例えば、 気圧)に抜けるのを阻止している。すなわち 、NGH粉末nが圧密することで、マテリアルシ ルとなっているのである。

 前記マテリアルシールは、スクリュー式 送装置1の稼動初期には不十分であるので、 バルブ9により吐出口13を閉止しておき、加圧 室の圧力センサーB1と、減圧室の二次圧力セ サーB2の圧力を検出して、前記NGHの圧密体 圧力が一定となるようにバルブ装置16の押圧 力を調整している。また、前記各々の圧力セ ンサーB1、B2によって、吐出口13側の圧力が大 気圧よりも上昇した場合に吐出口13を閉止し 初期圧P1の高圧ガスが減圧室3に流出するの 防ぐことができる。

 また、加圧室2内においては、スクリュー 式移送装置1に供給されたNGH粉末nは初期圧P1 りも高圧である圧密体を形成し、加圧室2の 出口13から吐出するため、ペレタイザー等 ペレット成型装置によって成型されたNGHペ ットと同様に固形化されているため、ペレ ト成型工程を省略することもできる。

(スクリュー式移送装置の他の実施例)
 図4に示すスクリュー式移送装置1は、その クリュー軸11の先端部に、加圧室2に形成さ るNGH粉末nの圧密体を更に強圧する押圧手段 設けたものである。前記押圧手段は、押圧 材がスクリュー軸11の先端部で突入自在な ストン17を形成している。

 前記ピストン17は、スクリュー軸11の先端 から突出することによって加圧室2内の容積 変化を与え、NGH粉末nの圧密体の形成を促進 るので、圧密体の突出量を調整することに ってNGHの加圧力に変化を与える。そして、 クリュー軸11の回転と、前記ピストン17の突 出量と、バルブ9の稼動量とが連携した制御 行うことによって初期圧P1より高圧の圧密体 を素早く形成することができる。

 図5に示すスクリュー式移送装置1は、加 室2の一部がベローズ管18により形成された のであり、このベローズ管18に高圧流体を送 込んでベローズ管は膨張し、前記加圧室2の 積に変化を与え、この加圧室2内に形成され 圧密体の圧力Pを昇圧するものである。

 図6に示すスクリュー式移送装置1は、2基 スクリュー式移送装置1を対向に使用し、該 スクリュー式移送装置の吐出口13を対向させ 配置し、前記2基のスクリュー式移送装置の 払出口14はバルブ装置16を中央に配置した状 に構成されている。また、それぞれのスク ュー式移送装置1に設けたモーターM1とM2は、 各々速度調整ができる。

 2基のスクリュー式移送装置1が並列にNGH 末nを高圧(初期圧P1)から低圧P2(例えば、大気 圧)に圧力差を遮断しながら移送するので、 圧下にある後工程にNGHを供給する供給量を やすことができる。

 図7に示すスクリュー式移送装置1におい は、第1のスクリュー式移送装置の吐出口13 、第2のスクリュー式移送装置の供給口12を 結管20を介して直列に配置した状態に構成さ れている。第1のスクリュー式移送装置にお るマテリアルシールと、第2のスクリュー式 送装置におけるマテリアルシールとからな 2重シール構造が圧力差を遮断するので、ス クリュー式移送装置の動作が容易となり、NGH の移送量を多くすることができる。

(加圧室の変形について)
 本発明は、スクリュー式移送装置のスクリ ー軸をバレルの長さより短縮し、前記スク ュー軸の先端部とバレルの終端との間に加 室2を形成した点に特徴があるが、この部分 は、ある意味においてはNGHが通過する際の抵 抗を付与する区域として作用するものである 。従って、この加圧室内に複数個の球体など を充填して通過するNGHに抵抗を与えることが できる。

 また、この球体の代えて、多数のスリッ を開口した抵抗板を1枚あるいは複数枚、NGH に抵抗を与えるような状態に配置することに よって、この部位で図2Bに示した圧力の変化 グラフの高圧部分を安定して発生させるよ に構成することもできる。

(ガス漏れ防止容器)
 図8は本発明に係るNGHのスクリュー式移送装 置1を耐圧容器内に設けた概略図である。

 図8において、スクリュー式移送装置1は 圧密閉容器25内に、その配管と共に配置され ている。また、前記耐圧密閉容器55はガス排 管(図示せず)により漏れ出したガスを逃が ように構成されている。

 耐圧密閉容器25内にスクリュー式移送装 1を配置することで、安全性を高めることが きる。

 本発明は、圧力レベルの異なる系への天 ガス水和物の移送に関するもので、例えば 5.4MPaの高圧と5℃程度の常温近傍の温度に保 持されている天然ガス水和物を、常圧で-20℃ の雰囲気に保持されている貯槽や造粒機に連 続的、かつ直接的に移送する装置に利用でき る。