WO2003006589A1 - Procede d'agglomeration, de manipulation et de transport d'hydrate gazeux - Google Patents

Description

明 細 書

ガスハイ ドレー トの造粒及び荷役並びに輸送方法 技術分野

本発明は、 天然ガスなど、 メ 夕ンを主成分とするガ スと水とから構成されている所謂ガスハイ ドレ一トを 造粒、 荷役及び輸送するガスハイ ドレー トの造粒及び 荷役並びに輸送方法に関する。

目景技術

従来、 天然ガスの輸送や貯蔵は、 液化天然ガス （以 下、 L N Gという） 、 或いは圧縮天然ガスの形で行わ れている。

ところが、 L N Gは、 貨物温度をマイナス 1 6 2 °C に保って輸送や貯蔵する必要があり、 輸送や貯蔵のた めに特別に製作された高価なタンクを持つ特別な船舶 ( L N G船） や貯蔵施設が必要である。 また、 マイナ ス 1 6 2 °Cの液体にするために、 製造に多くのェネル ギーを投入する必要がある。 また、 L N Gは、 コン ト ロールが不調になる と、 急激に気化し、 危険である。 また、 L N Gは、 上記のように、 極端な低温のため、 気化速度が速く 、 長期貯蔵に不向きである。

一方、 ク リーンなエネルギー源や各種構造の原料と して、 天然ガスなど、 メ 夕ンを主成分とするガスが注 目され、 その輸送や貯蔵のために、 天然ガスなど、 メ タンを主成分とするガスを人工的、 或いは工業的にガ スハイ ドレートにする研究が行なわれている。

ガスハイ ドレートは、 水の分子の作るカゴの中にガ スの分子が一つずつ収まっている結晶構造を持ってお り、 例えば、 メ タンハイ ドレートでは、 常圧で 1 m ³ のメ タ ンハイ ドレー ト中 （このう ち水の体積は、 0 . 8 m ³ ) に、 1 6 4 m ³ のメ タンを包蔵できるといわ れている。

このよう に、 メ タ ンハイ ド レ一 トは、 高いガス包蔵 性を有しているので、 L N Gに代わる天然ガスの新し い輸送および貯蔵体として注目されている。 メ タンハ イ ドレート中のメ タンガス密度は、 L N Gの約 3 . 5 分の 1 であるが、 人口的、 或いは工業的に製造する場 合には、 L N Gのように液化温度 （マイナス 1 6 2 °C 以下） まで冷却する必要がないために、 エネルギー効 率が大幅に改善されるといわれている。

メ タンハイ ドレー トを人工的に製造する場合は、 例 えば、 温度を 1 〜 1 0 ° (：、 圧力を 3 0〜 ： I 0 0気圧に 保持した圧力容器内に、 散布手段から水または不凍液 を散布すると共に、 供給管から天然ガス （メ タン） を 供給する。 すると、 散布手段から散布された水または 不凍液と天然ガス （メ タン） とが合成して粉体状のメ タンハイ ドレートが生成される。 粉体状のメ タンハイ ドレー トは、 充填率 （メ タ ンハイ ドレートの体積/貯 蔵容器の体積） が小さいため、 輸送や貯蔵に際して大 きな容積を有する夕ンクが必要となる。

また、 粉体状のガスハイ ドレートは、 長期間大量に 貯蔵すると、 自重などによって互いに結合して岩盤状 となり、 取り出し （荷揚げ） が困難になるという問題 がある。

発明の開示

本発明は、 このような従来の問題に鑑みてなされた ものであり、 その目的とする ところは、 ガスハイ ドレ 一卜の充填率の向上、 輸送及び貯蔵中の安全性、 荷役 時の扱いの容易性などを計ることができるガスハイ ド レートの造粒及び荷役並びに輸送方法を提供すること にある。

上記の課題を解決するため、 本発明のガスハイ ドレ 一トの造粒方法は、 粉体状のガスハイ ドレートを造粒 装置により圧縮成形してペレツ ト状にすることを特徴 とする。

また、 本発明のガスハイ ドレートの荷役方法は、 粉 体状のガスハイ ドレートを造粒装置によ り圧縮成形し てペレツ 卜状にし、 しかる後に、 固形化したガスハイ ドレー トを船や貯蔵施設の貯槽に積み込むことを特徴 とする。

ここで、 粉体状のガスハイ ドレ一トをペレツ ト状に 加工する前に、 予め、 ガスハイ ドレ一卜に液を吹きつ けて湿らせることが好ま しい。 また、 固形化したガス ハイ ドレ一卜に液を吹きつけて湿らせ、 しかる後に、 過冷却することが好ましい。 また、 寸法の異なる 2種 以上のペレツ ト状のガスハイ ドレ一トを混合して船や 貯蔵施設の貯槽に積み込むことが好ま しい。 また、 寸 法の異なる 2種以上のペレツ ト状のガスハイ ドレ一ト の直径比を 1 . 5 〜 3 0 とすることが好ましい。

一方、 本発明のガスハイ ドレ一 トの輸送方法は、 粉 体状のガスハイ ドレ一トを造粒装置によ り圧縮成形し てペレツ ト状にし、 しかる後に、 固形化したガスハイ ドレートを船や貯蔵施設の貯槽に積み込み、 所定の温 度下で輸送することを特徴とする。

ここで、 ペレツ 卜状のガスハイ ドレ一卜の貯蔵温度 をマイナス 5 °C〜マイナス 3 0 °C に保持するこ とが好 ま しい。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明に係るガスハイ ドレー トの造粒及び 荷役方法を示す説明図である。

第 2図はペレタイザ一の一部断面を含む拡大正面図 である。

第 3図は搬送装置の横断面図である。

第 4図はガスハイ ド レ一ト製造方法の説明図である 第 5図は大小 2種類のガスハイ ドレ一トを混合させ る場合の説明図である。 第 6図はタンクローリ一に積み込む場合の説明図で める。

第 7図は運搬船の断面図である。

第 8図は運搬船の他の一例を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態を図面を用いて説明する 第 1 図は、 本発明に係るガスハイ ドレー トの造粒及 び荷役方法を示す説明図であるが、 その説明を行う前 にメ タンハイ ドレートを人口的に製造する方法につい て簡単に説明する。

メ タンハイ ドレートは、 乾式法と湿式法の 2つの方 法によって製造するこ とができるが、 湿式法によって 製造する場合は、 例えば、 第 4図に示す装置によって 製造される。

この装置は、 筒状容器 1 0 1 からなり、 容器 1 0 1 内の温度は 1 〜 1 0 °Cに保持され、 また、 圧力は 3 0 〜 1 0 0気圧に保持されている。 散布手段 1 1 2から 散布された水又は不凍液は、 反応部 1 0 1 Aにおいて 供給管 1 0 8から供給される天然ガス （メ タン） と合 成して粉体状のメ タンハイ ドレート aを生成し、 貯留 部 1 0 1 Bの水又は不凍液の表層に落下する。 水又は 不凍液の表層に浮遊している粉体状のメ タンハイ ドレ ー ト aは、 かき寄せ機 1 1 4によって、 順次、 排出口 1 0 7の方にかき寄せられ、 排出口 1 0 7から排出さ れる。 排出口 1 0 7から排出された粉体状のメ 夕ンハ イ ドレー ト aは、 余分な水又は不凍液を取り除いた後 、 図示しない貯蔵タンクに貯蔵される。

なお、 図中、 1 0 3 は冷却ジャケッ ト、 1 0 6 は冷 媒の供給ライ ン、 1 0 2 は冷媒の出口ライ ン、 1 0 4 は水又は不凍液抜き出しライ ン、 1 0 5は水又は不凍 液の循環ライ ン、 1 1 0は循環ポンプ、 1 1 1 は水又 は不凍液の抜き出しライ ン、 1 1 3は水又は不凍液の 補給ライ ンである。

次に、 第 1 図を用いて本発明に係るガスハイ ドレ一 トの造粒及び荷役方法について説明する。

第 1 図において、 1 は、 粉体状のメ タンハイ ドレー ト aを貯蔵する貯蔵タンク、 2 は、 貯蔵タンク 1 の底 に設けた横型のスク リ ュ コンベヤーであ り、 スク リ ューコンベヤー 2は、 筒状の本体 3 と、 電動モ一夕 5 によ り積極駆動されるスク リ ユー軸 4 とから構成さ れている。 本体 2 は、 その先端下面に下向きのダク ト 6 を有している。

ダク ト 6の直下には、 2個のローラ 8 a , 8 bから 成るペレタイザ一 （造粒機） 7が設けられている。 口 ーラ 8 aは、 図において時計方向に回転し、 口 "^ラ 8 bは、 ローラ 8 a と同期して反時計方向に回転するよ う になっている。 第 2図に示すよう に、 ローラ 8 a， 8 bの外周面に は、 それぞれ、 半球状の窪み 9が周方向に一定の間隔 で設けられている。 窪み 9 の形状は、 半球状に限らず 、 例えば、 半楕円球状や半円柱状などの所望の形状の ものが採用される。 また、 その大きさ も任意の寸法に 設定される。 なお、 ペレタイザ一は、 上記のローラ方 式に限らず、 他の方式でも差し支えがない。

また、 第 1 図に戻って説明すると、 ダク ト 6 とペレ 夕ィザ一 7 との間には、 水噴射ノズル 1 0が設けられ ている。 更に、 ペレタイザ一 7の直下に横形の搬送装 置 1 1 が設けられている。 搬送装置 1 1 は、 ベルトコ ンべャ 1 1 と箱形の本体 1 3 とから構成されている。 本体 1 3 は、 ペレタイザ一 7 の直下にホッパー 1 4 を 有するとともに、 先端下面に下向きのダク ト 1 5 を有 している。 また、 搬送装置 1 1 の本体 1 3は、 ホッパ 一 1 4の下流側に水噴射ノズル 1 0 aを設けている。 水噴射ノズル 1 0 aは、 その先端をベルトコンペャ 1 の上面に向けている。

更に、 上記本体 1 3は、 その外側に冷却ジャケッ ト (図示せず） を有し、 ベルトコンペャ 1 2 によって搬 送される被搬送物を過冷却するようになっている。 ま た、 ベルトコンペャ 1 2 は、 動的安息角を保持するよ う に、 1箇所につき 2〜 3本のローラ 1 6 によって保 持されている （第 3 図参照） 。 なお、 スク リ ューコンベヤー 2 のダク ト 6 と搬送装 置 1 1 のホッパー 1 4 との間は、 図示しないカバーな どで密閉され、 気化したガスが外部に漏れないよう に なっている

次に、 メ タ ンハイ ドレー ト （ N G H ) を運搬船 （バ ラ積み船） に積み込んで運搬する場合について説明す る。

第 1 図に示すよう に、 搬送装置 1 1 のダク ト 1 5 を バラ積み船 3 0 の船倉 （積荷タンク） 3 1 の積荷口 3 2 に揷入し、 しかる後に、 スク リ ユーコンベヤー 2 の 電動モータ 5 を駆動する と、 貯蔵夕 ンク 1 内の粉体状 のメ 夕 ンハィ ドレー ト aが横型のスク リ ユーコンペャ ― 2 によつてペレタイザ一 7 に供給される。

ペレ夕ィザ一 7 に供給された粉体状のメ タ ンハイ ド レー ト aは、 外周面に半球状の窪み 9 を持つ 2つの口 ーラ 8 a， 8 b によって圧縮成形され、 球状 （ボール 状） のメ タ ンハイ ドレー ト b に成形される。 粉体状の メ 夕 ンハイ ドレー ト aの湿り具合が足りない場合には 、 水噴射ノズル 1 0から水 c を噴射して粉体状のメ タ ンノヽ ィ ドレー ト aを湿らせる。 する と、 粉体状のメ タ ンノヽィ ドレ— ト aの締ま り具合が固く な り、 落下させ ても壊れ難く なる。

ボール状のメ タ ンハイ ドレー ト （以下、 メ タンハイ ドレー トボ—ルと称する） b は、 ペレタイザ一 7から 搬送装置 1 1 のベルトコ ンペャ 1 2上に供給されるが 、 例えば、 大型の運搬船 （バラ積み船） 3 0の船倉 （ 積荷タンク） 3 1 に積み込む場合には、 搬送装置 1 1 の本体 1 3 に設けた水噴射ノズル 1 0 aからベルトコ ンべャ 1 2上のメ タンハイ ドレー トボール bに向けて 水 c を噴射してマイナス 5 °C〜マイナス 2 0 °Cに過冷 却する。

すると、 メ タンハイ ドレートボール bの外表面が氷 の膜 （カプセル） で覆われ、 メ タンハイ ドレー トボー ル bの強度が更に増大し、 大型の運搬船 （バラ積み船 ) 3 0 の船倉 （積荷タンク） 3 1 に積み込んでも壊れ 難く なると共に、 大量に積み込んでもその重さで潰れ るようなことが少なく なる。

粉体状のガスハイ ドレート aは、 水の分子の作る力 ゴの中にガスの分子が一つずっ収まっている結晶構造 を持っているため、 自己保存性を有しているが、 上記 のよう に、 メ タンハイ ドレ一 トボール bの外表面を氷 の膜 （カプセル） で覆う と、 自己保存性が更に改善さ れる利点がある。

氷の膜で外表面が覆われメ タンハイ ドレ一トボール bは、 ベルトコンペャ 1 2 によってバラ積み船 3 0の 船倉 （積荷タンク） 3 1 内に積み込まれる。 船倉 （積 荷タ ンク） 3 1 内は、 メ タ ンハイ ドレ一 トポール bが 分解する温度よ り も低温 （例えば、 マイナス 5 °C〜マ ィナス 3 0 °C ) に保たれている。

バラ積み船 3 0 としては、 第 7図や第 8図に示すも のが好ま しく使用される。 第 7図のバラ積み船 3 0は 、 積荷コンベア 3 3及び荷揚コンベア 3 5 を有してい る。 また、 ガスハイ ドレー トボール b を均等に積み込 むための邪魔板装置兼ハッチ 3 8 を有している。 この 邪魔板装置兼ハツチ 3 8は、 上下に移動するようにな つている。 図中、 3 1 は船倉、 3 4 はゲー ト、 3 6 は バラス ト タンク、 3 7は覆い、 3 9は断熱材を示して いる。

—方、 図 8図のバラ積み船 3 0 は、 船首尾方向に移 動可能な荷役機械 5 0.を備えている。 3 1 は船倉、 3 7 は覆い、 3 9断熱材を示している。

以上の説明では、 メ タンハイ ドレ一トポール b をべ ルトコンべャ式の搬送装置 1 1 によつて船倉 （積荷夕 ンク） 3 1 に積み込む場合について説明したが、 ペレ タイザ一 7から船倉 （積荷タンク） 3 1 へ直接積み込 む場合には、 搬送装置として空気輸送方式を採用して もよい。

また、 タンクローリー 4 0にメ タンハイ ドレートボ ール b を積み込む場合も、 船と同様に、 ベルトコ ンペ ャ式の搬送装置 1 1 によってタンク口一リ ー 4 0の夕 ンク 4 1 に積み込まれる （図 6図参照） 。 また、 貯蔵 施設にメ 夕ンハイ ドレ一トボール b を貯蔵する場合も 、 タンクローリ 一と同様に、 ベルト コ ンペャ式の搬送 装置 1 1 によって搬送される。

メ タ ンハイ ド レー トボール bの大きさは、 数センチ メー トルから数十センチメ一 トル、 時には、 数メー ト ル程度にしてもよい。 大き く すればするほど、 表面積 比が小さ く なり、 ブリ ッジが発生しなく なるので、 充 填率が高く なる。 上記のよう に造粒されたメ タ ンハイ ドレー トポール bの充填率は、 約 6 0 %となる。 因み に、 パウダー状のガスハイ ドレー トの充填率は、 4 0 %であるからガスハイ ドレー ト を造粒化することによ つて充填率が大幅に改善されることが分かる。

第 5 図は、 メ タンハイ ド レー トボールの充填率をよ り一層向上させる方法を示している。 すなわち、 粒径 の大きいメ タンハイ ドレー トポール b， を製造するぺ レタイザ一 7 ， と、 粒径の小さいメ タ ンハイ ドレー ト ボール b " を製造するペレタイザ一 7 " とを組み合わ せる方法である。 この方法は、 大粒のメ タ ンハイ ド レ — トポール b ' が作る空間 （ 1 一充填率） に、 粒の小 さいメ タ ンハイ ドレ一 トボ一ル b " を充填しよう とす るものである。 この方法を採用すれば、 ガスハイ ド レ ― トの充填率は、 更に向上して約 8 0 %となる。

ここで、 重要なこ とは、 大粒のメ タンハイ ドレー ト ポ一ル b ' の直径と、 小粒のメ タンハイ ドレー トボー ル b " の直径の比 （直径比 =大粒のメ タ ンハイ ドレー トボールの直径/小粒のメ タンハイ ドレ一 トポールの 直径） を、 適宜、 選択するこ とである。 実験によれば

、 この直径比は、 1 . 5 から 3 0 の範囲、 よ り好ま し く は、 5〜 2 0 の範囲が望ま しい。

直径比が 1 . . 5未満の場合は、 大粒のメ 夕ンハイ ド レー トボール b， の空間に小粒のメ タンハイ ドレ一 ト ボール b " が入らないので、 充填率が高く ならない。 一方、 直径比が 3 0 を超える と、 小粒のメ タンハイ ドレー トボール b " が多く な り、 ブ'リ ッジが発生し易 く なるため、 充填率が高く ならない。 なお、 楕円球な ど、 球形以外のメ タ ンハイ ドレー トポール bの直径は

、 内接球の直径をいう。

本方法を採用すれば、 パウダーのメ タ ンハイ ドレ一 ト a を積み込む場合に比べて船倉 （積荷タ ンク） や夕 ンクローリ のタ ンクの大きさが 1 / 2以下になる。 ま た、 メ タンハイ ドレー トボールの種類は、 2種類以上 が好ま しく 、 例えば、 メ タンハイ ドレ一 トポールを大 中小の 3種類にする と、 更に充填率を向上させるこ と が可能となる。

上記のよう に、 本発明を採用し、 メ タンハイ ドレ一 トボールが分解する温度よ り も低温状態を保持すれば 、 隣り合う メ タ ンハイ ド レー トボールの接触面積が小 さいため、 メ タ ンハイ ド レー トボールどう しが焼結状 態を維持する。 従って、 運搬されるメ タンハイ ドレ一トボールの集 合体は、 容易に粉砕可能であり、 グラブなどで荷揚げ することが可能となる。

以上の説明では、 メ タンハイ ドレートボールを船倉 やタンクローリ に積み込む場合について説明したが、 本発明は、 メ タンハイ ドレートボールを貯蔵施設の夕 ンクに貯蔵する場合にも適用することができる。

また、 本発明は、 プロパン、 二酸化炭素など、 メ タ ン以外のガスハイ ドレー トの造粒や荷役及び貯蔵運搬 にも適用することが可能である。

上述したように、 本発明は、 粉体状のガスハイ ドレ ートを工業的にペレッ ト化することによ り、 ガスハイ ドレートを形状、 品質の揃った固形物にすることがで きる。 このため、 ガスハイ ドレー トの流動性が飛躍的 に増し、 荷役や輸送が容易になる。

また、 本発明は、 粉体状のガスハイ ドレートを工業 的にペレツ ト化することによ り、 パウダーのガスハイ ドレートに比べて充填率が大幅に向上し、 運搬や貯蔵 の経済性を確保できるようになった。

また、 ガスハイ ドレ一トは、 水の分子の作るカゴの 中にガスの分子が一つずつ収まっている結晶構造を持 つているので、 温度コン ト ロールが不調になっても急 激に気化することがなく 、 L N Gに比べて安全性が高 い。 また、 気化速度が遅いので、 L N Gよ り も長期貯 蔵に向いている。

また、 ボール状のガスハイ ドレートは、 接触面積が 小さいため、 ボール状のガスハイ ドレ一ト どう しは、 焼結状態を保持する。 このため、 運搬や貯蔵中に集合 したボール状のガスハイ ドレ一トの集合体は、 容易に 粉砕可能であ り、 例えば、 グラブなどを用いて容易に 荷揚げすることが可能である。

また、 本発明は、 ボール状のガスハイ ドレートに水 を吹き付けて過冷却するこ とによつてボール状のガス ハイ ドレートの表面に氷の膜 （力プセル） を作るため 、 ボール状のガスハイ ドレートの強度が増大して壊れ 難く なる。 このため、 大量の運搬や貯蔵が可能となる また、 本発明は、 寸法の異なる 2種以上のボール状 のガスハイ ドレ一トを混合して積み込むので、 同径の ボール状のガスハイ ドレ一トのみを積み込む場合に比 ベて充填率をよ り一層向上させることができる。

産業上の利用可能性

上述した優れた効果を有する本発明は、 ガスハイ ド レー トの造粒、 荷役及び輸送に極めて有効に利用する こ とができる。

Claims

請求の範囲

1 . 粉体状のガスハイ ドレートを造粒装置によ り 圧縮成形してペレッ ト状にすることを特徴とするガス ハイ ドレー トの造粒方法。

2 . 粉体状のガスハイ ドレー トを造粒装置によ り 圧縮成形してペレツ ト状にし、 しかる後に、 固形化し たガスハイ ドレートを船や貯蔵施設の貯槽に積み込む ことを特徴とするガスハイ ドレートの荷役方法。

3 . 粉体状のガスハイ ドレートをペレツ ト状に加 ェする前に、 前記ガスハイ ドレートに液を吹きつけて 湿らせるこ とを特徴とする請求項 2記載のガスハイ ド レー トの荷役方法。

4 . 固形化したガスハイ ドレートに液を吹きつけ て湿らせ、 しかる後に、 過冷却するこ とを特徴とする 請求項 2記載のガスハイ ド レー トの荷役方法。

5 . 寸法の異なる 2種以上のペレッ ト状のガスハ ィ ドレートを混合して船や貯蔵施設の貯槽に積み込む ことを特徴とする請求項 2乃至 4 のいずれか 1項に記 載のガスハイ ドレー トの荷役方法。

6 . 寸法の異なる 2種以上のペレッ ト状のガスハ ィ ドレ一トの直径比を 1 . 5 〜 3 0 とすることを特徴 とする請求項 5記載のガスハイ ドレー トの荷役方法。

7 . 粉体状のガスハイ ドレートを造粒装置によ り 圧縮成形してペレツ ト状にし、 しかる後に、 固形化し たガスハイ ドレー トを船や貯蔵施設の貯槽に積み込み 、 所定の温度下で輸送するこ とを特徴とするガスハイ ドレ一 トの輸送方法。

8 . ペレッ ト状のガスハイ ド レー トの貯蔵温度を マイナス 5 °C〜マイナス 3 0 °Cに保持するこ とを特徴 とする請求項 7記載のガスハイ ド レー トの輸送方法。