ガスハイドレート生成装置
【課題】 反応溶液である水の旋回流の中に、前記旋回流と同方向への回転速度成分を持たせて原料ガスを導入し、旋回する水中に長く滞留させることにより気液接触効率を向上させ、ガスハイドレートの生成効率を高めることができるガスハイドレート生成装置を提供する。
【解決手段】反応容器１と、反応容器内の水中に原料ガス６を気泡として供給する原料ガス供給手段４と、前記水に旋回流を形成させる旋回流発生手段３とを備え、該旋回流発生手段は、回転軸１０と、該回転軸に設けられた回転翼１１とを備え、反応容器内の水面下に位置する回転翼が回転することで反応容器内の水に旋回流を形成させるものであり、前記原料ガス供給手段は、ガス放出孔を有するガス放出体１２を備え、該ガス放出体は、前記旋回流発生手段によって形成された旋回流と同方向へ回転しつつ、原料ガスを放出するようにした。
【解決手段】反応容器１と、反応容器内の水中に原料ガス６を気泡として供給する原料ガス供給手段４と、前記水に旋回流を形成させる旋回流発生手段３とを備え、該旋回流発生手段は、回転軸１０と、該回転軸に設けられた回転翼１１とを備え、反応容器内の水面下に位置する回転翼が回転することで反応容器内の水に旋回流を形成させるものであり、前記原料ガス供給手段は、ガス放出孔を有するガス放出体１２を備え、該ガス放出体は、前記旋回流発生手段によって形成された旋回流と同方向へ回転しつつ、原料ガスを放出するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器内で所定の温度及び圧力条件の下、原料ガスと水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスハイドレートは、水分子が結合して形成された立体構造の籠の内部に、例えば天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や二酸化炭素等のガス分子が取り込まれて形成される包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。すなわちガスハイドレートは、原料ガス分子と水分子からなる氷状の固体物質であり、水分子が形成する立体的な籠状構造の内部に原料ガス分子を包接した安定な包接化合物の一種である。このガスハイドレートは、ガス包蔵量が比較的大きいと共に、大きな生成・分解エネルギーや、ハイドレート化ガスの選択性等の特徴ある性質を有しているため、例えば、天然ガス等の輸送・貯蔵手段や、蓄熱システム、アクチュエータ、特定成分ガスの分離回収等の多様な用途が可能であり、盛んに研究がなされている。
【０００３】
ガスハイドレートは、通常、高圧・低温条件の下で生成される。生成方法として、以下の方式が良く知られている。原料ガスを高圧に充填した反応容器の上部から冷却した水を噴霧することにより、水滴が原料ガス中を落下する際に水滴表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「水噴霧方式」や、原料ガスを水中に気泡として導入（バブリング）することにより、原料ガスの気泡が水中を上昇する際に気泡表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「バブリング方式」等である。
【０００４】
この「バブリング方式」によりガスハイドレートを生成する装置の従来技術として、特許文献１（特開２００３−４１２７２号公報）に記載の装置が挙げられる。特許文献１に記載された装置では、軸の先端にプロペラ状の撹拌翼を備えた撹拌手段において、軸と撹拌翼が連通する中空構造となっており、前記撹拌翼の翼面には、ガス放出孔が複数形成されている。そして、前記軸の基端がガス配管に接続され、前記翼面のガス放出孔から原料ガスが導入されるように構成されている。
【０００５】
また、撹拌機の従来技術として、特許文献２（特開平１０−４３５６５号公報）が挙げられる。特許文献２に記載された撹拌機は、ガスハイドレート生成装置に使用される撹拌機ではないが、回転軸の先端に撹拌翼を備え、軸内から撹拌翼に連通する流体供給路が該軸内に形成され、撹拌翼の翼面には、その内部から供給される流体が流出可能な微細孔が設けられ、該微細孔は、撹拌翼の回転方向下手側部、すなわち、撹拌翼の回転方向に対して裏側の翼面にのみに配置されるよう構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４１２７２号公報
【特許文献２】特開平１０−４３５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスハイドレートは水と原料ガスが接触して生成する固体である。回転翼を回転させることにより、反応容器内の水を撹拌する際、回転翼の回転方向表側の翼面は水に押し付けられ、該表側の翼面には圧力がかかる。従って、特許文献１ように、原料ガスが導入されるガス放出孔が、前記回転翼の両翼面に設けられている場合、該表側の翼面のガス放出孔には、原料ガスは導入されると同時に生成したガスハイドレートが詰まりやすく徐々に閉塞してしまい、原料ガス導入の効率が低下する問題があった。
【０００８】
そこで、特許文献２のように、回転翼の回転方向表側の翼面には流体が供給される微細孔を設けず、回転方向裏側の翼面にのみ前記微細孔が設けることが考えられる。ここで、引用文献２に記載の撹拌機をガスハイドレート生成装置に使用する場合、反応容器内の水中において、回転方向裏側の翼面から導入される原料ガスは、回転翼により形成される水の旋回流に対向して放出される。
すなわち、前記裏側の翼面から放出される原料ガスは、微細孔から放出される際、水の旋回流の回転方向への速度を打ち消されてしまい、放出されたガス自身が持つ回転方向への速度成分が小さくなる。そのため、旋回する水の中に長く留まることができず、気液接触効率が悪くなる虞がある。
【０００９】
本発明の目的は、ガスハイドレート生成装置において、反応溶液である水の旋回流の中に、前記旋回流と同方向への回転速度成分を持たせて原料ガスを導入し、旋回する水中に長く滞留させることにより気液接触効率を向上させ、ガスハイドレートの生成効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るガスハイドレート生成装置は、反応容器と、前記反応容器内の水中に原料ガスを気泡として供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の水に旋回流を形成させる旋回流発生手段と、を備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置であって、前記旋回流発生手段は、回転軸と、該回転軸に設けられた回転翼とを備え、前記反応容器内の水面下に位置する前記回転翼が回転することで、反応容器内の水に旋回流を形成させるものであり、前記原料ガス供給手段は、ガス放出孔を有するガス放出体を備え、該ガス放出体は、前記旋回流発生手段によって形成された旋回流と同方向へ回転しつつ、原料ガスを放出するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、原料ガス供給手段が旋回流発生手段によって形成された水の旋回流と同方向へ回転しつつ、前記原料ガスを放出するので、原料ガスの気泡は前記旋回流と同方向への回転速度成分を持って水中に導入される。これにより、前記原料ガスは旋回しつつ上昇するため、静止状態の原料ガス供給手段からガスが放出されて、単に浮力によって上昇する場合よりも、水中に留まる時間は長くなり、気液接触効率が向上する。
【００１２】
本発明の第２の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１の態様において、前記ガス放出体は薄い円盤状であることを特徴とする。
【００１３】
回転翼の翼面は、その面で水を掻いて旋回流を形成するため、回転翼の回転方向に対してほぼ垂直に面している。そのため、回転翼が回転して旋回流を形成する際、該回転翼の回転方向表側の翼面には大きな圧力がかかり、該回転方向表側の翼面のガス放出孔は、生成したガスハイドレートによって閉塞し易い。
【００１４】
本発明によれば、ガス放出体が回転しても、円盤状の面は旋回流の回転方向に面していないので、その面にあるガス放出孔から放出される原料ガスを押さえるような水の力はかからない。従って、該ガス放出孔は、原料ガスがガス放出孔から放出されてすぐに水と反応して生成したガスハイドレートによって閉塞しにくい。
また、ガス放出体が円盤状であれば、ガス放出体は水の旋回流に対して一様の面として回転するので、該旋回流を乱すような影響を及ぼしにくい上、該旋回流の旋回状態を維持し、安定させる効果が得られる。
【００１５】
本発明の第３の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１の態様において、前記ガス放出体は扁平な板状であることを特徴とする。
この特徴によれば、ガス放出体の扁平な面が旋回流の回転方向に面していないので、第２の態様と同様の作用効果が得られる。
【００１６】
本発明の第４の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記ガス放出孔は、前記ガス放出体の上及び／又は下に設けられていることを特徴とする。
この特徴によれば、ガス放出孔が旋回流の回転方向に対面しない面に設けられるため、ガス放出孔に、該ガス放出孔から放出される原料ガスを押さえるような水の力はかからない。従って、該ガス放出孔は、原料ガスがガス放出孔から放出されてすぐに水と反応して生成したガスハイドレートによって閉塞しにくい。
【００１７】
本発明の第５の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記ガス放出体は、前記旋回流発生手段の回転軸に設けられ、前記回転翼と一体に回転するように構成されていることを特徴とする。
この特徴によれば、回転翼とガス放出体とが、同軸、同方向かつ等速で回転するため、ガス放出体が、前記回転翼による旋回流の形成に及ぼす影響を少なくすることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記ガス放出体は、前記回転翼よりも下方に設けられることを特徴とする。
この特徴によれば、原料ガス供給手段から供給される原料ガスの気泡が、旋回流発生手段によって形成された水の旋回流の下方から、旋回流と同方向の速度成分をもって導入されるので、原料ガスの気泡を長時間に渡って水中に留まらせることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、原料ガス供給手段が旋回流発生手段によって形成された水の旋回流と同方向へ回転しながら、前記原料ガスを供給するので、原料ガスの気泡は前記旋回流と同方向への回転速度成分を持って水中に導入されるため、前記原料ガスは旋回しつつ上昇し、長く水中に留まることによって、気液接触効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
図１は本発明に係るガスハイドレート生成装置の一実施例を示す概略構成図である。図２〜図５は、本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の斜視図である。
筒状の反応容器１内には、反応容器内の水２に旋回流を形成させる旋回流発生手段である旋回流発生装置３が備えられている。旋回流発生装置３は、反応容器１の中心に位置する鉛直軸回りに回転する回転翼１１が、回転軸１０に固定されて構成されている。回転軸１０は駆動装置５によって回転する。
前記回転翼１１は、旋回流が安定した流れを形成するような形状、寸法、更に回転速度に設定され、前記反応容器１の形状及び寸法に応じて具体的に決められる。
【００２１】
反応容器１内の水２中に原料ガス６を供給する原料ガス供給装置４を構成するガス放出体１２が設けられている。図１中のガス放出体１２は、図２に示すような円盤体４０である。そして、ガス放出体１２である円盤体４０は、水２中に原料ガス６を気泡として供給するため、ガス放出孔１３を備えている。該ガス放出孔１３は、ガス放出体１２の上面に設けられている。また、ガス放出孔１３は、ガス放出体１２の下面に設けてもよく、ガス放出体１２の上面及び下面の両面に設けることもできる。
【００２２】
ガス放出孔１３は、水２と原料ガス６との接触効率を高めるため、微細な気泡が放出されるように構成されている。また、複数のガス放出孔１３は、ガス放出体１２のガス放出孔１３を有する面に満遍なく均一に設けられていれば、規則的に配置されていてもランダムに配置されていてもよい。
【００２３】
また、ガス放出体１２の形状は円盤体に限らず、図３のような扁平な板体４１とすることもできる。更に、図４及び図５に示すような棒体４２とすることもできる。この場合、前記棒体４２は、回転翼１１によって形成される旋回流を乱さないような太さとする。
【００２４】
このガス放出体１２は、回転翼１１の下方であって、回転翼１１と同軸の回転軸１０に固定されて設けられており、回転翼１１とガス放出体１２は前記同軸の回転軸１０の回転により、同方向に等速で回転する。回転軸１０は、前記原料ガス６の流路となる中空（図示せず）を有しており、ガス放出体１２は回転軸１０の前記中空部に連通し、更に回転軸１０の上端基部に設けられたガス導入口１４から、ガス供給源（図示せず）に連通され、制御された噴射量で原料ガス６を前記水２内に供給するようになっている。
ガス放出体１２を回転軸１０に固定する位置は、図５に示すように、回転翼１１と同じ高さとすることもできる。
【００２５】
反応容器１内は、公知の方法により、所定の温度及び圧力に調整される。本実施例では温度は１℃〜５℃、圧力は４ＭＰa〜８ＭＰa、好ましくは温度は２℃〜４℃、圧力は５ＭＰa〜６ＭＰaである。この温度及び圧力の下で、前記原料ガス６の気泡と前記水２が接触してガスハイドレート７が生成するようになっている。
【００２６】
前記回転翼１１は、水中に旋回流を形成させ、生成したガスガイドレート７が前記旋回流にのって上昇することによってスラリー化されると共に、該旋回流の遠心力によってスラリー濃度が反応容器１の中央寄りが高く、内壁寄りが低くなる濃度勾配を取るように構成される。
【００２７】
気泡としての原料ガス６と水分子の接触により、ガスハイドレート７が生成され、比重が水より小さいので水２中を浮上する。そして、回転する回転翼１１によって形成された旋回流にのって水と良く混ざってスラリー化すると共に、旋回流の遠心力によって、スラリー濃度が反応容器１の中央寄りが高く、内壁寄りが低くなる濃度勾配を取る。
【００２８】
そして、前記スラリーを反応容器１外に抜き出す抜き出し装置２０が設けられている。該抜き出し装置２０は、水面付近であって且つ反応容器１の中央部寄りに抜き出し口２１を有し、前記ガスハイドレート７のスラリーを前記抜き出し口２１から流入させて反応容器１外に抜き出す抜き出し管２２を備えている。図において符号２３は抜き出し用ポンプを示す。
【００２９】
更に、反応容器１には該反応容器１内から水２を取り出して冷却した後、再び反応容器１内に戻す水循環装置３０を備えている。該水循環装置３０は、反応容器１内の水２の取り出し口３１が設けられ、該取り出し口３１と反応容器１の上部に設けられた噴霧ノズル３２が循環ライン３３を介して接続されている。循環ライン３３には循環用ポンプ３４と熱交換機３５が設けられている。循環用ポンプ３４は、液体としての水２を取り出し口３１から噴霧ノズル３２に向けて送ると共に、噴霧ノズル３２の噴霧力を発生させる働きをする。熱交換機３５は、ガスハイドレートを生成する原料としての水の温度条件（本実施例では３℃）を維持する為に水温を下げる働きを担うものである。
尚、ガスハイドレートは、水と原料ガスとの接触により水和反応が行われて生成するが、その際、生成熱が発生する。この生成熱（メタンの場合９８ｋｃａｌ／ｋｇ）を除去するために公知の冷却装置３６も設けられている。
【００３０】
次に実施例１の作用を説明する。
本実施例によれば、ガスハイドレート生成装置において、ガス放出体１２が回転翼１１の回転によって形成された水の旋回流と同方向へ回転しながら、原料ガス６を供給するので、原料ガス６の気泡は前記旋回流と同方向への回転速度成分を持って水中に導入される。これにより、前記原料ガス６は旋回しつつ上昇するため、静止状態のガス放出体１２から原料ガス６が放出されて、単に浮力によって上昇する場合よりも、水中に留まる時間は長くなり、気液接触効率が向上する。
【００３１】
ガス放出体１２が図２に示すような円盤体４０のような形状であれば、該円盤体４０は水の旋回流に対して一様の面として回転するので、該旋回流を乱すような影響を及ぼしにくい上、該旋回流の旋回状態を維持し、安定させる効果が得られる。特に、円盤体４０が回転翼１１よりも下方にある場合、旋回流の旋回状態の維持安定効果が一層高まる。
【００３２】
また、本発明に係るガス放出体１２は、該ガス放出体１２が回転しても、ガス放出孔１３を有する面は旋回流の回転方向に対面していないので、ガス放出孔１３に、該ガス放出孔１３から放出される原料ガス６を押さえるような水２の力はかからない。従って、該ガス放出孔１３は、原料ガス６がガス放出孔１３から放出されてすぐに水２と反応して生成したガスハイドレート７によって閉塞しにくい。
【００３３】
また、ガス放出体１２が回転翼１１の下方に設けられているため、ガス放出体１２から放出された原料ガス６の気泡が、水の旋回流の下方から導入され、原料ガス６の気泡を長時間に渡って水中に留まらせることができる。
【００３４】
［実施例２］
図６は本発明に係るガスハイドレート生成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例２に係るガスハイドレート生成装置では、旋回流発生装置３および原料ガス供給装置４は、反応容器１の底部中央に設けられている。回転翼１１とガス放出体１２は、同じ回転軸１０に固定されており、ガス放出体１２は回転翼１１の下方に配設されている。
ガス放出体１２は、原料ガス６の流路となる中空を有する回転軸１０に連通し、更に回転軸１０に設けられたガス導入口１４から、ガス供給源（図示せず）に連通され、ガス放出孔１２から原料ガス６が前記水２内に供給される。
【００３５】
また、抜き出し装置２０は、旋回流発生装置３と原料ガス供給装置４が反応容器１の底部中央に設けられたことにより、抜き出し口２１が水の旋回流の中心部下方に位置するように配設されている。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。
【００３６】
実施例２によれば、回転軸１０が反応容器底部に設けられているため、抜き出し管２２を、回転軸１０に妨げられることなく水の旋回流の中心部下方に配設することができ、
水の旋回流の中心に集められた高濃度のガスハイドレートスラリーを抜き出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、反応容器内で所定の温度及び圧力条件の下、原料ガスと水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置及び生成方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の他の実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の更に他の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の更に他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 反応容器、 ２ 水、 ３ 旋回流発生装置、４ 原料ガス供給装置、 ６ 原料ガス、 ７ ガスハイドレート、１０ 回転軸、 １１ 回転翼、 １２ ガス放出体、
１３ ガス放出孔、 １４ ガス導入口、２０ 抜き出し装置、３０ 水循環装置、 ３６ 冷却装置、４０ 円盤体、 ４１ 板体、 ４２ 棒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器内で所定の温度及び圧力条件の下、原料ガスと水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスハイドレートは、水分子が結合して形成された立体構造の籠の内部に、例えば天然ガスの成分であるメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や二酸化炭素等のガス分子が取り込まれて形成される包接（クラスレート）水和物（ハイドレート）の総称である。すなわちガスハイドレートは、原料ガス分子と水分子からなる氷状の固体物質であり、水分子が形成する立体的な籠状構造の内部に原料ガス分子を包接した安定な包接化合物の一種である。このガスハイドレートは、ガス包蔵量が比較的大きいと共に、大きな生成・分解エネルギーや、ハイドレート化ガスの選択性等の特徴ある性質を有しているため、例えば、天然ガス等の輸送・貯蔵手段や、蓄熱システム、アクチュエータ、特定成分ガスの分離回収等の多様な用途が可能であり、盛んに研究がなされている。
【０００３】
ガスハイドレートは、通常、高圧・低温条件の下で生成される。生成方法として、以下の方式が良く知られている。原料ガスを高圧に充填した反応容器の上部から冷却した水を噴霧することにより、水滴が原料ガス中を落下する際に水滴表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「水噴霧方式」や、原料ガスを水中に気泡として導入（バブリング）することにより、原料ガスの気泡が水中を上昇する際に気泡表面にガスハイドレートを生成させる、いわゆる「バブリング方式」等である。
【０００４】
この「バブリング方式」によりガスハイドレートを生成する装置の従来技術として、特許文献１（特開２００３−４１２７２号公報）に記載の装置が挙げられる。特許文献１に記載された装置では、軸の先端にプロペラ状の撹拌翼を備えた撹拌手段において、軸と撹拌翼が連通する中空構造となっており、前記撹拌翼の翼面には、ガス放出孔が複数形成されている。そして、前記軸の基端がガス配管に接続され、前記翼面のガス放出孔から原料ガスが導入されるように構成されている。
【０００５】
また、撹拌機の従来技術として、特許文献２（特開平１０−４３５６５号公報）が挙げられる。特許文献２に記載された撹拌機は、ガスハイドレート生成装置に使用される撹拌機ではないが、回転軸の先端に撹拌翼を備え、軸内から撹拌翼に連通する流体供給路が該軸内に形成され、撹拌翼の翼面には、その内部から供給される流体が流出可能な微細孔が設けられ、該微細孔は、撹拌翼の回転方向下手側部、すなわち、撹拌翼の回転方向に対して裏側の翼面にのみに配置されるよう構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４１２７２号公報
【特許文献２】特開平１０−４３５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスハイドレートは水と原料ガスが接触して生成する固体である。回転翼を回転させることにより、反応容器内の水を撹拌する際、回転翼の回転方向表側の翼面は水に押し付けられ、該表側の翼面には圧力がかかる。従って、特許文献１ように、原料ガスが導入されるガス放出孔が、前記回転翼の両翼面に設けられている場合、該表側の翼面のガス放出孔には、原料ガスは導入されると同時に生成したガスハイドレートが詰まりやすく徐々に閉塞してしまい、原料ガス導入の効率が低下する問題があった。
【０００８】
そこで、特許文献２のように、回転翼の回転方向表側の翼面には流体が供給される微細孔を設けず、回転方向裏側の翼面にのみ前記微細孔が設けることが考えられる。ここで、引用文献２に記載の撹拌機をガスハイドレート生成装置に使用する場合、反応容器内の水中において、回転方向裏側の翼面から導入される原料ガスは、回転翼により形成される水の旋回流に対向して放出される。
すなわち、前記裏側の翼面から放出される原料ガスは、微細孔から放出される際、水の旋回流の回転方向への速度を打ち消されてしまい、放出されたガス自身が持つ回転方向への速度成分が小さくなる。そのため、旋回する水の中に長く留まることができず、気液接触効率が悪くなる虞がある。
【０００９】
本発明の目的は、ガスハイドレート生成装置において、反応溶液である水の旋回流の中に、前記旋回流と同方向への回転速度成分を持たせて原料ガスを導入し、旋回する水中に長く滞留させることにより気液接触効率を向上させ、ガスハイドレートの生成効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るガスハイドレート生成装置は、反応容器と、前記反応容器内の水中に原料ガスを気泡として供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の水に旋回流を形成させる旋回流発生手段と、を備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置であって、前記旋回流発生手段は、回転軸と、該回転軸に設けられた回転翼とを備え、前記反応容器内の水面下に位置する前記回転翼が回転することで、反応容器内の水に旋回流を形成させるものであり、前記原料ガス供給手段は、ガス放出孔を有するガス放出体を備え、該ガス放出体は、前記旋回流発生手段によって形成された旋回流と同方向へ回転しつつ、原料ガスを放出するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、原料ガス供給手段が旋回流発生手段によって形成された水の旋回流と同方向へ回転しつつ、前記原料ガスを放出するので、原料ガスの気泡は前記旋回流と同方向への回転速度成分を持って水中に導入される。これにより、前記原料ガスは旋回しつつ上昇するため、静止状態の原料ガス供給手段からガスが放出されて、単に浮力によって上昇する場合よりも、水中に留まる時間は長くなり、気液接触効率が向上する。
【００１２】
本発明の第２の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１の態様において、前記ガス放出体は薄い円盤状であることを特徴とする。
【００１３】
回転翼の翼面は、その面で水を掻いて旋回流を形成するため、回転翼の回転方向に対してほぼ垂直に面している。そのため、回転翼が回転して旋回流を形成する際、該回転翼の回転方向表側の翼面には大きな圧力がかかり、該回転方向表側の翼面のガス放出孔は、生成したガスハイドレートによって閉塞し易い。
【００１４】
本発明によれば、ガス放出体が回転しても、円盤状の面は旋回流の回転方向に面していないので、その面にあるガス放出孔から放出される原料ガスを押さえるような水の力はかからない。従って、該ガス放出孔は、原料ガスがガス放出孔から放出されてすぐに水と反応して生成したガスハイドレートによって閉塞しにくい。
また、ガス放出体が円盤状であれば、ガス放出体は水の旋回流に対して一様の面として回転するので、該旋回流を乱すような影響を及ぼしにくい上、該旋回流の旋回状態を維持し、安定させる効果が得られる。
【００１５】
本発明の第３の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１の態様において、前記ガス放出体は扁平な板状であることを特徴とする。
この特徴によれば、ガス放出体の扁平な面が旋回流の回転方向に面していないので、第２の態様と同様の作用効果が得られる。
【００１６】
本発明の第４の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１乃至第３のいずれかの態様において、前記ガス放出孔は、前記ガス放出体の上及び／又は下に設けられていることを特徴とする。
この特徴によれば、ガス放出孔が旋回流の回転方向に対面しない面に設けられるため、ガス放出孔に、該ガス放出孔から放出される原料ガスを押さえるような水の力はかからない。従って、該ガス放出孔は、原料ガスがガス放出孔から放出されてすぐに水と反応して生成したガスハイドレートによって閉塞しにくい。
【００１７】
本発明の第５の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記ガス放出体は、前記旋回流発生手段の回転軸に設けられ、前記回転翼と一体に回転するように構成されていることを特徴とする。
この特徴によれば、回転翼とガス放出体とが、同軸、同方向かつ等速で回転するため、ガス放出体が、前記回転翼による旋回流の形成に及ぼす影響を少なくすることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係るガスハイドレート生成装置は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記ガス放出体は、前記回転翼よりも下方に設けられることを特徴とする。
この特徴によれば、原料ガス供給手段から供給される原料ガスの気泡が、旋回流発生手段によって形成された水の旋回流の下方から、旋回流と同方向の速度成分をもって導入されるので、原料ガスの気泡を長時間に渡って水中に留まらせることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、原料ガス供給手段が旋回流発生手段によって形成された水の旋回流と同方向へ回転しながら、前記原料ガスを供給するので、原料ガスの気泡は前記旋回流と同方向への回転速度成分を持って水中に導入されるため、前記原料ガスは旋回しつつ上昇し、長く水中に留まることによって、気液接触効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
図１は本発明に係るガスハイドレート生成装置の一実施例を示す概略構成図である。図２〜図５は、本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の斜視図である。
筒状の反応容器１内には、反応容器内の水２に旋回流を形成させる旋回流発生手段である旋回流発生装置３が備えられている。旋回流発生装置３は、反応容器１の中心に位置する鉛直軸回りに回転する回転翼１１が、回転軸１０に固定されて構成されている。回転軸１０は駆動装置５によって回転する。
前記回転翼１１は、旋回流が安定した流れを形成するような形状、寸法、更に回転速度に設定され、前記反応容器１の形状及び寸法に応じて具体的に決められる。
【００２１】
反応容器１内の水２中に原料ガス６を供給する原料ガス供給装置４を構成するガス放出体１２が設けられている。図１中のガス放出体１２は、図２に示すような円盤体４０である。そして、ガス放出体１２である円盤体４０は、水２中に原料ガス６を気泡として供給するため、ガス放出孔１３を備えている。該ガス放出孔１３は、ガス放出体１２の上面に設けられている。また、ガス放出孔１３は、ガス放出体１２の下面に設けてもよく、ガス放出体１２の上面及び下面の両面に設けることもできる。
【００２２】
ガス放出孔１３は、水２と原料ガス６との接触効率を高めるため、微細な気泡が放出されるように構成されている。また、複数のガス放出孔１３は、ガス放出体１２のガス放出孔１３を有する面に満遍なく均一に設けられていれば、規則的に配置されていてもランダムに配置されていてもよい。
【００２３】
また、ガス放出体１２の形状は円盤体に限らず、図３のような扁平な板体４１とすることもできる。更に、図４及び図５に示すような棒体４２とすることもできる。この場合、前記棒体４２は、回転翼１１によって形成される旋回流を乱さないような太さとする。
【００２４】
このガス放出体１２は、回転翼１１の下方であって、回転翼１１と同軸の回転軸１０に固定されて設けられており、回転翼１１とガス放出体１２は前記同軸の回転軸１０の回転により、同方向に等速で回転する。回転軸１０は、前記原料ガス６の流路となる中空（図示せず）を有しており、ガス放出体１２は回転軸１０の前記中空部に連通し、更に回転軸１０の上端基部に設けられたガス導入口１４から、ガス供給源（図示せず）に連通され、制御された噴射量で原料ガス６を前記水２内に供給するようになっている。
ガス放出体１２を回転軸１０に固定する位置は、図５に示すように、回転翼１１と同じ高さとすることもできる。
【００２５】
反応容器１内は、公知の方法により、所定の温度及び圧力に調整される。本実施例では温度は１℃〜５℃、圧力は４ＭＰa〜８ＭＰa、好ましくは温度は２℃〜４℃、圧力は５ＭＰa〜６ＭＰaである。この温度及び圧力の下で、前記原料ガス６の気泡と前記水２が接触してガスハイドレート７が生成するようになっている。
【００２６】
前記回転翼１１は、水中に旋回流を形成させ、生成したガスガイドレート７が前記旋回流にのって上昇することによってスラリー化されると共に、該旋回流の遠心力によってスラリー濃度が反応容器１の中央寄りが高く、内壁寄りが低くなる濃度勾配を取るように構成される。
【００２７】
気泡としての原料ガス６と水分子の接触により、ガスハイドレート７が生成され、比重が水より小さいので水２中を浮上する。そして、回転する回転翼１１によって形成された旋回流にのって水と良く混ざってスラリー化すると共に、旋回流の遠心力によって、スラリー濃度が反応容器１の中央寄りが高く、内壁寄りが低くなる濃度勾配を取る。
【００２８】
そして、前記スラリーを反応容器１外に抜き出す抜き出し装置２０が設けられている。該抜き出し装置２０は、水面付近であって且つ反応容器１の中央部寄りに抜き出し口２１を有し、前記ガスハイドレート７のスラリーを前記抜き出し口２１から流入させて反応容器１外に抜き出す抜き出し管２２を備えている。図において符号２３は抜き出し用ポンプを示す。
【００２９】
更に、反応容器１には該反応容器１内から水２を取り出して冷却した後、再び反応容器１内に戻す水循環装置３０を備えている。該水循環装置３０は、反応容器１内の水２の取り出し口３１が設けられ、該取り出し口３１と反応容器１の上部に設けられた噴霧ノズル３２が循環ライン３３を介して接続されている。循環ライン３３には循環用ポンプ３４と熱交換機３５が設けられている。循環用ポンプ３４は、液体としての水２を取り出し口３１から噴霧ノズル３２に向けて送ると共に、噴霧ノズル３２の噴霧力を発生させる働きをする。熱交換機３５は、ガスハイドレートを生成する原料としての水の温度条件（本実施例では３℃）を維持する為に水温を下げる働きを担うものである。
尚、ガスハイドレートは、水と原料ガスとの接触により水和反応が行われて生成するが、その際、生成熱が発生する。この生成熱（メタンの場合９８ｋｃａｌ／ｋｇ）を除去するために公知の冷却装置３６も設けられている。
【００３０】
次に実施例１の作用を説明する。
本実施例によれば、ガスハイドレート生成装置において、ガス放出体１２が回転翼１１の回転によって形成された水の旋回流と同方向へ回転しながら、原料ガス６を供給するので、原料ガス６の気泡は前記旋回流と同方向への回転速度成分を持って水中に導入される。これにより、前記原料ガス６は旋回しつつ上昇するため、静止状態のガス放出体１２から原料ガス６が放出されて、単に浮力によって上昇する場合よりも、水中に留まる時間は長くなり、気液接触効率が向上する。
【００３１】
ガス放出体１２が図２に示すような円盤体４０のような形状であれば、該円盤体４０は水の旋回流に対して一様の面として回転するので、該旋回流を乱すような影響を及ぼしにくい上、該旋回流の旋回状態を維持し、安定させる効果が得られる。特に、円盤体４０が回転翼１１よりも下方にある場合、旋回流の旋回状態の維持安定効果が一層高まる。
【００３２】
また、本発明に係るガス放出体１２は、該ガス放出体１２が回転しても、ガス放出孔１３を有する面は旋回流の回転方向に対面していないので、ガス放出孔１３に、該ガス放出孔１３から放出される原料ガス６を押さえるような水２の力はかからない。従って、該ガス放出孔１３は、原料ガス６がガス放出孔１３から放出されてすぐに水２と反応して生成したガスハイドレート７によって閉塞しにくい。
【００３３】
また、ガス放出体１２が回転翼１１の下方に設けられているため、ガス放出体１２から放出された原料ガス６の気泡が、水の旋回流の下方から導入され、原料ガス６の気泡を長時間に渡って水中に留まらせることができる。
【００３４】
［実施例２］
図６は本発明に係るガスハイドレート生成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例２に係るガスハイドレート生成装置では、旋回流発生装置３および原料ガス供給装置４は、反応容器１の底部中央に設けられている。回転翼１１とガス放出体１２は、同じ回転軸１０に固定されており、ガス放出体１２は回転翼１１の下方に配設されている。
ガス放出体１２は、原料ガス６の流路となる中空を有する回転軸１０に連通し、更に回転軸１０に設けられたガス導入口１４から、ガス供給源（図示せず）に連通され、ガス放出孔１２から原料ガス６が前記水２内に供給される。
【００３５】
また、抜き出し装置２０は、旋回流発生装置３と原料ガス供給装置４が反応容器１の底部中央に設けられたことにより、抜き出し口２１が水の旋回流の中心部下方に位置するように配設されている。その他の構成は、図１に示した実施例１と同様なので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。
【００３６】
実施例２によれば、回転軸１０が反応容器底部に設けられているため、抜き出し管２２を、回転軸１０に妨げられることなく水の旋回流の中心部下方に配設することができ、
水の旋回流の中心に集められた高濃度のガスハイドレートスラリーを抜き出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、反応容器内で所定の温度及び圧力条件の下、原料ガスと水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置及び生成方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の他の実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の更に他の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る旋回流発生装置および原料ガス供給装置の更に他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る天然ガスハイドレート生成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 反応容器、 ２ 水、 ３ 旋回流発生装置、４ 原料ガス供給装置、 ６ 原料ガス、 ７ ガスハイドレート、１０ 回転軸、 １１ 回転翼、 １２ ガス放出体、
１３ ガス放出孔、 １４ ガス導入口、２０ 抜き出し装置、３０ 水循環装置、 ３６ 冷却装置、４０ 円盤体、 ４１ 板体、 ４２ 棒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、前記反応容器内の水中に原料ガスを気泡として供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の水に旋回流を形成させる旋回流発生手段と、を備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置であって、
前記旋回流発生手段は、回転軸と、該回転軸に設けられた回転翼とを備え、前記反応容器内の水面下に位置する前記回転翼が回転することで、反応容器内の水に旋回流を形成させるものであり、
前記原料ガス供給手段は、ガス放出孔を有するガス放出体を備え、該ガス放出体は、前記旋回流発生手段によって形成された旋回流と同方向へ回転しつつ、原料ガスを放出するように構成されていることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ガス放出体は薄い円盤状であることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ガス放出体は扁平な板状であることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、前記ガス放出孔は、前記ガス放出体の上及び／又は下に設けられていることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、前記ガス放出体は、前記旋回流発生手段の回転軸に設けられ、前記回転翼と一体に回転するように構成されていることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、前記ガス放出体は、前記回転翼よりも下方に設けられることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項１】
反応容器と、前記反応容器内の水中に原料ガスを気泡として供給する原料ガス供給手段と、前記反応容器内の水に旋回流を形成させる旋回流発生手段と、を備え、所定の温度及び圧力条件の下、前記原料ガスと前記水を接触させてガスハイドレートを生成するガスハイドレート生成装置であって、
前記旋回流発生手段は、回転軸と、該回転軸に設けられた回転翼とを備え、前記反応容器内の水面下に位置する前記回転翼が回転することで、反応容器内の水に旋回流を形成させるものであり、
前記原料ガス供給手段は、ガス放出孔を有するガス放出体を備え、該ガス放出体は、前記旋回流発生手段によって形成された旋回流と同方向へ回転しつつ、原料ガスを放出するように構成されていることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ガス放出体は薄い円盤状であることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ガス放出体は扁平な板状であることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、前記ガス放出孔は、前記ガス放出体の上及び／又は下に設けられていることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、前記ガス放出体は、前記旋回流発生手段の回転軸に設けられ、前記回転翼と一体に回転するように構成されていることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項において、前記ガス放出体は、前記回転翼よりも下方に設けられることを特徴とする、ガスハイドレート生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２３８６７４（Ｐ２００７−２３８６７４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５９９４１（Ｐ２００６−５９９４１）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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