KR101103656B1 - 다단 선반형 가스하이드레이트 고속생성 통합처리 장치 - Google Patents

다단 선반형 가스하이드레이트 고속생성 통합처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화가 이루어지는 단일용기를 포함하는 장치로서, 상기 단일용기는, 물의 주입 및 배출이 가능한 밀폐된 공간을 형성하며, 반응조 역할을 하는 용기 내부의 바닥과 접한 하부 공간 외에, 물을 수용할 수 있으며 용기 내부로 주입된 가스의 출입이 자유로운 1개 이상의 반응조를 더 포함하는 반응챔버인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치에 관한 것이다.
상기 통합처리 장치는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화를 효율적으로 연계시키며, 특히, 가스하이드레이트의 제조시 가스와 물의 접촉면적을 확대시킴으로써 가스하이드레이트의 제조 효율을 크게 향상시킨다. 따라서, 인공 가스하이드레이트 제조법에 의한 가스 저장과 수송의 경제성을 한 단계 더 업그레이드 시키는 효과를 제공한다.
가스, 하이드레이트, 접촉면적, 단일용기

Description

다단 선반형 가스하이드레이트 고속생성 통합처리 장치{United gas hydrate formation, transportation and decomposition apparatus}
본 발명은 가스하이드레이트 생성, 저장, 수송 및 재가스화(해리) 통합처리 장치에 관한 것이다. 구체적으로 저온·고압하에서 가스하이드레이트를 생성하고, 저장하고, 수요지로 수송하고, 재가스화하는 일련의 과정이 단일용기에서 수행되도록 하는 장치에 관한 것이며, 특히, 가스하이드레이트 생성시 가스와 물의 접촉면적이 크게 확대되는 장치에 관한 것이다.
가스하이드레이트(Gas Hydrate)란 메탄(CH4), 수소 등의 가스가 저온·고압(0℃ 26기압 또는 10℃ 76기압 등) 하에서 물분자(H2O)와 결합하여 형성되는 고체물질을 말하는 것으로, 동토지역의 석유 또는 천연가스 저류층 및 석탄층과 인접된 지역이나, 저온·고압의 심해 퇴적층 특히, 대륙사면에서 많이 발견된다. 최근 이러한 가스하이드레이트의 물리적 결합특성을 이용하여, 가스 등의 저장과 수송에 활용하는 기술에 대한 관심이 고조되고 있다.
종래에 가스전으로부터 채취된 천연가스를 수송하는 방법으로는, 천연가스 상태로 수송하면 부피가 막대하고 폭발 가능성이 크므로, 천연가스를 액화온도까지 냉각하여 액화천연가스(LNG)를 생성하고, 이를 수송선 등에 설치한 전용의 탱크에 저장하여 수송하는 방법이 사용되었다. 그러나, 천연가스(Natural Gas)의 주성분인 메탄 가스의 경우 이를 액화시키는데 약 -162℃의 극저온이 필요하고, 이러한 조건을 유지하면서 수송하기 위해 소요되는 비용이 막대하다. 메탄의 경우, 가스하이드레이트(Gas Hydrate) 생성시 약 180배의 부피축소를 달성할 수 있어, 천연가스의 저장과 수송에 이러한 가스하이드레이트화 특성을 이용하여 천연가스를 저장, 수송하는 방법이 제안되었다.
상기의 특성에 따라 다양한 종류의 가스하이드레이트의 생성 및 재가스화 장치가 개발되고 있다. 예컨대, 대한민국 특허 제10-0786812호는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(101), 항온유지수조(102), 가스공급부(103), 물공급부(104)를 포함하는 가스하이드레이트 생성 및 재가스화 장치(100)를 개시하고 있다. 상기 반응챔버(101)에서 적정한 온도와 압력의 조건에 의해 반응용 물(200)과 가스(300)가 반응하여 가스하이드레이트(Hydrate)의 생성 또는 재가스화가 이루어진다.
또한, 가스하이드레이트(Hydrate)의 생성 장소와 그를 재가스화하여 사용하는 장소가 다르기 때문에 상기와 같은 방법에 의하여 제조된 가스하이드레이트는 별도의 수송수단을 사용하여 수요지에 공급된다. 이러한 수송수단으로서, 일본 특개 제2005-195083호는 고무 또는 합성수지 등으로 제조된 가볍고 튼튼하며 기밀한 봉투(30)를 사용하는 수송 시스템을 개시하고 있다. 상세히 설명하면, 상기 문헌은 도 2에 도시된 바와 같이, 가스하이드레이트 생성 플랜트(A)에서 가스하이드레이 트(G')를 생성한 후, 고무 또는 합성수지 등으로 제조된 가볍고 튼튼하며 기밀한 봉투(30)에 가스하이드레이트를 적재하여 수송하고, 상기 가스하이드레이트가 적재된 봉투(30)를 재가스화 플랜트(B)에 옮겨 분해하는 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 이 경우 제조된 가스하이드레이트는 이미 고체상태로 이를 봉투에 적재하기가 매우 까다롭고, 적절한 유동성의 보존을 위해서는 슬러리 상태 또는 별도의 분말화 작업을 거치는 등 복잡한 적재공정이 요구된다. 또한, 가스하이드레이트의 생성 플랜트, 수송수단 및 재가스화 플랜트의 기능이 분리되어 있는 경우, 수요지에는 반드시 재가스화 플랜트가 설치되어야 하기 때문에 초기 비용이 많이 들고 이러한 재가스화 플랜트가 설치되지 않은 오지 등에는 가스하이드레이트를 공급할 수 없는 단점이 있다. 또한, 가스하이드레이트를 생성하고, 생성된 가스하이드레이트를 수송수단에 적재하고, 다시 수요지에 도착하여 가스 하이들레이트를 재가스화 플랜트에 옮겨 재가스화해야 하므로, 많은 시간과 노동력이 요구되는 단점도 있다.
또한, 별도의 수송수단을 준비하여 생성된 가스하이드레이트를 운송하는 경우에는, 생성 플랜트에서 슬러리 상의 가스하이드레이트를 생성하고, 탈수, 냉각, 감압 등의 공정을 수행하여 부피를 줄이고, 성형 및 고화 장치를 사용하여 수송에 적당한 형상으로 가스하이드레이트를 제조해야 하므로, 수송수단에 가스하이드레이트를 적재하기까지 매우 복잡한 공정과 장기의 제조시간이 요구되어 경제성이 저하되는 단점도 지적될 수 있다.
상기의 두 경우와 같이 수송수단에 적재와 공급을 위해 복잡한 공정에 의 하여 슬러리 상의 가스하이드레이트를 생성하고, 탈수, 냉각, 감압 등의 공정을 수행하여 부피를 줄이고, 성형 및 고화하여 고밀도의 가스하이드레이트를 제조하는 경우, 복잡한 공정에 소요되는 시간, 에너지 및 비용을 고려하면, 이들 방법에 의한 수송효율과 경제성은 만족되기 어렵다. 따라서, 상기와 같은 가스 수송 시스템의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
첫째, 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화가 단일용기 내에서 이루어지도록 하여 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화를 효율적으로 연계시킴으로써, 가스하이드레이트의 인공제조와 재가스화 공정의 단순화, 설비투자비 절감, 운전시간 단축 등을 통하여 가스의 경제성을 한 단계 더 업그레이드 시키는 것을 목적으로 한다.
둘째, 상기와 같은 장치에 의해, 수요지에서 요구되는 재가스화 설비를 대폭 간소화하여, 초기 설비투자 비용을 절감시킴으로써 가스의 공급 범위와 방법을 확대시키는 것을 목적으로 한다.
셋째, 가스하이드레이트 제조시 가스와 물의 접촉면적을 크게 확대시킴으로써 가스하이드레이트 생성효율을 개선시킨 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화가 이루어지는 단일용기를 포함하는 장치로서,
상기 단일용기는, 물의 주입 및 배출이 가능한 밀폐된 공간을 형성하며, 반응조 역할을 하는 용기 내부의 바닥과 접한 하부 공간 외에, 물을 수용할 수 있 으며 용기 내부로 주입된 가스의 출입이 자유로운 1개 이상의 반응조를 더 포함하는 반응챔버인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치와 그를 수용하는 외부챔버를 포함하며, 상기 외부챔버는 챔버 내부에 대한 냉온유체의 주입 및 배출이 가능하며, 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치로의 가스와 물의 공급 및 배출이 가능한 형태인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치를 제공한다.
본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화가 단일용기 내에서 이루어지도록 하여 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화를 효율적으로 연계시킴으로써, 가스하이드레이트의 인공제조와 재가스화 공정의 단순화, 설비투자비 절감, 운전시간 단축 등을 통하여 가스의 경제성을 한 단계 더 업그레이드 시키는 효과를 제공한다.
또한, 상기와 같은 장치에 의해, 수요지에서 요구되는 재가스화 설비를 대폭 간소화하여, 초기 설비투자 비용을 절감시킴으로써 가스의 공급 범위와 방법을 확대시키는 효과를 제공한다.
또한, 상기와 같은 장치에 의해, 가스하이드레이트 제조시 가스와 물의 접촉면적이 크게 확대됨으로써 현저히 향상된 가스하이드레이트의 생성효율을 제공한다.
본 발명은
가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화가 이루어지는 단일용기를 포함하는 장치로서,
상기 단일용기는, 물의 주입 및 배출이 가능한 밀폐된 공간을 형성하며, 반응조 역할을 하는 용기 내부의 바닥과 접한 하부 공간 외에, 물을 수용할 수 있으며 용기 내부로 주입된 가스의 출입이 자유로운 1개 이상의 반응조를 더 포함하는 반응챔버인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치에 관한 것이다.
본 발명자들은 가스하이드레이트 제조시 가스와 물의 접촉면적의 크기가 가스하이드레이트의 생성효율에 상당히 중요한 영향을 미치는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
기본적으로 반응챔버는 물을 수용하고 가스와 물을 반응시키는 기능을 갖는다. 그러나, 이러한 종래의 반응챔버로는 가스와 물의 접촉면적을 확대시키는데 한 계가 있다. 따라서, 본 발명은 반응챔버 내에 별도의 반응조를 설치하여 가스와 물의 접촉면적을 확장시키는 목적을 달성하고 있다.
본 발명의 장치에서 반응조의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 가스와 물의 접촉면적을 크게 할 수 있는 형태라면 어떠한 형태라도 채용될 수 있다. 구체적으로 종방향 면적보다 횡방향 면적이 큰 반응조가 가스와 물의 접촉면적을 확대하는데 유리하다.
본 발명의 장치에서 용기 내부로 주입된 가스의 출입이 자유로운 반응조란 입구가 폐쇄되지 아니하여 가스가 자유롭게 드나들 수 있는 형태의 반응조를 의미한다. 입구가 좁은 경우도 가능하지만, 입구가 넓게 형성된 것이 효율면에서 바람직하다.
본 발명의 장치에서 반응조가 2개 이상 구비되는 경우에, 상기 반응조들은 다층의 층상으로 구비되는 것이 가스와 물의 접촉면적 및 물의 공급 용이성 등을 고려할 때 유리하다. 예컨대, 상기와 같이 반응조들이 다층의 층상으로 구비되는 경우에, 상부층 반응조에 공급된 물이 넘치는 경우, 그 물이 하부층의 반응조로 공급되도록 반응조를 설치할 수 있다.
본 발명의 장치에서 반응조는 물 수위 조절 홈을 구비할 수 있다. 이 경우 물의 공급시 반응조에 수용되는 물의 수위를 조절하는 것이 용이하며, 상기 수위 조절홈을 이용하여 반응조 사이에 유로를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 장치에서 반응챔버의 벽을 측벽으로 활용하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우에, 반응조는 바닥을 형성할 소재를 반응챔버의 측벽에 기밀하게 고정 하여 형성될 수 있다. 그러나, 반응챔버 내의 다른 공간과는 연통되어야 하므로, 상기 연통을 위한 일부 공간에는 별도로 반응조의 측벽을 마련하여야 한다.
본 발명의 장치에서 반응조는 반응챔버와 접촉면적이 크게 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 그렇게 형성함으로써 반응챔버로부터 열기 또는 냉기의 전달이 용이해지기 때문이다. 즉, 반응조가 가스와 물의 반응(가스하이드레이트의 생성 및 해리)을 위한 온도조건을 충족시키기 위한 전열핀의 역할도 수행하는 경우, 상기와 같은 접촉면적이 확대되면 반응 효율이 높아지기 때문에, 반응조는 반응챔버와 많은 면적이 접촉되도록 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 장치에서 반응챔버는, 가스와 물의 반응을 위한 온도조건의 형성을 용이하게 하기 위하여, 내표면 및 외표면 중 하나 이상에 고정된 전열핀(예: 도7, 140a)을 더 포함할 수 있다. 상기 내표면에는 추가로 구비된 반응조의 내표면 및 외표면이 포함된다.
본 발명의 장치에서 반응챔버는, 가스와 물의 반응을 위한 온도조건의 형성을 용이하게 하기 위하여, 내부에 챔버 외부와 연통되는 하나 이상의 냉온 유체 이동관 및 상기 유체 이동관 외주에 부설되는 전열핀(예: 도8, 140b)을 더 구비할 수 있다. 상기 냉온 유체 이동관 및 상기 유체 이동관 외주에 부설되는 전열핀은 추가로 구비된 반응조의 내부에 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명은
상기 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치와 그를 수용하는 외부챔버를 포함하며, 상기 외부챔버는 챔버 내부에 대한 냉온유체의 주입 및 배출이 가능하며, 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치로의 가스와 물의 공급 및 배출이 가능한 형태인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에서 외부챔버는 그의 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치에서 가스와 물이 반응할 수 있는 온도조건을 용이하게 제공하기 위하여 구비된다.
상기 외부챔버의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 형태와 조화를 이루는 형태라면 어떠한 형태도 채용될 수 있다. 구체적인 예로는 사각기둥 형태, 원기둥 형태, 타원기둥 형태 등을 들 수 있다.
상기 외부챔버는 오픈형, 개폐형, 또는 폐쇄형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 오픈형이란 외부챔버의 일부분이 외부를 향해 열려 있어서 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치가 외기와 접촉할 수 있도록 구성된 챔버를 의미한다.
상기 개폐형이란 외부챔버의 일부분이 필요에 따라 개폐가능하게 구성되어 오픈형과 폐쇄형의 기능을 모두 가질 수 있도록 구성된 챔버를 의미한다.
상기 폐쇄형이란 외부챔버가 냉온 유체의 주입 및 배출 통로 및 가스와 물의 주입 및 배출 통로 등 기능상 필요한 부분을 제외하고는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치가 수용된 내부공간을 폐쇄한 상태로 형성되는 것을 의미한다.
상기 외부챔버가 폐쇄형인 경우, 상기 외부챔버는 내부공간에 냉온유체를 공급 및 배출할 수 있는 통로 및 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치로 가스와 물을 공급 및 배출할 수 있는 통로를 구비한 구성을 갖는다.
상기에서 기술된 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치를 사용하면 일반적으로 행해지는 방식으로 슬러리 상의 가스하이드레이트를 생성하고, 탈수, 냉각, 감압 등의 공정을 수행하여 부피를 줄이는(약 1/180) 방식으로 수송할 가스하이드레이트를 생성하는 것도 가능하지만(성형 및 고화는 불필요), 공정의 단순화를 통한 수송효율을 고려하여 상기에서 탈수, 냉각, 감압 등의 공정을 생략하는 방식으로 운용하는 것도 가능하다. 이러한 경우에 가스의 부피는 약 1/150 정도로 줄어들어 상기 복잡한 방식보다 낮은 밀도를 나타내지만, 전체적으로 더 우수한 경제성을 얻을 수 있다. 상기와 같은 방식에 의하면 수요지에서 재가스화를 하고 나면 부산물로서 순수한 물이 얻어지는데, 낮은 온도를 가지므로 다양한 용도로 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도3 및 도4(도3의 A-A단면도)에 예시된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)는, 가스와 물의 주입구(120) 및 가스와 물의 배출구(130)가 구비된 사각기둥 형상의 반응챔버(100) 및 상기 반응챔버(100)의 내부에 고정되고 윗부분에 물 수용부가 형성된 사각기둥 형상의 반응조(110) 4개를 포함하는 구성을 갖는다.
상기 장치(10)에서 반응조들(100)은 층상을 이루며, 반응챔버(100) 내부에 마주보고 있는 장방향 측벽에 고정된다.
상기 장치(10)에서 반응조(110)는 높이가 낮고 면적이 큰 사각 기둥 형상으로 형성되어 가스와 물의 접촉면적이 충분히 확보되는 특징을 갖는다. 따라서, 상기 반응챔버(100)은 종래의 반응챔버와 비교하여, 가스와 물의 접촉면적이 약 5배 증가된 형태이다.
본 발명에서 반응조(110)의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 접촉면적 확대를 고려하면 상기와 같이 높이가 낮고 면적이 큰 형태가 바람직하다.
도4에서 되시된 바와 같이, 상기 반응조들(110)은 그것들이 고정된 측벽을 제외한 반응챔버(100)의 양쪽 측벽과는 이격되어 설치됨으로써, 반응챔버 내에서 물과 가스가 자유롭게 이동되는 구조를 형성하고 있다.
도3 및 도4에서 반응챔버(100)에 설치된 가스와 물의 주입구(120) 및 배출구(130)는 각각 하나의 관형태로 형성된 것을 도시하고 있지만, 가스의 주입 및 배출 통로와 물의 주입 및 배출 통로는 따로 설치될 수도 있으며, 물의 주입 통로와 배출 통로도 따로 설치될 수 있다. 따라서, 가스와 물의 주입구와 배출구는 필요에 따라 적절하게 설치될 수 있다.
도5 및 도6(도5의 B-B단면도)는 반응조(110)의 고정 위치를 제외하고는 도4에 도시된 것과 동일한 형태의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)를 나타낸다.
상기 장치(10)에서 반응조들(110)은 사각기둥형 반응챔버(110)의 측벽 중 하나의 측벽을 제외한 3면의 측벽과 접촉된 상태로 고정된다. 따라서, 반응챔버(100)와 반응조(110)의 접촉면적이 크므로 반응챔버(100)에 전달되는 열기 또는 냉기가 반응조(100)를 통하여 챔버 내부로 용이하게 전달되며, 그에따라 반응 효율이 향상된다.
또한, 상기 장치(10)에서 반응조들(110)은 반응챔버(100) 내에 지그제그로 설치되어 있다. 이러한 구성은 반응챔버(100)의 가스와 물의 주입구(120)에 물을 주입하는 경우, 상층의 반응조(110)에 충분한 양의 물이 받아지면 계속해서 주입되는 물은 하부층의 반응조로 자연스럽게 흘러가며, 최종적으로 반응챔버(100)의 바닥에 필요한 양이 물이 받아지면 나머지 물은 가스와 물의 배출구를 통하여 챔버 외부로 배출되므로 물의 공급을 용이하게 하는 효과를 제공하며, 가스가 주입되는 경우에 가스의 흐름도 원활하게 하는 효과를 제공한다.
상기에서 반응조(100)에는 수위 조절 홈을 더 형성할 수도 있다.
도7은 도5에 도시된 것과 동일한 형태의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)에 전열핀(140a) 구성을 추가한 장치(10)의 단면도이다.
상기 장치(10)에서는 전열핀(140a)이 반응조 내부에 설치되어 있으나, 본 발명에서 전열핀(140a)은 반응챔버(100)의 외표면, 반응챔버의 반응조(110)를 제외한 내부공간, 반응조(11)의 외표면 등에 필요에 따라 설치될 수 있다.
도8은 도5에 도시된 것과 동일한 형태의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)에 냉온유체 이동관(150) 및 상기 유체 이동관의 외주에 부설된 전열핀(140b)의 구성이 추가된 장치(10)의 단면도이다.
상기 장치(10)에서는 냉온 유체 이동관(150) 및 상기 유체 이동관의 외주에 부설된 전열핀(140b)은 반응조 내부에 설치되어 있으나, 본 발명에서 상기와 같은 구성은 장소에 구애 받지 않고 반응챔버(100) 내의 어느 장소에라도 설치될 수 있다.
상기와 같은 전열핀(140a) 및 냉온 유체 이동관(150) 및 상기 유체 이동관의 외주에 부설된 전열핀(140b)의 구성은 반응챔버(100) 내부에 가스와 물의 반응을 위한 온도조건을 더 용이하고 효율적으로 맞추기 위하여 채용된다.
도9는 도5에 도시된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)의 사용예로서, 냉온 유체 공급원(300)에서 낙하되는 냉온 유체를 사용하여 가스하이드레이트를 생성 및 해리하는 방법을 예시하고 있다. 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)는 천연가스 또는 가스하이드레이트의 취급시에 발생하는 다량의 냉온 유체를 재활용하여 다시 가스하이드레이트의 생성/및 또는 재가스화(해리)에 사용할 수 있는 구조를 갖기 때문에 매우 경제적이고, 활용도가 높다.
상기에서 예시된 바와 같은 본 발명의 장치(10)는 외부에 냉온 유체를 접촉시켜 가스와 물의 반응 조건을 형성시키는 방법에 의해 가스하이드레이트를 생성 및 재가스화할 수 있다.
도10 내지 도12에는 상기 도5에 도시된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)가 외부챔버(200)에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)를 예시하고 있다.
도10에는 외부챔버(200)가 오픈형으로 구성된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)가 개시되어 있다.
도11에는 외부챔버(200)가 폐쇄형으로 구성된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)가 개시되어 있다.
도12에는 외부챔버(200)가 개폐형으로 구성된 가스하이드레이트의 생성, 저 장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)가 개시되어 있다. 상기 외부챔버(200)는 개폐형으로 설계되어 필요에 따라, 외부챔버 개폐 뚜껑(230)을 개폐할 수 있는 것을 특징으로 하며, 상기 외부챔버(200)의 윗부분에 부설된 냉온유체 주입 통로(210)를 통하여 냉온유체를 외부챔버 내부로 공급할 수 있으며, 상기 외부챔버(200)의 아래 부분에 부설된 냉온 유체 배출 통로(220)를 통하여 사용된 냉온유체를 배출할 수 있는 구조를 갖는다.
상기와 같이 외부챔버(200)가 개폐형으로 구성되는 경우에는, 가스하이드레이트를 재가스화 할 때, 외부챔버 개폐 뚜껑(230)을 열어 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)를 외기와 접촉시킴으로써, 별도의 에너지를 사용하지 않고 가스하이드레이트를 재가스화 하는 것이 가능하여 경제적이다.
도10 내지 도12에 예시된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)는 가스하이드레이트의 공급처에서, 외부챔버(200)에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)의 가스와 물 주입구(120)에 가스의 종류에 따른 적당한 압력의 가스와 물을 공급하고, 외부챔버(200)와 그에 수용된 상기 장치(10)의 사이 공간에 저온 유체를 공급함으로써 가스하이드레이트를 생성한다.
가스하이드레이트의 생성이 완료되면 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)를 그대로 차량 등의 이동수단에 싣고, 수요지로 이동한다. 수요지에서 재가스화는 수요지 또는 차량 등의 이동수단에 구비된 히터 등 을 사용하여 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)의 외부챔버(200)에 냉온유체 주입 통로(210)를 통하여 가스하이드레이트의 재가스화를 위하여 필요한 온도의 유체를 공급함으로써 수행할 수 있다.
또한, 이동 시에 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10 또는 20)를 주어진 대기 환경에 그대로 노출하거나 차량 등의 이동 수단에 구비된 히터 등의 고온의 유체 공급 장치를 이용하여 가스하이드레이트의 재가스화를 진행하여 수요지에서 별도의 작업 없이 가스를 직접 공급하는 것도 가능하다.
예컨대, 도12에 도시된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)의 경우, 수요지로 이동하면서 외부챔버 개폐 뚜껑(230)을 열어 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(10)를 외기와 접촉시키면 수요지에 도착하여 별도의 재가스화 절차 없이 가스를 공급할 수 있다.
만일, 수요지까지 장시간이 소요된다면 이동 중 차량 등의 이동수단에 구비된 냉각기 등의 냉각 유체 공급 장치를 이용하여 외부에서 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치(20)의 외부챔버(200)에 냉각 유체를 공급함으로써 가스하이드라이트의 재가스화를 방지할 수도 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하 다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1 은 종래 기술의 가스하이드레이트 생성 및 분해장치를 도시한 것이다.
도 2 는 종래 기술의 가스하이드레이트 생성, 수송 및 분해 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태의 사시도이다.
도 4는 상기 도 3에 도시된A-A 단면의 형태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태의 사시도이다.
도 6 상기 도 5에 도시된B-B 단면의 형태를 나타낸 단면도이다.
도7은 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태(반응조에 전열핀이 구비된 형태)의 단면도이다.
도8은 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태(반응조에 챔버 외부와 연통되는 하나 이상의 냉온 유체 이동관 및 상기 유체 이동관 외주에 부설되는 전열핀(140b)이 구비된 형태)의 단면도이다.
도9는 도5에 도시된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 사용예를 도시한 사시도이다.
도10은 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태(오픈형 외부챔버 포함)의 사시도이다.
도11은 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태(폐쇄형 외부챔버 포함)의 사시도이다.
도12는 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태(개폐형 외부챔버 포함)의 사시도이다.
도 13은 물 수위 조절홈이 구비된 본 발명의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치의 일형태의 사시도이다.
*도면 부호의 간단한 설명*
10, 20: 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치
100: 반응챔버 110: 반응조
112: 물 수위 조절홈
120: 가스와 물의 주입구 130: 가스와 물의 배출구
140a 및 140b: 전열핀 150: 냉온 유체 이동관
200: 외부챔버 210: 냉온 유체 주입 통로
220: 냉온 유체 배출 통로 230: 외부챔버 개폐 뚜껑
300: 냉온 유체 공급원 400: 냉온 유체 받이 용기

Claims (10)

  1. 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화가 이루어지는 단일용기를 포함하는 장치로서,
    상기 단일용기는, 물의 주입 및 배출이 가능한 밀폐된 공간을 형성하며, 반응조 역할을 하는 용기 내부의 바닥과 접한 하부 공간 외에, 물을 수용할 수 있으며 용기 내부로 주입된 가스의 출입이 자유로운 1개 이상의 반응조를 더 포함하는 반응챔버인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 더 포함된 반응조가 2개 이상 구비되는 경우에, 상기 반응조들은 다층의 층상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 반응조는 반응챔버의 벽을 측벽으로 활용하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 반응조는 물 수위 조절 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 다층의 층상으로 구비되는 반응조들은 상부층 반응조에 공급된 물이 넘치는 경우, 그 물이 하부층의 반응조로 공급되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 반응챔버는 내표면 및 외표면 중 하나 이상에 고정된 전열핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 반응챔버는 내부에 챔버 외부와 연통되는 하나 이상의 냉온 유체 이동관 및 상기 유체 이동관 외주에 부설되는 전열핀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항의 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치와 그를 수용하는 외부챔버를 포함하며, 상기 외부챔버는 챔버 내부에 대한 냉온유체의 주입 및 배출이 가능하며, 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치로의 가스와 물의 공급 및 배출이 가능한 형태인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저 장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 외부챔버는 오픈형, 개폐가능형, 또는 폐쇄형인 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 외부챔버가 개폐가능형 또는 폐쇄형인 경우, 상기 외부챔버는 내부공간에 대한 냉온유체 공급 및 배출구; 내부에 수용된 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치로의 가스와 물의 공급 및 배출구를 구비한 것을 특징으로 하는 가스하이드레이트의 생성, 저장, 수송 및 재가스화 통합처리 장치.
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