KR101199784B1 - Reaction apparatus for forming gas hydrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 하이드레이트 반응기에 관한 것으로서, 물과 가스가 주입되는 유입포트와, 가스 하이드레이트 슬러리가 배출되는 배출포트를 구비하는 반응챔버;와 상기 반응챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며, 임펠러축과 상기 임펠러축의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 블레이드가 구비되는 임펠러부; 및 상기 임펠러축에 회전력을 부여하는 구동장치;를 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드에는 절개부가 구비되어 상기 임펠러축 방향으로 유로가 형성되되, 상기 유입포트와 배출포트는 상기 반응챔버의 양 단부에 형성되고, 상기 반응챔버 내부에서 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리는 상기 유입포트에서 상기 배출포트로의 이송방향으로 상기 블레이드 상을 이동하게 되며, 상기 블레이드는 상기 이송방향으로 나선형이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 임펠러부의 블레이드 일측을 절곡하여 절개부를 형성함으로써 반응챔버 내에서 가스-물의 교반과 반응으로 생성된 가스 하이드레이트의 원활한 이송이 동시에 이루어질 수 있고, 반응챔버의 유입포트와 배출포트 부근에서의 블레이드의 피치 및 절곡된 블레이드의 절곡량을 각각 다르게 형성함으로써 가스와 물의 교반정도와 가스 하이드레이트의 이송정도를 이송방향에 따라 달리하여 가스 하이드레이트 슬러리의 원활한 생성과 배출이 가능한 유리한 효과가 있다.The present invention relates to a gas hydrate reactor, comprising: a reaction chamber having an inlet port through which water and gas are injected and a discharge port through which the gas hydrate slurry is discharged; and rotatably installed in the reaction chamber, An impeller portion having a blade protruding spirally on an outer circumference of the impeller shaft; And a driving device for imparting rotational force to the impeller shaft, wherein the blade is provided with a cutout so that a flow path is formed in the direction of the impeller shaft, and the inflow port and the discharge port are formed at both ends of the reaction chamber. In addition, the gas hydrate slurry generated in the reaction chamber is moved on the blade in the conveying direction from the inlet port to the discharge port, the blade is characterized in that the spiral is formed in the conveying direction.
According to the present invention, by bending the blade side of the impeller portion to form an incision, the gas-water agitation and the smooth transfer of the gas hydrate generated by the reaction can be simultaneously performed in the reaction chamber, and the inlet and outlet ports of the reaction chamber By forming the pitch of the blades and the bending amount of the bent blades differently, the agitation degree of the gas and water and the transporting degree of the gas hydrate are different depending on the conveying direction, so that the gas hydrate slurry can be smoothly produced and discharged.

Description

가스 하이드레이트 반응기{REACTION APPARATUS FOR FORMING GAS HYDRATE}Gas hydrate reactor {REACTION APPARATUS FOR FORMING GAS HYDRATE}

본 발명은 가스 하이드레이트 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온?고압하에서 가스와 물의 반응을 위한 교반과 이러한 반응으로 생성되는 가스 하이드레이트의 이송이 효율적으로 이루어질 수 있는 가스 하이드레이트 반응기에 관한 것이다.
The present invention relates to a gas hydrate reactor, and more particularly, to a gas hydrate reactor in which stirring for the reaction of gas and water at low temperature and high pressure and transfer of the gas hydrate generated by the reaction can be efficiently performed.

가스 하이드레이트(Gas Hydrate)는 특정한 온도와 압력 조건하에서 물분자로 이루어진 공동 내로 가스가 포집되면서 물분자와 상호 물리적인 결합에 의해 형성되는 포접화합 수화물(Clathrate Hydrate)의 한 종류이다. 자연상태에 존재하는 하이드레이트의 주 구성성분은 메탄으로 이루어져 있어 메탄 하이드레이트라고도 불리며, 외관상 드라이아이스와 유사하여 불타는 얼음이라고 불리기도 한다.Gas Hydrate is a type of clathrate hydride that is formed by the physical bonding of water molecules to gas as it is trapped into a cavity of water molecules under specific temperature and pressure conditions. The main constituent of hydrates in nature consists of methane, which is called methane hydrate. It is similar to dry ice in appearance and is called burning ice.

순수한 메탄 하이드레이트의 경우는 46개의 물분자에 8개의 메탄가스분자가 포획된 구조로서, 메탄가스와 물의 이론적 용량비는 216:1이고 표준상태에서 1㎥의 메탄 하이드레이트는 172㎥의 메탄가스와 0.8㎥의 물로 분해된다. 이러한 큰 부피변화 특성을 역으로 이용할 경우에, 천연가스를 천연가스 하이드레이트로 제조하여 천연가스의 저장과 수송수단으로서 활용될 수 있다. 근간에 들어서 이러한 하이드레이트화 저장과 수송에 관한 연구가 일본과 미국 등을 중심으로 활발히 진행되고 있다. 연구에 따르면, 이러한 하이드레이트화를 통한 고체화 수송은 LNG의 액화수송에 비하여 약 24%의 비용절감효과가 있는 것으로 알려지고 있다. 이러한 장점에 부가하여 천연가스 저장과 수송의 안정성이 높고, 상대적으로 공정설비가 간편하며, 냉열/축열 시스템과 고효율 발전 시스템 등 새로운 산업시스템에의 적용 가능성 등의 장점도 많아 응용방법에 대한 관심이 고조되고 있다.
Pure methane hydrate is a structure in which 8 methane gas molecules are trapped in 46 water molecules. The theoretical capacity ratio of methane gas and water is 216: 1, and methane hydrate of 1m3 is methane gas of 172m3 and 0.8㎥ in standard condition. Decomposes into water. In the reverse use of such large volume change characteristics, natural gas can be prepared as a natural gas hydrate and used as a means of storage and transportation of natural gas. Recently, research on the storage and transportation of hydrates has been actively conducted in Japan and the United States. According to the study, the solidification transport through hydration is said to have a cost reduction of about 24% compared to the liquefaction transport of LNG. In addition to these advantages, there are many advantages such as high stability of natural gas storage and transportation, relatively simple process equipment, and applicability to new industrial systems such as cold / heat storage systems and high efficiency power generation systems. It is rising.

가스 하이드레이트 생성과정은 결정핵의 생성과정과 성장과정의 두 가지 연속단계로 구분할 수 있다. 이러한 가스 하이드레이트 핵형성과 핵성장은 압력과 온도의 조건에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.The gas hydrate formation process can be divided into two successive stages: the formation of the nucleus and the growth process. Such gas hydrate nucleation and nuclear growth are known to be affected by pressure and temperature conditions.

먼저, 가스 하이드레이트의 결정핵 생성과정은 임계크기까지 하이드레이트 핵이 성장하고 형성되는 과정을 말한다. 이때 결정핵 생성과정동안 경과된 시간을 유발시간(Induction time)이라고 하며, 가스-물 클러스터의 생성과 임계크기의 안정된 핵 성장시간을 포함한 것이다.First, the nucleation process of gas hydrate refers to a process in which hydrate nuclei are grown and formed to a critical size. The elapsed time during the nucleation process is called the induction time, which includes the generation of gas-water clusters and the stable growth of the critical size.

결정핵 생성과정은 용액이 과냉각 또는 과포화 상태일 때 일어나며, 성장핵 크기가 임계크기보다 작으면 그 핵은 불안정하고, 성장핵 크기가 임계크기에 도달되면 핵은 안정하여 즉시 하이드레이트 결정생성으로 이어진다. 과포화와 과냉각은 하이드레이트 결정핵 생성과 성장과정에서 중요하다. 여기서 과포화라 함은 어떤 시점에 포화 농도를 넘어서 가스가 과잉 용해된 것이다.The nucleation process occurs when the solution is in the supercooled or supersaturated state. If the growth nucleus size is smaller than the critical size, the nucleus is unstable, and when the growth nucleus size reaches the critical size, the nucleus is stable and immediately leads to hydrate crystallization. Supersaturation and supercooling are important in hydrate nucleation and growth. Supersaturation here refers to the overdissolution of the gas beyond the saturation concentration at some point.

용액의 유체역학적인 특성과 가스 용해율은 유발시간에 영향을 줄 수 있으며, 과포화가 감소할수록 유발시간은 증가하고, 과포화가 증가할수록 유발시간은 감소하게 된다. 또한 결정핵 생성시에는 물의 구조가 중요한 역할을 하게 되는데, 이는 물의 수소결합 능력 때문으로 유발시간은 사용되는 물의 소스에 따라 달라진다. 즉 온수를 사용하는 경우보다 얼음에서 얻은 물을 이용한 것이 유발시간이 더 짧다.The hydrodynamic properties and gas dissolution rate of the solution can affect the triggering time. The triggering time increases with decreasing supersaturation, and the triggering time decreases with increasing supersaturation. In addition, the structure of water plays an important role in nucleation, which is caused by the hydrogen bonding ability of the water, depending on the source of water used. In other words, using water obtained from ice is shorter than using hot water.

한편, 하이드레이트 형성 반응률은 확산에 영향을 받으며, 성장하는 하이드레이트 입자의 표면적은 성장률에 지대한 영향을 준다. 고체 하이드레이트 입자는 흡착 반응막으로 둘러싸여 있으며 그 바깥은 정체 액체 확산층으로 이루어져 있다. 용해된 가스는 정체 액체 확산층으로 둘러싸인 용액에서 하이드레이트 입자-물 계면으로 확산되며, 흡착과정을 통해 가스 입자는 물구조에 통합되게 된다.On the other hand, the rate of hydrate formation is affected by diffusion, and the surface area of growing hydrate particles has a great influence on the growth rate. The solid hydrate particles are surrounded by an adsorption reaction membrane, and the outside consists of a stagnant liquid diffusion layer. The dissolved gas diffuses from the solution surrounded by the stagnant liquid diffusion layer to the hydrate particle-water interface, and the adsorption process causes the gas particles to integrate into the water structure.

그러나, 천연가스의 저장과 수송의 관점에서 하이드레이트 제조방법을 적용하기에는 몇 가지의 문제점이 있다. 즉 실제 상업적인 운영을 위해서는 많은 양의 천연가스를 빠른 시간 내에 경제적으로 하이드레이트로 제조할 수 있는 방법의 개발이 요구되지만, 물과 천연가스의 반응률이 낮아서 하이드레이트 생성시간이 길어지고 가스 충진률이 낮은 문제점이 있다. 대량의 하이드레이트를 비교적 높은 집적효율로 생산할 수 있는 방법은 아직 개발되고 있지 않다.
However, there are some problems in applying the hydrate manufacturing method in view of storage and transportation of natural gas. In other words, the actual commercial operation requires the development of a method that can produce a large amount of natural gas to hydrate quickly and economically, but due to the low reaction rate of water and natural gas, the hydrate generation time is long and the gas filling rate is low. There is this. A method for producing a large amount of hydrates with a relatively high integration efficiency has not been developed yet.

가스 하이드레이트를 제조하는 일반적인 방법으로는 냉각된 반응용기 내에서 가압하면서 수용액과 가스를 채운 후 블레이드 등으로 교반하는 방법(교반법)과, 미립화된 물 입자를 용기 내로 분무하여 가스와 혼합하는 방법(스프레이법) 및, 수용액을 먼저 채운 후 미세한 기포를 분무하는 방법(버블링법)이 알려져 있으며, 그 외에도 미세기포류법, 아이싱 기법, 수분사법 등의 방법이 다양하게 시도되고 있다.As a general method of preparing a gas hydrate, a method of filling an aqueous solution and a gas while pressurizing in a cooled reaction vessel and stirring with a blade or the like (stirring method), and a method of spraying atomized water particles into a vessel and mixing them with a gas ( Spray method) and a method (bubbling method) of spraying fine bubbles after filling the aqueous solution first are known. In addition, various methods such as a microbubble method, an icing method, and a water spray method have been tried.

그러나, 교반법의 경우에는 생성시간을 단축하는 면에서는 가장 우수한 방법으로 알려져 있으나, 상대적으로 대량 생산을 위한 대규모 설비로의 제작을 위해서는 교반설비의 설치 및 운영에 문제가 있고, 운전비용이 크게 증가하는 단점이 있다. 또한 스프레이법의 경우에는 입자 집적 효율면에서는 가장 우수한 강점을 가지고 있으나 대량 생산에 있어서는 지나치게 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, 버블링법의 경우에는 고속생성의 장점이 있으나 반응률과 설비장치 문제에 따른 대용량화의 한계를 가지고 있다.However, in the case of the stirring method, it is known as the best method in terms of shortening the production time, but in order to manufacture a large-scale facility for mass production, there is a problem in the installation and operation of the stirring device, and the operating cost is greatly increased. There is a disadvantage. In addition, the spray method has the best strength in terms of particle accumulation efficiency, but it takes a long time in mass production. In the case of the bubbling method, it has the advantage of high speed generation, but it has a large capacity due to reaction rate and equipment problems. Has a limitation.

따라서, 이러한 한계를 극복하여 천연가스의 상업적 저장과 수송에 활용하기 위한 비교적 짧은 시간 동안 대량의 가스 하이드레이트를 제조할 수 있는 최적의 반응장치를 개발할 필요성이 대두되었다.
Therefore, there is a need to overcome the limitations and to develop an optimal reactor that can produce a large amount of gas hydrate for a relatively short time for use in the commercial storage and transportation of natural gas.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반응챔버 내에서 가스와 물의 반응을 위한 교반과 이러한 반응으로 생성된 가스 하이드레이트의 원활한 이송이 동시에 이루어질 수 있는 가스 하이드레이트 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the problems described above, to provide a gas hydrate reactor that can be carried out at the same time a smooth transfer of the gas hydrate generated by the reaction and agitation for the reaction of gas and water in the reaction chamber The purpose.

또한, 가스와 물의 교반정도와 가스 하이드레이트의 이송정도를 이송방향에 따라 달리함으로써 가스 하이드레이트 슬러리의 원활한 생성 및 배출이 가능한 가스 하이드레이트 반응기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a gas hydrate reactor capable of smoothly generating and discharging a gas hydrate slurry by varying the degree of stirring of gas and water and the degree of conveying gas hydrate depending on the conveying direction.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 반응기는, 물과 가스가 주입되는 유입포트와, 가스 하이드레이트 슬러리가 배출되는 배출포트를 구비하는 반응챔버;와 상기 반응챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며, 임펠러축과 상기 임펠러축의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 블레이드가 구비되는 임펠러부; 및 상기 임펠러축에 회전력을 부여하는 구동장치;를 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드에는 절개부가 구비되어 상기 임펠러축 방향으로 유로가 형성되되, 상기 유입포트와 배출포트는 상기 반응챔버의 양 단부에 형성되고, 상기 반응챔버 내부에서 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리는 상기 유입포트에서 상기 배출포트로의 이송방향으로 상기 블레이드 상을 이동하게 되며, 상기 블레이드는 상기 이송방향으로 나선형이 형성되는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the gas hydrate reactor according to the present invention comprises: a reaction chamber having an inlet port through which water and gas are injected and a discharge port through which the gas hydrate slurry is discharged; and rotatably inside the reaction chamber. It is installed, the impeller shaft is provided with an impeller shaft and a blade which is formed to protrude spirally on the outer periphery of the impeller shaft; And a driving device for imparting rotational force to the impeller shaft, wherein the blade is provided with a cutout so that a flow path is formed in the direction of the impeller shaft, and the inflow port and the discharge port are formed at both ends of the reaction chamber. In addition, the gas hydrate slurry generated in the reaction chamber is moved on the blade in the conveying direction from the inlet port to the discharge port, the blade is characterized in that the spiral is formed in the conveying direction.

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이때, 상기 절개부는 상기 블레이드의 일측이 상기 이송방향으로 절곡됨으로써 형성되고, 상기 절곡된 블레이드에 의해 상기 주입된 물과 가스가 교반이 이루어짐과 동시에 반응에 의해 생성되는 상기 가스 하이드레이트 슬러리는 상기 이송방향으로 이동되도록 하는 것이 바람직하다.
At this time, the cutout is formed by bending one side of the blade in the conveying direction, and the gas hydrate slurry generated by the reaction while the injected water and the gas are stirred by the bent blade is the conveying direction. It is desirable to move to.

또한, 상기 배출포트 부근의 블레이드의 피치는 상기 유입포트 부근의 블레이드의 피치보다 더 크게 형성되고, 상기 배출포트 부근의 절곡된 블레이드는 상기 유입포트 부근의 절곡된 블레이드보다 더 절곡량이 크도록 형성되는 것이 바람직하다.
In addition, the pitch of the blades in the vicinity of the discharge port is formed larger than the pitch of the blades in the vicinity of the inlet port, the bent blades near the discharge port is formed to be larger than the bent blades near the inlet port It is preferable.

또한, 상기 반응챔버의 외주연과 이격배치되고 냉각수의 유출입통로가 되는 냉각수포트가 구비되는 하우징과, 상기 반응챔버의 외측과 상기 하우징의 내측으로 밀착되면서 나선형으로 권취되는 냉각스크류로 이루어지는 냉각부;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
The cooling unit may include a housing spaced apart from an outer circumference of the reaction chamber and provided with a cooling water port serving as an outflow passage of the cooling water, and a cooling screw spirally wound while being in close contact with the outside of the reaction chamber and the inside of the housing; It is preferable that further be provided.

또한, 상기 반응챔버 내부의 온도와 압력을 각각 측정할 수 있는 센서부;와, 상기 센서부를 통해 입력된 데이터를 분석하여, 상기 물과 가스의 주입량과, 상기 가스 하이드레이트의 배출량, 상기 냉각수의 유량 및, 상기 구동장치에 의한 상기 임펠러축의 회전속도를 조절할 수 있는 제어부;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
In addition, the sensor unit for measuring the temperature and pressure inside the reaction chamber, respectively; and by analyzing the data input through the sensor unit, the injection amount of the water and gas, the discharge amount of the gas hydrate, the flow rate of the cooling water And, the control unit for adjusting the rotational speed of the impeller shaft by the drive device; is preferably further provided.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 임펠러부의 블레이드 일측을 절곡하여 절개부를 형성함으로써, 반응챔버 내에서 가스-물의 교반과 반응으로 생성된 가스 하이드레이트의 원활한 이송이 동시에 이루어질 수 있는 유리한 효과가 있다.
According to one embodiment of the present invention as described above, first, by bending one side of the blade of the impeller to form an incision, it is advantageous that a smooth transfer of the gas hydrate generated by the reaction and agitation of the gas-water in the reaction chamber can be achieved at the same time It works.

둘째, 반응챔버의 유입포트와 배출포트 부근에서의 블레이드의 피치 및 절곡된 블레이드의 절곡량을 각각 다르게 형성함으로써, 가스와 물의 교반정도와 가스 하이드레이트의 이송정도를 이송방향에 따라 달리하여 가스 하이드레이트 슬러리의 원활한 생성 및 배출이 가능한 장점이 있다.
Second, by forming the pitch of the blade and the bending amount of the bent blade in the vicinity of the inlet port and outlet port of the reaction chamber, respectively, the gas hydrate slurry by varying the degree of stirring of gas and water and the degree of transport of gas hydrate depending on the conveying direction Has the advantage of being able to produce and discharge smoothly.

셋째, 센서부와 제어부를 더 구비함으로써, 반응챔버 내의 온도나 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 최적의 가스 하이드레이트 반응조건하에서 장치가 운용될 수 있는 장점이 있다.
Third, by further comprising a sensor unit and a control unit, it is possible to maintain a constant temperature or pressure in the reaction chamber, there is an advantage that the device can be operated under the optimum gas hydrate reaction conditions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기의 전체 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기의 평면도와 정면도 및 측면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기의 단면도와 요부확대도,
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러부의 결합사시도 및 요부분해사시도,
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부의 결합상태도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기의 구성별 작용관계를 도시한 블록도이다.1 is an overall perspective view of a gas hydrate reactor according to an embodiment of the present invention,
2 is a plan view and a front view and a side view of a gas hydrate reactor according to one embodiment of the present invention;
3 is an enlarged cross-sectional view and a main part of a gas hydrate reactor according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are a perspective view and a partial perspective view of the combined perspective view of the impeller according to an embodiment of the present invention,
6 and 7 is a coupled state of the cooling unit according to an embodiment of the present invention,
8 is a block diagram showing a functional relationship of each configuration of the gas hydrate reactor according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which are intended to describe in detail enough to be able to easily carry out the invention by those skilled in the art to which the present invention belongs, This does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)의 평면도와 정면도 및 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)의 단면도와 요부확대도이고, 도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러부(20)의 결합사시도 및 요부분해사시도이다.1 is an overall perspective view of a gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view, front view and side view of the gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 3 Is a cross-sectional view and an enlarged view of the main part of the gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention, Figures 4 and 5 are a perspective view and a partial perspective view of the combined perspective of the impeller 20 according to an embodiment of the present invention .

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)는 반응챔버(10)와 임펠러부(20) 및 구동장치(30)를 포함하여 이루어진다.Gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention comprises a reaction chamber 10, the impeller 20 and the drive device (30).

상기 반응챔버(10)는 저온 및 고압하에서 물과 가스가 반응하여 가스 하이드레이트가 생성되는 공간이 되며, 반응에 사용되는 물과 가스가 주입되는 유입포트(11)와 반응에 의해 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리가 배출되는 배출포트(12)를 구비한다.The reaction chamber 10 is a space in which water and gas react under low temperature and high pressure to form a gas hydrate, and a gas hydrate slurry generated by reaction with an inlet port 11 into which water and gas used for the reaction are injected. It has a discharge port 12 is discharged.

상기 임펠러부(20)는 반응챔버(10)의 내부에 회전가능하게 설치되며, 구동장치(30)에 의해 회전되는 임펠러축(21)과, 임펠러축(21)의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 블레이드(22)로 구성된다. 이때 상기 블레이드(22)에는 절개부(23)가 구비되는데, 이는 반응에 의해 생성된 가스 하이드레이트 슬러리가 반응챔버(10)의 배출포트(12)로 배출되기 이전에 반응챔버(10)를 플러깅(plugging)하는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 저온과 고압하에서 물과 가스의 반응에 의해 생성되는 가스 하이드레이트는 핵결정된 이후에 핵성장을 하게 되는데 나선형의 블레이드(22) 상에서 이송됨에 따라 서로 엉키면서 반응챔버(10)를 폐색하게 되는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 블레이드(22)에 절개부(23)를 구비하고 임펠러축(21) 방향으로 가스 하이드레이트의 유로를 형성함으로써, 반응에 의해 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리가 원활히 절개부를 통해 이동될 수 있어서 반응챔버(10)의 플러깅이 방지되는 유리한 효과가 생긴다.The impeller 20 is rotatably installed in the reaction chamber 10, and is formed in a spiral shape on the impeller shaft 21 and the outer circumference of the impeller shaft 21 rotated by the driving device 30. Consisting of a blade 22. In this case, the blade 22 is provided with a cutout 23, which plugs the reaction chamber 10 before the gas hydrate slurry generated by the reaction is discharged to the discharge port 12 of the reaction chamber 10. plugging) can be prevented. In other words, the gas hydrate produced by the reaction of water and gas at low temperature and high pressure undergoes nuclear growth after nucleation, but the entanglement of the reaction chamber 10 is entangled with each other as it is transported on the spiral blade 22. Can occur. Thus, by providing the cutout 23 in the blade 22 and forming the flow path of the gas hydrate in the direction of the impeller shaft 21, the gas hydrate slurry generated by the reaction can be smoothly moved through the cutout so that the reaction chamber ( There is an advantageous effect that plugging of 10) is prevented.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)는, 상기 유입포트(11)와 배출포트(12)가 반응챔버(10)의 양 단부에 형성되도록 하고, 반응에 의해 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리는 유입포트(11)에서 배출포트(12)로의 이송방향을 가지도록 하며, 블레이드(22)의 나선형은 이러한 이송방향으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
To this end, the gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention, the inlet port 11 and the outlet port 12 is formed at both ends of the reaction chamber 10, and is generated by the reaction The gas hydrate slurry preferably has a conveying direction from the inlet port 11 to the outlet port 12, and the spiral of the blade 22 is preferably formed in this conveying direction.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 절개부(23)는 블레이드(22)의 일측을 이송방향으로 절곡함으로써 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the cutout 23 according to an embodiment of the present invention is preferably formed by bending one side of the blade 22 in the conveying direction.

가스와 물의 반응에 의해 가스 하이드레이트가 생성되는 유발시간(Induction time)은 가스와 물의 접촉면적을 증가시킴으로써 단축시킬 수 있는데, 이는 가스와 물을 충분히 교반시킴으로써 달성될 수 있다. 따라서, 나선형으로 형성되는 블레이드(22)의 일측을 절개하여 이송방향으로 절곡시킴으로써 절곡된 블레이드(221)가 임펠러축(21)이 회전함에 따라 가스와 물을 회전방향으로 가압할 수 있게 되고, 이러한 절곡된 블레이드(221)를 일정간격마다 형성시켜 일측의 절곡된 블레이드(221)에 의해 가압된 가스와 물이 타측의 절곡된 블레이드(221)에 부딪히면서 교반작용을 강화할 수 있게 된다. 또한 전술한 바와 같이 절곡된 블레이드(221)에 의해 형성되는 절개부(23)를 통해서는 반응에 의해 생성되는 가스 하이드레이트의 원활한 이송도 가능하게 되어, 가스 하이드레이트의 원활한 이송과 가스-물의 충분한 교반효과를 동시에 얻을 수 있다. 따라서 가스 하이드레이트의 유발시간 단축과 반응챔버(10)의 플러깅방지 효과를 동시에 달성할 수 있게 된다.
The induction time at which gas hydrate is produced by the reaction of gas and water can be shortened by increasing the contact area of gas and water, which can be achieved by sufficiently stirring the gas and water. Therefore, by cutting one side of the blade 22 formed in a spiral form and bending in the conveying direction, the bent blade 221 can press the gas and water in the rotational direction as the impeller shaft 21 rotates. The bent blade 221 is formed at regular intervals so that the gas and water pressurized by the bent blade 221 on one side may strike the bent blade 221 on the other side, thereby enhancing the stirring action. In addition, through the cutout 23 formed by the bent blade 221 as described above, it is possible to smoothly transfer the gas hydrate generated by the reaction, so that the smooth transfer of the gas hydrate and sufficient stirring effect of the gas-water. Can be obtained simultaneously. Therefore, it is possible to simultaneously achieve the reduction of the gas hydrate induction time and the anti-plugging effect of the reaction chamber 10.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)는 배출포트(12) 부근의 블레이드(22)의 피치가 유입포트(11) 부근의 블레이드(22)의 피치보다 더 크게 형성되고, 배출포트(12) 부근의 절곡된 블레이드(221)는 유입포트(11) 부근의 절곡된 블레이드(221)보다 더 절곡량이 크도록 하는 것이 바람직하다.In the gas hydrate reactor 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, the pitch of the blade 22 near the discharge port 12 is greater than the pitch of the blade 22 near the inlet port 11. It is preferable that the bent blade 221 near (12) be larger than the bent blade 221 near the inlet port 11.

전술한 바와 같이, 본 발명인 가스 하이드레이트 반응기의 블레이드(22)는 나선형으로 형성되고 일측을 절곡하여 절개부(23)를 구비함으로써 유입포트(11)에서 주입되는 물과 가스를 충분히 교반하는 동시에 물-가스의 반응에 의해 생성된 가스 하이드레이트 슬러리를 배출포트(12)로 원활히 이송시킬 수 있게 한다. As described above, the blade 22 of the gas hydrate reactor of the present invention is formed in a spiral shape and bent at one side to have a cutout portion 23 to sufficiently stir the water and the gas injected from the inlet port 11 and at the same time the water- It is possible to smoothly transfer the gas hydrate slurry generated by the reaction of the gas to the discharge port (12).

하지만, 반응챔버(10)의 유입포트(11) 부근에서는 반응에 사용되는 물과 가스의 분포비율이 더 높고 배출포트(12) 부근에서는 반응에 의해 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리의 분포비율이 더 높기 때문에, 블레이드(22)의 피치와 절개부(23)의 블레이드 절곡량에 차이를 둘 필요가 있다.However, since the distribution ratio of water and gas used for the reaction is higher near the inlet port 11 of the reaction chamber 10 and the distribution ratio of the gas hydrate slurry produced by the reaction is higher near the discharge port 12. It is necessary to make a difference between the pitch of the blade 22 and the blade bending amount of the cutout 23.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 배출포트(12) 부근의 블레이드(22)의 피치(P1)는 유입포트(11) 부근의 블레이드(22)의 피치(P2)보다 크도록 형성하는 한편, 배출포트(12) 부근의 절곡된 블레이드(221)가 유입포트(11) 부근의 절곡된 블레이드(221)보다 절곡량을 더 크게 한다. 이로써, 유입포트(11) 부근에서는 물-가스의 교반작용이 가스 하이드레이트 슬러리의 이송작용보다 더 강화될 수 있게 되고, 반대로 배출포트(12) 부근에서는 교반작용보다 이송작용을 더 강화할 수 있게 되어 원활한 가스 하이드레이트의 생성 및 이송이 가능하게 되는 효과가 생긴다.
Therefore, as shown in FIG. 4, the pitch P 1 of the blade 22 near the discharge port 12 is formed to be larger than the pitch P 2 of the blade 22 near the inlet port 11. The bent blade 221 near the outlet port 12 makes the bend amount larger than the bent blade 221 near the inlet port 11. As a result, the stirring action of the water-gas in the vicinity of the inlet port 11 can be enhanced more than the transfer action of the gas hydrate slurry. There is an effect that enables the production and transport of gas hydrates.

도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부(40)의 결합상태도이다.6 and 7 are combined state diagram of the cooling unit 40 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)는, 하우징(41)과 냉각스크류(42)로 이루어지는 냉각부(40)가 더 구비될 수 있다.Gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention, the cooling unit 40 consisting of a housing 41 and the cooling screw 42 may be further provided.

상기 하우징(41)은 반응챔버(10)의 외주연과 이격배치되고 냉각수의 유출입통로가 되는 복수의 냉각수포트(411)가 구비된다. 냉각수포트(411)를 통해 유입된 냉각수는 반응챔버(10)와 하우징(41) 간의 이격공간을 채우면서 반응챔버(10)를 냉각시킬 수 있게 된다.The housing 41 is provided with a plurality of coolant ports 411 spaced apart from the outer circumference of the reaction chamber 10 and serving as an outflow passage of the coolant. The coolant introduced through the coolant port 411 may cool the reaction chamber 10 while filling the space between the reaction chamber 10 and the housing 41.

상기 냉각스크류(42)는 반응챔버(10)의 외측과 하우징(41)의 내측으로 밀착되면서 나선형으로 권취되는데, 이는 하우징(41)의 냉각수포트(411)를 통해 유입된 냉각수가 나선형으로 배치되는 냉각스크류(42)에 의해 형성되는 일정한 유로를 따라 흐를수 있게 함으로써 반응챔버(10)의 외주연 전체에 걸쳐 고르게 냉각효과를 줄 수 있게 되는 장점이 생긴다.
The cooling screw 42 is wound spirally while being in close contact with the outside of the reaction chamber 10 and the inside of the housing 41, which is the cooling water introduced through the cooling water port 411 of the housing 41 is spirally disposed By allowing it to flow along a certain flow path formed by the cooling screw 42, there is an advantage that the cooling effect can be evenly applied over the entire outer periphery of the reaction chamber 10.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)의 구성별 작용관계를 도시한 블록도이다.8 is a block diagram showing a functional relationship of each configuration of the gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 반응기(100)는 센서부(50)와 제어부(60)가 더 구비될 수 있다.Gas hydrate reactor 100 according to an embodiment of the present invention may be further provided with a sensor unit 50 and the control unit 60.

상기 센서부(50)는 반응챔버(10) 내부의 온도와 압력을 각각 측정할 수 있도록 하며, 상기 제어부(60)는 센서부(50)를 통해 입력된 데이터를 분석하여 반응에 필요한 물과 가스의 주입량과 생성된 가스 하이드레이트의 배출량이나 냉각수의 유량 및 구동장치(30)에 의한 임펠러축(21)의 회전속도를 조절할 수 있게 한다.The sensor unit 50 may measure the temperature and the pressure inside the reaction chamber 10, respectively, and the control unit 60 analyzes the data input through the sensor unit 50 and the water and gas required for the reaction. It is possible to adjust the injection amount and the discharge rate of the generated gas hydrate or the flow rate of the cooling water and the rotational speed of the impeller shaft 21 by the drive device (30).

이로써, 반응챔버(10) 내의 온도나 압력을 가스 하이드레이트 반응에 적합하도록 일정하게 유지할 수 있고, 최적의 가스 하이드레이트 반응조건하에서 장치를 운용할 수 있게 된다.
As a result, the temperature or pressure in the reaction chamber 10 can be kept constant to be suitable for the gas hydrate reaction, and the apparatus can be operated under the optimum gas hydrate reaction conditions.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 가스 하이드레이트 반응기(100)는, 임펠러부(20)의 블레이드(22) 일측을 절곡하여 절개부(23)를 형성함으로써 반응챔버(10) 내에서 가스-물의 교반과 반응으로 생성되는 가스 하이드레이트의 원활한 이송이 동시에 이루어질 수 있고, 반응챔버(10)의 유입포트(11)와 배출포트(12) 부근에서의 블레이드(22)의 피치 및 절곡된 블레이드(221)의 절곡량을 각각 다르게 형성함으로써 가스와 물의 교반정도와 가스 하이드레이트의 이송정도를 이송방향에 따라 달리하여 가스 하이드레이트 슬러리의 원활한 생성과 배출이 가능한 유리한 효과가 있다.
As described above, the gas hydrate reactor 100 of the present invention, by bending one side of the blade 22 of the impeller portion 20 to form a cutout portion 23, and stirring the gas-water in the reaction chamber 10 and Smooth transfer of the gas hydrate produced by the reaction may be simultaneously performed, and the pitch of the blade 22 and the bending of the bent blade 221 near the inlet port 11 and the outlet port 12 of the reaction chamber 10 may be achieved. By varying the amount of gas and water, the degree of agitation of gas and water and the degree of transport of gas hydrate are varied depending on the direction of transport, thereby advantageously producing and discharging the gas hydrate slurry.

100 : 가스 하이드레이트 반응기 10 : 반응챔버
11 : 유입포트 12 : 배출포트
20 : 임펠러부 21 : 임펠러축
22 : 블레이드 221 : 절곡된 블레이드
23 : 절개부 30 : 구동장치
40 : 냉각부 41 : 하우징
411 : 냉각수포트 42 : 냉각스크류
50 : 센서부 60 : 제어부100 gas hydrate reactor 10 reaction chamber
11: inlet port 12: outlet port
20 impeller portion 21 impeller shaft
22: blade 221: bent blade
23: incision 30: drive device
40: cooling part 41: housing
411: cooling water port 42: cooling screw
50: sensor unit 60: control unit

Claims (6)

물과 가스가 주입되는 유입포트와, 가스 하이드레이트 슬러리가 배출되는 배출포트를 구비하는 반응챔버;와
상기 반응챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며, 임펠러축과 상기 임펠러축의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 블레이드가 구비되는 임펠러부; 및
상기 임펠러축에 회전력을 부여하는 구동장치;를 포함하여 이루어지며,
상기 블레이드에는 절개부가 구비되어 상기 임펠러축 방향으로 유로가 형성되되,
상기 유입포트와 배출포트는 상기 반응챔버의 양 단부에 형성되고, 상기 반응챔버 내부에서 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리는 상기 유입포트에서 상기 배출포트로의 이송방향으로 상기 블레이드 상을 이동하게 되며, 상기 블레이드는 상기 이송방향으로 나선형이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 반응기.
A reaction chamber having an inlet port through which water and gas are injected, and a discharge port through which gas hydrate slurry is discharged; and
An impeller unit rotatably installed in the reaction chamber, the impeller unit having a impeller shaft and blades protruding spirally on an outer circumference of the impeller shaft; And
It comprises a; driving device for imparting a rotational force to the impeller shaft,
The blade is provided with a cutout is a flow path is formed in the impeller shaft direction,
The inlet port and the outlet port are formed at both ends of the reaction chamber, the gas hydrate slurry generated in the reaction chamber is moved on the blade in the conveying direction from the inlet port to the discharge port, the blade Gas hydrate reactor, characterized in that the spiral is formed in the conveying direction.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 절개부는 상기 블레이드의 일측이 상기 이송방향으로 절곡됨으로써 형성되고, 상기 절곡된 블레이드에 의해 상기 주입된 물과 가스가 교반이 이루어짐과 동시에 반응에 의해 생성되는 상기 가스 하이드레이트 슬러리는 상기 이송방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 반응기.
The method of claim 1,
The cutout is formed by bending one side of the blade in the conveying direction, and the gas hydrate slurry generated by the reaction while stirring the injected water and gas by the bent blade is moved in the conveying direction. Gas hydrate reactor, characterized in that.
제3항에 있어서,
상기 배출포트 부근의 블레이드의 피치는 상기 유입포트 부근의 블레이드의 피치보다 더 크게 형성되고,
상기 배출포트 부근의 절곡된 블레이드는 상기 유입포트 부근의 절곡된 블레이드보다 더 절곡량이 큰 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 반응기.
The method of claim 3,
The pitch of the blade near the discharge port is formed larger than the pitch of the blade near the inlet port,
And the bent blades near the outlet port have a greater bending amount than the bent blades near the inlet port.
제1항에 있어서,
상기 반응챔버의 외주연과 이격배치되고 냉각수의 유출입통로가 되는 냉각수포트가 구비되는 하우징과, 상기 반응챔버의 외측과 상기 하우징의 내측으로 밀착되면서 나선형으로 권취되는 냉각스크류로 이루어지는 냉각부;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 반응기.
The method of claim 1,
A cooling unit including a housing spaced apart from an outer circumference of the reaction chamber and provided with a cooling water port serving as an outflow passage of the cooling water, and a cooling screw spirally wound while being in close contact with the outside of the reaction chamber and the inside of the housing; Gas hydrate reactor, characterized in that provided.
제5항에 있어서,
상기 반응챔버 내부의 온도와 압력을 각각 측정할 수 있는 센서부;와,
상기 센서부를 통해 입력된 데이터를 분석하여, 상기 물과 가스의 주입량과, 상기 가스 하이드레이트의 배출량, 상기 냉각수의 유량 및, 상기 구동장치에 의한 상기 임펠러축의 회전속도를 조절할 수 있는 제어부;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 반응기.The method of claim 5,
A sensor unit capable of measuring temperature and pressure inside the reaction chamber, respectively;
A control unit configured to analyze data input through the sensor unit and to adjust the injection amount of the water and the gas, the discharge rate of the gas hydrate, the flow rate of the cooling water, and the rotational speed of the impeller shaft by the driving device; Gas hydrate reactor, characterized in that.
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