KR101328183B1 - 스크레퍼를 이용한 가스하이드레이트 반응기의 열전달 및 반응효율 향상 방법 및 장치 - Google Patents

스크레퍼를 이용한 가스하이드레이트 반응기의 열전달 및 반응효율 향상 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기는 가스와 물이 공급되어 가스하이드레이트가 생성되는 반응기 본체, 상기 반응기 본체의 상부에 체결되는 상부 덮개, 상기 반응기 본체 내에 회전 가능하게 배치되는 스크레퍼, 및 상기 스크레퍼에 구동력을 제공하는 스크레퍼 구동 모터를 포함하며, 상기 스크레퍼는 회전 구동에 의해 상기 반응기 본체의 내면 및 상기 상부 덮개의 내면 중 어느 하나 이상에 부착되는 가스하이드레이트 입자를 제거하며, 교반 기능이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 실린더 형상으로 이루어진 반응기의 중심축을 기준으로 회전 구동하는 스크레퍼가 상기 반응기의 내면에 밀착된 상태에서 가스하이드레이트 입자를 긁어내는 과정을 통하여 상기 반응기 벽면의 열전달을 방해하는 물질의 부착을 방지할 수 있다.

Description

스크레퍼를 이용한 가스하이드레이트 반응기의 열전달 및 반응효율 향상 방법 및 장치{Method and apparatus for improving heat transfer and reaction efficiency of gas hydrate reactor using scraper}
본 발명은 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응기의 중심축을 기준으로 회전 구동하는 과정을 통해 주입된 물과 가스의 반응이 이루어지는 반응기 내부 벽면에 부착될 수 있는 가스하이드레이트 입자를 제거할 수 있는 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기에 관한 것이다.
크러스레이트 하이드레이트(clathrate hydrate)란 호스트(host) 분자들이 수소 결합을 통해 형성하는 3차원 격자 구조에 게스트(guest) 분자들을 화학적인 결합을 하지 않고 물리적으로 포획하여 가둔 결정성 화합물을 말한다. 호스트 분자가 물 분자이고, 게스트 분자가 메탄이나 에탄, 프로판, 또는 이산화탄소와 같이 저분자 가스 분자들인 경우 가스하이드레이트(gas hydrate)라고 한다.
가스하이드레이트는 1810년 영국의 Humphry Davy경에 의해 처음 발견되었다. 그는 영국의 왕립협회를 대상으로 하는 Bakerian Lecture에서 chlorine과 물을 반응시킬 때 얼음과 유사한 형태의 화합물이 생기지만 그 온도가 0℃보다 높다는 것을 발표하였다. 1823년 Michael Faraday가 10개의 물 분자에 대하여 1개의 chlorine 분자가 반응하여 가스하이드레이트가 생성되는 것을 최초로 밝혀냈다.
이후 현재에 이르기까지 가스하이드레이트는 상변화물질(phase change material, PCM) 중의 하나로 학문적인 연구가 계속되고 있으며 주요 연구내용으로 상평형과 생성/해리 조건, 결정 구조, 다결정의 공존현상, 동공 내의 경쟁적 조성 변화 등을 들 수 있으며, 이외에도 다양한 미시 또는 거시적 측면에서의 세밀한 연구가 진행되고 있다.
가스하이드레이트에 포획될 수 있는 게스트 분자는 현재까지 약 130여 종이 알려지고 있으며, 그 예시로서 CH4, C2H6, C3H8, CO2, H2, SF6 등이 있다. 또한 가스하이드레이트 결정구조(crystal structure)들은 수소결합으로 이루어진 물분자에 의해 형성된 다면체의 공동(cavity)으로 구성되어 있으며 가스분자의 종류와 생성조건에 따라 체심 입방 구조 Ⅰ(body-centered cubic structureⅠ, sI), 다이아몬드형 입방 구조Ⅱ(diamond cubic structure Ⅱ, sⅡ)와 육방 구조 H(hexagonal structure H, sH) 의 결정구조로 이루어져 있다. sI과 sII는 객체분자의 크기에 의해 결정되며, sH에서는 객체분자의 크기와 형태가 중요한 요소가 된다.
심해와 영구동토지역에 자연적으로 부존하는 가스하이드레이트의 게스트 분자는 대부분 메탄이며 이러한 메탄은 연소시 이산화탄소(CO2) 발생이 적어 친환경적 청정 에너지원으로 각광받고 있다. 구체적으로 가스하이드레이트는 기존 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 사용될 수 있으며, 하이드레이트 구조를 이용한 천연 가스 고체화 저장 및 수송에 사용될 수 있으며, 온난화 방지를 위한 CO2의 격리/저장에 사용될 수 있으며, 가스 또는 수용액의 분리기술로서 특히 해수 담수화 장치로도 사용될 수 있어서 그 활용도는 매우 높다.
가스하이드레이트는 석유 또는 천연가스 저류층 및 석탄층과 인접된 지역이나, 저온 고압의 심해 퇴적층 특히 대륙사면에서 많이 발견된다. 또한, 인위적으로 가스하이드레이트를 제조할 수도 있는데, 현재까지 알려진 종래의 가스하이드레이트 제조 장치는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 형태를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 가스하이드레이트 제조 장치(10)를 도시한다.
종래 기술에 따른 가스하이드레이트의 제조 장치(10)는, 급수부(1)와, 가스 공급부(2)와, 상기 급수부(1)로부터 공급된 물과 상기 가스 공급부(2)로부터 공급된 가스가 반응하는 반응기(3)와, 반응기(3)에서 생성된 가스하이드레이트를 외부로 토출하는 토출기(4), 및 물과 가스의 반응 속도를 올리기 위해 교반기(4)로 이루어진다. 상기 반응기(3) 내의 환경을 가스하이드레이트의 제조에 적합한 온도 조건으로 만들기 위해 반응기(3)의 외측을 둘러싸도록 별도의 냉각자켓(6)을 구비할 수 있다. 냉각자켓(6)은 냉매 공급부(7)에 연결되어 냉매를 연속적으로 공급받을 수 있다.
가스하이드레이트를 생성하는 반응기(3)는 일반적으로 실린더 형태를 가지고 있으며 반응 효율과 반응열 제거 효율을 증대시키기 위해 내부에 공급된 물과 가스를 교반해주기 위해 stirrer 또는 screw 타입의 교반기(4)를 갖게 된다. 이러한 실린더 형태의 반응기(3)는 공급된 물과 가스의 상(phase), 공급 방식 및 형태에 상관없이 필연적으로 생성된 가스하이드레이트가 실린더 형상의 반응기(3) 내부 벽면에 쉽게 부착되며, 일단 부착된 가스하이트레이트 입자는 크기에 상관없이 그 자체가 nucleating seed 역할을 해서 계속 성장하는 특성이 있다.
상기와 같은 특성으로 인해 시간이 지나면 반응기(3) 내부 벽면에 일종의 필름 또는 벽을 형성해 반응기(3) 내부의 유체 흐름을 방해할 뿐 아니라 열전달 장벽(heat transfer wall)으로 작용하게 된다. 특히나 가스하이드레이트의 열전도도는 얼음보다도 더 낮아서 반응기(3)의 벽면을 통한 열 흐름을 차단하게 되어 강한 단열효과를 초래하게 된다. 이는 결과적으로, 반응기(3) 외부로의 반응열의 신속한 제거가 요구되는 반응기(3)의 반응 효율을 현저하게 저하시키는 역활을 하게 되며, 열교환 비용을 증대시킨다.
한편, 반응기(3) 내부 벽면의 가스하이드레이트 생성을 막기 위해 반응기(3) 내부에 강한 난류를 형성하거나 반응기(3) 내면에 얇은 hydrophobic film을 입히는 등의 시도가 있으나, 어떤 방법도 반응기(3) 내면의 가스하이드레이트 부착 및 성장을 효과적으로 제어하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 실린더 형상의 반응기 내에서 회전 구동하는 스크레퍼가 반응기의 내부 벽면에 부착될 수 있는 가스하이드레이트 입자를 제거하는 동시에 반응기 내의 물과 가스의 교반 기능을 수행하는 과정을 통해 반응기 벽면을 통한 열전달 및 반응 효율을 향상하게 하는 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 관점에 따른 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기는 가스와 물이 공급되어 가스하이드레이트가 생성되는 반응기 본체, 상기 반응기 본체의 상부에 체결되는 상부 덮개, 상기 반응기 본체 내에 회전 가능하게 배치되는 스크레퍼, 및 상기 스크레퍼에 구동력을 제공하는 스크레퍼 구동 모터를 포함하며, 상기 스크레퍼는 회전 구동에 의해 상기 반응기 본체의 내면 및 상기 상부 덮개의 내면 중 어느 하나 이상에 부착되는 가스하이드레이트 입자를 제거하며, 교반 기능이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 스크레퍼는 상기 반응기 본체의 중심축 상에 배치되는 회전축, 상기 회전축에 연결된 상태에서 상기 반응기 본체의 내면을 스크래이핑하는 제 1 스크레퍼, 및 상기 회전축에 연결된 상태에서 상기 상부 덮개의 내면을 스크래이핑하는 제 2 스크레퍼를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제 1 스크레퍼 및 제 2 스크레퍼는 상기 회전축으로부터 연장되는 연결바 및 상기 연결바의 끝단에 배치되는 블레이드를 각각 포함하며, 상기 스크레퍼들의 블레이드는 상기 반응기 본체와 상기 상부 덮개의 내면에 대응하도록 소정의 곡률을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
상기 가스하이드레이트 반응기는, 상기 스크레퍼와 동일한 회전 중심을 이루는 상태에서 구동하는 교반기를 더 포함하고, 상기 교반기는 상기 회전축을 둘러싸도록 배치되는 감속기의 의해 상기 스크레퍼의 회전속도와는 다른 속도로 구동하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 가스하이드레이트 반응기는, 상기 반응기 본체의 하부에 배치되는 프로펠러 구조체, 및 상기 프로펠러 구조체에 구동력을 제공하는 프로펠러 구동 모터를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 가스하이드레이트 반응기는, 상기 상부 덮개에 연결배치되는 슬러리 배출구를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 다른 관점에 따른 방법은 가스하이드레이트가 생성되는 반응기 본체에 가스와 물이 공급되는 단계, 스크레퍼 구동 모터를 이용하여 상기 반응기 본체 내에 회전 가능하게 배치되는 스크레퍼에 구동력을 가하는 단계, 및 상기 스크레퍼는 회전 구동에 의해 상기 반응기 본체의 내면 및 상기 반응기 본체의 상부에 체결되는 상부 덮개의 내면 중 어느 하나 이상에 부착되는 가스하이드레이트 입자를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 스크레퍼는 교반 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기는 실린더 형상으로 이루어진 반응기의 중심축을 기준으로 회전 구동하는 스크레퍼가 상기 반응기의 내면에 밀착된 상태에서 가스하이드레이트 입자를 긁어내는 과정을 통하여 상기 반응기 벽면의 열전달을 방해하는 물질의 부착을 방지할 수 있다.
또한, 상기 가스하이드레이트 반응기의 스크레퍼는 회전 구동 중에 반응기 내에 수용되는 물과 가스의 교반을 촉진함으로써 가스하이드레이트 생성 효율을 높이게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 가스하이드레이트 제조 장치를 보이는 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 가스하이드레이트 반응기의 내부에 배치된 스크레퍼가 보이도록 절개된 사시도,
도 4는 스크레퍼의 상부 구조에 대한 구체적인 묘사를 위한, 도 3의 일부 확대 사시도,
도 5는 가스하이드레이트 반응기의 내부를 상면에서 바라본 평면도,
도 6은 기존의 반응기 본체 내면에 하이드레이트가 침적된 상태에서의 냉각수의 온도변화 및 하이드레이트 생산속도를 나타낸 그래프, 및
도 7은 본 발명에 따른 스크레퍼를 적용한 상태에서 냉각수의 온도변화 및 하이드레이트 생산속도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 게스트 가스를 이용한 수처리 방법을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 '가스'는 가스 하이드레이트의 게스트 가스를 의미하며, '물'은 호스트 분자를 의미한다. 가스하이드레이트 생성에 있어서 게스트 가스가 될 수 있는 분자는 CH4, C2H6, C3H8, CO2, H2, SF6 등 다수 존재하는데, 이하에서는 이러한 게스트 가스를 가스로 지칭한다. 또한, 호스트 분자로서 물(H2O)을 지칭한다.
스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기(100)의 구성 설명
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 사용되는 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기(100)의 구성을 살핀다.
본 발명에 따른 가스하이드레이트 반응기(100)는 물과 가스를 제공하는 공급원, 각종 탱크에 연결되고, 상기 반응기, 공급원, 탱크 상에는 온도 센서 및 압력 센서가 위치하고, 상기 센서들은 제어부와 연결되어 제어될 수 있으나. 이러한 공급원, 탱크, 센서 및 제어부 등은 설명을 위해 본 도면에서 생략한다.
또한, 사용자가 작동 파라미터를 입력하고 가스하이드레이트 반응기(100)의 작동을 제어하기 위한 컨트롤 유닛이 상기 제어부에 연결될 수 있으나, 역시 설명을 위해 본 도면에서 생략한다.
또한, 본 도면은 본 발명에 따른 가스하이드레이트 반응기(100)의 일 실시예를 설명하기 위한 간략한 개념도일 뿐이며, 본 발명의 범위는 도면에 도시된 각각의 구성요소의 위치, 배치, 연결 방식 등에 제한되지 않음은 물론이다.
가스하이드레이트 반응기(100)는 실린더 형상의 반응기 본체(110), 반응기 본체(110)의 상부에 개폐 가능하게 체결되는 상부 덮개(120), 반응기 본체(110)의 중심축을 기준으로 회전 구동하는 스크레퍼(130), 스크레퍼(130)와 동일한 회전 중심을 이루는 상태에서 구동하는 교반기(140), 상기 스크레퍼(130)에 구동력을 제공하는 스크레퍼 구동 모터(150), 반응기 본체(110)의 하부에 배치되는 프로펠러 구조체(170)에 구동력을 제공하는 프로펠러 구동 모터(160)를 포함한다. 여기에서, 반응기 본체(110)의 하단부에 일정 간격으로 배치되는 지지대(101)는 가스하이드레이트 반응기(100)를 안정적으로 지면 상에 위치하게 한다.
가스하이드레이트 반응기(100)는 외부의 공급원(미도시)으로부터 물과 가스를 반응기 본체(110) 내로 공급받은 후 스크레퍼(130)와 프로펠러 구조체(170)의 회전 구동에 따라 상기 물과 가스의 반응을 통해 가스하이드레이트 슬러리를 생성하게 한다. 반응기 본체(110)에서 생성된 가스하이드레이트 슬러리는 상부 덮개(120)에 연결된 슬러지 배출구(122)를 통해 가스하이드레이트 반응기(100)로부터 배출되고, 상기의 배출된 가스하이드레이트 슬러리는 탈수, 세정, 압축 등의 과정을 거쳐 펠릿화되거나 해리 등의 과정이 추가됨으로써 담수화 공정이 가능할 수 있다.
반응기 본체(110)는 비단 물과 가스가 반응하는 반응기로서의 용도 뿐만 아니라 탈수기 및 저장탱크의 용도로서도 사용이 가능할 수 있다. 즉, 가스하이트레이가 생성된 후 별도로 탈수 및 저장이 이루어질 수도 있지만 일체형으로 제작되어져 단일 공간에서 다양한 공정이 행해질 수 있다.
상부 덮개(120)는 리드(lid) 타입의 개폐방식으로 구성되는데, 상부 덮개(120)의 일측이 클램프 방식으로 반응기 본체(110)의 상단과 결합되어짐으로써 반응기 본체(110)의 상부 개폐가 용이하다.
스크레퍼(130)는 반응기 본체(110)의 중심축 상에 배치되는 회전축(131), 회전축(131)으로부터 연장된 상태에서 반응기 본체(110)의 내주면에 부착되는 가스하이드레이트 입자들을 제거하는 제 1 스크레퍼(132), 및 회전축(131)의 상단부로부터 연장된 상태에서 상부 덮개(120)의 내주면에 부착되는 가스하이드레이트 입자들을 제거하는 제 2 스크레퍼(135)를 포함한다. 제 1 스크레퍼(132)는 반응기 본체(110) 내에서 회전축(131)을 따라 소정 간격을 이룬 상태로 복수개가 일렬로 배치될 수 있다.
제 1 스크레퍼(132)는 반응기 본체(110)의 내주면을 따라 슬라이딩 운동하는 제 1 블레이드(134) 및 제 1 블레이드(134)와 회전축(131)을 연결하는 제 1 연결바(133)를 구비한다. 제 2 스크레퍼(135)는 상부 덮개(120)의 내주면을 따라 슬라이딩 운동하는 제 2 블레이드(137) 및 제 2 블레이드(137)와 회전축(131)을 연결하는 제 2 연결바(136)를 구비한다. 여기에서, 상기 연결바(133,136)는 회전 과정을 통해 반응기 본체(110) 내의 물질들의 혼합을 지원할 수 있다.
제 1 블레이드(134)는 반응기 본체(110)의 내주면에 밀착할 수 있도록 소정의 곡률 반경을 갖도록 설계되는 것이 바람직하다. 제 2 블레이드(137)도 제 1 블레이드(134)와 마찬가지로 상부 덮개(120)의 내주면에 밀착할 수 있도록 소정의 곡률 반경을 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.
교반기(140)는 회전축(131)을 둘러싸도록 결합되는 감속기(141)에 방사상으로 연장될 수 있다. 상기 교반기(140)는 스크레퍼 구동 모터(150)에 의해 구동하는 회전축(131) 중심으로 회전구동하게 되는데, 여기에서 감속기(141)는 회전축(131)의 회전속도를 조절하여 교반기(140)에 전달함으로써 상기 교반기(140)의 회전속도는 스크레퍼(130)의 회전속도에 비해 저속으로 유지될 수 있다.
프로펠러 구조체(170)는 반응기 본체(110)의 하부에 배치된 상태에서 상기 반응기 본체(110) 내로 유입되는 물과 가스가 적절히 혼합된 상태로 공급될 수 있게 한다. 즉, 반응기 본체(110)의 하부를 통해 공급되는 반응물질들이 빠른 속도로 상승확산할 수 있게 하기 위해서 별도의 프로펠러 구동 모터(160)를 통해 프로펠러 구조체(170)에 회전력을 제공한다.
이상과 같이, 본 발명은 회전축(131)의 회전 구동을 통해 스크레퍼(130) 및 교반기(140)의 동시 회전을 가능하게 하는 동시에, 감속기(141)를 통해 서로 다른 속도로의 회전을 가능하게 한다. 이러한 특징은 스크레퍼(130)가 반응기(100) 내부면에 부착될 수 있는 가스하이드레이트 입자의 제거를 수행하는 한편, 교반기(140)가 반응기(100) 내부에 수용되는 물과 가스의 교반을 원활하게 하여 가스하이드레이트 생성 반응을 촉진할 수 있는 환경을 조성할 수 있다.
이하, 도 6 및 도 7의 그래프를 참조하여 본 발명에서의 스크레퍼를 이용한 방식이 종래의 방식에 비해 향상된 하이드레이트 생산속도를 가능하게 한다는 점을 설명한다. 도 6의 경우에는 반응기 본체 내에 가스하이드레이트가 약 5mm의 두께로 침적된 상태를 나타내고, 도 7의 경우에는 본 발명의 스크레퍼가 적용되어 반응기 본체 내면에 가스하이드레이트의 침적이 방지되는 상태를 나타낸다.
먼저, 냉각의 효율 측면에서 살펴볼 때, 가스하이드레이트가 약 5mm 두께로 침적된 도 6의 경우 냉각효율이 저하되어 냉각수의 입구온도와 출구온도가 큰 차이를 보이지 않지만, 본 발명이 적용된 도 7에서는 냉각수의 입구온도에 비해 출구온도가 현저하게 증가되어 반응기 본체의 벽면을 통해 열전달이 원활히 이루어지고 있음을 관찰할 수 있다. 더불어, 기존에는 반응을 일으키기 위해 도 7의 조건에 비해 훨씬 낮은 저온의 냉각수(예를 들어, 물의 빙점 이하)를 공급해 주어야 반응이 일어나는 것을 알 수 있으며, 이는 냉각에 드는 에너지 비용과 시설 비용이 현저히 증가하는 것을 의미한다.
다음으로, 반응속도의 측면에서 보자면, 스크레퍼를 적용하여 가스하이드레이트가 효율적으로 제거된 경우인 도 7의 경우, 냉각수 입구온도를 낮추는데 따른 가스하이드레이트 생성 속도(Hydrate Production rate) 증가율이 도 6에 비해 훨씬 큰 것을 관찰할 수 있다. 생성속도 증가율 뿐만 아니라, 동일한 냉각수 입구 온도 조건의 경우 가스하이드레이트 생성 속도(Hydrate Production rate) 역시 현저히 큰 것을 관찰할 수 있다.
스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기(100)의 작동 설명
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기(100)의 작동 과정을 살피면 다음과 같다.
먼저, 공급원을 통해 물과 가스를 반응기 본체(110)의 하부를 통해 공급한다. 공급되는 물과 가스 프로펠러 구동 모터(160)에 의해 작동되는 프로펠러 구조체(170)의 회전에 의해 분산 및 확산 과정을 거쳐 반응기 본체(110)에서 상부 방향으로 이동한다.
반응기 본체(110) 내에서 물과 가스의 반응에 따라 생성된 가스 하이드레이트 슬러리 중 반응기 본체(110)의 내면에 부착되는 입자는 스크레퍼 구동 모터(150)에 의해 작동되는 스크레퍼(130)의 회전에 의해 제거된다. 즉, 제 1 스크레퍼(132)의 제 1 블레이드(134)가 반응기 본체(110)의 내주면을 따라 슬라이딩 운동함으로써 부착된 가스 하이드레이트 입자를 분리하게 한다. 상기와 같은 방법으로 제 2 스크레퍼(135)의 제 2 블레이드(137)가 상부 덮개(120)의 내주면을 따라 슬라이딩 운동함으로써 가스 하이드레이트 입자를 제거한다.
한편, 제어부는 반응기 본체(110) 내에 배치되는 온도계(114)를 통해 실시간으로 온도를 측정하고 이를 통해 가스하이드레이트 생성을 위한 적정 온도 상태에 있는지 점검하게 된다.
반응기 본체(110)에 형성되는 투시창(112)은 타원형 구조로 이루어져 가스하이드레이트 생성 반응이 이루어지는 중에 반응이 적절하게 되는지 여부를 육안으로 확인할 수 있다.
스크레퍼(130)의 회전 구동시에, 스크레퍼(130)와 동일한 회전축(131)을 중심으로 회전 구동하는 교반기(140)는 감속기(141)를 통해 속도비가 조절되어짐으로써 스크레퍼(130)와는 다른 회전속도로 구동한다. 즉, 교반기(140)는 스크레퍼 구동 모터(150)에 의해 구동하는 회전축(131) 중심으로 회전구동하게 되는데, 여기에서 감속기(141)는 회전축(131)의 회전속도를 조절하여 교반기(140)에 전달함으로써 상기 교반기(140)의 회전속도는 스크레퍼(130)의 회전속도에 비해 저속으로 유지될 수 있다.
반응기 본체(110)에서 생성된 가스하이드레이트 슬러리는 상부 덮개(120)에 결합된 슬러리 배출구(122)를 통해 반응기(100)로부터 토출되고, 이후에는 탈수, 압착, 및 세정 등의 공정을 거쳐 펠릿화되거나 담수화될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스크레퍼를 포함하는 가스하이드레이트 반응기는 물과 가스가 유입되어 가스하이드레이트 생성이 이루어지는 반응기 본체의 중심축을 기준으로 회전 구동하는 스크레퍼를 통해 반응기 본체 및 상부 덮개의 내면에 형성 가능한 가스하이드레이트 입자를 제거하게 한다. 상기와 같이 반응기에서 형성되는 가스하이드레이트 입자가 그 내면에 부착되지 못하게 함으로써 반응기 본체의 벽면을 통한 열전달이 저해되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 가스하이드레이트 반응기
101 : 지지대
110 : 반응기 본체
112 : 투시창
114 : 온도계
120 : 상부 덮개
122 : 슬러리 배출구
130 : 스크레퍼
131 : 회전축
132 : 제 1 스크레퍼
134 : 제 1 블레이드
135 : 제 2 스크레퍼
137 : 제 2 블레이드
140 : 교반기
141 : 감속기
150 : 스크레퍼 작동 모터
160 : 가스 프로펠러 구동 모터
170 : 프로펠러 구조체

Claims (7)

  1. 가스와 물이 공급되어 가스하이드레이트가 생성되는 반응기 본체;
    상기 반응기 본체의 상부에 체결되는 상부 덮개;
    상기 반응기 본체 내에 회전 가능하게 배치되는 스크레퍼; 및
    상기 스크레퍼에 구동력을 제공하는 스크레퍼 구동 모터;
    를 포함하며,
    상기 스크레퍼는 회전 구동에 의해 상기 반응기 본체의 내면 및 상기 상부 덮개의 내면 중 어느 하나 이상에 부착되는 가스하이드레이트 입자를 제거하며, 교반 기능이 이루어지며,
    상기 스크레퍼는 상기 반응기 본체의 중심축 상에 배치되는 회전축, 상기 회전축에 연결된 상태에서 상기 반응기 본체의 내면을 스크래이핑하는 제 1 스크레퍼, 및 상기 회전축으로부터 연장된 상태에서 상기 상부 덮개의 내면을 스크래이핑하는 제 2 스크레퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스크레퍼 및 제 2 스크레퍼는 상기 회전축으로부터 연장되는 연결바 및 상기 연결바의 끝단에 배치되는 블레이드를 각각 포함하며, 상기 스크레퍼들의 블레이드는 상기 반응기 본체와 상기 상부 덮개의 내면에 대응하도록 소정의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는,
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스하이드레이트 반응기는,
    상기 스크레퍼와 동일한 회전 중심을 이루는 상태에서 구동하는 교반기;를 더 포함하고,
    상기 교반기는 상기 회전축을 둘러싸도록 배치되는 감속기의 의해 상기 스크레퍼의 회전속도와는 다른 속도로 구동하는 것을 특징으로 하는,
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스하이드레이트 반응기는,
    상기 반응기 본체의 하부에 배치되는 프로펠러 구조체; 및
    상기 프로펠러 구조체에 구동력을 제공하는 프로펠러 구동 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스하이드레이트 반응기는,
    상기 상부 덮개에 연결배치되는 슬러리 배출구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    장치.
  7. (a) 가스하이드레이트가 생성되는 반응기 본체에 가스와 물이 공급되는 단계;
    (b) 스크레퍼 구동 모터를 이용하여 상기 반응기 본체 내에 회전 가능하게 배치되어 교반 기능을 수행하는 스크레퍼에 구동력을 가하는 단계; 및
    (c) 상기 스크레퍼는 회전 구동에 의해 상기 반응기 본체의 내면 및 상기 반응기 본체의 상부에 체결되는 상부 덮개의 내면 중 어느 하나 이상에 부착되는 가스하이드레이트 입자를 제거하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 반응기 본체의 중심축 상에 배치되는 회전축에 연결된 제 1 스크레퍼를 이용하여 상기 반응기 본체의 내면을 스크래이핑하는 단계 및
    (c2) 상기 회전축으로부터 연장된 제 2 스크레퍼를 이용하여 상기 상부 덮개의 내면을 스크래이핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방법.
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