KR101648735B1 - 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기 - Google Patents

크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형고속 교반 반응기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고속 교반 반응기를 이용하여 크러스레이트 하이드레이트를 생성하면 막힘 현상을 줄일 수 있으며, 종래 스크류 방식 대신 반대 방향으로 회전하는 마그네틱 드라이브와 테프론 임펠러를 이용하여 고속 교반 반응을 함으로써 핵 및 슬러리 형성이 양호하고, 각 반응조의 교반속도와 반응조 사이에 구비된 차단분리판에 의한 수위조절로써 이송 속도를 조절할 수 있으며, 반응기의 후단에 펠릿타이즈 장치가 일체로 설치되어 반응기로부터 생성되어 운반되는 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트를 공급받아 압축 및 탈수하여 펠릿을 생성하고, 생성된 펠릿을 펠릿 탱크에 신속하게 저장할 수 있어, 슬러리로 인해 반응기 내부에 막힘 현상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기{Pelletizer-Integrated Stirring Reactor for Clathrate Hydrate Production}
본 발명은 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형고속 교반 반응기에 관한 것으로, 상세하게는 크러스레이트 하이드레이트의 생성시간 단축 및 가스의 충진율을 증가시킬 수 있도록 구성하고, 반응기의 후단에 일체로 설치되어 반응기로부터 생성되어 운반되는 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트를 공급받아 압축 및 탈수하여 펠릿을 생성하고, 생성된 펠릿을 펠릿 탱크에 신속하게 저장하도록 구성한 것이다.
일반적으로 크러스레이트 하이드레이트(clathrate hydrate) 또는 가스하이드레이트(gas Hydrate)는 수소결합으로 고체상 격자(hydrogen-bonded solid lattice)를 이루는 주체분자(host molecule)와 이 안에 포집되어 들어가는 객체분자(guest molecule)의 두 성분으로 구성되며, 물 분자들이 수소 결합을 통해 형성하는 3차원 격자 구조에 메탄, 에탄, 이산화탄소 등의 저분자들이 화학적인 결합을 하지 않고 물리적으로 포획하여 형성된 결정성 화합물을 말한다.
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 cubicstructure 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.
이러한 크러스레이트 하이드레이트(clathrate hydrate) 또는 가스하이드레이트(gas Hydrate)를 생성하기 위한 반응기가 선행기술 등록 특허 10-1213770호(발명의 명칭 : 이중나선 가스하이드레이트 반응기)에서 제공되고 있다.
이러한 선행기술의 반응기는, 물과 가스가 공급되는 입구 포트; 상기 입구 포트와 대향되어 위치하는 출구 포트; 상기 입구 포트에서 상기 출구 포트에 이르는, 중공형의 재킷; 상기 중공형의 재킷 내에 위치하는 중공형의 외측 나선체; 및 상기 외측 나선체 내측에 위치하는 내측 나선체를 포함하며, 상기 내측 나선체와 상기 재킷 사이의 채널에서 상기 입구 포트를 통해 공급된 물과 가스가 가스하이드레이트 반응하는 이중나선 가스하이드레이트 반응기로서, 상기 외측 나선체와 상기 내측 나선체는 동일한 방향으로 회전하며, 그리고 상기 외측 나선체의 외측 나선 블레이드와 상기 내측 나선체의 내측 나선 블레이드의 와인딩(winding) 방향은 반대이고, 상기 외측 나선체에서 일방향으로 유동하는 유체는 상기 내측 나선체로 유입되어 상기 일방향의 반대방향으로 유동함으로써, 상기 유체 중 일부는 반응하여 가스하이드레이트가 되고, 상기 유체 중 다른 일부는 상기 가스하이드레이트 반응기 내에서 연속적으로 순환하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 선행기술은 이중나선 원리로 형성된 가스하이드레이트 슬러리는 효과적으로 외부로 배출되고 반응하지 못한 물과 가스는 효과적으로 순환됨으로써 가스하이드레이트 형성률을 혁신적으로 증가시킬 수 있으며, 또한 상기의 과정에서 가스하이드레이트 슬러리의 탈수 작업이 병행되기에 효율이 증가하며, 또한 기존의 반응기 외벽측과 중심측 사이의 온도 구배가 크다는 문제를 해결함으로써, 반응기 전체에 걸쳐 고르게 가스하이드레이트가 형성되도록 하여 가스하이드레이트 형성률을 증가시킬 수 있는 것이다.
그러나, 이와 같은 선행기술은 스크류 타입의 장치로서, 이는 반응기 내부에서 스크류를 수평으로 저속 회전시키면서 물과 가스를 반응시켜 밀어내는 방식으로 하이드레이트를 생성하는데, 이는 막힘 현상이 빈번하고 교반 효과가 낮아 하이드레이트 핵 형성 및 슬러리 생성속도가 낮고 가스 충진율이 낮게 되었으며, 이를 해소하기 위해 스크류의 회전속도를 높일 경우, 모터와 스크류의 손상이 발생 되는 문제점이 발생 되었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 빠른 교반을 이용하여 물과 가스의 포화시간을 단축시키고 핵생성 시간을 단축시키기 위해 반응기 내에 마그네틱 드라이브와 테프론 임펠러를 이용함으로써 물과 가스의 접촉 면적을 늘렸으며, 테프론 임펠러의 회전력과 반응기 사이에 구비되는 차단분리판에 의해 반응기 내부의 수위조절을 통하여 이송속도를 조절할 수 있도록 구성한 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 반응기의 후단에 일체로 설치되어 반응기로부터 생성되어 운반되는 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트를 공급받아 압축 및 탈수하여 펠릿을 생성하고, 생성된 펠릿을 펠릿 탱크에 신속하게 저장하도록 구성하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제의 해결 수단은 내부로 공급되는 물과 가스를 반응시켜 포화와 핵 생성단계를 순차적으로 거치면서 핵이 성장되고, 성장하여 생성된 하이드레이트 슬러리의 충진율을 높이기 위하여 연통되게 구비된 다수의 제1-5반응조와, 제5반응조와 연통되게 구비되어, 제5반응조로부터 슬러리가 운반되는 스페어 반응조로 이루어진 반응기와; 상기 스페어 반응조에 연통되게 일체형으로 설치되어 스페어 반응조로 운반된 슬러리를 펠릿으로 처리한 다음, 저장하기 위한 펠릿 타이즈장치와; 상기 제1-5반응조 내부에 고압상태에서 고속 교반을 하기 위하여 제1-5반응조 상부에 각각 수직으로 설치되고, 속도가 다르게 설정된 다수의 마그네틱 드라이브와; 상기 마그네틱 드라이브에 고속으로 회전 가능하게 수직으로 축설된 다수의 테프론 샤프트와; 상기 테프론 샤프트의 하단에 각각 축설되고, 제1-5반응조 내부에 위치되어 각 반응조에서 생성되는 하이드레이트 슬러지를 운반하기 위한 테프론 임펠러와; 상기 제1,2반응조, 제2,3반응조, 제3,4반응조, 제4,5반응조, 제5반응조 및 스페어 반응조 사이에 구비되어 운반되는 하이드레이트 슬러리 양을 조절하기 위한 슬러리양 조절수단과; 상기 반응기에 설치되어 액상과 기상의 온도를 측정하기 위한 디지털 템플레이터 인디케이터와; 상기 반응기의 내부로 공급되는 물 및 가스의 공급을 제어하고, 펠릿 타이즈장치, 마그네틱 드라이브 및 디지털 템플레이터 인디케이터 동작을 제어하기 위한 콘트롤러로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고속 교반 반응기를 이용하여 크러스레이트 하이드레이트를 생성하면 막힘 현상을 줄일 수 있으며, 종래 스크류 방식 대신 반대 방향으로 회전하는 마그네틱 드라이브와 테프론 임펠러를 이용하여 고속 교반 반응을 함으로써 핵 및 슬러리 형성이 양호하고, 각 반응조의 교반속도와 반응조 사이에 구비된 차단분리판에 의한 수위조절로써 이송 속도를 조절할 수 있으며, 반응기의 후단에 펠릿타이즈 장치가 일체로 설치되어 반응기로부터 생성되어 운반되는 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트를 공급받아 압축 및 탈수하여 펠릿을 생성하고, 생성된 펠릿을 펠릿 탱크에 신속하게 저장할 수 있어, 슬러리로 인해 반응기 내부에 막힘 현상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제1실시예를 도시한 구성도.
도 2는 도 1의 "A"부분에 대한 확대 구성도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제1실시예에 대한 동작상태 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예를 도시한 구성도.
도 6은 도 5의 "B"부분에 대한 확대 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예에 대한 동작상태 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제1실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1의 "A"부분에 대한 확대 구성도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제1실시예에 대한 동작상태 구성도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제1실시예는, 내부로 공급되는 물과 가스를 반응시켜 포화와 핵 생성단계를 순차적으로 거치면서 핵이 성장되고, 성장하여 생성된 하이드레이트 슬러리의 충진율을 높이기 위하여 연통되게 구비된 다수의 제1-5반응조(1-5)와, 제5반응조(5)와 연통되게 구비되어, 제5반응조(5)로부터 슬러리가 운반되는 스페어 반응조(6)로 이루어진 반응기(10)와; 스페어 반응조(6)와 연통되게 일체형으로 설치되어 스페어 반응조(6)로 운반된 슬러리를 펠릿으로 처리 및 저장하기 위한 펠릿 타이즈장치(20)와; 제1-5반응조(1-5) 내부에 고압상태에서 고속 교반을 하기 위하여 제1-5반응조(1-5) 상부에 각각 수직으로 설치되고, 속도 및 회전 방향이 다르게 설정된 다수의 마그네틱 드라이브(30)와; 마그네틱 드라이브(30)에 회전 가능하게 수직으로 축설된 다수의 테프론 샤프트(40)와; 테프론 샤프트(40)의 하단에 각각 축설되고, 제1-5반응조(1-5) 내부에 위치되어 각 반응조에서 생성되는 하이드레이트 슬러지를 운반하기 위한 테프론 임펠러(50)와; 제1,2반응조(1)(2), 제2,3반응조(2)(3), 제3,4반응조(3)(4), 제4,5반응조(4)(5), 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 구비되어 운반되는 하이드레이트 슬러리 양을 조절하기 위한 슬러리양 조절수단(60)과; 반응기(10)에 설치되어 액상과 기상의 온도를 측정하기 위한 디지털 템플레이터 인디케이터(70)와; 반응기(10)의 내부로 공급되는 물 및 가스의 공급을 제어하고, 펠릿 타이즈장치(20), 마그네틱 드라이브(30) 및 디지털 템플레이터 인디케이터(70)의 동작을 제어하기 위한 콘트롤러(80)로 이루어진다.
이때, 콘트롤러(80)는 LCD(82)와 연결되어 콘트롤러(80)에서 제어되는 제어 값이 문자 및 그림으로 표시된다.
그리고, 반응기(10)의 제1반응조(1)로 공급되는 가스는 CH4, C2H6, C3H8, CO2, H2, SF6 등 다수 존재하게 되고, 이 가스와 물이 반응조 내부에서 반응하여 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 생성된다.
상기 펠릿 타이즈장치(20)는 스페어 반응조(6) 상부에 연통되게 구비된 펠릿 처리조(21)와; 스페어 반응조(6)의 하단에 수직으로 구비되어 스페어 반응조(6)로 운반된 슬러리를 펠릿 처리조(21)로 밀어 올리기 위한 제1실린더(22)와; 펠릿 처리조(21)의 상단에 수직으로 구비되어 제1실린더(22)로 펠릿 처리조(21)로 밀어 올린 슬러리를 압축 및 탈수하여 펠릿으로 생성하기 위한 제2실린더(23)와; 펠릿 처리조(21)의 상부에 수평으로 구비되어 생성된 펠릿을 펠릿 탱크(26)로 공급하기 위한 제3실린더(24)로 이루어진다.
이때, 제3실린더(24)와 동일 높이로 펠릿 처리조(21) 외주면에 연통되게 펠릿통로(27)가 수평으로 구비되고, 이 펠릿통로(27)의 외주면에 펠릿 처리조(21)와 펠릿 탱크(26) 사이의 압력을 차단하기 위한 고압력 볼 밸브(29)가 구비되며, 이 펠릿통로(27) 후단에는 최종 펠릿으로 처리된 크러스레이트 하이드레이트가 저장되는 펠릿 탱크(26)가 구비된다.
그리고 제1,2,3실린더(22)(23)(24)는 에어의 공급 및 차단으로서 동작 되고, 단부에 헤드(25)가 각각 구비된 피스톤 로드(22a)(23a)(24a)가 직선 왕복운동 가능하도록 각각 결합되며, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 동작이 제어된다.
상기 슬러리양 조절수단(60)은 원형으로 형성되고, 상부가 개방된 제1,2반응조(1)(2), 제2,3반응조(2)(3), 제3,4반응조(3)(4), 제4,5반응조(4)(5), 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 연통되게 형성된 다수의 수직사각공(62)과; 수직사각공(62)의 상하부로 경사지게 형성되어 상호 반대 방향으로 회전하는 테프론 임펠러(50)의 회전으로 생성된 슬러리를 다른 반응조로 운반이 용이한 경사면(64)으로 이루어진다.
이때, 경사면(64)은 반대 방향으로 회전하는 테프론 임펠러(50)의 회전으로 다른 반응조로 슬러리의 운반이 용이한 방향으로 순차적으로 형성된다.
한편, 수직사각공(62)의 바닥면은 제1-5반응조(1-5) 및 스페어 반응조(6) 내부로 공급된 물의 수위와 동일하게 유지된다. 즉, 수직사각공(62)의 바닥면과 일치되게 물과 가스를 물 공급라인(A)과 가스 공그라인(B)을 통하여 자동으로 연속적으로 공급하게 된다.
그리고, 반응기(10)는 내부에서 크러스레이트 하이드레이트 생성시 발생 되는 열을 냉각시키기 위하여 냉각 수조(90) 내부에 넣은 다음, 온도를 정확하게 조절할 수 있게 된다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예를 도시한 구성도이고, 도 6은 도 5의 "B"부분에 대한 확대 구성도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예에 대한 동작상태 구성도이다.
이는, 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예로서, 도 1 내지 도 4의 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 부호를 사용하기로 한다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예는, 내부로 공급되는 물과 가스를 반응시켜 포화와 핵 생성단계를 순차적으로 거치면서 핵이 성장되고, 성장하여 생성된 하이드레이트 슬러리의 충진율을 높이기 위하여 연통되게 구비된 다수의 제1-5반응조(1-5)와, 제5반응조(5)와 연통되게 구비되어, 제5반응조(5)로부터 슬러리가 운반되는 스페어 반응조(6)로 이루어진 반응기(10)와; 스페어 반응조(6)와 연통되게 일체형으로 설치되어 스페어 반응조(6)로 운반된 슬러리를 펠릿으로 처리하기 위한 펠릿 타이즈장치(100)와; 제1-5반응조(1-5) 내부에 고압상태에서 고속 교반을 하기 위하여 제1-5반응조(1-5) 상부에 각각 수직으로 설치되고, 속도 및 회전 방향이 다르게 설정된 다수의 마그네틱 드라이브(30)와; 마그네틱 드라이브(30)에 회전 가능하게 수직으로 축설된 다수의 테프론 샤프트(40)와; 테프론 샤프트(40)의 하단에 각각 축설되고, 제1-5반응조(1-5) 내부에 위치되어 각 반응조에서 생성되는 하이드레이트 슬러지를 운반하기 위한 테프론 임펠러(50)와; 제1,2반응조(1)(2), 제2,3반응조(2)(3), 제3,4반응조(3)(4), 제4,5반응조(4)(5), 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 구비되어 운반되는 하이드레이트 슬러리 양을 조절하기 위한 슬러리양 조절수단(60)과; 반응기(10)에 설치되어 액상과 기상의 온도를 측정하기 위한 디지털 템플레이터 인디케이터(70)와; 반응기(10)의 내부로 공급되는 물 및 가스의 공급을 제어하고, 펠릿 타이즈장치(20), 마그네틱 드라이브(30) 및 디지털 템플레이터 인디케이터(70)의 동작을 제어하기 위한 콘트롤러(80)로 이루어진다.
이때, 콘트롤러(80)는 LCD(82)와 연결되어 콘트롤러(80)에서 제어되는 제어 값이 문자 및 그림으로 표시된다.
상기 펠릿 타이즈장치(100)는 스페어 반응조(6) 하단에 연통되게 구비된 펠릿 처리조(110)와; 스페어 반응조(6) 상단에 수직으로 구비되어 스페어 반응조(6)로 운반된 슬러리를 펠릿 처리조(110)로 밀어 내리기 위한 제1실린더(120)와; 펠릿 처리조(110)의 하단에 수직으로 구비되어 제1실린더(120)로써 펠릿 처리조(110)로 밀어 내린 슬러리를 압축 및 탈수하여 펠릿으로 생성하기 위한 제2실린더(130)와;펠릿 처리조(110)의 상부에 수평으로 구비되어 생성된 펠릿을 펠릿 탱크(160)로 공급하기 위한 제3실린더(140)로 이루어진다.
이때, 제3실린더(140)와 동일 높이로 펠릿 처리조(110) 외주면에 연통되게 펠릿통로(170)가 수평으로 구비되고, 이 펠릿통로(170)의 외주면에 펠릿 처리조(110)와 펠릿 탱크(160) 사이의 압력을 차단하기 위한 고압력 볼 밸브(190)가 구비되며, 이 펠릿통로(170) 후단에는 최종 펠릿으로 처리된 크러스레이트 하이드레이트가 저장되는 펠릿 탱크(160)가 구비된다.
그리고 제1,2,3실린더(120)(130)(140)는 에어의 공급 및 차단으로서 동작 되고, 단부에 헤드(125)가 각각 구비된 피스톤 로드(121)(131)(141)가 직선 왕복운동 가능하도록 각각 결합되며, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 동작이 제어된다.
상기 슬러리양 조절수단(60)은 원형으로 이루어진 제1,2반응조(1)(2), 제2,3반응조(2)(3), 제3,4반응조(3)(4), 제4,5반응조(4)(5), 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 연통되게 형성된 다수의 수직사각공(62)과; 수직사각공(62)의 상하부로 경사지게 형성되어 상호 반대 방향으로 회전하는 테프론 임펠러(50)의 회전으로 생성된 슬러리를 다른 반응조로 운반이 용이한 경사면(64)으로 이루어진다.
이때, 경사면(64)은 반대 방향으로 회전하는 테프론 임펠러(50)의 회전으로 다른 반응조로 슬러리의 운반이 용이한 방향으로 순차적으로 형성된다.
한편, 수직사각공(62)의 바닥면은 제1-5반응조(1-5) 및 스페어 반응조(6) 내부로 공급된 물의 수위와 동일하게 유지된다. 즉, 수직사각공(62)의 바닥면과 일치되게 물과 가스를 물 공급라인(A)과 가스 공그라인(B)을 통하여 자동으로 연속적으로 공급하게 된다.
그리고, 반응기(10)는 내부에서 크러스레이트 하이드레이트 생성시 발생 되는 열을 냉각시키기 위하여 냉각 수조(90) 내부에 넣은 다음, 온도를 정확하게 조절할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제1실시예에 대한 동작상태를 개략적으로 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4에서와 같이 콘트롤러(80)를 동작시키면, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 따라 물과 가스가 물 공급라인(A)과 가스 공급라인(B)을 통해, 제1-5반응조(1-5)와 스페어 반응조(6) 내부에 채워지게 된다. 즉, 제1-5반응조(1-5)와 스페어 반응조(6) 사이에 구비된 슬러리양 조절수단(60)을 구성하는 수직사각공(62)의 높이와 일치되도록 물과 가스를 공급하게 된다.
이러한 상태에서 마그네틱 드라이브(30)가 동작 되어, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 미리 입력된 속도와 회전 방향으로 다수의 마그네틱 드라이브(30)가 동시에 회전하게 되어, 테프론 샤프트(40)와 테프론 임펠러(50)가 회전하게 됨에 따라 제1-5반응조(1-5) 내부의 물과 가스를 교반시키면서 설정된 시간 동안 워밍업을 하게 된다.
이후, 설정된 시간 동안 워밍업이 완료되면, 제1-5반응조(1-5) 상부에 각각 수직으로 설치되고, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 속도와 회전 방향이 각각 다르게 설정된 마그네틱 드라이브(30)가 회전하게 됨에 따라, 제1-5반응조(1-5) 내부의 테프론 임펠러(50)가 회전 방향과 교반속도가 다르게 회전하여 물과 가스를 교반시켜 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트를 순차적으로 생성하게 된다.
즉, 도 3 및 도 4에서와 같이 밀폐된 제1반응조(1)의 테프론 임펠러(50)가 반시계 방향(화살표 참조)으로 회전하게 되면, 이 테프론 임펠러(50)의 회전(반시계)방향으로 제1,2반응조(1-2) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제1반응조(1)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제2반응조(2)로 운반되어, 시계 방향으로 회전하는 제2반응조(2)의 테프론 임펠러(50)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(50)의 회전(시계)방향으로 제2,3반응조(2-3) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제2반응조(1)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제3반응조(3)로 운반되어, 반시계 방향으로 회전하는 제3반응조(3)의 테프론 임펠러(50)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(40)의 회전(반시계)방향으로 제3,4반응조(3-4) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제3반응조(3)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제4반응조(4)로 운반되어, 시계 방향으로 회전하는 제4반응조(4)의 테프론 임펠러(50)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(50)의 회전(시계)방향으로 제4-5반응조(4-5) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제4반응조(1)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제5반응조(5)로 운반되어, 반시계 방향으로 회전하는 제5반응조(5)의 테프론 임펠러(60)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(60)의 회전(반시계)방향으로 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제5반응조(5)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 스페어 반응조(6)로 운반되어 스페어 반응조(6) 후단에 설치된 펠릿 타이즈장치(20)에 의해 신속하게 펠릿 타입으로 처리된다.
이를 개략적으로 설명하면, 도 4에서와 같이, 슬러리가 스페어 반응조(6)로 운반되어 오면, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 펠릿 타이즈장치(20)를 구성하는 제1실린더(22)가 동작되어 피스톤 로드(22a)가 상방으로 이동하게 됨에 따라 헤드(25)가 스페어 반응조(6) 내부의 슬러리를 펠릿 처리조(21) 영역으로 밀어 올리게 된다.
이와 동시에, 펠릿 처리조(21) 상단의 제2실린더(23)가 동작하여 피스톤 로드(22a)가 하방으로 이동하게 됨에 따라 헤드(25)가 슬러리를 압축 및 탈수하게 된다.
그 다음으로 펠릿 처리조(21)의 상부에 수평으로 구비된 제3실린더(24)가 동작하여 피스톤 로드(22a)가 전방으로 이동하게 됨에 따라 헤드(25)가 생성된 펠릿을 펠릿통로(27)를 통해 펠릿 탱크(26)에 저장시키게 된다. 즉, 최종 펠릿으로 처리된 크러스레이트 하이드레이트가 펠릿 탱크(26) 내부에 저장된다.
이후, 제1,2,3실린더(22)(23)(24)는 반대 방향으로 동작되어 피스톤 로드(22a)(23a)(24a)가 최초 상태로 이동하여 다음 동작을 대기하게 된다.
이때, 스페어 반응조(6)로 운반되어 펠릿 타이즈장치(20)에 의해 처리되는 물과 가스의 량 만큼 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 따라 물 공급라인(A)과 가스 공급라인(B)을 통해 물과 가스가 제1-5반응조(1-5) 및 스페어 반응조(6) 내부에 채워지게 되어 연속적인 크러스레이트 하이드레이트의 생성이 가능하게 된다.
한편, 도 5 내지 도 8에 도시된 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기의 제2실시예에 대한 동작상태를 개략적으로 설명하기로 한다.
먼저, 콘트롤러(80)를 동작시켜, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 따라 물과 가스를 물 공급라인(A)과 가스 공급라인(B)을 통해, 제1-5반응조(1-5)와 스페어 반응조(6) 내부에 채우게 된다.
그 다음으로 마그네틱 드라이브(30)가 동작 되어 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 미리 입력된 속도와 회전 방향으로 다수의 마그네틱 드라이브(30)가 회전하게 됨에 따라 테프론 샤프트(40)와 테프론 임펠러(50)가 회전하게 되어, 제1-5반응조(1-5) 내부의 물과 가스를 교반시키면서 설정된 시간 동안 워밍업을 하게 된다.
이후, 설정된 시간 동안 워밍업이 완료되면, 제1-5반응조(1-5) 상부에 각각 수직으로 설치되고, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 속도와 회전 방향이 각각 다르게 설정된 마그네틱 드라이브(30)가 회전하게 됨에 따라, 제1-5반응조(1-5) 내부의 테프론 임펠러(50)가 회전 방향과 교반속도가 다르게 회전하여 물과 가스를 교반시켜 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트를 순차적으로 생성하게 된다.
즉, 도 6 및 도 7에서와 같이 밀폐된 제1반응조(1)의 테프론 임펠러(50)가 반시계 방향(화살표 참조)으로 회전하게 되면, 이 테프론 임펠러(50)의 회전(반시계)방향으로 제1,2반응조(1-2) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제1반응조(1)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제2반응조(2)로 운반되어, 시계 방향으로 회전하는 제2반응조(2)의 테프론 임펠러(50)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(50)의 회전(시계)방향으로 제2,3반응조(2-3) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제2반응조(1)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제3반응조(3)로 운반되어, 반시계 방향으로 회전하는 제3반응조(3)의 테프론 임펠러(50)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(40)의 회전(반시계)방향으로 제3,4반응조(3-4) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제3반응조(3)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제4반응조(4)로 운반되어, 시계 방향으로 회전하는 제4반응조(4)의 테프론 임펠러(50)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(50)의 회전(시계)방향으로 제4-5반응조(4-5) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제4반응조(1)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 제5반응조(5)로 운반되어, 반시계 방향으로 회전하는 제5반응조(5)의 테프론 임펠러(60)에 의해 교반되고, 이 테프론 임펠러(60)의 회전(반시계)방향으로 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 형성된 사각수직공(62)의 경사면(64)을 따라 제5반응조(5)에서 생성된 슬러리 형태의 크러스레이트 하이드레이트가 스페어 반응조(6)로 운반되어 스페어 반응조(6) 후단에 설치된 펠릿 타이즈장치(100)에 의해 신속하게 펠릿 타입으로 처리된다.
이를 개략적으로 설명하면, 도 8에서와 같이, 슬러리가 스페어 반응조(6)로 운반되어 오면, 콘트롤러(80)의 제어프로그램에 의해 펠릿 타이즈장치(100)를 구성하는 제1실린더(120)가 동작되어 피스톤 로드(121)가 하방으로 이동하게 됨에 따라 헤드(125)가 스페어 반응조(6) 내부의 슬러리를 펠릿 처리조(110) 영역으로 밀어 내리게 된다.
이와 동시에, 펠릿 처리조(110) 하단의 제2실린더(130)가 동작하여 피스톤 로드(131)가 상방으로 이동하게 됨에 따라 헤드(125)가 슬러리를 압축 및 탈수하게 된다.
그 다음으로 펠릿 처리조(110)의 상부에 수평으로 구비된 제3실린더(140)가 동작하여 피스톤 로드(141)가 전방으로 이동하게 됨에 따라 헤드(125)가 생성된 펠릿을 펠릿통로(170)를 통해 펠릿 탱크(160)에 저장시키게 된다. 즉, 최종 펠릿으로 처리된 크러스레이트 하이드레이트가 펠릿 탱크(160) 내부에 저장된다.
이후, 제1,2,3실린더(120)(130)(140)는 반대 방향으로 동작되어 피스톤 로드(121)(131)(141)가 최초 상태로 이동하여 다음 동작을 대기하게 된다.
상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시한 예를 위주로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.
1-5 : 제1-5반응조 6 : 스페어 반응조
10 : 반응기 20 : 펠릿 타이즈장치
21 : 펠릿 처리조 22,23,24 : 제1,2,3실린더
22a,23a,24a : 피스톤 로드 25,125 : 헤드
26 : 펠릿 탱크 27 : 펠릿통로
29 : 고압력 볼 밸브 30 : 마그네틱 드라이브
40 : 테프론 샤프트 50 : 테프론 임펠러
60 : 슬러리양 조절수단 62 : 수직사각공
62 : 경사면 70 : 디지털 레이터 인디케이트
80 : 콘트롤러 A : 물공급라인
B : 가스공급라인

Claims (6)

  1. 내부로 공급되는 물과 가스를 반응시켜 포화와 핵 생성단계를 순차적으로 거치면서 핵이 성장되고, 성장하여 생성된 하이드레이트 슬러리의 충진율을 높이기 위하여 연통되게 구비된 다수의 제1-5반응조(1-5)와, 제5반응조(5)와 연통되게 구비되어, 제5반응조(5)로부터 슬러리가 운반되는 스페어 반응조(6)로 이루어진 반응기(10)와;
    상기 스페어 반응조(6)에 연통되게 일체형으로 설치되어 스페어 반응조(6)로 운반된 슬러리를 펠릿으로 처리 및 저장하기 위한 펠릿 타이즈장치(20)와;
    상기 제1-5반응조(1-5) 내부에 고압상태에서 고속 교반을 하기 위하여 제1-5반응조(1-5) 상부에 각각 수직으로 설치되고, 속도가 다르게 설정된 다수의 마그네틱 드라이브(30)와;
    상기 마그네틱 드라이브(30)에 고속으로 회전 가능하게 수직으로 축설된 다수의 테프론 샤프트(40)와;
    상기 테프론 샤프트(40)의 하단에 각각 축설되고, 제1-5반응조(1-5) 내부에 위치되어 각 반응조에서 생성되는 하이드레이트 슬러지를 운반하기 위한 테프론 임펠러(50)와;
    상기 제1,2반응조(1)(2), 제2,3반응조(2)(3), 제3,4반응조(3)(4), 제4,5반응조(4)(5), 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 구비되어 운반되는 하이드레이트 슬러리 양을 조절하기 위한 슬러리양 조절수단(60)과;
    상기 반응기(10)에 설치되어 액상과 기상의 온도를 측정하기 위한 디지털 템플레이터 인디케이터(70)와;
    상기 반응기(10)의 내부로 공급되는 물 및 가스의 공급을 제어하고, 펠릿 타이즈장치(20), 마그네틱 드라이브(30) 및 디지털 템플레이터 인디케이터(70) 동작을 제어하기 위한 콘트롤러(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펠릿 타이즈장치(20)는
    상기 스페어 반응조(6) 상부에 연통되게 구비된 펠릿 처리조(21)와;
    상기 스페어 반응조(6)의 하부에 수직으로 구비되어 스페어 반응조(6)로 운반된 슬러리를 피스톤 로드(22a)와 헤드(25)로써 펠릿 처리조(21)로 밀어 올리기 위한 제1실린더(22)와;
    상기 펠릿 처리조(21)의 상단에 수직으로 구비되어 제1실린더(22)로써 펠릿 처리조(21)로 밀어 올린 슬러리를 피스톤 로드(23a)와 헤드(25)로써 압축 및 탈수하여 펠릿으로 생성하기 위한 제2실린더(23)와;
    상기 펠릿 처리조(21)의 상부에 수평으로 구비되어 생성된 펠릿을 피스톤 로드(24a)와 헤드(25)로써 펠릿 처리조(21)에 연통되게 구비된 펠릿통로(27)를 통해 펠릿 탱크(26)로 공급하기 위한 제3실린더(24)와;
    상기 펠릿통로(27) 외주면에 구비되어 펠릿 처리조(21)와 펠릿 탱크(26) 사이의 압력을 차단하기 위한 고압력 볼 밸브(29)로 구성된 것을 특징으로 하는 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬러리양 조절수단(60)은
    원형으로 이루어진 제1,2반응조(1)(2), 제2,3반응조(2)(3), 제3,4반응조(3)(4), 제4,5반응조(4)(5), 제5반응조(5) 및 스페어 반응조(6) 사이에 연통되게 형성된 다수의 수직사각공(62)과;
    상기 수직사각공(62)의 상하부로 동일 방향으로 경사지게 형성되고, 반대 방향으로 회전하는 테프론 임펠러(50)의 회전 방향으로 슬러리 운반이 용이하도록 형성된 경사면(64)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 크러스레이트 하이드레이트 연속 생성을 위한 펠릿타이저 일체형 고속 교반 반응기.
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