KR101655829B1 - 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부로부터 공급되는 반응가스와 물이 만나는 제1계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 제1반응관과, 외부로부터 공급되는 불활성가스와 물이 만나는 제2계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 제2반응관을 갖추고, 상기 제1계면에서 생성되는 가스하드레이트분말을 상기 제2반응관으로 이송하도록 상기 제1반응관의 내부에 일방향 회전하는 적어도 하나의 제1이송스크류를 갖추고, 상기 제1반응관으로부터 이송된 가스하드레이트분말을 외부로 배출하도록 상기 제2반응관의 내부에 일방향 회전하는 적어도 하나의 제2이송스크류를 갖추어 반응가스와 물과의 반응에 의해서 가스하이드레이트분말을 생성하는 반응생성부 ; 상기 제2반응관으로부터 배출되는 가스하이드레이트분말을 공급받아 이송하는 이송관을 갖추고, 상기 이송관의 출구단과 연결되는 유입구를 갖추어 가스하이드레이트분말이 일정량 채워지는 캐비티를 갖는 성형지그를 갖추며, 상기 캐비티내에 직선이동가능하게 배치되는 상부가압대를 왕복작동시키는 제1실린더를 갖추고, 상기 상부가압대와 마주하여 상기 캐비티내에 직선이동가능하게 배치되는 하부받침대를 왕복작동시키는 제2실린더를 갖추며, 상기 캐비티에 채워진 가스하이드레이트분말이 상부가압대와 하부받침대사이에서 압축성형된 펠렛을 배출하도록 상기 성형지그의 배출구와 대응하는 일측에 배출대를 왕복작동시키는 제3실린더를 갖추어 가스하이드레이트분말을 펠렛화하도록 압축성형하는 압축성형부;를 포함한다.

Description

분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치 및 제조방법{Apparatus for Fabricating the Hydrate using a Controlled Atmosphere Gas and Method Fabricating the Hydrate}

본 발명은 하이드레이트를 연속하여 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 스크류 프레스형이나 원심 탈수형 등과 같이 동력을 이용하여 탈수하는 공정에서 발생하는 동력의 손실이나 동력의 과소비를 줄일 수 있고, 반응생성물의 마찰에 기인하는 가스 하이드레이트의 해리 현상을 방지할 수 있고, 가스 하이드레이트 분말을 제조하는 공정을 단축할 수 있는 한편, 반응가스인 메탄가스의 충진율을 증가시킬 수 있는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스 하이드레이트(Natural Gas Hydrate)(이하, ' 하이드레이트' 이라함.)는 특정한 온도와 압력 조건에서 물 분자로 이루어진 공동 내로 가스가 들어가 물분자와 상호 물리적 결합으로 형성된 포접화합 수화물(Clathrate Hydrate)의 한 종류이다.

자연상태에 존재하는 하이드레이트의 주성분이 메탄인 경우가 대부분이기 때문에 메탄(Methane) 하이드레이트라고도 불리며, 외관상 드라이아이스와 유사하여, 불타는 얼음이라고 불리기도 한다.

순수 메탄 하이드레이트의 경우 46개의 물분자에 8개의 메탄가스 분자가 포획된 구조로, 메탄가스와 물의 이론적 용량비가 216 : 1 로써, 표준상태에서 1 의 메탄 하이드레이트는 172 의 메탄가스와 0.8 의 물로 분해되기 때문에, 이와 같은 큰 부피 변화 특성을 역으로 이용할 경우, 천연가스를 하이드레이트화하여 천연가스의 저장과 수송 수단으로써 활용할 수 있다.

한편, 하이드레이트를 분말형태로 제조하는 방법으로는 교반법, 스프레이법, 버블링법, 미세기포류법, 아이싱 기법, 수분사법 등의 다양한 방법 및 반응장치들이 알려져 있으나, 하이드레이트 가스로부터 하이드레이트 분말로의 연속적인 운전에 한계를 갖는다.

따라서, 이러한 종래 기술의 한계를 극복하여 연속적으로 하이드레이트를 분말로 연속하여 생산하기 위한 최적의 반응장치를 개발할 필요성이 대두되고 있다.

도 1a 와 도 1b 는 일반적인 가스하이드레이트 제조방법을 도시한 개략도이다.

즉, 연속식 가스하이드레이트 생산공정에서 사용되는 반응 및 제조장치(10)는 도 1a 에 도시한 바와 같이, 일정량이 물이 채워지는 내부공간을 갖는 수직형 반응관(11)과, 그 내부로 물과 메탄가스를 각각 공급하는 공급관(12,13)을 갖는 탑상 형태로 이루어짐으로써, 상기 수직형 반응관(11)내부에 공급된 물이 일정 수위를 항상 유지할 수 있도록 공급되는 상태에서 반응 가스인 메탄가스가 반응관의 하부로부터 상부로 유입되어 상부로 배출되는 것이다.

또한, 연속식 가스하이드레이트 생산공정에서 사용되는 다른 형태의 반응 및 제조장치(20)도 1b 에 도시한 바와 같이, 일정량 물이 채워지는 내부공간을 갖는 수평형 반응관(21)에 구동원에 의해서 회전되는 스크류(24)를 내장하는 와상 형태로 이루어짐으로써, 상기 수평형 반응관의 일측단에 연결된 공급관(22,23)으로부터 유입되는 물과 반응가스인 메탄가스가 반응하고 반응되어 제조된 가스하이드레이트 생성물은 스크류(24)에 의해서 측방으로 수평이동되어 외부로 배출되는 것이다.

여기서, 가스하이드레이트 생성 반응은 물과 가스간의 계면에서 이루어지므로 상기한 두 가지 형태의 반응기에서의 연속공정은 미 반응된 메탄가스와 물인 미반응물과, 반응생성물인 분말상의 가스하이드레이트가 공존하게 된다.

이에 따라, 상기 반응관으로부터 외부배출되는 가스를 회수하는 공정과, 생성물에 포함된 물을 제거하는 탈수공정이 반드시 수반되어야 하며, 완벽한 가스 회수가 어려워 탈수공정을 거친 분말의 성형 후 시스템 외부 배출시 기상에 존재하는 미반응 가스 또한 함께 외기로 배출되는 문제점이 있었다.

또한, 성형된 가스하이드레이트 펠릿은 해리를 방지하기 위해 영하 20도 이하의 저온저장을 실시하지만 펠릿 표면에서 기상과의 물질 교환이 발생하므로 장기 보관은 어려운 실정이다.

그리고, 종래의 하이드레이트 반응 및 제조장치의 경우, 대부분 부식방지를 위하여 스테인레스 재질로 이루어진 교반형 반응 장치를 활용하고 있으나, 하이드레이트의 경우, 결정 성장중에 스테인레스 등에 접착하며 성장하는 제조상 특징이 있기 때문에 반응기의 그 벽면과 내부 임펠러 사이에서 형성된 하이드레이트가 벽면과 임펠러 사이에서 엉겨붙는 현상으로 인해 반응 및 제조장치의 초기 운전시에는 문제가 발생하지 않으나, 연속 운전시에는 엉겨붙은 하이드레이트로 인해 반응장치 내면과 임펠러의 기계적 부하가 커지고, 결과적으로 구동 모터의 고장 및 반응장치의 파손을 가져오는 문제점을 갖는다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위한 개선된 장치의 개발이 당 업계에서는 지속적으로 시도되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스크류 프레스형이나 원심 탈수형 등과 같이 동력을 이용하여 탈수하는 공정에서 발생하는 동력의 손실이나 동력의 과소비를 줄일 수 있고, 반응생성물의 마찰에 기인하는 가스 하이드레이트의 해리 현상을 방지할 수 있고, 가스 하이드레이트 분말을 제조하는 공정을 단축할 수 있는 한편, 반응가스인 메탄가스의 충진율을 증가시킬 수 있는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 다른 목적은 반응가스와 물을 반응시켜 제조되는 가스 하이드레이트 분말을 효율적으로 저장하고, 간편하게 운송할 수 있도록 탈수 및 농축 처리할 수 있는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 하이드레이트 제조용 반응가스와 물을 반응시켜 하이드레이트를 제조하는 장치에 있어서, 외부로부터 공급되는 반응가스와 물이 만나는 제1계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 제1반응관과, 외부로부터 공급되는 불활성가스와 물이 만나는 제2계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 제2반응관을 갖추고, 상기 제1계면에서 생성되는 가스하드레이트분말을 상기 제2반응관으로 이송하도록 상기 제1반응관의 내부에 일방향 회전하는 적어도 하나의 제1이송스크류를 갖추고, 상기 제1반응관으로부터 이송된 가스하드레이트분말을 외부로 배출하도록 상기 제2반응관의 내부에 일방향 회전하는 적어도 하나의 제2이송스크류를 갖추어 반응가스와 물과의 반응에 의해서 가스하이드레이트분말을 생성하는 반응생성부 ; 상기 제2반응관으로부터 배출되는 가스하이드레이트분말을 공급받아 이송하는 이송관을 갖추고, 상기 이송관의 출구단과 연결되는 유입구를 갖추어 가스하이드레이트분말이 일정량 채워지는 캐비티를 갖는 성형지그를 갖추며, 상기 캐비티내에 직선이동가능하게 배치되는 상부가압대를 왕복작동시키는 제1실린더를 갖추고, 상기 상부가압대와 마주하여 상기 캐비티내에 직선이동가능하게 배치되는 하부받침대를 왕복작동시키는 제2실린더를 갖추며, 상기 캐비티에 채워진 가스하이드레이트분말이 상부가압대와 하부받침대사이에서 압축성형된 펠렛을 배출하도록 상기 성형지그의 배출구와 대응하는 일측에 배출대를 왕복작동시키는 제3실린더를 갖추어 가스하이드레이트분말을 펠렛화하도록 압축성형하는 압축성형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 제1,2반응관에 물이 채워져 제1,2계면을 형성되는 수위는 상기 제2반응관의 내부로 공급되는 분위기가스의 공급압력을 가변시켜 반응가스와 물이 만나는 제1반응관의 제1계면과 상기 분위기가스와 물이 만나는 제2반응관의 제2계면을 서로 동일한 높이를 갖도록 조절된다.

바람직하게, 상기 성형지그는 상기 이송관의 출구단과 연결되어 가스하이드레이트 분말이 유입되는 유입구를 일측면에 관통형성하고, 유입된 가스하이드레이트 분말이 일정량 채워지는 일정크기의 캐비티를 형성하는 직선형 내부공을 갖추는 한편, 상기 캐비티에서 압축성형된 성형물을 배출하는 배출구를 타측면에 관통형성한 중공관으로 이루어진다.

바람직하게, 상기 상부가압대는 제1실린더의 로드선단에 조립되어 상기 성형지그의 내부공에 배치되는 일정길이의 제1연결봉의 단부에 교체가능하게 조립되는 블럭체로 이루어진다.

바람직하게, 상기 하부받침대는 제2실린더의 로드선단과 연결되는 제2연결봉의 단부에 교체가능하게 조립되는 블럭체로 이루어진다.

더욱 바람직하게 상기 하부받침대는 상기 캐비티에서 가스하이드레이트분말의 압축성형시 발생하는 수분을 외부로 배출할 수 있도록 성형물과 접하는 전면에 복수개의 관통공을 형성한 밀착판을 갖추고, 상기 관통공을 통해 배수되는 수분을 상기 제2연결봉에 관통형성된 배수공을 통해 배수처리하도록 상기 배수공과 연통되는 연결공을 구비한다.

또한, 본 발명은 하이드레이트 제조용 반응가스와 물을 반응시켜 하이드레이트를 제조하는 방법에 있어서, 하부단이 서로 연통되어 물이 일정수위 채워지는 제1반응관과 제2반응관을 제공하는 단계 ; 상기 제1반응관으로 공급되는 반응가스와 물을 제1계면에서 계면반응시켜 가스하이드레이트 분말을 생성하는 단계; 상기 제1반응관에서 생성되어 제1계면에 부유된 가스 하이드레이트 분말을 상기 제1반응관 내부에 배치된 제1이송스크류에 의해서 분위기가스가 공급되어 채워진 제2반응관으로 이송하도록 하부로 침강시키는 단계 ; 상기 제2반응관으로 이송되어 제2계면에 부유된 가스하이드레이트 분말을 제2반응관의 내부에 배치된 제2이송스크류에 의해서 배출하도록 상부로 이송시키는 단계 ; 및 상기 제2반응관으로 배출되는 가스하이드레이트 분말이 공급되는 성형지그에서 탈수하면서 압착성형하여 성형물을 압착성형하는 단계 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 가스하이드레이트 분말을 생성하는 단계는 상기 제1,2반응관의 수위 조절이 상기 제2반응관에 공급되어 채워지는 분위기가스의 분압을 이용하여 상기 제1반응관의 내부로 연속하여 주입되는 메탄가스의 분압과의 평형을 유지한다.

바람직하게, 성형물을 압착성형하는 단계이후에, 상기 성형지그로부터 배출되는 성형물을 분위기 가스가 충전된 저온챔버에 저장하는 단계를 추가 포함한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 제1반응관에서 미반응되는 반응가스의 소비를 억제하고, 미반응된 반응가스의 순환 공정을 배제함으로써 제조비용을 절감하고, 공정을 단순화할 수있다.

(2) 반응생성된 가스하이드레이트 분말을 저장 및 운반이 용이하도록 압축성형하는 과정에서 성형물에 포함된 수분을 제거하는 탈수효율을 증대시킬 수 있다.

(3) 반응관에서 반응생성되는 가스하이드레이트에 대한 유동성을 확보함으로써 종래와 같이 반응관의 관로내부에서 발생하는 플러깅 현상에 기인하는 과부하 를 방지하고, 동력손실을 줄일 수 있다.

(4) 반응관에서 반응생성된 가스하이드레이트의 해리속도를 지연시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1a 와 도 1b 는 종래기술에 따른 가스하이드레이트를 제조하는 공정을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치에 채용되는 반응생성부를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치에 채용되는 압축성형부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치에 채용되는 압축성형부의 성형지그를 도시한 구성도이다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치에 채용되는 압축성형부의 상부가압대를 도시한 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치에 채용되는 압축성형부의 하부받침대를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치를 도시한 설치상태도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치(300)는 반응가스인 메탄가스와 물과의 반응에 의해서 가스하이드레이트를 생성하는 반응생성부(100)와, 제조된 가스하드레이트 반응생성물을 저장 및 운반이 용이하도록 펠렛화하도록 압축성형하는 압축성형부(200)를 포함한다.

상기 반응생성부(100)는 제1,2반응관(110,130) 및 제1,2이송스크류(120,140)를 갖추어 외부로부터 공급되는 반응가스인 메탄가스와 물과의 반응에 의해서 가스하이드레이트를 제조하는 것이다.

상기 제1반응관(110)과 제2반응관(130)은 하부단이 서로 연통되어 외부로부터 공급되는 물이 길이중간에 일정수위를 갖도록 물이 채워지는 내부공간을 갖는 중공 금속관으로 각각 이루어진다.

상기 제1반응관(110)은 외부로부터 메탄가스와 같은 반응가스가 일정압력으로 공급되어 채워지고, 상기 반응가스와 물이 만나는 수평한 제1계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 중공관으로 이루어진다.

상기 제2반응관(130)은 외부로부터 질소가스 또는 아르곤 가스와 같은 불활성가스인 분위기가스가 공급되어 채워지고, 상기 분위기 가스인 불활성가스와 물이 만나는 수평한 제2계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 중공관으로 이루어진다.

이에 따라, 하부단이 서로 접하여 연통되는 제1,2반응관(110,130)은 상부로 갈수로 벌어지는 대략 V자형으로 배치되는 것이다.

상기 제1이송스크류(120)는 상기 제1반응관(110)의 내부로 공급된 반응가스인 메탄가스와 물이 서로 만나 반응한 다음 제1계면으로 부유된 가스하드레이트를 제1반응관(110)의 하부단과 연통된 제2반응관(130)으로 이송하도록 모터(M)와 같은 제1구동원(115)의 동력에 의해서 상기 제1반응관(110)의 내부에 일방향 회전이 가능하게 배치된다.

상기 제2이송스큐류(140)는 상기 제1반응관(110)으로부터 제1이송스크류(130)에 의해서 이송된 다음, 제2계면으로 부유되는 가스하이드레이트를 배출하도록 모터(M)와 같은 제2구동원(135)의 동력에 의해서 상기 제2반응관(130)의 내부에 일방향 회전가능하게 배치된다.

이러한 경우, 상기 제1반응관(110)의 내부공간으로 공급되는 반응가스인 메탄가스와 물간의 계면반응에 의해서 생성되어 제1계면에 부유되는 가스하이드레이트는 제1이송스크류의 회전에 의해서 제1반응관을 따라 하향이동된 다음, 그 하부단과 연통되는 제2반응관(130)으로 이송되는 것이다.

연속하여, 상기 제2반응관(130)으로 이송된 가스하이드레이트는 채워진 물과 불활성가스인 분위기가스간의 계면으로 부상된 다음, 제2이송스크류의 회전에 의해서 후공정이 가능하도록 외부배출되는 것이다.

이때, 상기 제1,2반응관(110,130)에 채워져 제1,2계면을 형성되는 수위는 상기 제1반응관의 내부로 반응가스인 메탄가스를 외부로부터 공급하는 상태에서 상기 제2반응관의 내부로 공급되는 분위기가스의 공급압력을 가변시킴으로써 반응가스와 물이 만나는 제1계면과 분위기가스와 물이 만나는 제2계면을 서로 동일한 높이를 갖도록 일정하게 유지할 수 있는 것이다.

상기 제1,2반응관(110,130)에는 각각 내부압력을 검출하여 측정할 수 있는 압력계를 각각 구비함으로써 상기 제1,2반응관을 각각 공급되어 채워지는 반응가스와 분위기가스에 의한 내부압력을 수시로 측정하고, 측정된 압력값을 근거로 하여 상기 제2반응관(130)의 내부로 공급되는 분위기가스인 불활성가스의 공급압력을 조절하여 상기 제1계면과 제2계면간의 수위가 항상 일정하게 유지되면서 같아지도록 제어할 수 있는 것이다.

상기 압축성형부는 상기 반응생성부에서 생성된 배출되는 가스하이드레이트를 공급받아 저장, 운반 및 보관이 용이하게 펠렛화하도록 압축성형하는 것이다.

이러한 압축성형부(200)는 제1,2 및 3실린더(210,220,230), 이송관(240) 및 성형지그(250)를 포함한다.

상기 이송관(240)은 상기 반응생성부의 제2반응관의 출구단과 일단이 연결되는 상기 제2반응관으로부터 배출되는 가스하이드레이트를 공급받아 상기 성형지그측으로 안내이송하는 것이다.

이러한 이송관(240)의 길이중간에는 상기 성형지그(250)측으로 이송되는 가스하이드레이트의 이송흐름을 제어할 수 있도록 엑츄에이터에 의해서 볼밸브를 작동시키는 개폐수단(241)을 구비하고, 이를 기준으로 하여 입구측과 출구측에는 가스하이드레이트의 이송흐름을 확인할 수 있도록 복수개의 감시창(242,243)을 각각 구비한다.

상기 이송관(240)은 연결플랜지를 갖는 복수개의 직선관 또는 곡선관을 연속하여 연결함으로써 상기 반응생성부(100)의 배출구과 상기 성형지그(250)의 유입구를 서로 연통연결하는 연결이송 통로기능을 수행할 수 있는 것이다.

상기 성형지그(250)는 상기 이송관(240)의 출구단과 연결되어 가스하이드레이트가 유입되는 유입구(251)를 일측면에 관통형성하고, 유입된 가스하이드레이트가 일정량 채워지는 일정크기의 직선형 캐비티를 형성하는 직선형 내부공(254)을 갖추는 한편, 타측면에는 상기 캐비티에서 압축성형된 성형물을 외부로 배출하는 배출구(252)를 관통형성한 중공관으로 이루어질 수 있다.

이러한 성형지그(250)는 지면으로부터 일정높이 설치되는 수직대의 상단에 일정각도 경사지게 조립되는 경사대(259)의 상부면에 상기 제1실린더(210)가 장착되는 상부단이 상기 제2실린더(220)가 장착되는 하부단에 비하여 상대적으로 높게 위치되도록 구비된다.

상기 제1실린더(210)는 가스하이드레이트가 채워지는 일정크기의 직선형 캐비티를 형성하는 내부공(254)에서 직선이동가능하게 배치되는 상부가압대(212)를 왕복작동시키도록 상기 성형지그(250)의 상부단에 구비되는 플랜지에 교체가능하게 조립된다.

상기 상부가압대(212)는 제1실린더(210)의 로드선단에 조립되어 상기 내부공(254)에 배치되는 일정길이의 제1연결봉(214)의 단부에 교체가능하게 조립되는 블럭체로 이루어진다.

상기 제1실린더(210)의 로드선단이 후진작동에 의해서 상기 상부가압대(212)는 상기 성형지그의 유입구(251)와 겹쳐져 가스하이드레이트의 유입을 방해하지 않도록 그 상단 외측에 대기배치되고, 압축성형을 위한 제1실린더(210)의 전진작동시에 의한 하강작동시에는 상부가압대(212)가 상기 성형지그(250)의 배출구와 겹쳐져 이를 통한 압축성형된 성형물의 배출을 방해하지 않도록 상기 배출구(252)의 상단 외측까지 하강되어 상기 유입구와 배출구사이에 위치되어야 하는 것이다.

상기 제2실린더(220)는 상기 제1실린더(210)의 상부가압대(212)와 마주하여 상기 캐비티를 형성하는 직선형 내부공(254)내에서 직선이동가능하게 배치되는 하부받침대(222)를 왕복작동시키도록 상기 성형지그(250)의 하부단에 구비되는 플랜지에 교체가능하게 조립된다.

상기 하부받침대(222)는 제2실린더의 로드선단과 연결되는 제2연결봉(224)의 단부에 교체가능하게 조립되어 상기 성형지그의 내부공에 배치되는 블럭체로 이루어지고, 상기 제2실린더(210)의 로드선단이 후진작동에 따른 하강대기시 상기 하부받침대(222)는 상기 성형지그(250)의 배출구(252)와 겹쳐져 이를 통한 압축성형된 성형물의 배출을 방해하지 않도록 대기하는 반면에 전진작동에 따른 상승대기시에는 상기 유입구와 배출구사이에 위치되어 상기 제1실린더의 상부가압대와의 사이에 가스하이드레이트가 채워지는 캐비티를 형성하게 되는 것이다.

그리고, 상기 제2실린더(220)의 하부받침대(222)가 상승대기한 상태에서 상기 제1실린더(210)의 하강작동에 의해서 상부가압대(212)가 하강되면, 상기 하부받침대와의 사이에 형성되는 간격이 좁아지면서 캐비티의 부피가 축소되기 때문에 이에 채워진 가스하이드레이트에 대한 압축성형이 이루어지게 되는 것이다.

여기서, 상기 하부받침대(222)는 캐비티에서 가스하이드레이트의 압축성형시 발생하는 수분을 외부로 배출할 수 있도록 성형물과 접하는 전면에 복수개의 관통공(221)을 형성한 밀착판(223)을 갖추고, 상기 관통공을 통해 배수되는 수분을 상기 제2연결봉(224)에 관통형성된 배수공(226)을 통해 배수처리하도록 상기 배수공과 연통되는 연결공을 구비한다.

이에 따라, 상기 제1실린더(210)의 하강작동에 의해서 상부가압대(212)와 하부받침대(222)사이에서의 가스하이드레이트에 대한 압축성형시 발생하는 수분은 상기 관통공, 연결공 및 배수공을 통하여 외부로 배출처리될 수 있기 때문에 성형물에 대한 탈수공정을 펠렛화하는 성형공정에서 동시에 수행할 수 있는 것이다.

상기 제3실린더(230)는 상기 캐비티에 채워진 가스하이드레이트를 상기 상부가압대(212)와 하부받침대(222)사이에서 압축성형한 성형물인 펠렛을 외부로 배출할 수 있도록 상기 성형지그의 일측면에 관통형성된 배출구(252)와 대응하는 배출대(232)를 상하 왕복작동시키는 것이다.

이러한 제3실린더(230)는 상기 배출구(252)와 대응하는 성형지그의 일측면에 관통형성된 배치공(253)에 상기 배출대(232)를 배치하도록 상기 성형지그의 외부면에 교체가능하도록 조립된다.

이에 따라, 상기 제2실린더(220)의 하강복귀작동에 의해서 상기 하부받침대가 초기상태로 하강복귀되면, 상기 상부가압대와 하부받침대사이에 압축성형된 성형물은 하부받침대와 더불어 하강되어 성형지그의 배출구(252)에 위치되어 대기하게 된다.

이러한 상태에서, 상기 제3실린더의 전진작동에 의해서 하강되는 배출대(232)에 의해서 상기 성형물은 배출구과 연결된 배출관을 통해 외부로 배출처리되고, 이때, 상기 성형지그의 유입구는 상승복귀되는 상부가압대에 의해서 차단되어 가스하이드레이트의 내부유입을 중단하게 된다.

이어서, 상기 성형물에 대한 배출처리 이후에 상기 제3실린더의 후진복귀에 의해 배출대가 상승복귀되면, 상기 하부받침대는 상기 배출구를 통한 가스하이드레이트의 배출이 발생하지 않도록 상승이동되고, 상기 상부가압대는 유입구를 개방하도록 상승복귀되어 가스하이드레이트의 내부유입을 가능하게 하는 것이다.

한편, 상기 성형지그(250)로부터 배출되는 성형물은 질소가스와 같은 분위기 가스가 내부공간에 충전된 저온챔버에 저장하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 반응생성부
110 : 제1반응관
120 : 제1이송스크류
130 : 제2반응관
140 : 제2이송스크류
210 : 제1실린더
220 : 제2실린더
230 : 제3실린더
240 : 이송관
250 : 성형지그

Claims (9)

1. 하이드레이트 제조용 반응가스와 물을 반응시켜 가스하이드레이트를 제조하는 장치에 있어서,
   외부로부터 공급되는 반응가스와 물이 만나는 제1계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 제1반응관과, 외부로부터 공급되는 불활성가스와 물이 만나는 제2계면에 대하여 일정각도 경사지게 설치되는 제2반응관을 갖추고, 상기 제1계면에서 생성되는 가스하드레이트분말을 상기 제2반응관으로 이송하도록 상기 제1반응관의 내부에 일방향 회전하는 적어도 하나의 제1이송스크류를 갖추고, 상기 제1반응관으로부터 이송된 가스하드레이트분말을 외부로 배출하도록 상기 제2반응관의 내부에 일방향 회전하는 적어도 하나의 제2이송스크류를 갖추어 반응가스와 물과의 반응에 의해서 가스하이드레이트분말을 생성하는 반응생성부 ;
   상기 제2반응관으로부터 배출되는 가스하이드레이트분말을 공급받아 이송하는 이송관을 갖추고, 상기 이송관의 출구단과 연결되는 유입구를 갖추어 가스하이드레이트분말이 일정량 채워지는 캐비티를 갖는 성형지그를 갖추며, 상기 캐비티내에 직선이동가능하게 배치되는 상부가압대를 왕복작동시키는 제1실린더를 갖추고, 상기 상부가압대와 마주하여 상기 캐비티내에 직선이동가능하게 배치되는 하부받침대를 왕복작동시키는 제2실린더를 갖추며, 상기 캐비티에 채워진 가스하이드레이트분말이 상부가압대와 하부받침대사이에서 압축성형된 펠렛을 배출하도록 상기 성형지그의 배출구와 대응하는 일측에 배출대를 왕복작동시키는 제3실린더를 갖추어 가스하이드레이트분말을 펠렛화하도록 압축성형하는 압축성형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1,2반응관에 물이 채워져 제1,2계면을 형성되는 수위는 상기 제2반응관의 내부로 공급되는 분위기가스의 공급압력을 가변시켜 반응가스와 물이 만나는 제1반응관의 제1계면과 상기 분위기가스와 물이 만나는 제2반응관의 제2계면을 서로 동일한 높이를 갖도록 조절되는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 성형지그는 상기 이송관의 출구단과 연결되어 가스하이드레이트분말이 유입되는 유입구를 일측면에 관통형성하고, 유입된 가스하이드레이트분말이 일정량 채워지는 일정크기의 캐비티를 형성하는 직선형 내부공을 갖추는 한편, 상기 캐비티에서 압축성형된 성형물을 배출하는 배출구를 타측면에 관통형성한 중공관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부가압대는 제1실린더의 로드선단에 조립되어 상기 성형지그의 내부공에 배치되는 일정길이의 제1연결봉의 단부에 교체가능하게 조립되는 블럭체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하부받침대는 제2실린더의 로드선단과 연결되는 제2연결봉의 단부에 교체가능하게 조립되는 블럭체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 하부받침대는 상기 캐비티에서 가스 하이드레이트분말의 압축성형시 발생하는 수분을 외부로 배출할 수 있도록 성형물과 접하는 전면에 복수개의 관통공을 형성한 밀착판을 갖추고, 상기 관통공을 통해 배수되는 수분을 상기 제2연결봉에 관통형성된 배수공을 통해 배수처리하도록 상기 배수공과 연통되는 연결공을 구비하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조장치.
7. 하이드레이트 제조용 반응가스와 물을 반응시켜 하이드레이트를 제조하는 방법에 있어서
   하부단이 서로 연통되어 물이 일정수위 채워지는 제1반응관과 제2반응관을 제공하는 단계 ;
   상기 제1반응관으로 공급되는 반응가스와 물을 제1계면에서 계면반응시켜 가스하이드레이트 분말을 생성하는 단계;
   상기 제1반응관에서 생성되어 제1계면에 부유된 가스 하이드레이트 분말을 상기 제1반응관 내부에 배치된 제1이송스크류에 의해서 분위기가스가 공급되어 채워진 제2반응관으로 이송하도록 하부로 침강시키는 단계 ;
   상기 제2반응관으로 이송되어 제2계면에 부유된 가스하이드레이트 분말을 제2반응관의 내부에 배치된 제2이송스크류에 의해서 배출하도록 상부로 이송시키는 단계 ; 및
   상기 제2반응관으로 배출되는 가스하이드레이트 분말이 공급되는 성형지그에서 탈수하면서 압착성형하여 성형물을 압착성형하는 단계 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 가스하이드레이트 분말을 생성하는 단계는 상기 제1,2반응관의 수위 조절이 상기 제2반응관에 공급되어 채워지는 분위기가스의 분압을 이용하여 상기 제1반응관의 내부로 연속하여 주입되는 메탄가스의 분압과의 평형을 유지하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 성형물을 압착성형하는 단계이후에 상기 성형지그로부터 배출되는 성형물을 분위기 가스가 충전된 저온챔버에 저장하는 단계를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 분위기 가스를 이용한 하이드레이트 연속 제조방법.

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