KR101836733B1 - 석탄시료 보관용 캐니스터 - Google Patents

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KR101836733B1
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이종열
박응순
이승록
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Abstract

본 발명은 석탄시료를 보관하는 캐니스터로서, 석탄시료를 저장하기 위한 공간을 구비하는 원통형의 내부 캐니스터; 상기 내부 캐니스터의 외각을 감싸는 형태로 구비되며, 저장된 석탄시료의 온도를 석탄 저류층의 온도로 유지시키는 온도조절장치를 구비하는 외부 캐니스터; 및 상기 내부 캐니스터의 상부에 위치하는 가스 주입부 및 가스 배출부를 구비하는 석탄시료 보관용 캐니스터를 제공한다.

Description

석탄시료 보관용 캐니스터{STORGE CANISTER OF COAL SAMPLE}
본 발명은 석탄층 메탄가스 함유량 측정을 위해 사용되는 석탄시료 보관용 캐니스터 및 이를 이용하여 석탄층 메탄가스 함유량을 측정하는 장치에 관한 것이다.
석탄층 메탄가스(CBM: Coal Bed Methane)는 연소성가스로서 약 95%의 메탄으로 구성되어 있다. 따라서 석탄광에서 채탄 중에 대기 중으로 방출되는 메탄가스의 양이 상당하다. 또한 메탄가스는 온난화 지수가 이산화탄소의 약 21배에 이르는 강력한 온실가스라는 면에서 지구온난화 및 환경분야에 커다란 문제점으로 대두되고 있다.
따라서, 석탄층에 존재하는 메탄가스를 개발하여 자원으로 활용하는 기술은, 지구온난화 및 환경분야에서의 문제점을 최소화할 뿐만 아니라, 전세계적으로도 이슈가 되고 있는 자원고갈문제를 해결할 수 있기 때문에 그 중요성은 점차 커지고 있다.
석탄층 메탄가스(CBM: Coal Bed Methane)는 식물이 지질시대 동안 석탄으로 변화되는 과정에서 발생되어 석탄분자에 흡착되거나 공극 내에 유리된 상태로 탄층 내에 존재하게 된다. 이러한 석탄층메탄가스의 개발이용 형태를 간단히 살펴보면, 개발되지 않은 석탄층에서 메탄가스를 직접 추출하여 이용하는 방법과, 석탄광의 채탄시 가스를 채집하여 이용하는 방법으로 구분된다. 특히, 채탄이 어려운 심도에 위치하는 석탄층의 경우에는, 석탄층에서 메탄가스를 직접 추출하는 방법을 이용해야만 하며, 이러한 경우에는 채탄에 의해 석탄을 생산하지 못하기 때문에, 석탄층의 메탄가스 부존량에 따라 상업적 개발여부가 결정되므로, 개발 전에 석탄층 메탄가스의 부존량을 정확히 측정하는 것이 중요하다고 할 수 있다. 석탄층의 메탄가스 함유량 측정은 간접적인 방법과 직접적인 방법으로 구분된다. 예를 들어, 간접적인 방법은 실험실 내에서 흡탈착 등온곡선 측정자료, 또는 관련 통계자료, 탄화정도로부터 가스함유량 유추자료, 밀도검층 측정치와 석탄의 밀도와 가스함유량 사이의 관계에 대한 자료 등을 이용하여, 석탄층메탄가스의 부존량을 간접적으로 측정하는 방법이다. 직접적인 방법은 현장에서 시추를 수행하여 원위치 상태(In-situ)의 석탄 코어시료를 채취하고, 석탄 시료로부터 탈착되는 가스의 양과 가스가 탈착되는 속도를 측정하는 방법이며, 간접적인 방법에 비해 신뢰도가 높다. 직접적인 방법에 의한 석탄층의 메탄가스 함유량은, 석탄 코어시료의 시추 및 운반 중에 발생되는 손실가스량(Lost gas), 탈착과정에서 발생되는 탈착가스량(Desorbed gas) 및 탈착 후 석탄 코어에 남아있는 잔류가스량(Residual gas)로 구분되며, 총 가스함유량은 이 3개 측정치의 총계이다. 이중, 탈착가스량과 잔류가스량은 석탄 코어 내부에 존재하는 가스의 양을 확인하는 방식으로 측정될 수 있다. 가스량을 측정할 수 있는 기술로, 공개특허 10-1999-0052233호는 코크스로의 가스 발생량 측정장치에 관한 것으로서, 열분해로에서 발생되는 가스량을 측정할 수 있는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 석탄에서 방출되는 가스량 측정시 지하 석탄층 온도를 유지하는 것이 실험의 신뢰도에 영향을 미치기 때문에 이를 수행할 수 있는 기능이 반드시 필요하다.
본 발명은, 온도조절 및 내부 환경의 조절이 가능한 석탄시료의 보관용 캐니스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 상기 석탄시료 보관용 캐니스터와 연결된 석탄가스 발생량 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해,
석탄층으로부터 채취된 석탄 시료를 보관하기 위한 캐니스터에 있어서,
석탄시료를 저장하기 위한 공간을 구비하는 원통형의 내부 캐니스터;
상기 내부 캐니스터의 외각을 감싸는 형태로 구비되며, 저장된 석탄시료의 온도를 석탄 저류층의 온도로 유지시키는 온도조절장치를 구비하는 외부 캐니스터; 및
상기 내부 캐니스터의 상부에 위치하는 가스 주입부 및 가스 배출부
를 구비하는 석탄시료 보관용 캐니스터를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 캐니스터와 외부 캐니스터는 탈부착이 가능할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가스 주입부를 통해 불활성 가스가 주입되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 외부 캐니스터의 내부공간에는 상기 외부 캐니스터의 내벽을 따라 형성된 나선 또는 스프링 형태의 관을 포함하는 온도 조절장치를 구비하며, 상기 관 내부로 온도조절을 위한 유체가 이동하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 내부 캐니스터 및 외부 캐니스터의 내부에 구비된 온도 측정 센서;
상기 가스 유입부 및 가스 배출부에 구비되어 출입되는 가스량을 측정하는 가스 측정 센서; 및
상기 내부 캐니스터 및 외부 캐니스터의 외부에 구비되며, 측정된 온도, 가스의 출입량 및 내부압력을 표시하는 디스플레이를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 석탄시료 보관용 캐니스터를 포함하는 석탄가스 측정장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위해,
내부 캐니스터에 석탄층으로부터 추출된 석탄시료를 저장하는 단계;
상기 내부 캐니스터를 온도조절장치가 구비된 외부 캐니스터와 결합하는 단계;
내부 캐니스터의 상부에 구비된 가스 주입부를 통해 불활성가스를 주입하여, 석탄시료에 포함된 공기 및 불순물을 제거하는 세척 단계;
상기 내부 캐니스터의 상부에 구비된 가스 배출부에 석탄가스 측정 장치를 연결하는 단계를 포함하는 석탄가스 측정 방법을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 석탄가스 측정 장치로부터 측정된 석탄가스를 재포집하여 재활용할 수 있다.
본 발명은 보관용 캐니스터에서 석탄시료의 온도를 조절할 수 있어, 가스량 측정장치에 별도의 온도 유지장치를 필요로 하지 않아 석탄시료의 측정이 보다 간소화될 수 있으며, 측정장비의 부피 및 무게 등이 감소하여 운송 및 이동이 용이하다. 따라서, 자원개발 현장에서의 실질적 적용에 매우 유리하다.
도 1은 본 발명에 따른 석탄시료 보관용 캐니스터의 개략도이다.
도 2는 내부 캐니스터와 외부 캐니스터로 분리된 캐니스터의 개략도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예들을 참조하여 보다상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위에 포함되는 변형물, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소에 대하여 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있거나 또는 간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
"구비한다", "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 지칭하는 것이고, 언급되지 않은 다른 특징, 수치, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가될 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.
본 발명은 석탄층의 메탄가스 부존량을 측정하기 위해, 석탄층으로부터 석탄 코어시료를 채집하여 상기 채집된 석탄 코어시료로부터 탈착되는 가스량을 측정하는 메탄가스 측정방법에 있어서, 상기 석탄층으로부터 채집된 석탄 코어시료의 보관을 위한 캐니스터에 관한 것이다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해,
석탄층으로부터 채취된 석탄 시료를 보관하기 위한 캐니스터에 있어서,
석탄시료를 저장하기 위한 공간을 구비하는 원통형의 내부 캐니스터;
상기 내부 캐니스터의 외각을 감싸는 형태로 구비되며, 저장된 석탄시료의 온도를 석탄 저류층의 온도로 유지시키는 온도조절장치를 구비하는 외부 캐니스터; 및
상기 내부 캐니스터의 상부에 위치하는 가스 주입부 및 가스 배출부를 구비하는 석탄시료 보관용 캐니스터를 제공한다.
도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 캐니스터(1)가 도시되어 있으며, 도 1을 참고하면, 원통형의 내부 캐니스터(10), 상기 원통형의 내부 캐니스터(10)의 외곽에 형성된 중공형의 외부 캐니스터(20)를 포함하며, 상기 내부 캐니스터에는 석탄층으로부터 채취된 석탄 코어시료가 구비되어 있고, 상기 외부 캐니스터는 내부 캐니스터의 내부온도를 조절할 수 있는 온도 조절장치(40)가 구비되어 있다.
상기 내부 캐니스터(10)의 상부에 위치한 가스 주입부(31) 및 내부 캐니스터 또는 외부 캐니스터에서 발생되는 가스를 배출하는 가스 배출부(32)를 구비하며, 상기 가스 주입부(31) 및 가스 배출부(32)에는 가스 유량 및 출입을 조절하는 가스조절 밸브가 구비될 수 있다. 상기 가스 조절 밸브는 상기 내부 캐니스터 또는 외부 캐니스터에 주입 또는 배출되는 가스의 유량을 조절할 수 있으며, 압력센서 또는 유량계 등이 구비되어 있을 수 있다.
상기 가스 주입부(31)는 내부 캐니스터의 상부에 위치하며, 석탄시료에 포함된 공기 및 불순물등을 세척하기 위해 상기 내부 캐니스터로 불활성 가스, 예를 들면, 헬륨, 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 공급하여, 공기와 석탄시료가 접촉되어 석탄시료가 산화되는 현상을 방지한다.
상기 가스 배출부(32)는 상기 불활성 가스, 불활성 가스의 주입에 의해 배출되는 공기 및 불순물 등을 배출시키며, 가스 측정기와 연결되어 석탄 가스를 배출시킨다. 일 실시예에 따르면, 상기 가스 배출부는 기능에 따라 구분되어 구비될 수 있으며, 예를 들면, 둘 이상이 구비될 수 있다.
이때, 상기 석탄시료를 보관하는 내부 캐니스터의 온도는 가스의 포집기능과 실험의 신뢰도를 향상시키기 위해 석탄시료를 저류층 온도로 유지시키는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 석탄시료 채취량 및 시추 공정에 따른 현장상황에 따라 보다 간편하고 간소화된 캐니스터를 제공하기 위해 상기 외부 캐니스터와 내부 캐니스터가 분리되는 형태일 수 있다.
예를 들면, 석탄층에서 시추를 통해 회수된 시료는 사용자가 시추기에서부터 실험실까지 직접 운반해야 하기 때문에 캐니스터의 무게와 부피 등이 적은 것이 유리하다. 본 발명에 따른 캐니스터는 외부와 내부로 분리할 수 있어, 채취된 석탄을 내부 캐니스터에 담아 저장 및 운송한 이후 외부 캐니스터와 결합하는 형태로 사용할 수 있어 운송 및 이동이 유리하다.
또한, 여러가지 지질 층에서 채취된 시료를 무게 및 부피가 작은 내부 캐니스터에 담아 운송함으로써, 보다 다양한 시료를 한번에 운송하여 측정할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 온도조절 장치(40)는 캐니스터의 내부온도를 조절하는 장치로서, 외부 캐니스터의 내벽을 따라 형성된 것일 수 있으며, 상기 내부 캐니스터의 온도를 일정한 온도로 제어하거나, 또는, 채취된 시료의 종류 및 지질의 성질에 따라 내부 캐니스터에 온도를 조절할 수 있다.
예를 들면, 외부 캐니스터에 구비되며, 외부 캐니스터의 내부 기둥의 내벽에 나선형 또는 스프링형태로 형성된 관의 형태로서, 궁극적으로는 내부 캐니스터와 결합되었을 때 내부 캐니스터의 외벽을 감싸는 구조가 될 수 있도록 구비될 수 있다. 상기 관의 내부에는 냉각수와 같은 유체가 이동하면서 내부 캐니스터의 온도를 조절할 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 상기 관은 금속관 또는 고무관일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 캐니스터는
상기 내부 캐니스터 및 외부 캐니스터의 내부에 구비된 온도 측정 센서;
상기 가스 유입부 및 가스 배출부에 구비되어 출입되는 가스량을 측정하는 가스 측정 센서; 및
상기 내부 캐니스터 및 외부 캐니스터의 외부에 구비되며, 측정된 온도, 가스 출입량 및 내부압력을 표시하는 디스플레이를 포함함으로써, 캐니스터 내부의 온도 및 가스 출입량 등을 실시간으로 체크할 수 있으며, 별도의 온도 제어장치, 가스유량 제어장치 및 압력 조절장치 등과 디스플레이를 연동하여 상기 디스플레이를 통해 각각의 제어요소들의 제어가 가능하다.
본 발명은 또한 상기 석탄시료 보관장치와 연결된 석탄가스 측정장치를 제공한다.
본 발명에 따른 석탄시료 보관용 캐니스터는 석탄층 메탄가스 개발 현장에서 석탄층에서 채취된 석탄 코어시료 포함된 석탄가스의 함유량을 측정하기 위해 가스측정장치에 연결되어 사용되며, 이때 석탄시료의 온도를 가스발생에 유리한 온도로 유지하기 위해 별도의 온도 유지 장치를 구비하는 종래의 가스 측정방법과 달리, 캐니스터 자체에 온도 조절 장치를 구비하고 있어, 기존의 측정 방법에 비해 간소화될 수 있으며, 측정장비의 운송 및 이동이 용이해져, 주로 해외 및 광범위한 현장에서 진행되는 석탄가스 시추작업에 적용되기에 보다 적합할 수 있다.
또한, 석탄 코어시료를 통한 석탄층 메탄가스 함유량은, 보통 석탄 코어시료의 시추 및 운반 중에 발생되는 손실가스량(Lost gas), 탈착과정에서 발생되는 탈착가스량(Desorbed gas) 및 탈착 후 석탄 코어에 남아있는 잔류가스량(Residual gas)로 구분되며, 총 가스함유량은 이 3개 측정치의 총계인데, 본 발명은 시료를 실제 석탄 시료가 채취된 환경과 유사한 온도로 유지해 줄 수 있어, 운반 중 발생되는 손실가스량 등의 발생을 줄일 수 있어, 측정의 신뢰도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 가스 측정장치를 이용하여, 석탄층으로부터 채취된 석탄시료로부터 석탄가스의 발생량을 측정하는 방법은,
내부 캐니스터에 석탄층으로부터 추출된 석탄시료를 저장하는 단계;
상기 내부 캐니스터를 온도조절장치가 구비된 외부 캐니스터와 결합하는 단계;
내부 캐니스터의 상부에 구비된 가스 주입부를 통해 불활성가스를 주입하여, 석탄시료에 포함된 공기 및 불순물을 제거하는 세척 단계;
상기 내부 캐니스터의 상부에 구비된 가스 배출부에 석탄가스 측정 장치를 연결하는 단계를 포함하는 석탄가스 측정 방법을 제공한다.
상기 석탄가스 발생량 측정 장치는
상기 석탄시료가 저장된 캐니스터와 각각 연결되어 석탄시료로부터 방출되는 석탄 가스의 양을 측정하는 다수개의 가스 측정부를 포함하고,
상기 가스 측정부는,
상기 석탄시료로부터 배출되는 석탄가스가 배출되는 상기 캐니스터의 배출부와 연결되며, 상기 석탄가스가 유입되는 가스 유입부;
일단이 상기 가스 유입부에 연결되고, 유입된 석탄 가스가 이동되는 가스 채널;
상기 가스 채널의 일측에 장착되어 이동되는 석탄가스의 양을 측정하는 가스 플로어 미터;
상기 가스 플로어 미터를 통해 측정된 석탄 가스의 양을 표시하는 디스플레이부; 및
상기 가스 채널의 다른 일단에 연결되어 측정된 석탄 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 석탄가스 발생량 측정장치의 가스 유입부는 상기 석탄시료 보관용 캐니스터의 배출부(32)와 연결되며, 석탄가스 발생량 측정장치의 가스 흡입장치에 의해 캐니스터에 보관된 석탄시료로부터 석탄가스가 탈착되어 상기 측정장치로 유입되는 방식으로 가스 발생량이 측정될 수 있다. 이때, 석탄가스 발생량은 온도에 의한 영향을 받을 수 있으며, 온도에 따라 실험의 신뢰도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 가스 발생량 측정시 항온으로 유지하는 것이 매우 중요한 요소이다. 따라서, 본 발명은 석탄시료 보관용 캐니스터에 온도조절 장치를 구비하여, 보관된 석탄시료를 실제 석탄시료가 채취된 환경의 온도와 유사한 저류층의 온도로 유지하여 실험의 신뢰도를 향상시켰다.
일 실시예에 따르면, 상기 석탄가스 측정장치는 석탄가스 성분 분석을 위해 석탄가스를 포집하는 가스 샘플링부를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 측정장치에서 측정된 석탄가스는 별도의 가스 포집 장치로 재포집되어 재활용 되거나 또 다른 측정에 사용될 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
1: 캐니스터
10: 내부 캐니스터
20: 외부 캐니스터
31: 온도 조절장치
32: 가스 주입부
40: 가스 배출부

Claims (8)

  1. 석탄층으로부터 채취된 석탄시료를 보관하기 위한 캐니스터에 있어서,
    석탄시료를 저장하기 위한 공간을 구비하는 원통형의 내부 캐니스터;
    상기 내부 캐니스터의 외각을 감싸는 형태로 구비되며, 저장된 석탄시료의 온도를 석탄 저류층의 온도로 유지시키는 온도조절장치를 구비하는 외부 캐니스터;
    상기 내부 캐니스터의 상부에 위치하는 가스 주입부 및 가스 배출부;
    상기 내부 캐니스터 및 외부 캐니스터의 내부에 구비된 온도 측정 센서;
    상기 가스 유입부 및 가스 배출부에 구비되어 출입되는 가스량을 측정하는 가스 측정 센서; 및
    상기 내부 캐니스터 및 외부 캐니스터의 외부에 구비되며, 측정된 온도, 가스의 출입량 및 내부압력을 표시하는 디스플레이를 구비하고,
    상기 외부 캐니스터의 내부공간에는 상기 외부 캐니스터의 내벽을 따라 나선 또는 스프링 형태로 형성된 관을 포함하는 온도 조절장치를 구비하며, 상기 관 내부로 온도조절을 위한 냉각수가 이동하고, 상기 관은 금속관 또는 고무관인 것인, 석탄시료 보관용 캐니스터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 캐니스터와 외부 캐니스터가 탈부착이 가능한 것인 석탄시료 보관용 캐니스터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입부를 통해 불활성 가스가 주입되는 것인 석탄시료 보관용 캐니스터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 석탄시료 보관용 캐니스터를 포함하는 석탄가스 측정 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108918216A (zh) * 2018-06-08 2018-11-30 华北科技学院 一种惰化煤样罐

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KR101341444B1 (ko) * 2012-12-07 2013-12-13 한국지질자원연구원 석탄층메탄가스 잔류량 측정 시스템

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