KR101871048B1 - Gas hydrate forming and separating device by using differential head - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치에 관한 것으로서, 가스 하이드레이트가 생성되는 반응기를 수직관 형태로 구성하되, 수직관에 충진된 원료수의 수두차에 의해 발생하는 수두압을 이용하여 가스 하이드레이트를 생성함으로써, 종래 고압 용기를 사용하는 경우 발생하는 용기의 파괴나 폭발의 위험을 제거할 수 있으므로 장치 운용상의 안정성을 현저히 개선하고, 별도의 가압 장치를 사용하지 않음에 따라 장치의 유지 비용을 현저히 감소시키는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치를 개시한다.The present invention relates to a gas hydrate generating and dissociating apparatus, and more particularly, to a gas hydrate generating and dissolving apparatus, which comprises a reactor in which a gas hydrate is produced in a vertical tube shape, wherein a gas hydrate is produced by using a head pressure generated by a head difference in a raw water filled in a vertical tube Therefore, it is possible to eliminate the risk of breakage or explosion of the container caused by the use of the conventional high-pressure vessel, so that the stability of the operation of the apparatus is remarkably improved and the maintenance cost of the apparatus is remarkably reduced by not using a separate pressurizing device Disclosed is a gas hydrate generation and dissociation apparatus using a water column.

Description

수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치{Gas hydrate forming and separating device by using differential head}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a gas hydrate forming and separating device,

본 발명은 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스 하이드레이트가 생성되는 반응기를 수직관 형태로 구성하되, 수직관에 충진된 원료수의 수두차에 의해 발생하는 수두압을 이용하여 반응기의 하부에서 가스 하이드레이트를 생성함으로써, 별도의 가압 장치를 사용하지 않음에 따라 장치 운용상의 안정성을 현저히 향상시키고, 장치의 유지 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas hydrate generating and dissolving apparatus, and more particularly, to a gas hydrate generating and dissolving apparatus which comprises a reactor in which gas hydrate is produced in a vertical tube shape, wherein a water head pressure generated by a water head difference By generating gas hydrate in the lower part of the reactor, the gas hydrate generation and dissociation device using the water head difference which can remarkably improve the stability of the apparatus operation and remarkably reduce the maintenance cost of the apparatus by not using a separate pressurizing device .

가스 하이드레이트(gas hydrate)는 천연 가스가 저온 및 고압에 의해 얼음 형태로 고체화된 물질로서, 수소결합에 의한 호스트(host) 물질 분자의 3차원 격자 구조의 내부에 게스트(guest) 물질 분자가 화학결합을 하지 않고 물리적으로 포획되어 있는 결정성 화합물로 포접 수화물(clathrate hydrate)이라고도 한다. Gas hydrate is a material in which natural gas is solidified in the form of ice at low temperature and high pressure. Inside a three-dimensional lattice structure of a host material molecule by hydrogen bonding, a guest material molecule is chemically bonded Is a crystalline compound that is physically entrapped in the absence of a catalyst and is sometimes referred to as clathrate hydrate.

이 때, 호스트 분자는 물(H2O) 분자이고, 게스트 분자는 메탄(CH4)이나 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 등과 같이 분자량이 작은 가스 분자들인 경우를 특히 가스 하이드레이트라고 한다.At this time, the host molecule is water (H 2 O) molecules, and the guest molecules of methane (CH 4) and ethane (C 2 H 6), propane (C 3 H 8), carbon dioxide (CO 2), nitrogen (N 2 ) And the like are referred to as gas hydrates in particular.

상기와 같이 자연 상태에서 채굴된 가스 하이드레이트는 대부분 연소 시에 이산화탄소의 발생량이 적기 때문에 초기에는 화석 연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로 관심이 집중되어 왔다.The gas hydrate mined in the natural state as described above has been mainly focused on a clean energy source that can replace fossil fuels in the early stage because the amount of carbon dioxide generated during combustion is small.

최근에는 전세계적으로 물산업이 급속한 성장을 하고 있고, 고효율 저에너지 구현이 가능한 가스 하이드레이트를 이용한 신개념 수처리 기술 개발에 대한 관심이 급증하고 있는데, 이는 원료수에 포함된 여러가지 불순물(염분, 방사성 핵종, 난분해성 화학성분 등)에 대해 안정적인 수처리가 가능하므로 다양한 분야에 직접 활용될 수 있기 때문이다.Recently, the water industry has been growing rapidly worldwide, and there is a growing interest in the development of a new concept of water treatment technology using gas hydrate capable of achieving high efficiency and low energy. This is due to the fact that various impurities (salt, radionuclide, Degradable chemical components, etc.) can be used for various applications.

또한, 가스 하이드레이트는 결정 구조를 이용하여 천연 가스의 고체화를 통한 저장 및 수송, 온난화 방지를 위한 이산화탄소의 격리 및 저장 등에 사용될 수 있어서 가스 하이드레이트와 관련된 기술의 용도는 매우 광범위하다.Further, the gas hydrate can be used for storage and transportation through solidification of natural gas using a crystal structure, isolation and storage of carbon dioxide for prevention of warming, and the use of the technology related to gas hydrate is very wide.

이에 따라, 가스 하이드레이트를 인공적으로 제조하기 위한 다양한 방법과 장치가 개발되어 왔으며, [선행기술문헌 1]에는 반응기 내부에서 원료가스와 물을 반응시켜 가스 하이드레이트를 생성할 때, 반응기에 가스 하이드레이트의 취출구를 설치하고 액면의 길이를 조절하여 생성된 가스 하이드레이트를 배출함으로써 공정의 중단을 방지하는 가스 하이드레이트의 생성 방법 및 장치가 개시되어 있다.Accordingly, various methods and apparatuses for artificially manufacturing gas hydrates have been developed. [Prior Art Document 1] discloses a method for producing gas hydrate by reacting raw material gas and water in a reactor, And controlling the length of the liquid surface to discharge the generated gas hydrate, thereby preventing the interruption of the process.

그러나 상기 [선행기술문헌 1]에 따른 가스 하이드레이트 생성 방법 및 장치는 가스 하이드레이트를 생성하기 위해 반응기 내부를 고압으로 유지함에 따라 높은 압력에 의해 반응기가 파손되는 등의 위험성과 비용이 증가되는 문제점이 있다.However, the method and apparatus for generating gas hydrate according to the prior art document 1 have a problem that the risk and cost such as breakage of the reactor due to high pressure are increased by keeping the inside of the reactor at a high pressure for producing gas hydrate .

상기와 같은 고압 반응기의 문제점을 해결하기 위하여, [선행기술문헌 2]에는 저온 가스를 사용하는 가스 하이드레이트의 제조 방법으로, 주입되는 가스 자체의 냉열에 의해서 가스 하이드레이트를 생성하는 방법이 개시되어 있다.In order to solve the problems of the above-described high-pressure reactor, [Prior Art Document 2] discloses a method of producing gas hydrate using low-temperature gas, and a method of generating gas hydrate by cold heat of the gas to be injected.

그러나, 상기 [선행기술문헌 2]에 따른 방법의 경우, 가스 하이드레이트 생성을 위한 온도 조건을 충족시키기 위하여 특정한 상태 예컨대, 액화석유가스(LPG) 등의 액화 상태의 저온 가스만을 이용해야 하는 제약이 있는 바, 다양한 가스를 이용하여 가스 하이드레이트를 생성하는데 한계가 있는 실정이다.However, in the case of the method according to the above [Prior art document 2], there is a restriction that only a low temperature gas in a liquefied state such as a liquefied petroleum gas (LPG) is used in order to satisfy a temperature condition for generating gas hydrate There is a limit to the production of gas hydrate using various kinds of gas and bar.

일본공개특허 제2003-41272호 (공개일: 2003. 2. 13)Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-41272 (published on Feb. 13, 2003) 한국공개특허 제2010-0137285호 (공개일: 2010. 12. 30)Korea Patent Publication No. 2010-0137285 (published on December 30, 2010)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은, 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 반응기를 수직관 형태로 구성하되, 별도의 가압 장치를 사용하지 않고 상기 수직관에 충진된 원료수의 수두차에 의해 발생되는 수두압을 이용함으로써, 장치 운용상의 안정성이 현저히 향상되고, 장치 유지 비용이 현저히 감소된 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치를 제공하기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a reactor for generating gas hydrate in a vertical tube shape, The present invention is to provide a gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head difference in which the stability of the apparatus operation is remarkably improved and the apparatus maintenance cost is remarkably reduced by using the water head pressure generated by the water head difference of the raw material water.

또한, 본 발명의 다른 목적은 가스 하이드레이트가 생성된 후 상대적으로 고농도의 불순물을 함유하는 여액이 원료수 공급 방향으로 역류되는 것을 방지하고, 미리 정해진 주기에 따라 상기 여액을 반응기 외부로 배출함으로써, 불순물의 함량이 적은 원료수를 지속적으로 공급할 수 있는 바, 가스 하이드레이트의 생성 효율이 현저히 향상된 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to prevent the filtrate containing a relatively high concentration of impurities after the generation of the gas hydrate from flowing back in the raw water supply direction and to discharge the filtrate to the outside of the reactor according to a predetermined period, The present invention is to provide a gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head difference in which the production efficiency of gas hydrate is remarkably improved.

또한, 본 발명의 다른 목적은 생성된 가스 하이드레이트가 배출될 때 온도를 증가시킴으로써 표면에 응결된 불순물을 탈착시키고, 가스 하이드레이트를 해리시킨 해리수의 일부를 반응기의 중도에 재공급하여 가스 하이드레이트의 표면에 응결된 불순물을 세정함으로써 불순물의 함량이 현저히 감소된 고순도의 가스 하이드레이트를 생성할 수 있는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a gas hydrate which is capable of desorbing condensed impurities on the surface by increasing the temperature when the produced gas hydrate is discharged and re-supplying a part of the dissociated water of the gas hydrate to the middle of the reactor, The present invention provides a gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head difference capable of producing a high-purity gas hydrate in which the content of impurities is significantly reduced by washing impurities condensed in the gas hydrate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 가스 하이드레이트를 생성하는 수직관 형태의 반응기부, 상기 반응기부에 원료수를 공급하는 원료수공급부 및 상기 반응기부에 원료수와 반응하여 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하되, 상기 가스공급부는 상기 반응기부에 충진되는 원료수의 수두차에 의한 수두압을 이용하여, 가스 하이드레이트가 생성될 수 있도록 상기 반응기부의 하부에 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the apparatus for generating and dissociating gas hydrate using a water head according to the present invention comprises a reactor having a vertical tube shape for generating a gas hydrate, a raw water supply part for supplying raw water to the reactor, And a gas supply unit for supplying gas to the base to generate gas hydrate by reacting with the raw water, wherein the gas supply unit generates the gas hydrate by using the water head pressure based on the water head difference of the raw water filled in the reactor, The gas is supplied to the lower portion of the reaction vessel.

또한, 상기 반응기부는 원료수가 공급되고 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 수두압을 제공하는 제1수직관과, 상기 제1수직관의 하부와 연통되어 상기 생성된 가스 하이드레이트를 배출시키는 제2수직관으로 구성되되, 상기 제2수직관은 상기 제1수직관보다 길이가 짧은 것을 특징으로 한다.Further, the reactor portion may include a first vertical tube for supplying water pressure and generating head pressure for generating gas hydrate, and a second vertical tube communicating with the lower portion of the first vertical tube to discharge the generated gas hydrate And the second vertical tube is shorter than the first vertical tube.

또한, 상기 반응기부는 상기 가스 하이드레이트의 생성 반응을 위해 내부를 저온 상태로 유지하기 위한 열교환기를 더 포함하되, 상기 열교환기는 상기 제1수직관 전체와 상기 제2수직관의 적어도 하부 일부를 감싸는 재킷 형태로 설치되는 것을 특징으로 한다.Further, the reactor further includes a heat exchanger for maintaining the interior of the reactor at a low temperature for the reaction of generating the gas hydrate, wherein the heat exchanger includes a jacket surrounding at least a part of the first vertical tube and at least a lower portion of the second vertical tube, And the like.

또한, 상기 가스공급부는 상기 제2수직관의 하부에 가스를 공급하고, 상기 제1수직관과 제2수직관의 연결부에는 가스 하이드레이트가 생성된 후, 상기 제2수직관의 하부에 잔류하는 여액이 상기 제1수직관 방향으로 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The gas supply unit supplies gas to the lower portion of the second vertical tube, and after the gas hydrate is generated in the connection portion between the first vertical tube and the second vertical tube, the remaining portion of the filtrate remaining in the lower portion of the second vertical tube Further comprising a backflow prevention valve for preventing backflow in the first horizontal direction.

또한, 상기 반응기부는 가스 하이드레이트가 생성된 후 하부에 잔류하는 상기 원료수의 여액을 외부로 배출하기 위한 여액배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the reactor may further include a filtrate outlet for discharging the filtrate of the raw water remaining in the lower portion after the gas hydrate is produced.

또한, 상기 반응기부에서 생성된 가스 하이드레이트가 외부로 배출되는 경우, 상기 배출된 가스 하이드레이트를 해리시켜 해리수와 가스로 분리하는 해리부를 더 포함하되, 상기 해리부는 상기 해리수의 적어도 일부를 상기 제2수직관의 중도에 재공급함으로써, 상기 제2수직관의 상부로 부상되는 가스 하이드레이트의 표면에 응결된 불순물을 세정하는 것을 특징으로 한다.The dissociation unit may further include a dissociation unit for dissociating the discharged gas hydrate into dissociation water and gas when the gas hydrate generated in the reaction unit is discharged to the outside, And the second water pipe is re-supplied to the middle of the second water pipe so as to clean the condensed impurities on the surface of the gas hydrate that floats above the second water pipe.

본 발명에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 반응기를 길이가 서로 다른 수직관 형태로 구성하되, 길이가 긴 수직관에 충진된 원료수의 수두차에 의한 수두압을 이용하여 가스 하이드레이트를 생성함에 따라, 장치 운용상의 안정성이 현저히 향상되고, 별도의 가압 장치가 필요 없으므로 장치의 유지 비용이 현저히 감소되는 장점이 있다.The apparatus for generating and dissociating gas hydrate using a water head according to the present invention is characterized in that a reactor for generating gas hydrate is formed in a vertically elongated tube shape, As the gas hydrate is produced by using the pressure, stability of the apparatus operation is remarkably improved, and there is an advantage that the maintenance cost of the apparatus is remarkably reduced because a separate pressurizing apparatus is not necessary.

또한, 본 발명에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 가스 하이드레이트를 생성하는 반응기의 중도에 역류방지밸브를 구비하여 상대적으로 고농도의 불순물을 함유하는 여액이 원료수 공급 방향으로 역류되는 것을 방지하고, 반응기의 하부 일측에 여액배출구를 설치하여 일정 주기에 따라 상기 여액을 반응기의 외부로 배출시킴으로써, 가스 하이드레이트의 생성 효율이 현저히 향상되는 장점이 있다.The apparatus for generating and dissociating gas hydrate using the water head according to the present invention is characterized in that a reverse flow preventing valve is provided in the middle of a reactor for generating gas hydrate so that the filtrate containing a relatively high concentration of impurities flows backward in the raw water supply direction And the filtrate outlet is provided at one side of the lower part of the reactor to discharge the filtrate to the outside of the reactor according to a predetermined period, thereby remarkably improving the production efficiency of the gas hydrate.

또한, 본 발명에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 길이가 짧은 수직관의 일부에만 열교환기를 설치함으로써 가스 하이드레이트가 배출될 때 온도가 상승되어 표면에 응결된 불순물이 탈착되고, 해리수의 일부를 짧은 수직관의 중도에 재공급하여 불순물을 세정함에 따라, 가스 하이드레이트의 표면에 응결된 불순물의 제거 효율이 현저히 향상된 고순도의 가스 하이드레이트를 생성시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head according to the present invention has a heat exchanger installed only in a part of a short vertical tube, so that the temperature is raised when the gas hydrate is discharged, so that impurities condensed on the surface are desorbed, The present invention is advantageous in that a high-purity gas hydrate having a remarkably improved removal efficiency of condensed impurities on the surface of the gas hydrate can be produced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치의 제어부 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치의 작동 순서도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a gas hydrate generation and dissociation apparatus using a water head difference according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a block diagram of a controller of a gas hydrate generation and dissociation apparatus using a water head difference according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is an operation flowchart of a gas hydrate generation and dissociation apparatus using a water head difference according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 상세한 설명 및 청구범위의 기재 중, 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 이산화탄소(CO2), 수소불화탄소(HFC; hydro-fluoro-carbon) 또는 과불화화합물(PFC; perfluoro compound)등 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 다수의 게스트 분자는 ‘가스’로 지칭하고, 호스트 분자는 ‘원료수’로 지칭한다.(CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), carbon dioxide (CO 2 ), hydrofluoro-carbon (HFC), and the like, among the descriptions and claims of the present invention. Many guest molecules for generating gas hydrates such as carbon or perfluoro compound (PFC) are referred to as 'gas' and host molecules as 'raw water'.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a gas hydrate generation and dissociation apparatus using a water head difference according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치(100)는 가스 하이드레이트를 생성하는 반응 공간이 마련된 수직관 형태의 반응기부(30), 상기 반응기부(30)에 연결되어 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 원료수를 공급하는 원료수공급부(10), 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부(20), 상기 반응기부(30)에서 생성된 가스 하이드레이트를 외부로 배출하는 배출부(40), 상기 배출부(40)에서 배출된 가스 하이드레이트를 해리시켜 해리수와 가스로 분리하는 해리부(50) 및 상기 장치를 이용하여 가스 하이드레이트를 생성시키는 과정에서 상기 장치부들을 제어하는 제어부(60)를 포함하여 구성된다.The apparatus for generating and dissociating a gas hydrate using a water head according to an embodiment of the present invention includes a reactor 30 in the form of a straight tube having a reaction space for generating gas hydrate, A raw water supply portion 10 for supplying raw water for generating hydrate, a gas supply portion 20 for supplying gas for generating gas hydrate, a discharge portion for discharging the gas hydrate produced in the reactor portion 30 to the outside (40), a dissociation part (50) for dissociating the gas hydrate discharged from the discharge part (40) into dissociation water and gas, and a device for controlling the device parts in the process of generating gas hydrate And a control unit (60).

상기 원료수공급부(10)는 가스 하이드레이트(엄밀히는, 가스 하이드레이트 슬러리) 생성을 위한 원료수를 공급하기 위한 것으로서, 원료수공급부(10)에서 나온 원료수는 급수펌프(11)와 필터(12)를 거쳐 원료수공급관(13)을 통해 상기 반응기부(30)에 공급된다.The raw water supply part 10 supplies raw water for generating gas hydrate (strictly, gas hydrate slurry). The raw water from the raw water supply part 10 is supplied to the water supply pump 11 and the filter 12, And is supplied to the reactor 30 through the raw water supply pipe 13.

상기 원료수는 피처리수로서 오염물질 제거가 필요한 오염수(오수, 폐수 등)이거나 담수화가 필요한 해수일 수 있다.The raw water may be polluted water (sewage, wastewater, or the like) that requires removal of pollutants as the for-treatment water or seawater requiring desalination.

상기 가스공급부(20)는 가스 하이드레이트 생성을 위한 가스를 공급하기 위한 것으로서, 상기 가스공급부(20)에서 나온 가스는 상기 반응기부(30)에 공급되어 상기 원료수와의 반응을 통해 가스 하이드레이트가 생성된다.The gas supplied from the gas supply unit 20 is supplied to the reactor 30 and reacts with the raw water to generate gas hydrate do.

상기 반응기부(30)는 상기 원료수와 가스의 반응을 통해 가스 하이드레이트가 생성되는 반응 공간이다.The reactor 30 is a reaction space in which gas hydrate is produced through the reaction between the raw water and the gas.

본 발명의 실시예에 따른 상기 반응기부(30)는 길이가 서로 다른 수직관 형태로 구성되되, 길이가 긴 제1수직관(31)과 길이가 짧은 제2수직관(33)을 포함하며, 상기 제1수직관(31)의 하부와 상기 제2수직관(33)의 하부는 서로 연통되어 연결부(32)를 형성한다.The reactor unit 30 according to the embodiment of the present invention includes a first vertical straight pipe 31 having a long length and a second vertical pipe 33 having a short length, The lower portion of the first vertical tube (31) and the lower portion of the second vertical tube (33) communicate with each other to form a connection portion (32).

상기 연결부(32)는 관형으로 형성될 수도 있으나 이에 한정되지 아니하며, 상기 제1수직관(31)의 하부와 상기 제2수직관(33)의 하부가 직접 연통될 수도 있는 바, 그 형태나 연결 방식에 구애받지 않는다.The connection portion 32 may be formed in a tubular shape but is not limited thereto and the lower portion of the first vertical tube 31 and the lower portion of the second vertical tube 33 may be directly connected to each other, It does not depend on the method.

다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 제1수직관(31), 제2수직관(33) 및 연결부(32)로 구분하여 설명한다. Hereinafter, for convenience of explanation, the first vertical straight pipe 31, the second vertical straight pipe 33, and the connecting portion 32 will be described as shown in FIG.

상기 제1수직관(31)의 상부에는 상술한 바와 같이 원료수공급관(13)에서 공급된 원료수가 주입되는 개구로서 원료수주입구(14)가 형성되어 있다.As described above, the raw water inlet 14 is formed as an opening through which the raw water supplied from the raw water supply pipe 13 is injected into the upper portion of the first vertical pipe 31.

이를 통해, 상기 제1수직관(31)의 내부는 상기 원료수로 충진되고, 상기 제1수직관(31)에 채워진 원료수의 높이차 즉, 수두차(differential head)에 의한 수두압이 발생하여 상기 제1수직관(31)의 하부에는 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 압력 조건이 형성된다.Accordingly, the inside of the first vertical tube 31 is filled with the raw material water, and the height difference of the raw water filled in the first vertical tube 31, that is, the head pressure due to the differential head is generated A pressure condition for generating a gas hydrate is formed in the lower portion of the first vertical tube 31.

즉, 상기 제1수직관(31)은 원료수가 공급되고, 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 압력 조건을 발생시키는 수두압 제공부로 작용한다.That is, the first vertical straight pipe 31 is supplied with the raw water, and functions as a head-column pressure providing unit for generating a pressure condition for generating gas hydrate.

한편, 상기 제1수직관(31)의 상부에는 상기 원료수가 상기 제1수직관(31)의 내부에 채워질 때 수위를 측정할 수 있도록 수위센서(34)가 설치된다.On the other hand, a water level sensor 34 is installed on the upper portion of the first vertical pipe 31 so that the water level can be measured when the raw water is filled in the first vertical pipe 31.

상기 수위센서(34)에 의해 감지된 수위의 변화에 따라 상기 제어부(60)는 상기 급수펌프(11)를 제어하여 상기 제1수직관(31)에 주입되는 원료수의 공급 여부 및 공급량을 조절한다.The control unit 60 controls the water supply pump 11 to adjust the supply amount and the supply amount of the raw water injected into the first vertical pipe 31 according to the change in the water level sensed by the water level sensor 34 do.

이를 통해, 상기 제1수직관(31)에는 미리 설정된 수위의 원료수가 충진되도록 제어되어 일정한 수두압이 유지되므로, 가스 하이드레이트의 생성 반응이 일정한 압력 범위에서 지속적으로 진행될 수 있다.As a result, a constant water head pressure is maintained in the first water straight pipe 31 by controlling the amount of water to be filled at a preset water level, so that the reaction of generating the gas hydrate can be continuously performed in a constant pressure range.

또한, 상기 제1수직관(31)에는 상기 수위센서(34) 외에도 압력게이지(미도시)를 구비하여 상기 제1수직관(31)의 하부에서 발생되는 수두압을 측정하고, 그 결과를 상기 제어부(60)에 의해 피드백 제어함으로써, 가스 하이드레이트의 생성을 위한 압력 조건을 더욱 정밀하게 제어할 수도 있다. The first vertical pipe 31 is provided with a pressure gauge (not shown) in addition to the water level sensor 34 to measure the water head pressure generated in the lower portion of the first vertical pipe 31, By the feedback control by the control unit 60, the pressure condition for generation of the gas hydrate can be controlled more precisely.

상기 제1수직관(31)의 길이는 일예로서 35 ~ 50 미터(m)이고, 이 때 상기 제1수직관(31)의 하부, 상기 연결부(32) 또는 상기 제2수직관의 하부에 발생되는 압력은 3.5 ~ 5 바(bar)로 유지될 수 있다.The length of the first vertical straight pipe 31 is 35 to 50 meters (m), for example, and the length of the first vertical straight pipe 31 The pressure can be maintained at 3.5 to 5 bar.

한편, 상기 반응기부(30)를 가스 하이드레이트가 생성되기에 적합한 압력과 온도로 유지하는 경우에도 생성 반응이 발열 반응이기 때문에 상기 반응기부(30)의 내부는 가스 하이드레이트가 생성됨에 따라 온도가 상승하게 된다.In addition, even when the reactor 30 is maintained at a pressure and a temperature appropriate for the formation of gas hydrate, since the reaction is an exothermic reaction, the temperature of the reactor 30 increases as the gas hydrate is generated do.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 가스 하이드레이트의 생성열을 신속히 제거함으로써 가스 하이드레이트의 생성 효율을 더욱 향상시키기 위하여, 상기 반응기부(30)의 외측면에 재킷(jacket) 형태의 열교환기(35)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, a jacket-type heat exchanger 35 is attached to the outer surface of the reactor 30 to further improve the gas hydrate production efficiency by rapidly removing the generation heat of the gas hydrate And further installed.

즉, 상기 열교환기(35)는 상기 제1수직관(31) 및 상기 연결부(32) 전체와, 상기 제2수직관(33)의 적어도 하부 일부를 감싸도록 설치된다.That is, the heat exchanger 35 is installed so as to surround the entirety of the first vertical pipe 31 and the connecting portion 32 and at least a lower portion of the second vertical pipe 33.

상기 열교환기(35)는 외부의 냉각기(chiller, 37)로부터 기상 또는 액상의 냉각유체를 공급받아 순환시킴으로써, 상기 반응기부(30)의 내부를 가스 하이드레이트의 생성 반응이 원활히 진행될 수 있는 저온 상태로 유지하고, 상기 가스 하이드레이트가 생성될 때 발생되는 생성열을 신속히 제거할 수 있다.The heat exchanger 35 is supplied with a gas or liquid cooling fluid from an external chiller 37 and circulates the gas or liquid cooling fluid to cool the inside of the reactor 30 to a low temperature state And the generation heat generated when the gas hydrate is generated can be quickly removed.

또한, 상기 반응기부(30)의 내부에는 별도의 온도 센서(미도시)를 구비하고 이를 상기 제어부(60)를 통해 제어함으로써, 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 최적의 온도 조건을 지속적으로 유지할 수도 있다.In addition, a separate temperature sensor (not shown) may be provided in the reactor 30 and may be controlled through the controller 60 to continuously maintain the optimum temperature condition for generating the gas hydrate.

또한, 상기 열교환기(35)를 재킷 형태로 구성함으로써, 상기 반응기부(30)와의 접촉 면적이 향상되므로, 발열 반응인 가스 하이드레이트 생성 반응의 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 이중 재킷 형태로 구성하여 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다.In addition, since the heat exchanger 35 is formed in a jacket shape, the contact area with the reactor 30 is improved, so that the cooling efficiency of the gas hydrate generating reaction, which is an exothermic reaction, can be improved. The cooling efficiency can be further improved.

상술한 바와 같이, 상기 제1수직관(31)에 충진된 원료수의 수두차에 의한 수두압과 상기 제1수직관(31)에서 상기 열교환기(25)에 의해 열교환된 저온의 원료수를 이용하여 상기 반응기부(30)의 하부에서 가스 하이드레이트의 생성 반응이 진행된다.As described above, the water head pressure due to the water head difference of the raw water filled in the first water straight pipe 31 and the low water raw water number exchanged by the heat exchanger 25 in the first water straight pipe 31 The reaction of forming the gas hydrate proceeds in the lower part of the reactor section 30.

이 때, 상기 원료수와의 반응을 위해 상기 제2수직관(33)의 하부에는 상기 가스공급부(20)로부터 가스주입구(21)를 통해 기상 또는 액상의 가스가 주입된다.At this time, gas or liquid gas is injected from the gas supply unit 20 through the gas inlet 21 to the lower part of the second vertical tube 33 for reaction with the raw water.

상기 가스주입구(21)는 상기 제2수직관(33)의 하부에 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 아니하며 상기 반응기부(30)의 하부 일측에 구비될 수도 있다.The gas injection port 21 is provided below the second vertical tube 33. However, the gas injection port 21 is not limited thereto and may be provided at a lower side of the reactor 30.

상기 가스는 기상 또는 액상일 수 있는데, 기상일 경우 CH4, C2H6, C3H8, CO2, H2, Cl2, SF6, CFC계 물질, HCFC계 물질, PFC계 물질 또는 HFC계 물질 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 액상일 경우 SF6, CFC계 물질, HCFC계 물질, PFC계 물질 또는 HFC계 물질 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The gas may be in a gaseous state or a liquid state. When the gas is in a gaseous state, the gas may be CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , H 2 , Cl 2 , SF 6 , CFC materials, HCFC materials, HFC-based materials, and in the case of a liquid phase, SF 6 , CFC-based materials, HCFC-based materials, PFC-based materials, or HFC-based materials may be used.

본 발명의 실시예에서는 일예로서 상기 가스로서 액상의 HFC-134a 냉매를 사용하였다.In an embodiment of the present invention, liquid HFC-134a refrigerant is used as the gas.

이와 같이, 액상의 냉매 가스와 상기 원료수가 반응하는 경우는 액상-액상의 반응으로, 기상의 냉매를 사용하는 경우보다 액상의 냉매를 사용할 경우 원료수와 가스의 접촉 빈도가 증가한다.As described above, when the liquid coolant gas and the raw material water react with each other, the liquid-liquid reaction occurs. When the liquid coolant is used, the contact frequency between the raw water and the gas increases.

이에 따라, 원료수와 가스의 접촉 빈도에 비례하는 가스 하이드레이트의 반응 특성상 가스 하이드레이트 생성을 위한 반응 속도(즉, 온도 상승 속도)가 빨라지므로 가스 하이드레이트의 생성 효율이 향상되는 효과가 있다.Accordingly, the reaction rate (i.e., the temperature rising rate) for generating gas hydrate is increased due to the reaction nature of the gas hydrate, which is proportional to the frequency of contact between the raw water and the gas, so that the production efficiency of the gas hydrate is improved.

한편, 후술하는 바와 같이 상기 제어부(60)는 해리수공급밸브(55)를 제어하여 상기 해리부(50)에서 해리된 해리가스(53)를 해리가스공급관(54) 및 해리가스공급밸브(56)을 통해 상기 반응기부(30)에 재공급하는 것으로 구성된다.The control unit 60 controls the dissolving water supply valve 55 so that the dissociation gas 53 dissociated in the dissociation unit 50 is supplied to the dissociation gas supply pipe 54 and the dissociation gas supply valve 56 To the reactor section 30 through the gas supply line.

이를 통해, 가스 하이드레이트를 해리하는 과정에서 산출된 상기 해리가스(53)를 순환시켜 재공급할 수 있으므로, 원료 가스의 사용 효율 및 가스 하이드레이트의 생성 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, since the dissociation gas 53 generated in the process of dissociating the gas hydrate can be circulated and re-supplied, the use efficiency of the source gas and the gas hydrate generation efficiency can be further increased.

상술한 바와 같이, 상기 반응기부(30)의 하부에서 원료수와 가스의 반응을 통해 생성된 가스 하이드레이트는 밀도차에 의해 상기 제2수직관(33)의 하부에서 상부로 부상하고, 상기 제2수직관(33)의 상부에 구비된 배출부(40)를 통해 상기 해리부(50)로 배출된다.As described above, the gas hydrate generated through the reaction of the raw water and the gas in the lower portion of the reactor 30 floats upward from the lower portion of the second vertical tube 33 due to the density difference, And is discharged to the dissociation part 50 through a discharge part 40 provided on the upper part of the vertical tube 33.

한편, 상기 반응기부(30)의 하부에서 가스 하이드레이트가 생성된 후, 상기 제2수직관(33)의 하부에 잔류하는 고농도의 불순물을 함유하는 여액이 상기 연결부(32)를 통해 상기 제1수직관(31) 방향으로 역류되는 것을 방지하기 위하여, 상기 연결부(32)의 중도에는 역류방지밸브(36)가 설치된다.After the gas hydrate is generated in the lower portion of the reactor 30, a filtrate containing impurities at a high concentration remaining in the lower portion of the second vertical tube 33 flows through the connecting portion 32, In order to prevent the backflow in the direction of the straight pipe 31, a backflow prevention valve 36 is provided in the middle of the connection portion 32.

상기 역류방지밸브(36)는 공지의 체크밸브 등을 이용하며, 상기 연결부(32)에서 상기 여액의 흐름이 상기 제2수직관(33)에서 상기 제1수직관(31) 방향으로 역류하는 것을 방지한다.The check valve 36 uses a known check valve or the like so that the flow of the filtrate in the connection part 32 flows back from the second vertical pipe 33 toward the first vertical pipe 31 prevent.

일반적으로, 가스 하이드레이트가 지속적으로 생성되는 경우 잔류하는 여액 내의 불순물 농도는 증가하므로, 가스 하이드레이트가 생성되는 상기 제2수직관(33)의 하부의 원료수는 가스 하이드레이트 생성 반응이 진행됨에 따라, 상기 제1수직관(31)의 상부로 공급되는 원료수에 비해 상대적으로 고농도의 불순물을 함유하게 된다.Generally, when the gas hydrate is continuously generated, the impurity concentration in the remaining filtrate is increased. Therefore, the raw water in the lower part of the second vertical tube 33 in which the gas hydrate is produced, The impurity is contained at a relatively high concentration as compared with the raw water supplied to the upper portion of the first vertical straight pipe 31.

이러한 불순물이 원활히 제거되지 않을 경우, 공급되는 원료수와 가스 하이드레이트가 생성된 후 잔류하는 여액이 혼합되어 반응기부(30)의 내부에는 불순물의 농도가 계속 증가하게 되므로, 가스 하이드레이트의 생성 효율이 감소하게 된다.If such impurities are not removed smoothly, the concentration of the impurities is continuously increased in the reactor 30 by mixing the raw water supplied and the filtrate remaining after the gas hydrate is formed, so that the production efficiency of the gas hydrate decreases .

따라서, 상기 역류방지밸브(36)를 통해 상대적으로 고농도의 불순물이 함유된 여액이 상기 제1수직관(31) 방향으로 역류되지 않도록 함으로써, 상기 연결부(32)의 내부에는 상대적으로 불순물의 함량이 적은 원료수가 지속적으로 공급되므로 가스 하이드레이트의 생성 효율이 현저히 향상될 수 있다. Therefore, the filtrate containing the relatively high concentration of impurities through the check valve 36 is prevented from flowing backward in the direction of the first straight pipe 31, so that the content of the impurities is relatively increased in the connection portion 32 Since a small amount of raw material is continuously supplied, the production efficiency of gas hydrate can be remarkably improved.

더불어, 상기 제2수직관(33)의 하부 일측에는 상기 여액을 반응기부(30)의 외부로 배출시키기 위하여 여액배출밸브(38)가 구비되는 바, 이를 통해 상기 제2수직관(33)의 하부에 불순물의 함량이 적은 원료수가 지속적으로 공급되도록 함으로써, 가스 하이드레이트의 생성 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, a filtrate discharge valve 38 is provided on one side of the lower portion of the second vertical tube 33 to discharge the filtrate to the outside of the reactor 30, The raw water having a low content of impurities is continuously supplied to the lower portion, thereby further improving the production efficiency of the gas hydrate.

이를 위해, 상기 제어부(60)는 메모리부(65)에 미리 입력된 주기 또는 장치 운용자의 선택에 따라, 상기 여액배출밸브(38)를 개방하여 상대적으로 고농도의 불순물을 함유한 여액을 상기 반응기부(30)의 외부로 배출하게 된다.For this, the controller 60 opens the filtrate discharge valve 38 according to the selection of the period or the device operator previously entered in the memory 65, and supplies the filtrate containing relatively high concentration of impurities (30).

한편, 상기 제2수직관(33)의 상부에는 상기 반응기부(30)의 하부에서 생성되어 상기 제2수직관(33)의 상부로 부상하는 가스 하이드레이트를 배출하기 위한 배출부(40)가 구비된다.On the other hand, a discharge unit 40 for discharging the gas hydrate, which is generated at the lower portion of the reactor 30 and floats above the second vertical tube 33, is provided on the second vertical tube 33 do.

상기 배출부(40)는 밀도차에 의해 자연스럽게 부상하는 상기 가스 하이드레이트의 부상 효율을 더욱 향상시켜 배출이 원활하게 이루어지도록 하고, 상기 반응기부(30)에서 배출된 가스 하이드레이트와 혼합되어 있는 원료수를 탈수 처리하는 기능을 더 수행할 수 있다.The discharging unit 40 further improves the flotation efficiency of the gas hydrate that floats naturally due to the difference in density, so that the discharge can be smoothly performed, and the raw water mixed with the gas hydrate discharged from the reactor 30 It is possible to further perform the function of dewatering.

상기 배출부(40)는 통상의 방식과 마찬가지로 스크류(screw) 방식이나 펌프 방식 등을 사용하며, 상기 제어부(60)는 미리 정해진 제어 알고리즘에 따라 상기 배출부(40)를 작동시켜 상기 가스 하이드레이트를 탈수시키면서 상기 배출부(40)의 일측에 연결된 해리부(50)로 이송시킨다.The discharge unit 40 uses a screw system or a pump system in the same manner as in the conventional system. The controller 60 operates the discharge unit 40 according to a predetermined control algorithm to control the gas hydrate And transferred to the dissociation part 50 connected to one side of the discharge part 40 while dehydrating.

상기 탈수 과정을 거쳐 상기 해리부(50)로 이송된 가스 하이드레이트는 상기 해리부(50)에서 해리 과정을 거친다.The gas hydrate transferred to the dissociation unit 50 through the dehydration process is dissociated in the dissociation unit 50.

이 때, 상기 제어부(60)는 미리 설정된 제어 알고리즘에 따라 상기 해리부(50)를 고온, 저압의 상태로 유지하고, 이를 통해 상기 해리부(50)는 상기 배출부(40)에서 이송된 가스 하이드레이트를 해리시켜 해리수(일예로 담수, 51)와 해리가스(53)로 각각 분리한다.At this time, the control unit 60 maintains the dissociation unit 50 at a high temperature and a low pressure according to a preset control algorithm, and the dissociation unit 50 controls the dissociation unit 50 such that the gas The hydrate is dissociated and separated into dissociation water (for example, fresh water 51) and dissociation gas 53, respectively.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 해리부(50)는 상기 해리수(51)의 일부를 해리수공급관(52)을 통해 상기 제2수직관(33)의 중도에 재공급하는 것을 특징으로 한다.The dissolving unit 50 according to the embodiment of the present invention is characterized in that a part of the dissolving water 51 is re-supplied to the middle of the second water straightening pipe 33 through the dissolving water supply pipe 52 do.

즉, 상기 반응기부(30)의 하부에서 생성된 가스 하이드레이트의 표면에는 불순물이 응결되어 있는데, 이러한 불순물을 제거하기 위하여 상기 제2수직관(33)의 내부에서 부상하여 배출되는 가스 하이드레이트에 상기 해리수(51)를 재공급하여 불순물을 세정하는 것이다.That is, the impurities are condensed on the surface of the gas hydrate generated in the lower part of the reactor 30, and in order to remove the impurities, the gas hydrate floating on the inside of the second vertical tube 33, The water 51 is supplied again to clean the impurities.

더불어, 상술한 바와 같이 상기 열교환기(35)를 상기 제2수직관(33)의 하부에서 중도까지만 설치하는 경우, 상기 반응기부(30)의 하부에서 생성된 가스 하이드레이트가 상기 제2수직관(33)의 상부로 부상할 때 압력이 감소되고, 상기 열교환기(35)가 설치되지 않은 상기 제2수직관(33)의 중도에 이르면 온도가 상승하게 된다.In addition, when the heat exchanger 35 is installed only in the middle of the second vertical pipe 33 as described above, the gas hydrate generated in the lower portion of the reactor 30 flows into the second vertical pipe 33, and the temperature rises when the temperature reaches the middle of the second vertical tube 33 where the heat exchanger 35 is not provided.

상기 압력의 감소와 온도의 상승에 의해 가스 하이드레이트의 표면이 일부 융해되므로, 가스 하이드레이트의 표면에 응결되어 있던 불순물이 탈착되어 가스 하이드레이트의 표면을 세정하는 효과가 발생한다.Since the surface of the gas hydrate is partially melted due to the decrease of the pressure and the increase of the temperature, impurities that have been condensed on the surface of the gas hydrate are desorbed and the surface of the gas hydrate is cleaned.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리장치는 상기 제2수직관(33)에서 가스 하이드레이트가 부상하는 과정에서 발생하는 불순물의 탈착과, 상기 해리수(51)의 재공급에 의한 불순물의 세정을 통해 가스 하이드레이트의 표면에 응결된 불순물의 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있으므로 고순도의 가스 하이드레이트를 생성할 수 있다.Therefore, in the gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head difference according to the embodiment of the present invention, desorption of impurities generated in the process of floating the gas hydrate in the second vertical pipe 33, It is possible to further improve the removal efficiency of the impurities condensed on the surface of the gas hydrate through cleaning of the impurities by the re-supply, so that the gas hydrate of high purity can be produced.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리장치의 제어 및 작동 순서를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the control and operation sequence of the gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head difference according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치의 제어부 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치의 작동 순서도이다.FIG. 2 is a block diagram of a control unit of a gas hydrate generating and dissolving apparatus using a water head difference according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an operation flowchart of a gas hydrate generating and dissolving apparatus using a water head difference according to an embodiment of the present invention .

먼저, 가스 하이드레이트의 생성을 위한 공정이 개시되면, 상기 제어부(60)는 상기 급수펌프(11)를 개방하여 상기 제1수직관(31)의 상부에 원료수를 공급한다(S10).First, when the process for generating the gas hydrate is started, the controller 60 opens the feed pump 11 to supply the raw water to the upper portion of the first vertical pipe 31 (S10).

이 때, 상기 제어부(60)는 상기 제1수직관(31)에 공급되는 원료수가 최대 수위에 도달했는지 여부를 판단하여 원료수의 공급 여부 및 공급량을 제어한다(S20).At this time, the control unit 60 determines whether or not the number of the raw materials supplied to the first vertical straight pipe 31 reaches the maximum water level, and controls the supply amount and the supply amount of the raw water (S20).

즉, 상기 제1수직관(31)에 충진되는 원료수의 수위는 상기 수위센서(34)에 의해 감지되고, 상기 감지된 수위가 최대 수위에 도달하지 못한 경우, 상기 제어부(60)는 상기 제1수직관(31)에 원료수가 충만될 때까지 상기 급수펌프(11)를 개방하여 원료수를 공급한다.That is, the water level of the raw water filled in the first vertical straight pipe 31 is sensed by the water level sensor 34, and when the sensed water level does not reach the maximum water level, The water supply pump 11 is opened to supply the raw water until the raw water is filled in the water pipe 1.

상기와 같은 원료수의 공급에 의해 상기 수위센서(34)에 의해 감지된 수위가 최대 수위에 도달한 경우, 상기 제어부(60)는 상기 제1수직관(31)에 원료수의 공급을 중단하기 위하여 상기 급수펌프(11)를 폐쇄한다(S30).When the water level sensed by the water level sensor 34 reaches the maximum water level by the supply of the raw water as described above, the control unit 60 stops the supply of the raw water to the first water straightening pipe 31 The water supply pump 11 is closed (S30).

한편, 상기 원료수의 공급이 시작되면 상기 냉각기(37)로부터 상기 열교환기(35)에 냉각유체가 공급됨으로써, 상기 반응기부(30)의 내부는 가스 하이드레이트가 생성되기에 적합한 저온 상태로 유지된다.On the other hand, when the supply of the raw water is started, the cooling fluid is supplied from the cooler 37 to the heat exchanger 35, so that the interior of the reactor 30 is maintained at a low temperature suitable for generating gas hydrate .

상기 S10 단계 내지 S30 단계에 의해 상기 반응기부(30)에 원료수가 충진되면, 상기 제어부(60)는 상기 가스공급부(20)의 가스공급밸브(22)를 개방하여 상기 반응기부(30)의 하부에 가스를 공급함으로써, 상기 반응기부(30)의 하부에서 가스 하이드레이트의 생성 반응이 시작된다(S40).The control unit 60 opens the gas supply valve 22 of the gas supply unit 20 so that the lower part of the reaction unit 30 is opened by opening the gas supply valve 22 of the gas supply unit 20, Thereby generating a gas hydrate at a lower portion of the reactor 30 (S40).

상기와 같이 가스 하이드레이트의 생성이 시작되면, 상기 제어부(60)는 상기 배출부(40)를 작동시켜 생성된 가스 하이드레이트를 배출시킨다(S50).When the generation of the gas hydrate is started as described above, the control unit 60 operates the discharge unit 40 to discharge the generated gas hydrate (S50).

한편, 상기 반응기부(30)의 하부에서 가스 하이드레이트가 지속적으로 생성되기 위해서는 상기 제1수직관(31)에 공급된 원료수가 상기 연결부(32)를 통해 상기 제2수직관(33) 방향으로 계속 공급되어야 하므로, 상기 연결부(32) 내부에서 원료수와 여액의 흐름은 상기 제1수직관(31)에서 상기 제2수직관(33) 방향으로 유지되는 것이 바람직하다.In order to continuously generate the gas hydrate in the lower portion of the reactor 30, the raw water supplied to the first vertical tube 31 is continuously supplied to the second vertical tube 33 through the connecting portion 32 It is preferable that the flow of the raw water and the filtrate in the connection portion 32 is maintained in the direction of the second straight pipe 33 from the first straight pipe 31.

이에 따라, 상기 여액의 역류는 상기 연결부(32)의 내부에 구비된 역류방지밸브(36)의 자동적인 개폐에 의해 방지된다.Accordingly, the backflow of the filtrate is prevented by the automatic opening / closing of the check valve 36 provided in the connection portion 32.

한편, 상기 제어부(60)는 메모리부(65)에 미리 설정된 주기에 도달하는 경우 또는 장치 운용자의 선택에 따라, 상기 제2수직관(33)의 하부에 설치된 여액배출밸브(38)를 개방하여, 상대적으로 고농도의 불순물이 함유된 여액을 상기 반응기부(30)의 외부로 배출시킨다(S60).On the other hand, the control unit 60 opens the filtrate discharge valve 38 provided at the lower portion of the second vertical pipe 33 in accordance with the selection of the device operator or the preset period in the memory unit 65 , The filtrate containing the relatively high concentration of impurities is discharged to the outside of the reactor 30 (S60).

상술한 바와 같이, 역류방지밸브(36)의 자동적인 개폐에 의해 여액의 역류를 방지하고, 상기 제어부(60)가 여액배출밸브(38)를 제어하여 상대적으로 고농도의 불순물이 함유된 여액을 주기적으로 배출함으로서, 상대적으로 불순물의 함량이 적은 원료수를 반응기부(30)에 지속적으로 공급할 수 있는 바, 가스 하이드레이트의 생성 효율을 현저히 증가시킬 수 있다.As described above, the backflow of the filtrate is prevented by automatically opening and closing the backflow prevention valve 36, and the control unit 60 controls the filtrate discharge valve 38 to periodically pressurize the filtrate containing the relatively high concentration of impurities The raw water having a relatively small amount of impurities can be continuously supplied to the reactor 30, and the production efficiency of the gas hydrate can be remarkably increased.

한편, 상기 제2수직관(33)의 하부에서 상부로 부상하는 가스 하이드레이트는 압력의 감소 및 온도의 증가에 의해 표면의 일부가 융해되는데, 이와 같은 가스 하이드레이트의 일부 융해에 의해 표면의 불순물이 탈착되는 세정 효과가 발생한다.On the other hand, a portion of the surface of the gas hydrate floating upward from the lower portion of the second vertical tube 33 is melted due to a decrease in pressure and an increase in temperature. Part of the surface of the gas hydrate melts, The cleaning effect is generated.

상기와 같이, 제2수직관(33)의 상부로 부상하여 배출부(40)로 이송된 가스 하이드레이트는 상기 배출부(40)의 스크류 회전력에 의해 탈수 과정을 거치면서 상기 해리부(50)로 이송된다.As described above, the gas hydrate lifted to the upper portion of the second vertical straight pipe 33 and transferred to the discharge portion 40 is discharged to the dissociation portion 50 through the dehydration process by the screw rotating force of the discharge portion 40 Lt; / RTI >

상기 해리부(50)는 상대적으로 고온, 저압의 조건에서 상기 가스 하이드레이트를 해리시키게 되는데, 이를 통해 상기 가스 하이드레이트는 해리수(51)와 해리가스(53)로 분리된다.The dissociation unit 50 dissociates the gas hydrate under relatively high temperature and low pressure conditions, whereby the gas hydrate is separated into the dissociation water 51 and the dissociation gas 53.

이 때, 상기 제어부(60)가 상기 해리수공급밸브(55)를 개방함으로써, 상기 해리수(51)는 상기 제2수직관(33)의 중도에 재공급되어, 상기 제2수직관(33)의 상부로 부상하는 가스 하이드레이트를 세정하게 되므로, 가스 하이드레이트 표면에 응결된 불순물을 제거하는데 현저한 효과가 있다(S60).At this time, when the control unit 60 opens the dissolving water supply valve 55, the dissolving water 51 is supplied again to the middle of the second water pipe 33, ), The gas hydrate is cleaned. Therefore, there is a remarkable effect for removing the impurities condensed on the surface of the gas hydrate (S60).

따라서, 제2수직관(33)에서 생성된 가스 하이드레이트가 부상하면서 일부 융해되고, 상기 해리수(51)의 재공급에 의한 추가적인 세정을 통해 고순도의 가스 하이드레이트를 생성할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the gas hydrate generated in the second vertical tube 33 is partially melted while being floated, and the gas hydrate of high purity can be generated through the additional cleaning by the re-supply of the dissociation water 51.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 가스 하이드레이트를 생성시키기 위한 반응기를 수두압 제공부와 가스 하이드레이트 생성부가 분리된 수직관 형태로 구성하여, 길이가 긴 수직관 내부에 충진된 원료수의 수두차에 의한 수두압을 이용하여 가스 하이드레이트를 생성함에 따라, 종래 고압 반응기와 달리 압력을 유지하기 위한 별도의 장치가 필요 없기 때문에 유지 비용이 감소되고, 상대적으로 저압 상태로 운용되므로 장치의 운용상 안정성이 현저히 향상되는 장점이 있다.In the gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head difference according to the embodiment of the present invention as described above, the reactor for generating the gas hydrate is constituted by a vertical tube type in which the hydrohead pressure generating unit and the gas hydrate generating unit are separated, Unlike the conventional high-pressure reactor, a separate apparatus for maintaining the pressure is not necessary because the water head pressure due to the water head difference of the raw water filled in the long vertical tube is used to generate the gas hydrate, And the operation stability of the apparatus is remarkably improved.

또한, 본 발명에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 상기 수직관의 하부에 역류방지밸브 및 여액배출밸브를 설치함으로써 가스 하이드레이트의 생성 및 배출 과정에서 상대적으로 고농도의 불순물이 함유된 여액의 역류를 방지하고, 여액을 반응기의 외부로 배출시킬 수 있는 바, 가스 하이드레이트의 생성 효율이 현저히 향상되는 장점이 있다.Further, in the gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head according to the present invention, by providing the reverse flow prevention valve and the filtrate discharge valve at the lower part of the vertical tube, it is possible to reduce the amount of the filtrate containing relatively high concentration of impurities So that the filtrate can be discharged to the outside of the reactor, and the production efficiency of the gas hydrate is remarkably improved.

또한, 본 발명에 따른 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 및 해리 장치는 길이가 짧은 수직관의 중도까지만 열교환기를 설치하여 생성된 가스 하이드레이트가 부상할 때 온도 증가에 의해 가스 하이드레이트 표면의 일부 융해가 발생하고, 더불어 해리수의 일부를 재순환시켜 길이가 짧은 수직관의 중도에 재공급하여 불순물의 추가적인 세정이 가능하므로 생성된 가스 하이드레이트의 표면에 부착된 불순물의 세정 효율이 현저히 향상되어 고순도의 가스 하이드레이트를 생성할 수 있는 장점이 있다.Further, in the gas hydrate generation and dissociation apparatus using the water head according to the present invention, when the generated gas hydrate is lifted by installing a heat exchanger only to the middle of a short straight tube, some of the surface of the gas hydrate is melted , And a part of the dissociated water is recycled to re-supply the water to the middle of the short straight pipe, so that the impurity can be further cleaned. Therefore, the cleaning efficiency of impurities attached to the surface of the generated gas hydrate is remarkably improved, There is an advantage to be able to do.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 아래 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용하여 통상의 기술자에 의한 다양한 변형 및 개량도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Are also within the scope of the present invention.

10: 원료수공급부 20: 가스공급부
30: 반응기부 31: 제1수직관
32: 연결부 33: 제2수직관
35: 열교환기 36: 역류방지밸브
38: 여액배출밸브 40: 배출부
50: 해리부 55: 해리수공급밸브
56: 해리가스공급밸브 60: 제어부
100: 가스 하이드레이트 생성 및 해리장치10: raw water supply part 20: gas supply part
30: Reactor 31: First vertical tube
32: connection portion 33: second perpendicular pipe
35: heat exchanger 36: backflow prevention valve
38: filtrate discharge valve 40:
50: dissolving part 55: dissolving water supply valve
56: dissociation gas supply valve 60:
100: Gas hydrate generation and dissociation device

Claims (6)

가스 하이드레이트를 생성하는 수직관 형태의 반응기부;
상기 반응기부에 원료수를 공급하는 원료수공급부; 및
상기 반응기부에 원료수와 반응하여 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하되,
상기 반응기부는 원료수가 공급되어 수두차에 의해 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 수두압을 제공하는 제1수직관과, 하부가 상기 제1수직관의 하부와 연통되는 제2수직관을 포함하여 구성되고,
상기 가스공급부는 상기 수두압에 의해 가스 하이드레이트가 생성될 수 있도록 상기 제2수직관의 하부에 가스를 공급하며,
상기 제1수직관과 제2수직관의 연결부에는 가스 하이드레이트가 생성된 후 상기 제2수직관의 하부에 잔류하는 여액이 상기 제1수직관 방향으로 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 장치.
A reactor vessel in the form of a vertical tube for generating a gas hydrate;
A raw water supply part for supplying raw water to the reaction part; And
And a gas supply unit for supplying a gas for generating gas hydrate by reacting with the raw water to the reactor part,
The reactor portion includes a first vertical tube for supplying head water pressure to generate gas hydrate by the water head difference supplied with the raw water and a second vertical tube whose lower portion communicates with the lower portion of the first vertical tube ,
Wherein the gas supply unit supplies gas to a lower portion of the second vertical pipe so that gas hydrate can be generated by the water head pressure,
A backflow prevention valve is provided at a connection portion between the first vertical tube and the second vertical tube to prevent backflow of the filtrate remaining in the lower portion of the second vertical tube after the gas hydrate is generated in the first vertical tube direction Characterized in that the gas hydrate generation device using the water hammer.
제1항에 있어서,
상기 생성된 가스 하이드레이트는 상기 제2수직관을 통해 배출되되,
상기 제2수직관은 상기 제1수직관보다 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 장치.
The method according to claim 1,
The generated gas hydrate is discharged through the second vertical pipe,
Wherein the second vertical pipe is shorter in length than the first vertical pipe.
제2항에 있어서,
상기 반응기부는 상기 가스 하이드레이트의 생성 반응을 위해 내부를 저온 상태로 유지하기 위한 열교환기를 더 포함하되,
상기 열교환기는 상기 제1수직관 전체와 상기 제2수직관의 적어도 하부 일부를 감싸는 재킷 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 장치.
3. The method of claim 2,
The reactor may further include a heat exchanger for maintaining the interior of the reactor at a low temperature for the reaction of generating the gas hydrate,
Wherein the heat exchanger is installed in the form of a jacket that surrounds the entire first vertical tube and at least a part of the lower portion of the second vertical tube.
삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 반응기부는 가스 하이드레이트가 생성된 후 상기 제2수직관의 하부에 잔류하는 여액을 외부로 배출하기 위한 여액배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the reactor further comprises a filtrate outlet for discharging the filtrate remaining in the lower portion of the second vertical tube after the gas hydrate is generated.
제2항에 있어서,
상기 제2수직관에서 생성된 가스 하이드레이트가 외부로 배출되는 경우, 상기 배출된 가스 하이드레이트를 해리시켜 해리수와 가스로 분리하는 해리부를 더 포함하되,
상기 해리부는 상기 해리수의 적어도 일부를 상기 제2수직관의 중도에 재공급함으로써,
상기 제2수직관의 상부로 부상되는 가스 하이드레이트의 표면에 응결된 불순물을 세정하는 것을 특징으로 하는 수두차를 이용한 가스 하이드레이트 생성 장치.3. The method of claim 2,
Further comprising a dissociation unit for dissociating the discharged gas hydrate into dissociated water and gas when the gas hydrate generated in the second orthogonal tube is discharged to the outside,
Wherein the dissociating section re-supplies at least a part of the dissociated water to the middle of the second vertical tube,
And washing the impurities accumulated on the surface of the gas hydrate floating on the upper portion of the second vertical tube.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102624080B1 (en) * 2023-07-28 2024-01-12 한국건설기술연구원 Mobile radioactive contaminated water treatment system for simultaneous removal of high-concentration multi-nuclide

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003041272A (en) * 2001-07-26 2003-02-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and apparatus for forming gas hydrate
JP2004263832A (en) * 2003-03-04 2004-09-24 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Transportation system for natural gas, cold, and water by gas hydrate
JP2009235333A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Operation control apparatus of dehydrator in gas hydrate production plant
KR20090122812A (en) * 2008-05-26 2009-12-01 한국생산기술연구원 Reaction chamber for the gas hydrate formation apparatus
KR20110029426A (en) * 2009-09-15 2011-03-23 한국생산기술연구원 Device for continuously producing gas hydrate and method therefor
JP4885592B2 (en) * 2006-03-31 2012-02-29 三井造船株式会社 Dehydrator in natural gas hydrate production plant

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100137285A (en) 2009-06-22 2010-12-30 한국가스공사연구개발원 Method for producing gas hydrate using low temperature gas

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003041272A (en) * 2001-07-26 2003-02-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and apparatus for forming gas hydrate
JP2004263832A (en) * 2003-03-04 2004-09-24 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Transportation system for natural gas, cold, and water by gas hydrate
JP4885592B2 (en) * 2006-03-31 2012-02-29 三井造船株式会社 Dehydrator in natural gas hydrate production plant
JP2009235333A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Operation control apparatus of dehydrator in gas hydrate production plant
KR20090122812A (en) * 2008-05-26 2009-12-01 한국생산기술연구원 Reaction chamber for the gas hydrate formation apparatus
KR20110029426A (en) * 2009-09-15 2011-03-23 한국생산기술연구원 Device for continuously producing gas hydrate and method therefor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Annie fidel-Dufour 외 1명, Formation and transportation of methan hydrate slurries in a flow loop reactor : inlfluence of a dispersant, 4th International Conference on Gas Hydrates, 2002.5 *
Annie fidel-Dufour 외 1명, Formation and transportation of methan hydrate slurries in a flow loop reactor : inlfluence of a dispersant, 4th International Conference on Gas Hydrates, 2002.5*

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