KR101879397B1 - 하이드레이트 반응기 및 이를 구비하는 수 처리시스템 - Google Patents

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Abstract

하이드레이트 반응기가 제공된다. 하이드레이트 반응기는 탱크 내부로 유입된 객체가스 및 원수를 이용하여 하이드레이트를 생성시켜서 외부로 배출하기 위해서 탱크 내부에 위치하고, 일단부로 객체가스 및 원수가 유입되고 내부에서 하이드레이트가 생성되어 타단부로 하이드레이트가 배출되는 환형 형상의 반응관 및 탱크와 연결되어 탱크 내부로 냉각수를 유입시켜서 반응관에서 하이드레이트가 생성될 때 발생하는 반응열을 냉각시키는 냉동기를 포함한다.

Description

하이드레이트 반응기 및 이를 구비하는 수 처리시스템{HYDRATE REATOR AND WATER TREATMENT SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템에 관한 것이다.
종래의 담수화 기술로는 증발법을 이용한 담수화 방법과 역삼투압을 이용한 담수화 방법이 있다. 증발법을 이용한 담수화 방법은 해수를 가열하여 증기를 발생시키고, 이 발생된 증기를 수집하여 냉각시켜 담수를 얻는 방법이다. 그러나, 증발법을 이용하는 경우, 터빈, 열교환기 등 수분 증발에 필요한 대용량 설비가 필요하고, 증발을 위한 에너지 소모가 크므로, 제반 비용 소모가 큰 문제점이 있었다.
한편, 역삼투압을 이용한 담수화 방법은 큰 압력을 가해 고농도의 염화 나트륨을 포함한 해수를 반투과성막(Semipermeable membrane)을 통과시켜 저농도의 염화 나트륨을 포함한 담수를 얻는 방법이다.
그러나, 역삼투압을 이용하는 경우, 반투과성막의 수명이 짧고, 화학적 미생물에 대한 저항력이 낮고, 전처리 및 후 처리에 필요한 부대 시설이 필요하여 제반 비용 소모가 큰 문제점이 있었다.
최근, 해수를 이용해 순수한 물(담수)이 포함된 고형결정체인 가스 하이드레이트를 생성하고, 생성된 가스 하이드레이트를 해리시켜 가스와 담수를 얻는 가스 하이드레이트를 이용한 담수화 기술이 활발히 연구되고 있다.
이러한 가스 하이드레이트를 이용하여 담수를 얻는 과정에서, 생성된 가스 하이트레이트의 외부에 흡착된 불순물을 효율적으로 제거할 수 있어 보다 순수한 담수를 얻을 수 있는 담수화 기술에 대한 연구를 하게 되었다.
그러나, 종래의 하이드레이트 시스템은 반응기에서 열 교환을 진행하여 반응기의 크기가 커지고, 운전제어가 복잡하며 하이드레이트 생성 후 탈수기와 연결된 부분에서 플러깅이나 이송에 대하여 구조적인 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 반응기와 열교환기를 분리하여 시스템 제어가 용이하고 크기를 소형으로 할 수 있으며 연속 생산이 가능하며 하이드레이트 이송 과정에서 발생하는 플러깅을 방지할 수 있는 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 반응기에서 객체가스(액체)와 물을 교반시켜 지속적으로 반응시키고 이때 필요한 하이드레이트 반응열은 별도의 열교환기에서 냉각을 진행할 수 있는 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 탱크 내부로 유입된 객체가스 및 원수를 이용하여 하이드레이트를 생성시켜서 외부로 배출하기 위해서 상기 탱크 내부에 위치하고, 일단부로 상기 객체가스 및 원수가 유입되고 내부에서 하이드레이트가 생성되어 타단부로 하이드레이트가 배출되는 환형 형상의 반응관 및 상기 탱크와 연결되고, 상기 탱크 내부로 냉각수를 유입시켜서 상기 반응관에서 하이드레이트가 생성될 때 발생하는 반응열을 냉각시키는 냉동기를 포함하는 하이드레이트 반응기를 제공한다.
이때, 상기 탱크 내부에 설치되고 상기 탱크 내부에 유입된 냉각수를 교반함으로써 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 교반기를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 반응관은 중심부로 상기 객체가스 및 원수가 이동할 수 있도록 형성되는 내부관 및 냉각수가 이동될 수 있도록 형성되고, 상기 내부관을 감싸도록 형성됨으로써 상기 내부관에서 하이드레이트가 생성될 때 발생하는 반응열을 냉각시키는 외부관을 포함할 수 있다.
이때, 상기 탱크 내부에 설치되고, 일측으로 상기 객체가스 및 원수가 유입되고 내부에서 하이드레이트가 생성되며 타측으로 상기 하이드레이트를 배출시키는 튜브 헤더 및 상기 튜브 헤더의 일측 및 타측 중 적어도 한 곳에 설치되는 판 형상의 단열부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 전술한 하이드레이트 반응기; 상기 하이드레이트 반응기와 연결되고 상기 반응기에서 생성된 하이드레이트에서 원수를 탈수하는 제1 차 탈수기 및 상기 제1 차 탈수기와 연결되어 상기 하이드레이트에서 2차로 원수를 탈수하는 제2 차 탈수기를 포함하는 수 처리시스템을 제공한다.
이때, 상기 제1 차 탈수기 및 상기 제2 차 탈수기를 통해 탈수된 원수를 냉각시켜서 상기 반응기로 냉각된 원수를 전달하는 열 교환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수처리 시스템은 반응기 및 열교환기가 분리됨으로써 반응기에서는 교반을 열 교환기에서는 지속적으로 냉열을 가하여 반응 온도 조건의 유지가 용이하고, 수 처리시스템의 크기를 소형화시킬 수 있으며 연속 생산이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템은 하이드레이트 생성 이후 바로 중력 식 탈수기를 이용하여 하이드레이트 생성 후 이송과정에서 발생하는 플러깅을 방지할 수 있고, 2차 탈수기를 포함하여 하이드레이트 탈수율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기의 제1 변형예를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기의 제2 변형예를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템을 도시한 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기의 제1 변형예를 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기의 제2 변형예를 도시한 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)를 포함하는 수 처리시스템(1)은 원수 탱크(3), 원수 공급펌프(5), 객체가스 탱크(7), 하이드레이트 반응기(10), 제1 탈수기(20), 제2 탈수기(22), 해리장치(24), 처리수 탱크(26), 열 교환기(34)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 수 처리시스템(1)은 하이드레이트 반응기(10)에 주입된 원수(raw water, r.w.) 및 객체 가스(g)를 혼합하여 원수에 포함된 염분 및 오염물질과 객체가스가 반응하여 하이드레이트 결정을 생성시켜서 원수에 포함된 염분 및 오염물질을 원수에서 제거할 수 있다.
한편, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 원수 탱크(3)는 원수를 저장할 수 있도록 형성될 수 있다. 이때 원수는 순수한 물에 다양한 염 성분들 및 오염물질이 함유된 혼합물일 수 있다.
또한, 원수 탱크(3)는 원수 공급펌프(5)와 연결되어 원수를 원수 공급펌프로 공급할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서 원수 공급펌프(5)는 원수를 가압하여 반응기(10)로 공급할 수 있다.
한편, 도 1을 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 객체가스 탱크(7)는 객체가스(gas, g)를 저장할 수 있도록 형성될 수 있다. 이때 객체 가스(g)는 CH4, C2H6, C3H8, CO2, H2, HFCs, PFCs, Cl2, SF6일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 객체가스 탱크(7)는 반응기(10)와 연결되어 객체 가스를 반응기로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)는 외부 공급원인 원수 탱크(3) 및 객체가스 탱크(7)로부터 원수와 객체 가스를 공급받아 원수와 객체 가스를 반응시켜서 하이드레이트를 생성할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)는 원수 및 객체가스가 유입되어 반응함으로써 결정 형태로 하이드레이트가 생성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)에서는 용이하게 하이드레이트가 생성되도록 하기 위해서 온도, 압력 및 염농도를 조절할 수 있다. 즉, 하이드레이트 반응기(10)는 온도는 낮게 압력은 높게 염 농도는 낮게 조절하여 하이드레이트 성장률을 높일 수 있다.
이때 본 발명의 일 실시예에서 하이드레이트 반응기(10)는 R-134a의 경우 온도는 3도이고 압력은 1.5 bar로 조절할 수 있고, 염 농도는 12 %이하일 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)를 통해 생성된 하이드레이트는 반응기(10, 110, 210)로부터 배출되고 배출된 하이드레이트는 제1 탈수기(20)로 유입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 탈수기(20)는 하이드레이트와 원수를 1차로 분리할 수 있다. 이때, 제1 탈수기(20)는 중력식 탈수기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템은 하이드레이트 생성 이후 바로 중력식 탈수기를 이용하여 하이드레이트 생성 후 이송과정에서 발생하는 플러깅을 방지할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 탈수기(20)는 제2 탈수기(22) 및 농축수 탱크(30)와 연결될 수 있다. 이때, 제1 탈수기(20)를 통과한 하이드레이트에서 제거한 원수는 농축수 탱크(30)로 배출될 수 있다.
또한, 제1 탈수기(20)를 통과한 하이드레이트는 제2 탈수기(22)로 유입되어 다시 한번 하이드레이트에서 원수를 제거할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템은 제1 탈수기 및 제2 탈수기를 포함하여 2번의 탈수를 통해서 하이드레이트 탈수율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 하이드레이트에서 제거된 원수는 농축수 탱크(30)로 배출되고 하이드레이트는 해리 장치(24)로 이동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 해리 장치(24)는 온도와 압력을 변화시켜서 하이드레이트에 결합된 객체 가스를 해리시킬 수 있다. 이때 해리되는 과정을 통해 가스가 차지했던 영역에 공극이 생기며 이 빈 공간으로 하이드레이트 내부에 존재할 수 있는 불순물 성분이 효율적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 해리과정에서 발생된 객체 가스는 압축기(28)로 가스 상태 또는 액체 상태로 회수하여 재사용될 수 있다. 또한 압축기(28)를 통해 객체 가스 탱크(7)로 재 공급될 수 있다.
이때 본 발명의 일 실시예에서 객체 가스 탱크(7)로 공급된 객체 가스는 가스상태 또는 액체상태로 다시 하이드레이트 반응기(10)로 공급할 수 있다.
또한 하이드레이트가 해리되는 과정을 통해 객체 가스와 원수가 해리됨으로써 순수한 물에 가까운 담수가 제조된다. 이때 형성된 원수는 처리수 탱크(26)로 보내져서 저장될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 수 처리시스템(1)을 진행하면서 농도가 높아진 원수는 일정한 제어 농도 이상이 되면 일정량을 배출하고 원수를 제2 원수 공급펌프(32)로 추가로 공급하여 제2 원수 공급펌프를 통해 열 교환기(34)로 전달될 수 있다.
이때 본 발명의 일 실시예에서 열 교환기(34)에서는 원수가 반응기(10)로 유입되어 반응할 수 있도록 원수를 냉각시켜서 다시 반응기(10)로 유입시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 열 교환기(34)는 하이드레이트가 생성되기 위한 온도인 2도 내지 8도로 조절할 수 있다. 이때 압력은 가스 종류와 온도에 따라 차이가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리 시스템은 반응기 및 열 교환기가 분리됨으로써 반응기에서는 교반을 수행하고, 열 교환기에서는 지속적으로 냉열을 가함으로써, 반응 온도 조건을 유지하기가 용이하고, 수 처리시스템의 크기를 소형화시킬 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 하이드레이트 반응기(10)는 반응관(14), 교반기(16), 반응 수조(12) 및 냉동기(18)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 반응관(14)은 환형 형상으로 형성되고, 반응관의 일측 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 반응관의 하단부에 반응관 입구(14a)가 형성되고 타측 예를 들어 반응관의 상단부에 반응관 출구(14b)가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 하이드레이트 반응기(10)는 반응관 입구(14a)를 통해 원수 및 객체 가스가 반응관(14)에 일정한 속도로 유입될 수 있다. 이때, 반응관(14)을 통해 흐르는 원수 및 객체 가스는 서로 반응하여 하이드레이트가 생성되고 반응관 출구(14b)를 통해 하이드레이트가 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 반응관(14)의 길이는 20 내지 60 m일 수 있고, 원수 및 객체가스가 반응관 내부에서 흐르는 유속은 반응관 내부에서 하이드레이트가 충분히 생성될 수 있도록 설정될 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 반응관(14)은 반응 수조(12) 내부에 배치될 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(10)는 반응관(14) 내부에서 하이드레이트 생성과정에서 발생하는 반응열을 냉각시켜 원수 및 객체 가스의 반응속도를 조절하여 하이드레이트 생성량을 증가시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서 반응 수조(12)는 냉동기(18)와 연결되어 반응 수조에 일정한 온도의 냉각수가 유입되게 하여 반응관에서 하이드레이트가 생성될 때 발생하는 반응열을 냉각시킬 수 있다. 이때 냉동기(18)는 일정한 온도의 냉각수가 저장될 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 반응 수조(12) 내부에는 교반기(16)가 설치될 수 있다. 이때, 교반기(16)는 반응 수조(12) 내부에 유입된 냉각수를 교반함으로써 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 교반기(16)는 임펠러 및 구동모터를 포함하여 반응관(14) 내부에 수용되는 원수와 객체 가스의 교반을 원할하게 하여 하이드레이트 생성 반응을 촉진할 수 있는 환경을 조성할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(110)는 반응관(114) 및 냉동기(120)를 포함할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에서 반응관(114)은 환형 형상으로 형성되고, 반응관의 일측 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 반응관의 하단부에 반응관 입구(114a)가 형성되고 타측 예를 들어 반응관의 상단부에 반응관 출구(114b)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 하이드레이트 반응기(110)는 반응관 입구(114a)를 통해 원수 및 객체 가스가 반응관(114)에 일정한 속도로 유입될 수 있다. 또한, 반응관(114)을 통해 흐르는 원수 및 객체 가스는 서로 반응하여 하이드레이트가 생성되고 반응관 출구(114b)를 통해 하이드레이트가 배출될 수 있다.
한편, 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 반응관(114)은 내부관(116) 및 외부관(118)을 포함하는 이중관으로 형성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서 외부관(118)은 내부관(116)을 감싸도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 내부관(116)은 외부관(118)의 중심부에 형성되고, 내부관을 통해서 원수 및 객체가스가 흘러서 내부관 내부에서 하이드레이트가 생성될 수 있다.
이때, 냉각수는 외부관(118)을 통해서 흐를 수 있도록 하여 내부관(116)에서 하이드레이트 생성과정 동안 발생하는 반응열을 냉가수를 통해 냉각시켜 원수 및 객체 가스의 반응속도를 조절할 수 있고, 이를 통해 하이드레이트 생성량을 증가시킬 수 있다.
한편, 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 외부관(118)은 냉동기(120)와 연결되어 외부관에 일정한 온도의 냉각수가 유입될 수 있도록 한다. 이때 냉동기(120)는 일정한 온도의 냉각수가 저장될 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(210)는 반응관(212), 튜브 헤더(214), 교반기(213) 및 단열부(216)를 포함할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에서 반응관(212)은 쉘-튜브형 열교환기 형상으로 이를 수직으로 설치할 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 튜브 헤더(214)는 반응관(212) 내부에 배치될 수 있다. 또한, 튜브 헤더(214) 하부측에는 반응관(212)의 입구부(212a)가 형성되고 상부측에는 반응관의 출구부(212b)가 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서 반응관(212)의 입구부(212a)를 통해 원수 및 객체 가스가 유입될 수 있다. 반응관(212)의 입구부(212a)를 통해 원수 및 객체 가스를 모두 공급하여 튜브 헤더 하부측에서 혼합될 수 있다. 또한 반응관(212)의 입구부(212a)를 통해 원수만을 공급하고 입구부와 다른 루트로 즉, 도시되지는 않았지만 튜브 헤더 하부측에 다른 입구부(미도시)가 형성되어 이를 통해 객체가스를 튜브 헤더 하부측에 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 튜브 헤더(214)의 하부측에는 교반기(213)가 배치되어 교반기를 통해 원수 및 객체 가스가 혼합되어 균일하게 반응관(212)으로 유입될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(210)는 교반기(213)를 포함하여 하이드레이트 초기 생성속도를 빠르게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(210)는 튜브 헤드(214)를 포함하여 소정의 시간이 필요한 하이드레이트 반응을 튜브 헤드 내부에서 반응시킬 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 튜브 헤드(214)는 복수개의 관 부재(214a)로 형성될 수 있다. 이때 복수개의 관 부재(214a) 각각은 원통 형상으로 복수개의 관 부재에 원수 및 객체 가스가 균일하게 유입될 수 있다.
이때, 반응관(212)은 내부의 튜브 헤드(214)에서 하이드레이트 생성이 충분하도록 5 ~ 8 m 이상일 수 있다. 또한, 반응관(212)에 배플(미도시)을 설치하고 냉각수가 흐르게 하여 반응관 내부에서 하이드레이트 생성속도를 높이고 생성량을 증대시킬 수 있다.
또한, 도 4를 참고하면, 튜브 헤드(214)의 하부측 및 상부측에는 단열부(216)를 설치할 수 있다. 이때 단열부(216)는 튜브 헤드(214)의 상부 및 하부측에 냉각수가 흐르지 않고 빈 공간을 갖도록 판 형상으로 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 단열부(216)를 설치하므로 튜브 헤드(214)와 접하는 면 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 튜브 헤드의 상부면 및 하부면에서 하이드레이트가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
또한 복수개의 관 부재(214a) 각각에는 회전축부재(미도시)가 배치될 수 있다. 이때 회전축부재는 관 부재(214a) 내부에서 상하방향으로 이동함으로써 관 부재 내부 벽면에 부착될 수 있는 하이드레이트 입자를 제거할 수 있다. 또한 복수개의 회전축부재는 튜브 헤드(214) 상부측에 위치한 구동부를 통해 상하방향으로 동시에 움직일 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)를 통해 생성된 하이드레이트는 반응기(10, 110, 210) 상부에 연결된 반응관 출구(14b, 114b, 212b)를 통해 반응기로부터 배출되고 배출된 하이드레이트는 제1 탈수기(20)로 유입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기(10)에는 온도 센서, 압력 센서, 밸브 등이 위치하고, 센서 및 밸브는 제어부와 연결되어 제어될 수 있으나 이러한 센서, 밸브 및 제어부는 다양하게 배치 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기는 객체가스로서 CO2, R-134a, SF6 등 다양하게 사용할 수 있으나 바람직하게는 R-134a가 될 수 있다.
한편, 하기 표 1을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기를 통한 수처리 공정 조건을 알 수 있다.
구분 온도[℃] 압력[kg/cm2]
반응기 초기 2 ~ 3 1 이하
운전조건 3 1
최대생성온도 10 4
열 교환기 입구 3 ~ 5 1
열 교환기 출구 3 1
제1 탈수기 3 ~ 5 1
제2 탈수기 8 ~ 10 1
해리 장치 15 ~ 20 2 ~ 3
또한, 한편, 하기 표 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기를 통한 하이드레이트 분율을 알 수 있다.
구분 하이드레이트 분율[%]
반응기 운전 함수율 5 ~ 7
제1 탈수기 입구 5 ~ 7
출구 20 ~ 25
제2탈수기 입구 20 ~ 25
출구 70 이상
표 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기는 입구온도 2 ~ 3 ℃에서 하이드레이트 생성 가능한 온도인 10 ℃까지 하이드레이트가 생성될 경우 하이드레이트 분율이 대략 7 %일 수 있다.
한편, 제1 탈수기에서 하이드레이트 이송이 가능한 하이드레이트 분율은 최대 30%이나 시스템 운전조건으로 20 ~ 25 %로 운전조건을 선정할 수 있다. 이때, 하이드레이트 분율이 낮은 상태에서 높은 탈수율을 갖도록 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기는 하이드레이트 해리 공정 운전 조건은 온도 15 ~ 20 ℃, 압력 2 ~ 3 kg/cm2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수처리 시스템은 반응기 및 열교환기가 분리됨으로써 반응기에서는 교반을 열 교환기에서는 지속적으로 냉열을 가하여 반응 온도 조건의 유지가 용이하고, 수 처리시스템의 크기를 소형화시킬 수 있으며 연속 생산이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이드레이트 반응기 및 이를 포함하는 수 처리시스템은 하이드레이트 생성 이후 바로 중력식 탈수기를 이용하여 하이드레이트 생성 후 이송과정에서 발생하는 플러깅을 방지할 수 있고, 2차 탈수기를 포함하여 하이드레이트 탈수율을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 수처리 시스템 3 : 원수 탱크
5 : 제1 원수 공급 펌프 7 : 객체가스 탱크
10, 110, 210 : 반응기 12 : 반응 수조
14, 114, 212 : 반응관 14a, 114a, 212a : 반응관 입구
14b, 114b, 212b : 반응관 출구 16, 213 : 교반기
18, 120 : 냉동기 20 : 제1 탈수기
22 : 2차 탈수기 24 : 해리장치
26 : 처리수 탱크 30 : 농축수 탱크
32 : 제2 원수 공급펌프 34 : 열 교환기
116 : 내부관 118 : 외부관
212 : 반응관 214 : 튜브 헤더
214a : 관 부재 216 : 단열부

Claims (6)

  1. 탱크 내부로 유입된 객체가스 및 원수를 이용하여 하이드레이트를 생성시켜서 외부로 배출하기 위한 하이드레이트 반응기로서,
    상기 탱크 내부에 위치하고, 하측으로 상기 객체가스 및 원수가 유입되고 내부에서 하이드레이트가 생성되어 상측으로 하이드레이트가 배출되며, 쉘-튜브형 형상으로 수직으로 설치되는 반응관
    상기 탱크와 연결되고, 상기 탱크 내부로 냉각수를 유입시켜서 상기 반응관에서 하이드레이트가 생성될 때 발생하는 반응열을 냉각시키는 냉동기
    상기 탱크 내부에 수직으로 설치되고, 하측으로 상기 객체가스 및 원수가 유입되고 내부에서 하이드레이트가 생성되며 상측으로 상기 하이드레이트를 배출시키는 튜브 헤더
    상기 튜브 헤더의 상측 및 하측 중 적어도 한 곳에 설치되며, 상기 튜브 헤더의 상측 또는 하측에 냉각수가 흐르지 않고 빈 공간을 가지도록 제공되는 판 형상의 단열부 및
    상기 튜브 헤더의 하측에 배치되며, 상기 원수 및 객체가스를 혼합하여 균일하게 상기 튜브 헤더로 유입시키는 교반기를 포함하되,
    상기 튜브 헤더 하측에는 상기 반응관의 입구부가 형성되고, 상측에는 상기 반응관의 출구부가 형성되는 하이드레이트 반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 따른 하이드레이트 반응기;
    상기 하이드레이트 반응기와 연결되고 상기 반응기에서 생성된 하이드레이트에서 원수를 탈수하는 제1 차 탈수기 및
    상기 제1 차 탈수기와 연결되어 상기 하이드레이트에서 2차로 원수를 탈수하는 제2 차 탈수기를 포함하는 수 처리시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 차 탈수기 및 상기 제2 차 탈수기를 통해 탈수된 원수를 냉각시켜서 상기 반응기로 냉각된 원수를 전달하는 열 교환기를 포함하는 수 처리시스템.
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KR102685573B1 (ko) * 2022-07-28 2024-07-17 한국생산기술연구원 가스 하이드레이트를 이용한 제염 시스템 및 제염 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007177233A (ja) * 2005-11-29 2007-07-12 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ガスハイドレートの製造方法
KR20090122811A (ko) * 2008-05-26 2009-12-01 한국생산기술연구원 가스 하이드레이트를 이용한 해수의 담수화 방법 및 장치
KR101240458B1 (ko) * 2010-11-30 2013-03-11 (주)유성 가스 하이드레이트 제조장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007177233A (ja) * 2005-11-29 2007-07-12 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ガスハイドレートの製造方法
KR20090122811A (ko) * 2008-05-26 2009-12-01 한국생산기술연구원 가스 하이드레이트를 이용한 해수의 담수화 방법 및 장치
KR101240458B1 (ko) * 2010-11-30 2013-03-11 (주)유성 가스 하이드레이트 제조장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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안전설계 일반기준. 한국산업안전공단 (1997.4.28.) *
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