KR20130046193A - 하이드레이트 분말 생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온 및 고압 하에서 하이드레이트 가스와 물의 교반 반응이 이루어지고, 이러한 교반 반응중에 발생된 냉각 포화된 물을 재순환시켜 처음의 반응보다 월등히 빠른 속도로 하이드레이트 슬러리를 형성하는 하이드레이트 분말 생성장치에 관한 것이다. 본 발명은 1차 반응기에서 물과 하이드레이트 가스를 하이드레이트 슬러리 형태로 성장시키고, 이를 연속적으로 2차 반응기로 이동시킨다. 1차 반응기는 그 내부의 임펠러 재질을 플라스틱으로 구성함으로써 1차 반응기 내면에서 하이드레이트가 성장하지만, 임펠러 부분에는 열전달이 없어 하이드레이트를 부착시키지 않는다. 또한 2차 반응기는 그 중앙 내부로 들어온 하이드레이트 슬러리는 제2 모터에 의해서 회전하는 내,외측 스크류를 통하여 케이싱의 중앙으로부터 양쪽 방향으로 동시에 분산되고, 양측 말단부로부터 다시 케이싱 내부 벽면을 타고, 중앙 측으로 이동되는 흐름을 가지면서 혼합되는 형태로 숫자 8과 비슷한 리본형태를 가지면서 교반되며, 하이드레이트 분말로 전환된다. 따라서 본 발명은 하이드레이트 분말의 연속생산 작업이 가능하게 함과 동시에, 하이드레이트 분말 내의 가스 포집율을 크게 증가시킬 수 있는 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Description

하이드레이트 분말 생성장치{APPARATUS FOR REACTING AND PRODUCING HYDRATE POWDER}
본 발명은 가스 하이드레이트 반응장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온 및 고압 하에서 하이드레이트 가스와 물의 교반 반응이 이루어지고, 이러한 교반 반응중에 발생된 냉각 포화된 물을 재순환시켜 처음의 반응보다 월등히 빠른 속도로 하이드레이트 슬러리를 형성함으로써 하이드레이트 분말의 생산 속도를 향상시키고, 하이드레이트 분말의 이송이 효율적으로 이루어질 수 있는 하이드레이트 분말 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이드레이트 분말(Hydrate Powder)의 생성과정은 결정 핵의 생성과정과 성장과정의 두 가지 연속단계로 구분할 수 있다. 이러한 하이드레이트 분말의 핵형성과 핵성장은 압력과 온도의 조건에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
먼저, 하이드레이트 분말의 결정핵 생성과정은 임계크기까지 하이드레이트 핵이 성장하고 형성되는 과정을 말한다. 이때 결정핵 생성과정 동안 경과된 시간을 유발시간(Induction time)이라고 하며, 가스-물 클러스터의 생성과 임계크기의 안정된 핵 성장시간을 포함한 것이다.
이와 같은 하이드레이트 분말을 제조하는 일반적인 방법으로는 교반법, 스프레이법, 버블링법, 미세기포류법, 아이싱 기법, 수분사법 등의 방법이 다양하게 시도되고 있다. 하지만, 상기 기술된 종래 반응장치의 경우, 하이드레이트 가스로부터 하이드레이트 분말로의 연속 운전에 한계를 가지고 있다.
따라서, 이러한 종래 기술의 한계를 극복하여 연속적으로 하이드레이트 분말을 생산하기 위한 최적의 반응장치를 개발할 필요성이 대두되었다.
또한 종래의 반응장치의 경우, 대부분 부식방지를 위하여 스테인레스 재질로 이루어진 교반형 반응 장치를 활용하고 있으나, 하이드레이트의 경우, 결정 성장중에 스테인레스 등에 접착하며 성장하는 특징이 있다. 따라서 종래의 반응장치는 그 벽면과 내부 임펠러 사이에서 형성된 하이드레이트가 벽면과 임펠러 사이에서 엉겨붙는 현상으로 인해 반응장치의 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. 따라서 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 개선된 장치의 개발이 당 업계에서는 지속적으로 시도되고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위한 것으로서, 반응장치의 내면에서 하이드레이트가 성장하지만, 하이드레이트를 부착시키지 않음으로써 반응장치 내면에 생성된 하이드레이트를 긁어내면서 생산하여 구동장치에 물리적인 부하를 주는 것을 해결하고, 장치의 내구성 및 사용 수명을 크게 늘릴 수 있도록 개선된 하이드레이트 분말 생성장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적인 1차 반응기에서는 물과 하이드레이트 가스를 하이드레이트 슬러리 형태로 성장시키고, 2차 반응기로 연속이동시켜서 리본 형태의 교반을 통하여 하이드레이트 분말을 생산하게 됨으로써 하이드레이트 분말의 연속생산 작업이 가능하게 함과 동시에, 하이드레이트 분말 내의 가스 포집율을 증가시킬 수 있는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하이드레이트 가스와 물을 반응시켜 하이드레이트 분말을 생산하기 위한 장치에 있어서, 일정크기의 스트럭쳐 구조물을 형성하는 지지대; 상기 지지대상에서 하이드레이트 가스와 물이 내부로 유입되는 유입구를 일측에 형성한 제1 케이싱을 구비하고, 상기 제1 케이싱의 내부에는 제1 모터에 의해서 회전하는 제1 축상에 동축으로 배치된 내,외측 임펠러를 구비하며, 상기 하이드레이트 가스와 물을 교반시켜 하이드레이트 슬러리로 성장시키고, 탈수시켜 배출시키는 1차 반응기; 및 상기 지지대 상에서 1차 반응기로부터 배출된 하이드레이트 슬러리를 연결관을 통하여 받는 제2 케이싱을 구비하고, 상기 제2 케이싱의 내부에는 제2 모터에 의해서 회전하는 제2 축상에 동축으로 배치된 내,외측 스크류를 구비하며, 상기 하이드레이트 슬러리를 제2 케이싱의 중앙으로부터 양측 말단부로 이동시키고, 재차 반대방향으로 중앙측으로 이동시키는 리본형태의 반복적인 교반을 통하여 하이드레이트 분말로 전환시켜서 배출시키는 2차 반응기;를 포함하여, 상기 하이드레이트 가스와 물을 하이드레이트 분말로 연속 생산하는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 반응기는 제1 케이싱의 외면에 냉각수 채널을 형성하여 냉각수를 순환시키고, 제1 모터에 밸트를 통하여 연결된 풀리의 회전을 통하여 제1 축이 회전하며, 상기 제1 축의 외면에는 왼나사 방향으로 내측 임펠러가 형성되고, 상기 내측 임펠러를 에워싸도록 원통형의 제1 유도관이 제1 축에 동축(同軸)으로 삽입되고, 상기 제1 유도관의 외주면과 상기 제1 케이싱의 내주면 사이에는 오른 나사방향으로 외측 임펠러가 형성되는 한편, 상기 제1 축의 끝단은 콘 연결구의 베어링을 통하여 상기 제1 유도관의 끝단에 연결되고, 상기 콘 연결구에는 다수의 탈수공이 형성됨으로써, 상기 유입구를 통하여 제1 케이싱의 내부로 유입된 하이드레이트 가스와 물은 상기 제1 유도관의 외주면과 상기 제1 케이싱의 내주면 사이에서 오른 나사방향으로 회전하는 외측 임펠러에 의해서 상기 유입구로부터 그 반대측의 배출구 측으로 교반되면서 이동되어 하이드레이트 슬러리로 성장되고, 상기 콘 연결구측을 통과하면서 다수의 탈수공을 통하여 제1 유도관의 내측으로 탈수되며, 상기 제1 유도관 내측의 물은 왼 나사 방향으로 회전하는 내측 임펠러를 통하여 상기 배출구측으로부터 유입구측으로 이동하여 상기 제1 유도관의 외주면과 상기 제1 케이싱의 내주면 사이의 하이드레이트 가스와 물로 재순환 유입되도록 하는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 반응기는 배출구가 형성된 제1 케이싱 부분이 상기 콘 연결구에 대응하는 콘 형상의 원추부로 이루어짐으로써 상기 콘 연결구와 원추부 사이를 통과하는 하이드레이트 슬러리의 유로 단면적을 좁혀서 상기 콘 연결구의 탈수공들을 통한 탈수작용을 촉진시키고, 상기 콘 연결구에 인접한 제1 유도관의 원주면에도 다수의 탈수구멍들이 형성되어 추가적인 하이드레이트 슬러리의 탈수작용이 이루어짐으로써 상대적으로 물의 량이 적고, 더 많은 양의 하이드레이트를 포함한 하이드레이트 슬러리가 1차 반응기로부터 2차 반응기 측으로 이동하도록 구성된 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 반응기는 내,외측 임펠러가 열전도율이 낮은 플라스틱 재료로 이루어짐으로써 하이드레이트가 부착되지 않도록된 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 반응기는 제1 케이싱의 외면에 나선형 요홈을 형성하고, 상기 제1 케이싱을 덮는 원통형 제1 커버를 구비하며, 상기 제1 커버 내측에 형성되는 나선형 요홈이 냉각수 채널을 형성하는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
또는 본 발명은 바람직하게는 상기 2차 반응기는 제2 케이싱의 중앙에 원통형의 미드 죠인트가 형성되고, 상기 제2 케이싱의 외면에는 냉각수 채널을 형성하여 냉각수를 순환시키며, 상기 미드 죠인트의 상부측에는 연결관이 결합되어 하이드레이트 슬러리를 받는 입구가 형성되고, 미드 죠인트의 하부측에는 밸브가 구비되어 하이드레이트 분말을 배출시키는 출구가 형성되며, 상기 제2 모터의 작동을 통하여 제2 케이싱 내부에서 제2 축이 회전하며, 상기 제2 축의 외면에는 제2 축의 중앙으로부터 양측 말단부로 하이드레이트 슬러리를 이동시키는 내측 스크류가 제2 축의 중앙을 중심으로 양측 대칭형으로 형성되고, 상기 내측 스크류를 에워싸도록 원통형의 제2 유도관이 제2 축에 동축(同軸)으로 삽입되며, 상기 제2 유도관의 외주면과 상기 제2 케이싱의 내주면 사이에는 제2 유도관의 양측 말단부로부터 제2 유도관의 중앙으로 하이드레이트 슬러리를 이동시키는 외측 스크류가 제2 유도관의 중앙을 중심으로 양측 대칭형으로 내측 스크류부에 반대방향으로 형성됨으로써 상기 미드 죠인트의 입구를 통하여 제2 케이싱의 내부로 유입된 하이드레이트 슬러리는 상기 제2 유도관 내에서 회전하는 내측 스크류부에 의해서 제2 축의 중앙으로부터 양측 말단부로 이동되고, 재차 외측 스크류에 의해서 제2 유도관과 제2 케이싱의 사이에서 양측 말단부로부터 중앙측으로 이동되며, 내측 스크류부와 외측 스크류를 통한 리본형태의 반복적인 순환 교반을 통하여 하이드레이트 분말로 전환되며, 미드 죠인트의 하부측 출구를 통하여 외부로 배출되는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 제2 유도관은 상기 미드 죠인트가 위치하는 부분에 절개부를 형성하여 미드 죠인트의 입구로부터 제2 유도관의 내측 내측 스크류부로 하이드레이트 슬러리를 유입시키고, 미드 죠인트의 출구측으로 하이드레이트 분말을 이동시켜서 외부로 배출시키는 공간을 형성하는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
또는 본 발명은 바람직하게는 상기 2차 반응기는 미드 죠인트의 양측에 위치된 제2 케이싱의 외면에 나선형 요홈을 형성하고, 상기 제2 케이싱을 덮는 복수의 원통형 제2 커버를 구비하며, 상기 각각의 제2 커버의 내측에 형성되는 나선형 요홈이 냉각수 채널을 형성하는 하이드레이트 분말 생성장치를 제공한다.
본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 의하면, 1차 반응기 내의 임펠러의 재질을 플라스틱으로 구성함으로써 1차 반응기 내면에서 하이드레이트가 성장하지만, 임펠러 부분에는 열전달이 없어 하이드레이트를 부착시키지 않는다. 따라서 1차 반응기의 제1 케이싱 내면에 생성된 하이드레이트를 긁어내면서 임펠러의 진행방향으로 하이드레이트를 물과 함께 슬러리 상태로 밀어낼 수 있다.
따라서 하이드레이트 가스와 물을 이용하여 하이드레이트를 생산하는 과정에서 구동장치에 물리적인 부하를 주는 것을 해결하여 장치의 내구성 및 사용 수명을 크게 늘릴 수 있는 개선된 효과가 얻어진다.
또한 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 의하면, 1차 반응기에서 물과 하이드레이트 가스를 하이드레이트 슬러리 형태로 성장시키고, 이를 연속적으로 2차 반응기로 이동시킨다. 이때, 2차 반응기의 중앙 내부로 들어온 하이드레이트 슬러리는 제2 모터에 의해서 회전하는 내,외측 스크류를 통하여 케이싱의 중앙으로부터 양쪽 방향으로 동시에 분산되고, 양측 말단부로부터 다시 케이싱 내부 벽면을 타고, 중앙 측으로 이동되는 흐름을 가지면서 혼합되는 형태로 숫자 8과 비슷한 리본형태를 가지면서 교반되며, 이 과정에서 하이드레이트 분말로 전환됨으로써 하이드레이트 분말의 연속생산 작업이 가능하게 함과 동시에, 하이드레이트 분말 내의 가스 포집율을 크게 증가시킬 수 있는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치를 전체적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 1차 반응기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 1차 반응기의 제1 케이싱과 제1 커버를 도시한 분해도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 제1 축 및 내,외측 임펠러들을 도시한 결합도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 제1 축 및 내,외측 임펠러들을 도시한 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 콘 연결구를 도시한 측 단면도 및 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 2차 반응기를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 2차 반응기의 제2 케이싱, 제2 커버, 제2 축 및 내,외측 스크류들을 도시한 분해도이다.
도 8은 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 1차 반응기에서 하이드레이트 슬러리와 물이 이동하는 경로를 도시한 동작 설명도이다.
도 9는 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치에 구비된 2차 반응기에서 하이드레이트 슬러리와 하이드레이트 분말이 이동하는 경로를 도시한 동작 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 하이드레이트 가스와 물을 반응시켜 하이드레이트 분말을 연속적으로 생산하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 일정 크기의 스트럭쳐 구조물을 형성하는 지지대(110)를 구비하고, 이와 같은 지지대(110)의 상부측에 위치된 1차 반응기(120)를 갖는다.
이와 같은 1차 반응기(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중공 원통형의 제1 케이싱(122)을 구비하는데, 상기 제1 케이싱(122)은 하이드레이트 가스와 물이 내부로 유입되는 유입구(124)를 일측에 형성한다.
또한 이와 같은 제1 케이싱(122)은 그 외면에 냉각수 채널(126)을 형성하여 냉각수가 순환된다. 이를 위하여 상기 제1 케이싱(122)은 도 3에 도시된 바와 같이, 그 외면에 나선형 요홈(128)을 형성하고, 상기 제1 케이싱(122)을 덮는 원통형 제1 커버(130)를 구비하며, 상기 제1 커버(130) 내측에 형성되는 나선형 요홈(128)이 냉각수 채널(126)을 형성하게 된다.
또한 이와 같은 1차 반응기(120)는 상기 제1 케이싱(122)의 내부에 제1 모터(132)에 의해서 회전하는 제1 축(134)이 위치하고, 상기 제1 축(134) 상에서 동축(同軸)으로 배치된 내,외측 임펠러(140a,140b)를 구비하며, 이와 같은 내,외측 임펠러(140a,140b)를 회전시켜서 상기 하이드레이트 가스와 물을 교반시켜 하이드레이트 슬러리로 성장시키고, 탈수시켜 이후에 설명되는 2차 반응기(170)로 배출시키게 된다.
그리고 상기 1차 반응기(120)는 제1 모터(132)에 밸트(136)를 통하여 연결된 풀리(138)의 회전을 통하여 제1 축(134)이 회전하는데, 이와 같은 제1 모터(132)는 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(110)의 일측에 고정되고, 밸트(136)를 통하여 풀리(138)에 연결된다. 또한 제1 축(134)은 제1 케이싱(122)과의 사이에 베어링(B)과 씨일 링(C)을 통하여 연결되어 제1 케이싱(122)은 고정되고, 제1 축(134)이 그 내부에서 회전된다.
또한 이와 같은 제1 축(134)의 외면에는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 왼나사 방향으로 내측 임펠러(140a)가 형성되고, 상기 내측 임펠러(140a)를 에워싸도록 원통형의 제1 유도관(144)이 제1 축(134)에 동축(同軸)으로 외측에 삽입된다.
그리고 상기 제1 유도관(144)의 외주면과, 상기 제1 케이싱(122)의 내주면 사이에는 오른 나사방향으로 외측 임펠러(140b)가 형성되는 구조이다.
이와 같은 1차 반응기(120)는 상기 내,외측 임펠러(140a,140b)가 열전도율이 낮은 플라스틱 재료로 이루어짐으로써 하이드레이트가 성장하는 도중에도 내,외측 임펠러(140a,140b)에는 부착되지 않는다.
또한 이와 같은 제1 축(134)의 끝단은 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 콘 연결구(150)의 베어링(B)을 통하여 상기 제1 유도관(144)의 끝단에 연결되고, 상기 콘 연결구(150)에는 다수의 탈수공(152)이 형성되는 구조이다.
그리고 이와 같은 콘 연결구(150)가 위치되는 제1 케이싱(122) 부분, 즉 1차 반응기(120)는 배출구(156)가 형성된 제1 케이싱(122) 부분도 상기 콘 연결구(150)에 대응하는 콘 형상의 원추부(158)로 이루어짐으로써 상기 콘 연결구(150)와 원추부(158) 사이를 통과하는 하이드레이트 슬러리의 유로 단면적을 좁게 한다.
따라서 이와 같이 콘 연결구(150)와 제1 케이싱(122)의 원추부(158) 사이의 좁은 유로를 통과하는 하이드레이트 슬러리는 압착을 받게 되어 자연스럽게 상기 콘 연결구(150)의 탈수공(152)들을 통한 탈수작용을 촉진시킨다.
또한 이와 같은 탈수 작용을 증대시키기 위하여 상기 콘 연결구(150)에 인접한 제1 유도관(144)의 원주면에도 다수의 탈수구멍(162)들이 형성됨으로써 추가적인 하이드레이트 슬러리의 탈수작용이 이루어지게 되고, 결과적으로 1차 반응기(120)의 배출구(156)에서는 상대적으로 물의 량이 적고, 더 많은 양의 하이드레이트를 포함한 하이드레이트 슬러리가 2차 반응기(170) 측으로 연결관(166)을 통하여 배출된다.
이와 같은 1차 반응기(120)는 상기 유입구(124)를 통하여 제1 케이싱(122)의 내부로 하이드레이트 가스와 물이 유입되면, 상기 제1 유도관(144)의 외주면과 상기 제1 케이싱(122)의 내주면 사이에서 오른 나사방향으로 회전하는 외측 임펠러(140b)에 의해서 상기 유입구(124)로부터 그 반대측의 배출구(156) 측으로 교반되면서 이동된다.
이와 같은 과정에서 하이드레이트 가스와 물은 하이드레이트 슬러리로 성장되고, 상기 콘 연결구(150) 측을 통과하면서 다수의 탈수공(152)을 통하여 제1 유도관(144)의 내측으로 물이 탈수되며, 상기 제1 유도관(144) 내측의 물은 왼 나사 방향으로 회전하는 내측 임펠러(140a)를 통하여 상기 배출구(156) 측으로부터 유입구(124) 측으로 이동된다.
이와 같이 이동된 물은 상기 제1 유도관(144)의 외주면과 상기 제1 케이싱(122)의 내주면 사이로 유입되는 하이드레이트 가스와 물로 재공급되어 재순환 유입되는 것이다.
그리고 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 상기 1차 반응기(120)로부터 배출된 하이드레이트 슬러리를 연결관(166)을 통하여 받아서 하이드레이트 분말로 전환시켜서 배출시키는 2차 반응기(170)를 포함한다.
이와 같은 2차 반응기(170)는 지지대(110)에 고정되는 제2 케이싱(172)을 구비하는데, 상기 제2 케이싱(172)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 그 중앙에 원통형의 미드 죠인트(174)가 형성되고, 상기 제2 케이싱(172)의 외면에는 냉각수 채널(176)을 형성하여 냉각수를 순환시키며, 상기 미드 죠인트(174)의 상부측에는 연결관(166)이 결합되어 하이드레이트 슬러리를 받는 입구(174a)가 형성되고, 미드 죠인트(174)의 하부측에는 밸브(미 도시)가 구비되어 하이드레이트 분말을 배출시키는 출구(174b)가 형성된다.
이와 같은 제2 케이싱(172)은 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙의 미드 죠인트(174)를 제외한 양측의 외면에 나선형 요홈(178)을 각각 형성하고, 상기 제2 케이싱(172)을 덮는 복수의 원통형 제2 커버(180)를 구비하며, 상기 각각의 제2 커버(180)의 내측에 형성되는 나선형 요홈(178)이 냉각수 채널(176)을 형성하게 된다.
또한 상기 2차 반응기(170)는 제2 케이싱(172)의 내부에 제2 모터(182)에 의해서 회전하는 제2 축(184)을 구비하고, 상기 제2 축(184) 상에서 동축(同軸)으로 배치된 내,외측 스크류(190a,190b)를 구비한다.
이와 같은 제2 축(184)은 제2 케이싱(172)과의 사이에 베어링(B)이 위치되어 회전가능하게 연결됨으로써 제2 모터(182)의 작동시, 제2 축(184)이 제2 케이싱(172)의 내부에서 회전한다.
또한 상기 제2 축(184)의 외면에는 제2 축(184)의 중앙으로부터 양측 말단부로 하이드레이트 슬러리를 이동시키는 내측 스크류(190a)가 제2 축(184)의 중앙을 중심으로 양측 대칭형으로 형성되고, 상기 내측 스크류(190a)를 에워싸도록 원통형의 제2 유도관(192)이 제2 축(184)에 동축(同軸)으로 삽입되어 다수의 연결대(196)를 통하여 고정된다.
그리고 상기 제2 유도관(192)의 외주면과 상기 제2 케이싱(172)의 내주면 사이에는 제2 유도관(192)의 양측 말단부로부터 제2 유도관(192)의 중앙으로 하이드레이트 슬러리를 이동시키는 외측 스크류(190b)가 제2 유도관(192)의 중앙을 중심으로 양측 대칭형으로 내측 스크류(190a)에 대해 반대방향으로 형성된다.
한편, 이와 같은 제2 유도관(192)은 상기 미드 죠인트(174)가 위치하는 부분에 절개부(194)를 형성하여 미드 죠인트(174)의 입구(174a)로부터 제2 유도관(192)의 내측 스크류(190a)로 하이드레이트 슬러리를 유입시키고, 미드 죠인트(174)의 출구(174b) 측으로 하이드레이트 분말을 이동시켜서 외부로 배출시키는 공간을 형성한다.
이와 같은 2차 반응기(170)는 상기 미드 죠인트(174)의 입구(174a)를 통하여 제2 케이싱(172)의 내부로 유입된 하이드레이트 슬러리는 상기 제2 유도관(192) 내에서 회전하는 내측 스크류(190a)에 의해서 제2 축(184)의 중앙으로부터 양측 말단부로 이동되고, 재차 외측 스크류(190b)에 의해서 제2 유도관(192)과 제2 케이싱(172)의 사이에서 양측 말단부로부터 중앙측으로 이동된다.
따라서 이와 같은 내측 스크류(190a)와 외측 스크류(190b)를 통한 하이드레이트 슬러리의 이동은 리본형태의 반복적인 순환 교반이 이루어지도록 하여 하이드레이트 분말로 전환되도록 한다.
이와 같이 제2 케이싱(172)의 중앙으로부터 양말단으로, 그리고 양말단으로부터 다시 중앙측으로 하이드레이트 슬러리 및 하이드레이트 분말이 이동하면, 중앙을 기준으로 양측의 균형이 알맞게 유지되어 하이드레이트 슬러리 및 하이드레이트 분말이 제2 케이싱(172)의 어느 한쪽으로 치우치지 않고 좌우측이 균형을 유지하면서 양호하게 교반이동중에 하이드레이트 슬러리로부터 하이드레이트 분말로 전환된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 1차 반응기(120)의 유입구(124) 측에 물과 하이드레이트 가스가 공급됨에 따라, 최단 시간에 물과 하이드레이트 가스가 혼합되게 하여 포화된 하이드레이트 수용액을 형성시키고, 이와 같은 포화된 하이드레이트 수용액은 콘 연결구(150)의 탈수공(152)을 통하여 탈수되어 내측 임펠러(140a)의 진행 방향과 동일하게 이송되며, 재차 유입구(124) 측에서 하이드레이트 가스와 물에 재순환 유입됨으로써 하이드레이트 분말로 전환되도록 한다.
즉, 1차 반응기(120)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 모터(132)의 회전 작동을 통해서 제1 케이싱(122) 내부에서 동축(同軸)으로 배치된 내측 임펠러(140a)가 회전되며, 제1 유도관(144)을 통하여 제1 축(134)에 고정된 외측 임펠러(140b)가 제1 축(134)과 같이 회전하게 되며, 이와 같은 내측 임펠러(140a)와 외측 임펠러(140b)는 서로 나사산의 방향이 서로 상이하여 내부 흐름이 반대방향을 가지게 된다.
따라서, 외측 임펠러(140b)는 오른나사 형성에 의해 좌에서 우로 물과 하이드레이트 가스가 혼합되면서 이동하고, 이동 도중에 하이드레이트의 결정성장을 통하여 하이드레이트 슬러리 형태를 띄게 되며, 이렇게 이동한 하이드레이트 슬러리는 제1 케이싱(122)의 오른쪽 끝부분의 콘 연결구(150)에서 탈수처리되고, 이렇게 함으로써 2차 반응기(170)로 유입시 물을 배제하여 더 많은 양의 하이드레이트가 넘어가도록 할 수 있다.
이때, 상기 물과 하이드레이트 가스에 의해 생성되는 하이드레이트에 의해 외측 임펠러(140b)와 제1 케이싱(122) 사이의 내벽면에서 기계적 부하를 주는 현상을 방지하기 위하여 내,외측 임펠러(140a,140b)의 재질을 플라스틱을 사용함으로써, 내,외측 임펠러(140a,140b) 부분에는 생성된 하이드레이트가 엉켜붙지 않아 내,외측 임펠러(140a,140b)와 1차 반응기(120)의 내벽면에 기계적 부하를 주지 않는다.
이와 같이 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 1차 반응기(120)의 내부에 구비된 외측 임펠러(140b)에서 형성된 하이드레이트 슬러리가 콘 타입의 1차 반응기(120) 첨단부분으로 진행하며, 진행된 하이드레이트 슬러리에서 물, 즉 하이드레이트 포화액은 콘 연결구(150)의 탈수공(152)과 제1 유도관(144)의 탈수구멍(162)들을 통하여 내측 임펠러(140a)로 유입되고, 다시 뒤로 돌아가게 되며, 하이드레이트는 1차로 탈수되어 물이 일부 배제된 상태로 다음 공정으로 투입된다. 이때, 1차 반응기(120)는 내부 물 회수를 위한 콘 연결구(150)와, 1차 반응기(120)의 원추부(158)에 적당한 공차를 두어 하이드레이트가 엉켜붙어 내부가 폐색되는 현상을 없도록 할 수 있다.
이와 같이 1차 반응기(120)는 하이드레이트 슬러리로부터 탈수된 하이드레이트 포화액을 재순환시켜서 하이드레이트의 빠른 형성이 가능하도록 하고, 하이드레이트 포화액이 1차 반응기(120)의 내부에서 적체되는 것을 방지하며, 이로 인하여 반응장치 내부는 사영역(死領域) 없이 균질한 반응영역을 가질 수 있도록 한다.
이와 같이 1차 반응기(120)의 첨단 부분을 콘 타입으로 함으로 인하여 이송 및 하이드레이트 형성을 위하여 외측 임펠러(140b)에서 밀려나오는 하이드레이트 슬러리에 별도의 구동 장치 없이 1차 탈수가 가능하게 한다.
또한 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 상기와 같이 1차 반응기(120)에서 형성된 하이드레이트 슬러리를 리본믹서 타입의 2차 반응기(170)로 투입하여 하이드레이트 분말의 전환율을 향상시켜 고효율로 하이드레이트 분말을 생산한다.
즉, 상기 1차 반응기(120)에서 형성된 하이드레이트 슬러리의 경우, 약 20~30%의 하이드레이트 전환율을 가진다. 이러한 전환율을 개선하기 위하여 2차 반응기(170)로 리본믹서 타입의 반응장치에서 하이드레이트 전환율을 50% 내외로 향상시킨다.
상기 2차 반응기(170)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 케이싱(172)의 중앙부로 1차 반응기(120)로부터 공급된 하이드레이트 슬러리가 바깥쪽 방향으로 진행하여 양 끝단에서는 다시 중앙 하단부로 모이게 되며, 이러한 일련의 과정에서 하이드레이트 슬러리는 고농도 하이드레이트 분말 형태로 전환되고, 하부로 배출된다.
이와 같은 과정에서 제2 케이싱(172) 및 미드 죠인트(174) 부분은 회전하지 않으며, 내,외측 스크류(190a,190b)만 회전하게 된다. 즉 미드 죠인트(174)의 상부측 입구(174a)로 하이드레이트 슬러리가 유입되면, 제2 모터(182)에 의해서 내,외측 스크류(190a,190b)가 회전하며, 그 내부에서 하이드레이트 슬러리는 리본 형태로 교반되고, 충분한 시간이 지나서 하이드레이트 슬러리가 분말형태로 전환되면, 미드 죠인트(174)의 하부측 출구(174b)에 장착된 밸브(미 도시) 개방을 통하여 외부로 하이드레이트 분말을 배출하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 1차 반응기(120) 내의 임펠러(140a,140b) 재질을 플라스틱으로 구성함으로써 1차 반응기(120) 내면에서 하이드레이트가 성장하지만, 임펠러(140a,140b) 부분에는 열전달이 없어 하이드레이트를 부착시키지 않는다. 따라서 1차 반응기(120)의 제1 케이싱(122) 내면에 생성된 하이드레이트를 긁어내면서 외측 임펠러(140b)의 진행방향으로 하이드레이트를 물과 함께 슬러리 상태로 밀어낼 수 있고, 하이드레이트 가스와 물을 이용하여 하이드레이트를 생산하는 과정에서 구동장치에 물리적인 부하를 주는 것을 해결하여 장치의 내구성 및 사용 수명을 크게 늘릴 수 있다.
또한 본 발명에 따른 하이드레이트 분말 생성장치(100)는 1차 반응기(120)에서 물과 하이드레이트 가스를 하이드레이트 슬러리 형태로 성장시키고, 이를 연속적으로 2차 반응기(170)로 이동시킨다. 이때, 2차 반응기(170)의 중앙 내부로 들어온 하이드레이트 슬러리는 제2 모터(182)에 의해서 회전하는 내,외측 스크류(190a,190b)를 통하여 제2 케이싱(172)의 중앙으로부터 양쪽 방향으로 동시에 분산되고, 양측 말단부로부터 다시 제2 케이싱(172) 내부 벽면을 타고, 중앙 측으로 이동되는 흐름을 가지면서 혼합되는 형태로 숫자 8과 비슷한 리본형태를 가지면서 교반되며, 이 과정에서 하이드레이트 분말로 전환됨으로써 하이드레이트 분말의 연속생산 작업이 가능하게 함과 동시에, 하이드레이트 분말 내의 가스 포집율을 크게 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 설계적인 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
100: 하이드레이트 분말 생성장치 110: 지지대
120: 1차 반응기 122: 제1 케이싱
124: 유입구 126: 냉각수 채널
128: 나선형 요홈 130: 제1 커버
132: 제1 모터 134: 제1 축
136: 밸트 138: 풀리
140a,140b: 내,외측 임펠러 144: 제1 유도관
150: 콘 연결구 152: 탈수공
156: 배출구 158: 원추부
162: 탈수구멍 166: 연결관
170: 2차 반응기 172: 제2 케이싱
174: 미드 죠인트 174a: 입구
174b: 출구 176: 냉각수 채널
178: 나선형 요홈 180: 제2 커버
182: 제2 모터 184: 제2 축
190a,190b: 내,외측 스크류 192: 제2 유도관
196: 연결대 B: 베어링
C: 씨일 링

Claims (8)

  1. 하이드레이트 가스와 물을 반응시켜 하이드레이트 분말을 생산하기 위한 장치에 있어서,
    일정크기의 스트럭쳐 구조물을 형성하는 지지대;
    상기 지지대상에서 하이드레이트 가스와 물이 내부로 유입되는 유입구를 일측에 형성한 제1 케이싱을 구비하고, 상기 제1 케이싱의 내부에는 제1 모터에 의해서 회전하는 제1 축상에 동축으로 배치된 내,외측 임펠러를 구비하며, 상기 하이드레이트 가스와 물을 교반시켜 하이드레이트 슬러리로 성장시키고, 탈수시켜 배출시키는 1차 반응기; 및
    상기 지지대 상에서 1차 반응기로부터 배출된 하이드레이트 슬러리를 연결관을 통하여 받는 제2 케이싱을 구비하고, 상기 제2 케이싱의 내부에는 제2 모터에 의해서 회전하는 제2 축상에 동축으로 배치된 내,외측 스크류를 구비하며, 상기 하이드레이트 슬러리를 제2 케이싱의 중앙으로부터 양측 말단부로 이동시키고, 재차 반대방향으로 중앙측으로 이동시키는 리본형태의 반복적인 교반을 통하여 하이드레이트 분말로 전환시켜서 배출시키는 2차 반응기;를 포함하여, 상기 하이드레이트 가스와 물을 하이드레이트 분말로 연속 생산하는 것을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 1차 반응기는 제1 케이싱의 외면에 냉각수 채널을 형성하여 냉각수를 순환시키고, 제1 모터에 밸트를 통하여 연결된 풀리의 회전을 통하여 제1 축이 회전하며, 상기 제1 축의 외면에는 왼나사 방향으로 내측 임펠러가 형성되고, 상기 내측 임펠러를 에워싸도록 원통형의 제1 유도관이 제1 축에 동축(同軸)으로 삽입되고, 상기 제1 유도관의 외주면과 상기 제1 케이싱의 내주면 사이에는 오른 나사방향으로 외측 임펠러가 형성되는 한편, 상기 제1 축의 끝단은 콘 연결구의 베어링을 통하여 상기 제1 유도관의 끝단에 연결되고, 상기 콘 연결구에는 다수의 탈수공이 형성됨으로써, 상기 유입구를 통하여 제1 케이싱의 내부로 유입된 하이드레이트 가스와 물은 상기 제1 유도관의 외주면과 상기 제1 케이싱의 내주면 사이에서 오른 나사방향으로 회전하는 외측 임펠러에 의해서 상기 유입구로부터 그 반대측의 배출구 측으로 교반되면서 이동되어 하이드레이트 슬러리로 성장되고, 상기 콘 연결구측을 통과하면서 다수의 탈수공을 통하여 제1 유도관의 내측으로 탈수되며, 상기 제1 유도관 내측의 물은 왼 나사 방향으로 회전하는 내측 임펠러를 통하여 상기 배출구측으로부터 유입구측으로 이동하여 상기 제1 유도관의 외주면과 상기 제1 케이싱의 내주면 사이의 하이드레이트 가스와 물로 재순환 유입되는 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 1차 반응기는 배출구가 형성된 제1 케이싱 부분이 상기 콘 연결구에 대응하는 콘 형상의 원추부로 이루어짐으로써 상기 콘 연결구와 원추부 사이를 통과하는 하이드레이트 슬러리의 유로 단면적을 좁혀서 상기 콘 연결구의 탈수공들을 통한 탈수작용을 촉진시키고, 상기 콘 연결구에 인접한 제1 유도관의 원주면에도 다수의 탈수구멍들이 형성되어 추가적인 하이드레이트 슬러리의 탈수작용이 이루어짐으로써 상대적으로 물의 량이 적고, 더 많은 양의 하이드레이트를 포함한 하이드레이트 슬러리가 1차 반응기로부터 2차 반응기 측으로 이동하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  4. 제 1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 반응기는 내,외측 임펠러가 열전도율이 낮은 플라스틱 재료로 이루어짐으로써 하이드레이트가 부착되지 않는 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  5. 제 1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 반응기는 제1 케이싱의 외면에 나선형 요홈을 형성하고, 상기 제1 케이싱을 덮는 원통형 제1 커버를 구비하며, 상기 제1 커버 내측에 형성되는 나선형 요홈이 냉각수 채널을 형성하는 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 2차 반응기는 제2 케이싱의 중앙에 원통형의 미드 죠인트가 형성되고, 상기 제2 케이싱의 외면에는 냉각수 채널을 형성하여 냉각수를 순환시키며, 상기 미드 죠인트의 상부측에는 연결관이 결합되어 하이드레이트 슬러리를 받는 입구가 형성되고, 미드 죠인트의 하부측에는 밸브가 구비되어 하이드레이트 분말을 배출시키는 출구가 형성되며, 상기 제2 모터의 작동을 통하여 제2 케이싱 내부에서 제2 축이 회전하며, 상기 제2 축의 외면에는 제2 축의 중앙으로부터 양측 말단부로 하이드레이트 슬러리를 이동시키는 내측 스크류가 제2 축의 중앙을 중심으로 양측 대칭형으로 형성되고, 상기 내측 스크류를 에워싸도록 원통형의 제2 유도관이 제2 축에 동축(同軸)으로 삽입되며, 상기 제2 유도관의 외주면과 상기 제2 케이싱의 내주면 사이에는 제2 유도관의 양측 말단부로부터 제2 유도관의 중앙으로 하이드레이트 슬러리를 이동시키는 외측 스크류가 제2 유도관의 중앙을 중심으로 양측 대칭형으로 내측 스크류부에 반대방향으로 형성됨으로써 상기 미드 죠인트의 입구를 통하여 제2 케이싱의 내부로 유입된 하이드레이트 슬러리는 상기 제2 유도관 내에서 회전하는 내측 스크류부에 의해서 제2 축의 중앙으로부터 양측 말단부로 이동되고, 재차 외측 스크류에 의해서 제2 유도관과 제2 케이싱의 사이에서 양측 말단부로부터 중앙측으로 이동되며, 내측 스크류부와 외측 스크류를 통한 리본형태의 반복적인 순환 교반을 통하여 하이드레이트 분말로 전환되며, 미드 죠인트의 하부측 출구를 통하여 외부로 배출되는 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제2 유도관은 상기 미드 죠인트가 위치하는 부분에 절개부를 형성하여 미드 죠인트의 입구로부터 제2 유도관의 내측 내측 스크류부로 하이드레이트 슬러리를 유입시키고, 미드 죠인트의 출구측으로 하이드레이트 분말을 이동시켜서 외부로 배출시키는 공간을 형성하는 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 2차 반응기는 미드 죠인트의 양측에 위치된 제2 케이싱의 외면에 나선형 요홈을 형성하고, 상기 제2 케이싱을 덮는 복수의 원통형 제2 커버를 구비하며, 상기 각각의 제2 커버의 내측에 형성되는 나선형 요홈이 냉각수 채널을 형성하는 것임을 특징으로 하는 하이드레이트 분말 생성장치.
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