KR20130059403A - 천연가스 재기화 장치 - Google Patents

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Abstract

천연가스 재기화 장치가 개시된다. 천연가스 하이드레이트 펠릿을 재기화하는 천연가스 재기화 장치로서, 펠릿이 장입되며, 압력조절 공간이 구획되도록 상부 밸브와 하부 밸브가 형성되는 펠릿 장입부와, 펠릿 장입부의 하부와 연통되며 하부 밸브의 개방에 따라 펠릿이 유입되어 저장부와, 일단이 저장부의 하부에 결합되며, 저장부의 펠릿을 이송하는 이송 스크류 및 이송 스크류의 타단에 결합되고, 펠릿이 하부에서 유입되며, 가열수가 존재하는 분해 반응조를 포함하는 천연가스 재기화 장치가 제공된다.

Description

천연가스 재기화 장치{DEVICE FOR REVAPORIZING NATURAL GAS}
본 발명은 천연가스 재기화 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 천연가스 하이드레이트 펠릿을 분해하여 생성되는 천연가스를 별도의 압축없이 고압으로 생산할 수 있는 천연가스 재기화 장치에 관한 것이다.
천연가스는 연소 시 연료 질량 당 이산화탄소의 발생이 석탄과 석유에 비해 현저하게 적은 이유로 세계적으로 수요가 폭등하여 치열한 자원개발 경쟁의 대상이 되는 청정 화석연료이다.
가스전에서 생산된 천연가스는 메탄을 제외한 대부분의 황, 이산화탄소, 물, 고분자 탄화수소 성분 등을 제거하는 처리과정을 거친 후 수송 및 저장 과정을 통하여 연료로 사용된다.
천연가스 가격은 이윤과 이자를 제외하면 이 과정들을 구현하는 설비 및 운영 비용으로 구성되므로, 가스전의 크기, 소비지역과의 거리 및 기타 여건을 고려하여 가장 경제적인 수송 및 저장 방법을 선택한다. 현재 대표적인 해상 수송 방식은 액화천연가스(LNG; Liquified Natural Gas) 방식이며 LNG의 압축률은 표준상태 메탄을 기준으로 약 600 이다.
그러나, LNG 방식은 액화천연가스의 초저온 요구로 인하여 경제성 확보에 한계가 있으며 일정 규모 이상(현 기술 약 3 TCF(trillions of cubic feet))의 가스전에 대하여만 적용 가능하다.
천연가스의 주성분인 메탄이 상압 조건에서 액체로 안정적으로 존재하기 위해서는 영하 섭씨 162도 이하의 온도가 필요하다, 초저온 조건에 노출되는 LNG설비에 사용되는 금속재료는 취성을 최소화하도록 고가의 니켈이 고농도로 포함되어야 한다. 또, 수송과 저장과정에서 외부와 온도 차가 커서 열유입으로 인한 BOG(Boil Off Gas)가 대량으로 발생하는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하고 천연가스 생산비용을 감소시켜 상대적으로 작은 규모의 중소형 가스전 개발의 경제성을 확보하기 위해, 고체인 가스 하이드레이트(hydrate)를 저장 매체로 천연가스를 수송/저장하는 GTS(Gas To Solid) 기술이 활발하게 연구되기 시작하였다. 특히, 1990년 노르웨이의 Gudmundsson 교수가 하이드레이트의 자기보존 효과(self preservation effect) 이론을 제시하면서부터 일본을 비롯한 선진국들은 상용화를 목표로 GTS 방식의 실현에 필요한 핵심기술 개발에 착수하였다.
천연가스 하이드레이트(NGH; Natural Gas Hydrate)는 수소 결합을 하는 물분자의 고체상 격자 내에 천연가스 분자가 포집되는 결정 혼합물로 외형은 얼음과 유사하며 주어진 온도에서 특정 값 이상의 압력을 가하면 안정적으로 고체 상태를 유지한다. 메탄 하이드레이트가 상압에서 열역학적으로 안정하게 존재하려면 영하 섭씨 80도 이하의 저온이 요구되지만, 영하 섭씨 20도 부근에서도 하이드레이트 입자 표면에 얼음막이 생성되어 수 주 이상 하이드레이트의 분해가 지연되는 자기보존효과가 발견되었다.
천연가스 하이드레이트의 가스압축률은 약 170으로(약 170cc의 표준상태 천연가스가 하이드레이트 1 cc에 저장됨) LNG에 비해 불리하지만, 수송 및 저장에 필요한 온도 조건이 유리하여 중소형 가스전의 경우 천연가스 하이드레이트를 이용한 GTS방식이 LNG방식의 경제적 대안임이 이론적으로 검증되었다.
GTS방식을 구성하는 요소기술에는 천연가스의 수송/저장 과정 이전에 천연가스를 펠릿 형태의 하이드레이트로 변환하는 천연가스 하이드레이트 펠릿(NGHP; Natural Gas Hydrate Pellet)생산 기술과 이후에 천연가스 하이드레이트 펠릿를 분해하여 천연가스를 회수하는 재기화 기술이 있다.
기존의 재기화 장치는 수송의 목적을 겸한 저장 탱크 내부에 장입된 천연가스 하이드레이트 펠릿를 소비지역에서 탱크의 하부로부터 열수를 공급하여 분해를 유도하고 분해수와 냉각된 공급수를 외부로 배출하며 분해 가스를 회수하는 방식을 사용한다.
이 방식은 대량의 고압 가스를 연속으로 생산할 수 없다는 점과 탱크 내에 잔류하는 분해가스를 사용할 수 없는 단점을 갖는다.
또한, 기존의 연속 재기화 기술은 순환하는 열수로 가열되는 재기화 반응조에 천연가스 하이드레이트 펠릿를 투입하여 생성되는 고압가스를 분해수와 분리하여 회수한다는 기본적인 개념은 반영되어 있지만 실용적인 재기화 장치 제작에 필요한 구체적인 내용이 결여되어 있다.
본 발명은 천연가스 하이드레이트 펠릿을 분해하여 생성되는 천연가스를 별도의 압축없이 고압으로 생산할 수 있는 천연가스 재기화 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 천연가스 하이드레이트 펠릿을 재기화하는 천연가스 재기화 장치로서, 펠릿이 장입되며, 압력조절 공간이 구획되도록 상부 밸브와 하부 밸브가 형성되는 펠릿 장입부와, 펠릿 장입부의 하부와 연통되며 하부 밸브의 개방에 따라 펠릿이 유입되는 저장부와, 일단이 저장부의 하부에 결합되며, 저장부의 펠릿을 이송하는 이송 스크류 및 이송 스크류의 타단에 결합되고, 펠릿이 하부에서 유입되며, 가열수가 존재하는 분해 반응조를 포함하는 천연가스 재기화 장치가 제공된다.
상기 천연가스 재기화 장치는, 이송 스크류의 타단과 분해 반응조 사이에 개재되며, 이송된 펠릿을 분쇄하는 분쇄부를 더 포함할 수 있다. 그리고, 압력조절 공간과 저장부 간을 개폐하는 압력 조절 밸브 및 압력조절 공간에 압축수를 공급하며 공급된 압축수를 회수하는 압축수 공급부를 더 포함할 수 있다.
압축수 공급부는, 압축수가 회수되는 상압 상태의 상압탱크와, 고압의 가스와 압축수가 저장되며, 압력조절 공간에 압축수를 공급하는 고압탱크 및 상압탱크의 압축수를 고압탱크로 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 천연가스 재기화 장치는, 분해 반응조 상부의 가열수를 회수하여 분해 반응조의 하부로 공급하는 가열수 순환 라인과, 가열수 순환 라인에 개재되어 회수된 가열수를 순환시키는 순환펌프 및 가열수 순환 라인에 개재되어 회수된 가열수를 가열하는 가열히터를 더 포함할 수 있다.
그리고, 가열수 순환 라인의 가열히터의 하류에서 분기되어 이송 스크류의 일단에 가열수를 공급하는 가열수 공급 라인을 더 포함할 수 있다.
분해 반응조 내의 압력은 50 bar 내지 70 bar일 수 있다.
분해 반응조에는, 가열수의 수면 하부에 위치하며, 분쇄된 펠릿을 여과하는 메쉬망이 형성될 수 있다.
메쉬망은 분해 반응조의 높이에 따라 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수 개의 메쉬망의 채눈의 크기는 상부로 갈수록 작아지도록 구성할 수 있다.
분해 반응조 내부에는, 가열수와 분쇄된 펠릿을 교반하는 교반기가 결합될 수 있다.
분해 반응조의 표면에는 초음파 진동기가 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 천연가스 하이드레이트 펠릿을 분해하여 생성되는 천연가스를 별도의 압축없이 고압으로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 재기화 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가슬 재기화 장치의 압축수 공급부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 재기화 장치의 펠릿 장입 과정 및 잔류가스 회수 과정을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 천연가스 재기화 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 재기화 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가슬 재기화 장치의 압축수 공급부를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 장입구(12), 상부밸브(14), 압력조절 공간(16), 하부밸브(18), 펠릿 장입부(20), 저장부(22), 이송 스크류(24), 분쇄부(26), 분해 반응조(28), 가열수(30), 메쉬망(32), 교반기(34), 초음파 진동기(36), 압력조절 밸브(38), 압축수 공급부(40), 가열수 공급 라인(39), 가열수 순환 라인(41), 순환펌프(42), 상압탱크(43), 가열히터(44), 고압탱크(45), 밸브(48, 50, 52), 가열수 회수 라인(54), 압축수 회수 라인(56), 수위센서(57, 59), 압축수 공급 라인(58), 상압가스 회수 라인(60), 펌프(62), 배수라인(64), 가스 배출 라인(66)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 천연가슬 재기화 장치는, 천연가스 하이드레이트 펠릿(P)을 재기화하는 천연가스 재기화 장치로서, 상기 펠릿(P)이 장입되며, 압력조절 공간(16)이 구획되도록 상부밸브(14)와 하부밸브(18)가 형성되는 펠릿 장입부(20)와; 상기 펠릿 장입부(20)의 하부와 연통되며 상기 하부밸브(18)의 개방에 따라 상기 펠릿(P)이 유입되는 저장부(22)와; 일단이 상기 저장부(22)의 하부에 결합되며, 상기 저장부(22)의 상기 펠릿(P)을 이송하는 이송 스크류(24) 및 상기 이송 스크류(24)의 타단에 결합되고, 상기 펠릿(P)이 하부에서 유입되며, 가열수(30)가 존재하는 분해 반응조(28)를 포함한다.
천연가스 하이드레이트 펠릿(P)은, 천연가스의 수송 또는 저장을 위하여 천연가스를 펠릿(pellet) 형태의 하이드레이트로 변환한 것을 의미하며, 이러한 천연가스 하이드레이트 펠릿(P)과 가열수(30)와 교반하는 과정에서 발생하는 천연가스를 포집하여 공급처로 공급하게 된다.
펠릿 장입부(20)는, 천연가스 하이드레이트 펠릿(이하, '펠릿'이라 함)이 장입되며 압력조절 공간(16)이 구획되도록 상부밸브(14)와 하부밸브(18)가 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 펠릿 형태의 천연가스 하이드레이트가 용이하게 장입되도록 호퍼(hopper)형상의 장입구(12)가 구비되고 장입구(12)와 연통되도록 관로 형상의 펠릿 장입부(20)가 마련된다. 장입구(12) 하단에는 상부밸브(14)가 마련되고 아래로 일정거리 하단에는 하부밸브(18)가 마련된다. 이러한 상부밸브(14)와 하부밸브(18)에 의해 구획되는 공간이 압력조절 공간(16)이다.
상부밸브(14)와 하부밸브(18)가 닫힌 상태에서 장입구(12)에 상압 하에서 펠릿(P)이 장입되면 상부밸브(14)가 개방되어 압력조절 공간(16)에 펠릿(P)이 투입된다. 이로 인해 압력조절 공간(16)은 상압 상태가 되고, 하부밸브(18) 하부는 분해 반응조(28)와 같은 고압의 가스가 채워진 상태가 유지된다.
저장부(22)는 펠릿 장입부(20)의 하부와 연통되며, 하부밸브(18)의 개방에 따라 펠릿(P)이 투입된다. 저장부(22)는 펠릿(P)을 분해 반응조(28)에 공급하기 전에 임시 저장하는 공간으로 상부밸브(14)가 닫힌 상태에서 하부밸브(18)가 개방되면 압력조절 공간(16)에 있던 펠릿(P)이 저장부(22)로 투입되고 압력조절 공간(16)은 저장부(22)와 동일하게 고압의 가스가 채워진다. 이 과정에서 저장부(22)에 있던 고압의 가스가 압력조절 공간(16)에 채워지면서 저장부(22) 내 가열수의 수위가 상승하게 되고 더불어 펠릿(P)이 저장부(22)로 투입되므로 저장부(22)의 체적이 압력조절 공간(16)의 체적보다 크게 구성 되어 있다.
저장부(22)의 가열수(30)의 수위가 높은 경우에는 펠릿(P)이 가열수(30)의 수면으로 뜨게 되어 이송 스크류(24)에 투입되는 것이 어려우므로 펠릿(P)이 저장부(22)에 투입된 이후에는 저장부(22)내의 가열수(30)의 수위를 저장부(22) 하단 아래로 떨어뜨려 펠릿(P)이 용이하게 이송 스크류(24)에 투입되도록 구성된다. 즉, 후술하는 압력조절 공간(16)에서 고압의 가스를 회수하는 과정에서 저장부(22)의 압력이 증가하게 되고, 저장부(22)에 존재하는 펠릿(P)에서 부분적으로 분해 가스가 발생되어 저장부(22)의 압력이 더욱 더 증가하게 되므로 저장부(30)의 가열수의 수위는 낮아져 저장부(22)의 하단 아래에 위치하게 되고 이에 따라 펠릿(P)이 용이하게 이송 스크류(24)에 투입되는 것이다.
한편, 본 실시예에 따른 천연가스 재기화 장치는, 압력조절 공간(16)과 저장부(22) 간을 개폐하는 압력조절 밸브(38) 및 압력조절 공간(16)에 압축수를 공급하며 공급된 압축수를 회수하는 압축수 공급부(40)를 더 포함할 수 있다.
상부밸브(14)의 개방에 따라 압력조절 공간(16)으로 펠릿(P)이 투입되고, 상부밸브(14)를 닫으면 압력조절 공간(16)은 상압 상태로 펠릿(P)이 채워진다. 이러한 상태에서 하부밸브(18)를 개방하면 펠릿(P)이 저장부(22)로 투입되면서 압력조절 공간(16)은 분해 반응조(28)의 고압 상태에 의해 고압의 가스가 채워진다. 펠릿(P)이 저장부(22)로 투입된 상태에서 다시 펠릿(P)을 공급받기 위해 하부밸브(18)가 닫히게 되는데 상부밸브(14)와 하부밸브(18)가 닫힘에 따라 압력조절 공간(16)은 고압의 가스가 채워진 상태를 유지한다. 이러한 압력조절 공간(16)에 존재하는 고압의 가스를 회수하기 위하여 압력조절 공간(16)과 저장부(22) 간을 개폐하는 압력조절 밸브(38)를 개방한 상태에서, 압축수 공급부(40)로부터 압축수 공급 라인(58)을 통하여 압력조절 공간(16)으로 압축수를 공급하여 압력조절 공간(16)에 존재하는 고압의 가스를 저장부(22)로 반송하고, 압축수의 공급에 의해 압력조절 공간(16)에 존재하는 고압의 가스가 저장부(22)로 반송되면 압력조절 밸브(38)를 닫고 압력조절 공간(16)에 공급된 압축수를 다시 압축수 회수 라인(56)을 통하여 압축수 공급부(40)로 회수하여 압력조절 공간(16)을 상압 상태로 환원하여 다음 펠릿(P) 장입을 준비할 수 있다.
압축수 공급부(40)는, 압력조절 공간(16)의 압축수가 회수되는 상압 상태의 상압탱크(43)와; 고압의 가스와 압축수가 저장되며, 압력조절 공간(16)에 압축수를 공급하는 고압탱크(45) 및 상압탱크(43)의 압축수를 고압탱크(45)로 공급하는 펌프(62)를 포함할 수 있다.
상압탱크(43)는 상압 상태로 압축수가 일정 수위로 저장되며, 상압탱크(43)의 압축수를 펌프(62)를 통하여 고압탱크(45)로 공급한다. 고압탱크(45)는 압력조절 공간(16)에 압축수를 신속하게 공급하기 위해 저장부(22)의 압력보다 큰 압력으로 압축수를 저장한다.
고압탱크(45)에는 압축수의 수위를 검출하는 수위센서(59)가 마련되어 고압탱크(45)의 압축수가 일정 수위가 되면 펌프(62)의 작동이 멈추도록 할 수 있다. 그리고, 상압탱크(43)에도 압축수의 수위를 검출하는 수위센서(57)가 마련될 수 있으며 수위가 일정 수준 이상이면 상압탱크(43)로부터 압축수를 배수라인(64)를 통하여 외부로 배출할 수 있다.
분해 반응조(28) 내의 수위가 높은 경우 가열수 순환 라인(41)에서 분기된 가열수 회수 라인(54)를 통하여 상압탱크(43)로 가열수가 회수될 수 있으며, 이 과정에서 기포의 형태로 분해 가스가 동반하여 유입된다. 이러한 상압 상태의 천연가스를 회수하기 위하여 상압탱크(43)의 상부에는 천연가스를 회수하기 위한 상압가스 회수 라인(60)이 연결되어 있으며, 상압가스 회수라인(60)으로부터 상압가스를 회수하여 별도로 저장할 수 있다. 밸브(52)는 회수되는 가열수(30)의 량을 조절한다.
이송 스크류(24)는 저장부(22)의 하단에 결합되어 연통되며, 저장부(22)의 펠릿(P)을 이송한다. 이송 스크류(24)의 일단부에는 투입구가 마련되고 타단부에 토출구가 마련된다.
상술한 바와 같이, 저장부(22)의 가열수의 수위는 펠릿(P)의 투입과정에서 저장부(22)의 하단 아래로 떨어지게 되며 이에 따라 이송 스크류(24)의 투입구 상부에는 가열수(30)에 잠기지 않은 펠릿(P)이 위치하게 되어 펠릿(P)이 용이하게 이송 스크류(24)로 투입될 수 있다. 이송 스크류(24)는 저장부(22)에 위치하는 펠릿(P)을 분해 반응조(28)로 밀어주는 역할을 한다.
분쇄부(26)는 이송 스크류(24)의 타단과 분해 반응조(28) 사이에 개재될 수 있으며, 이송된 상기 펠릿을 분쇄하여 분해 반응조(28)의 하부로 분쇄된 펠릿(P)이 공급되도록 한다.
분쇄부(26)은 이송 스크류(24)의 타단에 위치한 토출구와 연통되며, 이송된 펠릿(P)을 분쇄한다. 펠릿(P)이 이송 스크류(24)를 통과하면서 일부 분쇄되고 분쇄부(26)에서 잘게 분쇄되어 분해 반응조(28)의 하부로 공급한다. 펠릿(P)의 분해 반응은 이송 스크류(24)와 분쇄부(26)를 통과하면서 이미 시작된다.
분쇄부(26)는 서로 교차하는 회전날과 고정날로 구성될 수 있으며 펠릿(P)을 일정 입도 이하로 분쇄하고 분해 반응조(28)의 하부로 공급한다. 분쇄부(26)를 통과하여 일정 입도 이하로 분쇄된 펠릿(P)은 반응 표면적이 증가되어 분해 반응이 가속된다.
분해 반응조(28)는 분쇄부(26)와 연결되고 분쇄된 펠릿(P)이 분해 반응조(28)의 하부에서 유입되도록 구성되며, 분해 반응조(28) 내부에는 가열수(30)가 존재한다. 분쇄된 펠릿(P)을 가열수(30)가 채워진 분해 반응조(28)의 하부에서 투입함에 따라 분쇄된 펠릿(P)이 가열수(30)의 하부에서 상부로 이동과정에서 가열수(30)에 잠기게 되어 분해 반응에 필요한 열전달을 좋게 할 수 있다. 분쇄된 펠릿(P)은 부력과 가열수(30)의 순환에 따른 가열수(30)의 이동에 따라 분해 반응조(28)에 채워진 가열수(30)의 하부에서 상부로 이동하게 된다.
분해 반응조(28)를 통해 고압가스를 직접 생산하기 위하여 분해 반응조(28)의 내부는 고압 상태를 유지할 수 있다. 예를 들면, 분해 반응조(28) 내부의 압력을 50 bar 내지 70 bar로 유지할 수 있다. 이에 따라, 고압가스를 필요로 하는 가스 터빈이나 가정용의 도시가스를 공급하기 위한 가스 공급 시설에 본 실시예에 따른 천연가스 재기화 장치를 설치할 수 있다. 분해 반응조(28)가 고압 상태를 유지함에 따라 이와 연통되는 분쇄부(26), 이송 스크류(24), 저장부(22)의 압력 또한 분해 반응조(28)와 동일한 고압 상태가 유지된다. 다만, 압력조절 공간(16)의 경우에는 상부밸브(14) 또는 하부밸브(18)의 개폐에 따라 압력이 변동될 수 있다.
분해 반응조(28)의 내부에는, 가열수(30)의 수면 하부에 위치하며 분쇄된 펠릿(P)을 여과하는 메쉬망(32)이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 메쉬망(32)은 분해 반응조(28)의 높이에 따라 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수 개의 메쉬망(32)의 채눈의 크기는 상부로 갈수록 작게 할 수 있다. 이로 인해, 분해 반응이 진행되면서 입도가 작아지는 분쇄된 펠릿(P)의 상향 이동속도가 제어되며 분쇄된 펠릿(P)이 분해 반응조(28) 내에 고르게 분포되어 가열수(30)와의 접촉이 증대되고 분해 반응에 의해 발생한 분해 가스가 가열수(30)를 통과하여 상승하는 통로가 확보되어 분해 반응의 효율을 높일 수 있다.
그리고, 분쇄된 펠릿(P)과 가열수(30)와의 열 전달을 촉진하고, 발생하는 분해 가스를 펠릿(P)의 표면으로부터 보다 효율적으로 분리하기 위해 분해 반응조(28)의 내부에는 가열수(30)와 분쇄된 펠릿(P)을 교반하는 교반기(34)가 설치될 수 있다. 교반기(34)는 분해 반응조(28)의 길이 방향으로 배치되는 회전축과 회전축에 결합되는 복수의 회전 날개로 구성될 수 있다.
또한, 분해 반응조(28)의 표면에는 초음파 진동기가 부착될 수 있다. 초음파 진동기는 분해 반응조(28)의 외면이나 내면에 부착될 수 있다. 본 실시예에서는 다수의 초음파 진동기(36)가 분해 반응조(28)의 외면에 부착된 형태를 제시한다. 초음파 진동기(36)에서 발생한 초음파는 가열수(30)를 매질로 전달되어 분쇄된 펠릿(P)의 분해 반응을 촉진한다.
분해 반응조(28)의 상부에는 분해 가스(g)를 배출하기 위해 가스 배출 라인(66)이 결합되고 이를 통해 가열수(30)의 수면 상부의 분해 가스(g)를 외부로 배출할 수 있다. 외부로 배출되는 분해 가스는 분해 반응조(28)의 압력에 상응하여 고압 상태로 배출되며, 분해 반응조(28)에서 배출된 분해 가스는 기액분리기(미도시)에서 물이 분리되며 고압가스를 필요로 하는 가스 터빈이나 가정용의 도시가스를 공급하기 위한 가스 공급 시설에 바로 공급될 수 있다. 기액분리기를 통해 분리된 물은 압축수 공급부(40)의 상압탱크(43)로 회수시킬 수 있다.
분해 반응조(28)의 가열수(30)는 분해 반응조(28)의 상부에서 배출시켜 이를 가열하고 분해 반응조(28)의 하부로 유입되도록 지속적으로 순환시킬 수 있다. 이를 위해 분해 반응조(28) 상부의 가열수(30)를 회수하여 분해 반응조(28)의 하부로 공급하는 가열수 순환 라인(41)과, 가열수 순환 라인(41)에 개재되어 회수된 가열수를 순환시키는 순환펌프(42)와, 가열수 순환 라인(41)에 개재되어 회수된 가열수를 가열하는 가열히터(44)가 구비될 수 있다.
가열수 순환 라인(41)을 통하여 분해 반응조(28) 상부에서 회수된 가열수는 순환펌프(42)를 통과한 뒤 가열히터(44)로 가열되어 다시 분해 반응조(28)의 하부로 공급된다. 가열히터(44)에서 공급되는 열량은 가열수(30)의 온도를 일정 값 이하로 유지하도록 제어될 수 있다.
그리고, 가열수 순환 라인(41)의 가열히터(44)의 하류에서 분기되어 이송 스크류(24)의 일단에 가열수를 공급하는 가열수 공급 라인(39)을 더 포함할 수 있다. 이송 스크류(24)를 통하여 펠릿(P)를 이송할 때 이송 스크류(24) 내에 수분이 존재하면 펠릿(P) 이송이 용이하므로 가열수 순환 라인(41)에 가열수를 분기시켜 이를 이송 스크류(24)의 일단에서 공급하는 것이다.
한편, 분해 반응조(28)에서 분해 반응이 계속됨에 따라 펠릿(P)에 함유하고 있던 수분이 분해되어 분해 반응조(28) 내의 가열수(30)가 증가하게 된다. 따라서, 증가된 가열수(30)를 배출하기 위하여 가열수 순환 라인(41)의 순환펌프(42) 상류에서 분기되어 압축수 공급부(40)로 회수하기 위한 가열수 회수 라인(54)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 분해 반응조(28)의 가열수(30)의 수위를 측정할 수 있는 수위센서(미도시)가 마련되고 분해 반응조(28) 내의 가열수(30)의 수위가 일정 값 이상이면 가열수 회수 라인(41)을 통하여 가열수를 압축수 공급부(40)의 상압탱크(43)로 회수되도록 구성하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 재기화 장치의 펠릿 장입 과정 및 잔류가스 회수 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 천연가스를 재기화하는 방법을 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 분해 반응조(28)의 내의 압력이 대략 50bar인 경우에 대해서 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 압력조절 공간(16) 및 장입구(12)는 상압 상태로 존재하며, 하부밸브(18)가 닫힌 상태에서 분해 반응조(28)가 50bar의 고압 상태를 유지함에 따라 분해 반응조(28)와 기류적으로 연통된 저장부(22), 이송스크류, 분쇄부(26)는 50bar의 압력이 부여된다.
먼저, 상부밸브(14)와 하부밸브(18)가 닫힌 상태에서 장입구(12)에 상압 하에서 펠릿(P)이 장입되면 상부밸브(14)가 개방되어 압력조절 공간(16)에 펠릿(P)이 투입된다. 이로 인해 압력조절 공간(16)은 상압 상태가 된다. 상부밸브(14)를 닫고 하부밸브(18)를 개방하면 압력조절 공간(16)에 있던 펠릿(P)이 저장부(22)로 투입되고 압력조절 공간(16)은 저장부(22)와 동일하게 50bar의 가스가 유입되고 다시 하부밸브(18)가 닫힘에 따라 압력조절 공간(16)은 50bar의 가스가 채워지게 된다.
한편, 상부밸브(14)와 하부밸브(18)의 닫힘으로 인해 압력조절 공간(16)에 갖힌 고압의 가스를 회수하기 위해 압력조절 공간(16)과 저장부(22) 간을 개폐하는 압력조절 밸브(38)를 개방한 상태에서, 압축수 공급부(40)를 통하여 압력조절 공간(16)에 압축수를 공급하여 압력조절 공간(16)에 존재하는 고압의 가스를 저장부(22)로 반송하고 압축수의 공급에 의해 압력조절 공간(16)에 존재하는 고압의 가스가 저장부(22)로 반송이 완료되면 압력조절 밸브(38)를 닫고 압력조절 공간(16)에 공급된 압축수를 다시 압축수 공급부(40)로 회수하여 압력조절 공간(16)을 상압 상태로 환원하여 다음 펠릿(P) 장입을 준비하게 된다.
저장부(22)에 투입된 펠릿(P)은 저장부(22)의 하단에 연결된 이송 스크류(24)의 투입구를 통해 이송 스크류(24)로 공급되고 이송 스크류(24)의 작동에 따라 펠릿(P)이 분쇄부(26)로 이송된다. 이때 펠릿(P)이 이송 스크류(24)에 용이하게 공급되기 위하여 가열수(30)의 수위는 저장부(22)의 하부에 위치하게 된다.
이송 스크류(24)를 통해 유입되는 펠릿(P)은 분쇄부(26)를 통과하면서 반응 표면적이 증가되도록 일정 입도 이하로 분쇄되어 분해 반응조(28)의 하부로 공급된다.
분해 반응조(28)의 하부로 공급된 분쇄된 펠릿(P)은 가열수(30)에 의한 부력과 가열수(30)의 이송에 따라 분해 반응조(28)의 하부에서 상부 방향으로 이동하면서 가열수(30)의 수중에서 분해 반응이 일어나게 된다. 이 과정에서 분쇄된 펠릿(P)은 분해 과정을 거치면서 분해 반응조(28)의 메쉬망(32)을 통과하게 된다. 분해 반응조(28)에서 분해된 천연가스는 고압 상태에서 가열수(30) 수면의 상부를 채우게 되고 분해된 천연가스는 가스 배출 라인(66)을 통해 외부로 배출된다. 분해 반응조(28)의 분해 반응을 좋게 하기 위해 분해 반응조(28)의 교반기(34)에 의해 분쇄된 펠릿(P)과 가열수(30)가 교반되며 동시에 초음파 진동기(36)에서 발생되는 초음파가 분해 반응을 가속시킨다.
분해 반응조(28)에서 분해 반응이 일어나는 동안 분해 반응조(28)의 가열수(30)는 가열수 순환 라인(41)을 통하여 분해 반응조(28)의 상부에서 배출되고 가열되어 분해 반응조(28)의 하부로 유입되도록 지속적으로 순환된다.
분해 반응조(28)에서 분해 반응이 지속됨에 따라 분해 반응조(28)의 가열수는 증가하게 되고 증가된 가열수는 가열수 순환 라인(41)에서 분기된 가열수 회수 라인(54)을 통하여 압축수 공급부(40)로 회수된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

Claims (11)

  1. 천연가스 하이드레이트 펠릿을 재기화하는 천연가스 재기화 장치로서,
    상기 펠릿이 장입되며, 압력조절 공간이 구획되도록 상부 밸브와 하부 밸브가 형성되는 펠릿 장입부와;
    상기 펠릿 장입부의 하부와 연통되며 상기 하부 밸브의 개방에 따라 상기 펠릿이 유입되는 저장부와;
    일단이 상기 저장부의 하부에 결합되며, 상기 저장부의 상기 펠릿을 이송하는 이송 스크류; 및
    상기 이송 스크류의 타단에 결합되고, 상기 펠릿이 하부에서 유입되며, 가열수가 존재하는 분해 반응조를 포함하는 천연가스 재기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송 스크류의 타단과 상기 분해 반응조 사이에 개재되며, 이송된 상기 펠릿을 분쇄하는 분쇄부를 더 포함하는 천연가스 재기화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절 공간과 상기 저장부 간을 개폐하는 압력 조절 밸브; 및
    상기 압력조절 공간에 압축수를 공급하며 공급된 상기 압축수를 회수하는 압축수 공급부를 더 포함하는 천연가스 재기화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축수 공급부는,
    상기 압축수가 회수되는 상압 상태의 상압탱크와;
    고압의 가스와 압축수가 저장되며, 상기 압력조절 공간에 압축수를 공급하는 고압탱크; 및
    상기 상압탱크의 압축수를 상기 고압탱크로 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 재기화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분해 반응조 상부의 가열수를 회수하여 상기 분해 반응조의 하부로 공급하는 가열수 순환 라인과;
    상기 가열수 순환 라인에 개재되어 회수된 상기 가열수를 순환시키는 순환펌프; 및
    상기 가열수 순환 라인에 개재되어 회수된 상기 가열수를 가열하는 가열히터를 더 포함하는 천연가스 재기화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가열수 순환 라인의 상기 가열히터의 하류에서 분기되어 상기 이송 스크류의 일단에 상기 가열수를 공급하는 가열수 공급 라인을 더 포함하는 천연가스 재기화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분해 반응조 내의 압력은 50 bar 내지 70 bar인 것을 특징으로 하는 천연가스 재기화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분해 반응조에는,
    상기 가열수의 수면 하부에 위치하며, 분쇄된 상기 펠릿을 여과하는 메쉬망이 형성되는 것을 특징으로 하는 천연가스 재기화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메쉬망은 상기 분해 반응조의 높이에 따라 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 메쉬망의 채눈의 크기는 상부로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 천연가스 재기화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분해 반응조 내부에는, 상기 가열수와 분쇄된 상기 펠릿을 교반하는 교반기가 결합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 재기화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분해 반응조의 표면에는 초음파 진동기가 부착되는 것을 특징으로 하는 천연가스 재기화 장치.
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