KR20130060827A

KR20130060827A - 연속 운전을 위한 가스 하이드레이트 형성, 배출 및 펠릿화용 다단 시스템 및 제조방법

Info

Publication number: KR20130060827A
Application number: KR1020110127097A
Authority: KR
Inventors: 이강우; 이재정; 문동현; 신형준; 한규원
Original assignee: (주)유성
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10

Abstract

본 발명은 가스 하이드레이트 제조장치에 관한 것으로, 구체적으로는 하이드레이트 슬러리를 반응조로부터 반출하는 과정에서 반응조 내부에 채워져 있는 포화수용액의 배출량을 최소화함으로써, 배출된 포화수용액의 탈수과정 및 탈수구조를 생략할 수 있어 구조 및 작업과정이 간소해지질 수 있고 슬러리를 파우더 형태로 가공하는 과정에서 슬러리에 함유된 미 반응수분과 가스 간의 추가적인 반응도 유도할 수 있어 가스 충진효율을 최대화할 수 있는 기술에 관한 것이다.
그리고, 반응조 내 포화수용액의 냉각구조를 개선하여 교반스크류 및 구동부의 과부화 발생을 최소화할 수 있는 기술에 관한 것이다.
또한, 하이드레이트 슬러리를 파우더 화 시키는 가공구조를 개선하여 가공과정에서 하이드레이트의 가스충진율을 추가적으로 높일 수 있는 기술에 관한 것이다.

Description

연속 운전을 위한 가스 하이드레이트 형성, 배출 및 펠릿화용 다단 시스템 및 제조방법{CONTINUOUS SYSTEM FOR FORMING GAS HYDRATE}

본 발명은 연속 운전을 위한 가스 하이드레이트 형성, 배출 및 펠릿화용 다단 시스템 및 가스 하이드레이트 제조방법, 구체적으로 가스 하이드레이트 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 최초 반응조에서 하이드레이트 슬러리의 생성구조를 개선하고 이송 시 포화수용액의 불필요한 배출을 최소화하며, 하이드레이트 슬러리를 파우더 형태로 가공하는 구조도 개선할 수 있는 기술에 관한 것이다.

가스 하이드레이트(Gas Hydrate)는 고온 저압의 조건에서 물 분자 간의 수소결합에 의해 형성된 동공(cavity)에 메탄이나 에탄, 프로판, 이산화탄소, 질소, 산소 등의 가스분자가 물리적으로 포획 결합된 구조의 결정성 화합물이다.

이러한 가스 하이드레이트는 자체적으로 큰 부피변화 특성을 갖고 있어 이러한 특성을 이용해 천연가스의 대용량 저장과 수송수단으로서 활용가치가 높다.

가스 하이드레이트의 제조과정은 크게 물과 가스 간의 최초 결합과정, 즉 슬러리 생성과정 및 생성된 슬러리를 가공하여 특정형상 및 크기로 성형시키는 성형과정으로 나뉜다.

그 중 슬러리 생성과정은 일반적으로 반응조 내부에 채워진 가스와 물의 혼합용액, 즉 포화수용액을 저온상태로 교반하여 슬러리 형태로 생성시키는 과정에서 상호 간 결합이 이루어지도록 하는 방식이 주로 사용된다.

그런데, 이러한 기존 교반방식은 생성된 하이드레이트 슬러리를 반응조 외부로 반출하는 과정에서 반응조 내부에 채워져 있는 포화수용액 중 많은 양이 슬러리와 함께 배출된다.

이렇게 포화수용액이 불필요하게 배출됨에 따라, 반응탱크 내 물을 빈번하게 다시 채워야 하는 번거로움이 있고, 배출된 슬러리의 가공과정에서 탈수과정을 별도로 거쳐야 하므로, 그에 따른 구조 및 과정이 복잡해질 수밖에 없다.

그리고 이렇게 탈수과정을 불가피하게 거칠 수밖에 없으므로, 탈수과정에서 미 반응 가스와 수분이 대부분 제거되기 때문에, 슬러리의 가공과정에서 미 반응 가스와 수분 간의 추가 반응을 유도할 수 없게 된다.

즉, 탈수과정이 하이드레이트 슬러리의 가공시 가스의 충진효율을 높이는데도 방해요소가 된다.

또한, 탈수된 포화수용액을 반응조로 다시 공급하여 재활용하기도 하지만 반응조 내부는 고압상태이기 때문에 포화수용액을 다시 반응조 내부로 공급하기 위해서는 별도의 승압과정을 거쳐야 하므로, 그에 따른 구조 및 과정이 복잡해지는 단점도 갖는다.

이러한 문제점 외에도 반응조의 둘레면에는 포화수용액의 냉각을 위한 쿨링자켓(cool jacket)이 설치되어 있다.

그런데, 쿨링자켓이 반응조 둘레면에만 설치되어있기 때문에 반응조 내부 전체의 냉각을 위해서는 그만큼 강한 냉각이 필요하게 되고, 이로 인해 반응조 내부벽면과 접촉된 슬러리는 얼음처럼 단단하게 형성된다.

더구나, 반응조 내 포화수용액부 전체를 동시에 냉각시키는 구조이기 때문에 반응조 내벽면 전체 구간에 걸쳐 슬러리가 단단하게 얼게된다.

따라서, 교반용 스크류가 회전하면서 반응조 내벽면의 슬러리를 긁어낼때 스크류를 비롯한 구동부 전체에 과부하가 발생될 수밖에 없다.

대한민국등록특허 제1052588호(2011.07.22) 대한민국공개특허공보 제2011-0119149호(2011.11.02)

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 제안 것으로,

기본적으로 하이드레이트 슬러리를 반응조로부터 반출하는 과정에서 반응조 내부에 채워져 있는 포화수용액의 배출량을 최소화함으로써,

배출된 포화수용액의 탈수과정 및 탈수구조를 생략할 수 있어 구조 및 작업과정이 간소해지질 수 있고 슬러리를 파우더 형태로 가공하는 과정에서 슬러리에 함유된 미 반응수분과 가스 간의 추가적인 반응도 유도할 수 있어 가스 충진효율을 최대화할 수 있는 가스 하이드레이트 제조장치를 제공하고자 한다.

그리고, 반응조 내 포화수용액의 냉각구조를 개선하여 교반스크류 및 구동부의 과부화 발생을 최소화할 수 있는 가스 하이드레이트 제조장치를 제공하고자 한다.

더불어, 하이드레이트 슬러리를 파우더 화 시키는 가공구조를 개선하여 가공과정에서 하이드레이트의 가스충진율을 추가적으로 높일 수 있는 가스 하이드레이트 제조장치를 제공하고자 한다.

이를 위해 제안된 본 발명의 여러 실시예는,

내부에 수용공간이 형성되어 있고 일측에는 상기 수용공간과 연결된 가스 및물 주입구가 형성되어 있으며 타측에는 수용공간과 연결된 슬러리 배출구가 형성되어 있는 반응조, 상기 수용공간에 상기 반응조의 길이방향을 따라 설치되어 있는 교반스크류, 내부에는 상기 슬러리 배출구와 연결된 가공공간이 형성되어 있고 일측에는 반출구를 갖는 가공조를 포함하고, 상기 반응조는 상기 슬러리 배출구가 형성된 지점이 반대쪽 단부보다 위쪽에 위치되도록 기울어진 형태이며, 상기 수용공간에 채워진 포화수용액의 수면은 상기 슬러리 배출구보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 반응조의 길이방향을 따라 둘레면을 감사고 있는 쿨링자켓, 상기 수용공간에 설치되어 있고 내부에는 냉각공간이 형성되어 있으며 내부에는 냉매가 위치하는 쿨링관을 더 포함하고, 상기 교반스크류는 상기 쿨링관의 길이방향을 따라 둘레면을 나선형태로 감쌀 수 있고 이 상태에서 쿨링관을 중심으로 회전할 수 있다.

또한, 상기 쿨링관 일단부 부근에 위치하는 회전 플랜지, 상기 회전 플랜지와 연결되어 있는 회전축 및 상기 회전축과 연결되어 있는 구동모터, 상기 회전플랜지와 상기 교반스크류를 연결하는 연결편을 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 회전플랜지와 교반스크류가 상기 연결편에 의해 함께 회전될 수 있다.

그리고, 상기 쿨링자켓은 상기 반응조 중 상기 슬러리 배출구가 형성된 지점에서부터 일부구간을 감싸고 있는 제2쿨링자켓, 상기 반응조 중 제2쿨링자켓의 단부에서부터 나머지 구간을 감싸고 있는 제1쿨링자켓을 포함하고, 상기 제1쿨링자켓의 냉매온도가 상기 제2쿨링자켓의 냉매온도보다 낮게 형성될 수 있다.

또한, 상기 가공공간 내에 회전 가능하도록 설치되어 있고 회전 과정에서 슬러리와 접촉되는 가공부재, 상기 가공부재와 연결되어 가공부재를 회전시키는 회전구동부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 회전구동부는 상기 가공조 일측에 위치하고 있는 모터, 상기 모터와 연결되어 상기 가공조 내부에서 회전하는 메인회전체를 포함할 수 있고, 상기 가공부재는 상기 메인회전체에 연결되어 함께 회전할 수 있다.

또한, 상기 메인회전체는 링 형태로 내주면에 기어치가 형성되어 있고 상기 회전구동부는 상기 기어치와 치합된 상태에서 상기 구동모터에 의해 회전되는 구동회전체를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가공부재는 상기 메인회전체에 연결되어 함께 회전하고 회전 과정에서 상기 가공공간 바닥면에 위치한 슬러리를 가압하여 파쇄하는 파쇄롤러, 상기 메인회전체에 연결되어 함께 회전하고 회전 과정에서 상기 파쇄롤러에 의해 가압된 슬러리를 긁어내는 스크래퍼를 포함할 수 있다.

또한, 상기 파쇄롤러와 상기 스크래퍼는 상기 메인회전체의 회전경로를 따라 상호 번갈아가며 복수개 배열될 수 있다.

본 발명은 기본적으로 반응조가 기울어진 형태로 배치되어 슬러리 배출구가 최 상단에 위치되고 반응조 내 포화수용액의 수면이 슬러리 배출구보다 아래 쪽에 위치됨에 따라, 하이드레이트 슬러리가 교반스크류에 의해 포화수용액 수면 밖으로 완전히 빠져나온 상태에서 배출구로 투입되기 때문에 슬러리 배출돠정에서 포화수용액의 불필요한 배출량이 최소화되고, 이로 인해 배출된 포화수용액의 탈수과정 및 탈수구조를 생략할 수 있다.

더불어, 탈수효율을 생략할 수 있음에 따라 하이드레이트 슬러리에 함유된 미반응 수분과 가스의 추가적인 반응을 유도할 수 있어, 그만큼 가스의 충진효율을 높일 수 있다.

그리고, 쿨링자켓과 쿨링관을 통해 반응조 내외부에서 동시 냉각이 이루어짐에 따라 하이드레이트 슬러리가 반응조 내벽면에 얼음처럼 단단하게 형성되는 현상이 방지되어 교반스크류에 작용되는 부하가 최소화 된다.

또한, 쿨링자켓이 분할되어 반응조의 구간별로 냉각온도가 달리 형성됨에 따라, 슬러리의 이송과정에서 교반스크류의 과부화 현상을 더욱 줄일 수 있음은 물론, 교반스크류 표면이나 반응조 내벽면에 얼어붙는 현상이 방지된다.

그리고, 슬러리를 파우더 형태로 가공하는 과정에서 슬러리의 파쇄가 반복적으로 이루어짐에 따라 반복적인 파쇄과정에서 미 반응된 가스와 물 간의 추가 반응이 유도되어 가스 충진율을 높일 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 전체 측단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 전체 평면 개략도이다.
도3 및 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 슬러리 생성부의 측단면도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 슬러리 가공부의 측단면도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 슬러리 가공부의 평면 개략도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 분말형 하이드레이트의 최종 배출 과정을 나타낸 측단면도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 하이드레이트의 제조방법을 나타낸 공정도이다.

이하 도면에 도시된예를 바탕으로 본 발명의 구체적인 구성 및 효과를 설명하도록 한다.

본 발명 가스 하이드레이트 제조장치는 [도 1] 내지 [도 3]에 도시된 바와 같이 크게 골격프레임(10)과 슬러리 생성부(100), 슬러리 가공부(200) 및 펠릿타이저(20)를 포함하여 구성된다.

먼저, 골격프레임(10)은 본 발명의 타 구성요소들의 설치를 위한 뼈대 역할을 하는 것으로, 철재 프레임의 연결을 통해 구성되며, 전체 형상은 도면에 한정되지 않고 후술하는 슬러리 생성부(100)와 슬러리 가공부(200) 등의 크기 및 형상에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

슬러리 생성부(100)는 물과 가스 간의 최초 반응을 통해 슬러리 형태의 하이드레이트가 생성되는 부분으로, [도 1] 및 [도 3]처럼 다시 반응조(110)와 쿨링자켓(120), 보조냉각부(130), 교반스크류(140) 및 스크류 구동부(150)를 포함하여 구성된다.

그 중, 반응조(110)는 물과 가스 간의 반응에 의한 하이드레이트 슬러리(이하 '슬러리'라 한다)의 생성과정에서 실질적인 슬러리 생성공간 역할을 하는 것으로, 기본적으로 내부에 수용공간(112)이 형성된 기다란 중공관 구조를 갖는다.

이때, 반응조(110)는 하나의 원통구조가 아니라 제1반응조(110a) 및 제2반응조(110b) 두개로 분할제작 된 후, 각 일단부가 플랜지접합 형태로 연결된 구조를 갖는다.

이는 기다란 원통구조는 분할 제작하는 것이 생산성이 높기 때문인데, 만약 반응조(110)의 길이가 길지않다면 분할구조가 아니라 전체가 일체화된 구조로 제작될 수 있다.

이렇게 연결된 제2반응조(110b)의 후단부에는 외부 물과 가스가 수용공간으로 주입되기 위한 주입구(114)가 형성되고 제1반응조의 전단부에는 추후 생성될 슬러리의 배출을 위한 배출구(116)가 형성된다.

이때, 반응조(110)은 지면과 수평상태로 위치하지 않고 배출구(116)가 형성된 단부 쪽이 위쪽으로 들어 올려져 기울어진 상태로 위치된다.

이 상태에서 반응조(110) 내부에 채워지는 물은 수면위치가 배출구(116)보다 아래쪽에 위치되도록 채워진다.

참고로 반응조(110)의 기울기 각도는 약 15°이상이 되도록 하는데, 기울기 각도는 이에 한정되지 않고 반응조의 크기 등에 따라 다양하게 변형적용될 수 있다.

반응조(110)를 이렇게 기울어진 형태로 배치시키는 이유는 후술한다.

이러한 반응조(110)에는 쿨링자켓(120)이 설치된다.

쿨링자켓(120)은 가스와 물이 혼합된 상태(이하 '포화수용액'이라 한다)를 슬러리의 생성을 위한 적정온도로 냉각시키는 역할을 하는 것으로, 반응조(110)의 둘레면 전체를 감싸는 형태이고 내부에는 냉각수가 순환되는 구조를 갖는다.

이러한 쿨링자켓(120)도 제1, 2반응조(110a)(110b)간 경계지점을 중심으로 분할되어 제1쿨링자켓(120a)과 제2쿨링자켓(120b)으로 나뉘어 구성된다.

그 중, 제2쿨링자켓(120b)은 최초 슬러리의 생성역할을 하는 것으로, 제1반응조(110a)의 둘레면을 감싼 상태로 설치되고 제2쿨링자켓(120b)의 내부면과 제2반응조(110b) 둘레면은 상호 이격되어 그 사이에 냉각수가 순환되는 구조를 갖는다.

그리고, 제1쿨링자켓(120a)은 생성된 슬러리가 후술하는 교반스크류(140)에 의해 배출구(116)쪽으로 이동되는 과정에서 하이드레이트 구조를 유지하면서 원활한 이송을 유도하는 역할을 하는 것으로, 제2쿨링자켓(120b)과 동일한 구조로 제1반응조(110a)의 둘레면을 감싸는 형태로 설치된다.

이러한 구조에 의해 제1, 2쿨링자켓(120a)(120b) 내부에는 각각 독립된 냉각수 순환경로(122)가 형성된다.

이때, 제2쿨링자켓(120b)의 냉각수 온도는 제1쿨링자켓(120a)의 냉각수 온도보다 낮게 형성시켜, 제2반응조(110b) 내부 구간에서는 소위 강한 냉각이 이루어지도록 함에 따라 슬러리 생성이 신속하고 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

반면, 제1쿨링자켓(120a)의 냉각수 온도는 상대적으로 높게 형성시켜, 제1반응조(110a)의 내부 구간에서는 소위 약한 냉각이 이루어지도록 한다.

이러한 구조 및 후술하는 교반스크류의 회전에 의해 제2반응조(110b) 내부에서 슬러리가 최초 생성되고, 생성된 슬러리가 교반스크류(140)를 따라 배출구 쪽으로 이동하는 과정 중 제1반응조(110a) 내부 구간에서는 슬러리의 하이드레이트 구조가 해리(dissociation)되지 않고 유지될 정도의 냉각만 이루어지게 된다.

따라서, 슬러리의 이송과정에서 슬러리가 교반스크류(140) 표면이나 제2반응조(110b) 내벽면에 얼어붙는 현상이 방지됨에 따라 슬러리가 원활하게 배출구로 이송될 수 있게 된다.

참고로, 쿨링자켓(120)을 분할하지 않고 하나의 원통구조로 제작하되, 내부의 냉각수 순환경로만 독립적으로 형성시킬 수도 있다.

이렇게 쿨링자켓(120)까지 설치된 반응조(110)에는 보조냉각부(130)가 더 설치된다.

보조냉각부(130)는 쿨링자켓(120)과 더불어 포화수용액의 냉각효율을 높임과 동시에 특정지점에서 슬러리의 과 냉각 현상을 방지하는 역할을 하는 것으로, 다시 보조쿨링관(132)과 냉매관(134)을 포함하여 구성된다.

그 중, 쿨링관(132)은 반응조(110) 보다 길이가 짧고 직경이 작은 중공관 구조로, 내부에는 보조냉각공간(132a)이 형성되어 있으며 반응조(110)의 수용공간 내에 설치되되 반응조(110)와 동일한 길이방향을 갖도록 배치된다.

이렇게 쿨링관(132)이 설치됨에 따라 쿨링관(132)의 둘레면과 반응조(110)의 내벽면 사이에는 간극(w)이 형성되고 반응조(110)와 쿨링관(132)은 전체적으로 다중관 구조를 이룬다.

이러한 쿨링관(132)에 설치되는 냉매관(134)은 보조냉각에 필요한 냉매가 순환되는 부분으로, 전체적으로 코일 형태로 이루어지며 쿨링관(132)의 보조냉각공간(132a)의 전체 길이방향 구간에 배치된다.

따라서, 쿨링관(132) 내부 전체에 걸쳐 냉매가 순환되면서 열전도에 의해 쿨링관(132) 자체가 냉각됨과 동시에 반응조 내부의 포화수용액이 열교환 되어 냉각된다.

이러한 구조에 의해 반응조(110) 내부의 포화수용액은 쿨링자켓에 의한 반응조 벽면과의 열교환과 냉매관(134)에 의한 쿨링관(132) 벽면과의 열교환이 동시에 이루어져 냉각되는 구조를 갖는다.

이렇게 보조냉각부(130)까지 설치된 반응조(110)에는 교반스크류(140) 및 스크류 구동부(150)가 더 설치된다.

교반스크류(140)는 포화수용액을 교반시켜 하이드레이트 슬러리 생성을 유도함과 동시에 생성된 슬러리를 배출구로 이동시키는 역할을 하는 것으로, 전체적으로 구동축이 없이 스크류 날개만 존재하는 일명 '리본스크류' 형태이고 쿨링관(132)의 길이방향을 따라 둘레면을 나선형태로 감싸고 있는 구조로 설치된다.

이때, 교반스크류의 내경과 쿨링관(132) 외경 간에는 충분한 공차를 형성시켜 쿨링관은 고정된 상태에서 교반스크류(140)만이 쿨링관 둘레면을 따라 원활히 회전될 수 있도록 한다.

그리고, 교반스크류(140)는 플라스틱재질로 제작하여 슬러리가 표면에 얼어붙는 현상이 최소화 되도록 한다. 물론 교반스크류의 회전속도 조절 등을 통해 슬러리가 표면에 얼어붙는 현상을 방지할 수 있다면 일반 금속재로도 제작할 수 있다.

스크류 구동부(150)는 교반스크류(140)와 쿨링관(132)의 지지체 역할 및 교반스크류(140)의 구동원 역할을 하는 것으로, 다시 회전 플랜지(152)와 연결편(154), 회전축(156) 및 구동모터(158)를 포함하여 구성된다.

그 중, 회전 플랜지(152)는 원판 형태로 쿨링관의 전단부 상에 플랜지 형태로 위치되되 쿨링관(132)과 별도의 결합구조 없이 분리된 상태로 위치되어 개별적으로 회전이 가능한 구조를 갖는다.

그리고, 연결편(154)은 회전 플랜지(152)와 각 교반스크류(140) 날개를 연결하는 역할을 하는 것으로, 기다란 막대 형태이고 일단부가 회전 플랜지(152) 테두리 부근에 연결된 상태에서 각 교반스크류(140) 날개를 순차적으로 관통한 상태로 설치된다.

이로 인해 회전 플랜지(152)와 교반스크류(140)가 상호 결합된 구조를 가지며, 연결편(154)은 쿨링관(132)을 중심으로 복수개가 원형배열됨에 따라 회전 플랜지(152)와 교반스크류 간 견고한 결합이 구현된다.

그리고, 회전축(156)은 후술하는 구동모터(158)의 구동력을 회전 플랜지(152)에 전달하는 역할을 함과 동시에 회전 플랜지(152)와 쿨링관(132)의 실질적인 지지체 역할을 하는 것으로, 회전 플랜지(152)의 중앙을 관통한 뒤 쿨링관(132)을 길이방향으로 동시에 관통한 구조로 설치된다.

이때, 쿨링관(132) 중 회전축(156)이 관통한 지점에는 베어링을 설치하여 회전축의 회전 시 쿨링관(132)은 회전하지 않는 구조를 갖는다.

이 상태에서 회전축(156)의 전단부는 반응조(110) 내부 전단부에 회전 가능하도록 연결되고 타단부는 반응조(110) 후단부를 관통하여 외부로 돌출된다.

이 상태에서 구동모터(158)가 회전축(156)의 후단부에 연결되어 회전축(156)을 회전시키면, 이로 인해 회전 플랜지(152)와 교반스크류(140)가 동시에 회전되는 구조를 갖게 된다.

참고로, 구동모터(158)는 회전축에 직접 연결되거나 도면처럼 별도의 밸트와 밸트풀리 또는 체인 및 스프로킷 등의 동력전달구조를 통해 연결될 수도 있다.

이상 설명한 구조에 의해 슬러리 생성부는 반응조(110)의 배출구 형성지점이 들어올려져 전체적으로 기울어진 상태로 골격프레임(10) 상에 설치된다.

참고로, 도면에는 도시되지 않았지만 반응조 외부에는 가스와 물을 외부로 공급하는 과정에서 가스와 물을 고압상태로 승압시키기 위한 압축부가 더 설치될 수 있다.

이러한 압축부는 공지기술이 적용가능하므로 구체적인 설명은 생략한다.

압축부를 통해 반응조 내부에 채워져 있는 포화수용액은 [도 3] 및 [도 4]와 같이 수면이 항시 배출구 보다 아래쪽에 위치되도록 하여 추후 생성되는 슬러리가 배출구로 투입되기 직전에 수면밖으로 완전히 빠져나온 상태에서 배출구로 투입되는 구조를 갖는다.

이에 따른 작용 및 효과는 후술한다.

이렇게 슬러리 생성부(100)가 설치된 본 발명은 슬러리 가공부(200)를 더 갖는다.

슬러리 가공부(200)는 슬러리 생성부(100)에서 생성된 하이드레이트 슬러리를 최종 펠릿화 하기 위해 먼저 파우더 형태의 입자구조로 가공처리하는 부분으로, [도 5] 및 [도 6]에 도시된 바와 같이 다시 가공조(210)와 회전구동부(240), 가공부재(250) 및 반출유도부(260)를 포함하여 구성된다.

먼저, 가공조(210)는 슬러리 가공부(200)의 케이싱 역할을 하는 것으로, 전체적으로 호퍼 형태, 즉 상부가 개방되어 있고 내부에는 가공공간(212)이 형성되어 있으며 하부에는 직경이 작은 반출공(214)이 형성된 구조로 이루어진다.

이러한 가공조(210)는 상부에 별도의 덮개(220)가 덮어져 상부가 차단되고 덮개(220) 상부면 투시창(222)을 형성시켜 작업자가 투시창(222)을 통해 가공조 내부에서의 슬러리 가공 과정을 확인할 수 있다.

그리고, 덮개(220)의 상부면 중 투시창(222) 일측에는 통공(224)이 형성되고, 별도의 연결관(230)이 통공(224)과 슬러리 생성부(100)의 슬러리 배출구(116)를 연결함에 따라 슬러리 배출구(116)를 통해 배출된 슬러리가 연결관(230)을 통해 가공조(210) 내부로 투입되는 구조를 갖는다.

또한, 덮개(220)의 상부면 중 통공(224) 일측에는 후술하는 구동축(243)의 삽입을 위한 삽입공(225)이 형성되며 삽입공(225) 상에는 보조덮개(226)가 안착되어 있다.

이렇게 슬러리 생성부(100)와 연결된 가공조(210)에는 회전구동부(240)가 설치된다.

회전구동부(240)는 후술하는 가공부재(250)의 설치 및 회전구동 역할을 하는 것으로, 다시 모터(242)와 구동회전체(244), 메인회전체(246) 및 연결아암(247)을 포함하여 구성된다.

그 중 모터(242)는 회전구동부(240)의 실질적인 구동원 역할을 하는 것으로, 가공조(210) 외부에 위치되며 모터(242)에는 밸트풀리(P)가 설치된다.

그리고, 가공조(210) 덮개(220)에는 구동축(243)이 설치되는데, 구동축(243)은 보조덮개(226)와 삽입공(225)을 상하 방향으로 동시에 관통되고, 외부로 노출된 상단부에도 밸트풀리가 설치되어 밸트(B)를 통해 모터(242)와 연결된다.

참고로, 모터(242)와 구동축(243)의 연결은 이러한 밸트 및 밸트풀리 등의 동력전달구조 외에 모터(242)와 구동축이 직접 연결되는 구조로도 구현될 수 있다.

이때, 보조덮개(226) 중 모터(242)가 관통된 지점에는 베어링이 설치되어 구동축의 원활한 회전이 가능하도록 한다.

이러한 구동모터(158)에는 구동회전체(244)가 설치된다.

구동회전체(244)는 모터(242)의 구동력을 후술하는 메인회전체(246)로 전달하는 역할을 하는 것으로, 일반적인 평기어 형태이고 가공조(210) 내부에 위치된 상태에서 구동축(243) 하단에 연결되어 구동축(243)에 의해 회전 가능하도록 설치된다.

그리고, 메인회전체(246)는 구동모터의 구동력이 최종적으로 출력됨과 동시에 후술하는 가공부재(250)가 설치되는 부분으로, 외경이 가공조(210) 내경과 비슷한 링 형상으로 내주면에 기어치(246a)가 형성된 구조이며 가공조(210)의 가공공간(212) 상부에 위치된다.

이때, 구동회전체(244)는 메인회전체(246)의 내부에 편심 상태로 위치된 상태에서 메인회전체(246)와 치합된다.

이와 더불어 회전구동부(240)를 구성하는 마지막 요소인 연결아암(247)은 메인회전체(246)와 후술하는 가공부재(250)간의 연결기능을 하는 것으로, 메인회전체(246) 하부면으로부터 지면을 향해 수직방향으로 내려온 형태의 수직편(247a) 하단부에 경사편(247b)의 단부가 연결된 구조로 이루어진다.

이때 경사편(247b)은 가공조(210)의 바닥면과 거의 수평 상태로 기울어져 있다.

이 상태에서 수직편(247a)의 상단부가 메인회전체(246)의 하부면 테두리에 결합되어, 연결아암(247) 전체가 메인회전체(246) 하부면에 매달린 구조를 갖는다.

그리고, 이러한 연결아암(247)은 [도 6]처럼 메인회전체(246)의 테두리를 따라 8개가 배치된다.

이러한 회전구동부(240)는 구동모터(158)에 의해 구동회전체(244)와 메인회전체(246)가 연동되어 회전하고, 이로 인해 각 연결아암(247)이 메인회전체(246) 테두리의 회전반경을 따라 함께 회전되는 구조를 갖는다.

참고로, 회전구동부(240)의 구조는 위 설명과 도면에 한정되지 않고 다양하게 변형이 가능한데, 예를 들어 메인회전체를 단순 판재형태로 제작하고 모터(242)가 메인회전체(246) 중앙에 직접 연결되는 구조 등으로도 구현될 수 있다.

회전구동부(240)에는 가공부재(250)가 설치된다.

가공부재(250)는 공급된 슬러리와 직접적으로 접촉하여 슬러리를 파우더 형태로 가공함과 동시에 가공과정에서 미 반응된 수분과 가스 간의 추가적인 반응을 유도하는 역할을 하는 것으로, 다시 파쇄롤러(252)와 스크래퍼(254)로 나뉘어 구성된다.

그 중 파쇄롤러(252)는 가공조(210) 바닥면에 쌓여 있는 슬러리(1)를 파쇄하여 입자화 시키는 기능을 하는 것으로, 단순 롤러 형태이고 연결아암(247)의 경사편(247b)이 길이방향을 따라 관통되어진 형태로 설치된다.

이렇게 설치된 파쇄롤러(252)는 하부면이 가공조(210)의 바닥면에 거의 맞닿을 정도로 위치되어 슬러리를 충분히 가압하여 파쇄시킬 수 있도록 한다.

이러한 파쇄롤러(252)는 각 연결아암(247) 중 하나씩 건너뛴 상태로 설치된다.

스크래퍼(254)는 파쇄롤러(252)에 의해 가압되어 가공조(210) 바닥면에 얇게 부착된 상태의 슬러리를 긁어내어 반복적인 파쇄가 가능하도록 유도하는 역할을 하는 것으로, 판재 형태로 연결아암(247)의 경사편(247b)에 연결된 구조로 설치되며 하단부가 가공조(210)의 바닥면에 거의 닿을 정도로 위치된다.

이때, 스크래퍼(254)는 각 연결아암 중 파쇄롤러(252)가 설치되지 않은 연결아암에 설치되는데, 이러한 배열구조에 의해 파쇄롤러(252)와 스크래퍼(254)는 각 연결아암 마다 번갈아가며 설치된 구조로 이루어진다.

이상 설명한 구조에 의해 각 파쇄롤러(252)와 스크래퍼(254)는 메인회전체(246)를 따라 함께 회전하게 되고, 그 과정에서 가공조(210) 바닥면에 위치한 슬러리의 파쇄와 파쇄된 슬러리를 긁어내 다시 쌓아두는 과정이 반복적으로 진행되고, 이로 인해 슬러리는 결국 파우더 형태의 입자 형태로 가공될 수 있게 된다.

참고로 연결아암의 개수는 도면에 도시된 8개 외에 7개 이하 또는 9개 이상으로 구비될 수 있으며, 그에 따라 파쇄롤러(252)와 스크래퍼(254)의 형성개수도 다양하게 변형될 수 있다.

이렇게 가공부재(250)까지 설치된 가공조(210)에는 반출유도부(260)가 더 설치된다.

반출유도부(260)는 파우더 형태로 가공된 하이드레이트를 외부로 반출시키는 역할을 하는 것으로, 전체적으로 실린더 구조로 이루어지고 실린더본체(262)가 덮개(220) 상면 중앙에 위치되고 실린더로드(264)는 덮개 중앙을 관통하여 반출공(214)에 삽입 가능한 상태로 설치된다.

슬러리의 가공과정에서는 실린더로드(264)가 반출공(214)에 삽입되어 반출공(214)이 막혀 있는 상태가 되고 가공이 완료되면 실린더로드(264)가 상승하여 반출공(214)을 개방하는 구조를 갖는다.

이하에서는 이러한 구성에 의한 본 발명의 작용 및 그 과정에서 발생되는 특유의 효과를 설명한다.

먼저 [도 3]과 같이 물과 가스를 주입구(114)를 통해 반응조(110) 내부로 공급시켜 수면이 슬러리 배출구(116) 보다 아래에 위치될 정도로 채운다.

이 상태에서 구동모터(158)를 작동시키면 회전축(156)과 함께 회전 플랜지(152)와 교반스크류(140)가 동시에 회전된다.

이때, 위에서 설명한 것처럼 쿨링관(132)은 고정된 상태에서 교반스크류(140)만이 쿨링관(132) 둘레면을 따라 회전된다.

이러한 교반에 의해 물에 가스가 포화 상태의 혼합된 포화수용액이 생성된다.

그리고, 이 과정에서 쿨링자켓(120) 내부와 냉매관(134)에는 냉매가 순환됨에 따라 반응조(110)의 외부와 내부에서 동시에 냉각이 이루어지며 교반과 냉각이 반복적으로 진행됨에 따라 포화수용액은 슬러리 형태로 변화된다.

냉각과정을 좀더 구체적으로 설명하면, 제1, 2쿨링자켓(120a)(120b)을 따라 순환하는 냉매에 의해 제1, 2반응조(110a)(110b)의 벽면이 냉각되고, 이와 동시에 포화수용액이 각 반응조(110a)(110b) 벽면과 열교환되어 냉각된다.

그리고, 냉매관(134)을 순환하는 냉매에 의해 쿨링관(132) 벽면이 냉각되고,이와 동시에 포화수용액이 쿨링관(132)과 열교환되어 냉각된다.

이러한 냉각과정과 교반과정이 반복됨에 따라 [도 4]처럼 반응조(110)의 내벽면과 쿨링관(132)의 둘레면 상에 슬러리(1)가 집중적으로 형성된다.

특히 위에서 언급한 것처럼 제1쿨링자켓(120a)에 비해 제2쿨링자켓(120b)의 냉매온도를 훨씬 낮게 형성시킴에 따라 슬러리(1)는 제2반응조(110b)의 내벽면 구간에 집중적으로 형성된다.

이처럼 본 발명은 반응조(110)와 쿨링관(132)을 통해 동시에 냉각이 이루어짐에 따라 반응조 벽면을 통해서만 냉각이 이루어지던 기존에 비해 포화수용액의 냉각면적이 넓어지게되고 그로 인해 기존에 비해 냉매의 온도를 높게 설정하더라도 높은 냉각효율을 얻을 수 있게 된다.

더불어 냉매의 온도를 높게 설정할 수 있음에 따라 슬러리(1)가 반응조 내벽면에 얼음처러 단단하게 형성되는 현상이 방지되는 효과도 얻게 된다.

이 상태에서 교반스크류(140)가 회전하면서 제2반응조(110b) 내벽면의 슬러리(1)를 긁어내고 이렇게 긁어진 슬러리(1)와 쿨링관(132) 둘레면에 형성된 슬러리(1)는 교반스크류를 따라 앞쪽으로 이동된다.

이때 위에서 언급한 것처럼 제2반응조(110b) 내벽면의 슬러리(1)가 단단하게 형성되지 않음에 따라 교반스크류(140)가 해당 슬러리(1)를 쉽게 긁어낼 수 있게 되어 슬러리를 긁어내는 과정에서 교반스크류 및 구동모터(158)의 과부하 현상이 방지되는 효과도 갖게 된다.

그리고, 제1쿨링자켓(120a)의 냉매온도가 제2쿨링자켓(120b)의 냉매에 비해 높게 설정되어 있기는 하지만 슬러리의 해리가 발생되지 않는 수준으로 유지되기 때문에 슬러리가 교반스크류(140)를 따라 제1반응조(110a)를 지나는 과정에서도 슬러리 상태를 유지할 수 있게 된다.

더불어 이렇게 제1쿨링자켓(120a)의 냉매온도를 높게 형성시킴에 따라 슬러리가 이송되는 과정에서 제1반응조(110a) 내벽면과 교반스크류 표면에 얼어붙는 현상도 방지되어, 그만큼 슬러리의 이송효율이 향상되는 효과를 갖는다.

이렇게 교반스크류(140)를 따라 이송되는 슬러리(1)는 [도 4]에 도시된 것처럼 포화수용액의 수면 밖으로 완전히 빠져나온 뒤 계속 이송된 후 배출구(116)를 통해 배출된다.

이처럼 본 발명은 슬러리 생성부(100)를 기울여 슬러리가 포화수용액으로부터 완전히 빠져나온 상태에서 배출됨에 따라 슬러리와 함께 배출되는 포화수용액의 배출량을 현저히 줄일 수 있게 된다.

따라서, 불필요하게 배출된 포화수용액의 탈수과정을 별도로 진행할 필요가 없고 탈수에 필요한 구조도 생략할 수 있어 전체 구조가 간소해짐은 물론 전체 작업속도도 향상되는 효과를 갖게 된다.

이렇게 배출된 슬러리(1)는 [도 5]처럼 연결관(230)을 통해 유입되어 슬러리 가공부(200)의 가공조(210) 내부 바닥면에 쌓이게 된다.

이 상태에서는 반출유도부(260)의 실린더로드(264)가 반출공(214)에 끼워져 반출공(214)이 패쇄된 상태이므로 슬러리가 반출공을 통해 원치않게 배출되는 것이 방지된다.

이 상태에서 모터(242)를 구동시키면 [도 6]과 같이 구동축(243)과 구동회전체(244)가 회전하고 이로 인해 메인회전체(246)가 회전된다.

이렇게 메인회전체(246)가 회전함에 따라 이에 연결된 각 연결아암(247)과 각 파쇄롤러(252) 및 스크래퍼(254)가 함께 회전된다.

이러한 회전과정에서 각 파쇄롤러(252)가 슬러리를 가압하여 파쇄시키고 가압 및 파쇄되어 가공조 바닥면에 밀착된 상태의 슬러리를 각 스크래퍼(254)가 긁어 다시 바닥면 상에 쌓아두면 다른 파쇄롤러(252)가 다시 슬러리를 가압파쇄하는 과정이 반복된다.

이러한 파쇄과정이 반복됨에 따라, 슬러리에 함유되어 있으나 상호 미 반응된 가스와 수분 간의 반응이 촉진되어, 결국 슬러리의 가스 충진율이 향상된다.

또한, 이러한 과정에 의해 슬러리는 아이스를 포함하는 파우더 형태의 입자 형태로 고형화 가공된다.

이처럼 본 발명은 슬러리 생성부에서 슬러리의 배출 시 포화수용액의 배출을 최소화시켜 미반응 수분과 가스의 량이 탈수과정을 거칠 필요가 없는 수준으로 유지되도록 함으로써, 슬러리의 입자화 가공과정에서 미반응 수분과 가스의 반응을 원활히 유도할 수 있어, 결국 가스의 충진율이 높은 형태의 하이드레이트 분말을 생성시킬 수 있게 되는 것이다.

이렇게 파우더 형태로 가공된 하이드레이트(H)는 [도 7]과 같이 실린더로드(264)에 의해 반출공(214)이 개방된 상태에서 외부로 반출된 뒤 별도의 펠릿타이저(20)로 이송된 후 특정 모양으로 최종 고형화 가공처리 된다.

참고로 펠릿타이저(20)는 공지기술의 적용이 가능하므로 구체적인 설명은 생략한다.

이상 설명한 실시예에 의한 가스 하이드레이트 제조방법은

[도 8]과 같이 반응조 내에서 포화수용액의 교반 및 냉각에 의한 슬러리 생성단계(S100)와 생성된 슬러리의 이송단계 단계(S200), 슬러리를 파쇄하여 분말입자 형태로 가공하는 분말화 가공단계(S300), 및 분말형 하이드레이트를 특정형상으로 성형하는 성형단계(S400)를 포함하여 구성된다.

이상 설명한 본 발명의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실시될 수 있으나, 이러한 변형 및 조합이 슬러리 생성부를 일정각도 기울인 형태로 설치하여 슬러리의 배출 시 포화수용액의 불필요한 배출량을 최소화시킴으로써 배출된 포화수용액의 처리구조 및 과정을 생략할 수 있어 전체 구조를 간소화함과 동시에 슬러리의 분말가공과정에서 가공효율 향상 및 가스충진율을 높일 수 있도록 한 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한다.

10 : 골격프레임 100 : 글러리 생성부
110 : 반응조 112 : 수용공간
110a : 제1반응조 110b : 제2반응조
114 : 주입구 116 : 배출구
120 : 쿨링자켓 120a : 제1쿨링자켓
120b : 제2쿨링자켓 122 : 냉각수 순환경로
130 : 보조냉각부 132 : 쿨링관
132a : 냉각공간 134 : 냉매관
w : 간극 140 : 교반스크류
150 : 스크류 구동부 152 : 회전플랜지
200 : 슬러리 가공부 210 : 가공조
220: 덮개 230 : 연결관
240 : 회전구동부 250 : 가공부재
260 : 반출유도부

Claims

내부에 수용공간이 형성되어 있고 일측에는 상기 수용공간과 연결된 가스 및물 주입구가 형성되어 있으며 타측에는 수용공간과 연결된 슬러리 배출구가 형성되어 있는 반응조,
상기 수용공간에 상기 반응조의 길이방향을 따라 설치되어 있는 교반스크류,
내부에는 상기 슬러리 배출구와 연결된 가공공간이 형성되어 있고 일측에는 반출구를 갖는 가공조,
를 포함하고,
상기 반응조는 상기 슬러리 배출구가 형성된 지점이 반대쪽 단부보다 위쪽에 위치되도록 기울어진 형태이며,
상기 수용공간에 채워진 포화수용액의 수면은 상기 슬러리 배출구보다 아래에 위치하는
가스 하이드레이트 제조장치.
제1항에서,
상기 반응조의 길이방향을 따라 둘레면을 감싸고 있는 쿨링자켓,
상기 수용공간에 설치되어 있고 내부에는 냉각공간이 형성되어 있으며 내부에는 냉매가 위치하는 쿨링관을 더 포함하는
가스 하이드레이트 제조장치.
제2항에서,
상기 교반스크류는 상기 쿨링관의 길이방향을 따라 둘레면을 나선형태로 감싸고 있고 상기 쿨링관을 중심으로 회전 가능한
가스 하이드레이트 제조장치.
제3항에서,
상기 쿨링관 일단부 부근에 위치하는 회전 플랜지,
상기 회전 플랜지와 연결되어 있는 회전축 및 상기 회전축과 연결되어 있는 구동모터,
상기 회전플랜지와 상기 교반스크류를 연결하는 연결편,
을 더 포함하고,
상기 회전플랜지와 교반스크류가 상기 연결편에 의해 함께 회전되는
가스 하이드레이트 제조장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 쿨링자켓은,
상기 반응조 중 상기 슬러리 배출구가 형성된 지점에서부터 일부구간을 감싸고 있는 제2쿨링자켓,
상기 반응조 중 제2쿨링자켓의 단부에서부터 나머지 구간을 감싸고 있는 제1쿨링자켓을 포함하고,
상기 제1쿨링자켓의 냉매온도가 상기 제2쿨링자켓의 냉매온도보다 낮게 형성되어 있는
가스 하이드레이트 제조장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 가공공간 내에 회전 가능하도록 설치되어 있고 회전 과정에서 상기 가공공간 내 위치한 슬러리와 접촉되는 가공부재,
상기 가공부재와 연결되어 가공부재를 회전시키는 회전구동부
를 더 포함하는
가스 하이드레이트 제조장치.
제6항에서,
상기 회전구동부는,
상기 가공조 일측에 위치하고 있는 모터,
상기 모터와 연결되어 상기 가공조 내부에서 회전하는 메인회전체
를 포함하고,
상기 가공부재는 상기 메인회전체에 연결되어 함께 회전하는
가스 하이드레이트 제조장치.
제7항에서,
상기 메인회전체는 링 형태로 내주면에 기어치가 형성되어 있고,
상기 회전구동부는 상기 기어치와 치합되어 있고 상기 구동모터와 연결되어 회전하는 구동회전체를 포함하는
가스 하이드레이트 제조장치.
제7항 또는 제8항에서,
상기 가공부재는
상기 메인회전체에 연결되어 함께 회전하고 회전 과정에서 상기 가공공간 바닥면에 위치한 슬러리를 가압하여 파쇄하는 파쇄롤러 및
상기 메인회전체에 연결되어 함께 회전하고 회전 과정에서 상기 파쇄롤러에 의해 가압된 슬러리를 긁어내는 스크래퍼
를 포함하는 가스 하이드레이트 제조장치.
제9항에서,
상기 파쇄롤러와 상기 스크래퍼는 상기 메인회전체의 회전경로를 따라 상호 번갈아가며 복수개 배열되어 있는
가스 하이드레이트 제조장치.
반응조 내에서 포화수용액을 교반 및 냉각하여 슬러리 화 시키는 슬러리 생성단계,
생성된 슬러리를 이송시켜 포화수용액과 분리시키는 이송단계 단계,
이송된 슬러리를 분말입자 형태로 가공하는 분말화 가공단계 및
분말형태의 하이드레이트를 특정형상으로 성형하는 성형단계
를 포함하는 가스 하이드레이트 제조방법.