WO2021107313A1 - 펠릿 제조장치 및 이를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

펠릿 제조장치 및 이를 이용한 수처리 방법 Download PDF

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WO2021107313A1
WO2021107313A1 PCT/KR2020/008820 KR2020008820W WO2021107313A1 WO 2021107313 A1 WO2021107313 A1 WO 2021107313A1 KR 2020008820 W KR2020008820 W KR 2020008820W WO 2021107313 A1 WO2021107313 A1 WO 2021107313A1
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slurry
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pellets
pellet
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이주동
전창수
서상덕
강경찬
이승민
트루옹람손하이
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한국생산기술연구원
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    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a pellet manufacturing apparatus and a water treatment method using the same, and more specifically, it is possible to manufacture high-purity gas hydrate pellets or ice pellets from gas hydrate slurry or ice slurry.
  • it relates to a pellet manufacturing apparatus and a water treatment method using the same, which can effectively perform the treatment of high concentration wastewater (or brine) or the recovery of useful resources contained in the water to be treated.
  • GWI Global Water Intelligence
  • the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to form a gas hydrate slurry or ice slurry produced in a reactor into pellets.
  • An object of the present invention is to provide a pellet manufacturing apparatus and manufacturing method capable of manufacturing high-purity gas hydrate pellets or ice pellets by effectively removing the filtrate contained in the filtrate and the filtrate attached to the surface of the pellets.
  • Another object of the present invention is to provide a pellet manufacturing apparatus and manufacturing method capable of improving the efficiency and homogeneity of the gas hydrate slurry or ice slurry produced in the reactor.
  • another object of the present invention is to provide a pellet manufacturing apparatus and manufacturing method capable of continuously manufacturing gas hydrate pellets or ice pellets, as well as maintaining a constant hardness or thickness of the manufactured pellets.
  • Another object of the present invention is to provide a water treatment method with remarkably excellent treatment efficiency for high-concentration industrial wastewater or brine using the above-described pellet manufacturing apparatus.
  • Another object of the present invention is to provide a water treatment method that can significantly improve the recovery efficiency of the useful resources from industrial wastewater containing useful resources using the above-described pellet manufacturing apparatus.
  • the pellet manufacturing apparatus is a reactor part that generates and discharges a slurry which is either a gas hydrate slurry or an ice slurry, and the outside of the reactor part
  • a pellet molding unit installed on one side and forming a pellet in the form of a pellet by compressing the slurry discharged from the reactor unit, and a control unit for controlling the operation of the reactor unit and the pellet molding unit, wherein the pellet molding unit, the outer surface one side
  • a first pipe having a through-hole connected to the outlet of the reactor unit, a compression molding module for compressing the slurry supplied to the inside of the first pipe through the through-hole to form a pellet, and installed on one side of the first pipe and a heating module for heating the inside of the first pipe, wherein the control unit controls the operation of the heating module so that the internal temperature of the first pipe is adjusted to a predetermined temperature range when the pellets are formed .
  • the heating module includes a second pipe surrounding the outer surface of the first pipe in a jacket structure, and a heating medium supply module for flowing a heating medium in a space formed between the outer surface of the first pipe and the inner surface of the second pipe.
  • the control unit controls at least one of the temperature of the heating medium or the flow amount of the heating medium when the pellets are molded to adjust the internal temperature of the first pipe.
  • the compression molding module is characterized in that it is configured to include a piston installed in the interior of the first pipe, and a driving cylinder for moving the piston in a longitudinal direction of the first pipe.
  • the piston is composed of a first piston and a second piston
  • the driving cylinder is installed at one end of the first pipe to move the first piston and is installed at the other end of the first pipe.
  • a second driving cylinder for moving the second piston.
  • control unit moves at least one of the first piston and the second piston away from each other by a predetermined distance in a state where the ends of the first and second pistons are arranged at the position where the through-holes of the first pipe are formed. By doing so, the slurry discharged from the reactor is supplied between the first piston and the second piston.
  • the slurry is supplied between the first piston and the second piston
  • the control unit comprises the first driving cylinder and the first driving cylinder to compress the slurry by moving the first piston and the second piston closer to each other when the pellets are formed. It is characterized in that the operation of the second driving cylinder is controlled.
  • first driving cylinder and the second driving cylinder are servomotor cylinders
  • the controller controls the servomotor torques of the first and second driving cylinders when the pellets are formed to compress the slurry to a predetermined compressive force.
  • a plurality of dehydration holes are further formed on the outer surface of the first pipe at positions spaced apart from the through holes, the slurry is supplied between the first piston and the second piston, and the controller controls the slurry when forming pellets. It is characterized in that the operation of the first driving cylinder and the second driving cylinder is controlled so as to be compressed after being moved to a position where the dehydration hole is formed.
  • the pellet molding unit a third pipe interposed between the first pipe and the second pipe and wrapping the outer surface of the first pipe with a jacket structure to cover the dewatering hole, and the dewatering hole when the slurry is compressed It characterized in that it further comprises a drain tube connected to the third pipe to discharge the filtrate discharged through the third pipe to the outside or to re-supply to the reactor unit.
  • the pellet forming unit further comprises a push cylinder installed on the outer side of the first pipe, the outer surface of the first pipe is the opening and the cylinder rod of the push cylinder at a position spaced apart from the through hole and the dehydration hole and , Doedoe pellet discharge hole facing the opening is further formed, the control unit is discharged to the outside of the first pipe through the pellet discharge hole after moving the pellet to the position where the opening and the pellet discharge hole are formed when the molding of the pellet is completed to control the operations of the first driving cylinder, the second driving cylinder, and the push cylinder.
  • the method for producing pellets according to the present invention includes a first step of generating a slurry that is either a gas hydrate slurry or an ice slurry in a reactor, and a first pipe installed on the outside of the reactor by using the slurry generated in the first step A second step of supplying to the inside of the, and a third step of compressing the slurry supplied in the second step inside the first pipe and molding it into pellets, wherein the third step is the It is characterized in that the internal temperature of one pipe is adjusted to a predetermined temperature range.
  • the heating medium flows in the space formed between the inner surface of the second pipe that surrounds the outer surface of the first pipe with a jacket structure and the outer surface of the first pipe when the pellet is formed, the temperature of the heating medium or the heating medium It is characterized in that the internal temperature of the first pipe is adjusted by controlling at least one of the flow amounts of the
  • a through hole through which the slurry is supplied is formed on the outer surface of the first pipe, and in the second step, the ends of the first piston and the second piston installed inside the first pipe are arranged at the position where the through hole is formed.
  • step 2-1 by moving at least one of the first piston and the second piston away from each other along the length direction of the first pipe by a predetermined distance, the slurry generated in the first step is passed through the through hole. It characterized in that it comprises the step 2-2 of supplying between the first piston and the second piston.
  • the slurry generated in the first step is supplied between the first piston and the second piston installed inside the first pipe, and the third step is performed with the first piston and the It characterized in that the slurry is compressed by moving the second piston to be closer to each other along the longitudinal direction of the first pipe.
  • first piston and the second piston are respectively moved by a servomotor cylinder
  • the third step is to control the servomotor torque of the servomotor cylinder when forming pellets to compress the slurry with a predetermined compressive force. do it with
  • a through hole through which the slurry is supplied and a dehydration hole through which the filtrate is discharged when the pellets are formed are formed to be spaced apart from each other, and the second step is a first installed inside the first pipe through the through hole.
  • the slurry produced in the first step is supplied between the first piston and the second piston, and the third step is performed by moving the first and second pistons in the same direction along the longitudinal direction of the first pipe.
  • the water to be treated containing contaminants is supplied to a reactor to produce a slurry that is either a gas hydrate slurry or an ice slurry.
  • the first step the second step of supplying the slurry generated in the first step to the inside of the first pipe installed on the outside side of the reactor, compressing the slurry supplied in the second step inside the first pipe
  • a third step of molding and discharging into pellets and a fourth step of dissociating or melting the pellets discharged in the third step to obtain water from which the contaminants are removed, wherein the third step is It is characterized in that the internal temperature of the first pipe is adjusted to a predetermined temperature range.
  • the first step of supplying WTBT containing useful resources to a reactor to produce a slurry that is either a gas hydrate slurry or an ice slurry a second step of supplying the slurry produced in the first step into the inside of the first pipe installed on the outside side of the reactor, compressing the slurry supplied in the second step inside the first pipe and molding it into pellets a third step of discharging and re-supplying the filtrate discharged during molding of the pellets to the reactor as target water, a fourth step of measuring the concentration of useful resources contained in the target water of the reactor, and the fourth step
  • the concentration measured in the step is greater than or equal to a preset concentration
  • recovering useful resources from the water to be treated and comprising a fifth step of repeating the first to fourth steps when it is less than a preset concentration
  • the third step is a pellet It is characterized in that the internal temperature of the first pipe is adjusted to a
  • the temperature range is characterized in that it is determined as a temperature at which the surface of the molded pellets can be melted and the useful resources attached to the surface of the pellets can be discharged as a filtrate.
  • the pellet manufacturing apparatus and the manufacturing method according to the present invention are configured to be spatially separated from the reactor part in which the gas hydrate slurry is generated and the pellet forming part, it is easy to maintain the temperature and pressure inside the reactor part, thereby improving the gas hydrate production efficiency.
  • the pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to the present invention can independently control the internal temperature of the pellet molding unit by the heating medium supply module, a certain amount of the pellet surface is melted during the molding of the pellets to remove the contaminants attached to the pellet surface.
  • the pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to the present invention are configured so that a fixed amount suction and constant torque compression of the slurry are made by a cylinder operated by a servomotor in the pellet forming part, repeatedly manufacturing pellets by a continuous process There is an advantage that can always produce pellets having a uniform thickness and / or hardness even in the case.
  • the water treatment method according to the present invention can produce high-purity pellets from the water to be treated, the water treatment efficiency for high-concentration industrial wastewater or brine, or the useful resource recovery efficiency from the water to be treated is very excellent.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the overall configuration of a pellet manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along section A-A of Figure 1;
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the reactor shown in FIG. 2;
  • Figure 4 is a view for explaining the configuration of the scraper module shown in Figure 2;
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the pellet forming part shown in FIG. 2;
  • Figure 6 is a block diagram for explaining the operation configuration of the apparatus of Figure 1;
  • Figure 7 is a view showing a process for producing a pellet by the apparatus of Figure 1;
  • Figure 8 is a figure showing the results of a comparative experiment for the salt removal efficiency of the pellets prepared by the apparatus of Figure 1, and
  • 9 and 10 are process diagrams for explaining a water treatment method using a pellet manufacturing apparatus and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • 'slurry' includes not only 'gas hydrate slurry' but also 'ice slurry' (also referred to as 'slurry ice').
  • Figure 1 is a perspective view for explaining the overall configuration of the pellet manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a sectional view taken along A-A of Figure 1.
  • Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of the reactor part shown in Figure 2
  • Figure 4 is a view for explaining the configuration of the scraper module shown in Figure 2
  • Figure 5 is an enlarged cross-sectional view of the pellet forming part shown in Figure 2 .
  • the pellet manufacturing apparatus comprises a reactor unit 100 for generating and discharging a slurry, and a pellet forming unit 200 for compressing the slurry discharged from the reactor unit 100 to form a pellet. ), and a control unit 600 for controlling the operation of the reactor unit 100 and the pellet forming unit 200 is configured to include.
  • the slurry generated in the reactor unit 100 may be either a gas hydrate slurry or an ice slurry.
  • the slurry is a gas hydrate slurry
  • a case in which the slurry is a gas hydrate slurry will be described as an example.
  • the reactor unit 100 includes a reactor body 101 having a reaction space in which gas hydrate is generated, a stirring module 110 installed in the reactor body 101, and the reactor body 101 . It is configured to include a scraper module 120 installed inside the.
  • the reactor body 101 may be formed in various shapes such as a cylindrical shape or a square cylindrical shape within a range in which the gas hydrate generation reaction can be made.
  • the reactor body 101 has a cylindrical part 101a. ), an inclined portion 101b formed by extending conically to the lower portion of the cylindrical portion 101a, and a discharge portion 101c formed by extending tubularly from the approximate center of the inclined portion 101b downward. .
  • the lower surface of the discharge unit 101c is configured to be open, so that the gas hydrate generated inside the reactor body 101 is gravity or the suction force of the pistons 230 and 240 installed in the pellet forming unit 200 as will be described later. It is configured to be discharged to the pellet molding unit 200 by the
  • a reaction gas supply pipe 107 and a target water supply pipe 108 for supplying a reaction gas (guest material) and target water (host material) for generating gas hydrate, respectively.
  • the reaction gas supply pipe 107 and the target water supply pipe 108 are connected to one side of the upper surface of the reactor body 101 .
  • the reaction gas supplied through the reaction gas supply pipe 107 may be a gaseous or liquid phase, in the case of a gaseous phase CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , H 2 , Cl 2 , SF 6 , CFC-based material, HCFC-based material, PFC-based material, and may be at least one of HFC-based material, and in the case of liquid, at least one of SF 6 , CFC-based material, HCFC-based material, PFC-based material, or HFC-based material can
  • target water supplied through the target water supply pipe 108 may be, for example, wastewater requiring removal of contaminants or high-concentration industrial wastewater, seawater requiring desalination, industrial wastewater containing recoverable useful resources, etc. can
  • reaction gas supply pipe 107 is connected to the reaction gas supply unit 650 provided outside the reactor body 101
  • target water supply pipe 108 is the target water provided outside the reactor body 101 . It is connected to the supply unit (660).
  • the reactor body 101 is configured so that the internal reaction space can maintain temperature and pressure conditions for generating gas hydrate.
  • the reactor body 101 has a temperature for measuring internal temperature and pressure.
  • a sensor unit 610 and a pressure sensor unit 620 are installed, and a temperature control unit 630 and pressure control for controlling the temperature and pressure inside the reactor body 101 according to the measurement results of the sensor units 610 and 620 .
  • a portion 640 is installed.
  • the temperature control unit 630 may be preferably configured using a normal refrigeration cycle as an example, and the pressure control unit 640 may be preferably configured by controlling the supply pressure of the reaction gas as an example. have.
  • the gas hydrate generation reaction is an exothermic reaction, even when the inside of the reactor body 101 is maintained at a temperature and pressure suitable for gas hydrate generation by the temperature control unit 630 and the pressure control unit 640, the gas hydrate As the production of , the internal temperature of the reactor body 101 rises.
  • the reactor body 101 is configured in a jacket structure in which a cooling water channel 102 is formed inside a wall surface, and a cooling water supply pipe 103 and a cooling water discharge pipe ( and to rapidly remove the heat of formation (or heat of reaction) of the gas hydrate by flowing cooling water through the cooling water channel 102 through 104 .
  • the cooling water channel 102 is configured as a spiral channel so that the heat transfer area can be increased, and considering that more gas hydrate is generated at the lower side of the reactor body 101, the cooling water can be used in the reactor body.
  • the cooling water supply pipe 103 and the cooling water discharge pipe 104 are arranged to flow from the lower part of the 101 to the upper part.
  • the pellet manufacturing apparatus has the advantage of improving the efficiency of generating gas hydrates and the homogeneity of the generated gas hydrates because it is easy to maintain a uniform and constant temperature inside the reactor body 101 have.
  • gas hydrate in the form of a slurry is generated by the reaction of the reaction gas and the water to be treated inside the reactor body 101. Since the contents of the reaction for generating the gas hydrate is a known technology, Herein, a detailed description will be omitted.
  • the gas hydrate slurry produced as described above is discharged through the discharge part 101c of the reactor body 101 as described later, and the untreated water not used for the reaction is a filtrate concentrated with contaminants. will remain in
  • the reactor body 101 in order to discharge the filtrate, includes a filtrate discharge pipe 105 connected to the lower part (for example, the discharge part 101c) of the reactor body 101 to discharge the filtrate to the outside. , is configured to further include a filtrate discharge valve 106 installed in the middle of the filtrate discharge pipe 105 to control the discharge of the filtrate.
  • the stirring module 110 and the scraper module 120 are respectively installed to be rotatable inside the reactor body 101.
  • the scraper module 120 is rotated in the center of the upper surface of the reactor body 101.
  • a first rotary shaft 131 for rotating and a second rotary shaft 141 for rotating the stirring module 110 are vertically inserted into the upper surface of the reactor body 101 .
  • the third rotation shaft 111 in which the stirring module 110 is extended and connected to the above-described second rotation shaft 141, and the outer peripheral surface of the third rotation shaft 111 in the circumferential direction and in the vertical direction It is configured to include a plurality of stirring blades 112 formed spaced apart from each other.
  • the stirring module 110 configured as described above increases the reaction area and reaction rate by stirring the reaction gas and the water to be treated by the stirring blade 112 while rotating inside the reactor body 101 to increase the efficiency of gas hydrate generation. In addition to increasing the , it is possible to obtain the effect of uniformly generating gas hydrate in the entire interior of the reactor body 101 .
  • a plurality of through holes 113 are formed on the surface of the stirring blade 112. Due to this, when the stirring module 110 rotates at a high speed, the reaction surface area is increased due to cavitation (cavity) phenomenon, thereby increasing the amount of gas hydrate. The effect of further improving the production efficiency can be obtained.
  • the scraper module 120 is for removing the slurry adhered to the inner wall surface of the reactor body 101 while rotating inside the reactor body 101 .
  • the scraper module 120 includes the first and second scrapers 121 and 122 for removing the slurry attached to the inner wall surface of the cylindrical portion 101a of the reactor body, and the inclined portion 101b of the reactor body. It is configured to include third and fourth scrapers 123 and 124 for removing the slurry adhering to the inner wall surface, and a fifth scraper 125 for removing the slurry adhering to the inner wall surface of the discharge part 101c of the reactor body. .
  • first scraper 121 and the second scraper 122 are disposed to face each other and are connected to each other by the connecting rod 126 , and the center of the connecting rod 126 is a ring-shaped shaft to which the first rotation shaft is coupled.
  • a coupling member 126a is formed.
  • the first and second scrapers 121 and 122 are configured to have a movable gap in the center direction along the connecting rod.
  • the scraper module 120 is the reactor body 101 . Even when a solid foreign material is attached to the cylindrical portion 101a or an abnormal protrusion is formed, the first and second scrapers 121 and 122 move in the central direction so that smooth rotation can be maintained.
  • the first scraper 121 has a first support bracket 121a having a length corresponding to the cylindrical portion 101a of the reactor body 101 and having one side coupled to one end of the connecting rod 126; It is coupled to the other side of the first support bracket (121a) and consists of a first removal blade (121b) for removing the slurry attached to the cylindrical portion (101a).
  • the second scraper 122 has a length corresponding to the cylindrical portion 101a of the reactor body 101 and one side is coupled to the other end of the connecting rod 126 . It is composed of a second support bracket (not shown), which is a second support bracket (not shown), and a second removal blade (not shown) coupled to the other side of the second support bracket (not shown) to remove the slurry attached to the cylindrical part 101a. .
  • the third scraper 123 is connected to the lower end of the first scraper 121 by a first connecting member 127
  • the fourth scraper 124 is connected to the third scraper 123 in the same manner as the third scraper 123 . It is configured to be connected to the lower end of the second scraper 122 by a second connecting member (not shown).
  • the third scraper 123 is coupled to a third support bracket 123a having an inclination and a length corresponding to the inclination portion 101b of the reactor body 101, and the other side of the third support bracket 123a. and a third removal blade (123b) for removing the slurry attached to the inclined portion (101b).
  • the fourth scraper 124 also includes a fourth support bracket (not shown) having an inclination and a length corresponding to the inclination portion 101b of the reactor body 101, and the other of the fourth support bracket (not shown). It is composed of a fourth removal blade (not shown) coupled to the side to remove the slurry attached to the inclined portion (101b).
  • a first coupling ring 121c into which one end of the first connection member 127 is inserted to be movable in the longitudinal direction of the cylindrical portion 101a is formed at the lower end of the first support bracket 121a and , At one end of the first connection member 127, a locking protrusion 127a is formed that is caught by the first coupling ring 121c and prevents the first scraper 121 and the third scraper 123 from being separated. do.
  • the other end of the first connecting member 127 is fixedly coupled to one end of the third support bracket 123a, and even in the case of the fourth scraper 124, by a second connecting member (not shown). It is connected to the second scraper 122 in the same manner as the third scraper 123 described above.
  • the scraper module 120 Since the third and third scrapers 123 and 124 have a movable clearance in the vertical direction (ie, the longitudinal direction of the cylindrical part) by the configuration as described above, the scraper module 120 according to this embodiment is the reactor body 101 ), smooth rotation can be maintained by moving the third and fourth scrapers 123 and 124 in the vertical direction even when a solid foreign material is attached to the inclined portion 101b or an abnormal protrusion is formed.
  • the fifth scraper 125 has a panel-shaped fifth support bracket 125a in which both ends are coupled to the other ends of the third and fourth scrapers 123 and 124, respectively, and a bottom surface of the fifth support bracket 125a.
  • a bar-shaped support rod 125b extending in the longitudinal direction of the reactor body 101 discharge unit 101c from the reactor body 101, and a plurality of fifth removal blades 125c attached to the outer circumferential surface of the support rod 125b. is composed by
  • one end of the fifth support bracket 125a is fixedly coupled to the other end of the third scraper 123 by a third connecting member 128, and the other end is connected to the fourth connecting member (not shown). Thus, it is fixedly coupled to the other end of the fourth scraper 124 .
  • the scraper module 120 continuously removes the slurry adhering to the inner wall surface of the reactor body 101 during the gas hydrate production process, thereby creating a slurry inside the reactor body 101 . to ensure that production is uniform.
  • the scraper module 120 rotates by coupling the shaft coupling member 126a to one end of the first rotation shaft 131 inserted into the reactor body 101, and the stirring module 110 is rotated by coupling the upper end of the third rotation shaft 111 to one end of the second rotation shaft 141 inserted into the reactor body 101 .
  • the first rotation shaft 131 has a hollow rod shape
  • the second rotation shaft 141 has a rod shape that is rotatably inserted into the hollow of the first rotation shaft 131 , so that the first The rotation shaft 131 and the second rotation shaft 141 are configured as concentric shafts spaced apart by a gap (C).
  • the reactor body 101 minimizes external heat transfer through the first and second rotation shafts 131 and 141 to facilitate maintaining the temperature of the reactor body 101 as well as the reactor body.
  • the gas hydrate generation efficiency can be improved.
  • a first driving motor 132 for rotating the first rotating shaft 131 is installed on one side of the outer side of the reactor unit 100 , the other end of the first rotating shaft 131 and the first driving motor 132 . ) is configured such that the rotational force of the first driving motor 132 is transmitted to the first rotational shaft 131 by the first power transmission members 133 and 134 respectively formed at the ends of the rotation shaft.
  • a second driving motor 142 for rotating the second rotating shaft 141 is further installed on the outer side of the reactor unit 100, the other end of the second rotating shaft 141 and the second driving motor ( The rotational force of the second driving motor 142 is transmitted to the second rotation shaft 141 by the second power transmission members 143 and 144 respectively formed at the ends of the rotation shaft 142 .
  • first power transmission members 133 and 134 and the second power transmission members 143 and 144 may be preferably implemented by a conventional power transmission gear structure or a belt-pulley structure, respectively.
  • the sealing member (S) for airtight maintenance is interposed in the connection part of the reaction gas supply pipe 107 and the target water supply pipe 108 described above and the insertion part of the first and second rotation shafts 131 and 141. .
  • the pellet molding unit 200 is a first pipe 210, the first through hole (210) formed with a first through hole 213 connected to the discharge portion 101c of the reactor unit 100 on one side of the outer surface ( 213), a compression molding module that compresses the slurry supplied to the inside of the first pipe 210 to form pellets, and is installed on one side of the first pipe 210 to remove the inside of the first pipe 210. It is configured to include a heating module for heating.
  • first pipe 210 has a pipe shape in which first and second ends 211 and 212, which are both ends, are open, and the first through hole 213 is formed in the middle of the first pipe 210 .
  • a plurality of dewatering holes 214 at a position spaced apart from the first through hole 213, and a push cylinder 250 for pushing and discharging the molded pellets as described below.
  • the opening 215 through which the cylinder rod 251 of the is formed is sequentially formed along the longitudinal direction of the first pipe (210).
  • a pellet discharge hole 216 through which the pellets are discharged at a position opposite to the opening 215 is further formed.
  • the compression molding module is configured to include a piston installed in the interior of the first pipe 210, and a driving cylinder for moving the piston along the longitudinal direction of the first pipe (210).
  • the piston is composed of a first piston 230 and a second piston 240
  • the driving cylinder is installed outside the first end 211 of the first pipe 210 .
  • a first driving cylinder 232 for moving the first piston 230, and a second driving cylinder installed outside the second end 212 of the first pipe 210 to move the second piston 240 (242).
  • the first piston 230 is connected to the first driving cylinder 232 by a first cylinder rod 231
  • the second piston 240 is connected to the second cylinder rod 241 by a second cylinder rod 241 . It is connected to the second driving cylinder 242 .
  • first and second ends 211 and 212 of the first pipe 210 are sealed by a first hermetic member 219a and a second hermetic member 219b, respectively, and the first and second driving cylinders (
  • the cylinder rods 231,241 are installed outside both ends of the first pipe 210 so that each of the cylinder rods 231,241 can advance and retreat through the central portion of the first airtight member 219a and the second airtight member 219b.
  • first and second driving cylinders 232 and 242 may be preferably implemented using a conventional electric cylinder or hydraulic cylinder, but in this embodiment, when the slurry is compressed and molded into pellets as described below, the compression force is accurately determined. In order to control it, it is characterized in that it is composed of a servomotor cylinder using a servomotor with easy torque control.
  • the first piston 230 moved by the first driving cylinder 232 is installed at the first end 211 of the first pipe 210 .
  • the second end 212 may include an opening/closing member (not shown) that closes the second end of the first pipe when the slurry is compressed and opens the second end of the first pipe when the pellets are discharged.
  • the heating module may be composed of a heating wire surrounding the outer surface of the first pipe, etc., in this embodiment, as an example, the heating module wraps the outer surface of the first pipe 210 in a jacket structure. It was configured to include two pipes 220 and a heat medium supply module for flowing a heat medium in the space formed between the outer surface of the first pipe 210 and the inner surface of the second pipe 220 .
  • the second pipe 220 has a second through hole 221 through which the discharge portion 101c of the reactor unit 100 passes is formed on one side of the outer surface of the position corresponding to the first through hole 213 . and both ends are sealingly coupled to the outer surface of the first pipe 210 to form a closed space in which the heating medium flows between the outer surface of the first pipe 210 and the inner surface of the second pipe 220 .
  • the heat medium supply module includes a heat medium supply pipe 223 for supplying a heat medium to a heat medium flow space (not shown), which is a space formed between the first pipe 210 and the second pipe 220, and the heat medium flow space (not shown).
  • a heating medium discharge pipe 224 for discharging the heating medium
  • a heating medium supply pump 680 for flowing the heating medium to the heating medium flow space (not shown) through the heating medium supply pipe 223 and the heating medium discharge pipe 224.
  • the second pipe 220 is installed so as to surround the outer surface of the first pipe 210 corresponding to the inner space of the first pipe 210 in which suction and compression of the slurry (ie, molding of pellets) is made. It is preferable
  • the first through hole 213 and the dewatering hole 214 are the first pipe 210 included in the heat medium flow space (not shown) formed by the second pipe 220 . It is formed on the outer surface, and the opening 215 and the pellet discharge hole 216 are configured to be formed on the outer surface of the first pipe 210 located outside the heat medium flow space (not shown).
  • a sealing member (S) for airtight maintenance is interposed in the coupling portion between the discharge portion 101c of the reactor portion 100 and the second through hole 221 .
  • the pellet forming unit 200 is interposed between the first pipe 210 and the second pipe 220 and wraps the outer surface of the first pipe 210 with a jacket structure to cover the dewatering hole 214 . It is configured to further include a third pipe 217 and a drain tube 218 connected to the third pipe 217 .
  • the drain tube 218 discharges the filtrate discharged to the third pipe 217 through the dehydration hole 214 during compression of the slurry to the outside as needed or to the reactor unit 100 as described later. will be resupplied.
  • the pellet molding unit 200 further includes a push cylinder 250 installed on the outer side of the first pipe 210 , the push cylinder 250 has a cylinder rod 251 through the opening 215 .
  • the function of discharging through the pellet discharge hole 216 is performed by pushing the pellet moved to the position where the pellet discharge hole 216 is formed, as will be described later.
  • Figure 6 is a block diagram for explaining the operation configuration of the apparatus of Figure 1
  • Figure 7 is a process chart for explaining a method of manufacturing a pellet by the apparatus of Figure 1.
  • control unit 600 includes the temperature control unit 630 and the temperature control unit 630 according to the measurement results of the temperature sensor unit 610 and the pressure sensor unit 620 for measuring the temperature and pressure inside the reactor body 101 .
  • the pressure adjusting unit 640 By controlling the pressure adjusting unit 640, the inside of the reactor body 101 is adjusted to maintain a temperature and pressure suitable for the generation of gas hydrate.
  • control unit 600 controls the reaction gas supply unit 650 and the target water supply unit 660 to supply the reaction gas and the target water for generating gas hydrate into the reactor body 101, and
  • the first and second driving motors 132 and 142 are controlled to operate the stirring module 110 and the scraper module 120 so that gas hydrate is generated inside the reactor body 101 .
  • the controller 600 operates the cooling water supply pump 670 to flow the cooling water through the cooling water channel 102 to remove the reaction heat of the gas hydrate.
  • control unit 600 controls the operations of the first and second driving cylinders 232 and 242 and the push cylinder 250 when the gas hydrate slurry is generated to some extent in the reactor body 101 to control the reactor body 101 .
  • the slurry supplied to the inside of the first pipe 210 is compressed and then formed into pellets and discharged.
  • control unit 600 by supplying a heating medium to the space formed between the outer surface of the first pipe 210 and the inner surface of the second pipe 220 by using the heat medium supply pump 680 when the pellets are formed by supplying the pellets.
  • the internal temperature of the first pipe where the molding is made is maintained in a predetermined temperature range, wherein the temperature range melts the surface of the molded pellets and discharges the contaminants (or useful resources) attached to the surface of the pellets as a filtrate. It is desirable to set the temperature to a suitable
  • control unit 600 opens the filtrate discharge valve 106 installed in the middle of the love liquid discharge pipe 105 to discharge the filtrate inside the reactor body 101 to the outside.
  • the control unit 600 is largely a first step of generating a gas hydrate slurry in the reactor body 101, the generated slurry in the reactor body By performing the second step of supplying the inside of the first pipe 210 installed on the outer side of 101, and the third step of compressing the slurry inside the first pipe 210 and molding it into pellets.
  • the second and third steps will be mainly described.
  • the control unit 600 controls the first piston 230 and the second piston 230 at the initial position where the first through hole 213 of the first pipe 210 is formed.
  • the ends of the two pistons 240 are arranged.
  • the upper surfaces of the first piston 230 and the second piston 240 may be arranged so that their upper surfaces are in contact with each other (see FIG. 7A ).
  • step (a) of FIG. 7 the controller 600 moves at least one of the first piston 230 and the second piston 240 in the longitudinal direction of the first pipe 210 by a predetermined distance.
  • the slurry 300 generated in the first step is supplied between the first piston 230 and the second piston 240 through the first through hole 213 by moving them away from each other along of (b)).
  • control unit 600 moves at least one of the first and second pistons 230 and 240 according to the positions where the ends of the first and second pistons 230 and 240 are arranged. In this case, it is preferable to move the first piston 230 .
  • the separation distance of the first and second pistons 230 and 240 is always constantly controlled so that the slurry 300 is supplied (or sucked).
  • the amount of the supplied slurry 300 is always constant, so there is an advantage that pellets of a uniform mass can be manufactured.
  • FIGS. 7 (a) and (b) described above as an example, the method in which the slurry 300 is sucked by the pressure difference caused by the movement of the pistons 230 and 240 has been described.
  • the slurry may be supplied between the first and second pistons 230 and 240 by gravity.
  • step (b) of FIG. 7 the control unit 600 moves the first piston 230 and the second piston 240 in the same direction along the length direction of the first pipe 210 . By doing so, the slurry 300 supplied in step (b) of FIG. 7 is moved to the position where the dehydration hole 214 is formed (refer to (c) of FIG. 7).
  • step (c) of FIG. 7 the control unit 600 moves the first piston 230 and the second piston 240 to be closer to each other along the longitudinal direction of the first pipe 210 .
  • the slurry 300 is compressed and molded into pellets 400 (refer to FIG. 7 (d)).
  • the filtrate discharged through the dehydration hole 214 in the compression process of the slurry 300 (ie, the pellet forming process) is discharged to the outside through the third pipe 217 and the drain tube 218 or the The water to be treated may be re-supplied to the reactor unit 100 .
  • step (d) of FIG. 7 the controller 600 controls the servomotor torque of the first driving cylinder 232 and the second driving cylinder 242 to pre-preload the slurry 300 . Compressed with a specified compression force.
  • the pellet manufacturing method according to this embodiment can produce pellets of uniform hardness even when repeatedly manufacturing pellets by a continuous process, and as described above, when quantitative suction of the slurry is made, the pellets There is an advantage that the thickness can be uniformly manufactured.
  • control unit 600 when performing step (d) of FIG. 7 (ie, forming a pellet), the control unit 600 operates the heating module so that the internal temperature of the first pipe 210 is adjusted to a predetermined temperature range.
  • the control unit 600 controls at least one of the temperature of the heating medium or the flow amount of the heating medium to adjust the internal temperature of the first pipe 210 . do.
  • the temperature range is preferably determined as a temperature at which the surface of the pellets molded as described above can be melted by a certain amount to discharge the contaminants (or useful resources) attached to the surface of the pellets as a filtrate.
  • the pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to this embodiment by increasing the internal temperature of the first pipe 210 by the heating medium supply module during the molding of the pellets to melt the surface of the pellets 400 in a certain amount, the pellets 400 on the surface Since it is a method of discharging the attached contaminants as a filtrate, there is an advantage in that it is possible to manufacture high-purity pellets when compared to the existing gas hydrate pellet generator.
  • FIG. 8 is a pellet formed using the pellet manufacturing apparatus (FIG. 8 (a)) according to this embodiment without using a heating medium supply module (FIG. 8 (b)) and pellets molded using a heating medium supply module It is a diagram showing the result of performing a test comparing the purity of (FIG. 8 (c)).
  • the initial salt concentration of the treated water supplied to the reactor was 3.5%
  • the salt concentration of the pellets molded without using the heating medium supply module was 0.78%
  • the salt concentration of the pellets molded using the heating medium supply module was 0.14%.
  • the salt removal rate was found to be very high, about 96%, and it was experimentally confirmed that the salt removal rate was improved by about 15% or more compared to the pellets without using the heating medium supply module.
  • step (d) of FIG. 7 the control unit 600 moves the first piston 230 and the second piston 240 in the same direction along the length direction of the first pipe 210 .
  • the first pipe After moving the molded pellet 400 to the position where the opening 215 and the pellet discharge hole 216 are formed by moving, the first pipe through the pellet discharge hole 216 using the push cylinder 250 It is discharged to the outside of 210 (refer to (e) of FIG. 7).
  • step (e) of FIG. 7 the control unit 600 arranges the ends of the first and second pistons 230 and 240 in the same initial positions as in FIG. By repeatedly performing steps b) to (f) of FIG. 7, pellets are continuously manufactured (refer to (f) of FIG. 7).
  • the pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to this embodiment can independently control the internal temperature of the pellet molding unit (specifically, the first pipe) by the heating medium supply module, a certain amount of the pellet surface during the molding of the pellets There is an advantage in that it is possible to manufacture high-purity pellets by dissolving and discharging the contaminants attached to the surface of the pellets as a filtrate.
  • the pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to this embodiment are configured to perform quantitative suction and constant torque compression of the slurry by a cylinder operated by a servomotor in the pellet forming unit, repeated manufacturing of pellets by a continuous process
  • a servomotor in the pellet forming unit
  • pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to an embodiment of the present invention described above is applicable to water treatment for high concentration industrial wastewater or brine because the salt removal efficiency is very excellent as confirmed through experiments.
  • the steps S10 to S30 are the same as the method for producing the pellets described above, and in the case of the step S40, since it can be preferably configured using any one of the known gas hydrate dissociation devices, here each A detailed description of the steps will be omitted.
  • step S40 comprises a step of obtaining water from which contaminants are removed by heating and melting the pellets discharged in step S30.
  • the filtrate discharged in step S30 is configured to be discharged to the outside for water treatment by a continuous process.
  • pellet manufacturing apparatus and manufacturing method according to an embodiment of the present invention is applicable to water treatment for recovering useful resources from the water to be treated.
  • the target water containing useful resources to the reactor unit 100 to generate a slurry ( S110 ), and the generated slurry to the first
  • the slurry supplied from the inside of the first pipe 210 is compressed and molded into pellets and discharged, and the filtrate discharged during pellet molding is applied to the reactor unit 100.
  • step S130 the wastewater described above in that the filtrate discharged from the pellet forming step is re-supplied to the reactor unit 100 as untreated water so that the concentration of the filtrate (that is, the concentration of useful resources) is made. There is a difference with the water treatment method for treatment.
  • the recovery of the useful resources may be preferably implemented by any one known method, such as a chemical reaction, physical precipitation, adsorption of useful resources using a dedicated filter.
  • the present invention can be applied to the fields of hydrate generation and storage, treatment of high-concentration contaminated water, or recovery of useful resources from wastewater.

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Abstract

본 발명에 따른 펠릿 제조장치는, 가스 하이드레이트 슬러리(gas hydrate slurry) 또는 아이스 슬러리(ice slurry) 중 어느 하나인 슬러리를 생성시켜 배출하는 반응기부, 상기 반응기부의 외부 일측에 설치되고 상기 반응기부로부터 배출되는 슬러리를 압축하여 펠릿(pellet) 형태로 성형하는 펠릿 성형부, 및 상기 반응기부와 펠릿 성형부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 펠릿 성형부는, 외면 일측에 상기 반응기부의 배출구와 연결되는 관통공이 형성된 제1파이프, 상기 관통공을 통해 제1파이프의 내부로 공급되는 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 압축성형 모듈, 및 상기 제1파이프의 일측에 설치되어 상기 제1파이프의 내부를 가열하는 가열모듈을 포함하고, 상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도가 미리 정해진 온도범위로 조절되도록 상기 가열모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

펠릿 제조장치 및 이를 이용한 수처리 방법
본 발명은 펠릿 제조장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가스 하이드레이트 슬러리(gas hydrate slurry) 또는 아이스 슬러리(ice slurry)로부터 고순도의 가스 하이드레이트 펠릿(pellet) 또는 아이스 펠릿을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 이용하여 고농도 폐수(또는 염수)의 처리나 피처리수에 포함된 유용자원의 회수를 효과적으로 수행할 수 있는 펠릿 제조장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.
해수 담수화, 오폐수 처리, 피처리수에 포함된 유용 자원의 회수 등과 같은 수처리 기술의 경우 국내외의 물 부족 문제와 환경오염 문제를 해결하고 대체 수자원 확보가 가능한 기술이기 때문에 해외시장의 개척과 고부가가치의 창출이 가능한 대표적인 기술분야이다.
영국의 물전문 리서치 기관인 글로벌 워터 인텔리전스(GWI)의 조사에 따르면 현재 세계 물시장 규모는 2010년 기준 약 500조원에 달하는 것으로 추정되며, 최근 5년간 평균 4.7%씩 성장하여 2020년에는 약 800조원까지 성장할 것으로 전망된다.
이러한 수처리 기술은 크게 물리화학적 공정을 이용하는 1세대 기술, 생물학적 공정을 이용하는 2세대 기술, 막분리 공정을 이용한 3세대 기술의 순서로 발전해 오고 있는데, 최근에는 환경친화적이고 수처리 효율이 높은 막분리 공정이 주로 사용되고 있다.
그러나, 역삼투막(RO) 방식과 같은 막분리 공정의 경우에도 복잡한 전처리 공정과 빈번한 역삼투막의 교체로 인하여 에너지 소비량과 고비용이 소요되는 문제점이 있으며, 처리 능력의 한계로 인하여 최근 들어 특히 문제가 되고 있는 고농도의 산업 폐수나 염해수의 처리가 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 가스 하이드레이트의 생성 원리를 이용한 새로운 방식의 수처리 기술이 개발되고 있는데, 이에 대한 구체적인 내용은 본 발명의 출원인이 출원한 하기 [문헌 1]과 [문헌 2] 등에 상세히 개시되어 있다.
하기 [문헌 1]과 [문헌 2] 등에 따른 가스 하이드레이트의 생성 원리를 이용한 수처리 기술의 경우 종래 방식과 대비할 때 상대적으로 공정 비용과 에너지 소모량이 낮을 뿐만 아니라 이론적인 수처리 효율이 매우 높은 장점이 있기 때문에 종래 막분리 공정을 대체할 수 있는 대안으로 부상되고 있다.
그러나, 기존 가스 하이드레이트의 생성 원리를 이용한 수처리 기술의 경우 반응기에서 슬러리 형태로 생성되는 가스 하이드레이트에 포함된 여액의 제거(즉, 탈수)와 상기 탈수공정이 완료된 가스 하이드레이트의 표면에 부착된 여액의 제거가 용이하지 않기 때문에, 실제 수처리 효율은 상당히 저하됨으로써 앞서 설명한 많은 장점에도 불구하고 종래의 막분리 공정을 현실적으로 대체하기 곤란한 문제점이 있었다.
[문헌 1] 한국공개특허 제2009-0122811호(2009. 12. 1. 공개)
[문헌 2] 한국등록특허 제1652013호(2016. 8. 23. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반응기에서 생성된 가스 하이드레이트 슬러리(gas hydrate slurry) 또는 아이스 슬러리(ice slurry)를 펠릿으로 성형하는 과정에서 상기 슬러리에 포함된 여액과 펠릿의 표면에 부착된 여액을 효과적으로 제거함으로써 고순도의 가스 하이드레이트 펠릿(pellet) 또는 아이스 펠릿을 제조할 수 있는 펠릿 제조장치 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 반응기에서 생성되는 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리의 생성 효율과 균질도를 향상시킬 수 있는 펠릿 제조장치 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가스 하이드레이트 펠릿 또는 아이스 펠릿을 연속적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 제조된 펠릿의 경도나 두께를 일정하게 유지할 수 있는 펠릿 제조장치 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 펠릿 제조장치를 이용하여 고농도의 산업폐수나 염수에 대한 처리효율이 현저히 우수한 수처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 펠릿 제조장치를 이용하여 유용자원이 포함된 산업폐수로부터 상기 유용자원의 회수 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 수처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 펠릿 제조장치는, 가스 하이드레이트 슬러리(gas hydrate slurry) 또는 아이스 슬러리(ice slurry) 중 어느 하나인 슬러리를 생성시켜 배출하는 반응기부, 상기 반응기부의 외부 일측에 설치되고 상기 반응기부로부터 배출되는 슬러리를 압축하여 펠릿(pellet) 형태로 성형하는 펠릿 성형부, 및 상기 반응기부와 펠릿 성형부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 펠릿 성형부는, 외면 일측에 상기 반응기부의 배출구와 연결되는 관통공이 형성된 제1파이프, 상기 관통공을 통해 제1파이프의 내부로 공급되는 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 압축성형 모듈, 및 상기 제1파이프의 일측에 설치되어 상기 제1파이프의 내부를 가열하는 가열모듈을 포함하고, 상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도가 미리 정해진 온도범위로 조절되도록 상기 가열모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열모듈은, 상기 제1파이프의 외면을 재킷(jacket) 구조로 감싸는 제2파이프와, 상기 제1파이프의 외면과 제2파이프의 내면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키는 열매체 공급모듈을 포함하되, 상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프의 내부 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축성형 모듈은, 상기 제1파이프의 내부에 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤을 제1파이프의 길이 방향을 따라 이동시키는 구동 실린더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피스톤은 제1피스톤과 제2피스톤으로 구성되고, 상기 구동 실린더는 제1파이프의 일측 단부에 설치되어 상기 제1피스톤을 이동시키는 제1구동 실린더와 제1파이프의 타측 단부에 설치되어 상기 제2피스톤을 이동시키는 제2구동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 제1파이프의 관통공이 형성된 위치에 상기 제1피스톤과 제2피스톤의 단부를 배열한 상태에서 상기 제1피스톤 또는 제2피스톤 중 적어도 어느 하나를 미리 정해진 거리만큼 서로 멀어지도록 이동시킴으로써 상기 반응기부에서 배출되는 슬러리가 상기 제1피스톤과 제2피스톤의 사이에 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬러리는 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급되고, 상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하도록 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더는 서보모터 실린더이고, 상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더의 서보모터 토크를 제어하여 상기 슬러리를 미리 정해진 압축력으로 압축하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1파이프의 외면에는 상기 관통공과 이격된 위치에 복수의 탈수공이 더 형성되되, 상기 슬러리는 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급되고, 상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 슬러리를 탈수공이 형성된 위치로 이동시킨 후 압축하도록 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펠릿 성형부는, 상기 제1파이프와 제2파이프 사이에 개재되고 상기 탈수공을 커버하도록 상기 제1파이프의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제3파이프와, 상기 슬러리의 압축시 상기 탈수공을 통해 제3파이프로 배출되는 여액을 외부로 배출하거나 상기 반응기부에 재공급하도록 상기 제3파이프에 연결되는 배수튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펠릿 성형부는, 제1파이프의 외부 일측에 설치된 푸쉬 실린더를 더 포함하고, 상기 제1파이프의 외면에는 상기 관통공 및 탈수공과 이격된 위치에 상기 푸쉬 실린더의 실린더 로드가 출입하는 개구와, 상기 개구에 대향하는 펠릿 배출공이 더 형성되되, 상기 제어부는 펠릿의 성형이 완료된 경우 상기 펠릿을 상기 개구와 펠릿 배출공이 형성된 위치로 이동시킨 후 상기 펠릿 배출공을 통해 제1파이프의 외부로 배출하도록 상기 제1구동 실린더, 제2구동 실린더, 및 푸쉬 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 펠릿 제조방법은, 반응기에서 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나인 슬러리를 생성하는 제1단계, 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 상기 반응기의 외부 일측에 설치된 제1파이프의 내부로 공급하는 제2단계, 및 상기 제1파이프의 내부에서 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 제3단계를 포함하되, 상기 제3단계는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3단계는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제2파이프의 내면과 상기 제1파이프의 외면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키되, 상기 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프의 내부 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1파이프의 외면에는 슬러리가 공급되는 관통공이 형성되고, 상기 제2단계는 상기 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤의 단부를 상기 관통공이 형성된 위치로 배열하는 제2-1단계와, 상기 제1피스톤과 제2피스톤 중 적어도 어느 하나를 미리 정해진 거리만큼 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 멀어지도록 이동시킴으로써 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 관통공을 통해 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급하는 제2-2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2단계는 상기 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 공급하고, 상기 제3단계는 펠릿의 성형시 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1피스톤과 제2피스톤은 각각 서보모터 실린더에 의해 이동되고, 상기 제3단계는 펠릿의 성형시 서보모터 실린더의 서보모터 토크를 제어하여 상기 슬러리를 미리 정해진 압축력으로 압축하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1파이프의 외면에는 슬러리가 공급되는 관통공과, 펠릿의 성형시 여액이 배출되는 탈수공이 서로 이격되어 형성되고, 상기 제2단계는 상기 관통공을 통해 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 공급하고, 상기 제3단계는 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 동일한 방향으로 이동시킴으로써 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 상기 탈수공이 형성된 위치로 이동시키는 제3-1단계와, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 제3-2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3단계에서 성형된 펠릿을 상기 제1파이프의 외면에 형성된 펠릿 배출공의 위치로 이동시킨 후 상기 펠릿 배출공을 통해 상기 펠릿을 외부로 배출하는 제4단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고농도의 폐수나 염수인 피처리수를 처리하기 위한 수처리 방법은, 오염물질이 포함된 피처리수를 반응기에 공급하여 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나인 슬러리를 생성하는 제1단계, 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 상기 반응기의 외부 일측에 설치된 제1파이프의 내부로 공급하는 제2단계, 상기 제1파이프의 내부에서 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하여 배출하는 제3단계, 및 상기 제3단계에서 배출된 펠릿을 해리시키거나 녹여 상기 오염물질이 제거된 물을 얻는 제4단계를 포함하되, 상기 제3단계는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 피처리수로부터 유용자원을 회수하기 위한 수처리 방법은, 유용자원이 포함된 피처리수를 반응기에 공급하여 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나인 슬러리를 생성하는 제1단계, 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 상기 반응기의 외부 일측에 설치된 제1파이프의 내부로 공급하는 제2단계, 상기 제1파이프의 내부에서 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하여 배출하고 상기 펠릿의 성형시 배출되는 여액을 상기 반응기에 피처리수로 재공급하는 제3단계, 상기 반응기의 피처리수에 포함된 유용자원의 농도를 측정하는 제4단계, 및 상기 제4단계에서 측정된 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 상기 피처리수로부터 유용자원을 회수하고 미리 설정된 농도 미만일 경우 상기 제1단계 내지 제4단계를 반복하는 제5단계를 포함하되, 상기 제3단계는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3단계에서 상기 온도범위는 성형된 펠릿의 표면을 녹여 상기 펠릿의 표면에 부착된 유용자원을 여액으로 배출할 수 있는 온도로 정해지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 가스 하이드레이트 슬러리가 생성되는 반응기부와 펠릿 성형부가 공간적으로 분리되도록 구성되기 때문에 반응기부 내부의 온도 및 압력 유지가 용이하여 가스 하이드레이트의 생성 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 열매체 공급모듈에 의하여 펠릿 성형부의 내부 온도를 독립적으로 제어 가능하기 때문에, 펠릿의 성형시 펠릿 표면을 일정량 녹여 상기 펠릿 표면에 부착된 오염물질을 여액으로 배출함으로써 고순도의 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 펠릿 성형부에서 서보모터에 의해 작동되는 실린더에 의하여 슬러리의 정량 흡입 및 정토크 압축이 이루어지도록 구성되기 때문에, 연속공정에 의하여 펠릿을 반복 제조하는 경우에도 항상 균일한 두께 및/또는 경도를 가지는 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 수처리 방법은 피처리수로부터 고순도의 펠릿을 제조할 수 있기 때문에 고농도의 산업폐수나 염수에 대한 수처리 효율, 또는 피처리수로부터의 유용자원 회수 효율이 매우 우수한 장점을 가진다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도,
도2는 도1의 A-A부 단면도,
도3은 도2에 도시한 반응기부의 확대 단면도,
도4는 도2에 도시한 스크레이퍼 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면,
도5는 도2에 도시한 펠릿 성형부의 확대 단면도,
도6은 도1의 장치의 동작 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도7은 도1의 장치에 의해 펠릿을 제조하는 공정을 나타낸 도면,
도8은 도1의 장치에 의해 제조된 펠릿의 염 제거 효율을 비교 실험한 결과를 나타낸 그림, 및
도9와 도10은 각각 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법을 이용한 수처리 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위 전체에서 '슬러리(slurry)'라 함은 '가스 하이드레이트 슬러리' 뿐만 아니라 '아이스 슬러리'(또는 '슬러리 아이스'라고도 함)를 포함하는 개념이다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도2는 도1의 A-A부 단면도이다.
또한, 도3은 도2에 도시한 반응기부의 확대 단면도이고, 도4는 도2에 도시한 스크레이퍼 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도5는 도2에 도시한 펠릿 성형부의 확대 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치는 슬러리를 생성시켜 배출하는 반응기부(100), 상기 반응기부(100)로부터 배출되는 슬러리를 압축하여 펠릿(pellet) 형태로 성형하는 펠릿 성형부(200), 및 상기 반응기부(100)와 펠릿 성형부(200)의 동작을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 반응기부(100)에서 생성되는 슬러리는 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나일 수 있는데, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 슬러리가 가스 하이드레이트 슬러리인 경우를 일예로서 설명한다.
이를 위하여, 상기 반응기부(100)는 내부에 가스 하이드레이트가 생성되는 반응공간이 형성된 반응기 본체(101), 상기 반응기 본체(101)의 내부에 설치된 교반모듈(110), 및 상기 반응기 본체(101)의 내부에 설치된 스크레이퍼 모듈(120)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 반응기 본체(101)는 가스 하이드레이트 생성 반응이 이루어질 수 있는 범위에서 원통형이나 사각통형 등 여러 가지 다양한 형상으로 이루어질 수 있는데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 반응기 본체(101)가 원통부(101a), 상기 원통부(101a)의 하부로 원추형으로 연장되어 형성된 경사부(101b), 상기 경사부(101b)의 대략 중심에서 하부 방향으로 관형으로 연장되어 형성된 배출부(101c)로 이루어지는 것으로 구성하였다.
이 경우, 상기 배출부(101c)의 하부면은 개방되도록 구성됨으로써 후술하는 바와 같이 반응기 본체(101)의 내부에서 생성된 가스 하이드레이트가 중력 또는 펠릿 성형부(200)에 설치된 피스톤(230,240)의 흡입력에 의하여 상기 펠릿 성형부(200)로 배출될 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 반응기 본체(101)의 일측에는 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 반응가스(게스트 물질)와 피처리수(호스트 물질)를 각각 공급하기 위한 반응가스 공급관(107)과 피처리수 공급관(108)이 연결되는데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 반응가스 공급관(107)과 피처리수 공급관(108)이 반응기 본체(101)의 상부면 일측에 연결되는 것으로 구성하였다.
이때, 상기 반응가스 공급관(107)을 통해 공급되는 반응가스는 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.
또한, 상기 피처리수 공급관(108)을 통해 공급되는 피처리수는 일예로서 오염물질의 제거가 필요한 오폐수 또는 고농도의 산업폐수, 담수화가 필요한 해수, 회수 가능한 유용자원이 포함된 산업폐수 등이 될 수 있다.
또한, 상기 반응가스 공급관(107)은 반응기 본체(101) 외부에 구비된 반응가스 공급부(650)에 연결되고, 상기 피처리수 공급관(108)은 반응기 본체(101) 외부에 구비된 피처리수 공급부(660)에 연결된다.
또한, 상기 반응기 본체(101)는 내부 반응공간이 가스 하이드레이트가 생성되기 위한 온도 조건과 압력 조건을 유지할 수 있도록 구성되는데, 이를 위하여 상기 반응기 본체(101)에는 내부의 온도와 압력을 측정하기 위한 온도 센서부(610)와 압력 센서부(620)가 설치되고, 상기 센서부(610,620)의 측정 결과에 따라 반응기 본체(101) 내부의 온도와 압력을 조절하기 위한 온도 조절부(630)와 압력 조절부(640)가 설치된다.
이 경우, 상기 온도 조절부(630)는 일예로서 통상의 냉동 사이클을 이용하여 바람직하게 구성될 수 있으며, 상기 압력 조절부(640)는 일예로서 반응가스의 공급 압력을 제어하여 바람직하게 구성될 수 있다.
한편, 가스 하이드레이트의 생성 반응은 발열반응이기 때문에 상기 온도 조절부(630)와 압력 조절부(640)에 의하여 반응기 본체(101) 내부를 가스 하이드레이트 생성에 적합한 온도와 압력으로 유지하는 경우에도 가스 하이드레이트의 생성이 진행됨에 따라 반응기 본체(101)의 내부 온도가 상승하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 반응기 본체(101)를 벽면 내부에 냉각수 채널(102)이 형성된 재킷(jacket) 구조로 구성하고, 냉각수 공급펌프(670)를 이용하여 냉각수 공급관(103)과 냉각수 배출관(104)을 통해 상기 냉각수 채널(102)에 냉각수를 유동시킴으로써 상기 가스 하이드레이트의 생성열(또는 반응열)을 신속히 제거하도록 구성된다.
본 실시예의 경우 열전달 면적이 증가될 수 있도록 상기 냉각수 채널(102)을 나선형 채널로 구성하였으며, 상기 반응기 본체(101)의 하부측에서 가스 하이드레이트가 더 많이 생성되는 점을 고려하여 상기 냉각수가 반응기 본체(101)의 하부에서 상부 방향으로 유동되도록 상기 냉각수 공급관(103)과 냉각수 배출관(104)을 배치하였다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 펠릿 제조장치는 반응기 본체(101) 내부의 온도를 균일하고 일정하게 유지하는 것이 용이하여 가스 하이드레이트의 생성효율 및 생성된 가스 하이드레이트의 균질성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 상기와 같은 구성에 의하여 상기 반응기 본체(101)의 내부에서는 반응가스와 피처리수의 반응에 의하여 슬러리 형태의 가스 하이드레이트가 생성되는데, 상기 가스 하이드레이트의 생성 반응에 관한 내용은 공지기술이기 때문에 여기에서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이 생성된 가스 하이드레이트 슬러리는 후술하는 바와 같이 반응기 본체(101)의 배출부(101c)를 통해 배출되고 반응에 이용되지 않은 피처리수는 오염물질이 농축된 여액으로 반응기 본체(101)에 잔류하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 여액을 배출하기 위하여 상기 반응기 본체(101)는 여액을 외부로 배출하기 위해 반응기 본체(101)의 하부(일예로, 배출부(101c)에 연결된 여액 배출관(105)과, 여액 배출을 단속하기 위해 상기 여액 배출관(105)의 중도에 설치된 여액 배출밸브(106)를 더 구비하도록 구성된다.
또한, 상기 교반모듈(110)과 스크레이퍼 모듈(120)은 각각 반응기 본체(101)의 내부에서 회전 가능하도록 설치되는데, 이를 위하여 상기 반응기 본체(101)의 상면 중앙부에는 스크레이퍼 모듈(120)을 회전시키기 위한 제1회전축(131)과 교반모듈(110)을 회전시키기 위한 제2회전축(141)이 반응기 본체(101)의 상면에 수직 방향으로 삽입된다.
본 실시예에서는 일예로서 상기 교반모듈(110)이 전술한 제2회전축(141)에 연장되어 연결되는 제3회전축(111)과, 상기 제3회전축(111)의 외주면에 원주 방향 및 수직 방향으로 서로 이격되어 형성된 복수의 교반 블레이드(112)를 포함하도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 상기 교반모듈(110)은 반응기 본체(101)의 내부에서 회전하면서 교반 블레이드(112)에 의하여 반응가스와 피처리수를 교반함으로써 반응면적과 반응속도를 높여 가스 하이드레이트의 생성효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 반응기 본체(101)의 내부 전체에서 가스 하이드레이트의 생성이 균일하게 이루어지도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 교반 블레이드(112)의 표면에는 복수의 통공(113)이 형성되는데, 이로 인하여 상기 교반모듈(110)이 고속으로 회전할 경우 캐비테이션(공동) 현상에 의하여 반응 표면적이 증가되어 가스 하이드레이트의 생성 효율을 더욱 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 스크레이퍼 모듈(120)은 반응기 본체(101)의 내부에서 회전하면서 반응기 본체(101)의 내벽면에 부착되는 슬러리를 제거하기 위한 것이다.
이를 위하여, 본 실시예에서는 상기 스크레이퍼 모듈(120)이 반응기 본체의 원통부(101a) 내벽면에 부착된 슬러리를 제거하기 위한 제1,2스크레이퍼(121,122), 상기 반응기 본체의 경사부(101b) 내벽면에 부착된 슬러리를 제거하기 위한 제3,4스크레이퍼(123,124), 및 상기 반응기 본체의 배출부(101c) 내벽면에 부착된 슬러리를 제거하기 위한 제5스크레이퍼(125)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제1스크레이퍼(121)와 제2스크레이퍼(122)는 서로 대향하도록 배치되어 연결봉(126)에 의하여 서로 연결되는데, 상기 연결봉(126)의 중앙에는 제1회전축이 결합되는 링 형상의 축 결합부재(126a)가 형성된다.
또한, 상기 제1,2스크레이퍼(121,122)는 연결봉을 따라 중심 방향으로 이동가능한 유격을 가지도록 구성되는데, 상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 스크레이퍼 모듈(120)은 반응기 본체(101)의 원통부(101a)에 견고한 이물질이 부착되거나 비정상적인 돌기가 형성된 경우에도 상기 제1,2스크레이퍼(121,122)가 중심 방향으로 이동함으로써 원활한 회전이 유지될 수 있다.
또한, 상기 제1스크레이퍼(121)는 반응기 본체(101) 원통부(101a)에 대응되는 길이를 가지고 일측면이 상기 연결봉(126)의 일측 단부에 결합되는 제1지지 브라켓(121a)과, 상기 제1지지 브라켓(121a)의 타측면에 결합되어 상기 원통부(101a)에 부착되는 슬러리를 제거하는 제1제거날(121b)로 구성된다.
또한, 상기 제2스크레이퍼(122)의 경우에도 제1스크레이퍼(121)와 동일하게 반응기 본체(101) 원통부(101a)에 대응되는 길이를 가지고 일측면이 상기 연결봉(126)의 타측 단부에 결합되는 제2지지 브라켓(미도시)과, 상기 제2지지 브라켓(미도시)의 타측면에 결합되어 상기 원통부(101a)에 부착되는 슬러리를 제거하는 제2제거날(미도시)로 구성된다.
또한, 상기 제3스크레이퍼(123)는 제1연결부재(127)에 의하여 상기 제1스크레이퍼(121)의 하단에 연결되고, 상기 제4스크레이퍼(124)는 제3스크레이퍼(123)와 동일한 방식으로 제2연결부재(미도시)에 의하여 제2스크레이퍼(122)의 하단에 연결되도록 구성된다.
또한, 상기 제3스크레이퍼(123)는 반응기 본체(101) 경사부(101b)에 대응되는 경사와 길이를 가지는 제3지지 브라켓(123a)과, 상기 제3지지 브라켓(123a)의 타측면에 결합되어 상기 경사부(101b)에 부착되는 슬러리를 제거하는 제3제거날(123b)로 구성된다.
또한, 상기 제4스크레이퍼(124)도 마찬가지로 반응기 본체(101) 경사부(101b)에 대응되는 경사와 길이를 가지는 제4지지 브라켓(미도시)과, 상기 제4지지 브라켓(미도시)의 타측면에 결합되어 상기 경사부(101b)에 부착되는 슬러리를 제거하는 제4제거날(미도시)로 구성된다.
이때, 상기 제1지지 브라켓(121a)의 하측 단부에는 상기 제1연결부재(127)의 일측 단부가 원통부(101a)의 길이 방향으로 이동 가능하도록 삽입되는 제1결합고리(121c)가 형성되고, 상기 제1연결부재(127)의 일측 단부에는 상기 제1결합고리(121c)에 걸려 상기 제1스크레이퍼(121)와 제3스크레이퍼(123)가 분리되는 것을 방지하는 걸림돌기(127a)가 형성된다.
한편, 상기 제1연결부재(127)의 타측 단부는 상기 제3지지 브라켓(123a)의 일측 단부에 고정 결합되며, 상기 제4스크레이퍼(124)의 경우에도 제2연결부재(미도시)에 의하여 상술한 제3스크레이퍼(123)와 동일하게 상기 제2스크레이퍼(122)에 연결된다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 상기 제3,4스크레이퍼(123,124)는 상하 방향(즉, 원통부의 길이 방향)으로 이동가능한 유격을 가지기 때문에, 본 실시예에 따른 스크레이퍼 모듈(120)은 반응기 본체(101)의 경사부(101b)에 견고한 이물질이 부착되거나 비정상적인 돌기가 형성된 경우에도 상기 제3,4스크레이퍼(123,124)가 상하 방향으로 이동함으로써 원활한 회전이 유지될 수 있다.
또한, 상기 제5스크레이퍼(125)는 양측 단부가 각각 상기 제3,4스크레이퍼(123,124)의 타측 단부에 결합되는 패널 형상의 제5지지 브라켓(125a), 상기 제5지지 브라켓(125a)의 저면으로부터 반응기 본체(101) 배출부(101c)의 길이 방향으로 연장된 바(bar) 형상의 지지봉(125b), 및 상기 지지봉(125b)의 외주면에 부착된 복수 개의 제5제거날(125c)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제5지지 브라켓(125a)의 일측 단부는 제3연결부재(128)에 의하여 상기 제3스크레이퍼(123)의 타측 단부에 고정 결합되고, 타측 단부는 제4연결부재(미도시)에 의하여 상기 제4스크레이퍼(124)의 타측 단부에 고정 결합된다.
상술한 바와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 상기 스크레이퍼 모듈(120)은 가스 하이드레이트의 생성 과정에서 반응기 본체(101)의 내벽면에 부착되는 슬러리를 지속적으로 제거함으로써 반응기 본체(101) 내부에서 슬러리 생성이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 상기 스크레이퍼 모듈(120)은 반응기 본체(101)의 내부로 삽입된 제1회전축(131)의 일측 단부에 상기 축 결합부재(126a)가 결합됨으로써 회전하게 되고, 상기 교반모듈(110)은 반응기 본체(101)의 내부로 삽입된 제2회전축(141)의 일측 단부에 제3회전축(111)의 상단이 결합됨으로써 회전하게 된다.
본 실시예의 경우 상기 제1회전축(131)은 중공의 봉 형상이고, 상기 제2회전축(141)은 상기 제1회전축(131)의 중공에 회전 가능하도록 삽입되는 봉 형상으로 이루어짐으로써, 상기 제1회전축(131)과 제2회전축(141)은 간극(C)에 의하여 이격된 동심축으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 상기 반응기 본체(101)는 제1,2회전축(131,141)을 통한 외부 열전달을 최소화하여 반응기 본체(101)의 온도 유지가 용이하게 할 뿐만 아니라, 반응기 본체(101) 내부에서 제1,2회전축(131,141)이 차지하는 체적을 최소화함으로써 가스 하이드레이트 생성 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.
또한, 상기 반응기부(100)의 외부 일측에는 제1회전축(131)을 회전시키기 위한 제1구동모터(132)가 설치되는데, 상기 제1회전축(131)의 타측 단부와 제1구동모터(132)의 회전축 단부에 각각 형성된 제1동력전달부재(133,134)에 의하여 상기 제1구동모터(132)의 회전력이 상기 제1회전축(131)에 전달되도록 구성된다.
또한, 상기 반응기부(100)의 외부 일측에는 제2회전축(141)을 회전시키기 위한 제2구동모터(142)가 더 설치되는데, 상기 제2회전축(141)의 타측 단부와 제2구동모터(142)의 회전축 단부에 각각 형성된 제2동력전달부재(143,144)에 의하여 상기 제2구동모터(142)의 회전력이 상기 제2회전축(141)에 전달되도록 구성된다.
이 경우, 상기 제1동력전달부재(133,134)와 제2동력전달부재(143,144)는 각각 통상의 동력 전달용 기어 구조 또는 벨트-풀리 구조에 의하여 바람직하게 구현될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 반응가스 공급관(107)과 피처리수 공급관(108)의 연결부 및 상기 제1,2회전축(131,141)의 삽입부에는 기밀 유지를 위한 실링부재(S)가 개재되는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 펠릿 성형부(200)는 외면 일측에 상기 반응기부(100)의 배출부(101c)와 연결되는 제1관통공(213)이 형성된 제1파이프(210), 상기 제1관통공(213)을 통해 제1파이프(210)의 내부로 공급되는 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 압축성형 모듈, 및 상기 제1파이프(210)의 일측에 설치되어 상기 제1파이프(210)의 내부를 가열하는 가열모듈을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제1파이프(210)는 양측 단부인 제1,2단부(211,212)가 개방된 파이프 형상이고, 상기 제1관통공(213)은 제1파이프(210)의 중도에 형성된다.
또한, 상기 제1파이프(210)의 외면에는 상기 제1관통공(213)과 이격된 위치에 복수의 탈수공(214)과, 후술하는 바와 같이 성형된 펠릿을 밀어 배출하는 푸쉬 실린더(250)의 실린더 로드(251)가 출입하는 개구(215)가 제1파이프(210)의 길이 방향을 따라 순차적으로 형성되어 있다.
또한, 상기 제1파이프(210)의 외면에는 상기 개구(215)에 대향하는 위치에 펠릿이 배출되는 펠릿 배출공(216)이 더 형성되어 있다.
또한, 상기 압축성형 모듈은 상기 제1파이프(210)의 내부에 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤을 제1파이프(210)의 길이 방향을 따라 이동시키는 구동 실린더를 포함하여 구성된다.
이를 위하여, 본 실시예에서는 일예로서 상기 피스톤은 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240)으로 구성되고, 상기 구동 실린더는 제1파이프(210)의 제1단부(211) 외측에 설치되어 상기 제1피스톤(230)을 이동시키는 제1구동 실린더(232)와, 제1파이프(210)의 제2단부(212) 외측에 설치되어 상기 제2피스톤(240)을 이동시키는 제2구동 실린더(242)로 구성된다.
이때, 상기 제1피스톤(230)은 제1실리더 로드(231)에 의하여 상기 제1구동 실린더(232)에 연결되고, 상기 제2피스톤(240)은 제2실린더 로드(241)에 의하여 상기 제2구동 실린더(242)에 연결된다.
또한, 상기 제1파이프(210)의 개방된 제1,2단부(211,212)는 각각 제1기밀부재(219a)와 제2기밀부재(219b)에 의하여 밀폐되는데, 상기 제1,2구동 실린더(232,242)는 각각의 실리더 로드(231,241)가 상기 제1기밀부재(219a)와 제2기밀부재(219b)의 중앙부를 통해 진퇴가 가능하도록 제1파이프(210)의 양측 단부 외측에 설치된다.
또한, 상기 제1,2구동 실린더(232,242)는 통상의 전동 실린더나 유압 실린더를 이용하여 바람직하게 구현될 수도 있으나, 본 실시예에서는 후술하는 바와 같이 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 경우 압축력을 정확하게 제어하기 위하여 토크 제어가 용이한 서보모터를 사용하는 서보모터 실린더로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 압축성형 모듈이 듀얼 실린더에 의해 이동되는 한 쌍의 피스톤으로 이루어진 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 동일한 기능을 수행하는 범위내에서는 여러 가지 다른 방식으로 구성될 수도 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 압축성형 모듈의 다른 변형예로서 상기 제1파이프(210)의 제1단부(211)에는 제1구동 실린더(232)에 의해 이동되는 제1피스톤(230)이 설치되고, 제2단부(212)에는 슬러리의 압축시에는 제1파이프의 제2단부를 폐쇄하고 펠릿의 배출시에는 제1파이프의 제2단부를 개방하는 개폐부재(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 상기 가열모듈은 제1파이프의 외면을 둘러싸는 열선 등으로 구성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 상기 가열모듈이 상기 제1파이프(210)의 외면을 재킷(jacket) 구조로 감싸는 제2파이프(220)와, 상기 제1파이프(210)의 외면과 제2파이프(220)의 내면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키는 열매체 공급모듈을 포함하여 이루어지도록 구성하였다.
또한, 상기 제2파이프(220)는 상기 제1관통공(213)에 대응되는 위치의 외면 일측에 상기 반응기부(100)의 배출부(101c)가 통과하는 제2관통공(221)이 형성되고, 양측 단부는 상기 제1파이프(210)의 외면에 밀봉 결합됨으로써 상기 제1파이프(210)의 외면과 제2파이프(220)의 내면 사이에는 열매체가 유동되는 밀폐된 공간이 형성된다.
또한, 상기 열매체 공급모듈은 상기 제1파이프(210)와 제2파이프(220) 사이에 형성된 공간인 열매체 유동 공간(미도시)에 열매체를 공급하는 열매체 공급관(223), 상기 열매체 유동 공간(미도시)의 열매체를 배출하는 열매체 배출관(224), 및 상기 열매체 공급관(223)과 열매체 배출관(224)을 통해 상기 열매체 유동 공간(미도시)으로 열매체를 유동시키는 열매체 공급펌프(680)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제2파이프(220)는 슬러리의 흡입 및 압축(즉, 펠릿의 성형)이 이루어지는 제1파이프(210)의 내부 공간에 대응되는 상기 제1파이프(210)의 외면을 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 실시예에서는 일예로서 제1관통공(213)과 탈수공(214)은 제2파이프(220)가 형성하는 열매체 유동 공간(미도시) 내부에 포함되는 제1파이프(210)의 외면에 형성되고, 상기 개구(215)와 펠릿 배출공(216)은 열매체 유동 공간(미도시)의 외부에 위치하는 제1파이프(210)의 외면에 형성되도록 구성하였다.
또한, 상기 반응기부(100)의 배출부(101c)와 제2관통공(221)의 결합부에는 기밀 유지를 위한 실링부재(S)가 개재되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 펠릿 성형부(200)는 상기 제1파이프(210)와 제2파이프(220) 사이에 개재되고 상기 탈수공(214)을 커버하도록 제1파이프(210)의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제3파이프(217)와, 상기 제3파이프(217)에 연결되는 배수튜브(218)를 더 포함하여 구성된다.
이때, 상기 배수튜브(218)는 후술하는 바와 같이 슬러리의 압축시 상기 탈수공(214)을 통해 제3파이프(217)로 배출되는 여액을 필요에 따라 외부로 배출하거나 상기 반응기부(100)에 재공급하게 된다.
또한, 상기 펠릿 성형부(200)는 제1파이프(210)의 외부 일측에 설치된 푸쉬 실린더(250)를 더 포함하는데, 상기 푸쉬 실린더(250)는 실린더 로드(251)가 개구(215)를 통해 출입함으로써 후술하는 바와 같이 펠릿 배출공(216)이 형성된 위치로 이동된 펠릿을 밀어 상기 펠릿 배출공(216)을 통해 배출시키는 기능을 수행하게 된다.
이하에서는, 도6과 도7을 이용하여 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치를 이용한 펠릿 제조방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도6은 도1의 장치의 동작 구성을 설명하기 위한 블럭도이고, 도7은 도1의 장치에 의해 펠릿을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 본 실시예에 따른 제어부(600)는 반응기 본체(101) 내부의 온도와 압력을 측정하는 온도 센서부(610)와 압력 센서부(620)의 측정 결과에 따라 온도 조절부(630)와 압력 조절부(640)를 제어하여 상기 반응기 본체(101)의 내부가 가스 하이드레이트의 생성에 적합한 온도와 압력이 유지되도록 조절하게 된다.
또한, 상기 제어부(600)는 반응가스 공급부(650)와 피처리수 공급부(660)를 제어하여 상기 반응기 본체(101) 내부로 가스 하이드레이트를 생성하기 위한 반응가스와 피처리수를 공급하고, 제1,2구동모터(132,142)를 제어하여 교반모듈(110)과 스크레이퍼 모듈(120)을 동작시키면서 반응기 본체(101) 내부에 가스 하이드레이트가 생성되도록 한다.
이 경우, 상기 제어부(600)는 가스 하이드레이트 생성 반응이 진행됨에 따라 냉각수 공급펌프(670)를 동작시켜 상기 냉각수 채널(102)에 냉각수를 유동시킴으로써 가스 하이드레이트의 반응열을 제거하게 된다.
또한, 상기 제어부(600)는 반응기 본체(101)에서 가스 하이드레이트 슬러리의 생성이 어느 정도 이루어지면 제1,2구동 실린더(232,242)와 푸쉬 실린더(250)의 동작을 제어하여 상기 반응기 본체(101)로부터 제1파이프(210)의 내부로 공급되는 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형한 후 배출하게 된다.
또한, 상기 제어부(600)는 상기 펠릿의 성형시 열매체 공급펌프(680)를 이용하여 제1파이프(210)의 외면과 제2파이프(220)의 내면 사이에 형성되는 공간에 열매체를 공급함으로써 펠릿의 성형이 이루어지는 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 유지하게 되는데, 상기 온도범위는 성형된 펠릿의 표면을 녹여 상기 펠릿의 표면에 부착된 오염물질(또는 유용자원)을 여액으로 배출할 수 있는 온도로 정해지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부(600)는 필요에 따라서는 상기 애액 배출관(105)의 중도에 설치된 여액 배출밸브(106)를 개방하여 반응기 본체(101) 내부의 여액을 외부로 배출하게 된다.
다음으로, 본 실시예에 따른 펠릿 제조장치를 이용한 펠릿의 제조방법을 살펴보면, 상기 제어부(600)는 크게 반응기 본체(101)에서 가스 하이드레이트 슬러리를 생성하는 제1단계, 상기 생성된 슬러리를 반응기 본체(101)의 외부 일측에 설치된 제1파이프(210)의 내부로 공급하는 제2단계, 및 상기 제1파이프(210)의 내부에서 상기 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 제3단계를 수행함으로써 펠릿을 제조하게 되는데, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제2단계와 3단계를 중심으로 설명하기로 한다.
상기 반응기 본체(101)에서 가스 하이드레이트 슬러리가 생성되면, 상기 제어부(600)는 제1파이프(210)의 제1관통공(213)이 형성된 위치인 초기 위치에 상기 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240)의 단부를 배열하게 되는데, 이 경우 일예로서 상기 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240)은 상면이 서로 접촉하도록 배열될 수 있다(도7의 (a) 참조).
상기 도7의 (a) 단계가 완료되면, 상기 제어부(600)는 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240) 중 적어도 어느 하나를 미리 정해진 거리만큼 상기 제1파이프(210)의 길이 방향을 따라 서로 멀어지도록 이동시킴으로써 상기 제1단계에서 생성된 슬러리(300)를 제1관통공(213)을 통해 상기 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240) 사이에 공급하게 된다(도7의 (b) 참조).
이 경우, 상기 제어부(600)는 제1,2피스톤(230,240)의 단부가 배열되는 위치에 따라 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240) 중 적어도 어느 하나를 이동시키게 되는데, 도7의 경우 제1피스톤(230)을 이동시키는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 펠릿 제조방법의 경우 상술한 바와 같이 제1,2피스톤(230,240)의 이격 거리를 항상 일정하게 제어하여 슬러리(300)가 공급(또는 흡입)되도록 하는 방식이기 때문에, 연속 공정에 의하여 펠릿을 반복적으로 제조하는 경우에도 공급되는 슬러리(300)의 양이 항상 일정하여 균일한 질량의 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상술한 도7의 (a)와 (b)에서는 일예로서 피스톤(230,240)의 이동에 의한 압력차에 의하여 슬러리(300)가 흡입되는 방식을 설명하였으나, 필요에 따라서는 초기 위치에서 상기 제1,2피스톤(230,240)이 서로 이격되도록 배열된 후 중력에 의하여 슬러리가 제1,2피스톤(230,240)의 사이에 공급되도록 구성될 수도 있다.
상기 도7의 (b) 단계가 완료되면, 상기 제어부(600)는 상기 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240)을 상기 제1파이프(210)의 길이 방향을 따라 서로 동일한 방향으로 이동시킴으로써 상기 도7의 (b) 단계에서 공급된 슬러리(300)를 상기 탈수공(214)이 형성된 위치로 이동시키게 된다(도7의 (c) 참조).
상기 도7의 (c) 단계가 완료되면, 상기 제어부(600)는 상기 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240)을 상기 제1파이프(210)의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리(300)를 압축하여 펠릿(400)으로 성형하게 된다(도7의 (d) 참고).
이 경우, 상기 슬러리(300)의 압축 공정(즉, 펠릿의 성형 공정)에서 탈수공(214)을 통해 배출되는 여액은 제3파이프(217)과 배수튜브(218)를 통해 외부로 배출되거나 상기 반응기부(100)에 피처리수로 재공급될 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우 상기 도7의 (d) 단계에서 제어부(600)는 상기 제1구동 실린더(232)와 제2구동 실린더(242)의 서보모터 토크를 제어하여 상기 슬러리(300)를 미리 정해진 압축력으로 압축하게 된다.
이와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 펠릿 제조방법은 연속 공정에 의하여 펠릿을 반복적으로 제조하는 경우에도 균일한 경도의 펠릿을 제조할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 슬러리의 정량 흡입이 이루어질 경우 펠릿의 두께도 균일하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 제어부(600)는 도7의 (d) 단계(즉, 펠릿의 성형 단계)를 수행하는 경우 상기 제1파이프(210)의 내부 온도가 미리 정해진 온도범위로 조절되도록 상기 가열모듈의 동작을 제어하게 된다.
본 실시예에서와 같이 상기 가열모듈이 열매체 공급모듈로 이루어지는 경우, 상기 제어부(600)는 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프(210)의 내부 온도를 조절하게 된다.
이때, 상기 온도범위는 앞서 설명한 바와 같이 성형된 펠릿의 표면을 일정량만큼 녹여 상기 펠릿의 표면에 부착된 오염물질(또는 유용자원)을 여액으로 배출할 수 있는 온도로 정해지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법의 경우 펠릿의 성형시 열매체 공급모듈에 의하여 제1파이프(210)의 내부 온도를 증가시켜 펠릿(400) 표면을 일정량 녹임으로써 상기 펠릿(400) 표면에 부착된 오염물질을 여액으로 배출하는 방식이기 때문에 기존 가스 하이드레이트 펠릿 생성장치와 대비할 때 고순도의 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다.
도8은 본 실시예에 따른 펠릿 제조장치(도8의 (a))를 이용하여 열매체 공급모듈을 사용하지 않고 성형된 펠릿(도8의 (b))과 열매체 공급모듈을 사용하여 성형된 펠릿(도8의 (c))의 순도를 비교하는 테스트를 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
반응기에 공급된 피처리수의 초기 염농도는 3.5%이고, 열매체 공급모듈을 사용하지 않고 성형한 펠릿의 염농도는 0.78%, 열매체 공급모듈을 사용하여 성형한 펠릿의 염농도는 0.14%인 것으로 나타났으며, 열매체 공급모듈 사용시 약 10%의 펠릿 표면이 녹아 여액으로 배출된 것으로 측정되었다.
상기 실험결과 열매체 공급모듈을 사용한 펠릿의 경우 염 제거율이 약 96%로 매우 높은 것으로 나타났으며, 열매체 공급모듈을 사용하지 않은 펠릿보다 염 제거율이 약 15% 이상 향상되는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다.
한편, 상기 도7의 (d) 단계가 완료되면, 상기 제어부(600)는 제1피스톤(230)과 제2피스톤(240)을 상기 제1파이프(210)의 길이 방향을 따라 서로 동일한 방향으로 이동시킴으로써 상기 성형이 완료된 펠릿(400)을 상기 개구(215)와 펠릿 배출공(216)이 형성된 위치로 이동시킨 후 상기 푸쉬 실린더(250)를 이용하여 펠릿 배출공(216)을 통해 제1파이프(210)의 외부로 배출하게 된다(도7의 (e) 참고).
상기 도7의 (e) 단계가 완료되면, 상기 제어부(600)는 제1,2피스톤(230,240)의 단부를 도7의 (a)와 동일하게 초기 위치에 배열한 후 앞서 설명한 도7의 (b) 단계 내지 도7의 (f) 단계를 반복적으로 수행함으로써 펠릿을 연속적으로 제조하게 된다(도7의 (f) 참고).
이상에서 구체적으로 설명한 본 실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법의 경우 반응기부(100)와 펠릿 성형부(200)가 공간적으로 분리되도록 구성되기 때문에 반응기부(100) 내부의 온도 및 압력 유지가 용이하여 가스 하이드레이트의 생성 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 열매체 공급모듈에 의하여 펠릿 성형부(구체적으로는, 제1파이프)의 내부 온도를 독립적으로 제어 가능하기 때문에, 펠릿의 성형시 펠릿 표면을 일정량 녹여 상기 펠릿 표면에 부착된 오염물질을 여액으로 배출함으로써 고순도의 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 펠릿 성형부에서 서보모터에 의해 작동되는 실린더에 의하여 슬러리의 정량 흡입 및 정토크 압축이 이루어지도록 구성되기 때문에, 연속공정에 의하여 펠릿을 반복 제조하는 경우에도 항상 균일한 두께 및/또는 경도를 가지는 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 실험을 통해 확인한 바와 같이 염 제거 효율이 매우 우수하기 때문에 고농도의 산업폐수나 염수에 대한 수처리에 적용이 가능하다.
이 경우 상기 펠릿 제조장치를 이용한 수처리 방법은 일예로서 도9에 도시한 바와 같이 오염물질이 포함된 피처리수를 반응기부(100)에 공급하여 슬러리를 생성하는 단계(S10), 생성된 슬러리를 상기 제1파이프(210)의 내부로 공급하는 단계(S20), 상기 제1파이프(210)의 내부에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하여 배출하는 단계(S30), 및 상기 배출된 펠릿을 해리시켜 상기 오염물질이 제거된 물을 얻는 단계(S40)를 포함하여 구성된다.
이 경우, 상기 S10 단계 내지 S30 단계는 앞서 설명한 펠릿의 제조방법과 동일하고, 상기 S40 단계의 경우 공지된 가스 하이드레이트의 해리 장치 중 어느 하나를 이용하여 바람직하게 구성될 수 있기 때문에, 여기에서는 상기 각 단계들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다만, 상기 S10 단계에서 생성되는 슬러리가 아이스 슬러리인 경우 상기 S40단계는 S30 단계에서 배출된 펠릿을 가열하여 녹이는 것에 의하여 오염물질이 제거된 물을 얻는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같은 폐수 처리를 위한 수처리 방법의 경우 상기 S30 단계에서 배출되는 여액은 연속 공정에 의한 수처리를 위하여 외부로 배출되도록 구성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿 제조장치 및 제조방법은 피처리수로부터 유용자원을 회수하기 위한 수처리에도 적용이 가능하다.
이를 구체적으로 살펴보면, 상기 수처리 방법의 경우 도10에 도시한 바와 같이 유용자원이 포함된 피처리수를 반응기부(100)에 공급하여 슬러리를 생성하는 단계(S110), 생성된 슬러리를 상기 제1파이프(210)의 내부로 공급하는 단계(S120), 상기 제1파이프(210)의 내부에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하여 배출하고 펠릿 성형시 배출되는 여액을 반응기부(100)에 피처리수로 재공급하는 단계(S130), 상기 반응기부(100)의 피처리수에 포함된 유용자원 농도를 측정하는 단계(S140), 측정된 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 여액을 배출시켜 유용자원을 회수하고, 미리 설정된 농도 미만일 경우 S110 단계와 S140 단계를 반복하는 단계(S150)를 포함하여 구성된다.
이 경우, 상기 S110 단계와 S120 단계는 앞서 설명한 펠릿의 제조방법과 동일하기 때문에, 여기에서는 상기 단계들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 S130 단계의 경우 상기 펠릿 성형 단계에서 배출되는 여액을 반응기부(100)에 피처리수로 재공급함으로써 여액의 농축(즉, 유용자원의 농축)이 이루어지도록 구성되는 점에서 앞서 설명한 폐수 처리를 위한 수처리 방법과 차이가 있다.
또한, 상기 유용자원의 회수는 화학 반응, 물리적 침전, 전용필터를 이용한 유용자원의 흡착 등과 같은 공지된 어느 하나의 방식에 의하여 바람직하게 구현될 수 있다.
본 발명은 하이드레이트 생성 및 저장, 고농도의 오염수 처리 또는 폐수로부터 유용자원을 회수하는 분야에 적용이 가능하다.

Claims (27)

  1. 가스 하이드레이트 슬러리(gas hydrate slurry) 또는 아이스 슬러리(ice slurry) 중 어느 하나인 슬러리를 생성시켜 배출하는 반응기부;
    상기 반응기부의 외부 일측에 설치되고, 상기 반응기부로부터 배출되는 슬러리를 압축하여 펠릿(pellet) 형태로 성형하는 펠릿 성형부; 및
    상기 반응기부와 펠릿 성형부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 펠릿 성형부는, 외면 일측에 상기 반응기부의 배출구와 연결되는 관통공이 형성된 제1파이프, 상기 관통공을 통해 제1파이프의 내부로 공급되는 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 압축성형 모듈, 및 상기 제1파이프의 일측에 설치되어 상기 제1파이프의 내부를 가열하는 가열모듈을 포함하고,
    상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도가 미리 정해진 온도범위로 조절되도록 상기 가열모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  2. 제1항에서,
    상기 가열모듈은,
    상기 제1파이프의 외면을 재킷(jacket) 구조로 감싸는 제2파이프와, 상기 제1파이프의 외면과 제2파이프의 내면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키는 열매체 공급모듈을 포함하되,
    상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프의 내부 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 압축성형 모듈은,
    상기 제1파이프의 내부에 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤을 제1파이프의 길이 방향을 따라 이동시키는 구동 실린더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  4. 제3항에서,
    상기 피스톤은 제1피스톤과 제2피스톤으로 구성되고,
    상기 구동 실린더는 제1파이프의 일측 단부에 설치되어 상기 제1피스톤을 이동시키는 제1구동 실린더와, 제1파이프의 타측 단부에 설치되어 상기 제2피스톤을 이동시키는 제2구동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제어부는 제1파이프의 관통공이 형성된 위치에 상기 제1피스톤과 제2피스톤의 단부를 배열한 상태에서 상기 제1피스톤 또는 제2피스톤 중 적어도 어느 하나를 미리 정해진 거리만큼 서로 멀어지도록 이동시킴으로써 상기 반응기부에서 배출되는 슬러리가 상기 제1피스톤과 제2피스톤의 사이에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  6. 제4항에서,
    상기 슬러리는 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급되고,
    상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하도록 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더는 서보모터 실린더이고,
    상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더의 서보모터 토크를 제어하여 상기 슬러리를 미리 정해진 압축력으로 압축하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  8. 제4항에서,
    상기 제1파이프의 외면에는 상기 관통공과 이격된 위치에 복수의 탈수공이 더 형성되되,
    상기 슬러리는 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급되고,
    상기 제어부는 펠릿의 성형시 상기 슬러리를 탈수공이 형성된 위치로 이동시킨 후 압축하도록 상기 제1구동 실린더와 제2구동 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  9. 제8항에서,
    상기 펠릿 성형부는,
    상기 제1파이프와 제2파이프 사이에 개재되고 상기 탈수공을 커버하도록 상기 제1파이프의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제3파이프와, 상기 슬러리의 압축시 상기 탈수공을 통해 제3파이프로 배출되는 여액을 외부로 배출하거나 상기 반응기부에 재공급하도록 상기 제3파이프에 연결되는 배수튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  10. 제8항에서,
    상기 펠릿 성형부는, 제1파이프의 외부 일측에 설치된 푸쉬 실린더를 더 포함하고,
    상기 제1파이프의 외면에는 상기 관통공 및 탈수공과 이격된 위치에 상기 푸쉬 실린더의 실린더 로드가 출입하는 개구와, 상기 개구에 대향하는 펠릿 배출공이 더 형성되되,
    상기 제어부는 펠릿의 성형이 완료된 경우 상기 펠릿을 상기 개구와 펠릿 배출공이 형성된 위치로 이동시킨 후 상기 펠릿 배출공을 통해 제1파이프의 외부로 배출하도록 상기 제1구동 실린더, 제2구동 실린더, 및 푸쉬 실린더의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조장치.
  11. 반응기에서 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나인 슬러리를 생성하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 상기 반응기의 외부 일측에 설치된 제1파이프의 내부로 공급하는 제2단계; 및
    상기 제1파이프의 내부에서 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 제3단계를 포함하되,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제2파이프의 내면과 상기 제1파이프의 외면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키되, 상기 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프의 내부 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에서,
    상기 제1파이프의 외면에는 슬러리가 공급되는 관통공이 형성되고,
    상기 제2단계는,
    상기 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤의 단부를 상기 관통공이 형성된 위치로 배열하는 제2-1단계와, 상기 제1피스톤과 제2피스톤 중 적어도 어느 하나를 미리 정해진 거리만큼 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 멀어지도록 이동시킴으로써 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 관통공을 통해 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급하는 제2-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  14. 제11항 또는 제12항에서
    상기 제2단계는, 상기 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 공급하고,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1피스톤과 제2피스톤은 각각 서보모터 실린더에 의해 이동되고,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 서보모터 실린더의 서보모터 토크를 제어하여 상기 슬러리를 미리 정해진 압축력으로 압축하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  16. 제11항 또는 제12항에서,
    상기 제1파이프의 외면에는 슬러리가 공급되는 관통공과, 펠릿의 성형시 여액이 배출되는 탈수공이 서로 이격되어 형성되고,
    상기 제2단계는, 상기 관통공을 통해 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 공급하고,
    상기 제3단계는,
    상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 동일한 방향으로 이동시킴으로써 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 상기 탈수공이 형성된 위치로 이동시키는 제3-1단계와, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 제3-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  17. 제16항에서,
    상기 제3단계에서 성형된 펠릿을 상기 제1파이프의 외면에 형성된 펠릿 배출공의 위치로 이동시킨 후 상기 펠릿 배출공을 통해 상기 펠릿을 외부로 배출하는 제4단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠릿 제조방법.
  18. 고농도의 폐수나 염수인 피처리수를 처리하기 위한 수처리 방법으로서,
    오염물질이 포함된 피처리수를 반응기에 공급하여 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나인 슬러리를 생성하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 상기 반응기의 외부 일측에 설치된 제1파이프의 내부로 공급하는 제2단계;
    상기 제1파이프의 내부에서 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하여 배출하는 제3단계; 및
    상기 제3단계에서 배출된 펠릿을 해리시키거나 녹여 상기 오염물질이 제거된 물을 얻는 제4단계를 포함하되,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 제1파이프의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제2파이프의 내면과 상기 제1파이프의 외면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키되, 상기 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프의 내부 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에서,
    상기 제1파이프의 외면에는 슬러리가 공급되는 관통공이 형성되고,
    상기 제2단계는,
    상기 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤의 단부를 상기 관통공이 형성된 위치로 배열하는 제2-1단계와, 상기 제1피스톤과 제2피스톤 중 적어도 어느 하나를 미리 정해진 거리만큼 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 멀어지도록 이동시킴으로써 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 관통공을 통해 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 공급하는 제2-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  21. 제18항 또는 제19항에서,
    상기 제2단계는, 상기 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 공급하고,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 제1피스톤과 제2피스톤은 각각 서보모터 실린더에 의해 이동되고,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 서보모터 실린더의 서보모터 토크를 제어하여 상기 슬러리를 미리 정해진 압축력으로 압축하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  23. 제18항 또는 제19항에서,
    상기 제1파이프의 외면에는 슬러리가 공급되는 관통공과, 펠릿의 성형시 여액이 배출되는 탈수공이 서로 이격되어 형성되고,
    상기 제2단계는, 상기 관통공을 통해 제1파이프의 내부에 설치된 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 공급하고,
    상기 제3단계는,
    상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 동일한 방향으로 이동시킴으로써 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 상기 탈수공이 형성된 위치로 이동시키는 제3-1단계와, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 상기 제1파이프의 길이 방향을 따라 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 상기 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하는 제3-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  24. 제18항 또는 제19항에서,
    상기 제3단계에서 상기 온도범위는 성형된 펠릿의 표면을 녹여 상기 펠릿의 표면에 부착된 오염물질을 여액으로 배출할 수 있는 온도로 정해지는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  25. 피처리수로부터 유용자원을 회수하기 위한 수처리 방법으로서,
    유용자원이 포함된 피처리수를 반응기에 공급하여 가스 하이드레이트 슬러리 또는 아이스 슬러리 중 어느 하나인 슬러리를 생성하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 생성된 슬러리를 상기 반응기의 외부 일측에 설치된 제1파이프의 내부로 공급하는 제2단계;
    상기 제1파이프의 내부에서 상기 제2단계에서 공급된 슬러리를 압축하여 펠릿으로 성형하여 배출하고, 상기 펠릿의 성형시 배출되는 여액을 상기 반응기에 피처리수로 재공급하는 제3단계;
    상기 반응기의 피처리수에 포함된 유용자원의 농도를 측정하는 제4단계; 및
    상기 제4단계에서 측정된 농도가 미리 설정된 농도 이상일 경우 상기 피처리수로부터 유용자원을 회수하고, 미리 설정된 농도 미만일 경우 상기 제1단계 내지 제4단계를 반복하는 제5단계를 포함하되,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 상기 제1파이프의 내부 온도를 미리 정해진 온도범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 제3단계는, 펠릿의 성형시 제1파이프의 외면을 재킷 구조로 감싸는 제2파이프의 내면과 상기 제1파이프의 외면 사이에 형성된 공간에 열매체를 유동시키되, 상기 열매체의 온도 또는 열매체의 유동량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 제1파이프의 내부 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에서,
    상기 제3단계에서 상기 온도범위는 성형된 펠릿의 표면을 녹여 상기 펠릿의 표면에 부착된 유용자원을 여액으로 배출할 수 있는 온도로 정해지는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
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