KR20040107767A - Continuous Production System of Natural Gas Hydrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 천연가스 하이드레이트를 연속적으로 생성하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for continuously producing natural gas hydrates.
천연가스와 물을 고압, 저온상태에서 접촉시키면 물 입자들이 만든 격자 사이에 천연가스가 차지하는 격자체가 생성되며, 이를 천연가스 하이드레이트라고 한다. 기존의 천연가스 하이드레이트 제조방법은 반응기 상단에 설치된 가스 노즐을 통해 공급된 고압의 냉각된 천연가스가 이보다 아래 설치된 노즐 또는 반응기 하단 에 설치된 다공판을 통해 분사된 물과 접촉하여 천연가스 하이드레이트를 생성하는 Bubbling 법이 대부분이다. 천연가스 하이드레이트 생성반응은 발열반응이므로 반응중 생성된 열을 제거해줄 필요가 있다. 이를 위해 Bubbling 법을 포함한 모든 천연가스 하이드레이트 생성법은 냉각시스템을 반응기내에 설치하거나 외부에서 반응기의 온도를 낮추는 시스템을 갖추고 있다. 한편 미반응된 기체와 액체가 재순환되고, 이를 위해 압축기와 펌프가 필요하며 생성물을 분리하기 위해 분리기와 과냉각을 위한 냉각기가 장착되어 있다. Bubbling 법은 생성된 천연가스 하이드레이트가 원료수나 천연가스 분사노즐에 플러깅(Plugging)을 일으킬 수 있고, 분사판을 사용할 경우 생성된 원료수 입자의 지름이 큰 관계로 생성반응시 물질전달 저항이 큰단점이 있다. Bubbling법에 의한 생성방법은 연속적으로 천연가스 하이드레이트를 생성하는 방법이 아니므로 대용량의 천연가스를 하이드레이트로 전환할 경우에는 부적절한 방법이다. 또한, 생성된 천연가스 하이드레이트와 미 반응된 물의 분리가 어렵고, 반응중 발생하는 열을 제거하기 위한 냉각시스템이 설치되어 있으나 생성된 하이드레이트가 냉각시스템 표면에 쌓일 경우 열전달 효율이 떨어지고, 냉각시스템을 외부에 설치하는 방법은 반응기가 대형화 될 경우 부적절 하다는 단점이 있다.When natural gas and water are brought into contact with each other under high pressure and low temperature, lattice bodies occupied by natural gas are created between the lattice made by water particles, which is called natural gas hydrate. Conventional natural gas hydrate manufacturing method is that the high pressure cooled natural gas supplied through the gas nozzle installed at the top of the reactor is in contact with the water injected through the nozzle installed below or the porous plate installed at the bottom of the reactor to produce the natural gas hydrate Bubbling is most common. Natural gas hydrate formation reaction is exothermic, so it is necessary to remove heat generated during the reaction. To this end, all natural gas hydrate generation methods, including the bubbling method, are equipped with a cooling system in the reactor or a system for lowering the temperature of the reactor from the outside. Meanwhile, unreacted gases and liquids are recycled, which requires a compressor and a pump, and is equipped with a separator and a cooler for subcooling to separate the product. The bubbling method causes the generated natural gas hydrate to be plugged into the raw water or the natural gas injection nozzle, and when the spray plate is used, the diameter of the raw water particles generated is large, so that the material transfer resistance is large during the production reaction. There is this. The bubbling method is not a method of continuously generating natural gas hydrates, and thus is inappropriate when converting a large amount of natural gas into hydrates. In addition, it is difficult to separate the generated natural gas hydrate and unreacted water, and a cooling system is installed to remove heat generated during the reaction, but when the generated hydrate accumulates on the surface of the cooling system, the heat transfer efficiency decreases, and the cooling system is external. The method of installing in the disadvantage is that the reactor is inadequate when large.
상기와 같은 Bubbling 법의 단점을 보완하는 방법으로써 라인믹서를 이용하여 원료수와 천연가스를 혼합하고 냉각 시스템이 설치된 반응관 내에서 하이드레이트를 연속적으로 생성하는 방법도 있으나 천연가스의 하이드레이트 전환율이 낮으므로 미 반응된 가스양이 많아 이를 재사용하기 위한 압축공정에 많은 에너지가 필요하며, 생성된 천연가스 하이드레이트가 반응관 내에 쌓일 수 있다는 단점이 있다.As a method of compensating the disadvantages of the Bubbling method as described above, there is also a method of mixing raw water with natural gas using a line mixer and continuously generating hydrates in a reaction tube in which a cooling system is installed, but the hydrate conversion rate of natural gas is low. There is a large amount of unreacted gas requires a lot of energy in the compression process to reuse it, there is a disadvantage that the generated natural gas hydrate can be accumulated in the reaction tube.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 천연가스 하이드레이트의 대량생산을 위한 연속 생성방법으로 특수하게 제작된 가스 노즐을 통해 고압, 저온의 가스가 유입되고 이와 수직으로 설치된 노즐을 통해 일부 천연가스를 포함한 빙수(氷水)가 유입되어 연속적으로 천연가스 하이드레이트가 생성되어 기존의 물을 사용하는 생성공정에 비해 천연가스 하이드레이트 전환효율 향상과, 천연가스의 팽창에 의한 자기냉각효과를 통해 냉각용량 절감과 하이드레이트 생성에 필요한 빙수를 흡입하여 별도의 장치 없이도 혼합효율 향상과 흡입된 빙수와 천연가스를 하이드레이트가 생성될 수 있도록 팽창 후 압축하는 효과를 이용하여 하이드레이트 생성속도의 향상과, 익스펜더와 콤퓨레셔를 연결하여 생성공정에 필요한 에너지 양을 최소화하는 방법을 제공함으로써 천연가스 하이드레이트를 연속적으로 대량생산하고 에너지가 절감되는 생산 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made in consideration of the above problems, the object of which is a high pressure, low temperature gas is introduced through a specially produced gas nozzle in a continuous production method for mass production of natural gas hydrate and the nozzle installed vertically Through the inflow of ice water containing some natural gas, the natural gas hydrate is continuously generated, and the natural gas hydrate conversion efficiency is improved and the self-cooling effect by the expansion of natural gas is improved compared to the production process using water. Increasing the rate of hydrate production by expanding the efficiency of mixing and compressing the sucked ice water and natural gas after swelling to reduce the cooling capacity and inhaling the ice water needed for hydrate generation. Energy required for the production process by connecting a compressor By providing a method of minimizing the sustainability, it provides a production method that continuously mass-produces natural gas hydrate and saves energy.
도 1 은 본 발명에 따른 천연가스 하이드레이트 생산 공정도이고,1 is a natural gas hydrate production process according to the present invention,
도 2 는 본 발명에 따른 빙수제조 장치의 세부도이며,Figure 2 is a detailed view of the ice water production apparatus according to the present invention,
도 3 은 본 발명에 사용된 연속식 하이드레이트 제조장치의 세부도이다.3 is a detailed view of a continuous hydrate manufacturing apparatus used in the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
(1) : 천연가스 전처리시스템(1): Natural gas pretreatment system
(2) : 천연가스(2): natural gas
(3) : 공급가스 냉각용 열교환기(3): heat exchanger for supply gas cooling
(4) : 냉각수로 사용된 바닷물(4): seawater used as cooling water
(5) : 냉각기를 통과한 천연가스(5): natural gas passed through the cooler
(6) : 가스 익스펜더(6): gas expander
(7) : 익스펜더를 통과한 천연가스(7): natural gas through the expander
(8) : 공급가스 압력조절 밸브(8): supply gas pressure regulating valve
(9) : 압력 콘트롤러(9): pressure controller
(10) : 압력조절용 벨브를 통과한천연가스(10): Natural gas passed through the pressure regulating valve
(11) : 주 연속식 하이드레이트 제조기(11): main continuous hydrate maker
(12) : 하이드레이트+천연가스(12) hydrate + natural gas
(13) : 천연가스 하이드레이트 분리기(13): natural gas hydrate separator
(14) : 미 반응된 천연가스(14): unreacted natural gas
(15) : 콤퓨레셔(15): compressor
(16) : 미 반응 순환 가스 1차 냉각기(16): unreacted circulating gas primary cooler
(17) : 미 반응 순환 가스 2차 냉각기(17): unreacted circulating gas secondary cooler
(18) : 보조 연속식 하이드레이트 제조기(18): auxiliary continuous hydrate maker
(19) : 원료수(19): number of raw materials
(20) : 원료수 유량 콘트롤러20: raw material water flow controller
(21) : 원료수 유량 제어 밸브21: raw water flow control valve
(22) : 빙수제조장치(22): ice-water manufacturing equipment
(23) : 주 냉각 시스템23: main cooling system
(24) : 익스트루더(24): Extruder
(25) : 빙수+하이드레이트(25): ice water + hydrate
(26) : 천연가스 하이드레이트(26): natural gas hydrate
(27) : 나선형 관이 장착된 빙수 제조장치(27): ice-water making apparatus equipped with spiral tubes
(28) : 천연가스 도입 노즐(28): natural gas introduction nozzle
(29) : 빙수 또는 (빙수+하이드레이트) 도입 노즐(29): Ice water or (ice water + hydrate) introduction nozzle
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 천연가스 하이드레이트 연속제조방법 및 제조장치는 다음과 같다.Natural gas hydrate continuous production method and apparatus according to the present invention in order to achieve the above object is as follows.
본 발명에 따른 천연가스 하이드레이트 연속제조방법에 의하면 가스전으로부터 유입된 고압의 천연가스를 전처리시스템, 냉각장치, 익스펜더, 압력 조절 벨브를 순차적으로 거처서 가스를 천연가스 하이드레이트 생성반응에 적합한 상태로 만드는 단계와, 주 연속식 하이드레이트 제조장치에서 고압의 천연가스의 팽창에 의해 고압의 가스노즐과 수직으로 설치된 노즐을 통해 빙수가 연속적으로 천연가스와 혼합되는 단계와, 상기 주 연속식 하이드레이트 제조장치에서 빙수와 천연가스를 하이드레이트가 생성될 수 있도록 팽창후 압축하는 효과를 이용하여 하이드레이트 생성속도를 향상시키는 단계와, 상기 주 연속식 하이드레이트 제조장치에서 미 반응된 천연가스를 천연가스 하이드레이트 분리기에서 분리하고 콤퓨레셔와 냉각기를 이용하여 재 사용하는 단계와, 상기 콤퓨레셔와 냉각기를 거친 가스와 빙수 제조장치, 익스트루더를 이용하여 만든 균일한 크기의 빙수를 이용하여 보조 연속식 하이드레이트 제조장치에서 천연가스 하이드레이트를 생산하는 단계와, 상기 주 연속식 하이드레이트 제조장치와 보조 연속식 하이드레이트 제조장치를 연결하여 다단으로 천연가스 하이드레이트를 제조하는 단계로 이루어져 있다.According to the natural gas hydrate continuous production method according to the present invention by passing the high pressure natural gas introduced from the gas field sequentially through a pretreatment system, a cooling device, an expander, a pressure control valve to make the gas suitable for the natural gas hydrate generation reaction and In the main continuous hydrate manufacturing apparatus, the ice water is continuously mixed with the natural gas through a nozzle installed perpendicular to the high pressure gas nozzle by expansion of the high pressure natural gas, and the ice water and natural in the main continuous hydrate manufacturing apparatus. Enhancing the rate of hydrate production by the effect of compressing the gas after expansion to produce hydrate, and separating the unreacted natural gas in the natural gas hydrate separator in the main continuous hydrate manufacturing apparatus and Using a cooler Producing a natural gas hydrate in an auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus using a uniform size of ice water made by using a gas and ice water production apparatus and an extruder which have passed through the compressor and a cooler; The main continuous hydrate manufacturing apparatus and the auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus are connected to each other to produce a natural gas hydrate in multiple stages.
또한, 천연가스 하이드레이트 연속제조장치는 다음과 같다.In addition, the natural gas hydrate continuous production apparatus is as follows.
가스전으로부터 유입된 고압의 천연가스로부터 이산화탄소와 황화수소를 제거하는 전처리시스템 장치와, 상기 전처리시스템과 연결되어 고압천연가스를 바닷물을 이용하여 온도를 낮추는 냉각장치와, 상기 냉각장치와 연결되어 고압의 천연가스의 압력과 온도를 낮추는 익스펜더와, 상기 익스펜더와 연결되어 온도와 압력이 생성반응조건에 적합하도록 조절된 천연가스 압력조절용 밸브 와 압력조절 콘트롤러와, 상기 압력조절용 벨브에 연결된 주 연속식 하이드레이트 생성장치와, 상기 주 연속식 하이드레이트 생성장치와 연결되어 천연가스 하이드레이트와 미 반응 가스로 분리하는 천연가스 하이드레이트 분리기와, 상기 천연가스 하이드레이트 분리기와 연결되어 미 반응 가스를 승압하는 콤퓨레셔와, 상기 콤퓨레셔와 연결되어 가스를 냉각하는 1차 순환가스 냉각기와 2차 순환가스 냉각기와, 상기 냉각기와 연결된 보조 연속식 하이드레이트 제조장치로 구성되며, 또한 원료수를 빙수로 만드는 빙수제조장치와, 상기 빙수제조장치와 연결되어 얼음의 입자를 일정하게 하는 익스트루더와, 상기 익스트루더와 연결된 보조 연속식 하이드레이트 제조장치로 구성된다. 또한 상기 빙수 제조장치, 주 연속시 하이드레이트 제조장치, 2차 순환가스 냉각기와 연결되어 주 연속식 하이드레이트 제조장치의 생성열 제거 및 미 반응 순환가스의 냉각용으로 사용되는 빙수를 제조하는 주 냉각시스템을 설치, 구성되는 것을 특징으로한다.A pretreatment system device for removing carbon dioxide and hydrogen sulfide from the high pressure natural gas introduced from the gas field, a cooling device connected to the pretreatment system to lower the temperature of the high pressure natural gas using seawater, and a high pressure natural device connected to the cooling device. An expander for reducing the pressure and temperature of the gas, a natural gas pressure regulating valve and a pressure regulating controller connected to the expander so that the temperature and pressure are adapted to a production reaction condition, and a main continuous hydrate generating device connected to the pressure regulating valve. And a natural gas hydrate separator connected to the main continuous hydrate generating device to separate natural gas hydrate and unreacted gas, and a compressor connected to the natural gas hydrate separator to boost unreacted gas, and the compressor. To the gas to cool the gas Is composed of a primary circulating gas cooler and a secondary circulating gas cooler, and an auxiliary continuous hydrate manufacturing device connected to the cooler, and an ice water producing device for making raw water into ice water, and connected to the ice water producing device to form particles of ice. And an auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus connected to the extruder. In addition, the main cooling system for producing ice water used for removing the generated heat and cooling of the unreacted circulating gas is connected to the ice water production device, hydrate production device for the main continuous, secondary circulating gas cooler It is characterized by being configured.
이하 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 빙수를 이용한 천연가스 하이드레이트 연속제조 방법의 전체공정도를 나타낸 것으로,Figure 1 shows the overall process of the natural gas hydrate continuous manufacturing method using ice water according to the present invention,
가스전으로부터 유입된 고압의 천연가스는 전처리 시스템(1)에서 이산화탄소, 황화수소가 제거되는 단계와 전처리 된 고압의 천연가스(2)는 바닷물(4)을 냉매로 사용하는 냉각장치(3)에 의해 5~15℃까지 온도가 떨어지는 단계와 익스펜더 (6)에 의해 압력이 50 bar정도까지 낮아지고 온도 역시 -40~-60℃까지 떨어지게 되는 단계와 온도와 압력이 생성반응조건에 적합하도록 조절된 천연가스 압력조절용 밸브(8)를 통해 주 연속식 하이드레이트 생성장치(11)에 유입되는 단계와, 천연가스 하이드레이트 분리기(13)에 의해 천연가스 하이드레이트와 미 반응 가스(14)로 분리되는 단계와 콤퓨레셔(15)에 의해 미 반응 가스를 50 bar까지 승압하는 단계와 승압된 가스를 바닷물을 냉매로 사용하는 1차 순환가스 냉각기(16)와 부동액을 냉매로 사용하는 2차 순환가스 냉각기(17)에 의해 -10℃까지 냉각하는 단계와 냉각된 가스를 보조 연속식 하이드레이트 제조장치(18)에 공급하는 단계로 이루어져 있다. 또한 상기 보조 연속식 하이드레이트 제조장치에 일정한 크기의 빙수를 공급하기위하여 원료수를 빙수제조장치(22)와, 익스트루더(24)를 거처 빙수를 제조하고 상기 보조 연속식 하이드레이트 제조장치에 공급하며, 상기 냉각기에 의해 냉각된 가스와 반응하여 천연가스 하이드레이트를 제조하고, 상기 보조 연속식 하이드레이트 제조장치와 주 연속시 하이드레이트 제조장치를 연결하여 다단으로 천연가스 하이드레이트를 생산하게된다. 또한 주 냉각시스템(23)을 이용하여 상기 주 연속식 하이드레이트 제조장치의 생성열 제거 및 미 반응 순환가스의 냉각용으로 사용되는 빙수를 제조한다.The high pressure natural gas introduced from the gas field is removed by carbon dioxide and hydrogen sulfide in the pretreatment system (1) and the pretreated high pressure natural gas (2) is cooled by the cooling device (3) using sea water (4) as a refrigerant. The temperature drops to ~ 15 ℃ and the pressure drops to about 50 bar by the expander (6), the temperature also drops to -40 ~ -60 ℃, and the temperature and pressure are adjusted to suit the reaction conditions. Entering the main continuous hydrate generator 11 through the pressure regulating valve (8), separating the natural gas hydrate and unreacted gas (14) by the natural gas hydrate separator (13) and the compressor (15) boosting the unreacted gas to 50 bar, the primary circulating gas cooler 16 using the boosted gas as sea water as the refrigerant, and the secondary circulating gas cooler using antifreeze as the refrigerant ( Cooling to −10 ° C. by 17) and supplying the cooled gas to the auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus 18. In addition, in order to supply ice water of a certain size to the auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus, the raw water is produced through the ice water manufacturing apparatus 22 and the extruder 24, and the ice water is supplied to the auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus. In addition, the gas is reacted with the gas cooled by the cooler to produce a natural gas hydrate, and the auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus and the main continuous hydrate manufacturing apparatus are connected to produce natural gas hydrate in multiple stages. In addition, the main cooling system 23 is used to produce ice water used for removing the generated heat of the main continuous hydrate production apparatus and for cooling the unreacted circulating gas.
주 연속식 하이드레이트 생성 장치 내에서 안정적인 천연가스 하이드레이트 생성을 위해 반응시 생성열을 제거해줘야 한다. 본 발명에 의한 방법은 천연가스 하이드레이트 제조시 미세한 얼음입자와 물이 섞여 있는 빙수를 사용하기 때문에 생성시 발생되는 생성열이 종래의 기술인 물을 사용할 경우에 비해 1/3정도로 감소한다. 이에 따라 냉각기의 용량 역시 1/3로 줄어들게 된다. 주 연속식 하이드레이트 생성장치에 공급되는 빙수 (25)는 미세한 얼음입자와, 물, 천연가스 하이드레이트가 혼합된 상태이다. 주 연속식 하이드레이트 생성장치에서 생성된 생성열은 50 bar의 천연가스 팽창에 의한 자기 냉각 효과와 주 냉각시스템에 의해 제거되며, 해당장치에서 천연가스 전환율은 30~50 % 정도이다. 주 연속식 하이드레이트 생성장치에서 생성된 천연가스 하이드레이트 (12)는 압력이 10 bar, -10℃상태이다. 미 반응가스를 승압하는데 필요한 콤퓨레셔 에너지의 50 %는 공급가스 익스펜더 (6)에서 발생된 에너지를 사용하게 된다. 승압된 가스는 바닷물을 냉매로 사용하는 1차 순환가스 냉각기 (16)와 부동액을 냉매로 사용하는 2차 순환가스 냉각기(17)에 의해 온도가 -10℃까지 냉각되어 보조 연속식 하이드레이트 제조장치에 공급되어 익스트루더를 통과한 빙수중 일부와 천연가스 하이드레이트를 생성하게 된다.In order to produce stable natural gas hydrates in the main continuous hydrate generators, the heat generated during the reaction must be removed. Since the method according to the present invention uses ice water mixed with fine ice particles and water in the production of natural gas hydrate, the generated heat generated during the production is reduced to about one third as compared with the case of using water of the prior art. Accordingly, the capacity of the cooler is also reduced to one third. The ice water 25 supplied to the main continuous hydrate generator is a mixture of fine ice particles, water and natural gas hydrate. The heat generated from the main continuous hydrate generator is removed by the main cooling system and the self-cooling effect of 50 bar of natural gas expansion, with a natural gas conversion rate of 30 to 50%. The natural gas hydrate 12 produced in the main continuous hydrate generator has a pressure of 10 bar at -10 ° C. 50% of the compressor energy required to boost the unreacted gas will use the energy generated in the feed gas expander 6. The boosted gas is cooled to -10 ° C by a primary circulating gas cooler 16 using sea water as a refrigerant and a secondary circulating gas cooler 17 using an antifreeze as a refrigerant, thereby providing an auxiliary continuous hydrate manufacturing apparatus. It is fed to produce some of the ice water and natural gas hydrates that have passed through the extruder.
빙수제조장치의 내부는 -30℃로 유지되는 부동액으로 채워져 있으며 원료수가 통과하도록 나선형으로 감긴 관 (27)이 설치되어 있다. 빙수제조장치를 통과한 빙수중 입자가 큰 얼음은 스크루 형태의 익스트루더 (24)에 의해 작게 분쇄되어 보조 연속식 하이드레이트 제조기 (18)에 공급된다.The inside of the ice water production apparatus is filled with antifreeze maintained at -30 ° C, and a spirally wound tube 27 is installed to pass raw water. The ice with large particles in the ice water passing through the ice water producing apparatus is smallly crushed by the screw-type extruder 24 and supplied to the auxiliary continuous hydrate maker 18.
본 발명에 의한 연속식 천연가스 하이드레이트 제조공정에 필요한 주 냉각 시스템 (23)은 부동액을 냉매로 사용하여 원료수를 0℃의 빙수로 전환, 주 연속식 하이드레이트 제조장치의 생성열 제거, 미 반응된 순환가스의 냉각용으로 사용된다.The main cooling system 23 required for the continuous natural gas hydrate manufacturing process according to the present invention uses an antifreeze as a refrigerant to convert raw water into ice water at 0 ° C., removes heat generated in the main continuous hydrate manufacturing apparatus, and unreacted circulation Used for cooling gas.
도 2는 천연가스 하이드레이트 연속식 제조공정중 빙수제조장치 (22)의 상세도이다. 빙수제조장치 내에는 원료수와 부동액사이의 열전달 효율을 향상시키기 위하여 나선형으로 감긴 관이 설치되어 있으며 외부는 부동액으로 채워져 있다.2 is a detailed view of the ice water production apparatus 22 during the natural gas hydrate continuous production process. In the ice water production apparatus, spirally wound tubes are installed to improve the heat transfer efficiency between the raw water and the antifreeze, and the outside is filled with the antifreeze.
도 3은 연속식 하이드레이트 제조장치의 세부도이다. 연속식 하이드레이트 제조장치는 고압의 가스가 흐르는 노즐 (28)과 빙수가 유입되는 노즐(29)이 수직으로 설치되어 있어 고압의 천연가스가 가스 노즐를 통과시 가스의 팽창에 의해 빙수를 장치내로 자연스럽게 흡입하는 특징이 있으며, 흡입된 가스와 빙수 혼합물이 팽창 후 압축되는 과정에서 하이드레이트가 형성된다.3 is a detailed view of a continuous hydrate manufacturing apparatus. The continuous hydrate manufacturing apparatus is vertically provided with a nozzle 28 through which a high pressure gas flows and a nozzle 29 into which ice water flows in, so that ice water is naturally sucked into the apparatus by expanding the gas when the high pressure natural gas passes through the gas nozzle. The hydrate is formed in the compressed gas and ice water mixture is compressed after expansion.
천연가스 100 kg/hr를 본 발명에 의한 연속식 천연가스 하이드레이트 제조공정에 의해 천연가스 하이드레이트로 전환할 때 본 공정의 물질 및 열 수지를 계산하면 아래와 같다. 계산의 편의를 위해 천연가스는 100 % 메탄이라 가정한다.When 100 kg / hr of natural gas is converted to natural gas hydrate by the continuous natural gas hydrate manufacturing process according to the present invention, the material and thermal resin of the present process are calculated as follows. For ease of calculation, it is assumed that natural gas is 100% methane.
· 천연가스 100 kg/hr: 6,250 mol/hrNatural gas 100 kg / hr: 6,250 mol / hr
· 필요한 물의 몰수 및 질량: 6.250×5.75 = 35937.5 mol/hr = 646.9 kg/hrNumber of moles and mass of water required: 6.250 × 5.75 = 35937.5 mol / hr = 646.9 kg / hr
본 공정에서 천연가스의 전환율을 50 %라 가정하면 천연가스 하이드레이트 생성에 필요한 물의 질량은 위에서 계산한 값은 절반인 323.45 kg/hr가 필요하다. 얼음을 이용하여 천연가스 하이드레이트를 생산할 경우 하이드레이트 단위 몰당 생성열은 19.92 kJ/mol이므로 천연가스 100 kg/hr가 모두 천연가스 하이드레이트로 전환할 경우 생성열은 다음과 같다.Assuming that the conversion rate of natural gas in this process is 50%, the mass of water required for natural gas hydrate production is 323.45 kg / hr, which is half the value calculated above. When natural gas hydrate is produced using ice, the generated heat per mole of hydrate is 19.92 kJ / mol, so when 100 kg / hr of natural gas is converted to natural gas hydrate, the generated heat is as follows.
· 공급가스의 냉각에 필요한 에너지: 5,766 kJ/hrEnergy required for cooling feed gas: 5,766 kJ / hr
· 익스펜더에 의한 발생된 에너지: 8,366 kJ/hrEnergy generated by the expander: 8,366 kJ / hr
공급가스 100 kg/hr가 모두 하이드레이트로 전환하면 이때 생성되는 하이드레이트 생성열은 6,250×19.92 = 1.107×105kJ/hr 이므로When all 100 kg / hr of feed gas are converted into hydrates, the hydrate generated heat is 6,250 × 19.92 = 1.107 × 10 5 kJ / hr.
· 전환율이 50%일 경우 생성열: 6.34×104kJ/hrGenerated heat at conversion of 50%: 6.34 × 10 4 kJ / hr
· 100 kg/hr의 가스 팽창에 의한 열 흡수: 2.212×104kJ/hrHeat absorption by gas expansion of 100 kg / hr: 2.212 × 10 4 kJ / hr
· 가스 팽창에 의한 냉각 효과를 고려할 경우 필요한 냉각기 용량:Cooler capacity required when considering the cooling effect of gas expansion:
6.225×104kJ/hr - 2.212×104kJ/hr = 4.013×104kJ/hr 6.225 × 10 4 kJ / hr - 2.212 × 10 4 kJ / hr = 4.013 × 10 4 kJ / hr
천연가스 하이드레이트 분리기에서 분리된 미 반응 천연가스는 50 kg/hr, 압력과 온도는 10 bar, -10℃이므로 콤퓨레셔를 이용하여 50 bar까지 승압시 필요한 콤퓨레셔의 용량은 1.719×104kJ/hr이며 이중 8,366 kJ/hr은 익스펜더에서 발생한 에너지를 이용하므로 실제 외부에서 가해줘야 하는 에너지는 다음과 같다.Unreacted gas separated from the natural gas hydrate separator 50 kg / hr, pressure and temperature, the capacity of the comb puree Yorkshire required when raised up to 50 bar using a comb puree Yorkshire because 10 bar, -10 ℃ is 1.719 × 10 4 kJ / hr. Of these, 8,366 kJ / hr uses the energy generated by the expander.
· 1.719×104kJ/hr - 8,366 kJ/hr = 8,824 kJ/hr1.719 × 10 4 kJ / hr-8,366 kJ / hr = 8,824 kJ / hr
콤퓨레셔를 통과한 50 bar, 142.3℃ 상태의 고온가스를 냉각하기 위한 냉각기 용량은 다음과 같다The capacity of the cooler to cool hot gas at 50 bar and 142.3 ° C through the compressor is as follows.
· 2.010×104kJ/hr2.010 × 10 4 kJ / hr
323.45 kJ/hr, 10℃ 빙수로 만들기 위한 냉각기 용량323.45 kJ / hr, chiller capacity to make 10 ° C ice water
· 최소 1.36×104kJ/hr1.36 × 10 4 kJ / hr minimum
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
이와 같이 본 발명은 천연가스 하이드레이트를 연속적으로 생산할 수 있다. 고압의 가스가 흐르는 가스관과 빙수가 흐르는 관을 수직으로 배열하여 고압 가스가 관을 지나면서 팽창할 때 자연적으로 빙수와 혼합하도록 해 줌으로써 기존의 혼합효율을 높이기 위해 설치한 방해판 또는 라인믹서 등의 별도의 장치가 필요 없다.As such, the present invention can continuously produce natural gas hydrates. By arranging the gas pipe where the high pressure gas flows and the ice water flow tube vertically, it mixes with the ice water naturally when the high pressure gas expands as it passes through the pipe. No device needed.
또한, 천연가스 하이드레이트 생성에 미세한 얼음입자와 물이 섞인 빙수를 사용하여 생성 반응시 생성열 제거를 위해 필요한 냉각기의 용량을 대폭 줄일 수 있으며 가스의 팽창에 의한 자기냉각효과에 의해서도 일부 필요한 냉각용량을 줄일 수 있다. 미 반응된 가스의 승압시 필요한 콤퓨레셔의 에너지중 일부를 공급 천연가스의 감압에 이용된 익스펜더에서 발생된 에너지를 사용함으로서 천연가스 하이드레이트 생성에 필요한 에너지를 절감 할 수 있는 등의 효과가 있다.In addition, by using ice water mixed with fine ice particles and water in the production of natural gas hydrate, the capacity of the cooler required to remove the generated heat during the production reaction can be greatly reduced, and the required cooling capacity is also reduced by the self-cooling effect of the gas expansion. Can be. Part of the energy of the compressor required for boosting the unreacted gas is used to generate energy from the expander used to depressurize the supply natural gas, thereby reducing the energy required for natural gas hydrate generation.
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