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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abbau von Methanhydrat. Aus der
JP 2014201875 A2 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Methan aus dem Meeresboden bekannt. Nachteilig hierbei ist, dass es aufwendig, insbesondere energieaufwendig, ist und/oder nicht unter wünschenswert vielen Bedingungen zu einem wünschenswert hohen Ertrag führt.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche hinsichtlich zumindest eines der genannten Nachteile verbessert sind. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und die in Anspruch 9 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abbau von Methanhydrat wird methanhydrathaltiger Meeresboden vorzugsweise mechanisch abgetragen und zu einer Verarbeitungseinrichtung transportiert, die vorzugsweise in der Nähe oder oberhalb der Meeresoberfläche vorgesehen ist. Mittels der Verarbeitungsvorrichtung wird vorzugsweise Methanhydrat und/oder Methan von weiteren Bestandteilen des abgetragenen Meeresbodens getrennt. Bevorzugt wird ein Gemisch aus Methanhydrat und sonstigem Meeresboden abgetragen.
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Bevorzugt wird methanhydrathaltiger Meeresboden in festem Aggregatszustand abgetragen und weiter bevorzugt auch in festem Aggregatszustand – bevorzugt zusammen mit etwaigem, etwa während des Transports entweichenden Methan – zu der Verarbeitungseinrichtung transportiert. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise das Verhältnis aus Ertrag und Aufwand verbessert, insbesondere der zur Produktion von Methangas aus Methanhydrat erforderliche Energieaufwand reduziert werden kann.
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Bevorzugt erfolgt der Transport des methanhydrathaltigen Meeresbodens mittels eines Lufthebeverfahrens. Das Lufthebeverfahren ist für sich genommen beispielsweise aus der
DE 196 26 591 C1 bereits bekannt. Bevorzugt wird bei dem Lufthebeverfahren Pressluft in eine Förderleitung zum Abtransport des gelösten Meeresbodens eingeblasen, verringert auf diese Weise die Dichte des dort vorhandenen Materials und führt dazu, dass sich der abgetragene methanhydrathaltige Meeresboden in der Förderleitung nach oben bewegt.
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Es ist auch denkbar, mit Vorteil statt Luft anderes Gas, insbesondere Methangas einzublasen.
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Mit Vorteil erfolgen – bevorzugt unter der Meeresoberfläche – während des Abtragens und/oder des Transports keine Maßnahmen zur Trennung des Methanhydrats von übrigem Meeresboden und/oder zur Bildung von Methan aus Methanhydrat. Bevorzugt erfolgen jedenfalls keine derartigen Maßnahmen, die nicht durch den Abtrag und/oder den Transport selbst bedingt sind.
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Mit Vorteil wird während des Abtragens und/oder des Transports kein Gas in den noch nicht abgebauten Meeresboden eingepumpt. Bevorzugt erfolgt während des Abtragens und/oder des Transports kein gezielter Wärmeeintrag in den Meeresboden, vorzugsweise jedenfalls kein Wärmeeintrag, der nicht durch den Abtrag und/oder den Transport bedingt ist. Bevorzugt wird kein erwärmtes Fluid in den Meeresboden eingepumpt. Besonders bevorzugt erfolgt kein gezielter Wärmeeintrag in den methanhydrathaltigen Meeresboden. Es hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hierauf verzichtet werden kann und auf diese Weise der Aufwand verringert werden kann. Besonders bevorzugt wird nichts in den methanhydrathaltigen, noch nicht abgebauten Meeresboden eingepumpt.
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Mit Vorteil wird etwaiges während des Abtragens gebildetes und/oder freigesetztes Gas – insbesondere Methan – aufgefangen und zu der Verarbeitungseinrichtung geführt. Auf diese Weise kann der Ertrag gesteigert werden und es wird die Gefahr eines unkontrollierten Austretens von Methan, ein so genannter Blowout, verringert. Ein solcher Blowout kann insbesondere eine Gefahr für eine schwimmende Versorgungseinrichtung darstellen, von welcher aus der Abtrag betrieben wird und welche die Verarbeitungseinrichtung umfassen kann.
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Grundsätzlich ist denkbar, dass dies mittels einer stets aktivierten und/oder aktiven Gasaufnahmevorrichtung erfolgt.
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Mit Vorteil wird detektiert, ob während des Abtragens Gas – insbesondere Methan – gebildet und/oder freigesetzt wird.
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Vorzugsweise wird eine Gasaufnahmevorrichtung nur dann aktiviert, wenn Gas detektiert wird. Eine stets aktivierte und/oder aktive Gasaufnahmevorrichtung kann sich ertragsmindernd auf das Verfahren auswirken, etwa indem sie verschleißanfällig sein kann. Auch kann sie eine laterale Positionierbarkeit einer Einheit aus Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung erschweren.
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Das Abtragen erfolgt bevorzugt mit Abtragsmitteln, die ein drehangetriebenes Abtragswerkzeug aufweisen. Das Abtragswerkzeug ist bevorzugt in der Lage, methanhydrathaltigen Meeresboden von angrenzendem Meeresboden – der methanhydrathaltig sein kann oder nicht – abzutrennen oder abzulösen. Das Abtragswerkzeug umfasst bevorzugt einen Schneidkopf. Das Abtragswerkzeug umfasst bevorzugt Reißzähne. Das Abtragswerkzeug umfasst mit Vorteil einen Bohrkopf. Der abgetragene methanhydrathaltige Meeresboden wird bevorzugt durch eine Aufnahmeöffnung des Abtragswerkzeugs in das Abtragswerkzeug hinein und weiter bevorzugt von diesem in die Gashebeleitung geführt. Das Abtragswerkzeug weist vorzugsweise eine im Wesentlichen kegelförmige Außenkontur, besonders bevorzugt mit einer Bohrspitze, auf. Hierdurch wird die Gefahr reduziert, dass – insbesondere bei seitlich abschüssigem Meeresboden – die Abtragsvorrichtung seitlich auswandert.
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Das Abtragen erfolgt bevorzugt durch nebeneinander durchgeführte und besonders bevorzugt zumindest nahezu aneinander angrenzende oder teilweise überdeckende Bohrungen. Die Bohrungen reichen mit Vorteil weniger als 200 m tief in den Meeresboden hinein.
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Die Abtragsmittel werden bevorzugt unabhängig von der Versorgungseinrichtung seitlich bewegt. Die Abtragsmittel werden bevorzugt relativ zu der Versorgungseinrichtung seitlich bewegt. Dies erfolgt mit Vorteil mittels Verlagerungsmitteln, die mindestens eine Schubeinrichtung mit beispielsweise einem Propeller umfassen können.
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Bevorzugt wird auf der Versorgungseinrichtung Methan von dem methanhydrathaltigen Meeresboden bzw. dem Methanhydrat abgetrennt. Übriger Meeresboden wird bevorzugt über eine Rückführleitung zurückgeführt.
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Mit Vorteil weist das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte auf:
Bevorzugt wird methanhydrathaltiger Meeresboden abgetragen.
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Bevorzugt wird etwaiges während des Abtragens gebildetes und/oder freigesetztes Gas – insbesondere Methan – aufgefangen und an die Meeresoberfläche geführt.
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Vorzugweise wird der abgetragene methanhydrathaltige Meeresboden mittels eines Gashebeverfahrens an die Meeresoberfläche transportiert.
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Bevorzugt wird mit der Verarbeitungseinrichtung aus dem methanhydrathaltigen Meeresboden Methan gewonnen. Hierzu umfasst die Verarbeitungseinrichtung vorzugsweise eine Gasabtrennungsanlage.
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Bevorzugt wird an der Versorgungseinrichtung – bevorzugt in einer Gasabtrennungsanlage – gewonnenes Methan für das Gashebeverfahren genutzt.
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Vorzugsweise wird übriger Meeresboden von der Versorgungseinrichtung durch eine Rückführleitung zurückgeführt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Methanhydratabbau, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt in der Nähe oder an der Meeresoberfläche angeordnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Abtragsvorrichtung, die – besonders bevorzugt, eine Gasauffangvorrichtung umfassen kann. Zudem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verbindungsleitung zwischen der Verarbeitungseinrichtung und der Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung.
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Die Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung bildet bevorzugt eine auf dem Meeresboden positionierbare Einheit.
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Die Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung umfasst bevorzugt Abtragsmittel. Die Abtragsmittel umfassen mit Vorteil ein Abtragswerkzeug. Das Abtragswerkzeug ist mit Vorteil hohl ausgebildet und/oder weist eine Durchführleitung für methanhydrathaltigen Meeresboden auf. Das Abtragswerkzeug umfasst bevorzugt eine Aufnahmeöffnung, durch die bevorzugt abgebauter methanhydrathaltiger Meeresboden in das Abtragswerkzeug und weiter bevorzugt anschließend in die Verbindungsleitung eintreten kann. Die Außenkontur des Abtragswerkzeugs ist vorzugsweise kegelförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt weist das Abtragswerkzeug eine Bohrspitze auf.
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Die Abtragsmittel umfassen bevorzugt einen Drehantrieb zum Antrieb des Abtragswerkzeugs.
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Die Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung umfasst mit Vorteil Gasauffangmittel. Die Gasauffangmittel umfassen mit Vorteil eine aktivierbare und deaktivierbare Gasaufnahmevorrichtung, sowie weiter bevorzugt Gasdetektoren. Die Gasaufnahmevorrichtung kann beispielsweise zylindrisch oder kegelförmig sein. Die Aktivierbarkeit und Deaktivierbarkeit der Gasaufnahmevorrichtung kann dadurch realisiert sein, dass die Gasaufnahmevorrichtung teleskopartig oder ziehharmonikaartig aus- und/oder einfahrbar sein kann. Die Gasaufnahmevorrichtung kann bevorzugt auch als Schürze oder Schutzschirm bezeichnet werden.
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Die Verbindungsleitung umfasst mit Vorteil eine Gashebeleitung zum Transport von methanhydrathaltigem Meeresboden mithilfe von Gas. Die Verbindungsleitung ist mit Vorteil flexibel und erlaubt eine Relativbewegung zwischen ihrem oberen und unteren Ende.
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Die Verarbeitungseinrichtung weist bevorzugt eine Gasabtrennungsanlage auf. In dieser Gasabtrennungsanlage erfolgt bevorzugt das Trennen von Methanhydrat von übrigem Meeresboden und/oder das Bilden von Methan aus Methanhydrat.
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Bevorzugt erfolgt das gezielte Trennen von Methanhydrat von übrigem Meeresboden und/oder das gezielte Bilden von Methan aus Methanhydrat ausschließlich an der Meeresoberfläche, mit Vorteil auf der Versorgungseinrichtung.
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Bevorzugt sind die Gasauffangmittel und/oder Abtragsmittel mittels Verlagerungsmitteln lateral beweglich und zwar bevorzugt unabhängig von der Versorgungseinrichtung und weiter bevorzugt relativ zu der Versorgungseinrichtung. Die Verlagerungsmittel können als Schubeinrichtungen ausgebildet sein. Die Verlagerungsmittel können jeweils einen Propeller umfassen.
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Mit Vorteil sind an der Einheit Stützen vorgesehen. Die Stützen sind bevorzugt als Drehmomentstützen ausgebildet und bewirken vorzugsweise ein Widerlager für das von dem Drehantrieb ausgehende Drehmoment. Die Stützen sind bevorzugt längenveränderbar, vorzugsweise ein- und ausfahrbar.
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Bevorzugt weist die Einheit eine Gasdurchgangsöffnung auf, zur Durchführung von während des Abtragens gebildetem und/oder freigesetztem Gas, das bevorzugt durch die Gasaufnahmevorrichtung aufgefangen wurde – insbesondere Methan – über eine Ventilanordnung zu der Gasabtrennungsanlage.
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Es können mehrere jeweils aus Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung gebildete Einheiten vorgesehen sein. Es kann eine automatische Kollisionsvermeidungseinrichtung vorgesehen sein, die die Kollision von mehreren Einheiten verhindert. Hierzu können Detektoren vorgesehen sein, die die Position der jeweiligen Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung relativ zur Versorgungseinrichtung erfassen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, mittels beispielsweise eines „Global Positioning Systems“ die Absolutpositionen zu erfassen und zur Positionsbeeinflussung und/oder Kollisionsvermeidung zu verwenden.
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Die Erfindung soll nun anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung;
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2 eine etwas detailliertere Darstellung eines Teils der in 1 gezeigten Vorrichtung.
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Mit der in den Zeichnungen gezeigten Vorrichtung zum Abbau von Methanhydrat 1 wird methanhydrathaltiger Meeresboden 2 abgetragen und zu einer Versorgungseinrichtung 3 an der Meeresoberfläche M transportiert (siehe 1). Bei der Versorgungseinrichtung 3 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um ein Versorgungsschiff. Sie umfasst neben solchen zum Betrieb des Abbauverfahrens benötigten Komponenten eine Verarbeitungseinrichtung 8, in der Methan bzw. Methanhydrat von den weiteren Komponenten des Meeresbodens getrennt wird.
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Mit der Vorrichtung wird ein Gemisch aus Methanhydrat 1 und sonstigem Meeresboden B abgetragen. Der methanhydrathaltige Meeresboden B wird in festem Aggregatszustand abgetragen und in festem Aggregatszustand – zusammen mit etwaigen, etwa während des Transports entweichendem Methan – zu der Versorgungseinrichtung 3 an der Meeresoberfläche transportiert.
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Der Transport erfolgt mittels eines Gashebeverfahrens. Zu diesem Zweck wird in eine Verbindungsleitung 9 unter der Wasseroberfläche Gas eingeblasen und zwar in einer Anfangsphase zunächst Luft. Danach kann zusätzlich oder alternativ Methan eingeblasen werden, sobald es mit dem hierzu benötigten Druck zur Verfügung steht. Auch ist es möglich, zunächst unter Druck stehendes Methan bereitzustellen, bis durch den Abtrag und die anschließende Verarbeitung des abgetragenen, methanhydrathaltigen Meeresbodens ausreichende Mengen an Methan unter ausreichendem Druck erzeugt wurden.
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Unter der Meeresoberfläche erfolgen während des Abtragens und des Transports keine Maßnahmen zur Trennung des Methanhydrats von übrigem Meeresboden. Es erfolgen auch keine Maßnahmen zur Bildung von Methan aus Methanhydrat. Bevorzugt erfolgen jedenfalls keine derartigen Maßnahmen, die nicht durch den Abtrag und/oder den Transport selbst bedingt sind. Während des Abtragens und/oder des Transports wird auch kein Gas in den Meeresboden eingepumpt und es erfolgt kein gezielter Wärmeeintrag, jedenfalls kein Wärmeeintrag, der nicht durch den Abtrag und/oder den Transport bedingt ist. Bevorzugt wird kein erwärmtes Fluid in den Meeresboden eingepumpt. Besonders bevorzugt erfolgt kein gezielter Wärmeeintrag in den methanhydrathaltigen Meeresboden 2. Es wird auch nichts in den noch nicht abgebauten methanhydrathaltigen Meeresboden eingepumpt.
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Etwaiges während des Abtragens gebildetes und/oder freigesetztes Gas – insbesondere Methan – wird mithilfe von Gasauffangmitteln 4 aufgefangen und zu der Versorgungseinrichtung 3 mittels der Verbindungsleitung 9 geführt. Zu diesem Zweck wird mithilfe von Gasdetektoren 12 detektiert, ob während des Abtragens Gas – insbesondere Methan – gebildet und/oder freigesetzt wird. Die Gasauffangmittel 4 umfassen eine aktivierbare und deaktivierbare Gasaufnahmevorrichtung 5. Die Gasaufnahmevorrichtung 5 wird nur dann aktiviert, wenn Gas detektiert wird. Die Gasaufnahmevorrichtung 5 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zylindrisch und teleskopartig aus- und einfahrbar.
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Das Abtragen erfolgt mit Abtragsmitteln, die ein drehangetriebenes Abtragswerkzeug aufweisen das einen Bohrkopf 6 umfasst. 2 lässt erkennen, dass der Bohrkopf 6 an seiner Mantelfläche und seiner Unterseite Reißzähne 17 umfasst, eine im Wesentlichen kegelförmige Außenkontur aufweist und mit einer Bohrspitze 21 versehen ist. Der Bohrkopf 6 ist mittels einer Zuführeinrichtung 7 und einem Anschlussstück 20 mit der Verbindungsleitung 9 verbunden.
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Der Bohrkopf 6 und die Gasauffangmittel 4 gehören zu einer auf dem Meeresboden B positionierbaren Einheit 14. Die Einheit 14 ist unabhängig von und relativ zu der Versorgungseinrichtung 3 verlagerbar. Zu diesem Zweck sind Verlagerungsmittel 15 vorgesehen, die als Schubeinrichtungen ausgebildet sind. Es sind in der Zeichnung nicht dargestellte Positionserfassungsmittel vorgesehen, die die Position der Einheit 14 relativ zur Versorgungseinrichtung oder die Position der Einheit in einem Global Positioning Systems erfassen.
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An der Einheit 14 sind Stützen 16 vorgesehen. Die Stützen sind als Drehmomentstützen ausgebildet und stellen ein Widerlager für das von dem Drehantrieb 11 ausgehende Drehmoment bereit.
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In 1 ist die Verbindungsleitung 9 zwischen der Versorgungseinrichtung 3 und der Einheit 14 gezeigt.
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1 zeigt auch, dass der Bohrkopf 6 eine Aufnahmeöffnung 10 umfasst, durch die abgebauter methanhydrathaltiger Meeresboden zunächst in die Zuführeinrichtung 7 und dann über das Anschlussstück 20 in die Verbindungsleitung 9 eintreten kann.
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Der Drehantrieb 11 zum Antrieb des Bohrkopfes 6 ist in 2 ebenfalls gezeigt.
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Die auf der Versorgungseinrichtung 3 angeordnete Verarbeitungseinrichtung 8 umfasst eine Gasabtrennungsanlage 13. In dieser Gasabtrennungsanlage 13 erfolgt das Trennen von Methanhydrat 1 von übrigem Meeresboden und das Bilden von Methan E aus Methanhydrat 1. Auch kann in dieser bereits zuvor entstandenes und aufgefangenes Methan zwischengespeichert werden.
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In 1 ist eine Rückführleitung 18 schematisch gezeigt. Diese führt von der Verarbeitungseinrichtung 8 zurück zumindest bis unter die Wasseroberfläche, vorzugsweise bis in die Nähe des Meeresbodens und dient der Rückführung des von Methanhydrat abgetrennten Abraums.
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Der Pfeil P1 in 1 symbolisiert den Transport des methanhydrathaltigen Meeresbodens mittels des Gashebeverfahrens. Der Pfeil P2 symbolisiert die Weitergabe des methanhydrathaltigen Meeresbodens von der Verbindungsleitung 9 zu der Gasabtrennungsanlage 13. Der Pfeil P3 symbolisiert das Einleiten von Methan E aus der Gasabtrennungsanlage 13 in die Verbindungsleitung 9 zur Realisierung des Methanhebeverfahrens. Der Pfeil P4 symbolisiert die Rückführung von übrigem Meeresboden von der Gasabtrennungsanlage 13 durch die Rückführleitung 18. Der Pfeil P6 symbolisiert die Ein- und Ausfahrbarkeit der Stützen 16. Der Pfeil P7 symbolisiert die teleskopische Ein- und Ausfahrbarkeit der als Schürze ausgebildeten Gasaufnahmevorrichtung 5. Der Pfeil P8 symbolisiert die Aufnahme von abgetragenem methanhydrathaltigen Meeresboden durch die Aufnahmeöffnung 10 in das Innere der Zuführeinrichtung 7. Der Pfeil P9 symbolisiert die Drehbewegung des Bohrkopfes 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Methanhydrat
- 2
- methanhydrathaltiger Meeresboden
- 3
- Versorgungseinrichtung
- 4
- Gasauffangmittel
- 5
- Gasaufnahmevorrichtung
- 6
- Bohrkopf
- 7
- Zuführeinrichtung
- 8
- Verarbeitungseinrichtung
- 9
- Verbindungsleitung
- 10
- Aufnahmeöffnung
- 11
- Drehantrieb
- 12
- Gasdetektor
- 13
- Gasabtrennungsanlage
- 14
- Einheit der Abtrags- und/oder Gasauffangvorrichtung
- 15
- Verlagerungsmittel
- 16
- Stützen
- 17
- Reißzähne
- 18
- Rückführleitung
- 19
- Gasdurchgangsöffnung
- 20
- Anschlussstück
- 21
- Bohrspitze
- B
- Meeresboden
- D1
- unteres Ende der Versorgungsleitung
- D2
- oberes Ende der Versorgungsleitung
- E
- Methan
- M
- Meeresoberfläche
- P1 bis P9
- Pfeile
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014201875 A2 [0001]
- DE 19626591 C1 [0005]
