KR20000057521A

KR20000057521A - 수화물로부터 가스의 회수 방법

Info

Publication number: KR20000057521A
Application number: KR1019990705227A
Authority: KR
Inventors: 로버트 프레데릭 하이네만; 데이비드 다-테 후앙; 징핑 롱; 로랜드 버나드 새거
Original assignee: 데니스 피. 산티니; 모빌 오일 코포레이션
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2000-09-25
Also published as: NO993169D0; JP2001507742A; CN1247526A; BR9713895A; EP1001922A1; WO1998029369A1; CA2273054A1; NO993169L; EP1001922A4; ID22296A; AU728895B2; US6214175B1; ZA9711602B; AU5811698A

Abstract

가스는 점유 지역 (102) 내에 포접 수화물 (100)을 제공하고, 전자기 방사원 (200)을 상기 포접 수화물 점유 지역(102)에 위치시키고; 상기 포접 수화물 (100)을 해리하기에 충분한 에너지 밀도에서 직류로부터 가시광선까지의 범위 내의 주파수로 상기의 전자기 방사원(200)으로 부터 상기 포접 수화물 (100)에 전자기 방사를 가하여 그의 성분 가스(402)를 방출함으로써 회수된다.

Description

수화물로부터 가스의 회수 방법{Method for recovering gas from hydrates}

본 발명은 수화물로부터 가스, 구체적으로는 천연 가스 및 기타 수화물-형성 가스들을 그들의 성분 화학 종, 즉 수화물-형성 가스 및 물로 해리시키는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

가스 수화물은 경쇄 탄화수소(C₁-C₁₄) 성분 및 기타 가벼운 가스들(CO₂, H₂S, N₂, 등)이 상승된 압력 및 낮은 온도에서 물과 물리적으로 반응할 때 형성되는 특별한 형태의 포접 화합물이다. 천연 가스 수화물들은 고체물질이며 이들은 농축된 슬러리 또는 고체 형태로는 쉽게 흘러내리지 않는다. 이들은 오일 및 가스 생산 및 운송 시스템에서 유로(流路) 차단의 곤란한 특성으로 인하여 거의 60년 동안 산업 방해물로서 여겨져 오고 있다. 가스 생산 및 운송 비용을 줄이기 위해, 가스 수화물의 해로운 관점은 오일 및 가스 산업에 의해 지지되는 수년의 수화물 억제 연구에 대한 동기가 되었다(참조: Handbook of Natural Gas, D. Katz, et al., pp 189-221, McGraw-Hill, New York, 1959; Clathrate Hydrates of Natural Gases, E. D. Sloan, Jr., Marcel Dekker, Inc., 1991.). 천연적으로 발생하는 천연 가스 수화물은 또한 산업용 대체 에너지 원으로도 각광받고 있다(참조: International Conference on Natural Gas Hydrates, Editors: E. D. Sloan, Jr., J. Happel, M. A. Hnatow, 1994, pp. 225-231 - Overview: Gas Hydrates Geology and Geography, R. D. Malone, pp. 232-246; - Natural Gas Hydrate Occurance and Issues, K. A. Kvenvolden.)

천연 가스 수화물은 고체 천연 가스 수화물의 입방 피이트 당 180 표준 입방 피트의 가스를 포함하기 때문에, 일부 연구자들은 수화물이 천연 가스를 저장하고 운송하는데 이용될 수 있다고 제안하고 있다(참조: B. Miller and E. R. Strong, Am. Gas Assoc. Mon 28(2), 63-1946). 수화물 중의 고농도의 가스로 인해 연구자들은 천연 가스들을 더욱 비용 효과적이고 안전하게 저장 및 운송할 목적으로 이들 물질들을 의도적으로 형성하는 것을 고려하게 되었다. 구드먼드슨(Gudmundsson)에게 허여된 미국 특허 제5,536,893호는 천연 가스 수화물을 생성하기 위한 다단계 공정을 개시하고 있다. 문헌[Gudmundsson, et al., "Transport of Natural Gas as Frozen Hydrate", ISOPE Conf., Proc., V.1, The Hague, NL, June, 1995; "Storing Natural Gases as Frozen Hydrate", SPE Production & Facilities, Feb. 1994.]

칸 등(Cahn et al.)에게 허여된 미국 특허 제3,514,274호는 고체 수화물층을 단일 또는 일련의 공정 단계로 생성시키고 이어서 운송하여 저장시키거나 또는 농축된 수화물의 수송을 요하는 수상 운송선에 직접 운송하여 저장 및 수상 운송한다. 덕트 및 파이프라인을 통한 가압 수화물 블록 및 실린더의 공기에 의한 운송이 제안되었다. 참조[L. F. Smirnov, "New Technologies Using Gas Hydrates", Teor. Osn. Khim. Tekhnol., V.23(6), pp.808-822 (1989), Application WO 93/01153, Jan. 21, 1993].

발표된 문헌(E.D. Sloan, Jr., 1991 Clathrate Hydrates of Natural Gases, Marcel Dekker, Inc.)에 기초하면, 교반-탱크선으로부터 파이프로 농축 가스 수화물 슬러리를 운송하는 것이 신뢰 가능한 작업 또는 심지어는 반-연속 작업과는 모순된 것으로 보일 것이다. 파이프의 차단 및 반응기 및 혼합 단위의 오손은 중용한 현안들이다. 가스 수화물 차단/오손을 방지하는 화학적/기계적 방법들을 조사하는 것은 여전히 현행 가스 수화물 연구의 초점이다. 참조[J. Long, "Gas Hydrate Formation Mechanism and Kinetic Inhibition", Ph.D. dissertation, 1994, Colorado School of Mines, Golden, Colorado; E. D. Sloan, Jr., "The State-of-the-Art of Hydrates as Related to the Natural Gas Industry", Topical Report GRI 91/0302, June 1992; P. Englezos, "Clathrate Hydrates", Ind. Eng. Chem. Res., V.32, pp. 1251-1274, 1993.)

가스 수화물은 포접체로 알려진 결정 구조를 갖는 특수한 포접 화합물이다. 가스 분자들은 수소-결합된 물 분자를 포함하는 물 네트워크의 확장된 격자 내에 물리적으로 포획되거나 또는 속박되어 있다. 이 구조는 가스 및 물 분자들 사이의 약한 반데르 발스 결합 및 그물 구조 내의 물 분자들 사이의 수소 결합으로 인하여 안정하다. 구조 I 포접 수화물의 단위 결정은 매 46개의 물분자 마다 2 개의 테트라카이데카헤드론 (tetrakaidecahedron) 공동 및 6 개의 도데카헤드론 공동을 가지며 포획된 가스들은 메탄, 에탄, 이산화탄소 및 황화 수소로 이루어질 수 있다. 구조 II 포접 수화물의 단위 결정은 매 136개의 물분자 마다 8 개의 큰 헥사카이데카헤드론 (hexakaidecahedron) 공동 및 16 개의 도데카헤드론 공동을 가진다.

포접 수화물은 영구동토층 또는 심해 환경에서 천연적으로 발생하므로 이들은 중요한 천연 자원으로 여겨진다. 그러한 자원을 이용하는 것은 가스 수화물 형성 및 해리의 이해를 요한다. 참조["Kinetics of Methane Hydrate Decomposition", Kim et al., Chemical Engineering Science, V. 42, No. 7, pp. 1645-1653 (1987)은 압력 의존성은 평형 압력 및 분해 압력에서 가스 도산능에서의 차이에 의존한다고 지적하면서 메탄 수화물 분해의 동력학을 언급하고 있다. 문헌["A Multi-Phase, Multi-Dimensional, Variable Composition Simulation of Gas Production from a Conventional Gas Reservoir in Contact with Hydrates," Burshears et al., Unconventional Gas Technology Symprouis of the Society of Petroleum Engineers, pp. 449-453 (1986)]은 외부 열원이 없이 탈가압에 의한 수화물의 해리를 논의하고 있다. 문헌["Hydrate Dissociation in Sediment", Selim et al., 62nd Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, pp. 243-258(1987)]은 다공성 매질의 열특성 및 다공도와 함께 수화물 해리의 속도에 관련된다. 문헌["Methane Hydrate Gas Production: An Assessment of Conventional Production Technology as Applied to Hydrate Gas Recovery", McGruie, Los Alamos National Laboratory, pp. 1-17 (1981)]은 열자극 및 압력 감소 모두에 의한 수화물 가스 생성의 가능성을 논의하고 있다. 문헌["Gas Hydrates Decomposition and Its Modeling", Guo et al., 1992 International Gas Research Conference, pp. 243-252(1992)]는 수화물 해리에 대한 추진력으로서 화학적 포텐셜(potential)에 있어서의 차이점에 관한 것이다.

탄화 수소 가스의 처리["Treatment of Hydrocarbon Gases"]라는 제목의 허친슨 등(Hutchinson et al.)에게 허여된 미국 특허 제2,375,559호는 성분들을 혼합할 때 성분들을 냉각시키고 분산시킴으로써 수화물을 형성시키는 방법을 개시하고 있다. 마찬가지로, 탄화수소 수화물을 형성하고 저장하기 위한 시스템["Syetem for Forming and Storing Hydrocarbon Hydration"]라는 제목의 허친슨 등(Hutchinson et al.)에게 허여된 미국 특허 제2,356,407호는 물 및 담체 액체를 사용하여 수화물을 형성하는 것을 개시하고 있다. 베네쉬[Benesh]에게 허여된 미국 특허 제2,270,016호는 물 및 알코올을 사용한 수화물 형성 및 저장되는 수화물의 형성 블록을 개시하고 있다.

칸 등(Kahn et al.)에 허여된 미국 특허 제3,514,274호는 수화물 탑재선으로서 천연 가스의 운송을 개시하고 있다. 이 시스템은 담체로서 프로판 또는 부탄을 사용한다. 니어만(Nierman)에게 허여된 미국 특허 제3,975,167호는 천연가스 수화물의 해저 형성 및 운송에 관해 개시하고 있다. 에르삼(Ehrsam)에게 허여된 미국 특허 제4,920,752호는 저장소의 한 챔버가 수화물로 채워지고 다른 챔버는 수화물의 가스 및 얼음으로의 분해에 의해 비워지는 수화물 형성 및 저장 모두에 관련된다.

얼음에 보다 가까운 수화물은 양호한 절연체이다. 칸 등의 '274 특허에서 교시되는 공정은 수화물을 액체 탄화수소 슬러리 중에 저장하고, 따라서 액체 탄화수소는 열 전사제로서 작용하도록 한다. 그러나 이들 고체 형태로 탄화수소들을 저장하고 운송하는 것은 슬러리의 액체 성분이 없으면, 더욱 천연 가스(그의 수화물 형태의)가 주어진 부피 내에 저장될 수 있으므로 본질적으로는 보다 효율적이다.

가스 수화물로부터 가스를 회수하는데 있어서, 상기의 체적 효율을 유지하는 것도 또한 경제적으로 이로운데, 수화물의 큰 해리 열(메탄 수화물에 대하여 410 kJ/kg, 얼음의 용융열 보다 약 25% 높음)을 공급하는데 필요한 열 전사제의 체적을 최소화를 부여하기 때문이다. 참조[Clathrate Hydrates of Natural Gases, E.D. Sloan, Jr., Marcel Dekker, Inc., 1991].

마이크로웨이브 방사는 액체 물을 함유하는 물질에 에너지를 효율적으로 전사하는데 과학적, 산업적 및 주거용 응용 모두에 있어서 널리 사용된다. 오일 및 가스 산업 예들은 투과성 및 유체 포화의 코어 측정들 [참조, Parsons, 1975, Brost et al., 1981, Parmerswar et al., 1992], 석유 생산에 있어서 오일-물 에멀젼-파괴 [참조, Oil & Gas Journal, Dec. 2, 1996]을 포함한다. 수화물은 과량의 물을 흡수하며(상기함), 흡수된 물 분자들은 0 ℃ 이하의 온도에서 조차도 액체-유사 성질을 보유한다[참조, H. P. Schwann, Ann. New York Academy of Science, V. 125, p. 344, Oct. 1965]. 본 발명은 수화물을 해리하고 얻어진 가스를 회수하기 위한 효율적인 경로로서 가스 수화물의 마이크로웨이브 방사를 이용한다.

본 발명은

(a) 포접 수화물을 점유 지역 내에 제공하고;

(b) 전자기 방사원을 상기 포접 수화물 점유 지역에 위치시키고;

(c) 상기 포접 수화물을 해리하기에 충분한 에너지 밀도에서 직류로부터 가시광선까지의 범위 내의 주파수로 상기 단계 (b)의 전자기 방사원으로 부터 상기 포접 수화물에 전자기 방사를 가하여 그의 성분 가스를 방출시킴으로써 상기 포접 수화물로부터 가스를 회수하는 단계들을 포함하는, 가스 수화물을 그의 화학적 성분, 즉 수화물-형성 가스(예, 천연 가스 혼합물), 물, 여분의 기타 불순물로 연속적으로 해리하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명의 공정에서 사용된 전자기 방사는 바람직하게는 비이온 방사이다. 전자기 방사는 공동 웨이브가이드를 사용하여 상기 가스 수화물의 원료로 적절히 유도될 수 있다. 유용한 주파수는 대표적으로 100 MHz 내지 3000 GHz를 포함한다. 전자기 방사는 0.1 mm 내지 3 m의 파장을 특징으로 한다.

전자기 방사의 주파수는 해리되는 수화물 질량의 공간적 크기에 의해 나타낸 바와 같이 가스 수화물에서 투과의 깊이를 최적화하도록 조정하는 것이 바람직하다. 방사 주파수는 또한 일부 물질에 대한 온도 및 불순물의 농도의 함수인 것으로 알려진 수화물 덩어리에 대한 에너지 전사의 효율을 최적화하도록 조정하는 것이 또한 바람직하다[참조: "Microwave Technology", in V. 16 of Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Processing, 4th Ed., Marcel Dekker, Inc., 1995].

방사력 수준은 수화물 해리 속도 및 수화물 해리에 의해 생성되는 유리 수의 동시 방사에 기인한 효율 감소 사이의 경제적으로 최적인 균형을 얻도록 조정하는 것이 바람직하다. 상기 가스 수화물 해리로부터 생성되는 액체 물은 폐기, 수집 및/또는 천연 가스 회수 단계들 동안 고체 수화물과 접촉을 유지시킬 수 있다. 그러나, 일부 응용에 있어서 회수된 가스 스트림의 물 함량이 부득히하게 낮은 경우(예, 연료), 액체 물의 과도한 방사는 상기 액체 물을 가스 스트림의 물함량을 충분히 증가시키도록 가열시킬 수 있다. 그러한 시나리오에 있어서, 가스 회수 공정의 경제적 효율은 다운스트림 가스 탈수 비용이 필요하기 때문에 낮아진다.

본 방법은 상기 유도 단계를 조정하여 상기 가스 수화물을 상기 수집된 액체 물에 우선적으로 조사하는 단계를 포함시키는 것이 바람직하다. 큰 수화물 축적물(예, 배 또는 바지선 선적)을 방사하는 경우에, 마이크로웨이브 원을 수화물 덩어리의 위에 위치시키고 방사를 하류로 유도시킨다. 물에 대하여 양성의 부력인 천연 가스 수화물은 생성된 액체 물 상에 포류하는 경향이 있으며, 상기 액체 물의 동시 방사 속도를 감소시킬 것이다.

이 마이크로웨이브 원은 정지상이거나 또는 이동될 수 있다. 예컨대, 마이크로웨이브 원의 운동은 액체 물 및 가스 수화물 사이의 광학적 반사율(즉, 알베도)에서 차이를 감지할 수 있는 장치로 제어하여도 좋다. 별법으로, 마이크로웨이브 원은 목적하는 공간 영역이 조사되는 방식으로 전사되거나 회전되도록 설계해도 좋다.

본 발명은 저장 안정성 가스 수화물로부터 물 및 수화물 형성 가스의 회수 방법에 관한 것이다. 수화물-형성 가스들은 CO₂, H₂S, 천연 가스 및 단순히 언급하자면 다수의 관련된 천연 가스들을 포함한다. 그러나, 이하에서는 천연 가스를 일반적으로 회수 공정에서 가스성 성분으로서 기술하지만 당업자는 본원 발명의 원리를 천연 가스 이외의 수화물 형성 가스를 고려하는데 쉽게 응용할 수 있음은 명백하며, 그러한 이유로 인하여 본원 발명은 천연 가스만을 사용하는데 한정되는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 가스 수화물로부터 가스를 회수하기 위한 본 방법은 육상 및 근해 작업에 모두 채용될 수 있다. 본 방법은 다른 모드의 에너지 전사(예, 전도, 대류, 기계적, 어쿠스틱 등)을 이용하는 수화물로부터의 가스(gas-from-hydrate) 회수 방법과 함께 사용될 수 있다. 본 방법은 고체, 액체 또는 가스 수화물 함유 지역을 동시-점유하는 가스성 물질의 존재하에 사용될 수 있다. 이들 물질들은 상기한 다른 가스 회수 방법에서 동인으로서 작용할 수도 작용하지 않을 수도 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시태양에서 주된 공정 단계, 즉, 저장 지역(배 또는 바지선에서 보유시)에서 수화물로부터 가스 회수를 나타내는 단순화된 개략도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시태양에서 주된 공정 단계, 즉 파이프라인으로 수화물 차단물의 해리를 나타내는 단순화된 개략도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시태양에서 주단 공정 단계, 즉 생산 웰의 근처에서 석유-함유 암반층 내에서 현장 수화물 해리를 나타내는 단순화된 개략도이다.

수화물을 생성하기 위한 공급 원료

본 발명은 수화물로부터 가스를 회수한다. 상기한 바와 같이, 수화물은 적절한 물의 원과 함께 적합한 수화물-형성 가스를 사용하여 상업적으로 생산될 수 있다. 물의 유용한 원의 예로는 호수나 강으로부터의 담수 뿐만 아니라 염수(예, 대양으로부터의 해수) 및 오일 생산으로부터의 형성수 등의 미립자 또는 기타 물질로 오염된 임의의 물일 수 있다. 수화물 형성 가스 원료는 순수 탄화수소 가스들(C₁-C₄), 천연 가스 혼합물 및 산소, 질소, 이산화 탄소 및 황화 수소 및 이들의 각각의 혼합물 등의 기타 수화물 형성 가스들을 포함한다. 이 가스는 미립자 및 기타의 비-수화물 형성 물질 또는 화합물 등의 기타 불순물로 오염될 수도 있다.

<실시태양의 설명>

본 발명의 방법은 가스 수화물로부터 가스를 회수하며 열 또는 질량 전이의 목적의 액체 탄화수소의 무첨가를 요한다. 바람직한 실시태양에 있어서, 가스 수화물은 10 중량% 이하의 액체 탄화수소, 더욱 바람직하게는 1 중량% 이하의 액체 탄화 수소를 포함한다. 특히 바람직하게는 가스 수화물은 실질적으로 물이 없는 미분 고체이다.

본 발명의 3개의 특히 바람직한 실시태양은

(a) 가스 수화물을 함유한 저장 지역(예, 배 또는 바지선에서 보유 또는 임의의 기타 정지상 또는 이동 가능한 저장 지역)으로부터 가스의 회수; (b)가스-운반 파이프라인 내부에서 수화물 축적물로부터 가스의 회수; 및 (c) 오일 및/또는 가스 생산 시추공의 근처에서 수화물-함유 암반층으로부터 가스의 회수를 위한 공정들을 포함한다.

제1 실시태양:

가스 수화물을 함유하는 저장 지역으로부터 가스의 회수

대표적인 공정 조건

	온도 ℃	압력, kPa
	유용함	바람직함	더욱 바람직함	유용함	바람직함	더욱 바람직함
수화물로부터 천연 가스 회수	-40 내지 +40 ℃	-31 내지 +25℃	-20 내지 +10℃	100 내지 500	100 내지 300	102.5 내지200

바람직한 회수 공정 온도는 목적하는 가스 회수 속도, 지역에서 수화물 덩어리의 초기 온도 및 고온 열 싱크(sink)의 온도(주위) 사이의 밸런스에 의해 설정한다. 회수 공정 온도는 목적하는 가스 회수 속도 및 저장 지역의 물질 제약 사이의 균형에 의해 설정한다. 또한 가스 및 물의 수화물로의 가스의 자연 발생적인 재구성을 방지하기 위하여 그 지역 압력을 주어진 온도에서 수화물 평형 압력 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

도 1에 관련하여, 수화물 덩어리(100)은 저장 탱크 내벽(101)의 내부를 점유한다. 후자는 절연체 층(103)에 의해 외벽(102)로부터 분리된다. 내벽(101)을 외벽 (102)에 연결하는 연장선 (104)은 전체 탱크에 기계적인 강도를 부여한다. 탱크의 내부 상부 표면에는 x-y 포지셔너 (105)가 부착되어 있다. 더욱이, 이 x-y 포지셔너는 수직으로, 즉 z-방향으로 상승시키거나 하향시킬 수 있다. x-y 포지셔너 (105)에는 저장 탱크 벽 (101, 102)의 상부 표면을 관통하여 케이블 (201)로부터 DC 전기 신호를 수용하는 하나 이상의 마이크로웨이브 발생기 (200)(예, Klystron)가 부착되어 있다. 마이크로웨이브 (203a)는 공동 웨이브 가이드 (202)을 통과하여 호른 타입 안테나(203)을 경유하여 수화물 덩어리 (100)에 표적화된다. 케이블 (201)은 DC 전원 공급기(나타내지 않음)에 연결된다.

호른형 안테나에는 가시 광원(300) 및 광학 센서(301)이 부착되어 있다. 광원 (300)은 가시 광선을 수화물 표면으로 유도하고 그의 분획은 센서(301)에 역반사된다. 센서 (301)로부터 디지털 또는 아날로그 신호는 마이크로웨이브 안테나의 라인 오브 사이트(line-of-sight)에 있는 이 지역의 수화물 및/또는 물 함량을 측정하기 위하여 컴퓨터 (302)에 의해 처리된다. 이어서 컴퓨터 (302)는 디지털 또는 아날로그 신호를 x-y 위치 (105) 및 마이크로웨이브 발생기 (200)에 전달하고, 따라서 수화물 해리에 의해 생성된 액체 물(400)의 푸울 또는 지역 보다는 수화물 덩어리 상에 마이크로웨이브 에너지를 집중시킨다.

가스 회수 공정 동안 생성된 액체 물 (400)은 수화물 덩어리 (100)과 접촉하여 남아있을 수 있다. 액체 물은 천연 가스 수화물보다 밀도가 짙기 때문에[참조, E. D. Sloan, Jr., "Clathrate Hydrates of Natural Gases", Marcel Dekker, Inc., 1991), 탱크의 저면을 점유하여 잔류 수화물에 부유성을 제공하는 경향이 있을 것이다. 별법으로, 일부 또는 모든 액체물 (400)은 펌프 (401)에 의해 탱크로부터 거두어 들인다. 저장 탱크로부터 회수되는 물의 부분은 다른 곳에 저장되거나 처리될 수 있으며(필요시) 환경적인 위험이 없이 주위로 처분시킬 수 있다.

가스 회수 공정 동안 생성되는 가스 (402)는 저장 탱크의 상부에 축적된다. 이 가스는 마이크로웨이브에 투명하며 벤트 (403)을 통하여 파이프 분기관 (404)에 연결된 상부 저장 탱크에 존재한다. 파이프 분기관 (404)는 회수된 가스를 다운 스트림 탈수 및 재압축 장치(나타내지 않음)으로 유도한다.

제2 실시태양:

파이프라인 내의 수화물 축적물로부터 가스의 회수

이 실시태양은 수화물-함유 지역이 CO₂및 H₂S 등의 다른 가스성 성분을 포함하거나 포함하지 않는, 천연 가스 액체, 원유 또는 정유 또는 물을 포함하거나 포함하지 않는 천연 가스를 운송하는데 사용되는 파이프라인이라는 점에서 상기한 제1 실시 태양과는 구별된다.

대표적인 공정 조건

	온도 ℃	압력, kPa
	유용함	바람직함	더욱 바람직함	유용함	바람직함	더욱 바람직함
수화물로부터 천연 가스 회수	-40 내지 +40 ℃	-30 내지 +25℃	-20 내지 +10℃	100 내지 70,000	100 내지 30,000	102.5 내지200

가스 회수 온도는 파이프라인의 유용한 온도로 설정한다. 마찬가지로, 회수 압력은 유용한 파이프라인 압력으로 설정한다. 바람직하게는 수화물 축적물 함유 파이브라인의 부분에서 압력은 수화물의 자연발생적인 형성을 피하기 위하여 가스 수화물 평형 압력 이하의 수준으로 줄이는 것이 좋다. 그렇지 않으면, 가스 회수 공정은 수화물 재축적을 막기 위하여 간헐적으로 또는 연속적으로 작업해야 한다.

이하 도 2를 참고로 하면, 수화물 덩어리 (110)은 부분적으로 또는 완전히 파이프라인 (111)을 차단한다. 궤도-탑재된 부기 (210)을 편리한 접근 포트(나타내지 않음)을 통하여 파이프라인내로 도입시킨다. 부기 (210)은 마이크로웨이브 발생기 (211)을 지지한다. 마이크로웨이브 방사 (212)는 제너레이터 (211)로부터 웨이브가이드 (213)을 통하여 전사되고 호른 안테나(214)의 수단에 의해 수화물 상으로 유도된다. 이 안테나는 파이프라인에 평행한 축에 상대적으로 예각으로 탑재될 수 있거나 또는 모터 드라이브 (215)가 안테나를 회전하는 방식으로 배치시킬 수도 있다. 이 방식으로 천체 수화물 축적물이 해리된다.

전력 케이블 (216)은 DC 전기 신호를 부기 (210), 모터 드라이브 (215) 및 마이크로웨이브 제너레이터 (211), 부기 탑재된, 빛을 받은 비디오 카메라 (217)에 전달한다. 카메라 (217)은 작업자가 부기 앞의 파이프라인의 근처를 보는 것을 가능하게 하며; 비디오 카메라 신호는 동축 케이블(218)의 수단에 의해 작업자에 잔달된다. 전력 케이블 (216) 및 동축 케이블 (218)은 압력-밀폐된 접근 포트 (나타내지 않음)를 통하여 파이프라인을 빠져나간다.

액체 물 (310) 및 회수 공정 동안 생성된 천연 가스 (311)은 파이프라인 내에서 축적되도록 한다. 별법으로, 상기 액체 물 (310)은 배출 밸브 (312)를 통해 회수한다.

제3 실시태양:

수화물-생성 암반층으로부터 가스의 회수

이 실시 태양은 수화물이 석유 저장소에서 암반 층의 구멍 공간을 점유하는 점에서 상기 제1 및 제2 실시태양과 구별된다. 관심있는 암반층은 시추공 근처이다.

대표적인 공정 조건

가스 회수 압력 및 온도는 석유 저장소 및 시추공의 것으로 설정한다.

이하, 제3도에 관련하여 설명하자면, 수화물 (120)을 함유하는 암반층은 시추된 시추공 파이프 (120)을 감싸고 있다. 파내려가는 도구 (downhole tool, 220)은 철선 (221)에 의해 드릴링 플랫폼 (나타내지 않음)에 연결되고 수화물 함유층(120)에 위치된다. 파내려가는 도구 (220)은 마이크로웨이브 제너레이터 (221), 및 시추공 파이프 (121)을 통하여 암반층 (120) 내로 마이크로웨이브 방사 (223)을 유도하도록 설계된 하나 이상의 호른형 마이크로웨이브 안테나 (222)를 지원한다. 이 파이크로웨이브 발생기 (221)은 DC 전력 공급 케이블 (224)를 경유하여 전력을 공급한다. 가스 (320) 및 물 (321)이 임의의 석유 저장소 유체와 마찬가지로 생성된다.

가스 수화물은 가스를 저장하고 운송하기 위하여 의도적으로 생산될 수 있다. 이들 기타의 가스들은 상업적 제품 또는 오염물 또는 천연 또는 산업적 프로세스들을 형성하는 기타 가스 형태일 수 있다. 고체 수화물 입자는 발전소 및 오염의 감소를 의도한 공정에서 사용될 수 있다. 고체 수화물 입자는 가스가 대량으로, 천연 및 인공 모두의 적절한 환경에, 첨가되어야 하는 경우에 사용될 수 있다.

가스 수화물은 정확한 온도, 압력, 가스 조성 및 물 함량 하에서 가스 파이프라인에서 자연발생적으로 및 의도하지 않게 형성될 수 있다. 이러한 상황하에서, 수화물은 이들이 파이프라인을 막고 이들의 작업 효율을 감소시키므로 바람직하지 못하다. 마찬가지로 가스 수화물은 천연 발생 석유 매장지에서 자연 발생적으로 형성될 수 있다. 최근의 추정에 의하면, 천연 가스의 700,000 TCF 또는 지구의 유기 탄소 보유량의 53%이 천연 발생 수화물 매장물이다[참조, Kvenvolden, K. A. in "International Conference on Natural Gas Hydrates", Sloan et al., eds., New York Academy of Science, NYC, 1994, p. 232].

인공적으로 생산된 가스 수화물은 선박, 탱커, 바지선 또는 예인선에 의해 견인되는 부유 컨테이너에 의해 근해 저장소로부터 해안으로 운송될 수 있다. 가장 바람직한 배치에 있어서, 수화물 입자들은 근해 저장소로부터 파이프라인 또는 기계식 컨베이어를 통하여 스크류 컨베이어 및 중력 피이드의 조합에 의해 탱거로 이동된다. 탱커는, 그럴 필요는 없지만, 게이지 압력하에서 입자들을 저장할 수 있어야 한다. 입자들은 고체 화물로서 또는 물로 또는 탄화수소 기재 액체로 해안으로 운송될 수 있다. 운송 동안 입자들로부터 빠져나오는 가스들은 가압화시키고/또는 탱거 및 냉각 장치 및 여분의 가스를 폐기하는 기타 수단를 가동하는데 사용될 수 있다.

수화물 입자들은 또한 암반층에 형성된 큰 동굴 등의 지하 저장실에 저장할 수도 있다. 이는 가스 수화물의 공급 전에 지하 저장 동굴을 냉각/냉동시켜서 임의의 천연 발생 물이 얼어서 "저장소(vessel)" 웰 상에 단리된 얼음 쉘을 형성하도록 함으로써 성취될 수 있다. 이 방식으로, 저장 동굴으로부터 가스 누출이 방지될 수있다. 통상의 격리 용기와 마찬가지로, 본 발명에 따라 생성된 가스 수화물은 이하 상세히 설명하는 바와 같이 주위 대기압에서 저장시킬 수 있다.

운송후 인공적으로 생성된 가스 수화물을 펌프시키거나 또는 탱거로부터 하나 또는 수개의 육상 저장 탱크로 스크류 컨베이어 등의 다른 수단에 의해 이동시킬 수 있다. 가스는 또한 선내 적재한 현장 재가스화에 의해 회수할 수 있다. 용융은 다른 형태의 가열, 예컨대 가스로 가동하는 발전소로부터의 방열 또는 터어빈 엔진으로부터 배출되는 온수를 사용하여 성취할 수 있다. 냉각 용융수는 임의의 발전소의 냉각제로서 사용되어 통상의 냉각탑 효율을 개선시킬 수 있다. 탱커가 비워지게 되면, 용융수 및 처리수를 적재할 수 있다. 물은 이전의 화물로부터 유래될 수 있다. 용융수는 해안으로부터 근해 플랫폼까지의 탱거의 밸러스트일 수 있다. 탱커가 플랫폼에서 입자들을 적재할 때, 용융수는 하선시킨다. 플랫폼에서 저장소는 수화물 생성에 사용하기 위한 용융수를 수용한다. 필요시, 공기를 용융수 및 처리수로 제거하고 임의로 전처리한다. 공기 제거는 육상 및/또는 근해에서 수행할 수 있다. 또한, 물은 저장소에 분사하는데 사용될 수 있다.

파이프라인 또는 저장소 암반층에서 수화물 축적물을 해리시키는 경우에 있어서, 액체 수 및 해리 반응 동안 생성된 가스는 임의의 기타 유체와 마찬가지로 유동할 것이다. 따라서 특별한 취급 요건이 필요하지 않다.

Claims

(a) 포접 수화물을 점유 지역 내에 제공하고;

(b) 전자기 방사원을 상기 포접 수화물 점유 지역에 위치시키고;

(c) 상기 포접 수화물을 해리하기에 충분한 에너지 밀도에서 직류로부터 가시광선까지의 범위 내의 주파수로 상기 단계 (b)의 전자기 방사원으로 부터 상기 포접 수화물에 전자기 방사를 가하여 그의 성분 가스를 방출시킴으로써 상기 포접 수화물로부터 가스를 회수하는 단계들을 포함하는, 포접 수화물로부터 가스를 회수하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 전자기 방사가 마이크로웨이브 방사인 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 회수 단계 (c)가 첨가된 탄화 수소의 부재하에 수행되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치시키는 단계 (b)가 추가로 저장소 내에서 전자기 방사의 원을 이동가능하게 부착시키는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 위치시키는 단계 (b)가 추가로 포접 수화물 함유 배관 내에서 전자기 방사의 원을 이동가능하게 위치시키는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 추가로 상기 전자기 에너지를 상기 포접 수화물 및 제2 물질 사이의 광학 반사도에서 차이를 감지함으로서 상기 포접 수화물의 표면을 충돌시키도록 유도하는 것을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 추가로 상기 가스 수화물 해리로부터 생성된 액체 물을 수집하는 것을 포함하는 방법.
제7항에 있어서, 추가로 상기 천연 가스 수화물을 상기 수집된 액체 물과 접촉시키는 것을 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 회수 단계 (c)가 상기 전자기 방사를 공동 웨이브가이드를 사용하여 상기 가스 수화물의 표면에 유도시키는 단계를 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 추가로 상기 유도단계를 상기 수집된 액체 물에 우선적으로 상기 가스 수화물을 조사하도록 조절하는 단계를 포함하는 방법.