KR20080064776A - 내압용기와 이를 이용한 메탄 하이드레이트 인양방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술분야는 해저 저질 속에 포함된 메탄 하이드레이트를 채취, 인양하는 분야이다. 종래의 해저 메탄 하이드레이트의 개발방법은 두 개의 관을 연결하여 하나는 열수나 용해제를 공급하여 해저 저층의 메탄하이드레이트를 해리, 기화하여 별도의 양광관으로 채취하는 방법에 의존하고 있으나 양광관을 포함하는 채광시스템이 일체로서의 운동조정이 불편하고 또한 메탄가스가 대기중으로 방출되어 지구온난화 위험과 지층 함몰 등으로 생태계 파괴 위험이 있었다. 본 발명은 해저의 메탄 하이드레이트를 있는 상태 그대로 압력용기에 넣어 인양함으로써 지구온난화나 지층붕괴 등의 염려 없이 안전하고 편리하게 메탄 하이드레이트를 생산할 수 있는 장치와 인양방법에 관한 것이다.

압력용기, 메탄 하이드레이트, 기화, 양광관, 인양방법

Description

내압용기와 이를 이용한 메탄 하이드레이트 인양방법 {Pressure container and lifting method for methane-hydrate with pressure container}

본 발명의 기술분야는 해저 저질 속에 포함된 메탄 하이드레이트를 채취, 인양하는 분야이다.

해저 표층 저질에 얼음형태로 되어 있는 메탄 하이드레이트는 앞으로 10년 이내에 에너지원으로 각광을 받고 있으며 이에 따라 각 국에서 연구가 활발하다[문헌 1]. 현재까지의 메탄 하이드레이트의 개발방법은 메탄 하이드레이트가 있는 곳에 증기 및 열수 주입법, 감압법, 메탄올 또는 글리콜 주입법, 염수주입법, 연소법 등으로 해리, 기화하여 양광관으로 채취하는 방법에 의존하고 있다[문헌 2].

1. 서재석, 불타는 얼음, 메탄 하이드레이트를 찾아라! 2005년 7월 23일(토) 20:00~21:00, KBS 1TV,

http://www.kbs.co.kr/1tv/sisa/kbsspecial/vod/1357457_11686.html

2. 정태진, 류병진, 천연가스 하이드레이트에 대한 연구개발 동향, 석유자원 탐사 및 개발 학술발표회 발표논문집, 2002

기존의 메탄 하이드레이트 생산방법은 대체로 그림 1과 같이 해상의 모선과 500-1000m 에 이르는 양광관이 채광시스템 일체로서의 설치되어야 하므로 조정 및 관리상에 많은 문제점을 내포하고 있으며 양광관을 통하지 않고 메탄가스가 대기중으로 직접 방출되는 경우 지구온난화 위험과 지층 함몰 등으로 생태계 파괴 위험이 있었다.

해저 표층 저질에 얼음의 형태로 포함되어 있는 메탄 하이드레이트를 그림 2와 같이 자연 상태 그대로 내압용기에 담아 해상 모선에 인양함으로써 안전하고 편리하게 해저 메탄 하이드레이트를 생산할 수 있다. 내압용기는 수압에 해당하는 압력에 견딜 수 있는 재질로 만들어진 용기로서 직육면체나 원주형, 구체 등의 형태를 가질 수 있다. 그림 2의 내압용기를 사용한 메탄 하이드레이트 인양방법 개념도에서 볼 수 있듯이 본 발명의 채광시스템은 선상의 모선(10)과 해저의 채광기(20), 내압용기(30)로 구성되어 있고 해상의 모선에서 동력과 조절신호가 동력 조절선(12)에 의해 해저의 채광기를 조정하여, 해상 모선으로부터 별도로 내려진 연결줄(40)에 회전허용 연결구(42)로 연결된 내압용기에 메탄 하이드레이트(50)를 적재한 후 연결줄을 선상으로 인양함으로써 해저 메탄 하이드레이트를 안전하고 편리하게 생산할 수 있다. 도 3은 도 2의 해저 바닥에서 내압용기에 메탄 하이드레이트(50)를 채우는 그림의 확대도로서 내압용기(30)의 문(34)은 용기 내측으로 열리 며 문과 용기에는 도 4에서와 같이 압력에 견딜 수 있게 패킹(38)과 홈(39)이 설치되어 있다. 도 5는 내압용기의 문의 B-B단면도로서 문(34)에 회전 허용 연결부(35)로 모선과의 연결줄(32)이 연결되어 있고 내압용기 문에는 압력을 나타내는 압력표시장치(36)가 설치되어 있어 생산시 내압용기에 메탄 하이드레이트의 포함 유무를 확인하고 압력을 조절하여 안전하게 내압용기의 문을 열 수 있다.

본 발명은 메탄 하이드레이트의 생산에 있어서 해저 저층 니질을 자연상태 그대로 압력용기에 담아 인양하는 방법으로서 종래의 양광관에 의한 해리, 기화하여 채취하는 방법보다 안전하고 편리하다. 또한, 해상 모선, 채광기, 압력용기가 독립적으로 운영되므로 거친 해황에도 작업이 가능하며 한 곳에서 다른 곳으로 이동 작업시에도 기존의 방법보다 효율적이다.

내압용기의 형태는 도 3과 같이 사각형이나 도 6과 같이 원주형을 가질 수 있으며 이동 및 관리, 제작에 편리한 형태로 제작될 수 있다. 60은 원주형 내압용기이고 62는 잠금장치로서 이 경우 집광기(20)는 원주형 내압용기의 잠금장치를 열고 닫는 동작을 위해 매니퓨레이터가 필요하다. 도 7은 원주형 내압용기의 잠금장치를 열고 메탄 하이드레이트를 채우는 상태를 보인 그림이다. 도 8은 압력용기 전후면 연결장치(42) 및 선수미 인양시 이동식 사다리(60)를 보인 것으로 내압용기의 상부만 연결줄에 달려있을 경우 회전 등 운동이 커질 수 있으므로 내압용기 후면에 회전 허용 연결구(42)로 연결줄에 연결하여 내압용기의 운동을 감소시킬 수 있다. 또한, 선수, 선미에 내압용기를 내리거나 인양할 때 유압 또는 인력으로 구동하는 이동식 사다리(60)를 사용하여 내압용기(30)들을 편리하게 내리거나 인양할 수 있다. 도 9는 인양줄(40)에 부착된 착탈식 회전허용 연결구(42)와 내압용기 연결줄(32)을 보이는데, 44는 이동걸쇠, 46은 착탈 스위치, 48 회전허용부로서 해상 모선으로부터 바다로 내릴 때는 도 2와 같이 착탈식 회전허용 연결구를 인양줄에 부착하고, 내압용기가 연결선(32)에 연결되어 해상 모선에 인양될 때는 착탈 스위치(46)을 눌러 이동걸쇠(44)가 열려서 내압용기(30)를 인양줄(40)로 부터 분리시킨다. 해상 모선 인양줄(40)과 내압용기 연결줄(32)은 부이가 부착된 체인이나 로프도 사용 가능하다.

메탄 하이드레이트를 해리, 기화시키지 않고 해저 니질과 섞여있는 얼음상태 그대로 내압용기에 담기 때문에 메탄 하이드레이트를 보다 안정적으로 집적할 수 있으며 소량의 메탄 하이드레이트를 내압용기에 담아 인양하기 때문에 선상으로 인양하기가 쉽고 편리하며 선상이나 육상에서 메탄가스로 분리할 때에도 유리하다. 내압용기에서 메탄 하이드레이트가 일부 기화하여 내부 압력이 높아지더라도 부착된 압력표시기(36)를 사용하여 압력을 적절히 조절하여 별도의 메탄가스 분리기기에 원료를 공급 가능하므로 메탄가스 생산에도 편리하다. 해상 모선, 채광기, 압력 용기가 독립적으로 운영되므로 거친 해황에도 작업이 가능하며 한 곳에서 다른 곳으로 이동시에도 기존의 양광관을 이용한 해리, 기화시켜 채취하는 방법보다 편리하고 안전하다. 이렇게 생산된 메탄가스의 이용범위는 자동차 연료, 주택 난방, 산업용 에너지 등으로 다양하게 활용되어 차세대 대체에너지로서 사용될 것이다.

도 1 기존의 열수 주입에 의한 메탄 하이드레이트 생산방법 개념도

도 2 내압용기를 사용한 메탄 하이드레이트 인양방법 개념도

도 3 내압용기 문을 열고 메탄 하이드레이트를 채운 입체도

도 4 내압용기 문틀을 용기 안쪽에서 밖으로 본 A-A 그림

도 5 내압용기 문의 B-B 단면도

도 6 닫혀있는 원주형 내압용기

도 7 원주형 내압용기의 잠금장치를 열고 메탄 하이드레이트를 채우는 상태

도 8 압력용기 전후면 연결장치(42) 및 선수미 인양 이동식 사다리(60)

도 9 체인 인양줄(40)에 부착된 착탈식 회전허용 연결구(42)와 내압용기 연결줄(32)

Claims (6)

1. 선상의 모선(10)과 해저의 채광기(20), 내압용기(30)로 구성되는 메탄 하이드레이트 채광방법에 있어서 선상의 모선에서 동력과 조정이 가능한 조절선(12)에 의해 해저의 채광기를 조정하여 해상 모선에서 내린 별도의 연결줄(40)에 착탈식 회전허용 연결구(42)로 연결된 한 개 이상 복수 개의 내압용기들에 메탄 하이드레이트(50)를 적재한 후 기존 연결되어 있는 연결줄에 의해 선상 모선으로 인양되는 내압용기.
2. 제 1항에 있어서 삼각형, 사각형, 원형, 구형 등 다양한 단면 형태를 가지는 내압용기.
3. 제 1항에 있어서 문이 내압용기 안쪽으로 열리며 문과 내압용기 문틀에 홈을 파고 패킹하여 내압하는 내압용기.
4. 제 1항에 있어서 내압용기의 전면과 후면이 별도의 연결줄에 착탈식 회전 허용 연결부로 연결되는 내압용기.
5. 선상의 모선(10)과 해저의 채광기(20), 내압용기(30)로 구성되는 메탄 하이드레이트 채광방법에 있어서 선상의 모선에서 동력과 조정이 가능한 조절선(12)에 의해 해저의 채광기를 조정하여 해상 모선에서 내린 별도의 연결줄(40)에 착탈식 회전허용 연결구(42)로 연결된 한 개 이상 복수 개의 내압용기들에 메탄 하이드레이트(50)를 적재한 후 기존 연결되어 있는 연결줄에 의해 선상 모선으로 인양되는 내압용기를 사용하여 해저 메탄 하이드레이트를 인양하는 인양방법.
6. 제 5항에 있어서 선수, 선미에 유압 또는 인력으로 구동하는 이동식 사다리(60)를 사용하는 내압용기(30)를 인양방법.

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