KR20090107020A - 플라즈마-기반 가스화 복합 화력 발전 플랜트를 갖는 해양 선박 - Google Patents

플라즈마-기반 가스화 복합 화력 발전 플랜트를 갖는 해양 선박 Download PDF

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KR20090107020A
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호우 키아프 게
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Abstract

일부 탄소를 포함하는 공급 재료 물질을 우선 일산화탄소 및 수소(합성가스)를 포함하는 합성가스 블렌드를 수득하기 위하여 열 변환하게 하고, 블렌드를 화학 변환 처리하여 탄소수가 C1 내지 C60인 탄화수소 생성물을 생성하고, 추가적으로, 전체 방법은 (배, 바지선, FPSO, 유조선, 무어드 구조체(moored structure) 등과 같은) 해양 운송수단 시스템의 선상에서 수행될 수 있다.

Description

플라즈마-기반 가스화 복합 화력 발전 플랜트를 갖는 해양 선박{Marine vessel with plasma-based integration gasification combined cycle (IGCC) plant}
일부 탄소를 포함하는 공급 재료 물질을 우선 일산화탄소 및 수소(합성가스)를 포함하는 합성가스 블렌드를 수득하기 위하여 열 변환하게 하고, 블렌드를 화학 변환 처리하여 탄소수가 C1 내지 C60인 탄화수소 생성물을 생성하고, 추가적으로, 전체 방법은 (배, 바지선, FPSO, 유조선, 무어드 구조체(moored structure) 등과 같은) 해양 운송수단 시스템의 선상에서 수행될 수 있다.
종래기술
US 특허 4568522: Grumman Aerospace Corporation
US 특허 6380268: Yakobson, et al.
US 특허 4181504: Technology Application Services Corp.D
US 특허 5280757: Carter; George W. (Ottawa, CA)
US 특허 4644877: Pyroplasma International N.V.
US 특허 4431612: Electro-Petroleum, Inc.
US 특허 6037560: Integrated Environmental Technologies, LLC
US 특허 5878814: Den Norske Stats Oljeselskap A.S. (NO)
US 특허 6518321 : Chevron U.S.A. Inc. (San Ramon, CA)
US 특허 6635681: Chevron U.S.A. Inc. (San Ramon, CA)
US 특허 6797243: Syntroleum Corporation (Tulsa, OK)
US 특허 6732796: Shell Oil Company (Houston, TX)
US 특허 4566961 : The British Petroleum Company p. I.e.
US 특허 4588850: Huels Aktiengesellschaft
US 특허 4536603: Rockwell International Corporation
US 특허 4772775: Sam L. Leach
US 특허 6200430: Edgar J. Robert
US 특허 4406666: Klockner-Humboldt-Deutz AG
US 특허 5177304: Molten Metal Technology, Inc.
US 특허4568522는 이산화탄소와 수소의 합성으로부터 합성 연료를 생산하는 합성연료 생산 배를 개시한다. 합성에 필요한 에너지를 제공하는 핵 발전장치의 사용이 또한 개시된다. 합성가스 블렌드의 형성 및 합성가스 블렌드를 반응으로 통과시켜 합성 연료를 생성하는 것을 포함하는 방법에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않으며 제안되어 있지도 않다.
US 특허 6380268은 전력 플라즈마 반응기를 사용하여 공급 재료로부터 합성 가스를 형성한 다음, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응기를 사용하여 합성가스를 고분자량 탄화수소로 변환하는 공정을 개시한다. 섹션 "발명의 일반적인 교시"에서, 발명은 바지선(barge) 또는 더 큰 선박에 탑재될 수 있다. 공급 재료는 주로 탄소수소 공급원이다. 바지선 또는 더 큰 선박이 어떻게 이 발명과 상호작용하여 플라즈마 반응기의 부분들 또는 그 시설의 임의의 냉각을 실시하는지에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다. 공급 재료로부터 합성가스의 형성을 야기하는 매체로서의 용융 재료가 전혀 개시되어 있지 않다.
US 특허 4181504는 고온 플라즈마를 사용하여 탄소질의 공급 재료를 합성가스로 변환하는 방법을 개시하며, 플라즈마의 전도성 전극의 일부로서 용융 금속을 가열하는 플라즈마를 또한 개시하며, 탄소질의 공급 재료는 중력에 의해서 용융 금속으로 공급되어 합성가스로 기화된다. 개시된 탄소질의 공급 재료는 주로 석탄이다. 발명이 해상선박 상에서 실시된다는 개시는 전혀 없으며 제안되어 있지도 않다.
US 특허 5280757, 4644877, 4431612, 6037560는 열원으로서 플라즈마를 사용하여 폐기물 탈독소화, 처리 및 분해를 실시하는 것을 개시한다. US 특허 5280757, 4644877, 4431612, 6037560에는 해상 선박 상에서 실시하는 것에 대한 개시는 전혀 없으며 제안되어 있지도 않다.
US 특허 5878814는 천연 가스를 선상에서 액화 천연 가스로 변환하는 생산 해양 선박을 개시한다.
US 특허 6518321 및 6635681는 경량 탄화수소 공급 연료를 합성가스로 변환 한 다음, 피셔-트롭쉬 합성을 사용하여 신크루드(syncrude) 탄화수소 생성물을 형성하는 공정을 개시한다.
US 특허 6797243은 장쇄 탄화수소 생성물로의 피셔-트롭쉬 합성을 위한 합성가스의 흡입을 개시한다. 합성가스용 공급 재료는 주로 경량 분자량 탄화수소이다.
US 특허 6732796은 적합한 열분해 변환 온도에서 합성가스로의 탄화수소의 인-시튜(in-situ) 변환을 위한 공정을 개시한다.
US 특허 4566961은 전기 아크를 사용하여 재료를 아크와 접촉시킴으로서 탄소질 재료(석탄)를 저분자량 탄화수소로 변환하고, 또한 형성된 탄화수소의 열을 이용하여 추가적인 재료 변환(고분자량 탄소질 재료를 저분자량 탄화수소로)을 수행하는 것을 개시한다. 변환 방법은 열원으로서 고온 플라즈마를 사용하는 것에 대해 전혀 개시하지 않으며 제안되어 있지도 않다.
US 특허 4588850은 전기 아크 퍼니스(EAF)에 석탄을 사용하여 열원인 전기 아크에 의해 제공되는 열분해 온도에서 석탄을 합성가스 및 아세틸렌으로 변환하는 것을 개시한다. 열이 또한 플라즈마 공정으로부터 유래할 수 있음을 또한 개시한다. 발명을 해양 선박 상에서 실시할 수 있다는 개시는 전혀없으며 제안되어 있지도 않다.
US 특허 4536603은 연소 기체로부터의 열원을 사용하여 석탄을 아세틸렌으로 변환하는 데 사용하는 것이 개시되어 있다.
US 특허 4772775는 열원으로서 전기 아크 플라즈마를 사용하여 물 분무 증기를 수소와 산소로 분리하고 재조합된 수소 및 산소를 초-가열된(super-heated) 증 기 생성물을 형성하게 하는 것을 개시한다.
US 특허 6200430은 합성 기채를 생산하는 3-단계 전기 아크 기화기 공정의 사용이 개시된다.
US 특허 4406666은 용융 금속 조에서 탄소를 기화하여 합성 기체 생성물을 생산하고, 반응기의 용융 금속 조는 주기적으로 스위벨(swivel)이 되도록 제조되는 것을 개시한다. 발명을 해양 선박 상에서 실시하는 것은 전혀 개시되어 있지 않으며 제안되어 있지도 않다.
US 특허 5177304 및 관련 패밀리 특허는 용융 금속을 사용하여 폐기 재료를 포함하는 탄소를 처리는 반응기를 개시하며, 후속 패밀리 특허는 용융 금속 및 탄소질 재료 사이의 촉매/열 반응에서 용융 금속이 주된 매질인 다양한 반응기 디자인을 개시한다. 발명을 해양 선박 상에서 실시하는 것은 전혀 개시되어 있지 않으며 제안되어 있지도 않다.
배경기술
현재, 세계의 몇몇 고도 성장 지역에서 산업적 그리고 경제적 발전을 위해 에너지의 전례없는 전세계적인 수요가 존재하고, 그리고 이러한 수요는 많은 경우에 미가공(crude), 천연 가스 및 석탄을 포함하는 화석-유래 에너지원의 총 생산 능력을 초과해 왔다.
대안적인 에너지원, 즉 핵, 바이오매스(biomass), 바람, 태양, 지 열(geothermal) 및 수력(hydro) 유래 에너지 풀(pools)이 에너지 공급/수요 평형에 계산될(factored) 때, 여전히 수요가 생산 능력을 초과할 수 있다. 화석 에너지원은 현재, 이의 수요 시장으로부터 실질적으로 훨씬 멀리 있는, 멀리 떨어진(far-flung) 지역에서 더욱더 조사(explored) 및 채굴되고, 그리고 일부 환경에서, 이러한 에너지원은, 전체적인 작업 환경이 어려울 수 있는 지역에서 발견된다. 천연 가스 조사 및 개발 분야에서, 실질적인 기술이 가스 액화를 위해, 천연 가스를 보다 고농도의(denser) 액화된 천연 가스(LNG)로, 또는 해양 선박(marine vessels)을 사용하여 수송하기 더 쉬운 탄화수소로 바로 전환시키기 위해 개발되어 왔다.
이러한 탄화수소는 메탄올, 경량 올레핀(light olefins), 가솔린, 디젤, 중질 왁스(heavy wax) 등을 포함할 수 있다. 오일 산업을 위해 발전된 상류(upstream) 기술은, 단지 십년전에는 불가능했던 깊이로 시추할(drill) 수 있는 해양 선박(해양석유 리그(offshore oil rig), 해저 플랫폼(submersible platform) 등), 및 다양한 정련(refinery) 및 저장 기능을 수행할 수 있는 전용(dedicated) FPSO(부유식 생산 저장 및 하역(loating production storage and offloading))와 같은 다양한 하류 기술을 포함한다.
에너지 환경은 경쟁적이고 그리고 때때로 도전적인 반면, 큰 잠재력이 북극/남극 지역을 포함하는 세계의 여전히 개발되지 않은 영역들에서 발견될 수 있으며, 여기서 발견되지 않은 오일 및 가스 보존량(reserves)은 총 세계 공급물의 25%로 추정된다. 역청암(tar sands) 및 혈암유(shale oil) 발견 영역에서 상당히 개발되어, 합성원유(syncrude)(합성 미가공물(synthetic crude))을 얻어왔다.
부가적으로, 세계의 거의 모든 주요 부분에서 온도 상승의 명백한 가속화가 점차 실현되어, 이산화탄소(CO2)와 같은 열 트래핑 가스의 연속 사용 및 연이은 오염이, 환경 규제 영역에서 기술의 극적인 수행, 방출 조절, 탄소 격리(sequestration)/저장, 및 회복가능한 자원에서 유래된 연료의 단순 사용 없이 지속될 수 없다는 것을 대중에게 확신시켰다.
지구 중앙 온도의 약간의 상승이 특히 근해 지역에 대한 해수 수준 재조정 및 홍수량 변화를 유발할 수 있고, 그리고 이 때문에, 이러한 장소들에 또한 위치된 다수의 도시 인구 센터들에서는, 전력(power generation), 수송(transport), 공장 및 제조 설비를 포함하는 이들의 산업 인프라구조에서와 함께, 산업화된 국가(states)의 이러한 중요한 면들(facets)이, 언급된 작용이 덜 두드러진 위치로 잠재적으로 대규모로 위치 이동(potentially massive shift in locating)할 것으로 현재 예상된다.
해양 선박은 대륙 및 광대한 거리 간에 이동할 수 있는 컨테이너 배(container ships)로부터 물(body of water)에 단순 정박되거나 또는 닻으로 고정되는 해양 선박(maritime vessel), 이를 테면 저장 플랫폼 또는 원유와 같은 에너지 자산의 저장소 기능을 할 수 있는, 또는 바다의 깊이 내에 깊이 발견된 에너지 저장소의 시추를 실시하기 위한 저장 플랫폼 또는 배에 이른다. 에너지 수송을 실시하는 배에 추가로, 에너지를 시추하고 그리고 추출할 수 있는 선박, 그리고 추가로 천연 가스와 같은 추출된 에너지를 보다 고농도이거나 또는 보다 적합한 형태 로, 이를 테면 메탄올, LNG 등으로 전환시킬 수 있는 "생산(production)" 선박이 존재한다.
용어들의 정의
본원 명세서의 목적 및 청구항들에 대하여 용어들은 아래와 같이 이해될 것이다:
해양 선박 또는 배 또는 선박
여하한의 부양 구조체, 운송수단, 플랫폼, 및/또는 해상 플랫폼(offshore platform)을 지칭한다. 해수, 담수, 또는 해수 및 담수에서 작동될 수 있다. 통상적으로 배를 지칭하며, 원양 항해 선박(ocaen-going vessel), 바지선(barge), 선체-선박(hull-vessel), 선체, 유조선(tanker), 화물선(cargo ship), 초대형 유조선(VLCC: very large crude carrier), 부유식 원유생산저장하역 설비(FPSO: floating production, storage and off-loading vessel), 해상 플랫폼들[반잠수식(semi-submersible), 잠수식(submersible), "해저석유굴착장치(rigs)"]은 해상 선박 또는 선박의 상기 정의에 포함된다. 또한, 잠수함(들)은 상기 용어 "잠수식 플랫폼" 또는 선박과 같은 정의에 포함된다.
플라즈마 생산 디바이스, 또는 플라즈마 생산 장치, 또는 플라즈마 시스템
전기 아크, 생산 플라즈마를 통해 유동 가스가 흐르는 여하한의 디바이스 또는 시스템을 지칭한다. 플라즈마는 안정된 분자들이 분리되는 경우(전기 아크에 의한 경우)에 생성되는 이온들, 전자들 및 중성 입자들의 혼합물이다. 상기 전기 아크는 두 개의 전극들, 양극(+) 및 음극(-) 사이에서 형성된다. 플라즈마-생산 디바이스의 변화들은 전극 어셈블리, 유동 가스의 종류(공기, 아르곤, 이산화탄소 등), 플라즈마 아크 횃불들(plasma arc torches), 및 전원 공급 요건들(교류 대 직류 전류 등) 내에서 있을 수 있다.
가스화 또는 열분해(Gasification or pyrolysis)
열적 가열 동작 이전에 물질 내에 처음부터 존재하는 요소들을 포함하는 가스 블렌드(gas blend)를 산출하기 위하여 물질에 대한 여하한의 열적 가열 동작 또는 과정을 지칭한다. 탄소 및 습기를 포함하는 물질들에서, 일산화탄소 및 수소가 이러한 열적 가열 동작으로부터 생성된다. [이산화탄소 등과 같은 여타의 가스들과 더불어] 이러한 일산화탄소(CO), 수소(H2)의 가스 혼합물은 통상적으로 "합성가스(Syngas)"라고 지칭된다. 일반적으로, 탄소질의 물질/공급 재료는 열적 수단에 의해 합성가스 블렌드(a syngas blend)로 전환될 수 있다. 가스화 또는 열분해는 공급 재료를 합성 가스로 전환하는 과정을 설명하는 것으로 서로 교환될 수 있다.
플라즈마 가스화 또는 플라즈마 열분해
합성가스를 산출하기 위하여 물질 (또는 공급 재료)에 대한 플라즈마 생성 디바이스, 또는 플라즈마 생성 장치, 또는 플라즈마 시스템(상기 참조)에 의해 형성되는 여하한의 열적 가열 동작을 지칭한다.
탄소질의 공급 재료 또는 공급 재료
탄소질의 여하한의 물질을 지칭한다. 물질 또는 공급 재료는 여하한의 형태일 수 있으며, 자연적으로 발생하거나 합성한 물질, 또는 양자 모두 일 수 있으며, 고체, 액체 및 기체와 같은 물질의 대부분의 형태는 공급 재료 또는 물질 또는 탄소질의 물질 또는 탄소질의 공급 재료의 용어들 내에 포함된다. 생물량(biomass), 도시 쓰레기(municipal waste), 도시 고체 쓰레기(MSW: municipal solid waste), 폐기물(scrap wate material), 침전물(sludge), 해양 침전물, 폐오일(waste oil), 폐침전물(waste sludge), 고철(scrap metal), 목재, 석탄, 갈탄(lignite), 폐석탄, 탄소 가루(carbon black), 고무, 폐고무(scrap rubber material), 고형화 고무(rubber derived material), 나뭇조각, 숯, 유리, 종이, 고형화 쓰레기(refuse derived material), 고형화 연료(RDF: refused derived fuel), 모래, 토양(soil material), 입상 물질(granular particles), 타르 샌드(tar sands), 혈암유(shale oil), 이탄(peat), 천연 가스, 석유, 원유(crude oil), 오일 왁스(oil wax), 하수, 잔디, 폐 농작물(agriculture derived waste), 폐 짐승(animal derived waste)은 모두 탄소질의 공급 재료의 이러한 정의의 일 부분으로서 고려될 수 있다.
탄화수소, 또는 탄화수소 생성물
C1 내지 C4, 또는 C5 내지 C10, 또는 C11 내지 C20, C21 내지 C30, 또는 C31 내지 C60 사이의 탄소 수를 포함하는 탄화수소 생성물을 지칭하며, 또한 C1 내지 C4, 또는 C5 내지 C10, 또는 C11 내지 C20, C21 내지 C30, 또는 C31 내지 C60 사이의 탄소 수를 포함하는 탄소-기반 연료들을 포함하며, 또한 휘발유, 디젤, 등유, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 합성 천연 가스, 메탄올, 경량 올레핀(light olefins), 옥소-알콜(oxo-alcohols), 에탄올을 포함한다.
합성가스 또는 합성-가스 또는 합성 가스(Syngas or syn-gas or synthetic gas)
일산화 탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 여하한의 가스 블렌드를 지칭하며, 또한 이산화 탄소(CO2)의 일부분 및 여타 요소들을 포함할 수 있다. 합성가스는 입방 피트 당 75 내지 350 BTU 사이의 열량 단위(a heating value)를 갖는다 - 그러나, BTU 값들은 다양할 수 있고, 가스 요소 구성 비율에 따라 주어진 범위를 초과할 수 있다.
전기분해(Electrolysis)
이는 물, 해수 또는 임의의 액체 또는 유체 또는 증기상 가스 혼합물(mixture)를 성분 요소로 분해(split)할 수 있는 어떠한 디바이스 또는 시스템을 지칭한다. 성분 요소로의 분해 방법은 전기, 전기화학, 열적 또는 이들의 조합일 수 있다.
전기 전력 또는 전기 전류
이는 전압(또는 전기적 에너지)의 공급을 지칭하며, 직류(DC) 또는 교류(AC)를 포함할 수 있다. 전압은 특정 전압 위상을 추가적으로 포함하여 이루어질 수 있다.
선박 전력플랜트(Vessel powerplant)
이는 주요 이동 디바이스 또는 시스템 또는 선박(해양 선박)의 엔진으로서 일반적으로 선박에 추진력을 공급하는 것을 책임지는 것을 지칭하며, 프로펠러 셀프(propeller shalf)를 엔진에 커플링시키는 (종종 해양 드라이브라고도 불리는) 기계 시스템을 특징으로 할 수 있다. 프로펠러 구동 추진이 없는 해양 선박에 대하여, 해양 드라이브는 인터페이스일 수 있으며, 전력 플랜트로부터 생성된 에너지는 선박용 추진으로 변환된다.
전력플랜트
이는 임의의 전력 생성 디바이스 또는 시스템을 지칭한다. 디바이스 또는 시스템은 전력플랜트의 타입에 따라 기계적 전력 또는 전기적 전력 또는 이 둘 모두를 생성할 수 있다. 상호 피스톤 엔진, 가스 터빈, 증기 터빈, 보조 제너레이터 유닛, 퓨얼 셀, 밧데리 시스템, 로터리 엔진, (증기 터빈과 같이) 에너지 변환 장치와 커플링되는 연소 보일러를 포함할 수 있다.
유도 가열 장치(Induction heating apparatus) /전기 유도 가열로(electric induction heat furnace)
이는 AC 전력원으로부터 파워되는 유도 코일을 이용하는 노(furnace)를 일반적으로 포함하여 이루어지는 디바이스를 지칭한다. 코일을 통해 흐르는 교류 전류는 이러한 노의 도가니(furnace's crucible) 내부에 놓인 전기적으로 전도성인 차지(charge)에 인가되는 자기장을 형성한다. 이러한 자기장에 의하여 차지 내에 유도된 와류 전류(eddy current)는 차지를 가열, 용융 및 과열시키는데 사용된다. 본 발명의 실시예들에 따라서 전도성 차지가 탄소질의 공급재료의 가열을 수행하는 가열 매체로서 채택될 수 있도록 수정 내지 개조가 이루어질 수 있다.
전기 아크로(Electric Arc Furnace: EAF)
이는 전기 아크를 사용하는 차지 메탈(charge metal)을 가열하는 노를 지칭한다. 차지 메탈은 결국 용융되어 용융된 배스(molten melt bath)를 형성한다. 노 내에서 전기 아크를 형성하기 위하여 무수한 디자인들이 고안될 수 있다. 철 및 제철 산업에서 채택되는 EAF는 주로 전기적 아크 형성을 야기하는 탄소-기저 전극(carbon-based electrode)을 특징으로 한다.
차지 메탈(Charge metal)
금속성 재료 또는 비유사 금속 혼합물은 일반적으로 노 디바이스 내에서 용융된 형태로 함께 녹여진다. 금속들은 철, 구리, 강철, 주석, 금속성 합금 등을 포함할 수 있다.
열적 변환 플랜트
이는 탄소질의 공급재료를 CO와 H2를 포함하는 합성가스 블렌드(Syn gas blend)로의 변환을 수행하도록 해양 선박 선상에 구비된 시스템을 지칭하며, 이러한 열적 변환 플랜트는 해양 선박의 다양한 서브시스템 및 부분 또는 본 발명의 전체 공정 중 기타 관련 플랜트 시스템과 작동적으로 연결되거나 연통될 수 있다. 열적 변환 플랜트는 대류, 복사, 전도에 의하거나 또는 이들의 조합에 의하여 변환 공정을 야기하는 주로 열 에너지를 사용한다.
화학적 반응 유닛/화학적 반응 플랜트
이는 합성가스 블렌드로부터 사전 설정된 탄화수소 생성물(hydrocarbon product)의 생성 또는 변환을 수행하도록 해양 선박 선상에 구비된 시스템을 지칭한다. 화학적 반응 유닛은 열적 변환 플랜트와 작동적으로 연결되거나 연통될 수 있다. 변환 공정은 탄화수소로의 변환 공정을 돕기 위하여 촉매성 재료 또는 매체를 이용하거나 또는 이용하지 않을 수도 있다.
발명의 개요
제조 및 분포가 선상에서 구현되는 해양 선박을 이용한 적어도 1 이상의 원격의 장소로 탄화수소 생성물의 분배 및 제조의 공정.
(적절히 적합화된 부력 운송수단(floatation vehicle)과 같은) 해양 선박은 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 적재 톤수까지 탄소질의 공급 재료의 흡입 및 적재를 수행하며, 이는 포트 터미널 설비, 제 2 해양 선박, 또는 해상 플랫폼(offshore platform)과 같은 부력 터미널/구조체, 또는 지면-기반/육상 설비일 수 있다. 공급 재료는 열 건조(수분 감소) 또는 유체 분사(fluid spraying) 또는 스팀분사(steaming)(수분 증가)에 의해 수분 함량을 감소시키거나 증가시키는 것을 포함하여 사전처리될 수 있다. 또한, 공급 재료는 그라인더 디바이스(grinder device)에 의해 물리적인 크기로 감소될 수 있거나 적절한 체 크기(sieve size)로 가루화될 수 있다. 공급 재료의 감소는 열 변환 플랜트에서 변환 단계 동안에 합성가스 블렌드(Syngas blend)로 변환될 수 있는 표면적을 확대할 것이다.
그 후, 사전처리된 공급 재료는 열 변환 플랜트로 통과되어, 공급 재료가 CO 및 H2를 포함하는 합성가스 블렌드로 열적으로 변환되게 하지만, 합성가스 블렌드는 사용되는 공급 재료의 조성 및 근사/원소 분석(proximate/ultimate analysis)에 의존하여 CO2 등과 같은 추가 가스들로 구성될 수 있다(본 발명은 공급 재료가 변환을 위해 수집된 위치에 의존하여 상이한 공급 재료 타입들의 혼합물을 사용할 수 있다).
합성가스 블렌드는 가스 "세정" 단계를 거칠 수 있으며, 여기서 추가 가스들이 허용가능한 레벨로 제거되고 화학 반응 유닛/시설 안으로 통과되며, 여기서 합성가스는 통상적으로 촉매의 도움으로 탄화수소 생성물로 변환된다. 촉매의 선택, 반응 압력, 반응 유닛에서의 잔류 시간(residency time), 합성가스 공급-스팀의 온도는 특정 분자량의 탄화수소 형성을 결정할 것이다. 그 후, 탄화수소 생성물이 격리되거나 선박의 선상에서 저장을 위해 수집되며, 이는 이후 원격의 장소로 전달되거나 분배된다. 해양 선박은, 선상의 열 변환 플랜트, 화학 반응 유닛 및 해양 선박 시스템을 이용하여 탄소질의 공급 재료를 사전설정된 생성물으로 변환시키면서, 이와 동시에 원격의 장소로 상기 생성물의 전달을 수행한다.
도 1은 해양 선박, 제 1 원격의 장소 및 제 2 원격의 장소를 포함하는 본 발명의 개략도이다. 상기 해양 선박은 제 1 원격의 장소로부터 상기 선박으로 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 상기 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스 블렌드로 변환시킨 다음, 합성가스를 제 2 원격의 장소로 전달 및 분배되는 사전설정된 탄화수소 생성물로 변환시킨다.
도 2는 해양 선박 - 적어도 하나의 열 변환 플랜트 및 적어도 하나의 화학 반응 유닛을 더 포함함 - 을 포함하는 본 발명의 개략도이다. 상기 열 변환 플랜트는 탄소질의 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스 블렌드로 변환시키며; 상 기 화학 반응 유닛은 상기 합성가스를 사전설정된 탄화수소 생성물로 변환시킨다.
도 1을 참조하면, 해양 선박(2)은 제 1 원격의 장소(1)로부터 탄소질의 공급 재료(A)의 흡입 및 적재를 수행한다. 제 1 원격의 장소(1)는 지상 기반 육상 플랜트이거나, 제 2 해양 선박이거나, 해상 플랫폼이거나 또는 플로팅 터미널 플랫폼(floating terminal platform)일 수 있다. 공급 재료(A)가 상기 선박(2)에 완전하고 만족스럽게 적재되었으면, 지정된 제 2 원격의 장소(3)로의 항해를 시작한다. 또한, 상기 선박(2)은 동시에 탄소질의 공급 재료(A)를 탄화수소 생성물(B)로 변환시키며, 이는 제 2 원격의 장소(3)로 전달 및 분배된다. 선박(2)은 탄화수소 생성물(B)을 생성하기 위해 소모되는 공급 재료(A)를 보충하기 위하여 제 2 원격의 장소(3)로부터 추가적인 탄소질의 공급 재료(A)의 제 2의 흡입을 수행할 수 있다. 추가적으로, 해양 선박(2)은 또한 공급 재료(A)를 보충하는 동시에, 탄화수소 생성물(B)을 제 2 원격의 장소(3)로 분배한다.
도 1 및 2를 참조하면, 해양 선박(4)(도 2)은 탄소질의 공급 재료(A)(도 1)를 열 변환 플랜트(5)(도 2)로 보내고 상기 공급 재료(A)(도 1)를 합성가스(7)(도 2)로 변환시킴으로써 상기 공급 재료(A)(도 1)를 탄화수소 생성물(B)(도 1)으로 변환시키며, 상기 합성가스(7)(도 2)는 CO, H2를 포함하고 그 자체가 산업적으로 가치있는 생성물이다. 합성가스(7)(도 2)는 합성가스(7)(도 2)를 탄화수소 생성물(B)(도 1)로 변환시키기 위해 화학 반응 유닛(6)(도 2) 내로 전달된다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위 내의 수정들이 유효하다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 상술된 예시의 방법으로 기술된 특정 실시예들로만 국한되는 것이 아니라는 점을 이해해야 한다.

Claims (22)

  1. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 공정은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질(carbonaceous)의 공급 재료(feedstock)를 흡입하고 ,
    선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 공급 재료를 변환하고,
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박이 생성물을 선박으로부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 플라즈마 생산 장치에 공급하는 가스의 흡입을 수행하고 ,
    (b) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크(electric arc)를 통하여 유동시켜 고온의 플라즈마를 생산하고,
    (c) 고온 플라즈마의 사전설정된 접촉 인접 영역(contact vicinity area) 내 로 공급재료를 가져옴으로써 탄소질의 공급 재료는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환되고
    (d) 해양 선박은 해수의 흡입을 수행하며 그리고 열 변환 플랜트의 사전설정된 부분의 냉각을 수행하기 위하여 열 교환 장치에서 해수를 사용하며,
    (e) 선상의 발전소에 순응된 해양 선박은 전력을 생성하고 상기 전력을 전력 공급 유닛에 공급하며,
    (f) 열 변환 플랜트는 상기 전력 공급 유닛을 더 포함하고,
    (g) 전력 공급 유닛은 열 변환 플랜트에 사전설정된 직류 공급을 형성하고 조절함을 특징으로 하는 공정.
  3. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 공정은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고 합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하고, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 가스의 흡입(intake)을 수행하고,
    (b) 상기 가스를 사전설정된 온도 범위로 예열(pre-heating)하고,
    (c) 상기 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통하여 통과하여 유동시켜 고온의 플라즈마를 생산하고,
    (d) 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 공급 재료를 합성가스 블렌드로의 열 변환을 일으킴을 특징으로 하는 공정.
  5. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 방법은 다음을 포함함:
    상기 해양 선박은 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 플라즈마 생산 장치에 공급되는 가스의 흡입을 수행하고,
    (b) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통하여 유동시켜 고온 플라즈마를 생산하고 ,
    (c) 탄소질의 공급 재료는 공급 재료를 고온 플라즈마의 사전설정된 접촉 인접 영역(contact vicinity area) 내로 가져옴으로써 합성가스 블렌드로 변환되고
    (d) 해양 선박은 해수의 흡입을 수행하며 그리고 열 교환 장치에서 해수를 사용하여 열 변환 플랜트의 사전설정된 부분의 냉각을 수행하고,
    (e) 선상의 발전소에 적응된 해양 선박이 전력을 생성하고 상기 전력을 전력 공급 유닛에 공급하고,
    (f) 열 변환 플랜트는 상기 전력 공급 유닛을 더 포함하고,
    (g) 전력 공급 유닛은 열 변환 플랜트에 사전설정된 직류 공급을 형성하고 조절함을 특징으로 하는 방법.
  7. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 방법은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 가스의 흡입을 수행하고,
    (b) 상기 가수를 사전설정된 온도 범위로 예열 하고,
    (c) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통하여 유동시켜 고온 플라즈마를 생산하고,
    (d) 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 공급재료의 합성가스 블렌드로의 열변환을 일으킴을 특징으로 하는 방법.
  9. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 공정은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 공급 재료를 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 열 생산 시스템을 포함하고, 그리고
    (a) 탄소질의 공급 재료를 열 생산 시스템의 사전설정된 접촉 인접 영역(contact vicinity area)으로 가져가 공급재료의 합성가스 블레드로의 열 변환을 일으키고,
    (b) 열 변환 플랜트는 열 회수 장치를 더 포함하며 합성가스(syngas) 블렌드는 합성가스 블렌드로부터 열 에너지의 회수를 위하여 상기 장치로 통과되며,
    (c) 열 회수 장치는 선박의 해양 구동(drive)과 연통(communications)하여 회수된 열 에너지를 사용하여 선박의 추진을 수행하고,
    (d) 합성가스(syngas) 블렌드는 회수 장치로부터 화학 반응 유닛으로 통과됨을 특징으로하는 공정.
  11. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생 성물로서, 상기 제조 및 분배 방법은 다음을 포함함:
    선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    공급 재료를 선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 열 생산 시스템을 포함하며, 그리고
    (a) 탄소질의 공급 재료를 열 생산 시스템의 사전설정된 접촉 인접 영역으로 가져가서 공급 재료를 합성가스 블렌드로의 열 변환을 일으키고,
    (b) 열 변환 플랜트는 열 회수 장치를 더 포함하며 그리고 합성가스(syngas) 블렌드는 합성가스(syngas) 블렌드로부터 열 에너지의 회수를 위하여 상기 장치로 통과되며,
    (c) 열 회수 장치는 선박의 해양 구동(drive)과 연통(communications)하여 회수된 열 에너지를 사용하여 선박의 추진을 수행하고,
    (d) 합성가스(syngas) 블렌드는 회수 장치로부터 화학 반응 유닛으로 통과됨 을 특징으로하는 공정.
  13. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 공정은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    공급 재료를 선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 가스의 흡입을 수행하고,
    (b) 플라즈마 생산 장치에 교류(alternating current)를 공급하고,
    (c) 플라즈마 생산 장치에 사전설정된 전압 상(voltage phase)의 전압을 공급하고,
    (d) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통과하여 유동시켜 고온 플라 즈마를 생산하고 ,
    (e) 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 공급재료의 합성가스 블렌드로의 열변환을 일으킴을 특징으로 하는 공정.
  15. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 방법은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    공급 재료를 선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 가스의 흡입을 수행하고,
    (b) 플라즈마 생산 장치에 교류를 공급하고,
    (c) 플라즈마 생산 장치에 사전설정된 전압 상의 전압을 공급하고,
    (d) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통하여 유동시켜 고온 플라즈마를 생산하고,
    (e) 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 공급재료의 합성가스 블렌드로의 열변환을 일으킴을 특징으로 하는 방법.
  17. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 공정은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    공급 재료를 선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 플라즈마 생산 장치에 공급하기 위하여 가스의 흡입을 수행하고,
    (b) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통하여 유동시켜 고온 플라즈마를 생산하고,
    (c) 탄소질의공급 재료는 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 합성가스(syngas) 블렌드로 변환되고,
    (d) 해양 선박은 해수의 흡입을 수행하며 그리고 열 변환 플랜트에 조작 가능하게(operationally) 연결된 냉각 시스템에서 해수를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 해양 선박의 선상에서 제조되며 복수의 원격의 장소로 분배되는 탄화수소 생성물로서, 상기 제조 및 분배 방법은 다음을 포함함:
    해양 선박이 제 1 원격의 장소로부터 사전설정된 탄소질의 공급 재료의 흡입을 수행하고, 그리고
    공급 재료를 선상의 열 변환 플랜트를 사용하여 CO 및 H2를 포함하는 합성가스(syngas) 블렌드로 변환하고, 그리고
    합성가스(syngas) 블렌드를 선상의 화학 반응 유닛으로 통과시켜 사전설정된 탄화수소 생성물을 형성하고, 그리고
    선박은 생성물을 선박으로 부터 제2 원격의 장소로 전달함.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 열 변환 플랜트는 하나 이상의 플라즈마 생산 장치 를 포함하며, 그리고
    (a) 열 변환 플랜트는 가스의 흡입을 수행하여 플라즈마 생산 장치에 공급하고,
    (b) 가스를 플라즈마 생산 장치의 전기 아크를 통과하여 유동시켜 고온 플라즈마를 생산하고,
    (c) 탄소질의 공급 재료는 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 합성가스 블렌드로 변환되고,
    (d) 해양 선박은 해수의 흡입을 수행하며 그리고 해수를 열 변환 플랜트에 조작 가능하게(operationally) 연결된 냉각 시스템에서 사용함을 특징으로 하는 방법.
  21. 탄화수소 생성물의 생산 및 분배 공정으로서, 다음의 단계를 포함하는 탄화수소 생성물의 생산 및 분배 공정:
    바다의 운송수단이 제 1 원격의 장소로부터 탄소질의 공급 재료를 수신하고,
    공급 재료를 선상의 합성가스(syngas) 시설에서 CO 및 H2를 포함하는 합성가스 블렌드로 변환하고,
    합성가스 블렌드를 선상의 업그레이딩 반응기(upgrading reactor)에서 합성 연료 생성물으로 변환하고,
    상기 생성물을 빼내어 제2 원격의 장소로 분배하고,
    상기 생성물은 제 1로부터 제2 원격의 장소로의 여행동안에 운송수단의 선상에서 제조됨.
  22. 제 1 항에 있어서,
    (a) 합성가스(syngas) 시설은 하나 이상의 플라즈마 생산 장치에 조작 가능하게(operationally) 연결되고,
    (b) 상기 장치는 플라즈마를 생산하고, 그리고
    (c) 합성가스(syngas) 시설은 플라즈마의 열 에너지를 사용하여 공급재료를 합성가스 블렌드로 변환함을 특징으로 하는 공정.
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