KR20110008435A - 개선된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트 및 이에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법 - Google Patents

개선된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트 및 이에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법 Download PDF

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Abstract

메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서, 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 저장하는 메탄치환제 저장탱크와, 상기 메탄치환제 저장탱크로부터 메탄하이드레이트층 내로 상기 메탄치환제를 주입하는 메탄치환제 주입라인과, 상기 메탄하이드레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트의 메탄이 상기 메탄치환제와 치환되어 발생되는 메탄가스를 상기 플랜트로 흡입하는 메탄가스 흡입라인과, 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 개질반응기와, 상기 개질반응기에서 개질반응되어 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올을 생성하는 메탄올 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트가 개시된다.
Figure P1020090065789
메탄올, 메탄하이드레이트, 메탄치환제, 메탄치환제 저장탱크, 메탄치환제 주입라인, 메탄가스 흡입라인

Description

개선된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트 및 이에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법{Improved Methanol FPSO Plant And Method For Extracting Methane Gas From Methane Hydrate Layer By The Same}
본 발명은 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하여 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(LNG FPSO(Floating Production, Storage and Offloading) Plant)는 해저의 천연가스층으로부터 천연가스를 직접 채굴하여 초저온에서 보관, 운송하는 해상 플랜트를 말한다. 그러나, LNG 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 천연가스를 채굴하기에 적합한 천연가스전의 수가 제한적이고, 그 채굴 가능 기간이 60여년 밖에 되지 않는다. 그래서, LNG 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 메탄올을 생산하기 위한 자원으로서 천연가스를 대신할 수 있는 새로운 에너지 자원을 개발할 필요성이 있다.
또한, LNG FPSO에서 생산한 LNG는 초저온상태에서 보관, 운송이 되므로, 비용이 많이 상승하게 되는 문제점이 있다.
한편, 메탄하이드레이트(Methane Hydrate)는 해저나 빙하 아래에서 메탄과 물이 높은 압력으로 인해 얼어붙어 얼음 형태의 고체상 격자구조로 형성된 연료로서, 메탄이 주성분이며, 보통 대륙 연안 1천m의 깊은 바닷속에 매장되어 있는데, 그 양이 매우 많아서 차세대 대체연료로 주목받고 있지만, 깊은 바다 밑에 매장되어 있어 채취에 따른 기술적 어려움과 경제성의 문제점이 있다.
또한, 지구 온난화 현상을 유발하는 이산화탄소의 배출이 전세계적으로 규제되므로, 국가나 기업에서는 이산화탄소를 배출하지 못하고 보관하고 있는데, 이렇게 보관된 이산화탄소의 처리가 곤란한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 메탄하이드레이트층으로부터 메탄하이드레이트를 메탄가스의 형태로 추출하여 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트 및 이에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법을 제공하는 것을 그 주된 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 국가나 기업에서 배출하지 못하고 보관하고 있는 이산화탄소를 처리하는 것을 다른 하나의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 메탄가스를 메탄올로 만들기 위해 개질반응시키는 도중에 발생되는 이산화탄소를 처리하는 것을 또 다른 하나의 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서, 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 저장하는 메탄치환제 저장탱크와, 상기 메탄치환제 저장탱크로부터 메탄하이드레이트층 내로 상기 메탄치환제를 주입하는 메탄치환제 주입라인과, 상기 메탄하이드레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트의 메탄이 상기 메탄치환제와 치환되어 발생되는 메탄가스를 상기 플랜트로 흡입하는 메탄가스 흡입라인과, 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄 가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 개질반응기와, 상기 개질반응기에서 개질반응되어 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올을 생성하는 메탄올 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트가 제공된다.
상기 메탄치환제는 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소인 것이 바람직하다.
상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에는 혼합 탱크가 설치되고, 상기 개질반응기의 후단에서 상기 혼합 탱크까지는 상기 개질반응기에서 메탄가스를 개질반응시키는 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 상기 혼합 탱크에 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인이 설치된 것이 바람직하다.
상기 개질반응기의 전단에는 메탄가스와 해수를 분리하는 분리기가 포함되는 것이 바람직하다.
액체 상태의 메탄올을 저장하는 메탄올 저장탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.
천연가스층으로부터 천연가스를 흡입하여 상기 개질반응기로 공급하는 천연가스 흡입라인을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응기인 것이 바람직하다.
상기 스팀 개질반응기로 스팀을 공급하는 스팀 발생기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 산소와 부분산화 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 부분산화 개질반응기인 것이 바람직하다.
상기 부분산화 개질반응기로 산소를 공급하는 산소 발생기를 포함하는 것을 것이 바람직하다.
상기 산소 발생기에서 상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크까지는 상기 산소 발생기에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 상기 혼합 탱크에 공급하는 메탄치환용 질소 공급라인이 설치된 것이 바람직하다.
상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 이산화탄소 개질반응기인 것이 바람직하다.
상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크에서 상기 이산화탄소 개질반응기까지는 상기 혼합 탱크의 이산화탄소를 상기 이산화탄소 개질반응기로 공급하는 개질반응용 이산화탄소 공급라인이 설치된 것이 바람직하다.
상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 및 이산화탄소 개질반응기인 것이 바람직하다.
상기 스팀 및 이산화탄소 개질반응기로 스팀을 공급하는 스팀 발생기를 포함하고, 상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크에서 상기 스팀 및 이산화탄소 개질반응기까지는 상기 혼합 탱크의 이산화탄소를 상기 스팀 및 이산화탄소 개질반응기로 공급하는 개질반응용 이산화탄소 공급라인이 설치된 것이 바람직하다.
상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 스팀 및 산소와 자열 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 자열 개질반응기인 것이 바람직하다.
상기 자열 개질반응기로 스팀을 공급하는 스팀 발생기와, 상기 자열 개질반응기로 산소를 공급하는 산소 발생기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산소 발생기에서 상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크까지는 상기 산소 발생기에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 상기 혼합 탱크에 공급하는 메탄치환용 질소 공급라인이 설치된 것이 바람직하다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 메탄가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한 다음 이렇게 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시킴으로써 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법으로서, 상기 플 랜트로부터 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트 내의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 메탄하이드레이트층 내로 주입하고, 상기 메탄하이드레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트 내의 메탄이 상기 메탄치환제와 치환되어 발생되는 메탄가스를 상기 플랜트에서 개질반응시키도록 상기 플랜트로 흡입하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법이 제공된다.
상기 메탄치환제로서 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 메탄하이드레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트 내의 메탄이 상기 이산화탄소와 치환되어 발생되어 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한 다음, 상기 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올을 만들고, 상기 메탄가스를 개질반응시키는 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하는 것이 바람직하다.
이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소와, 개질반응 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소를 혼합하여 상기 메탄하이드레이트층 내로 주입하는 것이 바람직하다.
상기 개질반응은 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응인 것이 바람직하다.
상기 개질반응은 메탄가스를 산소와 부분산화 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 부분산화 개질반응인 것이 바람직하다.
부분산화 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정 에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 사용하는 것이 바람직하다.
이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소와, 부분산화 개질반응 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소와, 부분산화 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 혼합하여 상기 메탄하이드레이트층 내로 주입하는 것이 바람직하다.
상기 개질반응은 메탄가스를 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 이산화탄소 개질반응인 것이 바람직하다.
상기 개질반응은 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 및 이산화탄소 개질반응인 것이 바람직하다.
상기 개질반응은 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응인 것이 바람직하다.
자열 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 사용하는 것이 바람직하다.
자열 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를, 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소 및 자열 개질반응 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소와 혼합하여 상기 메탄하이드레이트층 내로 주입하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 깊은 바다속에 매장된 메탄하이드레이트를 메탄가스의 형태로 추출하는 것이 가능하므로, 메탄하이드레이트의 직접 채취에 따른 기술적 어려움과 경제성의 문제가 해결될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 이산화탄소를 메탄하이드레이트층 내의 메탄하이드레이트의 메탄과 치환반응함으로써 해저의 메탄하이드레이트층 내에 저장하므로, 이산화탄소 배출 규제에 따른 이산화탄소의 처리 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 천연가스를 메탄올로 만들기 위해 개질반응시키는 도중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로 사용하므로, 별도의 이산화탄소 흡수장치를 플랜트에 설치하지 않고도 개질반응 공정 중에 발생하는 이산화탄소를 처리할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.
도면에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트 내에 설치되는 구성요소들을 블럭으로 표시하였다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다. 제1 실시예에서는, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서 스팀 개질반응형(Steam Reforming Type)의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트를 예를 들어 설명하고 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 스팀 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(100)는, 해저의 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하여 스팀 개질반응시킨 다음 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 스팀 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(100)는, 메탄치환제 저장탱크(10)와 메탄치환제 주입라인(L1)과 메탄가스 흡입라인(L2)과 스팀 개질반응기(120)와 메탄올 변환기(30)와 메탄올 저장탱크(40)를 포함한다.
메탄치환제 저장탱크(10)는 플랜트(100) 내에 설치되어 있으며, 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 저장한다.
메탄치환제 주입라인(L1)은 메탄치환제 저장탱크(10)에서 플랜트(100)의 하부를 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 연결되어 있으며, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 메탄하이드레이트층(2) 내로 메탄치환제를 주입한다.
메탄가스 흡입라인(L2)은 메탄하이드레이트층(2) 내에서 플랜트(100)의 하부까지 연결되어 있으며, 메탄하이드레이트층(2) 내에서 메탄하이드레이트의 메탄이 메탄치환제와 치환되어 발생되는 메탄가스를 플랜트(100)로 흡입한다.
본 발명의 실시예에서, 메탄치환제는 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소인 것이 바람직하다.
스팀 개질반응기(120)는 메탄하이드레이트층(2) 내에서 이산화탄소와 치환되 어 발생되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(100)로 흡입된 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한다.
스팀 개질반응기(120)로 고온의 스팀을 공급하기 위해, 스팀 개질반응기(120)에는 물을 고온의 스팀으로 만들어서 공급하는 스팀 발생기(21)가 스팀 공급라인(L21)을 통해 연결되어 있다.
스팀 개질반응기(120)에서 메탄가스를 스팀 개질반응시켜 일산화탄소와 수소를 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CH4 + H2O → CO + 3H2
여기에서, 스팀 개질반응은 니켈(Ni) 등의 촉매에 의해 촉발된다.
스팀 개질반응기(120)의 전단에는 메탄가스와 해수를 분리하는 분리기(23)가 포함되어 있다.
이러한 스팀 개질반응기와 스팀 발생기와 분리기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성 및 작동 관계에 대해 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다.
한편, 스팀 개질반응기(120)에서 메탄가스를 스팀과 개질반응시키는 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스팀 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(100)는 스팀 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
스팀 개질반응 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CO + CO → CO2 + C
메탄치환제 저장탱크(10)의 후단의 메탄치환제 주입라인(L1)에는 혼합 탱크(11)가 설치되어 있으며, 이 혼합 탱크(11)에는 스팀 개질반응기(120)에서 발생되는 이산화탄소가 공급된다. 스팀 개질반응기(120)의 후단에서 혼합 탱크(11)까지는 스팀 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인(L23)이 설치되어 있다.
따라서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 스팀 개질반응기(120)에서 스팀 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 스팀 개질반응기(120)로부터 공급되는 이산화탄소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 메탄치환제 주입라인(L1)으로 공급된다.
메탄올 변환기(30)는 스팀 개질반응기(120)에서 스팀 개질반응되어 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올을 생성한다.
메탄올 변환기(30)에서 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올(CH3OH)을 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CO + 2H2 → CH3OH
이러한 메탄올 변환기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성 및 작동 관계에 대해 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다.
전술한 바와 같이, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 스팀 개질반응기(120)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)는, 혼합 탱크(11)에서 혼합된 후 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입되는데, 이렇게 주입된 이산화탄소(CO2)가 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄(CH4)과 치환되어 메탄(CH4)이 추출되는 과정에 대해서는 다음의 분자식에 상세하게 나타나 있다.
Figure 112009043916848-PAT00001
메탄(CH4)은 중심원자인 탄소원자가 정사면체의 중심에 있고 각 꼭지점에 4개의 수소원자가 있는 정사면체형의 3차원 구조이다. 메탄의 C-H 결합은 매우 강하여 메탄은 화학적으로 안정하기 때문에 산, 알칼리, 금속, 산화제, 환원제 등과는 거의 반응을 일으키지 않지만, 연소반응과 치환반응은 비교적 잘 일어난다.
메탄은 무색 무취의 가연성 기체이지만, 해저나 빙하 아래에서 메탄과 물이 높은 압력으로 인해 얼어붙어 얼음 형태의 고체상 격자구조로 형성된 메탄하이드레이트의 메탄은 기체의 형태가 아니다. 본 실시예에서는, 얼음 형태의 고체상 격자 구조로 형성된 메탄하이드레이트의 메탄과, 메탄하이드레이트의 메탄이 이산화탄소와 치환되어 발생되는 메탄을 구별하기 위해, 얼음 형태의 고체상 격자구조로 형성된 메탄하이드레이트의 메탄을 "메탄"이라고 하고, 메탄하이드레이트의 메탄이 이산화탄소와 치환되어 발생되는 메탄을 "메탄가스"라고 하기로 한다.
이렇게 본 발명의 제1 실시예에 따른 스팀 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(100)에서는, 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입된 이산화탄소가 메탄하이드레이트층(2) 내의 메탄하이드레이트의 메탄과 치환반응함으로써, 이산화탄소는 해저의 메탄하이드레이트층(2) 내에 저장되고, 이산화탄소와 치환된 메탄하이드레이트의 메탄은 가스형태로 분출되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(100)로 흡입된다.
<제2 실시예>
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다. 제2 실시예에서는, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서 부분산화 개질반응형(Partial Oxidation Reforming Type)의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트를 예를 들어 설명하고 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 부분산화 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(200)는, 해저의 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하여 부분산화 개질반응시킨 다음 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하 고 하역하도록 구성된 것이다.
제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
제2 실시예는 개질반응기로서 부분산화 개질반응기(220)를 채용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다.
부분산화 개질반응기(220)는 메탄하이드레이트층(2) 내에서 이산화탄소와 치환되어 발생되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(200)로 흡입된 메탄가스를 산소와 부분산화 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한다.
부분산화 개질반응기(220)로 산소를 공급하기 위해, 부분산화 개질반응기(220)에는 공기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 발생기(22)가 산소 공급라인(L22)을 통해 연결되어 있다.
부분산화 개질반응기(220)에서 메탄가스를 부분산화 개질반응시켜 일산화탄소와 수소를 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2
여기에서, 부분산화 개질반응은 로듐(Rh) 등의 촉매에 의해 촉발된다.
이러한 부분산화 개질반응기와 산소 발생기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성 및 작동 관계에 대해 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다.
부분산화 개질반응기(220)에서도 메탄가스를 산소와 부분산화 개질반응시키는 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분산 화 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(200)에서도 제1 실시예와 마찬가지로 부분산화 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
부분산화 개질반응 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CO + CO → CO2 + C
또한, 산소 발생기(22)에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 질소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분산화 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(200)는 부분산화 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
부분산화 개질반응기(220)에서 발생되는 이산화탄소와 산소발생기(22)에서 발생되는 질소는 혼합 탱크(11)에 공급된다.
부분산화 개질반응기(220)의 후단에서 혼합 탱크(11)까지는 부분산화 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인(L23)이 설치되어 있고, 산소 발생기(22)에서 혼합 탱크(11)까지는 산소 발생기(22)에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 질소 공급라인(L24)이 설치되어 있다.
따라서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 부분산화 개질반응기(220)에서 부분산화 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 부분산화 개질 반응기(220)로부터 공급되는 이산화탄소와, 산소 발생기(22)에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되어 산소 발생기(22)로부터 공급되는 질소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 메탄치환제 주입라인(L1)으로 공급된다.
전술한 바와 같이, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 부분산화 개질반응기(220)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 산소 발생기(22)로부터 공급되는 질소(N2)는, 혼합 탱크(11)에서 혼합된 후 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입되는데, 이렇게 주입된 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)가 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄(CH4)과 치환되어 메탄(CH4)이 추출되는 과정에 대해서는 다음의 분자식에 상세하게 나타나 있다.
Figure 112009043916848-PAT00002
이렇게 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분산화 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(200)에서는, 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입된 이산화탄소와 질소가 메탄하이드레이트 층(2) 내의 메탄하이드레이트의 메탄과 치환반응함으로써, 이산화탄소와 질소는 해저의 메탄하이드레이트층(2) 내에 저장되고, 이산화탄소 및 질소와 치환된 메탄하이드레이트의 메탄은 가스형태로 분출되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(200)로 흡입된다.
<제3 실시예>
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다. 제3 실시예에서는, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서 이산화탄소 개질반응형(Carbon Dioxide Reforming Type)의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트를 예를 들어 설명하고 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(300)는, 해저의 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하여 이산화탄소 개질반응시킨 다음 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 것이다.
제3 실시예에서 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
제3 실시예는 개질반응기로서 이산화탄소 개질반응기(320)를 채용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다.
이산화탄소 개질반응기(320)는 메탄하이드레이트층(2) 내에서 이산화탄소와 치환되어 발생되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(300)로 흡입된 메탄가스 를 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한다.
이산화탄소 개질반응기(320)로 이산화탄소를 공급하기 위해, 혼합 탱크(11)에서 이산화탄소 개질반응기(320)까지는 혼합 탱크(11)의 이산화탄소를 이산화탄소 개질반응기(320)로 공급하는 개질반응용 이산화탄소 공급라인(L25)이 설치되어 있다.
이산화탄소 개질반응기(320)에서 메탄가스를 이산화탄소 개질반응시켜 일산화탄소와 수소를 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2
여기에서, 이산화탄소 개질반응은 니켈(Ni)계 촉매에 의해 촉발된다.
이러한 이산화탄소 개질반응기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성 및 작동 관계에 대해 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다.
이산화탄소 개질반응기(320)에서도 메탄가스를 이산화탄소와 개질반응시키는 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(300)에서도 제1 실시예와 마찬가지로 이산화탄소 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
이산화탄소 개질반응 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
2CO → CO2 + C
혼합 탱크(11)에는 이산화탄소 개질반응기(320)에서 발생되는 이산화탄소가 공급된다. 이산화탄소 개질반응기(320)의 후단에서 혼합 탱크(11)까지는 이산화탄소 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인(L23)이 설치되어 있다.
따라서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 이산화탄소 개질반응기(320)에서 이산화탄소 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 이산화탄소 개질반응기(320)로부터 공급되는 이산화탄소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 메탄치환제 주입라인(L1)으로 공급된다.
또한, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 이산화탄소 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 이산화탄소 개질반응기(320)으로부터 공급되는 이산화탄소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 이산화탄소 개질반응용 이산화탄소로서 사용하기 위해 개질반응용 이산화탄소 공급라인(L25)을 통해 이산화탄소 개질반응기(320)으로 공급된다.
제3 실시예에서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 이산화탄소 개질반응기(320)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)는, 혼합 탱크(11)에서 혼합된 후 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입되며, 이렇게 주입된 이산화탄소(CO2)가 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레 이트의 메탄(CH4)과 치환되어 메탄(CH4)이 추출되는 과정을 나타내는 분자식은 제1 실시예와 동일하다.
<제4 실시예>
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다. 제4 실시예에서는, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서 스팀 및 이산화탄소 개질반응형(Steam Carbon Dioxide Reforming Type)의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트를 예를 들어 설명하고 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 스팀 및 이산화탄소 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(400)는, 해저의 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하여 스팀 및 이산화탄소 개질반응시킨 다음 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 것이다.
제4 실시예에서 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
제4 실시예는 개질반응기로서 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)를 채용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다.
스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)는 메탄하이드레이트층(2) 내에서 이산화탄소와 치환되어 발생되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(400)로 흡입된 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한다.
스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)로 고온의 스팀을 공급하기 위해, 스팀 개질반응기(20)에는 물을 고온의 스팀으로 만들어서 공급하는 스팀 발생기(21)가 스팀 공급라인(L21)을 통해 연결되어 있다.
또한, 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)로 이산화탄소를 공급하기 위해, 혼합 탱크(11)에서 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)까지는 혼합 탱크(11)의 이산화탄소를 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)로 공급하는 개질반응용 이산화탄소 공급라인(L25)이 설치되어 있다.
스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)에서 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소 개질반응시켜 일산화탄소와 수소를 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
3CH4 + CO2 + 2H2O → 4CO + 8H2
여기에서, 스팀 및 이산화탄소 개질반응은 니켈(Ni) 또는 니켈(Ni)계 촉매에 의해 촉발된다.
이러한 스팀 및 이산화탄소 개질반응기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성 및 작동 관계에 대해 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다.
스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)에서도 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시키는 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제4 실시예에 따른 스팀 및 이산화탄소 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(400)에서도 제1 실시예와 마찬가지로 스팀 및 이산화탄소 개질반응 중 에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
스팀 및 이산화탄소 개질반응 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
2CO → CO2 + C
혼합 탱크(11)에는 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)에서 발생되는 이산화탄소가 공급된다. 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)의 후단에서 혼합 탱크(11)까지는 스팀 및 이산화탄소 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인(L23)이 설치되어 있다.
따라서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)에서 스팀 및 이산화탄소 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)로부터 공급되는 이산화탄소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 메탄치환제 주입라인(L1)으로 공급된다.
또한, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)에서 스팀 및 이산화탄소 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)로부터 공급되는 이산화탄소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 스팀 및 이산화탄소 개질반응용 이산화탄소로서 사용하기 위해 개질반응용 이산화탄소 공급라인(L25)을 통해 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)으로 공급된다.
제4 실시예에서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 스팀 및 이산화탄소 개질반응기(420)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)는, 혼합 탱크(11)에서 혼합된 후 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입되는데, 이렇게 주입된 이산화탄소(CO2)가 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄(CH4)과 치환되어 메탄(CH4)이 추출되는 과정을 나타내는 분자식은 제1 실시예와 동일하다.
<제5 실시예>
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다. 제5 실시예에서는, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서 자열 개질반응형(Autothermal Reforming Type)의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트를 예를 들어 설명하고 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 자열 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(500)는, 해저의 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하여 자열 개질반응시킨 다음 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 것이다.
제5 실시예에서 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
제5 실시예는 개질반응기로서 자열 개질반응기(520)를 채용한 것을 제외하고 는 제1 실시예와 동일하다.
자열 개질반응기(520)는 메탄하이드레이트층(2) 내에서 이산화탄소와 치환되어 발생되어 메탄가스 흡입라인(L2)을 통해 플랜트(500)로 흡입된 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한다.
자열 개질반응기(520)로 고온의 스팀을 공급하기 위해, 자열 개질반응기(520)에는 물을 고온의 스팀으로 만들어서 공급하는 스팀 발생기(21)가 스팀 공급라인(L21)을 통해 연결되어 있다.
또한, 자열 개질반응기(520)로 산소를 공급하기 위해, 자열 개질반응기(520)에는 공기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 발생기(22)가 산소 공급라인(L22)을 통해 연결되어 있다.
자열 개질반응기(520)에서 메탄가스를 자열 개질반응시켜 일산화탄소와 수소를 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CH4 + 1/2O2 + H2O → CO + 2H2 + H2O
여기에서, 자열 개질반응은 니켈(Ni)과 로듐(Rh) 등의 촉매에 의해 촉발된다.
이러한 자열 개질반응기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성 및 작동 관계에 대해 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다.
자열 개질반응기(520)에서도 메탄가스를 스팀 및 산소와 자열 개질반응시키는 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제5 실시예에 따른 자열 개 질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(500)에서도 제1 실시예와 마찬가지로 자열 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
자열 개질반응 중에 이산화탄소가 부수적으로 발생되는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CO + CO → CO2 + C
또한, 산소 발생기(22)에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 질소가 부수적으로 발생되며, 본 발명의 제5 실시예에 따른 자열 개질반응형의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트(500)는 자열 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 사용하도록 구성되어 있다.
자열 개질반응기(520)에서 발생되는 이산화탄소와 산소발생기(22)에서 발생되는 질소는 혼합 탱크(11)에 공급된다.
자열 개질반응기(520)의 후단에서 혼합 탱크(11)까지는 자열 개질반응 중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인(L23)이 설치되어 있고, 산소 발생기(22)에서 혼합 탱크(11)까지는 산소 발생기(22)에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 공급하는 메탄치환용 질소 공급라인(L24)이 설치되어 있다.
따라서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소와, 자열 개질반응기(520)에서 자열 개질반응 중에 부수적으로 발생되어 자열 개질반응기(520)로 부터 공급되는 이산화탄소와, 산소 발생기(22)에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되어 산소 발생기(22)로부터 공급되는 질소는, 혼합 탱크(11)에서 혼합되어 메탄치환제 주입라인(L1)으로 공급된다.
제5 실시예에서, 메탄치환제 저장탱크(10)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 자열 개질반응기(520)로부터 공급되는 이산화탄소(CO2)와, 산소 발생기(22)로부터 공급되는 질소(N2)는, 혼합 탱크(11)에서 혼합된 후 메탄치환제 주입라인(L1)을 통해 메탄하이드레이트층(2) 내로 주입되는데, 이렇게 주입된 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)가 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄(CH4)과 치환되어 메탄(CH4)이 추출되는 과정을 나타내는 분자식은 제2 실시예와 동일하다.
따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의하면, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 깊은 바다속에 매장된 메탄하이드레이트를 메탄가스의 형태로 추출하는 것이 가능하므로, 메탄하이드레이트의 직접 채취에 따른 기술적 어려움과 경제성의 문제가 해결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 이산화탄소를 메탄하이드레이트층 내의 메탄하이드레이트의 메탄과 치환반응시킴으로써 해저의 메탄하이드레이트층 내에 저장하므로, 이산화탄소 배출 규제에 따른 이산화탄소의 처리 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에서 메탄가스를 메탄올로 만들기 위해 개질반응시키는 도중에 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로 사용하여 처리하므로, 별도의 이산화탄소 흡수장치를 플랜트에 설치하지 않고도 개질반응 공정 중에 발생하는 이산화탄소를 처리할 수 있다.
또한, 메탄하이드레이트층(2)에 천연가스층(3)이 인접한 경우, 본 발명의 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트는 천연가스층(3)으로부터 천연가스를 흡입하여 개질반응기로 공급하는 천연가스 흡입라인(L3)을 포함할 수 있다. 이렇게 천연가스층(3)에서 직접 채굴되는 천연가스의 주성분은 메탄이다. 그런데, 천연가스층(3)에서 직접 채굴되는 메탄과, 전술한 얼음 형태의 고체상 격자구조로 형성된 메탄하이드레이트의 메탄 및 메탄하이드레이트의 메탄이 이산화탄소와 치환되어 발생되는 메탄가스와 구별하기 위해, 본 실시예들에서는 천연가스층(3)에서 직접 채굴되는 메탄을 "천연가스"라고 하기로 한다.
일반적인 천연가스전에는 천연가스에 이산화탄소가 대략 5% 함유되어 있지만, 동남 아시아 지역의 천연가스전에는 이산화탄소가 대략 20% 함유되어 있는데, 본 발명의 제3 및 제4 실시예는 메탄가스를 이산화탄소와 개질반응시키므로 동남 아시아 지역의 천연가스전에서 메탄올을 생산하는 데에 유리하다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명 의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트의 개략도이다.

Claims (31)

  1. 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서,
    메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 저장하는 메탄치환제 저장탱크와,
    상기 메탄치환제 저장탱크로부터 메탄하이드레이트층 내로 상기 메탄치환제를 주입하는 메탄치환제 주입라인과,
    상기 메탄하이드레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트의 메탄이 상기 메탄치환제와 치환되어 발생되는 메탄가스를 상기 플랜트로 흡입하는 메탄가스 흡입라인과,
    상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 개질반응기와,
    상기 개질반응기에서 개질반응되어 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올을 생성하는 메탄올 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄치환제는 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에는 혼합 탱크가 설치되고,
    상기 개질반응기의 후단에서 상기 혼합 탱크까지는 상기 개질반응기에서 메탄가스를 개질반응시키는 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 상기 혼합 탱크에 공급하는 메탄치환용 이산화탄소 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질반응기의 전단에는 메탄가스와 해수를 분리하는 분리기가 포함되는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    액체 상태의 메탄올을 저장하는 메탄올 저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    천연가스층으로부터 천연가스를 흡입하여 상기 개질반응기로 공급하는 천연가스 흡입라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능 한 부유식 플랜트.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응기인 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스팀 개질반응기로 스팀을 공급하는 스팀 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 산소와 부분산화 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 부분산화 개질반응기인 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 부분산화 개질반응기로 산소를 공급하는 산소 발생기를 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 산소 발생기에서 상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크까지는 상기 산소 발생기에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 상기 혼합 탱크에 공급하는 메탄치환용 질소 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  12. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 이산화탄소 개질반응기인 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크에서 상기 이산화탄소 개질반응기까지는 상기 혼합 탱크의 이산화탄소를 상기 이산화탄소 개질반응기로 공급하는 개질반응용 이산화탄소 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  14. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 및 이산화탄소 개질반응기인 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 스팀 및 이산화탄소 개질반응기로 스팀을 공급하는 스팀 발생기를 포함하고,
    상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크에서 상기 스팀 및 이산화탄소 개질반응기까지는 상기 혼합 탱크의 이산화탄소를 상기 스팀 및 이산화탄소 개질반응기로 공급하는 개질반응용 이산화탄소 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  16. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응기는 상기 메탄가스 흡입라인을 통해 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 스팀 및 산소와 자열 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 자열 개질반응기인 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능 한 부유식 플랜트.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 자열 개질반응기로 스팀을 공급하는 스팀 발생기와, 상기 자열 개질반응기로 산소를 공급하는 산소 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 산소 발생기에서 상기 메탄치환제 저장탱크의 후단의 상기 메탄치환제 주입라인에 설치된 혼합 탱크까지는 상기 산소 발생기에서 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 상기 혼합 탱크에 공급하는 메탄치환용 질소 공급라인이 설치된 것을 특징으로 하는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트.
  19. 메탄가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한 다음 이렇게 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시킴으로써 액체 상태의 메탄올을 생산하여 저장하고 하역하도록 구성된 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법으로서,
    상기 플랜트로부터 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트 내의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 메탄하이드레이트층 내로 주입하고, 상기 메탄하이드 레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트 내의 메탄이 상기 메탄치환제와 치환되어 발생되는 메탄가스를 상기 플랜트에서 개질반응시키도록 상기 플랜트로 흡입하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 메탄치환제로서 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소를 사용하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 메탄하이드레이트층 내에서 상기 메탄하이드레이트 내의 메탄이 상기 이산화탄소와 치환되어 발생되어 상기 플랜트로 흡입된 메탄가스를 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성한 다음, 상기 일산화탄소와 수소를 메탄올 변환반응시켜서 메탄올을 만들고,
    상기 메탄가스를 개질반응시키는 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소를 메탄치환제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소와, 개질반 응 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소를 혼합하여 상기 메탄하이드레이트층 내로 주입하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  23. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응은 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응인 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  24. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응은 메탄가스를 산소와 부분산화 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 부분산화 개질반응인 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    부분산화 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  26. 청구항 24에 있어서,
    이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소와, 부분산화 개질반응 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소와, 부분산화 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 혼합하여 상기 메탄하이드레이트층 내로 주입하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  27. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응은 메탄가스를 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 이산화탄소 개질반응인 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  28. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응은 메탄가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 및 이산화탄소 개질반응인 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  29. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질반응은 메탄가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응인 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    자열 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를 메탄치환제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
  31. 청구항 30에 있어서,
    자열 개질반응용 산소를 공급하기 위해 공기 중의 산소를 분리하는 과정에서 부수적으로 발생되는 질소를, 이산화탄소 거래제를 통해 국가나 기업으로부터 모은 이산화탄소 및 자열 개질반응 중에 부수적으로 발생되는 이산화탄소와 혼합하여 상기 메탄하이드레이트층 내로 주입하는 것을 특징으로 하는 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법.
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