WO2014046343A1 - 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법 - Google Patents

기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법 Download PDF

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WO2014046343A1
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WO
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gas
methane
hydrate
methane gas
gas hydrate
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Application number
PCT/KR2012/010971
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French (fr)
Inventor
이흔
고동연
Original Assignee
한국과학기술원
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/166—Injecting a gaseous medium; Injecting a gaseous medium and a liquid medium
    • E21B43/168—Injecting a gaseous medium

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing methane gas from a gas hydrate by injecting a gas.
  • Gas hydrates are substances that trap methane in water molecules and are present in permafrost and deep sea sediments.
  • the gas hydrate is a crystalline clathrate hydrate containing not only methane as a main component but also a trace amount of hydrocarbons such as ethane, propane and butane.
  • the gas contained in the form of the gas hydrate is estimated to be about twice the amount of all fossil fuels present on the earth, and thus, studies have been conducted to use it as an energy source.
  • Hot water injection is a method of injecting heated water to dissolve it by raising the temperature above the equilibrium temperature of the gas hydrate
  • decompression is a method of dissociating it by lowering the pressure of the production port and lowering it below the equilibrium pressure.
  • glycol, salt, alcohol, etc. may be added to dissociate by shifting the equilibrium curve of the solid natural gas hydrate.
  • the method proposed in the existing patent is a method of recovering methane gas through substitution of methane gas with carbon dioxide and carbon dioxide / nitrogen mixed gas inside the gas hydrate.
  • substitution reaction between object molecules without structural change or dissociation of gas hydrate, carbon dioxide is stored in the gas hydrate structure and methane gas is recovered and gas dissociation reaction is induced by using gas injection proposed in this patent.
  • the principle is different from the method. In the case of inducing dissociation reaction using gas injection, the structure of gas hydrate collapses and methane gas escapes to achieve gas production.
  • Patent Literature 1 relates to a technology for producing a gas under the seabed, and in particular, a hydrate gas production device for efficiently producing natural gas (methane, CH 4 ) hydrate under the seabed.
  • the hydrate gas production apparatus of the ship by the conventional hot water injection method when the hot water from the ship is supplied to the seabed through the drilling pipe while the heat loss due to the surrounding sea water is generated, the temperature of the hot water in the drilling pipe May gradually decrease, and when the hydrate is dissociated by the injected hot water, leakage gas may be generated through the sea bed, but according to Patent Document 1, the heat loss of the hot water supplied from the sea level to the hydrate layer is minimized, and the hydrate Disclosed is a hydrate gas production technology that can increase the efficiency of collecting hydrate gas by blocking gas leakage at the boundary between the bed and the seabed.
  • Patent Literature 2 discloses a floating plant capable of producing, storing and unloading methanol, including a methane substituent storage tank for storing a methane substituent substituted with methane hydrate and reacting with methane hydrate, and methane from the methane substituent storage tank.
  • Methane substituent injection line for injecting the methane substituent into the hydrate layer
  • a methane gas suction line for sucking methane gas generated by replacing the methane substituent with the methane substituent in the methane hydrate layer into the plant.
  • a reforming reactor for reforming and reacting the methane gas sucked into the plant through the methane gas suction line to produce carbon monoxide and hydrogen as synthesis gas, and carbon monoxide and hydrogen produced by the reforming reaction in the reforming reactor.
  • Containing methanol converter to produce methanol Disclosed is a floating plant capable of producing, storing and unloading methanol.
  • Patent Document 3 discloses a methane hydrate mining facility and a vessel provided with the same. Specifically, a mining facility for mining methane hydrate buried in the seabed or permafrost layer, the gas tank for storing gas, one end is in communication with the gas tank, the other end is a gas supply pipe formed to be inserted into the seabed or permafrost layer
  • the methane hydrate mining facility including a drilling device for forming a borehole into which a gas supply pipe is inserted, and a methane collecting part for collecting methane generated from a subsea bed or permafrost layer, enables the extraction of methane from a solid methane hydrate. It is disclosed that mining can be facilitated.
  • Patent document 4 relates to a floating plant capable of producing, storing and unloading steam reforming-type synthetic oil, and producing and storing steam reforming-type synthetic oil configured to extract methane hydrate from the methane hydrate layer in the form of methane gas. And a floating plant capable of unloading and thereby a method of extracting methane gas from the methane hydrate layer.
  • a methane substituent storage tank for storing a methane substituent substituted with methane of methane hydrate by reacting with methane hydrate, and the methane substituent
  • a methane substituent injection line for injecting the methane substituent from the storage tank into the methane hydrate layer, and injecting methane gas generated when the methane of methane hydrate is replaced with the methane substituent in the methane hydrate layer to the plant
  • a steam reforming reactor comprising a methane gas suction line and a steam reforming reactor for reforming and reacting methane gas sucked into the plant through the methane gas suction line with steam to generate carbon monoxide and hydrogen as syngas.
  • Floating plant starts producing, storing and unloading synthetic oil It can control.
  • the present inventors studied the simplest and most economical method of producing methane gas from gas hydrate, and injected the gas at the temperature and pressure of the gas hydrate dissociation region located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate.
  • a method of producing methane gas from hydrate we devised a method of producing methane gas from hydrate, and this method can be economical and efficient production of methane gas, it is possible to produce methane gas in a short time, the temperature / pressure conditions and gas injected in the gas hydrate zone It can be applied to a wide range regardless of temperature / pressure conditions, and it can overcome the expected environmental damage by using nitrogen, oxygen, and inert gas.
  • natural gas hydrate is not carried without carrying a separate injection gas. To capture / press air directly above the area To find out that it is possible to reduce the cost can be injected, thereby completing the present invention.
  • Patent Document 1 Patent Application 10-2009-0107313
  • Patent Document 2 Patent Application 10-2009-0065789
  • Patent Document 3 Patent Application 10-2009-0041780
  • Patent Document 4 Patent Application 10-2008-0123028
  • Patent application 5 Patent application 10-2010-7001838
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing methane gas from a gas hydrate layer.
  • Another object of the present invention is to provide a facility for producing methane gas.
  • Another object of the present invention is to provide a vessel having a facility for producing the methane gas.
  • Still another object of the present invention is to provide a vehicle having a facility for producing the methane gas.
  • the present invention provides a method for producing methane gas from the gas hydrate by injecting gas into the gas hydrate.
  • It provides a method for producing methane gas from the gas hydrate layer by injecting a gas comprising the step (step 2) to dissociate the gas hydrate with the gas injected in step 1 (step 2).
  • An air supply pipe having one end communicated with the air compressor and the other end inserted into the gas hydrate layer;
  • It provides a facility for producing methane gas comprising; methane gas collection unit for collecting methane gas generated from the gas hydrate layer.
  • It provides a ship having a facility for producing methane gas, including; methane gas storage unit for communicating with the methane gas collecting unit of the facility and stores the methane gas.
  • It provides a vehicle having a facility for producing methane gas, including; methane gas storage unit for communicating with the methane gas collection unit of the facility and stores the methane gas.
  • the method of producing methane gas from the gas hydrate by injecting the gas according to the present invention can make the methane gas production rate up to 100%, it is possible to produce methane gas in a short time, and the temperature / pressure conditions of the gas hydrate zone and It is applicable regardless of the temperature / pressure condition of the gas to be injected.
  • the use of nitrogen, oxygen, and inert gas can overcome the expected environmental damage, and in particular, when using air, the air can be collected / compressed and injected directly on the gas hydrate free zone without carrying a separate injection gas. Since the cost can be reduced, it may be useful as a method of producing methane gas from gas hydrate.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a method of producing methane gas from a gas hydrate by injecting a gas according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing phase equilibrium of gas hydrates (where “nitrogen” represents phase equilibrium of nitrogen hydrates, “air” represents phase equilibrium of air hydrates, and “oxygen” represents phase of oxygen hydrates) Balance, and “methane” refers to gas hydrate phase balance).
  • Figure 3 is a graph in red shaded area in which gas can be produced from the gas hydrate to inject gas according to the invention (wherein "injection gas” represents the phase equilibrium of the gas hydrate being injected. Dissociation of the gas hydrate occurs at the temperature and pressure conditions of the gas hydrate dissociation region located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate).
  • Figure 4 is a schematic diagram showing an experimental apparatus for observing the dissociation process of the gas hydrate according to the temperature and pressure of the injection gas.
  • FIG. 5 is a photograph of the dissociation process over time when nitrogen is injected at 3 ° C. and 125 bar into a gas hydrate.
  • Figure 6 is a photograph of the dissociation process over time when nitrogen is injected into the gas hydrate at 15 °C, 178 bar conditions.
  • Figure 7 is a photograph of the dissociation process over time when injecting air at 3 °C, 150 bar condition gas in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a photograph of the dissociation process over time when the air at 15 ° C. and 150 bar is injected into the gas hydrate according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a photograph showing the dissociation process according to time when the air at 3 ° C. and 150 bar is injected into the gas hydrate according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph of the dissociation process over time when the air at 15 ° C. and 150 bar is injected into the gas hydrate according to one embodiment of the present invention.
  • the present invention provides a method of producing methane gas from gas hydrate by injecting gas into the gas hydrate.
  • Gas hydrate is methane, the main component is also called methane gas hydrate, and exists in the temperature and pressure stable region that can exist as a solid crystal. This can be seen from the phase diagram consisting of temperature and pressure. That is, formation and maintenance of gas hydrate cube structure crystals are possible in a region above the dissociation equilibrium pressure at a constant temperature. When the gas hydrate is in this equilibrium stable region, the structure consisting of solid crystals is present without collapse. However, to recover methane gas from gas hydrate, the solid crystalline gas hydrate must be dissociated and separated into water and methane. Conventional techniques dissociate gas hydrates using temperature and pressure changes, but in the present invention, only gas is injected to effectively dissociate gas hydrates.
  • the gas may be used alone or in combination with nitrogen, oxygen, hydrogen, carbon dioxide or an inert gas including argon, neon, helium, krypton, and the like.
  • a mixed gas comprising 75-80% by volume of nitrogen and 19-24% by volume of oxygen, more preferably in a general atmosphere containing 78% of nitrogen, 21% of oxygen and 1% of other gases.
  • Air can be used. In this case, when air is used, the gas can be directly collected and compressed in the gas hydrate-free region, thereby reducing the cost of producing methane gas.
  • the gas may be injected under the temperature and pressure conditions of the region (dissociation region of the gas hydrate) located under the phase equilibrium curve of the gas (see FIGS. 2-3). If the gas temperature and pressure conditions correspond to a region located on the phase equilibrium curve of the gas hydrate (stable region of the gas hydrate), gas hydrate may not be dissociated well, resulting in a low methane gas recovery rate. .
  • the gas hydrate layer present in nature has a temperature of 0-25 ° C. and a pressure of 20-300 bar.
  • the method of producing methane gas from the gas hydrate by injecting the gas according to the present invention generally injects the gas at a pressure higher than the pressure of the gas hydrate layer present in the subsea bed or the permafrost layer. Even methane gas can be produced.
  • the pressure of the gas in the method of producing methane gas according to the present invention is equal to or slightly higher than the pressure in the gas hydrate bed remaining area, in terms of reducing the time for producing methane gas from the gas hydrate and reducing the production cost.
  • the pressure of the gas hydrate layer is 100 bar, the injection pressure of the gas is 105 bar
  • it is preferable to inject the gas the pressure of the gas hydrate layer in nature is approximately 20-300 bar Therefore, it is preferable to inject at a pressure in the range of 10-350 bar.
  • the temperature of the gas in the method of producing methane gas according to the present invention injects air into the gas state, all of temperatures above -119 ° C, which is the liquefaction temperature of oxygen, can be used, but the time for producing methane gas from gas hydrate In view of reducing the cost and reducing the production cost, it is preferable to inject in the range of -50-100 ° C.
  • the method for producing methane gas according to the present invention is characterized in that the time required for complete dissociation of gas hydrate is short, so that the methane gas production rate reaches 100%.
  • gas hydrates reach about 210 bar (air pressure) at 3 ° C for air hydrates compared to 35 bar (methane pressure) at 3 ° C. 2-3). That is, the gas hydrate may be stably present without dissociation of solid crystals when methane gas pressure of 35 bar or more is maintained at 3 ° C., and may be stably present at air gas pressure of about 210 bar or more at 3 ° C. for air hydrate. . In other words, much greater pressure than gas hydrate is required to form air hydrate.
  • thermodynamic phase diagram an important point in the thermodynamic phase diagram is that the gas molecules trapped in the hydrate must be the same as the gas molecules making up the gas phase pressure. That is, the gas hydrate is stable at 3 ° C. when the methane gas pressure is 35 bar or more. However, if gas pressures above 35 bar are present as gaseous constituents other than methane, the gas hydrate ultimately dissociates, even if certain gas hydrates meet the pressure conditions that can exist in the solid phase. do. In other words, injecting a gas other than methane into a stable gas hydrate creates a new injection gas hydrate generation and dissociation condition. This unique phenomenon dissociates the gas hydrate and produces methane gas.
  • the present invention comprises the steps of injecting gas into the gas hydrate layer (step 1); And
  • It provides a method of producing methane gas from the natural gas hydrate layer by injecting a gas comprising a step (step 2) to dissociate the gas hydrate with the gas injected in step 1 to produce methane gas.
  • the method for producing methane gas from the natural gas hydrate layer according to the present invention is carried out under the same conditions as the method for recovering methane gas from the methane gas hydrate described above.
  • the present invention is a facility for producing methane gas from gas hydrate
  • a gas supply pipe having one end communicated with the gas compressor and the other end inserted into the gas hydrate layer;
  • It provides a facility for producing methane gas comprising; methane gas collection unit for collecting methane gas generated from the gas hydrate layer.
  • the gas compressor can be used to generate the temperature and pressure conditions of the region (gas hydrate dissociation region) located below the phase equilibrium curve of the air hydrate (see Fig. 2-3). .
  • the gas supply pipe serves to connect the gas compressed in the gas compressor to the gas hydrate layer buried in the subsea bed or permafrost layer.
  • the facility according to the invention may further comprise a drilling device for forming a borehole into which the gas supply pipe is inserted.
  • the drilling device serves to perform the drilling operation required for mining the gas hydrate layer.
  • the drilling apparatus forms a borehole into which the gas supply pipe is inserted into the seabed or permafrost layer.
  • the drilling device may include a riser (riser) to form a space in which the drilling operation is performed.
  • the riser serves to protect the drill pipe and the like used during drilling.
  • the gas supply pipe may be installed inside the riser after the drilling operation so that the gas supply pipe inserted into the borehole is protected.
  • the methane gas collecting part serves to collect the methane gas generated by injecting gas into the gas hydrate layer.
  • the STL system Submerged Turret Loading System
  • the methane gas collection unit for efficient mining operation.
  • the present invention is a facility for producing the methane gas
  • It provides a ship having a facility for producing methane gas, including; methane gas storage unit for communicating with the methane gas collecting unit of the facility and stores the methane gas.
  • the methane gas collecting part includes a turret, a methane gas collecting pipe, and a subsea buoy.
  • the methane gas collecting pipe is a part for collecting methane gas in the seabed and the seabed is connected to the turret of the ship so as to deliver the collected methane gas to the ship.
  • the seabed buoy is connected to the methane gas collection pipe so as to be in fluid communication, and is formed to float below the sea level. Accordingly, after the vessel is positioned above the seabed, the seabed can be coupled to the turret detachably formed with the seabed.
  • the methane supply pipe connected to the methane storage unit to be described later is connected to the seabed and the collected methane gas is stored in the vessel.
  • the present invention is a facility for producing the methane gas
  • It provides a vehicle having a facility for producing methane gas, including; methane gas storage unit for communicating with the methane gas collection unit of the facility and stores the methane gas.
  • the methane gas storage unit is a portion for storing the methane gas collected by the methane gas collecting unit described above.
  • the methane gas storage unit may include a liquefaction apparatus for liquefying methane gas, and a liquefied methane storage unit for storing the liquefied methane gas. Since liquefied methane gas is significantly smaller in volume than gaseous methane, the methane gas storage unit having a liquefaction device can efficiently store methane.
  • the method of producing methane gas from the gas hydrate by injecting the gas according to the present invention can make the methane gas production rate up to 100%, it is possible to produce methane gas in a short time, the gas hydrate zone It is applicable regardless of the temperature / pressure condition and the temperature / pressure condition of the gas to be injected.
  • the use of nitrogen, oxygen, and inert gas can overcome the expected environmental damage, and in particular, when using air, the air can be collected / compressed and injected directly on the gas hydrate free zone without carrying a separate injection gas. Since the cost can be reduced, it may be useful as a method of producing methane gas from gas hydrate.
  • the dissociation process over time was observed after injecting nitrogen gas under pressure at a predetermined temperature.
  • ⁇ 200 ⁇ m small-size ice particles
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a system showing the above process with an experimental apparatus. It was observed that the gas hydrate dissociated visually by recording a video with a video camera in real time with the time of injecting air into the high-pressure cell in which the pellet was placed as 0 minutes, and the result is shown in FIG. 5.
  • Figure 5 is a photograph of the dissociation process over time when injecting nitrogen at 3 °C, 125 bar condition gas hydrate according to an embodiment of the present invention.
  • the method of producing methane gas from the gas hydrate by injecting the gas according to the present invention is a gas hydrate by injecting a single gas under the conditions of the temperature and pressure of the gas hydrate dissociation region located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate. Since it can be completely dissociated, it may be useful as a method of producing methane gas from gas hydrate.
  • gas hydrate dissociation evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the same pellets as used in Example 1 were injected with nitrogen at the temperature and pressure shown in Table 1 below, and thus gas hydrate. Whether or not is completely dissociated and the time taken to dissociate it together are indicated.
  • the samples shown in Tables 1 and 2 all adopt the dissociation temperature and the dissociation pressure of the nitrogen hydrate dissociation region located under the phase equilibrium curve of the nitrogen hydrate.
  • injection gas shows a phase diagram of a gas hydrate being injected. Dissociation of gas hydrates occurs at the temperature and pressure conditions of the corresponding gas hydrate dissociation zone located below the phase equilibrium curve).
  • Figure 6 is a photograph of the dissociation process over time when nitrogen is injected into the gas hydrate at 15 °C, 178 bar condition according to an embodiment of the present invention.
  • the maximum temperature is set to only 20 ° C., but since the gas hydrate can be more easily dissociated at a higher temperature, the present invention provides the entire temperature range of the gas hydrate dissociation region located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate. Extension is applicable.
  • the lower the pressure of nitrogen the faster dissociation occurs.
  • the minimum dissociation pressure is set to 35 bar and the maximum dissociation pressure to 230 bar.
  • the present invention is located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate. Can be extended to the full pressure range of the gas hydrate dissociation zone.
  • FIG. 7 it can be seen that as the temperature increases, the time taken for the pressure change due to dissociation of the gas hydrate to be constant decreases to about 190 minutes at room temperature 5 ° C. and about 70 minutes at room temperature 10 ° C.
  • FIG. 8 is a graph showing the pressure change when the pressure of the nitrogen gas injected while the temperature is maintained at 5 ° C. is adjusted to 56 bar and 100 bar. Contrary to the effect of temperature, when the pressure is increased, the time taken to dissociate the gas hydrate increases to 30 minutes at 56 bar and 190 minutes at 100 bar.
  • the method of injecting gas to produce methane gas from gas hydrate maximizes the efficiency at higher temperature / lower pressure.
  • the temperature of the injected nitrogen and the temperature of the nitrogen that reaches and reacts with the gas hydrate layer may be different.
  • the experiment was performed by changing the temperature of the injected nitrogen and the temperature inside the reactor where dissociation occurs, and the results are shown in the following table. 2 is shown.
  • the sample number '12' is the result of making the temperature of the injected nitrogen and the temperature inside the reactor in which dissociation occurs as the conditions of Table 1, the sample number '10' and '11' This is the result of the gas hydrate dissociation under the pressure condition of 100 bar in the reactor maintained at 1 °C after the injection of fixed nitrogen temperature of -70 °C and -30 °C respectively.
  • the dissociation ability of the gas hydrate was evaluated when using a mixed gas such as air mixed with nitrogen and oxygen and a small amount of other gases, rather than using a single gas such as nitrogen. Except for using the compressed air at high pressure instead of nitrogen gas was carried out in the same manner as in the experimental procedure of Example 1.
  • FIG. 9 is a photograph showing the dissociation process according to time when the air at 3 ° C. and 150 bar is injected into the gas hydrate according to one embodiment of the present invention.
  • a method of producing methane gas from a gas hydrate by injecting a gas involves injecting a mixed gas such as air under conditions of temperature and pressure of a corresponding gas hydrate dissociation region positioned below a phase equilibrium curve of the gas hydrate.
  • Gas hydrate can be completely dissociated, and in particular, when air is used as the injection gas, the air can be collected and compressed directly in the gas hydrate zone, thereby reducing the cost of producing methane gas from the gas hydrate. It can be useful as a method of producing methane gas from.
  • gas hydrate dissociation evaluation was performed in the same manner as in Example 2 except that the same pellets as used in Example 1 were injected with air at the temperatures and pressures shown in Table 3 below, and thus gas hydrates. Whether or not is completely dissociated and the time taken to dissociate it together are indicated.
  • dissociation temperature and the dissociation pressure which can be used in the method for producing the methane gas of the present invention are shown in FIG.
  • the samples described in Tables 3 and 4 all adopt the dissociation temperature and the dissociation pressure of the air hydrate dissociation region located below the phase equilibrium curve of the air hydrate.
  • injection gas shows a phase diagram of a gas hydrate being injected. Dissociation of gas hydrates occurs at the temperature and pressure conditions of the corresponding gas hydrate dissociation zone located below the phase equilibrium curve).
  • FIG. 10 is a photograph of the dissociation process over time when the air at 15 ° C. and 150 bar is injected into the gas hydrate according to one embodiment of the present invention.
  • the lower the air pressure the faster dissociation occurred.
  • the minimum dissociation pressure is set to 35 bar and the maximum dissociation pressure to 230 bar.
  • the present invention is located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate. Can be extended to the full pressure range of the gas hydrate dissociation zone.
  • the temperature of the injected air and the temperature of the air that reaches and reacts with the gas hydrate layer may be different.
  • the experiment was performed by varying the temperature of the injected air and the temperature inside the reactor where dissociation occurs. 4 is shown.
  • the sample number '24' is the result of measuring the temperature of the injected air and the temperature inside the reactor in which dissociation occurs as the conditions of Table 1, the sample number '22' and '23' After fixing the temperature of the injected air to -70 °C and -30 °C, respectively, the gas hydrate dissociation was carried out under a pressure condition of 100 bar in the reactor maintained at 1 °C.
  • the method of producing methane gas from a gas hydrate by injecting a gas according to the invention is located below the phase equilibrium curve of the gas hydrate injecting the gas hydrate present at temperatures above 0 ° C. and pressures of 20-300 bar.
  • Gas hydrates can be dissociated by the gas injected over the entire temperature and pressure range of the gas hydrate dissociation zone, resulting in 100% methane production, fast production, nitrogen, oxygen and other Since inert gas is injected, it does not cause any damage to the surrounding environment.
  • air can be used to collect and compress air directly on a gas hydrate-free area without carrying a separate injection gas, thereby reducing costs. Has the advantage of being able to It may be useful as a way of producing coal gas.

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Abstract

본 발명은 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 메탄가스 생산율을 100%에 달하게 할 수 있고, 빠른 시간 안에 메탄가스 생산이 가능하며, 가스 하이드레이트 부존지역의 온도/압력 조건 및 주입되는 기체의 온도/압력 조건에 구애받지 않고 적용가능하다. 또한, 질소, 산소 및 불활성기체를 사용하므로 예상되는 환경피해를 극복할 수 있으며, 특히 공기를 이용하는 경우 별도의 주입가스를 운반하지 않고 가스 하이드레이트 부존지역 위에서 바로 공기를 포집/압축하여 주입할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Description

기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법
본 발명은 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법에 관한 것이다.
가스 하이드레이트는 물 분자 안에 메탄가스를 포집하고 있는 형태의 물질로 영구동토층 및 심해 퇴적층에 존재한다. 이러한 가스 하이드레이트는 주성분인 메탄뿐만 아니라, 미량의 에탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소를 포함하는 결정성 포접화합물(crystalline clathrate hydrate)이다.
상기 가스 하이드레이트 형태로 포함된 가스는 그 부존량이 지구상에 존재하는 모든 화석 연료의 약 2배 이상으로 추정되고 있으며, 따라서 이를 에너지원으로 활용하고자 하는 연구가 진행되어 왔다.
종래의 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법으로는 크게 세 가지로 열수주입법, 감압법, 억제제 주입법이 알려져 있다.
열수주입법은 가열된 물을 주입해주어 가스하이드레이트의 평형 온도보다 온도를 높여 녹이는 방법이고, 감압법은 생산구의 압력을 떨어뜨려 평형 압력보다 낮춤으로서 해리시키는 방법이고, 억제제 주입법은 제3의 물질(예를 들면, 글리콜, 소금, 알코올 등)을 첨가하여 고체 천연가스 하이드레이트의 평형 곡선을 이동시켜 해리시키는 방법이다.
이에 더해, 본 발명자들은 2007년에 "천연가스 하이드레이트 내에서 외부 가스의 치환기법을 이용한 메탄가스 회수방법(등록번호 제10-0735841호)" 이라는 제목으로 천연가스 하이드레이트를 생산하는 치환법이라는 새로운 방법을 제시한 바 있다. 기존의 특허에서 제시된 방법은 가스 하이드레이트 내부에서 이산화탄소 및 이산화탄소/질소 혼합가스와 메탄가스와의 치환을 통해 메탄가스를 회수하는 방법이다. 즉, 가스 하이드레이트의 구조적인 변화 또는 해리 없이 객체분자 간의 치환반응을 유도하여 이산화탄소는 가스 하이드레이트 구조 속에 저장함과 동시에 메탄가스는 회수하는 방법으로서 본 특허에서 제시되는 기체 주입을 이용한 가스 하이드레이트의 해리 반응 유도 방법과는 그 원리가 상이하다. 기체 주입을 이용해 해리반응을 유도할 경우에는 가스 하이드레이트의 구조가 무너지며 메탄가스가 빠져나와 가스 생산을 이뤄내는 방법이다.
특허문헌 1에서는 해저지층 아래의 가스(gas)를 생산하기 위한 기술에 관한 것으로, 특히 해저지층 아래의 메탄(Methane, CH4) 하이드레이트(hydrate) 천연가스를 효율적으로 생산하기 위한 하이드레이트 가스 생산 장치가 개시되어 있다. 구체적으로, 종래의 열수 주입법에 의한 선박의 하이드레이트 가스 생산 장치는, 선박으로부터의 열수가 공급될 때 시추용 파이프를 통해 해저로 내려가는 동안 주변 해수로 인한 열 손실이 발생되어 시추용 파이프 내의 열수의 온도가 점차 감소될 수 있으며, 주입된 열수에 의해 하이드레이트가 해리될 때 해저지층을 통해 누수가스가 발생될 수 있지만, 특허문헌 1에 따르면 해수면에서 하이드레이트층까지 공급되는 열수의 열 손실을 최소화하고, 하이드레이트층과 해저지층 간의 경계에서의 가스 누수를 차단하여 하이드레이트 가스의 채취 효율을 높일 수 있는 하이드레이트 가스 생산 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 2에서는 메탄올 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트로서, 메탄하이드레이트와 반응하여 메탄하이드레이트의 메탄과 치환되는 메탄치환제를 저장하는 메탄치환제 저장탱크와, 상기 메탄치환제 저장탱크로부터 메탄하이드레이트 층 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 플랜트를 개시하고 있다.
특허문헌 3에서는 메탄하이드레이트 채굴설비 및 이를 구비한 선박을 개시하고 있다. 구체적으로, 해저지층 또는 영구동토층에 매장된 메탄하이드레이트를 채굴하는 채굴설비로서, 가스를 저장하는 가스탱크, 일단부가 가스탱크에 연통되어 있으며 타단부는 해저지층 또는 영구동토층에 삽입가능하게 형성된 가스공급관, 가스공급관이 삽입되는 시추공을 형성하는 드릴링장치, 해저지층 또는 영구동토층에서 발생한 메탄을 포집하는 메탄포집부를 포함하는 메탄하이드레이트 채굴설비는, 고체상태의 메탄하이드레이트에서 메탄을 채굴할 수 있게 함으로써 메탄의 채굴을 용이하게 할 수 있음이 개시되어 있다.
특허문헌 4에서는 스팀 개질반응형의 합성유 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트에 관한 것으로, 메탄하이드레이트층으로부터 메탄하이드레이트를 메탄가스의 형태로 추출할 수 있도록 구성된 스팀 개질반응형의 합성유 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트 및 이에 의해 메탄하이드레이트층으로부터 메탄가스를 추출하는 방법을 개시하고 있다. 구체적으로, 스팀 개질반응형의 합성유 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 스팀과 개질반응시켜서 합성가스인 일산화탄소와 수소를 생성하는 스팀 개질반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀 개질반응형의 합성유 생산, 저장 및 하역이 가능한 부유식 플랜트가 개시되어 있다.
특허문헌 5에서는 가스 하이드레이트층으로부터 메탄 가스를 채취하는 경우에, 열원을 연료 소비에 의존하지 않고, 경제성과 기술적 곤란성을 개선한 채취 기술을 개시하고 있다. 구체적으로, 해저의 하방 1,000 m∼1,500 m의 지하 대수층으로부터 펌프에 의해 온수를 퍼 올려 지열 에너지를 가스 하이드레이트층 밑의 투수층 내에서 유동시키고, 가스 하이드레이트층의 미분해 영역의 분해 경계면을 분해하여 메탄가스를 발생시키며, 주위의 영역으로부터 가스 유입구 스크린을 통하여 생산정에 도입하여 상승시키고, 해상에서 메탄 가스를 회수하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 현재까지 기체를 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력으로 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 알려진 바가 없다.
이에 본 발명자들은, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 가장 간단하고 경제적인 방법을 연구하던 중, 기체를 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력으로 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 고안하였고, 본 방법으로 메탄가스의 경제적이고 효율적인 생산이 가능할 수 있고, 빠른 시간 안에 메탄가스 생산이 가능하며, 가스 하이드레이트 부존지역의 온도/압력조건 및 주입되는 기체의 온도/압력조건에 구애받지 않아 광범위하게 적용될 수 있고, 질소, 산소 및 불활성기체를 사용하므로 예상되는 환경피해를 극복할 수 있으며, 특히 공기의 경우 별도의 주입가스를 운반하지 않고 천연가스 하이드레이트 부존지역 위에서 바로 공기를 포집/압축하여 주입할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
[선행기술문헌]
특허문헌 1: 특허출원 10-2009-0107313
특허문헌 2: 특허출원 10-2009-0065789
특허문헌 3: 특허출원 10-2009-0041780
특허문헌 4: 특허출원 10-2008-0123028
특허출원 5: 특허출원 10-2010-7001838
본 발명의 목적은 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 메탄가스를 생산하는 설비를 제공하는 것이다.
본 발병의 다른 목적은 상기 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 차량을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 하이드레이트에 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
가스 하이드레이트 층에 기체를 주입하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 주입된 기체로 가스 하이드레이트를 해리시켜 메탄가스를 생산하는 단계(단계 2);를 포함하는 기체를 주입하여 가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은
가스 하이드레이트에서 메탄가스를 생산하는 설비로서,
공기압축기;
일단부가 상기 공기압축기에 연통되어 있으며, 타단부는 가스 하이드레이트 층에 삽입가능하게 형성된 공기공급관; 및
상기 가스 하이드레이트 층으로부터 발생한 메탄가스를 포집하는 메탄가스 포집부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 제공한다.
또한, 본 발명은
상기 메탄가스를 생산하는 설비; 및
상기 설비의 메탄가스 포집부와 연통되고 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박을 제공한다.
나아가, 본 발명은
상기 메탄가스를 생산하는 설비; 및
상기 설비의 메탄가스 포집부와 연통되고 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 차량을 제공한다.
본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 메탄가스 생산율을 100%에 달하게 할 수 있고, 빠른 시간 안에 메탄가스 생산이 가능하며, 가스 하이드레이트 부존지역의 온도/압력 조건 및 주입되는 기체의 온도/압력 조건에 구애받지 않고 적용가능하다. 또한, 질소, 산소 및 불활성기체를 사용하므로 예상되는 환경피해를 극복할 수 있으며, 특히 공기를 이용하는 경우 별도의 주입가스를 운반하지 않고 가스 하이드레이트 부존지역 위에서 바로 공기를 포집/압축하여 주입할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있으므로, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법으로 유용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 가스 하이드레이트의 상평형도를 나타낸 그래프이다(여기서, "질소"는 질소 하이드레이트의 상평형도를 나타내고, "공기"는 공기 하이드레이트의 상평형도를 나타내며, "산소"는 산소 하이드레이트의 상평형도를 나타내고, "메탄"은 가스 하이드레이트 상평형도를 나타낸다).
도 3은 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산할 수 있는 영역을 붉은색 음영으로 나타낸 그래프이다(여기서, "주입 기체"는 주입되는 기체 하이드레이트의 상평형도를 나타낸다. 주입되는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력 조건에서 가스 하이드레이트의 해리가 일어난다).
도 4는 주입 기체의 온도 및 압력에 따른 가스 하이드레이트의 해리 과정을 관찰하기 위한 실험 장치를 나타낸 모식도이다.
도 5는 3℃, 125 bar 조건의 질소를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 6은 15℃, 178 bar 조건의 질소를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라서 3℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 15℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라서 3 ℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 15 ℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 가스 하이드레이트에 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 제공한다.
가스 하이드레이트는 주성분이 메탄으로, 메탄가스 하이드레이트라 불리기도하며, 고체 결정으로 존재할 수 있는 온도, 압력 안정영역내에 존재한다. 이는 온도와 압력으로 이루어진 상평형도로부터 알 수 있다. 즉, 일정 온도에서 해리 평형 압력 이상인 영역에서는 가스 하이드레이트 입방체 구조 결정의 형성과 유지가 가능하다. 가스 하이드레이트가 이러한 평형 안정 영역 내에 있을 경우 고체 결정으로 이루어진 구조가 붕괴되지 않고 존재한다. 그러나 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 회수하기 위해서는 고체 결정상 가스 하이드레이트가 해리되어 물과 메탄으로 분리되어야한다. 종래의 기술은 온도와 압력 변화를 이용하여 가스 하이드레이트를 해리시키나, 본 발명에서는 단순히 기체만을 주입하여 가스 하이드레이트를 효과적으로 해리한다.
본 발명에 따른 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법에 있어서, 상기 기체는 질소, 산소, 수소, 이산화탄소 또는 아르곤, 네온, 헬륨, 크립톤등을 포함하는 불활성 기체 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 질소 75-80 부피% 및 산소 19-24 부피%를 포함하는 혼합기체를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 질소 78%, 산소 21% 및 기타 가스 1%를 포함하는 일반 대기중의 공기를 사용할 수 있다. 여기서, 공기를 사용할 경우 가스 하이드레이트 부존지역에서 바로 포집/압축하여 사용할 수 있으므로 메탄가스 생산비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 기체는 해당 기체의 상평형 곡선 아래에 위치하는 영역(해당 기체 하이드레이트의 해리영역)의 온도 및 압력 조건으로 주입할 수 있다(도 2-3 참조). 만약, 상기 기체의 온도 및 압력 조건이 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 위에 위치하는 영역(해당 기체 하이드레이트의 안정영역)에 해당할 경우에는 가스 하이드레이트가 잘 해리되지 않아 메탄가스 회수율이 낮아지는 문제가 있다.
일반적으로, 자연계에 존재하는 가스 하이드레이트 층의 온도는 0-25℃, 압력은 20-300 bar이다. 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 해저지층 또는 영구동토층에 존재하는 가스 하이드레이트 층의 압력보다 높은 압력으로 기체를 주입하는 것이 일반적이나, 이보다 낮은 압력으로 기체를 주입하여도 메탄가스를 생산할 수 있다.
한편, 본 발명의 메탄가스를 생산하는 방법에 따르면, 온도는 높을수록, 압력은 낮을수록 가스 하이드레이트의 해리 소요시간이 줄어드는 경향을 나타낸다(실시예 2 및 4 참조).
따라서, 본 발명에 따른 메탄가스를 생산하는 방법에서 기체의 압력은 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 시간을 줄이고 생산비용을 절감한다는 관점에서, 가스 하이드레이트 층 부존지역의 압력과 동일하거나 그보다 약간 높은 압력(예를 들면, 가스 하이드레이트 층의 압력이 100 bar일 경우, 기체의 주입압력은 105 bar를 사용)으로 기체를 주입하는 것이 바람직한데, 자연계에 존재하는 가스 하이드레이트 층의 압력이 대략 20-300 bar이므로, 10-350 bar 범위의 압력으로 주입하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 메탄가스를 생산하는 방법에서 기체의 온도는 공기를 기체 상태로 주입하므로, 산소의 액화 온도인 -119℃ 이상의 온도를 모두 사용할 수 있으나, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 시간을 줄이고 생산비용을 절감한다는 관점에서, -50-100℃의 범위로 주입하는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명에 따른 메탄가스를 생산하는 방법은 가스 하이드레이트를 완전해리 시키는데 필요한 시간이 짧으므로 메탄가스 생산율이 100%에 달하는 것을 특징으로 한다.
하이드레이트의 열역학적 평형 조건의 예를 들어보면, 가스 하이드레이트는 3℃에서 상평형 기압이 35 bar(메탄가스압력) 정도인 것에 비하여 공기 하이드레이트의 경우 3℃에서 210 bar(공기압력) 정도에 이른다(도 2-3 참조). 즉, 가스 하이드레이트는 3℃에서 35 bar 이상의 메탄가스 압력이 유지되면 고체 결정이 해리되지 않고 안정적으로 존재할 수 있으며, 공기 하이드레이트의 경우에는 3℃에서 약 210 bar 이상의 공기가스 압력에서 안정적으로 존재할 수 있다. 다시 말해, 공기 하이드레이트를 형성하기 위해서 가스 하이드레이트보다 훨씬 큰 압력이 요구된다.
또한, 열역학 상평형도에서 중요한 점이 하이드레이트에 포집되어있는 가스 분자와 가스상의 압력을 이루는 가스 분자가 동일해야한다는 점이다. 즉, 가스 하이드레이트는 메탄 가스 압력이 35 bar 이상일 때 3℃ 온도에서 안정적으로 존재한다. 그러나, 가스 압력이 35 bar 보다 높더라도 메탄 가스가 아닌 다른 기체가 압력을 유지해주는 가스상 성분으로 존재하게 되면, 특정 기체 하이드레이트가 고체상으로 존재할 수 있는 압력조건을 충족했다 할지라도 궁극적으로 가스 하이드레이트가 해리된다. 즉, 안정적으로 존재하는 가스 하이드레이트에 메탄 이외의 다른 기체를 주입하게 되면 새로운 주입 기체 하이드레이트 생성 및 해리 조건이 만들어지며, 이 독특한 현상으로 가스 하이드레이트는 해리되고 메탄가스 생산이 이루어진다.
또한, 본 발명은 가스 하이드레이트 층에 기체를 주입하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 주입된 기체로 가스 하이드레이트를 해리시켜 메탄가스를 생산하는 단계(단계 2);를 포함하는 기체를 주입하여 천연가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 천연가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 상술한 메탄가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 회수하는 방법과 동일한 조건으로 실시한다.
나아가, 본 발명은 가스 하이드레이트에서 메탄가스를 생산하는 설비로서,
기체압축기;
일단부가 상기 기체압축기에 연통되어 있으며, 타단부는 가스 하이드레이트 층에 삽입가능하게 형성된 기체공급관; 및
상기 가스 하이드레이트 층으로부터 발생한 메탄가스를 포집하는 메탄가스 포집부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 제공한다.
본 발명에 따른 설비에 있어서, 상기 기체압축기는 공기 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 영역(기체 하이드레이트 해리영역)의 온도 및 압력 조건을 생성할 수 있는 것을 사용할 수 있다(도 2-3 참조).
본 발명에 따른 설비에 있어서, 상기 기체공급관은 기체압축기에서 압축된 기체를 해저지층 또는 영구동토층에 묻혀있는 가스 하이드레이트 층에 주입할 수 있도록 연결하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 설비는 기체공급관이 삽입되는 시추공을 형성하는 드릴링 장치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 드릴링 장치는 가스 하이드레이트 층의 채굴에 필요한 시추작업을 수행하는 역할을 한다. 구체적으로, 드릴링 장치는 해저지층 또는 영구동토층에 기체공급관이 삽입되는 시추공을 형성한다. 또한, 채굴에 필요한 설비가 장착될 수 있도록 다양한 시추작업을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 드릴링 장치는 시추작업이 수행되는 공간을 형성하는 라이저(riser)를 포함할 수 있다. 상기 라이저는 시추작업 시에 사용되는 드릴 파이프 등을 보호하는 역할을 한다. 그리고, 시추공에 삽입되어 설치되는 기체공급관이 보호되도록, 시추작업 후에는 기체공급관이 라이저 내부에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 설비에 있어서, 상기 메탄가스 포집부는 가스 하이드레이트층에 기체를 주입하여 발생된 메탄가스를 포집하는 역할을 한다. 여기서, 효율적인 채굴작업을 위하여 메탄가스 포집부에 STL 시스템(Submerged Turret Loading System)을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 메탄가스를 생산하는 설비; 및
상기 설비의 메탄가스 포집부와 연통되고 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박을 제공한다.
본 발명에 따른 선박에서 상기 메탄가스 포집부는 터릿(Turret), 메탄가스 포집관 및 해저부이(subsea buoy)를 포함한다. 상기 메탄가스 포집관은 해저지층 내의 메탄가스를 포집하는 부분이고, 해저부이는 포집된 메탄가스를 선박에 전달할 수 있도록 선박의 터릿과 연결되는 부분이다. 이를 위해, 해저부이는 메탄가스 포집관과 유체소통이 가능하게 연결되어 있으며, 해수면 아래에서 부유할 수 있도록 형성된다. 이에 따라, 선박을 해저부이 위쪽에 위치시킨 후에, 해저부이와 착탈가능하게 형성된 터릿에 해저부이를 결합시킬 수 있다. 그리고, 선박에 해저부이가 연결되면, 후술할 메탄저장부와 연통된 메탄공급관이 해저부이에 연결되어 포집된 메탄가스가 선박에 저장된다.
나아가, 본 발명은 상기 메탄가스를 생산하는 설비; 및
상기 설비의 메탄가스 포집부와 연통되고 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 차량을 제공한다.
본 발명에 따른 선박 및 차량에 있어서, 상기 메탄가스 저장부는 상술한 메탄가스 포집부에 의해 모아진 메탄가스를 저장하는 부분이다. 여기서, 메탄가스 저장부는 메탄가스를 액화하는 액화장치와, 액화된 메탄가스를 저장하는 액화메탄 저장부 포함하여 이루어질 수 있다. 액화된 메탄가스는 기체 상태의 메탄에 비해 그 부피가 현저하게 작으므로, 액화장치를 구비한 메탄가스 저장부는 효율적인 메탄의 저장이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 메탄가스 생산율을 100%에 달하게 할 수 있고, 빠른 시간 안에 메탄가스 생산이 가능하며, 가스 하이드레이트 부존지역의 온도/압력 조건 및 주입되는 기체의 온도/압력 조건에 구애받지 않고 적용가능하다. 또한, 질소, 산소 및 불활성기체를 사용하므로 예상되는 환경피해를 극복할 수 있으며, 특히 공기를 이용하는 경우 별도의 주입가스를 운반하지 않고 가스 하이드레이트 부존지역 위에서 바로 공기를 포집/압축하여 주입할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있으므로, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법으로 유용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 질소주입에 의한 가스 하이드레이트의 해리 평가
본 실시예에서는 가스 하이드레이트의 해리 유무를 용이하게 판단하기 위하여, 실험실에서 가스 하이드레이트 샘플 펠렛을 합성한 후, 일정 온도 하에서 질소 기체를 압력별로 주입한 뒤 시간에 따른 해리과정을 관찰하였다.
가스 하이드레이트 샘플 펠렛의 준비
물을 -30℃에서 얼린 뒤 액체질소 하에서 갈아 작은 크기의 얼음입자(~200 ㎛)로 만든 후, 이를 고압 용기에 저장하고, 120 bar의 압력으로 메탄가스를 주입하여 100 시간 이상 반응시켜 가스 하이드레이트를 제조하였다.
다음으로, 상압에서의 가스 하이드레이트 해리를 방지하기 위해서 액체질소(-193℃) 하에서 시료를 준비하여, 지름 25 mm, 높이 5 mm의 원통형 가스 하이드레이트 펠렛을 제조하였다.
가스 하이드레이트 샘플 펠렛의 해리
상기에서 준비한 가스 하이드레이트 펠렛을 관측창이 있는 고압셀(cell)에 안치시키고 닫은 후, 3℃ 온도로 유지되는 베쓰 안에 넣었다. 다음으로, 미리 3℃ 온도로 유지되어 있던 질소를 펠렛이 들어있는 고압셀에 125 bar의 압력으로 주입하였다. 이때, 상기 주입되는 질소의 3℃, 125 bar 조건은 질소 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 질소 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력조건에 해당한다. 도 4는 상기의 과정을 실험 장치와 함께 나타낸 시스템의 모식도이다. 펠렛이 안치되어 있는 고압셀에 공기를 주입하는 시각을 0분으로 하여 실시간으로 비디오 카메라로 동영상을 녹화하여 육안으로 가스 하이드레이트가 해리됨을 관찰하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서 3℃, 125 bar 조건의 질소를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 가스 하이드레이트 펠렛에 질소 가스가 주입되었을 경우 반응 시간이 3시간 정도 지났을 때, 가스 하이드레이트 펠렛이 완전 해리됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 단독 기체를 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력의 조건으로 주입하여 가스 하이드레이트를 완전히 해리할 수 있으므로, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법으로 유용할 수 있다.
<실시예 2> 주입되는 질소의 온도 및 압력에 따른 가스 하이드레이트의 해리 여부 및 해리 소요시간 평가
가스 하이드레이트에 주입되는 질소의 온도 및 압력에 따른 가스 하이드레이트의 해리 여부 및 해리 소요시간을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 펠렛을 하기 표 1에 나타낸 온도 및 압력으로 질소를 주입한 것을 제외하고는 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 가스 하이드레이트 해리 평가를 하였고, 이에 따라서 가스 하이드레이트가 완전 해리되는지의 여부와 완전 해리되는데 소요되는 시간을 함께 나타내었다.
참조로, 하기 표 1 및 표 2에 기재한 샘플들은 모두 질소 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 질소 하이드레이트 해리영역의 해리온도 및 해리압력을 채택하고 있다.
나아가, 15℃, 178 bar 조건(샘플 번호 6)의 질소를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진을 도 6에 나타내었다.
표 1
샘플 번호 해리 온도 (℃) 해리 압력 (bar) 해리여부 해리 소요시간 (min)
1 3 35 완전해리 25
2(도 5) 3 125 완전해리 180
3 3 150 완전해리 198
4 15 50 완전해리 10
5 15 100 완전해리 15
6(도 6) 15 178 완전해리 40
7 15 200 완전해리 25
8 20 150 완전해리 15
9 20 230 완전해리 24
도 3은 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산할 수 있는 영역을 나타낸 그래프이다(여기서, "주입 기체"는 주입되는 기체 하이드레이트의 상평형도를 나타낸다. 주입되는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력 조건에서 가스 하이드레이트의 해리가 일어난다).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라서 15℃, 178 bar 조건의 질소를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
상기 표 1 및 도 6에 나타난 바와 같이, 모든 샘플(3-20℃, 압력 35-230 bar)이 완전해리됨을 알 수 있었다. 여기서, 완전해리됨은 메탄가스 회수율이 100%가 됨을 의미한다. 한편, 샘플 번호 2(3 ℃, 125 bar)의 경우 가스 하이드레이트가 완전 해리까지의 소요시간은 180분이 필요하였고, 샘플 번호 6(15 ℃, 178 bar)의 경우 40분 만에 완전 해리가 진행되는 것을 확인하였고, 이를 통해 온도가 높을수록 해리가 빨리 진행됨을 알 수 있었다. 본 실시예에서는 최대 온도를 20 ℃까지만 설정하였으나 이보다 높은 온도에서 가스 하이드레이트를 더욱 쉽게 해리시킬 수 있으므로, 본 발명은 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 전체 범위로 확장 적용 가능하다.
또한, 질소의 압력이 낮을수록 해리가 빨리 일어남을 알 수 있었다. 본 실시예에서는 최소 해리압력을 35 bar, 최대 해리압력을 230 bar까지만 설정하였으나, 이보다 높거나 낮은 압력 범위에서도 가스 하이드레이트를 쉽게 해리시킬 수 있으므로, 본 발명은 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 압력 전체 범위로 확장 적용 가능하다.
온도 및 압력에 따른 차이를 정량적으로 확인하기 위해 온도/압력 곡선을 시간에 따라 기록하여 나타낸 결과를 도 7과 도 8에 나타내었다.
도 7은 상온 5℃, 상온 10℃의 두 가지 대조군 시료에 동일한 압력인 100 bar의 질소 압력을 주입하였을 때 측정된 압력변화 그래프이다. 전체 실험 과정이 일정한 부피의 반응기에서 일어나기 때문에 가스 하이드레이트가 해리됨에 따라 메탄가스의 압력이 발생하게 되고, 이는 전체 압력의 증가를 초래하여 압력의 변화 곡선을 통해 간접적으로 가스 하이드레이트의 해리 종료 시점을 결정할 수 있다.
도 7에 따르면, 온도가 높을수록 가스 하이드레이트의 해리에 따른 압력 변화가 일정해지는데 걸리는 시간이 상온 5℃에서는 약 190분, 상온 10℃에서는 약 70분으로 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 온도가 높아질수록 기체 주입에 의한 메탄가스의 생산시간이 짧아짐을 알 수 있다. 도 8은 반대로 온도를 상온 5도로 유지한 상태에서 주입된 질소 기체의 압력을 56 bar, 100 bar으로 조정했을 때 나타나는 압력 변화 그래프이다. 온도가 주는 영향과는 다르게 압력이 높아질 경우에는 가스 하이드레이트의 해리에 걸리는 시간이 56 bar에서는 30분, 100 bar에서는 190분으로 늘어나는 현상을 관찰했다. 종합하면, 기체를 주입하여 메탄 가스를 가스 하이드레이트로부터 생산하는 방법은 온도가 높을수록/압력이 낮을수록 그 효율이 극대화됨을 알 수 있다.
나아가, 실제로 해저지층 또는 영구동토층에 부존되어 있는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산할 경우에, 주입되는 질소의 온도와 가스 하이드레이트층에 도달하여 반응하는 질소의 온도가 상이할 수 있다. 이러한 주입 질소와 가스 하이드레이트층에 도달한 질소의 온도가 상이한 경우에도 메탄가스 생산이 가능한지 알아보기 위하여, 주입되는 질소의 온도와 해리가 일어나는 반응기 내부의 온도를 다르게 하여 실험하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
표 2
샘플 번호 질소주입 온도 (℃) 해리 온도 (℃) 해리 압력 (bar) 해리여부 해리 소요시간 (min)
10 -70 1 100 완전해리 210
11 -30 1 100 완전해리 170
12 1 1 100 완전해리 75
상기 표 2에서, 샘플번호 '12'번은 상기 표 1의 조건과 같이 주입되는 질소의 온도와 해리가 일어나는 반응기 내부의 온도를 같게 만들어 측정한 결과이고, 샘플번호 '10'번과 '11'번은 주입되는 질소의 온도를 각각 -70℃ 및 -30℃로 고정하여 주입한 후 1℃로 유지된 반응기 내부에서 100 bar의 압력조건하에서 가스 하이드레이트 해리를 진행시킨 결과이다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 주입되는 질소의 온도가 매우 낮더라도 가스 하이드레이트의 완전해리가 발생하지만, 온도가 낮아짐에 따라 소요되는 해리시간이 늘어남을 알 수 있다. 이는 낮은 온도로 주입된 질소의 온도가 반응기의 온도인 1℃까지 상승하는 과정과 동시에 가스 하이드레이트의 해리가 진행되기 때문에 전체 소요시간이 늘어나는 것으로 해석할 수 있다.
<실시예 3> 공기주입에 의한 가스 하이드레이트의 해리 평가
본 실시예에서는 질소와 같은 단독 기체를 사용하는 것이 아닌, 질소와 산소 그리고 미량의 기타 기체가 혼합되어있는 공기와 같은 혼합 기체를 이용할 경우에 가스 하이드레이트의 해리능력에 대해 평가하였다. 질소 가스 대신 고압으로 압축된 공기를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 실험과정과 동일하게 실시하였다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라서 3 ℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
도 9에 나타난 바와 같이, 가스 하이드레이트 펠렛에 공기 가스가 주입되었을 경우 반응 시간이 3시간 정도 지났을 때, 넣은 펠렛이 완전 해리됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 공기와 같은 혼합 기체를 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력의 조건으로 주입하여 가스 하이드레이트를 완전히 해리할 수 있고, 특히 공기를 주입 기체로 사용할 경우에는 가스 하이드레이트 부존지역에서 바로 공기를 포집/압축하여 사용할 수 있으므로, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 비용이 절감되므로, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법으로 유용할 수 있다.
<실시예 4> 주입되는 공기의 온도 및 압력에 따른 가스 하이드레이트의 해리 여부 및 해리 소요시간 평가
가스 하이드레이트에 주입되는 공기의 온도 및 압력에 따른 가스 하이드레이트의 해리 여부 및 해리 소요시간을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 펠렛을 하기 표 3에 나타낸 온도 및 압력으로 공기를 주입한 것을 제외하고는 실시예 2에서 사용한 것과 동일한 방법으로 가스 하이드레이트 해리 평가를 하였고, 이에 따라서 가스 하이드레이트가 완전 해리되는지의 여부와 완전 해리되는데 소요되는 시간을 함께 나타내었다.
또한, 도 3에 공기 하이드레이트의 상평형도에서 본 발명의 메탄가스를 생산하는 방법에 사용가능한 해리온도 및 해리압력을 붉은색 음영을 넣어 표시하였다. 참조로, 하기 표 3 및 표 4에 기재한 샘플들은 모두 공기 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 공기 하이드레이트 해리영역의 해리온도 및 해리압력을 채택하고 있다.
나아가, 15 ℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진을 도 10에 나타내었다.
표 3
샘플 번호 해리 온도 (℃) 해리 압력 (bar) 해리여부 해리 소요시간 (min)
13 3 35 완전해리 35
14 3 100 완전해리 110
15(도 6) 3 150 완전해리 200
16 15 50 완전해리 12
17 15 100 완전해리 18
18(도 7) 15 150 완전해리 25
19 15 200 완전해리 30
20 20 150 완전해리 20
21 20 230 완전해리 28
도 3은 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산할 수 있는 영역을 나타낸 그래프이다(여기서, "주입 기체"는 주입되는 기체 하이드레이트의 상평형도를 나타낸다. 주입되는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력 조건에서 가스 하이드레이트의 해리가 일어난다).
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 15 ℃, 150 bar 조건의 공기를 가스 하이드레이트에 주입시킬 경우 시간경과에 따른 해리과정을 촬영한 사진이다.
상기 표 3 및 도 9-10에 나타난 바와 같이, 모든 샘플(3-20 ℃, 압력 35-230 bar)이 완전해리 됨을 알 수 있었다. 여기서, 완전 해리됨은 메탄가스 회수율이 100%가 됨을 의미한다. 한편, 샘플 번호 15(3 ℃, 150 bar)의 경우 가스 하이드레이트가 완전 해리까지의 소요시간은 200분이 필요하였고, 샘플 번호 18(15 ℃, 150 bar)의 경우 25분 만에 완전 해리가 진행되는 것을 확인하였고, 이를 통해 온도가 높을수록 해리가 빨리 진행됨을 알 수 있었다. 본 실시예에서는 최대 온도를 20 ℃까지만 설정하였으나 이보다 높은 온도에서 가스 하이드레이트를 더욱 쉽게 해리시킬 수 있으므로, 본 발명은 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 전체 범위로 확장 적용 가능하다.
또한, 공기의 압력이 낮을수록 해리가 빨리 일어남을 알 수 있었다. 본 실시예에서는 최소 해리압력을 35 bar, 최대 해리압력을 230 bar까지만 설정하였으나, 이보다 높거나 낮은 압력 범위에서도 가스 하이드레이트를 쉽게 해리시킬 수 있으므로, 본 발명은 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 압력 전체 범위로 확장 적용 가능하다.
나아가, 실제로 해저지층 또는 영구동토층에 부존되어 있는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산할 경우에, 주입되는 공기의 온도와 가스 하이드레이트층에 도달하여 반응하는 공기의 온도가 상이할 수 있다. 이러한 주입공기와 가스 하이드레이트층에 도달한 공기의 온도가 상이한 경우에도 메탄가스 생산이 가능한지 알아보기 위하여, 주입되는 공기의 온도와 해리가 일어나는 반응기 내부의 온도를 다르게 하여 실험하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
표 4
샘플 번호 공기주입 온도 (℃) 해리 온도 (℃) 해리 압력 (bar) 해리여부 해리 소요시간 (min)
22 -70 1 100 완전해리 250
23 -30 1 100 완전해리 200
24 1 1 100 완전해리 90
상기 표 4에서, 샘플번호 '24'번은 상기 표 1의 조건과 같이 주입되는 공기의 온도와 해리가 일어나는 반응기 내부의 온도를 같게 만들어 측정한 결과이고, 샘플번호 '22'번과 '23'번은 주입되는 공기의 온도를 각각 -70℃ 및 -30℃로 고정하여 주입한 후 1℃로 유지된 반응기 내부에서 100 bar의 압력조건하에서 가스 하이드레이트 해리를 진행시킨 결과이다.
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 주입되는 공기의 온도가 매우 낮더라도 가스 하이드레이트의 완전해리가 발생하지만, 온도가 낮아짐에 따라 소요되는 해리시간이 늘어남을 알 수 있다. 이는 낮은 온도로 주입된 공기의 온도가 반응기의 온도인 1℃까지 상승하는 과정과 동시에 가스 하이드레이트의 해리가 진행되기 때문에 전체 소요시간이 늘어나는 것으로 해석할 수 있다.
결론적으로, 주입되는 기체의 온도가 매우 낮더라도 해리 소요시간이 늘어나긴 하지만 가스 하이드레이트의 완전 해리를 유도하여 메탄가스 생산이 가능하다. 따라서, 알래스카와 같은 영구동토층에 묻혀있는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산할 경우에도 영하 이하의 온도에서 본 발명에 따른 질소주입법을 이용하더라도 훌륭한 효율로 메탄가스를 생산할 것으로 기대된다.
따라서, 본 발명에 따른 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법은 0 ℃ 이상의 온도 및 20-300 bar의 압력하에 존재하는 가스 하이드레이트를 주입하는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력 전체 범위에서 주입되는 가스에 의해 가스 하이드레이트를 해리할 수 있으므로, 메탄가스 생산율을 100%에 달하게 할 수 있고, 빠른 시간 안에 생산이 가능하며, 질소, 산소 및 기타 불활성 기체를 주입하므로 주변 환경에 피해가 발생하지 않는 장점이 있으며, 특히 공기를 이용하면 별도의 주입가스를 운반하지 않고 가스 하이드레이트 부존지역 위에서 바로 공기를 포집/압축하여 주입할 수 있어 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있으므로, 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법으로 유용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 가스 하이드레이트에 기체를 주입하여 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 질소, 산소 및 불활성 기체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기체는 질소, 산소 또는 불활성 기체를 단독으로 이용하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기체는 질소, 산소 및 불활성 기체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 질소 75-80 부피% 및 산소 19-24 부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 질소 78%, 산소 21% 및 기타 가스 1%를 포함하는 일반 대기중의 공기인 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력 조건하에 주입되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기체의 온도는 -50 - 100 ℃이고, 압력은 10-350 bar이되, 상기 기체의 온도 및 압력의 범위는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 가스 하이드레이트에 기체를 주입하여 가스 하이드레이트를 해리시켜 메탄가스를 분리하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 하이드레이트는 메탄을 포함하되,
    에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 더 포함될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 천연가스 하이드레이트 층은 해저지층 또는 영구동토층에 존재하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  12. 천연가스 하이드레이트 층에 기체를 주입하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 주입된 기체로 가스 하이드레이트를 해리시켜 메탄가스를 생산하는 단계(단계 2);를 포함하는 기체를 주입하여 가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기체는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 기체 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력 조건하에 주입되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기체의 온도는 -50 - 100 ℃이고, 압력은 10-350 bar이되, 상기 기체의 온도 및 압력의 범위는 해당 기체 하이드레이트의 상평형 곡선 아래에 위치하는 해당 하이드레이트 해리영역의 온도 및 압력의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 층으로부터 메탄가스를 생산하는 방법.
  15. 가스 하이드레이트층에서 메탄가스를 생산하는 설비로서,
    기체압축기;
    일단부가 상기 기체압축기에 연통되어 있으며, 타단부는 해저지층 또는 영구동토층에 매장된 가스 하이드레이트 층에 삽입가능하게 형성된 기체공급관; 및
    상기 가스 하이드레이트 층으로부터 발생한 메탄가스를 포집하는 메탄가스 포집부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 설비는 기체공급관이 삽입되는 시추공을 형성하는 드릴링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 드릴링장치는 시추작업이 수행되는 공간을 형성하는 라이저(riser)를 포함하고,
    상기 공기공급관은 상기 라이저 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 기체압축기는 기체의 온도를 -50 - 100 ℃로 조절하고, 10-350 bar로 압축하는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비.
  19. 제15항의 메탄가스를 생산하는 설비; 및
    상기 설비의 메탄가스 포집부와 연통되고 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 메탄가스 포집부는,
    상기 해저지층 또는 영구동토층에 매장된 가스 하이드레이트 내의 메탄가스를 포집하는 메탄가스 포집관;
    상기 메탄가스 포집관과 유체소통이 가능하게 연결되어 있으며, 해수면 아래에서 부유하는 해저부이(subsea buoy); 및
    상기 해저부이와 착탈가능한 터릿(turret);을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 메탄가스 포집부는 상기 해저지층에 매장된 가스 하이드레이트 내의 메탄가스를 포집하는 메탄가스 포집관에 연결된 해저부이와 착탈이 가능한 터릿을 포함하며,
    상기 해저부이와 상기 메탄가스 저장부를 연통시키는 메탄가스 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 메탄가스 저장부는,
    메탄가스를 액화하는 액화장치; 및
    상기 액화된 메탄을 저장하는 액화메탄 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 선박.
  23. 제15항의 메탄가스를 생산하는 설비; 및
    상기 설비의 메탄가스 포집부와 연통되고 메탄가스를 저장하는 메탄가스 저장부;를 포함하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 차량.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 메탄가스 저장부는,
    메탄가스를 액화하는 액화장치; 및
    상기 액화된 메탄을 저장하는 액화메탄 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄가스를 생산하는 설비를 구비한 차량.
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