• Korean Chemical Engineering Research
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• v.51 no.4
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• pp.500-505
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• 2013

In this study, we investigated the kinetics of gas hydrate formation in the presence of ionic liquid (IL). Hydroxyethyl-methyl-morpholinium chloride (HEMM-Cl) was chosen as a material for the promotion effect test. Phase equilibrium curve for $CH_4$ hydrate with aqueous IL solution was obtained and its induction time and consumed amount of $CH_4$ gas were also measured. Aqueous solutions containing 20~20,000 ppm of HEMM-Cl was prepared and studied at 70 bar and 274.15 K. To compare the measured results to those of the conventional promoter, sodium dodecyl sulfate was also tested at the same condition. Result showed that the hydrate equilibrium curve was shifted toward higher pressure and lower temperature region. In addition, the induction time on $CH_4$ hydrate formation in the presence of IL was not shown. The amount of consumed $CH_4$ was increased with the whole range of tested concentration of IL and the highest consumption of $CH_4$ happened at 1,000 ppm of HEMM-Cl. HEMM-Cl induced and enhanced the $CH_4$ hydrate formation with a small amount of addition. Obtained result is expected to be applied for the development of technologies such as gas storage and transport using gas hydrates.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.3
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• pp.394-400
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• 2023

In this study, the tuning phenomena, gas storage capacity, and thermal expansion behaviors of binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates were investigated for the potential applications of clathrate hydrates to gas storage. To understand the tuning behaviors of binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates, ¹³C solid-state NMR spectroscopy was used, and the results confirmed that maximum tuning factors for the binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates were achieved at 0.5 mol% and 1.0 mol% of guest concentration, respectively. The gas storage capacity of binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates were also checked, and the results showed the CH₄ capacity of our hydrate systems was superior to that of binary (tetrahydrofuran + CH₄) and (cyclopentane + CH₄) clathrate hydrates. The synchrotron diffraction patterns of these hydrates collected at 100, 150, 200, and 250 K confirmed the formation of a cubic Fd-3m hydrate. In addition, the lattice constant of clathrate hydrates with cyclopentylamine and methane were larger than that with cyclopropylamine and methane due to the effects of molecular size and shape.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.148.1-148.1
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• 2011

본 연구에서는 가스 하이드레이트의 미래 상업생산을 위한 연구활동으로 동해 울릉분지 현장시료를 채취하여 가스 하이드레이트 함유토의 열전도 현상에 관한 연구를 실시하였다. 두 종류의 현장시료를 이용하여 메탄 하이드레이트를 생성하여 공극비 및 포화도에 따라 조건을 달리하여 실험을 수행하였다. 열전도도 측정을 위하여 Transient Plane Source (TPS) 기법을 이용하였다. 현장시료의 사용에 앞서 예비실험으로써 F110표준사를 사용, 비교 분석 자료로써 활용하였다. 하이드레이트 생성 확률을 높이는 기법으로써 불포화시료를 동결, 해동 후 가스를 주입하였으며 동결된 불포화 시료의 열전달양상의 변화를 함께 고찰하였다. 실험결과, 하이드레이트의 포화도가 증가함에 따라 함유토의 열전도도의 증가함을 알 수 있어다. 거의 동일한 물과 GH의 열전도도에도 불구하고 하이드레이트 결정화 작용으로 동일한 포화도의 불포화 시료와 비교하여 약간의 상승을 보였다. 또한 공극비 및 흙을 구성하는 미네랄의 성분에 따라 열전도도의 발현 양상이 상이함을 관찰하였다. 이에 차후 하이드레이트 생산을 위한 현장 측정 및 전산 모사시 이에 관한 고려가 필요할 것으로 사료된다.

• Korea Petroleum Association Journal
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• no.7 s.243
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• pp.52-56
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• 2004

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.149-149
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• 2011

청정 에너지원으로 높은 잠재력을 가지고 있는 가스하이드레이트는 상업적 기술개발이 미확보된 상태임에도, 우리나라에서 부존이 직접적으로 확인되었기 때문에 에너지원으로서 그 중요성이 부각되고 있다. 현재 전세계적으로 가스하이드레이트 개발 및 생산에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이에 대한 기초자료로서 가스하이드레이트가 함유된 퇴적층의 물성자료가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 입도 분포별 총 5가지의 미고결 시료를 대상으로 투과도, p파속도, 전기비저항 측정을 수행하였다. 연구에 사용된 미고결 시료는 Hama#5($774{\mu}m$), #6($485{\mu}m$), #7($258{\mu}m$), #8($106{\mu}m$) 4가지와 Hama#6과 Hama#7을 1:1($371{\mu}m$)로 혼합하여 사용하였다. 실험에 사용된 장비는 가스하이드레이트를 인공적으로 생성시키기 위해 퇴적층을 모사할 수 있는 고압셀과 자료획득장비, 유체 주입장비, 온도 유지장비이다. 또한 투과도 측정에는 차압계, 전기비저항 측정에 RLC meter, p파속도 측정에 음파 송수신장비를 사용하여 각각의 물성을 측정하였다. 실험과정을 단계별로 요약하면 먼저 시료를 고압셀에 충진한 뒤 주입된 물의 양으로부터 공극률을 측정하고, 절대 투수계수를 측정하였다. 그 후, 메탄가스를 주입하여 퇴적층 내 수포화도(water saturation)를 잔류상태(irreducible saturation)로 유지시키고 메탄가스를 추가적으로 주입하여 원하는 압력까지 가압한 뒤 온도를 $1^{\circ}C$로 낮추었다. 가스하이드레이트의 생성은 급격한 압력강하로부터 알 수 있다. 최종적으로 가스하이트레이트가 함유된 퇴적층의 상대 투수계수를 측정하기 위해 메탄가스를 주입하였고 각각의 측정장비를 통해 전기비저항 및 p파 속도를 측정하였다.$V_g$, $V_h$, $V_w$, $V_ss$는 각각 가스의 부피, 하이드레이트의 부피, 물의 부피, 모래의 부피이다. 또한 수포화도, $S_w=\frac{V_w}{V_v}$이며 하이드레이트 포화도, $S_h=\frac{V_w}{V_v}$, 가스 포화도, $S_g=\frac{V_g}{V_v}$로 정의된다. 본 실험의 결과 투과도는 가스의 부피비, $\frac{V_g}{V}=nS_g$에 민감한 반응을 보였으며, 비저항은 공극수의 부피비, $\frac{V_w}{V}=nS_w$에 민감한 반응을 보였다. 또한 p파 속도는 고체의 부피비, $\frac{V_s+V_h}{V}=n(1-S_h)$에 민감한 반응을 보였다. 이러한 실험의 결과는 가스하이드레이트 개발, 생산 연구에 있어 기초 물성자료로 활용되는데 도움을 줄 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.152.2-152.2
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• 2010

LFG는 매립된 폐기물 중 유기성분이 혐기성조건에서 미생물에 의해 분해가 되면서 발생하며, 이러한 매립지가스는 주변 지역의 자연 및 생활환경에 악영향을 미치기 때문에 소각 등의 방법으로 LFG를 처리하고 있다. 일반적으로 매립지로부터 발생하는 가스의 량은 폐기물 1톤 당 $150{\sim}250m^3$로서 매립 후 2~3년 후에 최대량이 발생하며 매립 후 20~30년 후까지 지속적으로 발생함으로 안정적인 LFG의 공급이 가능하며, 메탄함량이 50%인 경우 약 $5,000kcal/m^3$의 높은 발열량을 가지므로 대체에너지원으로 이용할 경우 환경적인 문제 해결 및 신재생에너지원으로 활용할 수 있다. LFG 자원화 할 경우 가장 안정적인 방안으로 발전 및 중질가스로 활용하는 것이나, 발전의 경우 최소 200만톤 이상의 매립용량을 갖추어야 경제적인 사업성을 확보할 수 있으며, 중질가스로 활용하는 경우 인근에 가스 수요처를 확보해야 하는 어려움이 있다. 만약 중 소규모의 매립장에서 발생하는 LFG를 안전하고 경제적인 조건으로 저장 및 수송할 수 있다면 중 소규모의 매립지에서 발생하는 LFG도 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 안전하고 경제적인 저장과 수송기술을 통하여 발전이 아닌 중질가스로의 활용도 가능하게 될 것이다. 또한 여러 곳의 매립장에서 발생한 LFG를 한 곳으로 집중시켜 고질가스로 전환하는 설비비용을 절감할 수 있으며, 정제된 고질가스를 이용하여 발전보다 경제적인 자동차 연료나 도시가스로 활용할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 LFG의 저장과 수송기술 중 GTS 기술을 통하여 저장과 수송에 제약이 크고 많은 비용이 소비되는 기체 상태의 에너지원을 하이드레이트화 시킴으로서 중 소규모 매립지에서 상대적으로 적은 비용으로 가스저장과 지상수송이 가능하게 할 수 있다. 본 연구의 결과로 LFG 에너지화 실증화 플랜트를 설계/제작 하였으며, 메탄+이산화탄소+물 하이드레이트 형성 실험 결과 4.56 Mpa, 277.2 K 조건에서 3시간을 한 사이클로 하는 공정운전을 가지는 것을 확인하였다. 이때 생성된 슬러리상의 하이드레이트를 고압으로 배출하여 펠릿으로 형성시켰으며, 형성된 하이드레이트 펠릿의 경우 92.27%의 메탄을 포함하는 것을 확인하였다.

• Geophysics and Geophysical Exploration
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• v.11 no.1
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• pp.52-59
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• 2008

We have developed a new deep-towed marine DC resistivity survey system. It was designed to detect the top boundary of the methane hydrate zone, which is not imaged well by seismic reflection surveys. Our system, with a transmitter and a 160-m-long tail with eight source electrodes and a receiver dipole, is towed from a research vessel near the seafloor. Numerical calculations show that our marine DC resistivity survey system can effectively image the top surface of the methane hydrate layer. A survey was carried out off Joetsu, in the Japan Sea, where outcrops of methane hydrate are observed. We successfully obtained DC resistivity data along a profile ${\sim}3.5\;km$ long, and detected relatively high apparent resistivity values. Particularly in areas with methane hydrate exposure, anomalously high apparent resistivity was observed, and we interpret these high apparent resistivities to be due to the methane hydrate zone below the seafloor. Marine DC resistivity surveys will be a new tool to image sub-seafloor structures within methane hydrate zones.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.54-57
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• 2006

Structure H formation experiments were conducted in a semi-batch stirred vessel using methane as the small guest substance and neohexane(NH), tert-butylmethylether(TBME) and methylcyclohexane(MCH) as the large molecule guest substance (LMGS). The results indicate that the rates of gas uptake and induction times are generally dependent on the magnitude of the driving force. When tert-butyl methyl ether is used as the LMGS rapid hydrate formation, much smaller induct ion time and rapid decomposition can be achieved. Liquid-liquid equilibrium (LLE) data for the above LMGS with water have been measured under atmospheric pressure at 275.5, 283.15K, and 298.15K. It was found that TBME is the most water soluble followed by NM and MCH. The solubility of water in the non-aqueous liquid was found to increase in the following order: MCH

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.573-576
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• 2007

가스 하이드레이트의 구조-I 및 구조-H의 공존 현상을 13C NMR과 Raman spectroscopy를 이용하여 분석하였다. 하이드레이트 생성 조건이 구조-H 영역에만 있을 때는 CH4+neohexane 혼합 하이드레이트가 구조-H만을 나타냈지만, 구조-I의 영역에서는 구조-H의 혼합 하이드레이트와 구조-I의 순수 메탄 하이드레이트가 공존하는 것을 $^{13}C$ NMR spectra를 통해 확인하였다. 이러한 현상은 구조-H 생성자로 알려진 isopentane, MCP, MCH 에서도 관찰되었으며, Raman spectroscopy를 이용해서도 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.217.1-217.1
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• 2010

본 연구에서는 실제 천연가스 구성성분인 메탄 (90%)+에탄 (7%)+프로판 (3%) 혼합기체를 사용하여 심해저 퇴적부에 존재하는 천연가스 하이드레이트 개발과 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 천연가스 수송 및 저장법 개발을 위한 열역학적 특성을 살펴보았다. 천연가스 하이드레이트 개발 연구에서는 심해저 퇴적층의 영향을 살펴보기 위해 기공의 직경이 6.0, 15.0, 30.0, 100.0 nm인 다공성 실리카 젤을 사용하여 기공 직경에 따른 3상(하이드레이트 (H)-물 (LW)-기상 (V)) 평형을 측정하였다. 천연가스 하이드레이트 수송/저장법 연구에서는 천연가스 하이드레이트 형성 압력을 낮추어 줄 수 있는 열역학적 촉진제인 TBAB(농도: 5, 10, 40, 60 wt%)와 THF(농도: 1, 5.56, 10 mol%)를 첨가하여 각각의 농도에 따른 혼합 가스 하이드레이트의 3상 평형을 측정하였다. 그 결과 다공성 매질인 실리카 젤의 경우 기공 직경의 크기가 작아질수록 벌크상태의 하이드레이트에 비해 평형 온도는 낮아지고, 평형 압력은 높아져 저해효과가 커짐을 알 수 있었고, 열역학적 촉진제를 첨가했을 경우 TBAB의 농도가 40 wt%, THF의 농도가 5.56 mol%일 경우 촉진 정도가 가장 크게 나타났으며, 그 이상의 농도일 경우 가스 하이드레이트 형성 반응에 참여하지 않은 TBAB와 THF에 의해 오히려 촉진 정도가 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 $^{13}C$ NMR 분석을 통해 혼합 가스 하이드레이트의 격자 형성과 기체 포집에 따른 구조적인 변화에 대해서도 살펴보았다.