• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.500-505
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• 2013

본 연구에서는 가스 하이드레이트 생성 시 첨가된 이온성 액체가 미치는 생성속도의 향상효과를 조사하였다. 이온성 액체로는 Hydroxyethyl-methyl-morpholinium chloride (HEMM-Cl)을 사용하였다. 메탄 하이드레이트의 상평형 곡선을 구하고 생성유도시간과 메탄가스의 소모량을 측정하였다. 20~20,000 ppm의 HEMM-Cl을 준비하여 하이드레이트가 생성될 수 있는 70 bar, 274.15 K 조건에서 실험을 수행하였다. 하이드레이트 생성 속에 대한 비교를 위해 순수한 물과 대표적인 촉진제인 sodium dodecyl sulfate를 같은 조건에서 실험하였다. 실험 결과, 이온성 액체인 HEMM-Cl은 상평형 곡선을 더 높은 압력과 낮은 온도 쪽으로 이동시켰다. 이온성 액체의 첨가 시에는 메탄 하이드레이트의 생성유도시간이 거의 나타나지 않는 것을 알 수 있었다. 메탄가스의 소모량은 모든 농도에서 향상되었고 1,000 ppm에서 가장 많은 양의 가스를 흡수하는 것으로 나타났다. 이온성 액체는 가스 하이드레이트 생성 촉진을 유도하는 것으로 나타났으며 가스저장, 수송 등의 응용기술 개발에 적용이 기대된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권2호
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• pp.251-258
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• 2003

Natural gas hydrates typically contain 85 wt.% water and 15 wt.% natural gas, and commonly belongs to cubic structure I and II. When referred to standard conditions, 1㎥ solid hydrates contain up to 172N㎥ of methane gas, depending on the pressure and temperature of production. Such large volumes make natural gas hydrates can be used to store and transport natural gas. So, the tests were performed on the formation of natural gas hydrate is governed by the pressure, temperature, gas composition etc. The results show that the formation pressure of structure II is lower about 65% and the solubility is higher about 3 times than that of structure I.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권5호
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• pp.704-710
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• 2017

가스 하이드레이트 형성원리를 이용한 해수담수화는 이미 상용화된 역삼투 방식에 비하여 아직 실증화 단계이지만 그 공정이 비교적 단순하고 특히 냉매를 객체가스로 사용할 경우 아주 낮은 공정 온도가 필요하지 않아 에너지 소비량(thermal budget)이 향상될 가능성이 있기 때문에 여전히 많은 관심을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 수소불화탄소(HFC, hydrofluorocarbon) 및 수소염화불화탄소(HCFC, hydrochlorofluorocarbon) 계열의 냉매들을 객체가스로 한 가스 하이드레이트 형성 거동을 에너지적인 관점에서 해석하고자 하였고 이를 위해 밀도 범함수(DFT, density functional method) 이론을 기반으로 한 분자모델링을 도입하였다. 객체가스(guest gas)로 R-134a, R-227ea, R-236fa, R-141b를 선정하였으며 계산을 위하여 물 분자로 이루어진 $5^{12}$, $5^{12}6^2$, $5^{12}6^4$의 세가지 구조의 동공들(cavities)을 구성하였다. 동공, 객체가스, 그리고 객체가스가 삽입된 동공의 구조를 분자모델링을 이용하여 각각 최적화하였고 계산된 각 구조의 에너지로부터 동공과 객체가스의 결합에너지(binding energy)를 계산하였다. 마지막으로 결합에너지를 비교함으로써 어느 냉매가 가장 유리한 조건에서 가스하이드레이트를 형성할 지를 판단하였다. 결과적으로 R-236fa가 가장 자발적(spontaneous)으로 가스 하이드레이트를 형성할 것으로 예상되었고 사람에 대한 낮은 독성과 물에 대한 작은 용해도 측면에서도 가장 적절한 선택으로 평가되었다.

• 한국가스학회지
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• 제6권4호
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• pp.8-16
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• 2002

하이드레이트의 존재가 밝혀진 이후 계속적인 실험연구를 통해 평형조건, 열역학적 특성, 구조 kinetics 등 하이드레이트의 기본적 물성에 대한 연구가 지속되어 왔다. 자연 상태에 존재하는 하이드레이트가 미래의 주요한 비재래형 에너지원으로 주목되면서 다공질 저류암 내에서의 하이드레이트 형성 및 해리 메커니즘 규명의 필요성이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 다공질 암석코어를 사용하여 실험을 수행할 수 있는 실험장비를 제작하여 하이드레이트 형성실험을 수행하였다. 우선, 다공질암 공극 내에서의 하이드레이트 평형조건을 산출하고 기존의 실험결과와 비교함으로써 연구에 사용된 실험장비 및 실험방법의 타당성을 검증하였다. 또한 하이드레이트의 형성실험을 수행하여 압력 및 전기저항의 변화를 통해 다공질암 공각 내에서의 하이드레이트 형성현상을 관찰하였으며, 초기 물포화도가 하이드레이트 형성과정에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.419-423
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• 2006

Basic studies on natural gas hydrates in the East Sea were been carried out by the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) from 2000 to 2004 involving 2D multichannel seismic lines and piston coring. 27 piston cores recovered from the deed-water Ulleung Basin of the East Sea were analyzed in this study. In piston cores cracks generally developed parallel to bedding suggest significant gas content. The core analyses showed high total organic carbon (TOC) content, sedimentation rate and heat flow of sediments. The cores recovered from the southern study area show also high residual hydrocarbon gas concentrations for the formation of natural gas hydrates. This study indicates that there is the potential for the generation of biogenic gas and the formation of natural gas hydrates in the near seafloor sediments of the study area.

• 청정기술
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• 제15권4호
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• pp.258-264
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• 2009

가스하이드레이트를 이용하여 이산화탄소+수소 혼합가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리, 회수하기 위한 공정개발의 가능성을 살펴보고자 상평형 조건을 측정하였다. 100 nm의 공극 직경을 갖는 실리카겔 공극 내에서 형성되는 가스하이드레이트-물-기체의 삼상평형 하이드레이트 해리조건을 측정하였으며, 274.15 K에서 하이드레이트-기체의 이상조건 상태로 유지한 상태에서 이산화탄소의 농도변화에 따른 기상 및 하이드레이트상의 가스 조성을 분석하였다. 일정한 온도조건에서 기상의 이산화탄소 농도가 증가할수록 평형해리압력은 감소하는 경향을 보였으며, 순수 물에서의 상평형 압력과 비교하면 실리카겔 공극에서의 하이드레이트 상평형은 모세관효과에 의해 생성저해 현상이 발생하였다. 42 mol% 이산화탄소와 58 mol% 수소 혼합가스로부터 얻어지는 가스하이드레이트상의 조성은 이산화탄소 95 mol% 상으로 측정되었는데, 이는 기존의 순수 물을 이용하여 가스하이드레이트를 제조함으로써 이산화탄소를 농축, 분리하는 방법에 비해 매우 향상된 결과를 보여주고 있다. 하이드레이트 슬러리를 제조하여 2단 반응으로 분리하는 기존 방법에 비해 공정을 단순화할 수 있는 이 방법은 고정층 반응기로 쉽게 적용이 가능하므로 유용한 연소 전 이산화탄소 회수방법으로 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.711-711
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• 2009

Global warming has been widely recognized as a serious problem threatening the future of human beings. It is caused by the buildup in the atmosphere of greenhouse gases, such as carbon dioxide, methane, hydrofluorocarbons (HFCs), and sulfur hexafluoride (SF6). Particularly, SF6 has extremely high global warming potential compare to those of other global warming gases. One option for mitigating this greenhouse gas is the development of an effective process for capturing and separating these gases from anthropogenic sources. In general, gas hydrates can be formed under high pressure and low temperature. However, SF6 gas is known to form hydrate under relatively milder conditions. Therefore, technological and economical effects could be expected for the separation of SF6 gas from waste gas mixtures. In this study, we carried out morphological study for the SF6 hydrate crystals to understand its formation and growth mechanisms. The observations were made in high-pressure optical cell charged with liquid water and SF6 gas at constant pressure and temperature. Initially SF6 hydrate formed at the surface between gas and liquid regions, and then subsequent dendrite crystals grew at the wall above the gas/water interface. The visual observations of crystal nucleation, migration, growth and interference were reported. The detailed growth characteristics of SF6 hydrate crystals were discussed in this study.

• 청정기술
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• 제22권3호
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• pp.154-160
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• 2016

가스 하이드레이트 형성을 이용하여 담수를 생산하고자 하는 어떠한 공정이라도 가스 하이드레이트 형성속도는 경제적인 관점에서 매우 중요한 공정변수일 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 촉진제를 사용하여 R-134a(또는 HFC-134a) 가스 하이드레이트의 형성속도를 향상시키고자 하였는데 최종목표가 음용수 생산이므로 촉진제로 세가지 다른 형태의 식용 계면활성제를 선정하여 사용하였다. 음이온성인 카라기난(κ-carrageenan), 양쪽성인 레시틴(lecithin), 그리고 비이온성인 폴리소르베이트 80(polysorbate 80)이 그것이다. 식용 계면활성제의 농도를 변화시키면서 R-134a 가스 하이드레이트 형성속도가 어떻게 변하는지 관찰하였다. 어떠한 경우이든 식용 계면활성제의 첨가가 R-134a 가스 하이드레이트 형성속도를 향상시키는 것으로 관찰되었으며 그 효과는 폴리소르베이트 80 > 카라기난 > 레시틴의 순서를 보였다. 이론적인 설명을 위해 범밀도함수(DFT) 이론을 기반으로 한 분자모델링을 이용하여 각 식용 계면활성제를 구성하고 있는 원자들의 전하를 계산하였고 실험으로 관찰된 촉진제 효과가 계면활성제 내의 수소결합을 할 수 있는 산소들의 수와 그 산소들의 원자전하 값들이 음수인 정도에 비례하는 관계가 있음을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권2C호
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• pp.109-117
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• 2010

해저지반 내에 매장된 가스하이드레이트가 해리될 경우 많은 양의 가스와 물이 발생한다. 이렇게 발생한 가스와 물이 장기간에 걸쳐 외부로 빠져나가거나 주변 지반으로 이동할 경우 토체 안에는 크고 작은 공극이 형성될 수 있다. 그리고 지속적인 강우나 폭우로 인하여 지반 내의 조립질 흙 사이의 세립분이 유실되거나 고결성 지반 내의 일부 고결이 끊어지면서 골격 내에 빈 공간이 형성될 수 있다. 본 연구에서는 가스하이드레이트의 해리로 형성되거나 또는 유수작용으로 인하여 지반 내의 일부 재료가 유실되거나 용해되어 형성된 비교적 큰 공극이 지반의 강도에 미치는 영향을 연구하였다. 가스하이드 레이트를 포함한 토체나 유실성 지반의 골격을 시뮬레이션하기 위하여 입도가 균등한 글라스비즈를 사용하였다. 글라스비즈를 2%의 시멘트비와 7%의 함수비로 혼합하여 몰드 안에 5층으로 나누어 다져 원기둥 모양의 공시체를 만들었다. 흙입자에 비하여 상대적으로 큰 공극은 의약품에 일반적으로 사용되는 빈 캡슐을 넣어 형성하였다. 캡슐을 각층 높이의 중앙부분에 넣고 다음 층을 쌓아 다지는 방식으로 완성하였으며, 캡슐의 개수와 방향, 그리고 캡슐의 길이를 달리하면서 다양한 공시체를 제작하여 2일 동안 양생시킨 다음 일축압축시험을 실시하였다. 공시체 내에 형성된 공극(캡슐)의 체적(개수)과 방향 그리고 공극의 길이에 따라 공시체의 일축압축강도는 차이를 보였으며, 공시체 내에서 공극이 차지하는 체적과 단면적이 강도에 중요한 영향을 미쳤다. 공시체 내에 형성된 큰 공극으로 일축압축강도는 공극이 없는 공시체 강도의 최대 35%까지 감소하였다. 이와 같은 연구 결과는 가스하이드레이트 해리 후 지반의 장기적인 강도 변화와 지반 내의 세립분의 유실로 인한 강도 감소를 예측하는데 사용될 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제38권2호
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• pp.165-176
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• 2005

심해저 퇴적물에 분포하는 천연가스는 물리, 화학적인 조건에 따라서 세 가지 상(phase)으로 존재한다. 즉, 공극수에 녹아있는 가스의 농도가 용해도 이하이면 용존 가스 형태로 존재할 것이며, 용해도 이상이면 자유가스가(free gas) 형성될 것이며, 자유가스를 포함하는 해저 퇴적물이 저온 고압 조건인 하이드레이트 안정 지역이라면 가스 하이드레이트로 존재한다. 심해저 퇴적물내의 가스의 농도를 정확히 파악할 수 있다면 천연가스와 하이드레이트의 형성과 분포를 예측할 수 쳐다. 그러나, 해저 퇴적물 내에 포함되어 있는 가스의 양을 정확히 측정하는 것은 매우 어렵다. 심해저 퇴적층에서 가스를 채취하는 방법으로 널리 이용되는 공기층 가스 기법을 이용하여 퇴적물내의 가스의 양을 가늠하는 것은 천부 퇴적층에서만 가능하고 심부 지층에서 채취한 가스는 코어 회수와 시료 채취 과정에서 대부분의 가스가 유실되고 극히 일부만 정량 분석된다. 압력 코어(Pressure Core Sampler PCS)는 길이 $1{\cal}m$, 반경 $4.32{\cal}cm$ 규격으로 총 $1,465cm^3$의 퇴적물을 68.9 Mpa 압력 하에서 채취하는 장비이다. ODP Leg 204 시추 동안에 총 6개 지점(site) 에서 압력 코어를 사용하여 각 시추 지점에서 심도에 따른 퇴적물내의 가스의 양과 가스 하이드레이트의 분포를 측정하였다. 분석 결과 시추 위치에 따라서 가스 농도 및 분포 특성이 서로 다르게 나타났다. 하이드레이트 릿지(Hydrate Ridge)의 정상 주변에는 해저면 퇴적물에 메탄가스가 과포화되어 있고 정상 측면 및 분지지역에는 일부 심도의 퇴적물에서만 과포화되어 있었다. 하이드레이트 릿지의 가스 하이드레이트 분포는 압력 코어에 의해서 측정한 현장(in-situ)의 가스 농도 특성과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.