가스하이드레이트 냉동기 응용을 위한 하이드레이트 상평형 및 포집률 변이에 관한 연구 (Phase Equilibrium and Cage Occupancy of Binary Gas Hydrates: Its Application to the Gas Hydrate Refrigeration System)

서지정보

· 발행기관 : 한국자원공학회
· 수록지 정보 : 한국자원공학회지 / 46권 / 2호 / 171 ~ 181페이지
· 저자명 : 임준혁, 이윤제, 한규원, 윤지호

초록

가스하이드레이트(gas hydrate)는 물 분자(host)가 메탄, 에탄, 이산화탄소 같은 저분자가스(guest)와 고압, 저온의 평형상태에서 포접화합물을 형성하는 것으로 규명되어져 있다. 가스하이드레이트는 에너지 자원으로써의 활용 가치뿐만 아니라 그것의 물리화학적 특성을 이용한 여러 응용 기술 분야에 걸쳐 다양하게 활용되고 있는 실정이다. 분리공정 기술, 에너지 가스의 수송 및 저장 기술, 이산화탄소 격리 기술 등이 대표적인 응용기술이라고 할 수 있다. 특히 가스하이드레이트 냉동기 시스템은 기존의 냉각제로써 오존층 파괴의 주범으로 널리 알려진 CFC(chlorofluorocarbon)-형, HFC(hydrofluorocarbone)-형 냉각제들을 대체할 수 있는 친환경적인 냉각제로 이용될 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 하이드레이트 냉동기 시스템에 적용하기 위해서 메탄과 이산화탄소를 이용한 다중객체 하이드레이트에 대한 상평형 및 포집률 변이 연구를 실시하였다. 새로 고안된 장치의 적합성을 테스트하기 위해서 268～285 K의 온도범위와 2.0～7.5 MPa의 압력범위에서 순수 메탄 하이드레이트에 대한 상평형 연구를 실시하였고 기존 문헌의 값과 비교하였다. 또한 methane + acetone, carbon dioxide + acetone, methane + tert-butyl methyl ether(TBME), carbon dioxide + TBME, and carbon dioxide + tetrahydrofuran의 3상 상평형 데이터를 측정하였고, 가스하이드레이트의 해리열을 계산하기 위해 van der Waals-Platteeuw 모델을 이용하여 포집률을 예측하였다.

영어초록

Gas hydrate is formed by a physical reaction between relatively small guest molecules and host water molecules under high pressure and low temperature conditions. Gas hydrates have been used in a variety of industrial fields not only as a large energy resource but also as a target medium for various technologies using its physicochemical characteristics. There are a lot of practical applications such as separation processes, natural gas storage-transportation and carbon dioxide sequestration. In particular, the refrigeration system using properties of gas hydrate is expected to be environment-friendly coolants. It is a non-toxic and energy saving process which can be used to replace CFCs which are well known as a main reason of destroying the ozone layer. In this study, the phase equilibrium and cage occupancy of the multi-guest hydrate systems including methane and carbon dioxide are observed to investigate the applicability of gas hydrates to the refrigeration system. To test and prove the validity and reproducibility of a newly designed experimental apparatus, the dissociation pressures of pure methane hydrates are measured at the range of 268~285 K and 2.0~7.5 MPa and compared with the literature values. The three-phase equilibrium conditions of methane + acetone, carbon dioxide + acetone, methane + tert-butyl methyl ether (TBME), carbon dioxide + TBME, and carbon dioxide + tetrahydrofuran hydrates are measured over a wide range of temperatures and pressures. To obtain the heat of dissociation of gas hydrate, the cage occupancy of relatively small guests are estimated using the van der Waals-Platteeuw model.

참고자료

· 없음