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가스하이드레이트 생성성능 향상을 위한 주요인자별 특성 규명에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on Investigation of the Main Factors to Improve the Formation Performance of Gas Hydrate 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.13 no.3, 2009년, pp.15 - 21  

이정환 (한국가스공사 연구개발원)

초록
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가스하이드레이트는 고압저온 조건하에서 물분자에 의해 가스분자가 포획되어 이루어진 얼음형태의 고체상 결정물로 정의되며, 가스 파이프라인 또는 천연가스 생산시설에서의 하이드레이트 형성은 심각한 유동저해 문제를 야기할 수 있다. 반면에 다양한 분야에 응용 잠재력을 갖고 있는 가스하이드레이트의 저장밀도 특성 및 안정성은 천연가스 저장 및 수송에 획기적인 수단으로 활용될 수 있다. 그러나 형성과정의 복잡성 및 느린 반응, 비용 등의 문제는 여전히 해결해야할 주요과제로 남아 있다. 본 연구에서는 가스하이드레이트의 인공생성에 있어, 압력과 온도, 물함량 대비 가스저장비율, SDS의 농도, 교반 및 비교반 효과와 같은 각 주요인자별로 하이드레이트 생성성능에 미치는 영향을 실험적 방법을 통하여 비교함으로써 그 상관관계를 규명하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Gas hydrate is an ice-like crystalline compound that forms at low temperature and high pressure conditions. It consists of gas molecules surrounded by cages of water molecules. Although hydrate formation was initially found to pose serious flow-assurance problems in the gas pipelines or facilities, ...

주제어

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문제 정의

  • 이러한 전열량에 대한 정확한 검토를 위해서는 반응 용기내부에 별도의 전열장치와 계측장치를 설치하여야 한다. 그러나 본 실험에서는 전열에 따른 성능분석의 목적보다 앞선 검토에서 발생된 수용액 용량에 따른 성능차이의 원인이 전열량에 있는 지에 대한 확인과 전열에 의한 성능차이의 개연성 유무에 대한 확인을 목적으로 3가지 형태의 전열 판을 제작, 설치하여 각각의 성능 비교 분석 실험을 수행하였다.
  • 즉, 한정된 냉각에너지와 별도 전열장치의 부재에 따른 영향이 냉각 대상인 수용액의 증가에 따라 직접적인 영향인자로 작용 하였을 것으로 추정된다. 따라서 이러한 용량 차이에 따른 생성시간 차이의 원인과 극복방안을 검토가 필요하며 이를 위해 본 연구에서는 전열량에 따른 생성 성능의 검토를 추가적으로 시행하였다.
  • 본 연구는 가스하이드레이트의 특성을 이용해 천연가스의 상업적 저장과 수송에 활용하기 위해, 비교적 짧은 시간동안 대량의 가스하이드레이트를 생성할 수 있는 최적의 방법 또는 기술의 방향에 대한 검토를 배경으로 수행되었다. 이를 위하여, 가스하이드레이트의 생성성능에 영향을 미칠수 있는 각 영향인자를 분류하고, 각 주요인자 별로 미치는 영향을 실험적 방법을 통하여 그 상관관계를 규명하고자 한다.
  • 본 연구에서는 가스하이드레이트의 대량 고속 생산을 위한 검토 대상 인자로 온도(과냉각도)와 압력조건에 부가하여 첨가제법과 현재까지 가장 우수한 성능을 보이는 것으로 알려진 교반법에 의해 생성성능에 대한 상호 비교 실험을 수행하고자 한다. 이를 통하여 첨가제법과 교반법의 생성성능의 비교와 각 압력과 온도 조건에 따른 생성 특성에 대한 고찰을 시도하여 각 영향인자에 따른 하이드레이트의 생성성능과의 관계에 대한 규명을 시도하고자 한다.
  • 본 연구에서는 가스하이드레이트의 생성성능 향상 영향인자에 대한 실험적 검토를 수행하여 다음의 결론을 도출하였다.
  • 6과 7은 SDS 250 ppm의 수용액 150 ml와 300 ml의 두 경우에 대하여, 교반과 비교반 경우를 대상으로 누적생성곡선을 작성하여 서로 비교한 그래프이다. 앞의 검토에서 이미 교반법의 성능적인 우위가 비교반 SDS 첨가방법에 의하여 대체 될수 있는 가능성을 제시하였다. 그러나 생성특성에 대한 부가적인 검토가 필요하다.
  • 본 연구에서는 가스하이드레이트의 대량 고속 생산을 위한 검토 대상 인자로 온도(과냉각도)와 압력조건에 부가하여 첨가제법과 현재까지 가장 우수한 성능을 보이는 것으로 알려진 교반법에 의해 생성성능에 대한 상호 비교 실험을 수행하고자 한다. 이를 통하여 첨가제법과 교반법의 생성성능의 비교와 각 압력과 온도 조건에 따른 생성 특성에 대한 고찰을 시도하여 각 영향인자에 따른 하이드레이트의 생성성능과의 관계에 대한 규명을 시도하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스하이드레이트란? 가스하이드레이트는 고압저온 조건하에서 물분자에 의해 가스분자가 포획되어 이루어진 얼음형태의 고체상 결정물로 정의되며, 가스 파이프라인 또는 천연가스 생산시설에서의 하이드레이트 형성은 심각한 유동저해 문제를 야기할 수 있다. 반면에 다양한 분야에 응용 잠재력을 갖고 있는 가스하이드레이트의 저장밀도 특성 및 안정성은 천연가스 저장 및 수송에 획기적인 수단으로 활용될 수 있다.
자연상태에 존재하는 하이드레이트가 메탄 하이드레이트라고도 불리는 이유는? 가스하이드레이트(gas hydrate)는 특정한 온도와 압력 조건에서 물분자로 이루어진 공동내로 가스가 들어가 물분자와 상호 물리적 결합으로 형성된 포접화합 수화물(clathrate hydrate)의 한 종류이다. 자연상태에 존재하는 하이드레이트의 주 성분이 메탄인 경우가 대부분인 까닭에 메탄 하이드레이트 (methane hydrate)라고도 불리며, 외관상 드라이아 이스(dry ice)와 유사하여, 불타는 얼음(burning ice) 이라고 불리기도 한다.
가스하이드레이트의 생성성능 향상 영향인자에 대한 실험적 검토를 수행하여 도출란 결론은? (1) 첨가제를 사용하는 경우, 교반과 비교반에 상관없이 하이드레이트 생성량은 과냉각도에 비례하지 않고 특정 최적 생성온도가 존재함을 확인 하였다. 또한 교반과 비교반법 사이에서 생성량의차이는 미미하며, 생성시간 성능의 경우, 교반법이모든 경우에서 우수하게 나타난다. (2) 첨가제 농도의 경우, 최저 적정한계농도가 존재한다는 점은 일치하였으나 최적농도는 제조사, 실험 장치, 조건 등에 따라 변동될 수 있다. (3) 비교반은 물론 교반의 경우에도 첨가제의 농도에 따라, 생성량과 생성시간 모두의 성능향상이 비례하여 나타남을 확인하였다. (4) 일정농도 이상에서는 생성량과 생성시간에 대한 교반과 비교반의 차이가 거의 없으며, 상대적으로 비교반의 경우, 첨가제를 통해 교반법과 유사한 성능을 구현할 수 있어 효과적이다. (5) 수용액의 용량 증가에 따른 교반과 비교반의 생성시간차이가 증가되는데 이것은 전열량의 차이에 기인되었을 가능성이 높은 것으로 전열량 실험을 통하여 확인하였다.
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참고문헌 (8)

  1. Makogon, Y.F., Hydrate of Hydrocarbons, Pen- Well Books, (1997) 

  2. 김남진, “천연가스 고체화 수송을 위한 가스하 이드레이트 생성촉진에 대한 실험적 연구”, KSNRE, 2(2), 94-101, (2006) 

  3. McCallum, S. D., D.E. Riestenberg, O.Y. Zatsepina, and T.J. Phelps, "Effect od Pressure Vessel Size on the Formation of Gas Hydrates", JPSE, 56, 54-64, (2007) 

  4. Sloan, E.D., Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd ed., Marcel Dekker, (1998) 

  5. 권옥배, 신창훈, 박승수, 한정민, 이정환, “가스 하이드레이트 산업시스템 실용화 현황 및 동향 분석”, KSNRE, 2(2), 102-107, (2006) 

  6. Roger, R.E., Y. Zhong, R. Arunkumar, J.A. Etheridge, L.E. Pearson, J. McCown and K. Hogancamp, "Gas Hydrate Storage Process for Natural Gas", GasTIPS Winter, 14-18, (2005) 

  7. Ganji, H., M. Manteghian, K. Sadaghiani zaddeh, M.R. Omidkhah and H. Rahimi Mofrad, "Effect of Different Surfactants on Methane Hydrate Formation 

  8. Watanabe, K., S. Imai and Y.H. Mori, "Surfactant Effects On Hydrate Formation In An Unstirred Gas/ Liquid System: An Experimental Study Using 

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