[국내논문]토크 측정과 시차주사열량계를 이용한 수용성 고분자 화합물의 하이드레이트 저해 성능 평가 Evaluation of Hydrate Inhibition Performance of Water-soluble Polymers using Torque Measurement and Differential Scanning Calorimeter원문보기
본 연구에서는 토크 측정과 고압 시차주사 열량계를 이용하여 pyrrolidone, caprolactam, acrylamide 계열 수용성 고분자들의 하이드레이트 저해 성능을 평가하였다. 실험 결과, 세 종류의 고분자가 모두 동역학적인 하이드레이트 생성억제제 효과를 나타내는 것으로 확인되었으며, 특히 0.5 wt% polyvinylcaprolactam (PVCap)의 경우 34.4분의 하이드레이트 유도 시간, 15.9 K의 subcooling 성능을 보이며 12.3 분, 6.0 K의 순수 물 시스템보다 월등한 저해 성능을 나타내었다. 0.5 wt% polyvinylpyrrolidone (PVP)의 경우 중간 정도의 저해 성능을 보였으며, polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt (PAM-co-AA)의 경우 각각 0.5 wt%와 5.0 wt%의 농도에서 미미한 하이드레이트 저해 성능을 보였다. 반면에 생성된 하이드레이트 입자의 성장속도와 생성 양에서는 PAM-co-AA가 PVCap과 더불어 가장 월등한 저해 효과를 나타내었다. 또 다른 주요 성능 평가 요소 중 하나인 토크 변화의 경우에는 PVCap이 평균 토크 6.4 N cm로 가장 좋은 성능을 보였으며, 0.5 wt%의 PAM-co-AA 시스템이 평균 7.2 N cm의 값으로 그 뒤를 이었다. 고압 시차주사 열량계를 이용한 수용성 고분자 물질의 저해 성능 평가 실험의 결과는 autoclave 실험의 결과와 유사하였다. PVCap을 첨가한 경우 하이드레이트가 생성되기까지의 유도시간이 가장 길어서 저해성능이 뛰어난 것을 확인하였다.
본 연구에서는 토크 측정과 고압 시차주사 열량계를 이용하여 pyrrolidone, caprolactam, acrylamide 계열 수용성 고분자들의 하이드레이트 저해 성능을 평가하였다. 실험 결과, 세 종류의 고분자가 모두 동역학적인 하이드레이트 생성억제제 효과를 나타내는 것으로 확인되었으며, 특히 0.5 wt% polyvinylcaprolactam (PVCap)의 경우 34.4분의 하이드레이트 유도 시간, 15.9 K의 subcooling 성능을 보이며 12.3 분, 6.0 K의 순수 물 시스템보다 월등한 저해 성능을 나타내었다. 0.5 wt% polyvinylpyrrolidone (PVP)의 경우 중간 정도의 저해 성능을 보였으며, polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt (PAM-co-AA)의 경우 각각 0.5 wt%와 5.0 wt%의 농도에서 미미한 하이드레이트 저해 성능을 보였다. 반면에 생성된 하이드레이트 입자의 성장속도와 생성 양에서는 PAM-co-AA가 PVCap과 더불어 가장 월등한 저해 효과를 나타내었다. 또 다른 주요 성능 평가 요소 중 하나인 토크 변화의 경우에는 PVCap이 평균 토크 6.4 N cm로 가장 좋은 성능을 보였으며, 0.5 wt%의 PAM-co-AA 시스템이 평균 7.2 N cm의 값으로 그 뒤를 이었다. 고압 시차주사 열량계를 이용한 수용성 고분자 물질의 저해 성능 평가 실험의 결과는 autoclave 실험의 결과와 유사하였다. PVCap을 첨가한 경우 하이드레이트가 생성되기까지의 유도시간이 가장 길어서 저해성능이 뛰어난 것을 확인하였다.
In this work, hydrate inhibition performance of water-soluble polymers including pyrrolidone, caprolactam, acrylamide types were evaluated using torque measurement and high pressure differential scanning calorimeter (HP ${\mu}$-DSC). The obtained experimental results suggest that the stud...
In this work, hydrate inhibition performance of water-soluble polymers including pyrrolidone, caprolactam, acrylamide types were evaluated using torque measurement and high pressure differential scanning calorimeter (HP ${\mu}$-DSC). The obtained experimental results suggest that the studied polymers represent the kinetic hydrate inhibition (KHI) performance. 0.5 wt% polyvinylcaprolactam (PVCap) solution shows the hydrate onset time of 34.4 min and subcooling temperature of 15.9 K, which is better KHI performance than that of pure water - hydrate onset time of 12.3 min and subcooling temperature of 6.0 K. 0.5 wt% polyvinylpyrrolidone (PVP) solution shows the hydrate onset time of 27.6 min and the subcooling temperature of 13.2 K while polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt (PAM-co-AA) solution shows less KHI performance than PVP solution at both 0.5 and 5.0 wt%. However, PAM-co-AA solution shows slow growth rate and low hydrate amount than PVCap. In addition to hydrate onset and growth condition, torque change with time was investigated as one of KHI evaluation methods. 0.5 wt% PVCap solution shows the lowest average torque of 6.4 N cm and 0.5 wt% PAM-co-AA solution shows the average torque of 7.2 N cm. For 0.5 wt% PVP solution, it increases 11.5 N cm and 5.0 wt% PAM-co-AA solution shows the maximum average torque of 13.4 N cm, which is similar to the average torque of pure water, 15.2 N cm. Judging from the experimental results obtained by both an autoclave and a HP ${\mu}$-DSC, the PVCap solution shows the best performance among the KHIs in terms of delaying hydrate nucleation. From these results, it can be concluded that the torque change with time is useful to identify the flow ability of tested solution, and the further research on the inhibition of hydrate formation can be approached in various aspects using a HP ${\mu}$-DSC.
In this work, hydrate inhibition performance of water-soluble polymers including pyrrolidone, caprolactam, acrylamide types were evaluated using torque measurement and high pressure differential scanning calorimeter (HP ${\mu}$-DSC). The obtained experimental results suggest that the studied polymers represent the kinetic hydrate inhibition (KHI) performance. 0.5 wt% polyvinylcaprolactam (PVCap) solution shows the hydrate onset time of 34.4 min and subcooling temperature of 15.9 K, which is better KHI performance than that of pure water - hydrate onset time of 12.3 min and subcooling temperature of 6.0 K. 0.5 wt% polyvinylpyrrolidone (PVP) solution shows the hydrate onset time of 27.6 min and the subcooling temperature of 13.2 K while polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt (PAM-co-AA) solution shows less KHI performance than PVP solution at both 0.5 and 5.0 wt%. However, PAM-co-AA solution shows slow growth rate and low hydrate amount than PVCap. In addition to hydrate onset and growth condition, torque change with time was investigated as one of KHI evaluation methods. 0.5 wt% PVCap solution shows the lowest average torque of 6.4 N cm and 0.5 wt% PAM-co-AA solution shows the average torque of 7.2 N cm. For 0.5 wt% PVP solution, it increases 11.5 N cm and 5.0 wt% PAM-co-AA solution shows the maximum average torque of 13.4 N cm, which is similar to the average torque of pure water, 15.2 N cm. Judging from the experimental results obtained by both an autoclave and a HP ${\mu}$-DSC, the PVCap solution shows the best performance among the KHIs in terms of delaying hydrate nucleation. From these results, it can be concluded that the torque change with time is useful to identify the flow ability of tested solution, and the further research on the inhibition of hydrate formation can be approached in various aspects using a HP ${\mu}$-DSC.
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문제 정의
본 연구에서는 고압 autoclave 반응기와 고압 시차주사 열량계(high pressure micro differential scanning calorimeter, HP μ-DSC)를 이용하여 하이드레이트 생성 실험을 수행하였으며, PVP, PVCap, 그리고 분자 구조의 특성상 Anti-agglomerant의 기능을 동시에 수행할 수 있을 것으로 기대되는 또 다른 수용성 고분자인 PAM-co-AA가 존재할 때 하이드레이트 생성 속도가 받는 영향을 살펴보고자 하였다.
본 연구에서는 고압 autoclave 반응기와 고압 시차주사 열량계(high pressure micro differential scanning calorimeter, HP μ-DSC)를 이용하여 하이드레이트 생성 실험을 수행하였으며, PVP, PVCap, 그리고 분자 구조의 특성상 Anti-agglomerant의 기능을 동시에 수행할 수 있을 것으로 기대되는 또 다른 수용성 고분자인 PAM-co-AA가 존재할 때 하이드레이트 생성 속도가 받는 영향을 살펴보고자 하였다. 특히 하이드레이트가 생성되는 동안 온도와 압력, 토크의 변화를 관찰하여 생성된 하이드레이트의 양을 계산하고, 액체 내 하이드레이트 함량과 토크 관계로부터 하이드레이트 입자의 응집과 침적 현상을 설명하고자 한다.
0 wt% PAM-co-AA 용액에 대해서 수행되었다. 따라서 실험을 통해 얻어진 하이드레이트 생성 온도와 유도 시간을 본 연구에서 사용한 KHI의 주요 성능으로 파악하고, 일정 시간 동안 생성된 하이드레이트의 양과 토크 변화 등의 변화를 통해 KHI의 부가 성능을 파악하고자 하였다.
하이드레이트의 양이 증가하면서 나타나는 토크 변화, 특히 토크의 급격한 상승은 생성된 하이드레이트 입자들이 응집(agglomeration) 및 침적(deposition)되는 과정에서 교반기 회전에 제한이 걸리면서 나타난다. 따라서, 본 연구에서는 KHI 수용액에서 하이드레이트 비율과 토크 변화 사이의 관계를 통해, KHI 분자가 하이드레이트 입자들의 응집 및 침적에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
가설 설정
Sloan등[4]은 심해 파이프라인 운전 조건과 유사한 조건에서 KHI 성능 평가를 수행하는 것이 중요하며, 이를 위해서는, 1) 반응기의 부피 300 ml 이상, 2) 자석 교반기가 아닌 기계식 임펠러 사용, 3) 600 rpm 이상으로 충분한 기-액 혼합 유도 등이 필요하다고 하였다. Anderson 등[12]은 molecular dynamics를 이용한 연구에서 PVCap 분자들이 하이드레이트 생성 및 성장 과정에서 hydrate crystal의 growth site에 흡착됨으로써 성장을 저해하는 것이 가능하다고 주장하였다.
제안 방법
모든 실험에 대해 80 ml의 용액을 사용했고, 고압 반응기는 외부 냉각기(refrigerated heater, Jeiotech RW-40G)와 연결된 수조에 설치해 ±0.05K 이내에서 온도를 조절하였다.
HP μ-DSC를 이용한 실험에서는 등온 방식을 채택하여 KHI의 성능을 평가하였다.
HP μ-DSC는 233.15 K에서 393.15 K의 온도범위에서 구동가능하며 나프탈렌을 이용하여 보정하였다.
하이드레이트 생성 및 성장을 관찰하기 위해 기계식 임펠러가 연결된 고압 셀(내부 부피 360 ml)을 사용했다. 모든 실험에 대해 80 ml의 용액을 사용했고, 고압 반응기는 외부 냉각기(refrigerated heater, Jeiotech RW-40G)와 연결된 수조에 설치해 ±0.
연속 냉각법은 일정한 온도 차를 하이드레이트 생성을 위한 driving force로 주고 오랜 시간 동안 기다리는 반면, 단계별 냉각법은 일정 수준의 driving force를 단계별로 주면서 온도를 하강시키는 차이가 있다. 본 연구에서는 목표 온도까지 한 시간 이내에 온도를 하강시키는 연속 냉각법을 사용하였다.
이 후 297K, 100 bar에서 물의 가스 포화도를 향상시키기 위해 600 rpm으로 교반하면서 천연가스를 충전했다. 온도와 압력이 안정화 된 후, 목표 온도(본 연구에서는 277 K)까지 한 시간 동안 냉각한 후, 5시간 동안 등온상태를 유지하면서 하이드레이트 실험을 수행했다. 실험을 진행하면서 하이드레이트 onset time, 가스 소모량, 과냉각온도, 그리고 하이드레이트 형성의 재현성을 관찰했다.
온도와 압력이 안정화 된 후, 목표 온도(본 연구에서는 277 K)까지 한 시간 동안 냉각한 후, 5시간 동안 등온상태를 유지하면서 하이드레이트 실험을 수행했다. 실험을 진행하면서 하이드레이트 onset time, 가스 소모량, 과냉각온도, 그리고 하이드레이트 형성의 재현성을 관찰했다. 총 25번의 실험이 5개의 시스템 - 순수 물, 0.
실험을 진행하면서 하이드레이트 onset time, 가스 소모량, 과냉각온도, 그리고 하이드레이트 형성의 재현성을 관찰했다. 총 25번의 실험이 5개의 시스템 - 순수 물, 0.5 wt% PVP 용액, 0.5 wt% PVCap 용액, 0.5 wt% PAM-co-AA 용액, 5.0 wt% PAM-co-AA 용액에 대해서 수행되었다. 따라서 실험을 통해 얻어진 하이드레이트 생성 온도와 유도 시간을 본 연구에서 사용한 KHI의 주요 성능으로 파악하고, 일정 시간 동안 생성된 하이드레이트의 양과 토크 변화 등의 변화를 통해 KHI의 부가 성능을 파악하고자 하였다.
고압 autoclave를 이용한 실험과 마찬가지로 셀 내부의 잔존 공기를 제거한 후, 100 bar의 CH4를 주입하였다. 메모리 효과의 간섭을 최소화하기 위해 샘플은 298 K에서 약 1시간 가량 대기한 후, 실험을 진행하였다. HP μ-DSC의 특성상 샘플의 교반이 불가능하기 때문에 고압 셀을 265 K까지 과냉각 하였으며, HP μ-DSC의 기계적 특성과 KHI의 최적 성능 파악을 위하여 CH4 기체와 농도가 증가된 시스템(순수 물, 1.
2에 나타내었다. 고압 셀을 목표 온도인 265 K까지 5 K/min로 강온한 후, 셀 내부온도를 265 K로 등온을 유지하여 하이드레이트 형성을 유도하였다. Fig.
PAM-co-AA는 수용성 고분자이면서 hydrogel 생성에 널리 사용되는 친환경 고분자이다. 0.5 wt%와 5.0 wt% 수용액을 이용해 KHI 효과를 살펴보았다. 그 결과 0.
앞서 Anderson 등[12]의 molecular dynamics 시뮬레이션 결과에서 제시된 것처럼, KHI는 (1) 하이드레이트 결정 생성에 필요한 에너지 장벽을 높이고, (2) 결정이 생성된 이후에는 결정 성장점과 결합해 더 이상의 성장을 방해하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 하이드레이트 성장 과정을 가스 소모 곡선을 통해 살펴보았다. Fig.
5에서 나타난 결과는 토크의 증가는 하이드레이트의 생성 속도나 함량 뿐 아니라 결정의 성상이나 입자의 응집 정도 등 다른 요인에도 크게 영향을 받는 것으로 보인다. 이에 대한 부분을 확인하기 위해 토크 변화를 수용액 내 하이드레이트 함량 변화와 함께 살펴보았다.
본 연구에서는 고압 autoclave 반응기를 이용하여 수용성 고분자 화합물인 PVP, PVCap, PAM-co-AA의 하이드레이트 생성 저해 성능 평가를 시도하고 이를 시차주사열량계를 통해 점검하였다. 또한, autoclave 반응기에서 토크 측정을 통해 하이드레이트 입자의 응집과 침적 정도 역시 확인하였으며, 이는 flow assurance의 측면에서 큰 의미를 가지는 데이터라고 할 수 있다.
대상 데이터
Poly-vinyl pyrrolidone (PVP, MW≈15,000)와 Polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt (PAM-co-AA, MW≈150,000)는 Sigma-Aldrich로부터 구매하였으며, poly vinyl caprolactam(PVCap)은 Luvicap®을 BASF에서 제공받아 추가 정제과정 없이 사용하였다(Luvicap EG: PVCap 함량 41% dissolved in ethylene glycol).
본 실험에서는 천연가스(CH4 90.0 mol%, C2H6 6.0 mol%, C3H8 3.0 mol%, n-C4H10 1.0 mol%, 스페셜가스)와 추가의 정제과정 없이 증류수를 사용하였다. Poly-vinyl pyrrolidone (PVP, MW≈15,000)와 Polyacrylamide-co-acrylic acid partial sodium salt (PAM-co-AA, MW≈150,000)는 Sigma-Aldrich로부터 구매하였으며, poly vinyl caprolactam(PVCap)은 Luvicap®을 BASF에서 제공받아 추가 정제과정 없이 사용하였다(Luvicap EG: PVCap 함량 41% dissolved in ethylene glycol).
HP μ-DSC의 특성상 샘플의 교반이 불가능하기 때문에 고압 셀을 265 K까지 과냉각 하였으며, HP μ-DSC의 기계적 특성과 KHI의 최적 성능 파악을 위하여 CH4 기체와 농도가 증가된 시스템(순수 물, 1.0 wt% PVP 용액, 1.0 wt% PVCap 용액, 1.0 wt% PAM-co-AA 용액)을 사용하였다.
05K 이내에서 온도를 조절하였다. 압력은 고압 셀에 직접 연결된 pressure transducer를 이용해 측정하였으며, 측정 범위는 0~160 bar, 측정 오차는 이 범위에서 0.001 MPa 였다. 기계식 교반기에는 토크 센서를 설치에 토크를 측정하였다.
실험을 통해 얻어진 주요 데이터는 하이드레이트 유도 시간(hydrate onset time)과 액체 내 하이드레이트 비율(hydrate fraction), 토크(torque)변화 등이었다. 하이드레이트 유도 시간과 생성 온도는 하이드레이트 상평형과 하이드레이트 생성 조건 사이의 차이를 통해 계산한다.
이론/모형
KHI의 성능 파악의 또 다른 방법으로 고압 시차주사 열량계(high pressure micro differential scanning calorimeter, HP μ-DSC, VII Evo, Setaram Inc., France)를 사용하였다.
성능/효과
그 결과 0.5 wt% 수용액의 경우 하이드레이트 유도 시간이 14.9 분으로 증가하고, 과냉각온도가 7.5°C로 증가하는 미약한 KHI 효과가 확인되었고, 5.0 wt% 수용액의 경우 하이드레이트 유도 시간과 과냉각온도 모두 순수 물보다 감소하였다.
9 K로 증가하였다. 문헌에서 보고된 바와 같이 PVP 보다는 PVCap의 KHI 성능이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. PAM-co-AA는 수용성 고분자이면서 hydrogel 생성에 널리 사용되는 친환경 고분자이다.
0 wt% 수용액의 경우 하이드레이트 유도 시간과 과냉각온도 모두 순수 물보다 감소하였다. Table 1의 결과를 통해 PVP와 PVCap 수용성 고분자는 확실히 KHI 효과를 보이는 반면, PAM-co-AA는 매우 제한적인 KHI 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
0 wt% PVP 수용액의 경우 106 분으로 별다른 저해 효과가 나타나지 않았다. 1.0 wt% PVCap 수용액의 경우 하이드레이트의 유도 시간이 150 분으로 측정되어, 앞선 천연가스를 이용한 실험과 마찬가지로 가장 우수한 저해효과를 보이는 것으로 확인되었다. 또한, 1.
0 wt% PVCap 수용액의 경우 하이드레이트의 유도 시간이 150 분으로 측정되어, 앞선 천연가스를 이용한 실험과 마찬가지로 가장 우수한 저해효과를 보이는 것으로 확인되었다. 또한, 1.0 wt% PAM-co-AA 수용액의 경우 하이드레이트의 유도 시간이 51 분으로 오히려 하이드레이트가 더 빨리 형성되므로 KHI로는 불리한 결과를 나타내었다.
이후 완만한 상승 곡선이 나타나면서 100분 이후에는 큰 변화가 나타나지 않는다. 0.5 wt% PVP 수용액은 생성이 시작된 후 성장 속도가 순수 물보다 더욱 빠른 것으로 나타났다. 생성 시작 20분 후에 이미 inflection point가 나타나며, 이후에는 순수 물과 유사한 성장 경향을 보인다.
5 wt% PVCap 수용액은 하이드레이트 성장 속도가 순수 물보다 느리게 성장하며, 125분에 도달해서 inflection point가 나타난다. 이 결과를 통해 PVP는 수용액에서 에너지 장벽을 상승시켜 하이드레이트의 결정 생성을 억제하지만 결정 생성 이후에는 별다른 저해 효과를 보이지 못한데 반해, PVCap은 하이드레이트 생성 이후에도 결정 성장점에 흡착되어 성장 속도를 낮추는 성능이 탁월한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 PVCap이 PVP 보다 더 나은 KHI 성능을 보인다고 문헌에서 보고되고 있는데, 본 연구에서도 하이드레이트 유도 시간과 성장 속도 측면에서 PVCap의 성능이 더 우수함을 확인하였다.
이 결과를 통해 PVP는 수용액에서 에너지 장벽을 상승시켜 하이드레이트의 결정 생성을 억제하지만 결정 생성 이후에는 별다른 저해 효과를 보이지 못한데 반해, PVCap은 하이드레이트 생성 이후에도 결정 성장점에 흡착되어 성장 속도를 낮추는 성능이 탁월한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 PVCap이 PVP 보다 더 나은 KHI 성능을 보인다고 문헌에서 보고되고 있는데, 본 연구에서도 하이드레이트 유도 시간과 성장 속도 측면에서 PVCap의 성능이 더 우수함을 확인하였다. PAM-co-AA는 PVP 및 PVCap과는 다른 경향을 보여주고 있다.
2 N cm로 계산되었다. 0.5 wt% PVP 수용액은 생성 시작과 거의 동시에 토크가 상승하였지만, 평균 토크 값은 11.5 N cm로 대체적으로 순수 물보다는 약간 낮았다. 0.
5 N cm로 대체적으로 순수 물보다는 약간 낮았다. 0.5 wt% PVCap 수용액은 순수 물과 0.5 wt% PVP 수용액보다 낮은 평균 토크 값 6.4 N cm를 기록했으며, 토크 상승도 100 분까지 지연된 것을 볼 수 있다. 0.
20에 도달했을 때 최대 토크 값을 나타내었다. 0.5 wt% PVP 수용액은 토크 값이 증가하는 하이드레이트 함량이 0.13 정도로 증가하였으며, 0.5 wt% PVCap의 경우 하이드레이트 함량이 0.25가 되었을 때 토크 증가가 나타났다. PAM-co-AA는 0.
25가 되었을 때 토크 증가가 나타났다. PAM-co-AA는 0.5 wt% 수용액의 경우 하이드레이트 함량이 0.10일 때 토크가 증가했지만, 5.0 wt% 수용액에서는 하이드레이트 함량이 0.04일 때 이미 토크가 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 토크가 증가하기 시작하는 하이드레이트 함량은 flow assurance 면에서 보았을 때, 파이프라인 내에 허용 가능한 하이드레이트 함량이라고 볼 수 있다.
그러나, 하이드레이트 입자들이 성장하여 서로 응집되고 반응기 벽면에 침적되기 시작하는 현상은 토크의 증가로 판단 가능하고, 응집과 침적이 파이프라인 내에서 발생하는 경우 유체 흐름을 막는 hydrate plugging 현상으로 연결될 수 있다. 따라서 KHI가 하이드레이트 생성 과정에 미치는 영향은 생성 속도와 함께 토크 증가를 최대한 늦출 수 있는 하이드레이트 함량으로도 평가가 가능하다. Fig.
앞서 하이드레이트 생성 속도만을 이용해 평가했을 때는 PAM-co-AA 수용액도 우수한 것으로 판단되었지만, 토크 변화 결과를 이용해 평가했을 때는 PAM-co-AA 수용액의 순위가 낮아진 것을 확인할 수 있다. KHI 성능 평가를 위해 하이드레이트 유도 시간, 속도, 토크 변화 등 다양한 요인이 고려되어야 할 것으로 사료된다.
또한, autoclave 반응기에서 토크 측정을 통해 하이드레이트 입자의 응집과 침적 정도 역시 확인하였으며, 이는 flow assurance의 측면에서 큰 의미를 가지는 데이터라고 할 수 있다. 연구 결과를 통해 실험에 사용한 수용성 고분자들의 하이드레이트 저해 성능을 다음의 세 가지 측면에서 판단할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
HP μ-DSC를 이용한 KHI의 성능평가는 앞선 실험결과와 유사한 경향을 보이며 이에 따라 하이드레이트 생성억제에 대한 연구는 향후 HP μ-DSC를 이용하여 다양한 방법으로 접근이 가능할 것으로 사료된다.
본 연구의 결과는 수송관 내 flow assurance의 관점에서 하이드레이트 생성 억제제의 평가는 다양한 측면에서 확인되어야 함을 나타내고 있으며, 각 유전이나 가스전의 상황에 맞는 억제제의 투입을 위해 체계적인 평가 방법이 정립될 필요성을 역설하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가스 하이드레이트란 무엇인가?
가스 하이드레이트 (gas hydrate)는 물 분자와 가스 분자가 물리적으로 결합하여 형성하는 결정성 화합물(crystalline compounds)이다. 가스 분자의 종류에 따라 구조-I, 구조-II, 그리고 구조-H가 존재한다[1].
하이드레이트가 파이프라인 내에서 생성되면 어떤 문제가 발생하는가?
일단 하이드레이트가 파이프라인 내에서 생성되면 얼음과 같은 고체 형태가 되면서 파이프라인 막힘(pipeline plugging)을 유발하고, 이를 제거하기 위해서는 생산 중단과 별도의 작업이 수행되어야 하므로 많은 비용이 소모된다. 따라서 해양 유전 또는 가스전을 운영하는 에너지 기업들은 하이드레이트가 파이프라인 내에서 생성되는 것을 방지하기 위해 다량의 메탄올(methanol) 또는 글리콜(glycol) 등을 주입해 하이드레이트가 생성될 수 있는 열역학 조건을 변화시켜준다[4,5].
가스 하이드레이트는 가스 분자의 종류에 따라 어떤 구조들이 존재하는가?
가스 하이드레이트 (gas hydrate)는 물 분자와 가스 분자가 물리적으로 결합하여 형성하는 결정성 화합물(crystalline compounds)이다. 가스 분자의 종류에 따라 구조-I, 구조-II, 그리고 구조-H가 존재한다[1]. 지금까지 국내에서는 동해에 매장되어있는 메탄 하이드레이트의 존재로 인해 차세대 에너지원이자 저장 및 운송 매체로 인식이 되고 있지만[1-3], 에너지 업계에서는 해양 유전 및 가스전을 운영할 때 가장 큰 어려움과 비용 손실을 유발하는 주범으로 인식되고 있다[4-6].
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