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[국내논문] 실리카겔 공극에서의 이산화탄소 및 메탄 하이드레이트 생성속도
Kinetic Study on Carbon Dioxide and Methane Hydrate in Silica Gel Pores 원문보기

한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집, 2007 Nov. 06, 2007년, pp.590 - 593  

강성필 (한국에너지기술연구원 가스화연구센터) ,  이재구 (한국에너지기술연구원 가스화연구센터)

초록
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물을 함유한 공극 크기 6, 30, 100 nm의 실리카겔에 이산화탄소 및 메탄을 반응시켜 온도$0{\sim}4$ $^{\circ}C$, 압력 $15{\sim}40$ bar 의 범위에서 가스 하이드레이트 생성속도를 측정하였다. 공극 크기가 작아짐에 따라 특정 온도에서의 평형압력이 높아지는 열역학적 특성을 감안하여 통일한 압력차 (평형압력과 실험압력의 차)를 얻을 수 있도록 조건을 설정하였다. 이산화탄소의 경우 통일 온도에서 하이드레이트 생성속도는 일반적으로 압력이 높아짐에 따라 가속되는 것을 알 수 있었다. 단위 물 당 포집되는 이산화탄소의 양은 최대 1.0을 넘지 못하였다. 또한 하이드레이트 생성을 위해 필요한 유도시간 (induction time)이 2내지 8시간 수준으로 매우 길었다. 공업적인 하이드레이트 이용을 위해서는 빠른 생성속도가 필요한 만큼 유도시간을 단축, 없애기 위해 계면활성제로 황산 도데실 나트륨 (sodium dodecyl sulphate)이 첨가된 수용액을 이용하였다. 계면활성제가 포함된 수용액에서의 하이드레이트 생성은 유도시간이 사라져 매우 빠르게 바뀌었고, 포집되는 이산화탄소도 15% 정도 증가되었다. 메탄의 경우에는 공극 크기가 작아질수록 하이드레이트 생성속도 및 가스 포집도가 저하되는 결과를 보였다. 이산화탄소의 경우와는 다르게 유도시간이 나타나지 않았으며 비교적 높은 가스 포집도를 얻기 위해서는 평형압력과 실험압력의 차이가 최소 2.0MPa 이상이어야 했다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 높은 하이드레이트 형성 속도와 가스포집 농도가 확보되어야 공업적인 이용에 경제성을 확보할 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 이산화탄소와 메탄을 실리카겔 공극 내에 포함된 물과 반응시켜 하이드레이트를 형성하는 방법에 대하여 그의 생성 속도를 연구하였고, 유도시간 (induction time)을 줄이면서 가스포집도를 향상시키기 위한 방법으로 음이온계 계면활성제 인 도데 실황산 나트륨의 이용을 제안하였다. 일반적으로 이용되는 기계적 교반이 동반되는 하이드레이트 형정법이 아니라 비교반식 제조이면서도 매우 향상된 하이드레이트 형성 속도를 확보하는 것으로 목적으로 한다,
  • ⑺ 계면활성제가 물과 함께 투입되면 초기 형성 속도가 빨라지며 가스포집 농도가 다소 향상되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 초기형성 속도 중가 효과에 주목하여 실리카겔 공극 내에서 형성될 경우 매우 긴 유도시간의 제거를 주목적으로 하였다. 문헌을 참고하여 300 ppm 의 SDS 수용액을 실리카겔 공극 내에 포집시키고 이산화탄소 하이드레이트 형성 속도를 측정한 결과를 Fig.
  • 비교반 방식에 의한 가스 하이드레이트 제조법 개발을 목적으로 물과 가스의 접촉 면적을 높여줄 수 있는 다공매 잘을 이용한 이산화탄소와 메탄하이드레이트 형성 속도를 연구하였다. 이산화탄소의 경우 30 nm 수준의 적절한 공극 크기에서, 메탄의 경우 공극 크기가 커질수록 빠른 형성 속도와 높은 가스포집도를 보였다.
  • 본 연구에서는 이산화탄소와 메탄을 실리카겔 공극 내에 포함된 물과 반응시켜 하이드레이트를 형성하는 방법에 대하여 그의 생성 속도를 연구하였고, 유도시간 (induction time)을 줄이면서 가스포집도를 향상시키기 위한 방법으로 음이온계 계면활성제 인 도데 실황산 나트륨의 이용을 제안하였다. 일반적으로 이용되는 기계적 교반이 동반되는 하이드레이트 형정법이 아니라 비교반식 제조이면서도 매우 향상된 하이드레이트 형성 속도를 확보하는 것으로 목적으로 한다,
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