• Title, Summary, Keyword: 가스하이드레이트

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Experimental research trends on Gas hydrate Production (가스 하이드레이트 생산 실험 연구 동향 분석)

  • Lee, Joo Yong;Lee, Jaehyung;Kim, Sejoon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.147.2-147.2
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    • 2011
  • 새로운 에너지원으로서의 가스 하이드레이트 개발 연구는 한국에서는 2005년 산업자원부에 의해 가스하이드레이트 개발 연구 사업이 정식으로 출범하면서 활발히 진행되기 시작하였다. 2007년도에 종료된 1단계 연구를 통하여 동해에서 가스 하이드레이트 부존이 확인됨에 따라 2단계에서 부터는 가스하이드레이트 생산 연구가 연구의 중심으로 떠오르게 되었다. 생산 연구는 물성/생산 실험 연구, 전산모사 연구, 해외 현장 시험 생산 연구로 크게 나뉘어 질 수 있는데 현재 한국에서는 물성/생산 실험 연구가 가장 활발히 진행되어 왔다. 이에 따라 보다 체계적이고 계획적인 연구를 위하여 기 실험된 연구를 종합 분석하여 체계적인 실험 결과의 활용과 향후 연구 계획을 하고자 한다. 본 발표에서는 기 실행된 실험 연구를 수행기관, 시료의 크기, 경계조건 등의 실험 규모, 시료의 종류, 하이드레이트 형성 조건, 측정 물성, 채택 생산 기법 등의 실험 내용 등을 종합하여 소개하고자 한다. 1단계에서는 주로 실험실 스케일, 인공 모래 시료, 인공 가스하이드레이트를 이용한 실험연구가 주를 이루었으며 이를 보완하기 위하여 2단계에서는 중규모, 자연시료, 자연 하이드레이트를 이용한 실험연구가 시작되었다. 초기 단계에서 생산 기법으로 감압법, 열수 주입법, 열자극 법, 화학 억제제 주입법, 치환 생상법 등이 연구되었으며 그 결과 감압법을 주 생산 기법으로 하여 열수 주입법, 열자극법, 화학 억제제 주입법 등을 하이드레이트 재생성 억제기법으로 혼합하여 쓰는 하이브리드 기법들이 연구 되었으며 현재 세계적인 수준의 실험 연구 기술 수준을 보유 하고 있는 치환 생산법 연구가 또한 현재까지 활발히 진행되고 있다.

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A study on Thermodynamics Analysis of $CH_4+CO_2+H_2S$ Mixture Gas Hydrates ($CH_4$, $CO_2$, $H_2S$ 혼합기체 하이드레이트 특성분석)

  • Han, Kyuwon;Moon, Donghyun;Shin, Hyungjoon;Lee, Jaejung;Yoon, Jiho;Lee, Hyunghoon;Lee, Gangwoo
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.218.2-218.2
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    • 2010
  • 저분자량의 가스와 물이 물리적 결합으로 이루어진 가스 하이드레이트는 상대적으로 많은 양의 가스가 포집될 수 있다는 특성을 이용하여 다양한 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 매립지에서 발생되는 매립가스를 하이드레이트의 원리를 이용하여 효율적으로 저장 및 수송하기위한 공정에 적용하기위해 필요한 매립지 가스 하이드레이트의 상평형에 대한 특성을 분석하고자한다. 일반적으로 매립지 가스에는 메탄이 약 50%, 이산화탄소가 약 35%, 질소가 약 6% 포함되어 있으며 그 밖에 산소, 수분, 암모니아 황화수소 메르캅탄 등 할로겐 계통을 포함한 탄화수소계화합물 수십여종이 포함되어 있다. 이러한 매립지가스를 하이드레이트화 하기위해서는 매립지가스에 포함된 다양한 성분들이 하이드레이트 형성에 미치는 영향을 알아볼 필요가 있다. 특히 황화수소의 경우 독성이 있으며, 실제 플랜트에서 장비의 부식등 악영향을 미치므로 이와 관련한 기초 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 메탄, 이산화탄소, 황화수소가 각각 49.9%, 50.05%, 500ppm의 조성으로 이루어진 혼합가스를 이용하여 하이드레이트 생성 및 해리 시 거동을 측정하고 그 상평형 영역을 기존데이터와 비교분석 하였다. 25bar, 36bar에서 측정한 상평형 데이터는 한국해양대학교 에서 측정한 결과와 마찬가지로 실제 상평형 영역이 CSMHYD 프로그램으로 예측한 것보다 하이드레이트의 안정영역이 약 2bar 정도 높게 형성되는 것을 확인하였으며, $CH_4+CO_2+H_2S$ 혼합가스 하이드레이트의 생성 시 mol consumption은 $CH_4+CO_2$ 혼합가스 하이드레이트와 유사하게 나타났다. 이 결과로 유추하건대, 황화수소의 첨가는 하이드레이트의 형성 압력을 높이지만, 하이드레이트 형성률에는 크게 영향을 미치지 않는다고 할 수 있다.

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A study of push core sediments and topographical controls around the shallow gas hydrate site in the Ulleung Basin, East Sea (울릉분지 천부 가스하이드레이트 부존지역에서의 해저지형변화에 따른 퇴적물 특성 연구)

  • Chun, Jong-Hwa;Lee, Joo-Yong;Kim, Hak-Joo;Kang, Nyeon-Keon;Nam, Sung-Il
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.200-202
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    • 2008
  • 동해 울릉분지에서는 시추선 RemEtive를 사용하여 UBGH-X-01 가스하이드레이트 탐사가 2007년에 실시되었다. 본 연구에서는 천부 가스하이드레이트가 확인된 UBGH1-10 정점에서 무인잠수정(Quantam WROV)을 사용하여 획득된 푸쉬코어와 해저지형 분석을 수행되었다.UBGH1-10 정점은 seismic chimneys의 탄성파 특성이 발달된 지역이다. 이곳에서는 해저표면으로부터 수 m 하부에서 가스하이드레이트가 발견되었다. 이 정점은 수 m 높이의 얕은 둔덕들이 무인잠수정에 부착된 비디오 카메라에 의해서 관찰되었다.이곳에서 채취된 길이 약40 cm의 푸쉬코어는 생물교란된 뻘질 퇴적물로 구성되어 있으며, 가스하이드레이트와 chemosynthetic community는 관찰되지 않았다. 푸쉬코어는 X-ray fluorescence scanner를 사용하여 퇴적물의 26가지 원소 조성을 분석하였다. UBGH1-10 정점의 산화환원환경은 Mo/Al과 Mn/Ti 원소비를 이용하여 천부 가스하이드레이트가 발견되지 않은 UBGH1-9와 UBGH1-1 정점과 대비하였다. 이 정점의 일차생산력은 Ba/Al 원소비를 이용하여 다른 정점과 대비하였다. 천부 가스하이드레이트가 발견된 UBGH1-10 정점은 활발한 가스방출과 관련된 생물집단 서식 또는 자생광물 형성의 흔적이 발견되지 않으며, 퇴적물에서도 산화환원환경과 일차생산력의 큰 차이가 관찰되지 않는다.

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A Study on Methane Hydrate Formation using Zeolite (제올라이트를 이용한 메탄 하이드레이트 생성에 대한 연구)

  • Park, Sung-Seek;Kim, Dae-Jin;Kim, Nam-Jin
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.154.2-154.2
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    • 2010
  • 상대적으로 이산화탄소 배출량이 적으며, 기존의 천연가스를 대체할 수 있고, 21세기 신 에너지원으로 기대되고 있는 메탄 하이드레이트(Methane hydrate)는 태평양과 대서양의 대륙사면 및 대륙붕, 남극대륙의 주변해역 등지에서 자연적으로 발생한 메탄 하이드레이트의 분포가 확인되었으며, 그 매장량의 1조 탄소톤 이상으로 기존 화석연료의 매장량이 5천억 탄소톤, 대기중의 메탄가스가 3억 6천만 탄소톤임을 고려할 때 2배에 이르는 막대한 양이라고 보고하였다. 따라서 메탄 하이드레이트는 화석에너지를 대체할 수 있는 차세대 청정 에너지 또는 대체 에너지원으로서의 무한한 잠재력을 가지고 있어 새로운 에너지분야로 크게 주목을 받고 있다. 또한 하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 만약, 특성을 역으로 이용하여 산업적으로 고체화 수송을 할 경우 화수송보다 18-24%의 비용절감이 이루어질 것으로 예상되어진다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 형성시간이 상당히 길고 가스 충진율도 낮다. 따라서 본 연구에서는 하이드레이트를 빨리 만들며 가스 충진율도 증가시키기 위하여 증류수와 다공성물질이며 나노세공(Nano pore)을 가지고 있는 제올라이트를 증류수에 첨가하고, 초음파 분산하여 만든 혼합유체를 메탄가스와 반응시켜 하이드레이트 형성 실험을 수행하여 비교 분석하였다. 그 결과 0.01 wt% 제올라이트 혼합유체에서 증류수보다 하이드레이트가 훨씬 빨리 생성되었으며, 메탄가스소모량은 ${\Delta}T_{subc}$=0.5K에서 약 4배 높음을 보였다.

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A Case Study on Value Evaluation of Gashydrate Development Technology (가스하이드레이트 개발사업의 기술가치평가 사례연구)

  • Lee, You-Ah;Kim, Jin-Soo;Heo, Eun-Nyeong
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.62-65
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    • 2006
  • 가스하이드레이트의 국내 부존 가능성이 확인됨에 따라 가스하이드레이트 개발기술 및 부존 정보의 확보를 위한 가스하이드레이트 연구개발사업이 추진 중에 있다. 가스하이드레이트 개발사업과 같은 국가주도 연구개발사업의 경우 사업의 타당성 확보와 효율적인 추진을 위해서 사업 및 개발기술의 가치를 객관적으로 평가해야 할 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 가스하이드레이트 개발사업의 가치평가를 위한 주요 속성들을 결정하고 속성별 쌍대비교를 통해 중요도를 도출 할 수 있는 Fuzzy AHP 방법론을 사용하여 상대적 가중치를 도출하였다 연구 결과 가스하이드레이트 개발사업 및 기술의 가치는 상위계층으로 직접가치와 유발가치로 나눌 수 있고, 하위계층으로 총 8개의 속성으로 분류 할 수 있는 것으로 분석되었다. 중요도 분석결과 가스하이드레이트를 직접 개발함으로써 얻을 수 있는 개발가치가 사업시행으로 인한 탐사개발 기술의 확보로 유발되는 가치보다 높은 중요도를 가지는 것으로 평가 되었다. 또한 개발가치의 세부항목 중에는 에너지 안보 증진 효과가, 유발가치의 세부항목 중에는 인력양성효과가 가장 중요한 가치평가 요소로 나타났다

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A Comparative Study on the Formation of Zeolite-Methane Hyudrate (제올라이트-메탄 하이드레이트 생성에 대한 비교 연구)

  • Park, SungSeek;An, EoungJin;Kim, NamJin
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.145.2-145.2
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    • 2011
  • 메탄 하이드레이트는 낮은 온도와 높은 압력 조건에서 물분자들의 격자구조에 메탄가스분자가 포획되어 수소결합으로 형성되는 외관상 얼음과 비슷한 결정성 화합물이다. $1m^3$의 메탄 하이드레이트는 표준상태에서 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해되며, $-10^{\circ}C{\sim}-20^{\circ}C$의 온도에서는 하이드레이트 입자표면에서 생성되는 얼음막으로 인하여 상압에서도 안정하게 존재하는 자기보존 효과를 가지고 있다. 따라서 이와 같은 특징을 천연가스 수송 및 저장의 방법으로 이용할 경우 $-162^{\circ}C$의 초저온을 만들고 유지시키기 위하여 고가의 설비를 필요로 하는 기존의 LNG 수송방법을 대체할 수 있다. 특히 연간 천연가스 소비량을 0.4 ~ 1.0 million ton으로 가정했을 때, 하이드레이트 수송방법은 LNG 수송에 비해 18 ~ 25% 정도의 비용을 절약할 수 있는 경제적인 방법으로 알려져 있다. 그러나 하이드레이트를 인공적으로 제조할 경우 물분자와 가스분자의 반응율이 낮기 때문에 하이드레이트가 생성되기까지 많은 시간이 소요되며, 하이드레이트에 포획되는 가스분자의 양도 적다. 따라서 본 연구에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다공성 물질인 천연 제올라이트와 제올라이트 13X를 이용하여 제올라이트 혼합유체를 제조하였으며, 메탄가스와 반응시켜 하이드레이트를 생성시키는 실험을 수행하였다. 그 결과, 하이드레이트 생성 시 천연 제올라이트와 제올라이트 13X 모두 0.01 wt%의 혼합비율에서 가장 좋은 효과를 나타내었으며, 하이드레이트에 포획된 가스의 양은 같은 과냉도 조건에서 천연제올라이트와 제올라이트 13X 혼합유체를 이용하여 하이드레이트를 생성 시켰을 때, 증류수보다 각각 4배, 5배 높음을 보였다. 또한 낮은 과냉도에서 하이드레이트 생성 시 제올라이트, 제올라이트13X 혼합유체에서 하이드레이트 생성시간이 증류수에서 하이드레이트를 생성시킬 때보다 빨라짐을 확인하였다.

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Overview of Gas Hydrates R&D (가스하이드레이트(GH) 연구개발 현황)

  • Huh, Dae-Gee;Lee, Joo Yong
    • Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers
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    • v.54 no.2
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    • pp.201-214
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    • 2017
  • The world resource volume of gas hydrates is estimated about 300 trillion cubic meters excluding the gas hydrates of onshore permafrost. If half of this volume can be producible, it is close to the total reserve of natural gas worldwide. It is anticipated that the commercial production of gas hydrates is possible after 2030 due to the slow development of production technology and recent shale gas revolution. The test production planned in May 2015 was postponed during the preparation stage due to the estimated low production volume, insufficiencies of drill hole stability and flow assurance of produced gas. The test production will be rescheduled at the end of 2018. We have to prepare the gas hydrates era by developing a new breakthrough production technology in order not to kill the outcomes obtained during the gas hydrates development program of Korea last 10 years.

A Patent Analysis on the Gas Hydrate Exploration and Development (특허정보를 통한 가스하이드레이트 기술동향 분석)

  • Lee, Jae-Wook;Kim, Seong-Yong
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.403-406
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    • 2006
  • 최근 막대한 매장량으로 인해 미래의 비재래형 에너지원으로 주목받고 있는 천여가스 하이드레이트는 고압 저온 환경에서 수소결합을 하는 고체상 격자 내에 객체분자인 가스분자가 포획되어 형성된 가스하이드레이트의 일종으로 영구 동토지역과 심해저의 퇴적층에 광범위하게 분포되어 있다. 본 연구에서는 이러한 가스하이드레이트의 개발기술과 천연가스의 저장과 운송기술에 관한 미국 일본 유럽 등 특허 3극 및 한국 특허 총 357건을 추출하고 특허정보 분석을 실시하여 국내외 기술개발 동망 및 기술변화 추이를 살펴보았다. 특허 검색에 사용된 DB와 분석도구는 특허청 선행기술 전문조사기관 등으로 지정된 (주)윕스사의 WIPS와 ThinKlear이며, 미국/일본/유럽 등 특허 3극과 한국에서 공개 또는 등록된 특허를 검색대상으로 하였다 자원으로서 천연가스 하이드레이트를 개발하는 기술과 관련하여 총 193건의 특허가 추출되었으며, 이 때 사용하는 방법에는 감압법, 열처리법, 억제제 주입법 등이 있었다. 또한 연료용 가스, 특히 메탄가스의 수송 및 저장에는 통상 액화하여 액화천연가스로 수송하는 방법이 사용되고 있으나 가스하이드레이트를 이용할 경우 액화천연가스를 이용하는 것보다 더 경제적임이 보고되면서 이와 관련된 연구가 활발히 진행 중이며, 총 164건의 특허가 추출되었다. 상기 추출된 총 357건을 대상으로 연도별 출원동향, 국가별 점유율 및 시계열 분석, 분류기술별 출원동향 등의 특허정보 분석을 수행하였다.

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Effect of Carbon Nano Tube for the Methane hydrate formation (메탄 하이드레이트 생성을 위한 탄소나노튜브의 영향)

  • Park, Sung-Seek;Seo, Hyang-Min;Kim, Nam-Jin
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.699-702
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    • 2009
  • 가스하이드레이트(Gas Hydrate)는 특정한 온도와 압력조건하에서 물분자로 이루어진 공동 내로 메탄, 에탄, 프로판 등의 가스가 들어가 물분자와 상호 물리적 결합으로 형성된 외관상 얼음과 비슷한 고체 포유물로 자연상태에 존재하는 하이드레이트의 주 성분이 메탄(Methane)인 경우가 대부분인 까닭에 메탄 하이드레이트라고도 불린다. 표준상태에서 $1m^3$의 메탄하이드레이트는 $172m^3$의 메탄가스와 $0.8m^3$의 물로 분해된다. 그러나 메탄 하이드레이트를 인공적으로 만들경우 물과 가스의 반응율이 낮아 하이드레이트 생성시간이 상당히 길고 가스 용해율도 낮다. 따라서 하이드레이트를 빨리 만들며 가스충진율도 증가시킬 수 있는 방법으로 가스 흡착성이 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 기계적 분산방법인 초음파 분산(Dispersion)과 화학적 개질에 의한 분산방법인 산화처리분산을 사용하여 탄소나노튜브와 산화탄화나노튜브를 순수한물에 분산하여 나노유체를 만들고, 나노유체와 메탄가스를 반응시켜 메탄하이드레이트를 생성시키는 실험을 수행하였다. 나노유체와 순수한물의 상평형(Phase Equilibrium)은 비슷하였으며, 탄소나노튜브를 0.0005Vol%를 분산한 나노유체와 순수한물의 메탄가스 소모량의 비교한결과 나노유체의 가스소모량의 순수한물보다 ${\Delta}T_{sub}$=0.5K에서는 2배 ${\Delta}T_{sub}$=9.7K에서는 1.6배 증가하였다. 또한 산화나노유체와 나노유체의 메탄 가스소모량은 산화나노유체가 0.01 ~ 0.02mol정도 높았으나 그 효과가 미미하였고, 교반기를 사용하여 RPM300으로 교반시켰을 경우 역시 메탄 가스소모량은 큰 차이가 없었으나 산화나노유체의 경우 메탄 가스소모량이 나노유체보다 급격히 증가함을 확인하였다.

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Phase Equilibria of Hydrates in Porous Media: Effect of Pore size and Salinity (다공성 매질에서의 하이드레이트 상평형 측정: 기공크기 및 염의 영향)

  • Lee, Seung-Min;Cha, In-Uk;Lee, Ju-Dong;Seo, Yong-Won
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.545-548
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    • 2009
  • 최근 천연가스 개발의 중요성이 대두되면서 심해저 퇴적층에 존재하고 있는 천연가스 하이드레이트 개발에 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 심해저 퇴적층에 부존하는 가스 하이드레이트 조건과 유사하게 하기위해 3 wt% 농도의 염수를 다공성 실리카 젤 기공에 넣어 사용하였다. 기공의 직경에 따른 영향을 알아보기 위해 기공 직경이 각각 6.0, 15.0, 30.0 nm인 실리카 젤을 사용하여, 천연가스 주성분인 에탄, 프로판, 메탄+프로판 하이드레이트의 3상 (H-Lw-V) 평형을 측정하였다. 그 결과 기공의 크기가 작아질수록 각각의 벌크 상태의 에탄, 프로판, 메탄+프로판 하이드레이트에 비해 하이드레이트의 평형조건이 온도는 낮아지고 압력이 높아지는 저해효과가 커짐을 알 수 있었다. 실험값으로 부터 기공 내의 물과 하이드레이트상 사이의 계면장력 값을 Gibbs-Thomson식에 의해 구할 수 있으며, 열역학 계산을 통하여 실험값과 비교하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 심해저 천연가스 개발, 이산화탄소 심해저장 등의 가스 하이드레이트 응용 연구에 유용한 기초 자료가 될 것이다.

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