• Title, Summary, Keyword: 가스하이드레이트

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Gas hydrate stability field in the southwestern Ulleung Basin, East Sea (동해 울릉분지 남서부 해역에서의 가스 하이드레이트 안정영역)

  • Ryu Byong Jae;Don Sun woo;Chang Sung Hyong;Oh Jin yong
    • The Korean Journal of Petroleum Geology
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    • v.7 no.1_2
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    • pp.1-6
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    • 1999
  • Natural gas hydrate, a solid compound of natural gas (mainly methane) and water in the low temperature and high pressure, is widely distributed in permafrost region and deep sea sediments. Gas hydrate stability field (GHSF), which corresponds to the conditions of a stable existence of solid gas hydrate without dissociation, depends on temperature, pressure, and composition of gas and interstitial water. Gas hydrate-saturated sediment are easily recognized by the bottom simulating reflector (BSR), a strong-amplitude sea bottom-mimic reflector in seismic profiles. It is known that BSR is associated with the basal boundary of the GHSF, The purpose of this study is to define the GHSF and its occurrence in the southwestern part of Ulleung Basin, East Sea. The hydrothermal gradient is measured using the expandable bathythermograph (XBT) and the geothermal gradient data are utilized from previous drilling results for the adjacent area. By the laboratory work using methane and NaCl $3.0 wt{\%}$ solution, it is shown that the equilibrium pressures of the gas hydrate reach to 2,920.2 kPa at 274.15 K and to 18,090 kPa at 289.95 K for the study area. Consequently, it is interpreted that the lower boundary of the GHSF is about 210 m beneath 400-m-deep sea bottom and about 480 m beneath 1,100-m-deep sea bottom. The resultant boundary is well matched with the depth of the BSR obtained from the seismic data analysis for the study area.

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Hydrate Phase Equilibria for the Gas Mixtures Containing HFC (수소불화탄소를 포함하는 혼합기체의 가스 하이드레이트 상평형)

  • Seo, Yong-Won;Lee, Seung-Min;Lee, Ju-Dong;Lee, Gang-Woo;Yamasaki, Akihiro;Kiyono, Fumio
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.581-584
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    • 2007
  • (HFC(hydrofluorocarbon, 수소불화탄소)는 오존층 파괴 지수가 낮기 때문에 CFC(chlorofluorocarbon)의 대체 물질로 냉매와 발포제로 널리 사용되고 있는 물질이다. 하지만 HFC는 지구온난화 지수가 높은 기체이므로 대기중으로 방출되는 것을 막기 위해 분리/회수하여 재활용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 공기와 HFC의 혼합기체로부터 HFC만을 분리해 내는 방법으로 가스 하이드레이트 형성법을 제안하였다. 이 방법의 열역학적 타당성을 검증하기 위하여 질소+HFC-134a 혼합기체에 대하여 275-285 K의 온도 범위와 1-27 bar의 압력범위에 걸쳐서 가스 하이드레이트 상평형을 측정하였다. 질소는 가스 하이드레이트를 형성하기 위하여 0 $^{\circ}C$에서 150 bar 이상의 높은 압력이 필요한 반면 HFC-134a는 대기압에 가까운 낮은 압력이 필요하다. 두 기체의 평형 압력의 차가 크다는 것은 가스 하이드레이트 형성법을 이용할 경우 기체의 분리 효율이 매우 높다는 것을 나타낸다. 그리고, 본 실험을 통해서 얻어진 혼합기체의 하이드레이트상(H)-액상($L_W$)-기상(V)의 3상 평형선이 순수한 HFC-134a의 3상 평형선에 가깝게 위치하였다. 이는 가스 하이드레이트를 이용한 분리법이 낮은 압력에서 운전될 수 있음을 나타낸다. 이 분리법은 낮은 압력에서 운전되어 경제적일 뿐만 아니라 물 이외의 다른 매개체를 사용하지 않기 때문에 환경 친화적인 공정이라 할 수 있다.

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Phase Equilibria of Gas Hydrates Containing 1-propanol or 2-propanol (1-propanol 또는 2-propanol을 포함하는 가스 하이드레이트의 상평형)

  • Lee, Youngjun;Lee, Seungmin;Park, Sungmin;Seo, Yongwon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.145.1-145.1
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    • 2011
  • 본 연구에서는 알콜계 물질인 1-propanol과 2-propanol이 가스 하이드레이트 형성과정에서 격자내로 포집됨과 열역학적 촉진제로서 작용함을 알아보기 위해 $CH_4$ (또는 $CO_2$) + 1-propanol (또는 2-propanol) + 물계의 가스 하이드레이트 3상 평형 (하이드레이트(H) - 물(Lw) - 기상(V))을 측정하였으며, $^{13}C$ NMR 분석을 하였다. 1.0, 5.6, 10 mol%의 농도 1-propanol (또는 2-propanol) 용액을 가스 하이드레이트 계에 첨가하여 3상 평형을 측정한 결과, $CH_4$ 하이드레이트의 경우 전반적으로 촉진현상을 보였으며 5.6 mol%에서 가장 큰 촉진효과가 나타났다. 하지만 $CO_2$ 하이드레이트의 경우 순수 $CO_2$ 하이드레이트에 비해 저해효과가 나타났으며 농도가 높아질수록 저해현상은 커짐을 확인할 수 있었다. $^{13}C$ NMR을 통한 동공점유 특성과 하이드레이트 구조 분석 결과 $CH_4$ + 1-propanol (또는 2-propanol)은 구조-II를 형성하며 1-propanol (또는 2-propanol)이 동공에 포집되어 있음을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로부터 알콜계 물질이 단순히 저해제로만 작용하지 않고 가스 하이드레이트 형성에 참여하는 촉진제로 작용할 수 있다는 사실을 알 수 있었다.

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Technical Consideration of Elastic Wave Measurements of Gas Hydrate-bearing Sediments in Lab-Scale (GH 함유 퇴적물 실험실 스케일 탄성파 측정 기법의 기술적 고찰)

  • Jung, Jaewoong;Lee, Joo Yong;Lee, Jaehyung;Kim, Sejoon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.125.2-125.2
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    • 2011
  • 청정 에너지원으로 높은 잠재력을 가지고 있는 가스하이드레이트는 상업적 기술개발이 미확보된 상태이다. 현재 전 세계적으로 가스하이드레이트 개발 및 생산에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이에 대한 기초자료로서 가스하이드레이트가 함유된 퇴적층의 물성자료가 필요하다. 특히, 현장 시료에 대한 물성 측정은 향후 가스하이드레이트 개발 및 생산 계획을 수립하는데 있어서 매우 중요하다. 탄성파 측정 결과는 다른 물성 들에 비하여 하이드레이트 함유 시료의 성형과정에 큰 영향을 받는다. 또한 그 외의 실험 경계조건과 취득 자료의 처리 과정에도 매우 민감하게 반응한다. 따라서 측정을 하는 과정은 물론 측정 후 자료의 활용 과정에서 다양히 고려해야 할 점들이 있다. 본 연구에서는 인공 모래를 이용하여 다양한 조건에서 탄성파 속도를 측정한 후 그 결과를 토대로 하여 기존의 연구 결과와 비교하여 음파 측정연구 시 고려해야 할 기술적 사항 들을 정리해 보았다. 실험에 사용된 장비는 고압의 퇴적층을 모사할 수 있는 압력셀과 메탄과 염수 주입에 사용되는 유체 주입장비, 하이드레이트 형성을 위한 온도조절장비, 자료 획득 장비로 구성되어 있다. p파 속도는 음파 송수신장비를 사용하였다.

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Microscopic investigation on the binary ethanol + $CH_4$ Hydrate system (ethanol + $CH_4$ 하이드레이트 시스템의 미세 분광학적 연구)

  • Lee, Jong-Won;Kang, Seong-Pil
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.149.1-149.1
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    • 2010
  • 가스 하이드레이트는 작은 고체 부피 내에 막대한 양의 가스를 저장할 수 있다는 특징으로 인하여 최근 주목을 받고 있지만, 엔지니어링 분야에서는 천연가스 수송 파이프라인에 blockage problem을 일으키는 해로운 물질로 처음 관심을 받았다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 초기에는 하이드레이트 형성영역을 벗어나도록 온도, 압력을 유지하기도 하였으나, 최근에는 다양한 형성 억제제가 사용되고 있다. 본 연구에서는 기존에 억제제로 알려져 있는 대표적인 알코올 화합물인 에탄올을 이용하여 고압의 메탄과 binary 하이드레이트의 형성 연구를 수행하였다. 다양한 농도의 에탄올을 이용하여 형성된 하이드레이트 샘플은 고체 NMR 분석을 통하여 분자 거동을 자세히 측정하였으며, 분말 XRD 분석을 통하여 헝성된 미세 결정 구조도 확인하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 에탄올 및 알코올 화합물의 가스 하이드레이트 형성 거동 및 binary guest 시스템에서의 tuning 효과에 대한 유용한 정보를 제시할 수 있을 것이라 판단된다.

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The 2nd Ulleung Basin Gas Hydrate Drilling Expedition (UBGH2) (울릉분지 가스 하이드레이트 2차 시추)

  • Ryu, Byong-Jae;Lee, Sung-Rock;Yoo, Dong-Geun;Kim, Gil-Young;Chun, Jong-Hwa;Bahk, Jang-Jun;Kim, Ji-Hoon;Lee, Joo-Yong
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.147.1-147.1
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    • 2011
  • 지식경제부 가스 하이드레이트 개발사업의 일환으로 동해 울릉분지 가스 하이드레이트 2차 시추(Ulleung Basin Gas Hydrate Drilling Expedition: UBGH2)가 2010년 7월 8일부터 9월 30일까지 D/V Fugro Synergy를 이용하여 수행되었다. UBGH2 수행을 위해 선정된 13개 site에서 약 1개월 동안 Schlumberger사의 장비를 이용 Logging-While-Drilling/Measurement-While-Drilling(LWD/MWD) 자료를 취득하였다. LWD/MWD 자료는 선상에서 분석되었으며, 이 결과는 coring 및 borehole plan 수립을 위하여 활용되었다. Coring Phase 동안 10개 site의 18개 hole로부터 퇴적물 코어 시료를 채취하고 선상에서 퇴적학, 지구화학, 생지화학, 물리적 특성 등 각종 분석과 측정 작업을 수행하였다. 약 2개월에 걸쳐 수행된 coring phase 동안에 2개 site에서 FAOL(Fugro Alluvial Offshore Limited)사의 장비를 이용 Wireline Logging/Vertical Seismic Profile(WL/VSP) 자료도 취득하였다. LWD/MWD phase와 coring phase 동안 12개 site에서 무인잠수정(remotely operated vehicle: ROV)를 이용하여 퇴적물 시료 채취, 해저면 관찰, 용존메탄 측정 등의 작업을 수행하였으며, 선상에서 취득된 이들 자료를 분석하였다. Coring을 수행한 모든 site에서 가스 하이드레이트 부존을 확인하였으며, 다양한 산상의 가스 하이드레이트 실물을 회수하고 분석하였다.

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Separation of $CO_2$ from Syngas Using Gas Hydrate Formation (가스 하이드레이트 동공점유특성을 이용한 합성가스로부터의 $CO_2$ 분리 공정)

  • Park, Sungmin;Lee, Seungmin;Lee, Youngjun;Kim, Bomhui;Seo, Yongwon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.121.2-121.2
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    • 2011
  • 석탄가스화복합발전과 연계하여 사용할 수 있는 $CO_2$분리법으로 연소 전 탈탄소화는 연료가 연소되기 전에 $CO_2$를 회수하는 방법으로 현재 여러가지 분리법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트의 다양한 응용 분야 중 이산화탄소 격리분야에서 합성가스로부터 $CO_2$롤 효과적으로 분리/회수하기 위하여 가스 고형화법에 관한 연구를 진행하였다. 가스 하이드레이트 형성과정에서의 반응 특성을 살펴보기 위하여 순수계와 촉진제 첨가계(TBAB, TBAF, THF)에 대하여 반응시간에 따른 가스소모량 및 기상의 $CO_2$ 조성 변화를 측정하였다. 그 결과 하이드레이트 상에 고농도의 $CO_2$가 포집되는 것을 확인 할 수 있었다. 순수계와 THF 첨가계의 경우 가스 소모량이 다른 계에 비하여 높게 나타났다. 이는 순수계의 경우 구조-I의 큰 동공과 작은 동공에 모두 기체가 점유되기 때문이며, THF 첨가계의 경우 구조-II의 큰 동공에만 기체가 점유되지만 THF의 첨가로 인해 전환율이 증가되기 때문이다. 반면, TBAF와 TBAB 첨가계의 경우에는 상재적으로 낮은 가스 소모량을 보였다. 기체 소모량이 큰 경우 최종 기상의 $CO_2$ 조성이 낮게 나타났다. 그리고 모든 실험조건에서 1시간 이내에 하이드레이트 형성반응이 종결되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 촉진제 첨가에 의한 하이드레이트의 구조적인 변화를 확인하기 위하여 Raman 분광법과 $^1H$-NMR을 이용하여 혼합가스 하이드레이트를 분석하였다. 본 실험으로 얻어진 결과는 가스 고형화법을 이용한 합성가스 분리 공정 설계 및 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

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An analysis of the influence on the formation kinetics of methane hydrate (메탄 하이드레이트 생성 속도에 미치는 영향 분석)

  • Lee Young Chul;Cho Byoung Hak;Baek Young Soon;Lee Woo Jin
    • Journal of the Korean Institute of Gas
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    • v.5 no.3
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    • pp.55-62
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    • 2001
  • This paper describes about the formation of methane hydrate that is artificially made in jacket-type stirred reactor and is observed the change of hydrate shape during the course of reaction. The combustion of manufactured methane hydrate is showed the probability of a storage and transport of gas. And the influence of various experimental conditions of temperature, pressure and stirring rate on the manufacture of methane hydrate is measured. The growth rate and the induction time of methane hydrate is observed according to the conditions. Especially it is important to investigate the effect of temperature and pressure on the growth of hydrate such as the nuclear creation and the structure formation of hydrate in order to study the storage and transport of gas.

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Separation of $CO_2$ from SynGas Using Gas Hydrate Formation (가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스로부터의 $CO_2$ 분리 및 회수)

  • Park, Sungmin;Lee, Seungmin;Lee, Youngjun;Kang, Boram;Seo, Yongwon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.154.1-154.1
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    • 2010
  • 석탄가스화복합발전(IGCC)에서는 석탄을 가스화하여 얻어진 합성가스로부터 이산화탄소를 분리/회수하고 수소는 유용하게 사용할 수 있다. 이 기술의 핵심은 $H_2+CO_2$ (40%) 합성가스로부터 $CO_2$를 경제적이고 효과적으로 분리/회수하는 것이다. 본 연구에서는 합성가스로부터 $CO_2$를 효과적으로 분리/회수하기 위해 가스 하이드레이트 형성법을 제안하였다. 하이드레이트 형성 조건을 완화시켜 주기 위하여 열역학적 촉진제로서 TBAB, TBAF, THF를 첨가하여 열역학적 촉진 현상을 살펴보았다. 다양한 농도의 TBAB (10, 40, 60 wt%), TBAF (10, 34, 45 wt%), THF (4, 19, 31 wt%)에 대하여 3상 평형 (하이드레이트 (H) - 물 (LW) - 기상 (V))을 측정한 결과 40 wt%의 TBAB, 34 wt%의 TBAF, 19 wt%의 THF의 농도에서 가장 큰 촉진효과를 보였으며, 그 이상의 조성에서는 오히려 촉진효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 순수계와 촉진제 첨가계에 대하여 하이드레이트 생성 후의 기상과 하이드레이트상의 $CO_2$ 조성을 측정하였다. 그 결과 모든 실험조건에서 하이드레이트상에 85% 이상의 높은 농도로 $CO_2$가 농축되는 것을 확인하였다. 이러한 과정을 반복하면 순도 99% 이상의 매우 높은 $CO_2$ 기체를 얻을 수 있다. 또한, 가스 하이드레이트 형성과정의 반응특성을 살펴보기 위하여 반응시간에 따른 기상의 $CO_2$ 농도변화를 측정하였다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

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Kinetic Study on Carbon Dioxide and Methane Hydrate in Silica Gel Pores (실리카겔 공극에서의 이산화탄소 및 메탄 하이드레이트 생성속도)

  • Kang, Seong-Pil;Lee, Jae-Goo
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.590-593
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    • 2007
  • 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.

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