• Title, Summary, Keyword: 가스하이드레이트

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Physical property evolution along gas hydrate saturation for various grain size distribution (다양한 입도분포에서의 하이드레이트 함유량에 따른 물성 변화 양상 연구)

  • Jung, Jaewoong;Lee, Jaehyung;Lee, Joo Yong;Lee, Minhui;Lee, Donggun;Kim, Sejoon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.149-149
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    • 2011
  • 청정 에너지원으로 높은 잠재력을 가지고 있는 가스하이드레이트는 상업적 기술개발이 미확보된 상태임에도, 우리나라에서 부존이 직접적으로 확인되었기 때문에 에너지원으로서 그 중요성이 부각되고 있다. 현재 전세계적으로 가스하이드레이트 개발 및 생산에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이에 대한 기초자료로서 가스하이드레이트가 함유된 퇴적층의 물성자료가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 입도 분포별 총 5가지의 미고결 시료를 대상으로 투과도, p파속도, 전기비저항 측정을 수행하였다. 연구에 사용된 미고결 시료는 Hama#5($774{\mu}m$), #6($485{\mu}m$), #7($258{\mu}m$), #8($106{\mu}m$) 4가지와 Hama#6과 Hama#7을 1:1($371{\mu}m$)로 혼합하여 사용하였다. 실험에 사용된 장비는 가스하이드레이트를 인공적으로 생성시키기 위해 퇴적층을 모사할 수 있는 고압셀과 자료획득장비, 유체 주입장비, 온도 유지장비이다. 또한 투과도 측정에는 차압계, 전기비저항 측정에 RLC meter, p파속도 측정에 음파 송수신장비를 사용하여 각각의 물성을 측정하였다. 실험과정을 단계별로 요약하면 먼저 시료를 고압셀에 충진한 뒤 주입된 물의 양으로부터 공극률을 측정하고, 절대 투수계수를 측정하였다. 그 후, 메탄가스를 주입하여 퇴적층 내 수포화도(water saturation)를 잔류상태(irreducible saturation)로 유지시키고 메탄가스를 추가적으로 주입하여 원하는 압력까지 가압한 뒤 온도를 $1^{\circ}C$로 낮추었다. 가스하이드레이트의 생성은 급격한 압력강하로부터 알 수 있다. 최종적으로 가스하이트레이트가 함유된 퇴적층의 상대 투수계수를 측정하기 위해 메탄가스를 주입하였고 각각의 측정장비를 통해 전기비저항 및 p파 속도를 측정하였다.$V_g$, $V_h$, $V_w$, $V_ss$는 각각 가스의 부피, 하이드레이트의 부피, 물의 부피, 모래의 부피이다. 또한 수포화도, $S_w=\frac{V_w}{V_v}$이며 하이드레이트 포화도, $S_h=\frac{V_w}{V_v}$, 가스 포화도, $S_g=\frac{V_g}{V_v}$로 정의된다. 본 실험의 결과 투과도는 가스의 부피비, $\frac{V_g}{V}=nS_g$에 민감한 반응을 보였으며, 비저항은 공극수의 부피비, $\frac{V_w}{V}=nS_w$에 민감한 반응을 보였다. 또한 p파 속도는 고체의 부피비, $\frac{V_s+V_h}{V}=n(1-S_h)$에 민감한 반응을 보였다. 이러한 실험의 결과는 가스하이드레이트 개발, 생산 연구에 있어 기초 물성자료로 활용되는데 도움을 줄 것이다.

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Sound Velocity Property of Sediment Containing Gas Hydrate in the Ulleung Basin, East Sea (동해 울릉분지 가스하이드레이트 함유 퇴적물의 음파전달속도 특성)

  • Kim, Gil-Young;Yoo, Dong-Geun;Ryu, Byong-Jae
    • The Journal of the Acoustical Society of Korea
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    • v.28 no.5
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    • pp.424-431
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    • 2009
  • This study investigates the difference of sound velocity (compressional wave velocity) between gas hydrate-bearing sediments and nongas hydrate-bearing sediments in the Ulleung Basin, East Sea. We use a dataset measured from one site in the central part of the Ulleung Basin. Sound velocity for gas hydrate-bearing sediment shows the range from 1600 m/s to 2200 m/s. However, the value for nongas hydrate-bearing sediment is mostly around 1500 m/s, being less than 1400 m/s below 140 m subbottom depth. This trend is probably due to the presence of free gas below BSR (Bottom Simulating Reflector). Gas hydrate-bearing sediments show high value (maximum 150 Ohm-m) of resistivity. The physical properties between gas hydrate-bearing sediment and nongas hydrate-bearing sediment are characterized by the different patterns due to the presence of gas hydrate in comparison with those of marine unconsolidated sediments. Therefore, in order to investigate acoustic and physical properties for gas hydrate-bearing sediments, the study for the occurrence type and the amount of gas hydrates should be conducted simultaneously.

Geophysical Investigation of Gas Hydrate-Bearing Sediments in the Sea of Okhotsk (오호츠크해 가스하이드레이트 퇴적층의 지구물리 탐사)

  • Jin, YoungKeun;Chung, KyungHo;Kim, YeaDong
    • Journal of the Korean Geophysical Society
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    • v.7 no.3
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    • pp.207-215
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    • 2004
  • As the sea connecting with the East Sea, the Sea of Okhotsk is the most potential area of gas hydrates in the world. In other to examine geophysical structures of gas hydrate-bearing sediments in the Sea of Okhotsk, the CHAOS (hydro-Carbon Hydrate Accumulation in the Okhotsk) international research expedition was carried out in August 2003. In the expedition, high-resolution seismic and geochemical survey was also conducted. Sparker seismic profiles show only diffusive high-amplitude reflections without BSRs at BSR depth. It means that BSR appears to be completely different images on seismic profiles obtained using different frequencies. Many gas chimneys rise up from BSR depth to seafloor. The chimneys can be divided into two groups with different seismic characteristics; wipe-out (WO) and enhanced reflection (ER) chimneys. Different seismic responses in the chimneys would be caused by amount of gas and gas hydrates filling in the chimneys. In hydroacoustic data, a lot of gas flares rise up several hundreds meters from seafloor to the water column. All flares took placed at the depths within gas hydrate stability zone. It is interpreted that gas hydrate-bearing sediments with low porosity and permeability due to gas hydrate filling in the pore space make good pipe around gas chimneys in which gas is migrating up without loss of amount. Therefore, large-scale gas flare at the site on gas chimney releases into the water column.

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Gas Hydrate Production Using Porous Material (다공질 물질을 이용한 가스 하이드레이트 제조기술)

  • Kang, Seong-Pil;Seo, Yu-Taek;Chang, Won-Ho
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.595-596
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    • 2008
  • 가스 하이드레이트의 생성속도와 전환율을 높이며, 동시에 생성유도시간을 억제하기 위한 방법으로 다공질 물질을 활용하여 공극 내에 물을 함침시킨 후 가스와 반응시키는 제조방법을 개발하였다. 내용적 10 L 의 대용량 고압 반응기를 제작하여 실험을 수행하였으며, 장치 대형화에 따른 다공질 실리카겔의 다짐현상에 의한 발열제어 등에 대한 문제점은 특별히 나타나지는 않았다. 하이드레이트 형성을 위한 구동력이 높을수록 생성속도가 좋아지는 것을 확인하였다. 일반 벌크상 하이드레이트 제조법과 비교하여 매우 높은 생성속도 및 전환율, 거의 제거된 생성유도시간 등은 응용기술로 활용하기에 매우 바람직한 특성으로써 선택적인 가스분리, 가스저장 매체로 활용이 가능하다.

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$CO_2$ Hydrate Phase Equilibria with Green Thermodynamic Hydrate Inhibitors (친환경적인 열역학적 저해제를 첨가한 $CO_2$ 하이드레이트 상평형 측정)

  • Sa, Jeong-Hoon;Lee, Bo Ram;Park, Da-Hye;Lee, Kun-Hong
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.150.2-150.2
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    • 2010
  • 가스 하이드레이트는 낮은 온도와 높은 압력 조건에서 물 분자들이 수소 결합을 통해 형성하는 3차원의 격자구조에 저분자량의 기체 분자들이 포획되어 있는 결정성 화합물이다. 가스 하이드레이트는 형성 시 많은 양의 가스를 저장할 수 있는 특성을 가진다. 천연 가스를 심해저로 수송하는 수송관 내부에 가스 하이드레이트가 생성되면 막힘 현상이 일어나 비용과 시간 측면에서 막대한 손실이 일어날 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 열역학적 상평형 조건을 변화시켜 가스 하이드레이트 형성을 방지할 수 있는 열역학적 저해제에 관한 연구의 필요성이 요구된다. 본 연구에서는 Glycine, Alanine 등의 열역학적 저해제를 5, 10, 15 wt% 등으로 첨가하여 $CO_2$ 하이드레이트의 상평형 조건에 미치는 영향을 측정하였고, 각 물질을 12.5, 22.0 mmol%로 첨가하여 물질에 따라 상평형에 미치는 영향을 비교하여 보았다. 또한 Alanine의 두 가지 광학 이성질체를 같은 농도로 첨가하여 각 물질에 따라 상평형에 미치는 영향을 비교하였다.

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Thermodynamic Analysis of the Mixed TBAF Mixed Semi-Clathrate (TBAF 혼합 Semi-Clathrate의 열역학적 특성분석)

  • Lee, Youngjun;Lee, Seungmin;Park, Sungmin;Lee, Jongwoon;Seo, Yongwon
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.216.1-216.1
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    • 2010
  • 본 연구는 최근 하이드레이트와 유사한 형태인 semi-clathrate 형성을 통해 열역학적 촉진제로서 주목받고 있는 TBAF(Tetra-n-butyl ammonium fluoride)의 가스 하이드레이트 형성에 작용하는 영향을 알아보았다. TBAF를 10, 33.8, 45 wt%의 농도로 $CH_4+H_2O$, $CO_2+H_2O$, $N_2+H_2O$계에 첨가하여 가스 하이드레이트 3상 평형점(하이드레이트(H) - 물(Lw) - 기상(V)) 측정을 하였다. TBAF가 첨가된 경우 순수한 $CH_4$, $CO_2$, $N_2$ 가스 하이드레이트보다 평형조건이 더 높은 온도와 더 낮은 압력 영역에서 나타났으며 기체의 종류와 무관하게 TBAF의 농도가 33.8 wt%일 때 10, 45 wt%보다 뛰어난 촉진효과를 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 이를 통해 양론비인 TBAF의 농도 33.8 wt% 이상에서는 반응을 하지 않고 남아있는 TBAF가 하이드레이트 생성반응에 방해요소로 작용하는 것을 알 수 있었다. 본 실험에서 얻어진 결과 TBAF를 촉진제로서 사용하는 가스 하이드레이트 공정이라면 33.8 wt% 농도의 사용이 가장 효과적일 것으로 사료된다.

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The molecular dynamics study of TBAB hydrogen hydrate structure (TBAB를 첨가한 수소 하이드레이트의 분자 동역학 연구)

  • Choi, Seungho;Park, Chansu;Kim, Soomin;Woo, Sungmin;Shin, Jaeho;Kim, Yangdo
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.153.1-153.1
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    • 2010
  • 가스 하이드레이트는 낮은 온도와 높은 압력에서 물과 천연가스 분자가 물리적으로 안정한 결합을 하고 있는 결정질의 화합물이다. 현재 130개 이상의 가스분자들이 물분자와 결합하여서 Clathrate 하이드레이트를 형성하는 것으로 보고 되어 있다. 수소의 경우 하이드레이트를 형성하기 위해서 약 200MPa 이상의 높은 압력이 필요하다. TBAB는 semi-clathrate 하이드레이트를 형성하는 첨가제로 알려져 있으며 수소 하이드레이트의 형성 압력을 완화시키기 위한 촉진제로서 많은 연구가 수행되고 있다. Wataru Shimada는 XRD 패턴을 사용하여 semi-clathrate 하이드레이트의 특수한 결정 모델을 분석하였다. 이 모델의 경우, 대기압 하에서 TBAB와 물분자의 화학 양론적 비를 1:38로 제시하였다. 이는 처음으로 TBAB 하이드레이트 결정구조를 밝혀냈지만, 분자 동역학적 부문에서는 그 데이터가 정확히 정의 되지 않았다. 본 연구는 Wataru Shimada 모델을 수소 TBAB 하이드레이이트의 분자 동역학 연구에 적용시켰으며, 실험에서 나온 데이터를 바탕으로 RDF(Radial Distribution Function)와 MSD(Mean Square Displacement)를 측정했다.

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Overview of Gas Hydrates as a Future Energy Source and Their Physical/Chemical Properties (미래 에너지로서 가스 하이드레이트의 개관 및 물리/화학적 특성)

  • Cha, Minjun;Min, Kyoung-Won
    • Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers
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    • v.55 no.6
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    • pp.670-687
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    • 2018
  • This paper reviews the structures, physical and chemical properties, origins and global distribution, amount of energy resources, production technologies, and environmental impacts of gas hydrates to understand the gas hydrates as future energy sources. Hydrate structures should be studied to clarify the fundamentals of natural gas hydrates, hydrate distributions, and amount of energy sources in hydrates. Phase equilibria, dissociation enthalpy, thermal conductivity, specific heat, thermal diffusivity, and fluid permeability of gas hydrate systems are important parameters for the the efficient recovery of natural gas from hydrate reservoirs. Depressurization, thermal stimulation, inhibitor injection, and chemical exchange methods can be considered as future technologies to recover the energy sources from natural gas hydrates, but so far depressurization is the only method to have been applied in test productions of both onshore and offshore hydrates. Finally, we discuss the hypotheses of environmental impacts of gas hydrates and their contribution to global warming due to hydrate dissociation.

Gas Hydrate Exploration by using PCS(Pressre Core Sampler): ODP Leg 204 (압력코어를 이용한 가스 하이드레이트 탐사: ODP Leg 204)

  • Lee Young-Joo
    • Economic and Environmental Geology
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    • v.38 no.2
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    • pp.165-176
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    • 2005
  • Natural gas in deep sediment may occur in three phases based on the physical and chemical conditions. If the concentration of gas in pore water is less than the solubility, gas is dissolved. If the concentration of gas is greater than its solubility (water is saturated or supersaturated with gas), gas occurs as a fee gas below the gas hydrate stability Lone (GHSZ) and is present as solid hydrate within the GHSZ. The knowledge of gas concentration in deep sediment appears critical to determine the phase of natural gases and to understand the formation and distribution of gas hydrate. However, reliable data on gas concentration are usually available only from the upper section of marine sediment by the headspace gas technique, which is widely used for sampling of gases from the sediments. The headspace gas technique represents only a fraction of gases present in situ because sediments release most of the gases during recovery and sampling. The PCS (Pressure Core Sampler) is a downhole tool developed to recover a nominal $1{\cal}m$ long, $4.32{\cal}cm$ diameter core containing $1,465cm^3$ of sediment, pore water and gas at in situ pressure up to 68.9 MPa. During Leg 204, the PCS was deployed at 6 Sites. In situ methane gas concentration and distribution of gas hydrate was measured by using PCS tool. Characteristics of methane concentration and distribution is different from site to site. Distribution of gas hydrate in the study area is closely related to characteristics of in situ gas concentration measured by PCS.

Study on Hydrate formation characteristics observation by change of $SF_6$ & $N_2$ Mixture ($SF_6$ & $N_2$ 혼합가스의 조성변화에 따른 Hydrate 형성 특성 관찰에 관한 연구)

  • Moon, D.H.;Lee, J.J.;Shin, H.J.;Lee, J.D.;Seo, Y.W.;Lee, G.W.
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.220-222
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    • 2008
  • 가스하이드레이트는 물분자들의 수소결합에 의하여 입체 그물구조를 만들게 되면 그 그물구조의 공동(Cavity) 내에 크기가 작은 가스 분자들이 포획되면서 형성되는 결정체이다. 이러한 원리로 포획되어질 수 있는 가스는 130여종에 이른다. 포획가능한 가스 분자들 중 $SF_6$의 경우 보다 쉬운 조건에서 하이드레이트 형성이 되는 점을 이용하여 $SF_6$의 분리 회수에 하이드레이트의 형성 원리를 적용하고자 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 압력조건과 조성변화를 달리하여 $SF_6$ 하이드레이트 형성 특성을 관찰하였다. 본 연구에서 하이드레이트 결정 형성 특성 및 형성 속도에 대한 실험과 분석을 통한 결과를 확보함으로써 향후 $SF_6$ 하이드레이트의 생산, 저장, 회수, 분리 등의 설계의 기본자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

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