• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.216.2-216.2
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• 2010

본 연구에서는 $H_2+CO_2$(40%) 혼합기체로부터 이산화탄소를 효과적으로 분리/회수 하기 위하여 가스 하이드레이트 형성법을 제안하였다. 하이드레이트의 형성 조건을 보다 완화시켜 주기 위하여 열역학적 촉진제로서 TBAB (Tetra-n-butyl Ammonium Bromide, $(C_4H_9)_4NBr$))와 THF(Tetrahydrofuran)를 각각 첨가하여 열역학적 촉진 현상을 살펴보았다. 다양한 농도의 TBAB(10, 40, 60 wt%)와 THF(1, 5.56, 10 mol%)에 대하여 3상(H - Lw - V) 평형을 측정하였다. 그 결과 40 wt%의 TBAB와 5.56 mol%의 THF의 농도에서 가장 큰 촉진효과를 보였으며 그 이상의 농도에서는 오히려 촉진효과가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 혼합가스 하이드레이트 형성시 양론비 이상의 TBAB와 THF가 첨가될 경우 반응에 참여하지 못한 TBAB와 THF가 가스 하이드레이트 형성을 방해하기 때문이다. 열역학적 촉진제로서 실제공정에 적용할 경우 40 wt%의 TBAB와 5.56 mol%의 THF를 사용하는 것이 가장 효과적일 것으로 사료된다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초 자료가 될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.150.1-150.1
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• 2010

가스 하이드레이트는 물분자와 저분자량의 가스분자가 고압과 저온에서 수소결합을 이루며 형성되는 결정성 화합물을 말한다. 최근 가스 하이드레이트의 물리적 특성과 형성 원리를 이용하여 다양한 분야로의 적용 연구가 수행되고 있는데 이의 효과적 달성을 위해서는 가스 하이드레이트의 상평형 연구가 필수적이다. 기존에 수행되는 상평형 실험 방법은 온도의 변화에 따라 하이드레이트를 해리시키고 압력의 변곡점을 찾는 것으로 최소 24시간이 소요되지만, 본 연구진이 제안하는 QCM을 이용한 방법은 1 ng의 무게에 1 Hz의 변화를 나타내는 수정진동자의 민감성을 이용한 것으로 약 2~3시간 내에 상평형 실험을 수행할 수 있고, 하이드레이트의 기억효과(Memory Effect)를 이용하여 연속적인 상평형 실험도 가능하다. 본 연구에서는 QCM 반응기의 원리 및 실험 방법에 대하여 설명하고 열역학적 촉진제를 첨가한 상평형 실험결과를 제시함으로써 상대적으로 저렴한 가격으로 다양한 촉진제와 억제제 첨가 시 나타나는 상평형 효과를 빠른 시간 내에 선별할 수 있는 방법으로 QCM을 이용한 방법을 제안하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.223-225
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• 2008

하이드레이트는 저온.고압에서 저분자량의 게스트(guest)가 호스트(host)인 물분자 속에 포획되어 만들어지는데 일련의 과정은 물리적 반응을 통해 생성된다.본 연구에서는$CO_2$보다 지구온난화지수(Global Warming Potential)가 23,900배 높은 $SF_6$의 회수 및 정제기술로써 하이드레이트화를 이용하는 신기술 개발의 일환으로 분광학적 접근을 통해 $SF_6$ 혼합 하이드레이트의 정성 및 정량분석을 수행하였다. Raman Shift 분석 결과 $SF_6$의 $770cm^{-1}$에서 $v_1$ 진동주파수를 확인함으로써 하이드레이트 내 $SF_6$가 안정적으로 포집됨을 확인하였고 혼합가스 내 $SF_6$ 농도별로 만들어진 샘플의 Raman Shift를 통해서 $SF_6$의 하이드레이트 전환율을 가늠할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.182-185
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• 2008

최근 새로운 천연가스 수송/저장법으로 가스 하이드레이트 형성법이 주목받고 있다.본 연구에서는 천연가스의 저장 매체로 다공성 매질인 실리카 젤을 사용하였다. 다공성 실리카 젤을 사용할 경우 물과 기체의 접촉면적을 극대화 시킬 수 있어 가스하이드레이로의 전환율을 높일 수 있다. 본 연구에서는 천연가스 주성분인 에탄과 프로판 기체를 사용하였으며, 기공의 직경이 각각 6.0 nm, 15.0 nm, 30.0 nm, 100.0 nm의 다공성 실리카 젤을 사용하였다. 에탄은 270 $\sim$ 285 K의 온도범위와 9 $\sim$ 25 bar의 압력범위, 프로판은 260 $\sim$ 280 K의 온도범위와 1.8 $\sim$ 2.8 bar의 압력범위에서 기공 크기의 분포를 고려하여 하이드레이트(H)-물($L_W$)-기상(V)의 3상 평형점을 측정하였다. 측정 결과 기공의 크기가 작아질수록 각각의 벌크 상태의 에탄 및 프로판 하이드레이트에 비해 하이드레이트의 평형조건이 온도는 낮아지고 압력이 높아지는 저해효과가 커짐을 알 수 있었다. 천연가스 수송/저장으로서 응용을 고려할 경우 저해효과가 적은 100.0 nm이상의 다공성 실리카 젤을 사용하는 것이 적절할 것으로 사료된다. 본 연구에서 얻어진 결과는 천연가스 수송/저장뿐만 아니라 심해저 천연가스 개발, 이산화탄소 심해저장 등의 가스 하이드레이트 용용 연구에도 유용한 기초 자료가 될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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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.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.61 no.3
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• pp.394-400
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• 2023

In this study, the tuning phenomena, gas storage capacity, and thermal expansion behaviors of binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates were investigated for the potential applications of clathrate hydrates to gas storage. To understand the tuning behaviors of binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates, ¹³C solid-state NMR spectroscopy was used, and the results confirmed that maximum tuning factors for the binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates were achieved at 0.5 mol% and 1.0 mol% of guest concentration, respectively. The gas storage capacity of binary (cyclopentylamine + CH₄) and (cyclopropylamine + CH₄) clathrate hydrates were also checked, and the results showed the CH₄ capacity of our hydrate systems was superior to that of binary (tetrahydrofuran + CH₄) and (cyclopentane + CH₄) clathrate hydrates. The synchrotron diffraction patterns of these hydrates collected at 100, 150, 200, and 250 K confirmed the formation of a cubic Fd-3m hydrate. In addition, the lattice constant of clathrate hydrates with cyclopentylamine and methane were larger than that with cyclopropylamine and methane due to the effects of molecular size and shape.

• Clean Technology
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• v.15 no.4
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• pp.258-264
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• 2009

Thermodynamic measurements were performed to show the possibility of recovering $CO_2$ from fuel gas (the mixture of $CO_2$ and $H_2$) by forming gas hydrates with water where water was dispersed in the pores of silica gel particles having nominal 100 nm of pore diameter. The hydrate-phase equilibria for the ternary $CO_2+H_2$+water in pores were measured and $CO_2$ concentrations in vapor and hydrate phase were determined under the hydrate-vapor two phase region at constant 274.15 K. It was shown that the inhibition effect appeared due to silica gel pores, and the corresponding equilibrium dissociation pressures became higher than those of bulk water hydrates at a specific temperature. In addition, direct measurement of $CO_2$ content in the hydrate phase showed that the retrieved gas from the dissociation of hydrate contained more than 95 mol% of $CO_2$ when 42 mol% of $CO_2$ and balanced Hz mixture was applied. Compared with data obtained in case of bulk water hydrates, which showed just 83 mol% of $CO_2$ where 2-stage hydrate slurry reactor was intended to utilize this property, the hydrate formation in porous silica gel has enhanced the feasibility of $CO_2$ separation process. Hydrate formation as not for slurry but solid particle makes it possible to used fixed bed reactor, and can be a merit of well-understood technologies in the industrial field.

• The Korean Journal of Petroleum Geology
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• v.7 no.1_2 s.8
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• pp.13-18
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• 1999

Methane hydrate is an ice-like solid material and it has a structure which water molecules enclose gas molecules. For low temperature and high pressure, hydrocarbon gas forms hydrate and due to this condition, it is existed in the arctic region or deep sea. Presently, the amount of methane hydrate is unpredictable, but it is assumed that the amount will be enormous. For this reason, it is expected that it will play a major role as natural gas resources in the future. However, the production technologies are stayed on the low level and the economical technology was not developed yet. Also, emission of natural gas from methane hydrate will cause global warming and thus it is considered as a critical environmental problem. In this paper, the state of the art of the production technologies and environmental effects of methane hydrate were summarized.