Gas hydrates are ice-l ike sol id compounds that are composed of water and natural gas. All common gas hydrates belong to the three crystal structures that are composed of five polyhedral cavities formed by hydrogen bonded water molecules and stable in specific high pressure and low temperature conditions. Gas hydrates contain large amounts of organic carbon and widely occur in deep oceans and permafrost regions, and they may therefore represent a potential energy resource in the future. United States and Japan perform the national R&D programs for the commercial production of gas hydrates in 2010's. The study on gas hydrates are also important for exploration and development of natural gas in the regions where gas hydrates are accumulated and could be formed. Although their global abundance is debated, they play an important role in global climate change since methane is a 50 times more effect ive greenhouse gas than carbon dioxide. Natural gas hydrates also form a possible natural hazard if rapidly dissociated and can cause slides and slumps and in the marine environment associated tsunamis.
We report here that under strong attacksof external $CH_4$ guest molecules the sII and sH methane hydrates are structurally transformed to the crystalline me framework of sI, leading to favorable change of the lattice dimension of the host-guest networks. The High Power Decoupling $^{13}C$ NMR and Raman spectroscopies were used to identify structure transitions of the mixed $CH_4+C_2H_6$ hydrates (sIIl) and hydrocarbons (methylcyclohexane, isopentane) + $CH_4$ hydrates (sH). The resulting spectra indicate that most of the synthesized sII and sH hydrates were transformed to methane hydrate of sl under 110 bar and particularly the coexistence of sl with sII or sH appear according to the surrounding methane-rich gas conditions. The present findings might be expected to Provide rational evidences regarding the preponderant occurrence of naturally-occurring sI methane hydrates in marine sediments.
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.
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.
Ferrous cement hydrates made from hydrating Portland cement doped with Fe (II) were reported to reductively dechlorinate chlorinated organics and to reduce Cr (VI) to Cr (III). In this study, kinetics of nitrate removal by ferrous cement hydrates were investigated. Nitrate removal kinetics were characterized by experimental variables such as cement hydration, amount of cement addition, Fe (II) dose, pH, and byproducts. As a result, hydrated cement showed better performances than non-hydrated cement due to the formation of LDH (layered double hydroxide). Doping of Fe (II) into the cement was found to improve removal efficiency at high pHs by association with Fe (II) sorbed on cement hydrates as a reactive reductant. Reduction of nitrate produced ammonium as a major product, which accounted for 63.5% of the final products, and nitrite (0.15%) as a minor product. These results indicate that the developed media are effective as sorbent/reducing agents in the nitrate removal and the reaction mechanisms of nitrate removal are sorption and reduction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.251-258
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2003
Natural gas hydrates typically contain 85 wt.% water and 15 wt.% natural gas, and commonly belongs to cubic structure I and II. When referred to standard conditions, 1㎥ solid hydrates contain up to 172N㎥ of methane gas, depending on the pressure and temperature of production. Such large volumes make natural gas hydrates can be used to store and transport natural gas. So, the tests were performed on the formation of natural gas hydrate is governed by the pressure, temperature, gas composition etc. The results show that the formation pressure of structure II is lower about 65% and the solubility is higher about 3 times than that of structure I.
Gas hydrates are solid solutions when water molecules are linked through hydrogen bondin create host lattice cavities that can enclose a large variety of guest gas molecules. The natural hydrate crystal may exist at low temperature above the normal freezing point of water and pressure greater than about 30 bars. A lot of quantities of natural gas hydrates exists in the ear many production schemes are being studied. In the present investigation, depressurization method considered to predict the production of gas and the simulation of the two phase flow - gas and - in porous media is being carried out. The simulation show about the fluid flow in porous have a variety of applications in industry. Results provide the appearance of gas and water prod the pressure profile, the saturation of gas/ water/ hydrates profiles and the location of the pl front.
Tran, Van Mien;Nawa, Toyoharu;Stitmannaithum, Boonchai
Computers and Concrete
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v.13
no.6
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pp.695-707
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2014
This study investigated the chloride binding isotherms of various cement types, especially the contributions of C-S-H and AFm hydrates to the chloride binding isotherms were determined. Ordinary Portland cement (OPC), Modified cement (MC), Rapid-hardening Portland cement (RHC) and Low-heat Portland cement (LHC) were used. The total chloride contents and free chloride contents were analyzed by ASTM. The contents of C-S-H, AFm hydrates and Friedel's salt were determined by X-ray diffraction Rietveld (XRD Rietveld) analysis. The results showed that OPC had the highest chloride binding capacity, and, LHC had the lowest binding capacity of chloride ions. MC and RHC had very similar capacities to bind chloride ions. Experimental equations which distinguish the chemically bound chloride and physically bound chloride were formulated to determine amounts of the bound chloride basing on chloride binding capacity of hydrates.
Kim, Heejoong;Ahn, Yun-Ho;Moon, Seokyoon;Hong, Sujin;Park, Youngjune
Korean Chemical Engineering Research
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v.55
no.3
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pp.353-357
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2017
In this study, the inclusion phenomena of tetrahydrofuran + 3-hydroxytetrahydrofuran + $CH_4$ clathrate hydrates were explored via thermodynamic and spectroscopic approaches. The phase equilibria of the double hydrates - THF + $CH_4$ and 3-OH THF + $CH_4$ clathrate hydrates - were determined by pressure-temperature trace during hydrate formation and dissociation, and the result revealed that the equilibrium pressures were shifted to lower pressure region compared to pure $CH_4$ hydrate. The powder X-ray diffraction patterns revealed that the double hydrates of THF + 3-OH THF formed structure II type clathrate hydrates with $CH_4$. The dispersive Raman spectra of the double clathrate hydrates also exhibited that $CH_4$ can be trapped in both $5^{12}6^4$ and $5^{12}$ cages whereas THF and 3-OH THF were encaged in $5^{12}6^4$ cage.
Gas hydrates are ice-like crystalline compounds that form under low temperature and elevated pressure conditions. Although hydrate formation can pose serious flow-assurance problems in the gas pipelines or facilities, gas hydrates present a novel means for natural gas storage and transportation with potential applications in a wide variety of areas. An important property of hydrates that makes them attractive for use in gas storage and transportation is their very high gas-to-solid ratio. In addition to the high gas content, gas hydrates are remarkably stable. The main barrier to development of gas hydrate technology is the lack of an effective method to mass produce gas hydrate in solid form. The first objective of this study is investigating the characteristics of gas hydrate formation related to several factors such as pressure, temperature, water-to-storage volume ratio, concentration of SDS, heat transfer and whether stirred or not respectively. And the second objective is clarifying the relation between the formation efficiency and each factor in order to find the proper way or direction to improve the formation performance.
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