多孔質 媒質에서 이산화탄소 하이드레이트 生成 및 解離에 관한 實驗的 硏究
An Experimental Study on the Formation and Dissociation of Carbon Dioxide Hydrate in Natural Porous Media
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초록
이산화탄소를 하이드레이트 상태로 안전하게 지하지질구조에 저장하기 위해서는 실제 자연 다공질 매질에서 발생할 수 있는 인자들을 고려한 하이드레이트 형성 및 평형 조건에 대한 연구가 선행되어야 한다. 지금까지 하이드레이트 관련 연구는 메탄 하이드레이트에 집중되어 있었고 자연 다공질 매질이 아닌 공동에서의 연구가 주를 이루었다. 따라서, 본 연구에서는 자연 다공질 매질에서의 실험을 수행하였다. 등적 실험 방법으로 하이드레이트 형성 및 해리 실험을 수행하여 초기함수율과 공극크기가 이산화탄소 하이드레이트 형성 및 평형 조건에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과 초기함수율이 형성 조건에 미치는 영향은 온도 약 273∼274K 범위를 기준으로 이상에서는 초기함수율이 증가할수록 낮은 형성 온도가 요구되는 것을 확인하였고, 이하에서는 영향을 무시할 수 있는 것으로 판단되었다. 평형 조건에 대한 영향은 무시할 수 있는 것으로 파악되었다. 형성 조건에 미치는 공극크기의 영향은 작을수록 낮은 형성 온도가 요구되는 가능성을 발견하였고, 평형 조건에 미치는 영향은 무시할 수 있는 것으로 판단되었다. 본 연구의 실험 결과는 이산화탄소의 지하지질구조 저장 시 목표 저장 지점 설정 등의 기초 자료로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
Abstract
For safe subterranean disposal of CO2 in hydrate, it is necessary to investigate formation and equilibrium condition of CO2 hydrate, and factors affecting them in natural porous media. Previous studies on hydrate have been focused on hydrate of methane and the bulk test. In this study, experiments were conducted using three kinds of Berea sandstone with absolute permeability 9, 28 and 110 md. Isochoric operation was applied to examine the effects of initial saturation and pore size on hydrate formation and equilibrium condition. The experiments show that lower formation temperature is required with increasing initial saturation above 274K, while the effect of initial saturation is negligible below 273K. Though limited experiments have been conducted, lower formation temperature is required with decreasing pore size. However, there is no effect of initial saturation and pore size on equilibrium condition. This study can be useful data for permanent subterranean disposal of CO2 in the future.
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