天然ガス (NG) は、最もクリーンな燃焼化石燃料であり、人為起源の CO2 を軽減するための重要な資源であると認識されています。 炭素に制約された世界への移行を可能にする排出量。大規模な NG ストレージのための安全で信頼性が高く、効率的な技術を開発する必要があります。
クラスレートハイドレートによる固化天然ガス (SNG) 技術は、圧縮天然ガス (CNG) または吸着天然ガス (ANG) と比較して、温帯条件 (大気圧および適度な温度) で高い NG 貯蔵容量を提供します。液化天然ガス (LNG) 施設は NG の輸送に専念していますが、極低温要件 (-162°C) と継続的なボイルオフの問題により、長期貯蔵用途への採用が制限されています。クラスレートハイドレートまたはガスハイドレートは、ゲスト分子 (CH4 など) によって形成される結晶性の氷のような化合物です。 気体および THF 液体) と、適切な圧力および温度条件で水分子をホストします。クラスレート水和物は、従来、構造 I (sI、立方体)、構造 II (sII、立方体)、および構造 H (sH、六方晶) と呼ばれる 3 つの異なる構造または形状で結晶化します。
SNG は非爆発性で、環境に適合し、経済的です。 SNG 技術の主な懸念事項は、Si 水和物の使用には保管に低い保管温度 (-20 °C) が必要であり、安定性はこの温度での異常な自己保存効果に依存することです。メタン (sI) ハイドレートは、大気圧で -80 °C の温度で熱力学的に安定しています。
この問題を克服するために、sI水和物から離れることが望ましい。この方向に、混合メタン-テトラヒドロフラン (CH4 -THF) 水和物 (sII) は、混合 CH4 -THF ハイドレートは、純粋なメタン ハイドレート (SI) よりも熱力学的に安定しています。ただし、これらの熱力学的または速度論的に制御された水和物構造の分子レベルの理解は、公開された文献ではとらえどころのないものです。したがって、高圧示差走査熱量測定 (HP μ-DSC) やその場ラマン分光法などの最先端の分析技術を利用した一連の慎重に計画された実験作業を通じて、混合 CH4 を調査します。 - 界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム (SDS、動力学的促進剤として) の存在下での THF 水和物形成 (5.56 mol% THF、化学量論量)。
HP μ-DSC 分析により、水-THF 溶液中の SDS の存在が、sI ハイドレート (純粋なメタンハイドレート) 結晶の核生成と成長を促進することがわかりました。つまり、純粋なメタン (sI) と混合 CH4 – THF 水和物 (sII) は、SDS の存在下で共存します (図 1 を参照)。ただし、SDS がない場合、sI 水和物の代わりに、純粋な THF (sII) と混合 CH4 – THF 水和物 (sII) は、水和物形成中に一致します。さらに、熱力学が sI 水和物の形成を制限する場合、水-THF システムに SDS が存在すると、混合 CH4 の形成が促進される可能性があります。 -THF (sII) 水和物で、メタンの取り込みが非常に高い。
私たちの調査結果は、混合CH4によるメタン貯蔵能力の大幅な向上を示しています -THF は SDS の存在下で水和します。これはおそらく、(i) THF とともにメタン分子による大きなケージの共有、および (ii) 混合 CH4 の小さなケージでのメタン包接の改善によるものです。 ・THF水和物。要約すると、sI および sII 水和物の大小のケージ内のメタン分子の速度論的および熱力学的に制御されたエンケージを提示します。私たちの調査結果は、混合 CH4 中の温帯条件での大規模メタン貯蔵の効率的なプロセスの開発に関する新しい洞察を提供します -THF 水和物 (sII) は、天然ガスの固化技術によって生成されます。
