paper2023
多相共存条件下におけるクラスレートハイドレート中のCH4とCO2の置換効率とエネルギー収支
我々のグループの新しい論文が出版されました。 比較的クリーンなエネルギー資源であるCH4の抽出とCO2の同時隔離を目的として、CH4-CO2ハイドレートに関する多くの実験的・理論的研究が行われてきた。しかしながら、CH4-CO2ハイドレートの平衡特性は、環境条件の曖昧さや不十分さによって、包括的な理解には至っていない。我々は、CO2が供給され、CH4が移動する共存相、水相および流体相に特別な注意を払いながら、置換のための可能な反応スキームを提案する。三相共存相と二相共存相の2つの置換反応スキームを取り上げる。個々のスキームにおけるCH4抽出の利点と効率は、最近開発された統計力学的理論に基づいて、置換に関与するすべての相におけるすべての成分の化学ポテンシャルから推定される。その結果、三相共存条件下でも置換は可能であるが、温度-圧力空間におけるその有効な窓は、二相共存条件下に比べてはるかに狭いことがわかった。通常、置換によって発生する熱量はわずかであるにもかかわらず、中圧領域では、放出された少量のCH4との混合による液体CO2の気化によって、大きな吸熱置換が示唆される。本研究は、CH4をCO2で置換するハイドレートの実用化に向けた最初の理論的枠組みを提供し、定量的計画の基礎となるものである。 Tanaka, H., Matsumoto, M. & Yagasaki, T. Efficiency and energy balance for substitution of CH4 in clathrate hydrates with CO2 under multiple-phase coexisting conditions. J. Chem. Phys. 159, (2023) https://doi.org/10.1063/5.0179655
CH4-CO2二元系クラスレートハイドレートの相挙動について： 二相と三相の共存
我々のグループの新しい論文が出版されました。 本研究では、2種類のゲスト種を含むクラスレートハイドレートの相挙動を探るために、クラスレートハイドレートに関する統計力学的理論を構築し、CH4-CO2二元系ハイドレートに適用した。水とハイドレート、ハイドレートとゲスト流体混合物を分離する2つの境界を推定し、3相共存条件から遠く離れた低温・高圧領域まで拡張した。個々のゲスト成分の化学ポテンシャルは、ホスト水とゲスト分子間の分子間相互作用から得られるケージ占有自由エネルギーから計算できる。これにより、温度、圧力、ゲスト組成の熱力学的変数の全空間において、相挙動に関連するすべての熱力学的特性を導き出すことができる。その結果、CH4-CO2二元系水和物の水および流体混合物との相境界は、単純なCH4水和物とCO2水和物の間に位置するが、水和物中のCH4ゲストの組成比は、流体混合物中のものと不釣り合いであることがわかった。このような違いは、CS-Iハイドレートの大ケージと小ケージに対する各ゲスト種の親和性から生じ、各ケージタイプの占有率に大きく影響し、その結果、二相平衡条件においてハイドレート中のゲスト組成が流体中の組成から乖離する。本手法は、熱力学的限界におけるゲストのCH4からCO2への置換効率を評価するための基礎となる。 Tanaka, H., Matsumoto, M. & Yagasaki, T. On the phase behaviors of CH4-CO2 binary clathrate hydrates: Two-phase and three-phase coexistences. J. Chem. Phys. 158, (2023) http://dx.doi.org/10.1063/5.0155143