KR20190094906A - Manufacturing method of hydrate for storing natural gas and hydrogen - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to hydrates for storing natural gas and hydrogen. More specifically, a manufacturing method, by injecting a gas mixed with a natural gas composed of methane and ethane, and a gas composed of hydrogen so that hydrogen molecules can be collected in empty pores formed in a main molecule to perform as a thermodynamic stabilizer, can manufacture highly efficient hydrates in which two or at least three hydrogen molecules are collected in one empty pore. In addition, it is possible to use an existing natural gas transport and storage infrastructure as it is.

Description

천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HYDRATE FOR STORING NATURAL GAS AND HYDROGEN}Hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen {MANUFACTURING METHOD OF HYDRATE FOR STORING NATURAL GAS AND HYDROGEN}

본 발명은 하이드레이트의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 천연가스 및 수소가스로 이루어진 혼합가스를 동공의 격자구조에 포집 및 저장할 수 있는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrate manufacturing method, and more particularly, to a hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen capable of collecting and storing a mixed gas consisting of natural gas and hydrogen gas in the lattice structure of the pupil.

'유사 얼음 물질' 로도 불리는 '클러스레이트 하이드레이트 (이하 하이드레이트)' 는 물로 이루어진 독특한 격자 구조 내에 여러 작은 유기분자와 가스분자가 포집될 수 있는 포접 화합물의 일종이다.'Crusate hydrate', also called 'like ice material', is a kind of inclusion compound that can trap many small organic molecules and gas molecules in a unique lattice structure made of water.

이러한 하이드레이트에서 순수 상태의 얼음은 특정한 결정 구조를 나타내며 닫힌 공간이 존재하지 않지만, 얼음이 다른 물질과 혼합되면 독특한 외부 환경 조건에서 여러 형태로의 구조 변환이 일어나며 새로이 밀폐된 빈 공간이 생성될 수 있고, 이러한 형태를 '하이드레이트' 라고 통칭한다.In these hydrates, pure ice exhibits a specific crystal structure and no enclosed space exists, but when ice is mixed with other materials, the structure can be transformed into various forms under unique external environmental conditions, creating a new enclosed void space. This form is referred to as 'hydrate'.

하이드레이트는 많은 양의 기체를 저장할 수 있는 빈 동공을 포함하고 있고, 에너지 가스나 온실가스 등을 대규모로 포집, 저장하는 것이 가능하므로 친환경적 에너지 저장 매체 및 온실가스 해결책으로서 큰 잠재력을 지닌다.Hydrates contain empty pupils that can store large amounts of gas, and have the potential to be an environmentally friendly energy storage medium and greenhouse gas solution because they can capture and store energy gases or greenhouse gases on a large scale.

순수한 물에 수소를 가압하여 수소 하이드레이트를 형성하기 위해서는 약 220MPa의 고압조건이 필요한데 순수한 물에 미량의 유기물 (테트라하이드로퓨란 등)을 첨가하여 하이드레이트를 만들 경우, 10 MPa 정도의 압력에서도 충분히 수소를 하이드레이트 격자 내부에 저장할 수 있다.High pressure conditions of about 220 MPa are required to form hydrogen hydrate by pressurizing hydrogen to pure water. When a small amount of organic matter (tetrahydrofuran, etc.) is added to pure water to hydrate, the hydrogen is sufficiently hydrated even at a pressure of about 10 MPa. Can be stored inside the grid.

하지만, 유기물 분자들이 하이드레이트에 형성된 수소 분자가 저장될 수 있는 동공의 일부를 차지함으로써 하이드레이트 내 수소 저장량이 줄어드는 문제가 발생된다.However, organic molecules occupy a part of the pores in which hydrogen molecules formed in the hydrate can be stored, thereby reducing the hydrogen storage amount in the hydrate.

따라서, 수소를 하이드레이트 격자에 안정적으로 저장하는데 필요한 압력과 수소 저장 용량 사이에 존재하는 상충 관계에서, 유기물 존재 하에 한 동공에 여러 개의 수소 분자를 저장할 수 있다면 이러한 문제를 한 번에 해결할 수 있을 것이다.Thus, in the trade-off between the pressure needed to reliably store hydrogen in the hydrate lattice and the hydrogen storage capacity, it would be possible to solve this problem at once if several hydrogen molecules could be stored in one pupil in the presence of organic matter.

이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 테트라하이드로퓨란, 피롤리딘 등과 같은 유기물 분자들의 농도를 조절하여 수소 저장 압력도 낮추고 한 동공에 여러 개의 수소 분자를 저장하는 성과가 도출되었지만, 아직 그 필요 압력이 높고 액체상태의 유기물 분자를 첨가하기 때문에 환경적인 문제 또한 미해결과제로 남아있다.In order to solve this problem, in recent years, the results of controlling the concentration of organic molecules such as tetrahydrofuran, pyrrolidine, etc. to lower the hydrogen storage pressure and to store several hydrogen molecules in one pupil have been achieved. Due to the addition of high and liquid organic molecules, environmental problems remain a challenge.

일본공개특허공보 제2012-236740호(2012.12.06.)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2012-236740 (2012.12.06.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기체상태의 혼합가스를 이용하여 수소가 하이드레이트 내부에 저장될 수 있는 압력을 낮추고 주체분자에 의해서 격자구조로 형성된 빈 동공의 각각에 다수의 수소분자를 저장할 수 있는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to reduce the pressure that hydrogen can be stored inside the hydrate using a mixed gas in the gas state and to store a plurality of hydrogen molecules in each of the empty pores formed in the lattice structure by the main molecule It is to provide a hydrate manufacturing method for storing gas and hydrogen.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법은 주체분자로 구성된 얼음분말을 가압용기에 넣고 가압하는 단계, 상기 얼음분말에 객체분자로 구성된 기체상태의 혼합가스를 주입하는 단계 및 상기 주체분자가 형성한 동공에 상기 객체분자가 포집되어 저장되는 단계를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen according to the present invention is to put the ice powder consisting of the main molecule in a pressurized container and pressurized, the mixture of gaseous state composed of the object molecule in the ice powder Injecting a gas and the object molecules are collected and stored in the pupil formed by the main molecule.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 혼합가스는 메탄 및 에탄으로 구성된 천연가스와 수소로 이루어진 가스가 혼합된 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixed gas may be a mixture of a natural gas consisting of methane and ethane and a gas consisting of hydrogen.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄 및 에탄은 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공의 각각에 상기 수소의 분자가 다수 개 포집되어 저장되도록 열역학적 안정제 역할을 수행하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the methane and ethane may serve as a thermodynamic stabilizer such that a plurality of molecules of hydrogen are collected and stored in each of the empty pores formed by the main molecule.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수소는 상기 메탄 및 에탄의 열역학적 안정제 역할을 통해, 263K 이상의 온도와 9Mpa이하의 압력에서 상기 빈 동공에 포집 및 저장되는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the hydrogen may be trapped and stored in the empty cavity at a temperature of 263K or more and a pressure of 9Mpa or less through a thermodynamic stabilizer of methane and ethane.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 주체분자는 상기 객체분자와 포집되도록 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조로 형성된 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the main molecule may be formed of a first lattice structure and a second lattice structure to be collected with the object molecules.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 격자구조는 두 개의 수소분자가 포집을 이루고, 제 2 격자구조는 두개의 수소분자 또는 세 개 이상의 수소분자가 포집을 이루는 것 일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first lattice structure may collect two hydrogen molecules, and the second lattice structure may be two hydrogen molecules or three or more hydrogen molecules.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조는 상기 객체분자와의 포집을 통해 격자구조의 치수가 조정되고, 상기 격자구조의 치수 조정을 통해, 다수의 수소분자와 포집가능한 것 일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first lattice structure and the second lattice structure are adjusted in the size of the lattice structure through the collection with the object molecules, and through the dimension adjustment of the lattice structure, the plurality of hydrogen molecules and the collection It can be possible.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법은 공장, 가정 또는 차량에 이용가능한 에너지원으로 사용되는 하이드레이트를 원료로 하는 에너지원을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, a hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen provides an energy source based on the hydrate used as an energy source available to factories, homes or vehicles.

본 발명의 실시예에 따르면, 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법은 메탄 및 에탄으로 구성된 천연가스와 수소로 이루어진 가스가 혼합된 가스를 주입하여 주체 분자에 의해 형성된 빈 동공에 수소분자가 포집되도록 메탄 및 에탄이 열역학적 안정제 역할 수행하여 하나의 동공에 두 개 또는 세 개 이상의 수소가 포집 및 저장될 수 있어 저장효율이 뛰어난 하이드레이트를 제조할 수 있고, 기존의 천연 가스 수송 및 저장 인프라를 그대로 사용할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of preparing a hydrate for storing natural gas and hydrogen injects a mixture of natural gas composed of methane and ethane and a gas composed of hydrogen to collect hydrogen molecules in an empty cavity formed by the main molecule. Methane and ethane act as thermodynamic stabilizers so that two or three or more hydrogens can be collected and stored in one pupil, making it possible to manufacture hydrates with excellent storage efficiency and to use existing natural gas transportation and storage infrastructure. It can be effective.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 격자구조(sI) 및 제 2 격자구조(sII) 하이드레이트와 그에 상응하는 객체분자 분포의 다양한 합성 경로가 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 각 샘플에 대한 공급가스 및 혼합가스 하이드레이트의 조성을 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합가스 하이드레이트의 싱크로트론 XRD 패턴이 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 라만 스펙트럼에서 H-H 바이브론(vibron) 영역이 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 싱크로트론 XRD 패턴의 24-36 °의 확대된 영역이 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 수소-천연가스의 이용과 합성된 수소-천연가스 및 하이드레이트의 해리가 도시되어 있다.
1 illustrates various synthetic routes of the first lattice sI and the second lattice sII hydrates and corresponding object molecule distributions according to one embodiment of the invention.
Figure 2 is a table showing the composition of the feed gas and mixed gas hydrate for each sample according to an embodiment of the present invention.
3 shows a synchrotron XRD pattern of a mixed gas hydrate in accordance with one embodiment of the present invention.
4 shows an HH vibron region in the Raman spectrum in one embodiment of the invention.
5 shows an enlarged region of 24-36 ° of a synchrotron XRD pattern in accordance with another embodiment of the present invention.
6 shows the use of hydrogen-natural gas and dissociation of the synthesized hydrogen-natural gas and hydrates according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes the case. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조 하이드레이트와 그에 상응하는 객체분자 분포의 다양한 합성 경로가 도시되어 있고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 각 샘플에 대한 공급가스 및 혼합 하이드레이트의 조성을 나타낸 표이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합가스 하이드레이트의 싱크로트론 XRD 패턴이 도시되어 있고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 라만 스펙트럼에서 H-H 바이브론(vibron) 영역이 도시되어 있으며, 도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 싱크로트론 XRD 패턴의 24-36 °의 확대된 영역이 도시되어 있고, 도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 수소-천연가스의 이용과 합성된 수소-천연가스 및 하이드레이트의 해리가 도시되어 있다.FIG. 1 illustrates various synthetic routes of first and second lattice hydrates and corresponding object molecule distributions according to one embodiment of the invention, and FIG. 2 shows each sample according to one embodiment of the invention. Figure 3 is a table showing the composition of the feed gas and the mixed hydrate, Figure 3 is a synchrotron XRD pattern of the mixed gas hydrate according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a HH in the Raman spectrum in one embodiment of the present invention A vibron region is shown, FIG. 5 shows an enlarged region of 24-36 ° of a synchrotron XRD pattern according to another embodiment of the invention, and FIG. 6 shows another region of the invention. The use of hydrogen-natural gas and dissociation of the synthesized hydrogen-natural gas and hydrates according to the examples is shown.

도 1내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법은 주체분자로 구성된 얼음분말을 가압용기에 넣고 가압하는 단계, 상기 얼음분말에 객체분자로 구성된 기체상태의 혼합가스를 주입하는 단계 및 상기 주체분자에 의해 형성된 동공에 상기 객체분자가 포집되어 저장되는 단계를 포함한다.1 to 6, the hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen according to the present invention comprises the steps of putting the ice powder consisting of the main molecule in a pressurized container and pressurized, the gas state of the object powder in the ice powder And injecting a mixed gas and collecting and storing the object molecules in the pupil formed by the main molecule.

보다 상세하게는, 상기 주체분자는 동공의 격자구조의 얼음분말(<200 ㎛)로 구성되고, 상기 객체분자는 기체상태의 혼합가스로 구성되어 상기 주체분자에 주입된다. 이때, 상기 주체분자로 형성된 동공의 격자구조에 상기 객체분자가 포집되어 저장된다.More specifically, the main molecule is composed of an ice powder (<200 μm) having a pupil lattice structure, and the object molecule is composed of a gaseous mixed gas and injected into the main molecule. In this case, the object molecules are collected and stored in a lattice structure of the pupil formed with the main molecules.

즉, 상기 주체분자는 3차원 격자구조에 객체분자들이 화학결합없이 물리적으로 포획되어있는 구조로 결정성 화합물로 구성되고, 상기 주체분자는 물분자로 구성되며, 상기 객체분자들은 기체상태의 혼합가스로 구성된다.That is, the main molecule is a structure in which object molecules are physically trapped without chemical bonds in a three-dimensional lattice structure, and is composed of a crystalline compound, the main molecule is composed of water molecules, and the object molecules are gaseous mixed gas. It consists of.

또한, 혼합가스는 천연가스와 수소가스가 혼합된 형태로 구성된다.In addition, the mixed gas is composed of a mixture of natural gas and hydrogen gas.

보다 상세하게는, 상기 천연가스는 메탄 및 에탄으로 구성된 천연가스이고, 이와 함께 수소로 이루어진 가스가 혼합되어 혼합가스를 구성하게 된다. 따라서, 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공에는 상기 메탄 및 에탄과 수소 가스가 포집되어 저장되는 구조이다.In more detail, the natural gas is a natural gas composed of methane and ethane, and the gas composed of hydrogen is mixed to form a mixed gas. Therefore, the methane, the ethane and the hydrogen gas are collected and stored in the empty pupil formed by the main molecule.

한편, 상기 메탄 및 에탄은 수소분자의 포집을 위한 열역학적 안정제 역할을 수행한다.On the other hand, the methane and ethane serves as a thermodynamic stabilizer for the capture of hydrogen molecules.

보다 상세하게는, 상기 혼합가스는 메탄 및 에탄으로 구성된 천연가스와 수소가스로 구성되고, 상기 혼합가스는 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공의 격자구조에 포집되어 저장되는데 이때, 상기 메탄 및 에탄이 상기 수소분자가 빈 동공의 격자구조의 주체분자와 포집을 촉진시키게 된다. 따라서, 상기 수소분자는 상기 주체분자로 형성된 빈 동공의 각각에 다수개가 포집될 수 있다.More specifically, the mixed gas is composed of natural gas and hydrogen gas composed of methane and ethane, the mixed gas is collected and stored in the lattice structure of the empty pupil formed by the main molecule, wherein the methane and ethane is The hydrogen molecules promote the collection of the main molecules and molecules of the lattice structure of the empty pores. Therefore, a plurality of hydrogen molecules may be collected in each of the empty pores formed as the main molecule.

즉, 상기 주체분자로 형성된 빈 동공에 상기 수소분자를 포집시키기 위해서는 낮은 온도와 높은 압력(249K에서 220MPa)이 필요한데 상기 메탄 및 에탄을 통해 비교적 높은 온도와 낯은 압력에서 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공에 상기 수소분자를 포집시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 메탄 및 에탄은 상기 수소분자를 포집시키기 위한 열역학적 안정제로 사용된다.That is, a low temperature and a high pressure (220 MPa at 249 K) are required to capture the hydrogen molecules in the hollow pupil formed with the main molecule, but the bin formed by the main molecule at a relatively high temperature and a low pressure through the methane and ethane The hydrogen molecules can be collected in the pupil. Thus, methane and ethane are used as thermodynamic stabilizers for trapping the hydrogen molecules.

또한, 수소분자는 주체분자에 의해 형성된 빈 동공의 격자구조에 소정의 온도 및 압력에 포집된다.In addition, hydrogen molecules are collected at a predetermined temperature and pressure in a lattice structure of empty pores formed by the main molecule.

보다 상세하게는, 상기 주체분자는 메탄(CH4) 및 에탄(C2H6)으로 구성된 천연가스와 수소(H2)로 이루어진 가스가 혼합되고, 상기 수소분자는 263K 이상의 온도와 9Mpa이하의 압력에서 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공에 포집 및 저장된다. 이때, 상기 메탄 및 에탄은 상기 수소분자가 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공에 포집되는 열역학적 안정제 역할을 수행한다.More specifically, the main molecule is a mixture of a natural gas consisting of methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) and a gas consisting of hydrogen (H 2 ), the hydrogen molecule is a temperature of more than 263K and less than 9Mpa At pressure, it is collected and stored in the empty pupil formed by the main molecule. At this time, the methane and ethane serve as a thermodynamic stabilizer in which the hydrogen molecules are trapped in the empty pores formed by the main molecule.

따라서, 상기 수소분자는 일반적으로 상기 주체분자에 포집되기 위해 220Mpa이상의 높은 압력이 필요하지만, 상기 메탄 및 에탄이 열역학적 안정제 역할을 수행함으로써, 별도의 유기물 없이도 263K 이상의 온도와 9Mpa이하의 압력에서 상기 수소분자는 상기 주체분자와 포집되어 하이드레이트를 형성시킬 수 있다.Therefore, the hydrogen molecules generally require a high pressure of 220Mpa or more to be trapped in the main molecule, but the methane and ethane act as a thermodynamic stabilizer, so that the hydrogen at a temperature of 263K or more and a pressure of 9Mpa or less without a separate organic matter A molecule may be collected with the main molecule to form a hydrate.

한편, 주체분자는 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조로 형성되어 객체분자와 포집된다.Meanwhile, the main molecules are formed in the first lattice structure and the second lattice structure and are collected with the object molecules.

보다 상세하게는, 얼음분말을 압력용기에 넣고, 263K 및 9MPa로 가압되고 아래와 같은 혼합가스가 공급되어 주체분자에 의해 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조를 형성시킨다.More specifically, the ice powder is placed in a pressure vessel, pressurized at 263 K and 9 MPa, and the mixed gas is supplied to form the first lattice structure and the second lattice structure by the main molecules.

CH4 (70.0 mol %) + C2H6 (30.0 mol %)CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%)

CH4 (60.0 mol%) + C2H6 (6.7 mol%) + H2 (33.3 mol%)CH 4 (60.0 mol%) + C 2 H 6 (6.7 mol%) + H 2 (33.3 mol%)

따라서, 메탄, 에탄 및 수소가스를 공급하고 이를 통해 다수의 수소가 포집된 격자구조를 이룰 수 있다.Therefore, it is possible to form a lattice structure in which a plurality of hydrogen is collected through the supply of methane, ethane and hydrogen gas.

또한, 상기 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조는 두 개 또는 세 개 이상의 수소분자가 포집된다.In addition, the first lattice structure and the second lattice structure are two or three or more hydrogen molecules are collected.

보다 상세하게는, 상기 제 1 격자구조는 두 개의 수소분자가 포집되고, 상기 제 2 격자구조는 두개의 수소분자 또는 세 개 이상의 수소분자가 포집된다. 따라서, 상기 객체분자는 상기 주체분자와 포집 시 격자구조의 치수가 조정되고, 상기 격자구조의 치수조정을 통해서 제 1 격자구조는 두 개의 수소분자가 포집되고, 제 2 격자구조는 두개의 수소분자 또는 세 개 이상의 수소분자가 포집되게 된다.In more detail, the first lattice structure collects two hydrogen molecules, and the second lattice structure collects two hydrogen molecules or three or more hydrogen molecules. Accordingly, when the object molecules are collected with the main molecules, the lattice structure is adjusted, and through the dimensional adjustment of the lattice structure, two hydrogen molecules are collected in the first lattice structure, and two hydrogen molecules in the second lattice structure. Or three or more hydrogen molecules are collected.

또한, 본 발명에 따른 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트의 제조방법을 통해 하이드레이트를 제조할 수 있고, 제조된 하이드레이트를 이용하여 공장, 가장 또는 차량 등에 이용되는 에너지원으로 사용 가능하다.In addition, the hydrate may be prepared by a method of preparing a hydrate storing natural gas and hydrogen according to the present invention, and may be used as an energy source used in a factory, a headdress, or a vehicle using the prepared hydrate.

한편, 아래에는 본 발명에 따른 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트의 제조방법 및 이에 따른 실험예가 상세히 설명된다.On the other hand, the method for producing a hydrate storing natural gas and hydrogen according to the present invention and the experimental example according to it will be described in detail.

도 1을 참조하면, 클러스레이트의 제 1 격자구조(sI) 및 제 2 격자구조(sII)의 다양한 합성 경로 및 해당 객체분자를 도시하였다.Referring to FIG. 1, various synthesis paths and corresponding object molecules of the first lattice structure si and the second lattice structure sII of the cluster are illustrated.

H2, CH4 및 C2H6 분자는 각각 녹색, 청색 및 적색 볼로 표시되고, 하이드레이트 구조 아래의 표기법은 각각의 경우에 대한 합성 경로와 해당 수소 포집율을 나타낸다.The H 2 , CH 4 and C 2 H 6 molecules are represented by green, blue and red balls, respectively, and the notation below the hydrate structure indicates the synthetic route and corresponding hydrogen capture rate for each case.

'Ice-sII-sII (1S)': 먼저 sII 하이드레이트를 형성시킨 다음 H2가 객체분자 교환법을 통해 작은 케이지 (1S)에 '단독으로' 포집되었다.'Ice-sII-sII (1S)': First, sII hydrate was formed and then H 2 was 'alone' collected in a small cage (1S) through object molecular exchange.

Ice-SII (1S2S2L3L): sII 하이드레이트는 얼음으로부터 직접 형성되었고, 동시에 하나 또는 두 개의 H2 분자가 작은 케이지 (1S2S)에 포집되었으며, 두세개의 H2 분자가 큰 케이지 (2L3L)에 포집되었다.Ice-SII (1S2S2L3L): sII hydrate was collected on was formed directly from the ice, at the same time one or two H 2 molecules were collected in a small cage (1S2S), a large cage (2L3L) H 2 molecule of the two or three.

도 2를 참조하면, 도 2는 혼합가스 하이드레이트의 싱크로트론 XRD 패턴이 도시된다. 상이한 경로를 통해 합성된 하이드레이트 샘플의 객체분자 조성물을 가스 크로마토 그래피로 분석하고, 상이한 공급 가스 조성물을 사용하여 결과를 나타내었다.Referring to FIG. 2, FIG. 2 shows a synchrotron XRD pattern of mixed gas hydrates. The object molecular composition of the hydrate samples synthesized via different routes was analyzed by gas chromatography and the results were shown using different feed gas compositions.

(a) CH4 (42.9 mol%) + C2H6 (57.1 mol%),(a) CH 4 (42.9 mol%) + C 2 H 6 (57.1 mol%),

(b) CH4 (32.5 mol%) + C2H6 (56.5 mol%) + H2 (11.0 mol%),(b) CH 4 (32.5 mol%) + C 2 H 6 (56.5 mol%) + H 2 (11.0 mol%),

(c) CH4 (37.2 mol%) + C2H6 (41.7 mol%) + H2 (21.1 mol%),(c) CH 4 (37.2 mol%) + C 2 H 6 (41.7 mol%) + H 2 (21.1 mol%),

(d) CH4 (69.4 mol%) + C2H6 (30.6 mol%),(d) CH 4 (69.4 mol%) + C 2 H 6 (30.6 mol%),

(e) CH4 (64.3mol%) + C2H6 (20.2mol%) + H2 (15.5mol%),(e) CH 4 (64.3 mol%) + C 2 H 6 (20.2 mol%) + H 2 (15.5 mol%),

(f) CH4 (60.4 mol%) + C2H6 (17.2 mol%) + H2 (22.4 mol%)의 공간 그룹과 격자 매개 변수.(f) Spatial group and lattice parameters of CH 4 (60.4 mol%) + C 2 H 6 (17.2 mol%) + H 2 (22.4 mol%).

빨간색 원은 관찰된 XRD 패턴을 나타내고, 검은 실선은 계산된 XRD 패턴을 나타내며, 틱 마크, 큐빅 Pm

Figure pat00001
n sI 하이드레이트 (자홍색), 큐빅 Fd
Figure pat00002
m sII 하이드레이트 (녹색) 및 육각형 P63 / mmc 얼음 (파란색)을 나타낸다.Red circle represents the observed XRD pattern, black solid line represents the calculated XRD pattern, tick mark, cubic Pm
Figure pat00001
n sI hydrate (magenta), cubic Fd
Figure pat00002
m sII hydrate (green) and hexagonal P63 / mmc ice (blue).

도 4는 라만 스펙트럼에서 H-H vibron 영역으로,4 is the H-H vibron region in the Raman spectrum,

(a) 제 1 격자구조의 하이드레이트 (사례 I 및 II) 및(a) hydrates of the first lattice structure (cases I and II) and

(b) 제 2 격자구조의 하이드레이트 (사례 III 및 IV).(b) hydrates of the second lattice structure (cases III and IV).

(c) CH4 (42.9mol%) + C2H6 (57.1mol%) (흑색)로 구성된 혼합 sI 하이드레이트의 라만 스펙트럼에서의 C-H 스트레칭 모드(stretching mode), CH4 (32.5 mol%) + C2H6 (56.5 mol%) + H2 (11.0 mol%) (청색, 케이스 I) CH4 (37.2 mol%) + C2H6 (41.7 mol%) + H2 (21.1 mol%) (적색, 케이스 II).(c) CH stretching mode in the Raman spectrum of the mixed sI hydrate consisting of CH 4 (42.9 mol%) + C 2 H 6 (57.1 mol%) (black), CH 4 (32.5 mol%) + C 2 H 6 (56.5 mol%) + H 2 (11.0 mol%) (blue, case I) CH 4 (37.2 mol%) + C 2 H 6 (41.7 mol%) + H 2 (21.1 mol%) (red, Case II).

(d) 혼합 sII 하이드레이트의 라만 스펙트럼에서의 C- H 스트레칭 모드는 CH4 (69.4mol%) + C2H6 (30.6mol%) (흑색), CH4 (64.3mol%) + C2H6 (20.2mol%) + H2 (15.5 mol%) (청색, 케이스 III) 및 CH4 (60.4 mol%) + C2H6 (17.2 mol%) + H2 (22.4 mol%) (적색, 케이스 IV)으로 구성된다. (d) The C-H stretching mode in the Raman spectrum of mixed sII hydrates is CH 4 (69.4 mol%) + C 2 H 6 (30.6 mol%) (black), CH 4 (64.3 mol%) + C 2 H 6 (20.2 mol%) + H 2 (15.5 mol%) (blue, case III) and CH 4 (60.4 mol%) + C 2 H 6 (17.2 mol%) + H 2 (22.4 mol%) (red, case IV It is composed of

또한, (c)와 (d)의 모든 스펙트럼은 비교를 위해 수계(water framework)의 O - H 스트레칭 모드로 표준화되었다.In addition, all spectra of (c) and (d) were normalized to the O-H stretching mode of the water framework for comparison.

도 5는 24.36 °의 싱크로트론 XRD 패턴의 확대 된 영역으로, 완전한 싱크로트론 XRD 패턴은 도 3을 참조한다.FIG. 5 is an enlarged region of the synchrotron XRD pattern at 24.36 °, see FIG. 3 for a complete synchrotron XRD pattern.

(a) sI하이드레이트의 타이트한(tight) 작은 케이지에서의 두 개의H2의 포집은 격자를 더 확장시킨다.(a) The capture of two H 2 in a tight small cage of sI hydrate further expands the lattice.

(b) sII 하이드레이트의 루즈한(loose) 큰 케이지에서 세 개 이상의H2의 포집은 격자를 더 작게 확장시킨다.(b) The capture of three or more H 2 in a loose large cage of sII hydrate expands the lattice smaller.

한편, 본 발명에 따르면,Meanwhile, according to the present invention,

CH4 (70.0 mol%) + C2H6 (30.0 mol%), CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%),

CH4 (90.0 mol%) + C2H6 (10.0 mol%), CH 4 (90.0 mol%) + C 2 H 6 (10.0 mol%),

CH4 (46.7 mol%) + C2H6 (20.0 mol%) + H2 (33.3 mol%),CH 4 (46.7 mol%) + C 2 H 6 (20.0 mol%) + H 2 (33.3 mol%),

CH4 (60.0 mol%) + C2H6 (6.7 mol%) + H2 (33.3 mol%)의 가스 혼합물의 조성으로 주체분자로 구성된 얼음분말(<200 ㎛)과 반응기를 통해 합성된다.The composition of the gas mixture of CH 4 (60.0 mol%) + C 2 H 6 (6.7 mol%) + H 2 (33.3 mol%) is synthesized through the reactor with an ice powder composed of main molecules (<200 μm).

모든 샘플은 H2 로딩 순서에 따라 다른 객체분자의 포집상태를 조사하였고, 자세한 절차는 아래에 설명되어 있다.All samples examined the capture state of different object molecules in H 2 loading order, detailed procedure is described below.

H2를 주입하기 전에, CH4 + C2H6 혼합물의 공급 가스에 얼음분말을 노출시킴으로써 전구체 골격인 CH4와 C2H6의 이원기체(binary gas) 하이드레이트를 합성하고, 얼음분말을 가압 용기에 넣고 가스 혼합물로 263.15K, 6 MPa까지 가압하였다.Before injecting H 2 , a binary gas hydrate of CH 4 and C 2 H 6 , which is a precursor skeleton, is synthesized by exposing the ice powder to a feed gas of a mixture of CH 4 + C 2 H 6 and pressurizing the ice powder. It was placed in a vessel and pressurized to 263.15 K, 6 MPa with a gas mixture.

그리고, 반응기를 냉장된 물 - 에탄올 순환기 (RW-2025G, Jeio Tech Co., Ltd., 대한민국)에서 3일 동안 유지하여 완전히 변환된 CH4 + C2H6 하이드레이트를 수득하였다.The reactor was then maintained for 3 days in a chilled water-ethanol circulator (RW-2025G, Jeio Tech Co., Ltd., South Korea) to obtain a fully converted CH 4 + C 2 H 6 hydrate.

한편, 싱크로트론 X 선 회절 (싱크로트론 XRD)을 통해 기체 하이드레이트에 얼음 상이 없는 것을 확인한 후, 모든 샘플을 반응기에 재장전하고, 263.15 K에서 9 MPa로 H2의 가스 혼합물을 가압하여 H2가 혼합가스 하이드레이트의 격자 내로 적재되도록 하였다: On the other hand, after confirming that the gas hydrate is free of ice phase through synchrotron X-ray diffraction (synchrontron XRD), all the samples are reloaded into the reactor, and the gas mixture of H 2 is pressurized by pressing a gas mixture of H 2 from 263.15 K to 9 MPa. To be loaded into the grid of:

CH4 (70.0 mol%) + C2H6 (30.0 mol%) 혼합물로 형성된 혼합가스 하이드레이트는 CH4 (46.0 mol%) + C2H6 (20.0 mol%) + H2 (33.3 mol%)와 재가압된다. (도 2의 케이스I),Mixed gas hydrates formed from a mixture of CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%) consist of CH 4 (46.0 mol%) + C 2 H 6 (20.0 mol%) + H 2 (33.3 mol%) Repressurized. (Case I of FIG. 2),

또한, CH4 (90.0 mol%) + C2H6 (10.0 mol%) 혼합물로 형성된 혼합가스 하이드레이트는 CH4 (60.0 mol%) + C2H6 (6.7 mol%) + H2 (33.3 mol%)와 재가압된다. (도 2의 케이스III)In addition, the mixed gas hydrate formed from the mixture of CH 4 (90.0 mol%) + C 2 H 6 (10.0 mol%) is CH 4 (60.0 mol%) + C 2 H 6 (6.7 mol%) + H 2 (33.3 mol% ) And repressurized. (Case III of Figure 2)

이들 조성물은 CH4 대 C2H6의 비를 각각 7 내지 3 및 9 내지 1로 유지시키는 것을 목표로 하고, 반응기를 액체 질소로 급냉시켜 혼합 기체 하이드레이트를 분석하였다.These compositions aimed to maintain the ratio of CH 4 to C 2 H 6 at 7 to 3 and 9 to 1, respectively, and the reactor was quenched with liquid nitrogen to analyze mixed gas hydrates.

한편, CH4 + C2H6 + H2의 삼원 혼합물을 초기 단계에서 공급가스로 사용하여 혼합가스 하이드레이트를 형성하였다. 얼음분말을 각 압력 용기에 넣고 CH4 (46.7 mol%) + C2H6 (20.0 mol%) + H2 (33.3 mol%) (도 2의 케이스 II) 및 CH4 (60.0 mol%) + C2H6 (6.7 mol%) + H2 (33.3 mol%) (도 2의 케이스 IV)의 혼합가스를 공급하여 가압하였다.Meanwhile, a three-way mixture of CH 4 + C 2 H 6 + H 2 was used as the feed gas in the initial stage to form a mixed gas hydrate. Put ice powder into each pressure vessel and add CH 4 (46.7 mol%) + C 2 H 6 (20.0 mol%) + H 2 (33.3 mol%) (case II of Figure 2) and CH 4 (60.0 mol%) + C Pressurized by supplying a mixed gas of 2 H 6 (6.7 mol%) + H 2 (33.3 mol%) (case IV of Figure 2).

마지막으로, 6 MPa 및 263.15 K에서 CH4 (70.0 mol%) + C2H6 (30.0 mol%) 혼합물에 얼음분말을 노출시켰고, sI 형 가스 하이드레이트가 처음 형성되었다. 기체 하이드레이트에 얼음 상이 없는 것을 확인한 후, 공급 기체를 CH4 (70.0 mol%) + C2H6 (30.0 mol%)에서 CH4 (60.0 mol%) + C2H6 (6.7 mol%) + H2 (33.3 mol%)로 변경하고, 그 결과 sI에서 sII 하이드레이트로의 구조 전이가 일어나게 되었다.Finally, ice powder was exposed to a mixture of CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%) at 6 MPa and 263.15 K, forming a sI type gas hydrate for the first time. After confirming that the gas hydrate is free of ice phase, the feed gas is switched from CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%) to CH 4 (60.0 mol%) + C 2 H 6 (6.7 mol%) + H 2 (33.3 mol%), resulting in a structural transition from sI to sII hydrate.

상이한 경로에서 합성된 이들 혼합가스 하이드레이트 샘플을 분석하기 위해, 저온 싱크로트론 XRD, 분말 X 선 회절 (PXRD) 및 분산 라만 분광법을 포함하는 분광 분석을 사용하였다. 또한, 혼합가스 하이드레이트에서 객체분자의 조성을 측정하기 위해 가스 크로마토 그래피 (GC) 분석을 수행하였다.To analyze these mixed gas hydrate samples synthesized in different routes, spectroscopic analysis including cold synchrotron XRD, powder X-ray diffraction (PXRD) and dispersed Raman spectroscopy was used. In addition, gas chromatography (GC) analysis was performed to determine the composition of the object molecules in the mixed gas hydrate.

본 발명에 따른 결과를 살펴보면, 별도의 열역학적 안정제 없이 수소 분자가 CH4와 C2H6 기체 혼합물의 도움으로 적절한 압력과 온도 조건 (즉, 263K, PH2 = 3MPa) 하에서 하이드레이트 구조에 포집되었음을 확인했다.Looking at the results according to the present invention, it was confirmed that without the thermodynamic stabilizer, hydrogen molecules were trapped in the hydrate structure under the appropriate pressure and temperature conditions (ie 263K, P H2 = 3MPa) with the help of CH 4 and C 2 H 6 gas mixtures. did.

한편, 경로 의존적 합성으로부터 차이가 나는 H2 개체군(Different H2 populations from pathway-dependent synthesis)으로, 순수 CH4가 제 1 격자구조(sI) 하이드레이트를 형성하는 동안, CH4 + C2H6 이원 혼합물의 사용은 공급 가스 조성, 압력 및 압력에 따라 다양한 구조의 sI, 제 2 격자구조 (sII) 또는 혼합 sI 및 sII를 공급가스 조성, 압력, 온도에 따라 생성될 수 있다.On the other hand, while the by the I H 2 populations (Different H2 populations from pathway-dependent synthesis) difference from the path-dependent synthesis, a pure CH 4 to form a first lattice structure (sI) hydrate, CH 4 + C 2 H 6 two won mixture The use of may produce sI, second lattice structure (sII) or mixed sI and sII of various structures depending on the feed gas composition, pressure and temperature, depending on the feed gas composition, pressure and pressure.

즉, 순수한 CH4는 제 1 격자구조(sI) 하이드레이트를 형성하지만, CH4 + C2H6의 이원 혼합물의 사용은 sI, 제 2 격자구조(sII), 또는 sI 및 sII와 같은 다양한 구조를 만들 수 있으며, 이러한 구조는 혼합가스의 공급 가스 조성, 압력 및 온도에 따라 생성된다.That is, pure CH4 forms the first lattice (sI) hydrate, but the use of a binary mixture of CH 4 + C 2 H 6 can produce various structures such as sI, second lattice (sII), or sI and sII. This structure can be created according to the feed gas composition, pressure and temperature of the mixed gas.

이때, sI 및 sII 하이드레이트는 각각 단위셀에서 6(51262) 2(512) 46H2O와 8(51264) 16(512) 136H2O의 화학량론적 공식을 가진다. 여기서 C2H6은 51262 및 51264 케이지에 우선적으로 포집되지만, CH4는 모든 유형의 케이지에 포집될 수 있다. 또한, CH4와 마찬가지로 H2도 모든 유형의 케이지에 저장 될 수 있기 때문에 다양한 케이지에 포집이 가능하다.In this case, sI and sII hydrates have stoichiometric formulas of 6 (5 12 6 2 ) 2 (5 12 ) 46H 2 O and 8 (5 12 6 4 ) 16 (5 12 ) 136H 2 O in the unit cell, respectively. Wherein C 2 H 6 is preferentially collected in 5 12 6 2 and 5 12 6 4 cages, but CH 4 can be collected in any type of cage. In addition, like CH 4 , H 2 can be stored in any type of cage, so it can be collected in various cages.

한편, CH4 (70.0mol%) + C2H6 (30.0mol%) 및 CH4 (90.0mol%) + C2H6 (10.0mol%)의 기상 혼합물을 각각 sI 및 sII 하이드레이트를 형성하기 위한 공급 가스로 선택하였고, 순수한 메탄 및 에탄이 sI 하이드레이트를 우선적으로 형성함에도 불구하고, 메탄 및 에탄의 기체 상 혼합물이 1 내지 25 mol% 범위의 에탄 조성을 갖는 하이드레이트가 형성된다.Meanwhile, a gaseous mixture of CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%) and CH 4 (90.0 mol%) + C 2 H 6 (10.0 mol%) was used to form sI and sII hydrates, respectively. Selected as the feed gas, and although pure methane and ethane preferentially form sI hydrate, a hydrate is formed with a gaseous mixture of methane and ethane having a ethane composition in the range of 1 to 25 mol%.

따라서, 형성 조건에 따라, sI 및 sII가 특정 실험 조건 하에서 어떤 구조가 형성되는지를 하기에서 살펴본다.Thus, depending on the formation conditions, it will be described below what structure is formed of sI and sII under specific experimental conditions.

CH4 (70.0mol%) + C2H6 (30.0mol%) 및 CH4 (90.0mol%) + C2H6 (10.0mol%) 하이드레이트에 대해서, 하이드레이트 상에 에탄 조성은 각각 57.1mol% 및 30.6mol%로 확인되었다. For CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%) and CH 4 (90.0 mol%) + C 2 H 6 (10.0 mol%) hydrates, the ethane composition on the hydrate was 57.1 mol% and It was found to be 30.6 mol%.

sI (6 (51262) 2 (512) 46H2O)와 sII (8 (51264) 16 (512) 136H2O)의 하이드레이트의 단위셀을 고려할 때, 결과는 CH4 C2H6의 비가 7/3 및 9/1에서 각각 sI 및 sII 하이드레이트를 형성하였다.Considering the unit cell of hydrates of sI (6 (5 12 6 2 ) 2 (5 12 ) 46H 2 O) and sII (8 (5 12 6 4 ) 16 (5 12 ) 136H 2 O), the result is CH 4 versus The ratio of C 2 H 6 formed sI and sII hydrates at 7/3 and 9/1, respectively.

이때, 에탄이 각 구조물의 작은 케이지보다 큰 케이지를 주로 차지하더라도, 둘러싸인 에탄의 조성은 큰 케이지와 작은 케이지 모두에서 메탄의 부분적 포집으로 인해 이상적인 화학량론적 분율인 75.0 mol%(6개의 큰 케이지의 분율 / 8개의 전체 케이지의 sI 하이드레이트의 단위셀) 및 33.3mol% (8 개 큰 케이지 / 24 개의 전체 케이지의 sII 하이드레이트의 단위셀) 보다 약간 낮게 생성되었다.Even though ethane occupies large cages rather than small cages in each structure, the composition of enclosed ethane is 75.0 mol% (the fraction of six large cages), which is an ideal stoichiometric fraction due to the partial capture of methane in both large and small cages. Per unit cell of sI hydrate of 8 total cages) and 33.3 mol% (8 large cages / unit cell of sII hydrate of 24 total cages).

또한, 준비된 CH4 + C2H6 하이드레이트는 CH4 + C2H6 + H2 (도 2의 케이스 I 및 III)의 3 원 가스 혼합물을 사용하여 H2를 주입 하였다.In addition, the prepared CH 4 + C 2 H 6 hydrate was injected with H 2 using a three-way gas mixture of CH 4 + C 2 H 6 + H 2 (cases I and III in Figure 2).

GC(gas chromatography) 결과에 따라, 압력 및 온도 조건 (263.15K에서 9MPa)은 사전 합성 하이드레이트 케이지에 수소가 포집되는 것을 유도하였고, CH4 및 C2H6가 공급 가스 (공급 가스: CH4 (46.7 mol%) + C2H6 (20 mol%) + H2 (33.3 mol%))에서 7/3의 비율로 여전히 존재할 때 (케이스 I), 에탄 조성 하이드레이트 매질에서 H2 함유량 (57.1 내지 56.5 mol%)은 이전의 하이드레이트 샘플과 거의 동일하다.According to gas chromatography (GC) results, pressure and temperature conditions (9 MPa at 263.15 K) led to the capture of hydrogen in the pre-synthetic hydrate cage, with CH 4 and C 2 H 6 being the feed gas (feed gas: CH 4 ( 46.7 mol%) + C 2 H 6 (20 mol%) + H 2 (33.3 mol%)) when still present at a ratio of 7/3 (case I), the H 2 content (57.1 to 56.5) in the ethane composition hydrate medium mol%) is almost identical to the previous hydrate sample.

그러나 하이드레이트 매질에서 H2의 양의 증가는 CH4의 양의 감소와 거의 같았으며, 이것은 화학 물질의 차이에 따라 512케이지에서 포획된 메탄을 대부분의 수소 분자가 대체하게 된다.However, the increase in the amount of H 2 in the hydrate medium was about the same as the decrease in the amount of CH 4 , which caused most hydrogen molecules to replace the methane captured in the 5 12 cage due to chemical differences.

반대로, CH4 (90 mol%) + C2H6 (10 mol%)에 의해 처음 생성된 이가(binary) 하이드레이트의 경우, CH4 (60 mol%) + C2H6 (6.7 mol%)+ H2 (33.3 mol%)의 공급 가스로 대체되고, 하이드레이트 매체(hydrate media)에서 H2의 포집 중에 CH4와 C2H6의 양이 감소하게 된다. (케이스 III).In contrast, for binary hydrates originally produced by CH 4 (90 mol%) + C 2 H 6 (10 mol%), CH 4 (60 mol%) + C 2 H 6 (6.7 mol%) + It is replaced by a feed gas of H 2 (33.3 mol%) and the amount of CH 4 and C 2 H 6 is reduced during the capture of H 2 in hydrate media. (Case III).

또한, 도 2의 케이스 II및 IV를 살펴보면, CH4+C2/H2의 삼중 기체 혼합물이 얼음분말과 직접 접촉했을 때, 하이드레이트에 저장된 수소의 양이 극적으로 증가했다.In addition, in cases II and IV of FIG. 2, the amount of hydrogen stored in the hydrate increased dramatically when the triple gas mixture of CH 4 + C 2 / H 2 was in direct contact with the ice powder.

얼음분말로부터 직접 합성된 혼합가스(CH4 + C2H6 + H2) 하이드레이트 샘플에서 하이드레이트 매질에서의 수소 조성은 21.1mol%와 22.4mol%이고, CH4와 C2H6는 7/3과 9/1의 비율로 존재한다.In the mixed gas (CH 4 + C 2 H 6 + H 2 ) hydrate samples synthesized directly from the ice powder, the hydrogen composition in the hydrate medium is 21.1 mol% and 22.4 mol%, and CH 4 and C 2 H 6 are 7/3. And at a ratio of 9/1.

따라서, 메탄과 에탄의 가스-단계별 분자가 하이드레이트 매체의 수소 저장을 위한 열역학 안정제 역할을 하며, 수소가 고도로 혼합된 경로의 양에 의존한다.Thus, gas-phased molecules of methane and ethane serve as thermodynamic stabilizers for the hydrogen storage of hydrate media and are dependent on the amount of highly mixed pathways of hydrogen.

CH4 + C2H6 + H2 시스템의 삼상(three-phase)(하이드레이트 (H) - 액체 수 (LW) - 증기 (V)) P - T 평형 조건에 따르면, 하이드레이트의 격자구조에 수소가 포함되어 있고, 적당한 압력과 온도 조건 하에서 이를 달성할 수 있다 (도 S1).Three-phase (hydrate (H)-liquid water (L W )-vapor (V)) of the CH 4 + C 2 H 6 + H 2 system P-T According to the equilibrium conditions, hydrogen in the lattice structure of the hydrate Is included, and this can be achieved under suitable pressure and temperature conditions (FIG. S1).

H2가 있는 CH4 + C2H6의 상 평형 곡선은 H2가 없는 CH4 + C2H6에 비해 불안정한 영역으로 이동되었지만 순수한 H2 하이드레이트의 경우보다 가벼운 P - T 영역에 존재하고, 이를 통한, 합성된 혼합 하이드레이트의 구조와 객체분자 분포를 하기에서 설명한다.Phase equilibrium curve of CH 4 + C 2 H 6 with a H 2 has been moved to the unstable area than a CH 4 + C 2 H 6 without a H 2 than the light P for pure H 2 hydrate - is present in the T region, The structure and object molecule distribution of the synthesized mixed hydrate through this will be described below.

도 4를 참조하면, 큰 케이지 (2884 및 2940 cm-1)에서의 에탄의 C-H 스트레칭 모드의 강도와 커다란 케이지(2900 cm-1) 및 작은 케이지 (2911 cm-1)에서의 메탄의 C-H 신장 모드의 강도는, 객체분자의 교환 반응을 위해 공급 가스에 수소를 첨가하면 감소하였다 (흑색에서 청색 실선).Referring to FIG. 4, the strength of the CH stretching mode of ethane in the large cages 2884 and 2940 cm −1 and the CH stretching mode of methane in the large cage 2900 cm −1 and the small cage 2921 cm −1 The intensity of was reduced by adding hydrogen to the feed gas for the exchange reaction of the object molecules (black to blue solid line).

512케이지의 H2 농도가 두 배인 혼합 하이드레이트에서 포함된 CH4와 C2H6의 양은 H2 양이 최대가 될 때 (붉은 색 실선) 더 많이 감소하였으며, 이 경향은 GC 결과와 일치한다 (도 2).The amount of CH 4 and C 2 H 6 contained in the mixed hydrate with twice the H 2 concentration of the 5 12 cages decreased more when the H 2 amount reached maximum (solid red line), which is consistent with the GC result. (FIG. 2).

또한, 혼합 하이드레이트(CH4 (60.0mol%) + C2H6 (6.7mol%) + H2 (6.7mol%))는 기상 혼합물(gasphase mixtures)인 (CH4 (60.4mol%) + C2H6 (33.3 mol%) + H2(33.3 mol%)과 직접 합성되고, sII 하이드레이트의 512 및 51264 케이지에서 여러 개의 H2 포집이 나타난다. (도 4b의 빨간색 실선)In addition, the mixed hydrate (CH 4 (60.0 mol%) + C 2 H 6 (6.7 mol%) + H 2 (6.7 mol%)) is a gas phase mixture (CH 4 (60.4 mol%) + C 2 Synthesized directly with H 6 (33.3 mol%) + H 2 (33.3 mol%) and several H 2 captures appear in the 5 12 and 5 12 6 4 cages of sII hydrate (red solid line in FIG. 4b).

상기의 결과에 따라, 4128에서 4142 cm-1까지의 라만 피크는 51264 케이지에서 2 ~ 3 개의 H2 분자 (2L ~ 3L)가 포집되고, CH4와 C2H6의 가스상의 co-guest 분자는 하이드레이트 케이지의 크기를 조정할 수 있어 512 케이지에서 두 개의 H2 포집과 51264 케이지에서 두 개 또는 세개 이상의 H2 포집을 가져온다.According to the above results, the Raman peak from 4128 to 4142 cm -1 is trapped by two or three H 2 molecules (2 L to 3 L) in a 5 12 6 4 cage, and the gaseous co of CH 4 and C 2 H 6 -guest molecule results in two or three or more H 2 absorption from the two H 2 absorption and 5 12 6 4 cages in the cage 512 can adjust the size of the hydrate cage.

일반적으로, 51264 케이지의 2 ~ 4 개의 수소 클러스터가 일반적으로 약 240K의 저온에서 35MPa에서 58MPa 범위의 H2의 고압 하에서 달성되지만, 본 발명에 따른 실험에서는 시스템의 총 압력은 263K에서 9MPa 였고, H2의 분압은 순수한 수소 하이드레이트 형성에 필요한 압력(약 200MPa)에 비해 상당히 완만한 3MPa에서 여러 개의 수소분자의 포집이 발생되었다.In general, two to four hydrogen clusters in a 5 12 6 4 cage are typically achieved under high pressures of H 2 in the range of 35 MPa to 58 MPa at low temperatures of about 240 K, but in the experiments according to the invention the total pressure of the system is 9 MPa at 263 K. The partial pressure of H 2 resulted in the collection of several hydrogen molecules at 3 MPa, which was quite modest compared to the pressure required to form pure hydrogen hydrate (about 200 MPa).

반대로, 미리 합성된 하이드레이트 경우 (도 4a의 파선)와 유사하게, 혼합 하이드레이트 (CH4 (64.3 mol%) + C2H6 (20.2 mol%) + H2 (15.5 mol%))에서는 512 또는 51264 케이지에서 여러 개의 H2 포집이 관찰되지 않았고, 이는 미리 합성된 sII의 하이드레이트에서의 객체분자 교환 반응의 생성물이었다 (도 4b의 파선).In contrast, similar to the case of pre-synthesized hydrates (dashed line in FIG. 4A), 5 12 or more in mixed hydrates (CH 4 (64.3 mol%) + C 2 H 6 (20.2 mol%) + H 2 (15.5 mol%)). Several H 2 captures were not observed in the 5 12 6 4 cages, which was the product of the object molecule exchange reaction in the pre-synthesized hydrate of sII (dashed line in FIG. 4b).

도 4d에서, CH4와 C2H6의 C-H 스트레칭 모드의 Raman 신호 강도가 CH4 sII 하이드레이트 매체에서의 (60.4mol%) + C2H6 (17.2mol%) + H2 (22.4mol%)(붉은 실선)과 CH4 (64.3 mol%) + C2H6 (20.2 mol%) + H2 (15.5 mol%) (청색 실선)비교하여 거의 동일하게 나타나고, 또한, 512와 51264 케이지는 둘 다에서 다수의 H2 포집으로 인해, 둘러싸인 H2의 양은 증가했지만 CH4와 C2H6의 변화량은 크게 변하지 않았다.In FIG. 4D, the Raman signal intensity of the CH stretching mode of CH 4 and C 2 H 6 is (60.4 mol%) + C 2 H 6 (17.2 mol%) + H 2 (22.4 mol%) in CH 4 sII hydrate medium. (Red solid line) and CH 4 (64.3 mol%) + C 2 H 6 (20.2 mol%) + H 2 (15.5 mol%) (blue solid line) are shown almost identically, and 5 12 and 5 12 6 4 Due to the large number of H 2 captures in both cages, the amount of enclosed H 2 increased but the change in CH 4 and C 2 H 6 did not change significantly.

한편, sI에서 sII 로의 구조 전환을 살펴보면, 도 1에 제시된 바와 같이, 메탄과 에탄의 coguest분자를 갖는 공급 가스에서 수소가 초기에 존재할 때, 미세하게 분쇄된 얼음 입자는 동시에 메탄, 에탄 및 수소를 수용하는 하이드레이트 구조로 변형된다 (케이스 II 및 IV).On the other hand, when looking at the structural conversion from sI to sII, as shown in Fig. 1, when hydrogen is initially present in a feed gas having a coguest molecule of methane and ethane, the finely ground ice particles simultaneously contain methane, ethane and hydrogen. It is transformed into the receiving hydrate structure (cases II and IV).

하이드레이트의 형성 동안, 메탄과 에탄은 sI 하이드레이트의 512 케이지에서 두 개의 H2 포집을 허용하고, sII 하이드레이트의 51264 케이지에서 두 개 또는 세 개의 H2 포집을 허용하여 하이드레이트 케이지를 동시에 조정할 수 있다.During the formation of hydrates, methane and ethane with two 5 12 64 Cage hydrate cage to allow for two or three H 2 absorption in the H allows the second collection, and sII hydrate in 512 cages sI hydrate at the same time adjust Can be.

반대로, 케이지에 수소없이 sI 및 sII 하이드레이트 구조를 예비 성형할 때, CH4 / C2H6 비율을 유지하면서 수소가 공급 가스에 연속적으로 첨가되면, 다수의 H2 포집은 미리 합성된 sI 및 sII 하이드레이트 (케이스 I 및 III) 모두에서 달성 될 수 없었고, 객체분자의 교환 반응의 결과로 512 케이지에서 단독으로 H2만 포집되었다.Conversely, when preforming the sI and sII hydrate structures without hydrogen in the cage, if hydrogen is continuously added to the feed gas while maintaining the CH 4 / C 2 H 6 ratio, then a number of H 2 captures are pre-synthesized sI and sII It could not be achieved in both hydrates (cases I and III), and only H 2 was collected alone in 5 12 cages as a result of the exchange reaction of the object molecules.

한편, sII 하이드레이트의 단위셀는 sI 하이드레이트보다 더 큰 케이지(51264)와 작은 케이지 (512)를 가지고 있기 때문에, sI에서 sII 하이드레이트로의 구조적 전이 과정에서 sII 하이드레이트의 새롭게 구성된 512 및 51264 케이지에서 두 배로 H2가 포집될 수 있다.On the other hand, since the unit cell of sII hydrate has a larger cage (5 12 6 4 ) and a smaller cage (5 12 ) than sI hydrate, the newly formed 5 12 and 5 of sII hydrate during the structural transition from sI to sII hydrate. 12 6 4 H 2 can be captured twice in the cage.

따라서 여러 개의H2 포집 가능성을 평가하기 위해 공급 가스 조성 (도 S2)을 변경하여 미리 합성된 sI에서 sII 하이드레이트로의 구조 전이를 살펴볼 수 있다.Therefore, the feed gas composition (FIG. S2) can be altered to assess the possibility of several H 2 captures and look at the structural transition from pre-synthesized sI to sII hydrate.

CH4 (70.0mol%) + C2H6 (30.0mol%)의 공급 가스 하에서 sI 하이드레이트를 형성한 후, 분광 분석을 위해 공급 가스를 변경하였다 (도 S2).After forming the sI hydrate under a feed gas of CH 4 (70.0 mol%) + C 2 H 6 (30.0 mol%), the feed gas was changed for spectroscopic analysis (FIG. S2).

또한, 미리 합성된 하이드레이트 샘플 (도 3a)에는 매우 적은 양의 얼음 불순물이 있었지만, PXRD 패턴은 남아있는 육각형의 얼음 가루가 아닌 sI 하이드레이트로부터의 구조적 전이의 결과로 모든 sII 하이드레이트가 형성되었다 (도 S3).In addition, the presynthesized hydrate samples (FIG. 3A) had very low amounts of ice impurities, but the PXRD pattern formed all sII hydrates as a result of the structural transition from sI hydrates rather than the remaining hexagonal ice powder (FIG. S3). ).

본 발명에 따르면, sII 하이드레이트에 둘러싸인 소수의 메탄 및 에탄 분자가 서로 또는 작은 수소 분자로 대체 될 수 있다. 따라서, 큰 케이지에서 에탄의 라만 강도는 반응시간 동안 감소했다. 그러나 작은 케이지에서 메탄의 라만 강도는 3 주 동안 일정하게 유지되었다. 즉, 수소 분자의 대부분이 구조적 전이 동안 sII 하이드레이트의 새로 합성된 작은 케이지에 우선적으로 포집되었다.According to the invention, a small number of methane and ethane molecules surrounded by sII hydrate can be replaced with each other or with small hydrogen molecules. Thus, the Raman strength of ethane in large cages decreased during the reaction time. However, the Raman intensity of methane in a small cage remained constant for three weeks. That is, most of the hydrogen molecules were preferentially trapped in newly synthesized small cages of sII hydrates during structural transitions.

한편, 르 베일 피팅 (Le Bail fitting) 방법을 사용하여 계산된 격자 파라미터는, a = 11.933 (92) Å를 위한 sI는 CH4 (42.9 mol%) + C2H6 (57.1 mol%) 하이드레이트와 혼합되고, a = 17.139 (08) Å를 위한 sII는 CH4 (69.4 mol%) + C2H6 (30.6 mol%) 하이드레이트와 혼합된다.On the other hand, the lattice parameters calculated using the Le Bail fitting method are: sI for a = 11.933 (92) 는 is CH 4 (42.9 mol%) + C 2 H 6 (57.1 mol%) hydrate and And sII for a = 17.139 (08) Å is mixed with CH 4 (69.4 mol%) + C 2 H 6 (30.6 mol%) hydrate.

sI 하이드레이트는 더 많은 C2H6 분자를 포함하고 CH4보다 더 큰 분자 크기를 갖기 때문에 CH4 (42.9 mol%) + C2H6 (57.1 mol%) 하이드레이트의 격자 파라미터는 93 K (a = 11.820 (41) Å)에서 측정된 순수 CH4 하이드레이트의 격자 파라미터보다 상당히 컸다. sI hydrate is more include C 2 H 6 molecules because it has a larger molecular size than CH 4 CH 4 (42.9 mol% ) + C 2 lattice parameter of the H 6 (57.1 mol%) hydrate is 93 K (a = Significantly larger than the lattice parameter of pure CH 4 hydrate measured at 11.820 (41) iii).

같은 맥락에서, CH4 (69.4 mol%) + C2H6 (30.6 mol%) 하이드레이트의 격자 파라미터는 90 K에서 측정된 CH4 (82.0 mol%) + C2H6 (18.0 mol%)의 격자 파라미터보다 약간 컸다. (a = 17.107 (2) Å) 따라서, CH4 및 C2H6 대신에 H2의 분자 클러스터를 저장하는 것은 격자 파라미터의 변화와 관련 된다.In the same vein, the lattice parameter of CH 4 (69.4 mol%) + C 2 H 6 (30.6 mol%) hydrate is the lattice of CH 4 (82.0 mol%) + C 2 H 6 (18.0 mol%) measured at 90 K. Slightly larger than the parameter. Thus, storing molecular clusters of H 2 instead of CH 4 and C 2 H 6 involves a change in lattice parameters.

도5는 각각 sI와 sII 하이드레이트의 싱크로트론 XRD 패턴의 24에서 36 °까지 확대된 영역을 나타낸다.FIG. 5 shows an enlarged region from 24 to 36 ° of the synchrotron XRD pattern of sI and sII hydrates, respectively.

도 5a는 싱크로트론 XRD 패턴의 좌측으로의 피크 시프트를 보여주며 512 케이지에 포함된 H2의 양이 H2의 두 배 포집으로 증가함에 따라 더 큰 격자 파라미터 (0.471 % 증가)를 나타낸다.Figure 5a shows the peak shift to the left of the synchrotron XRD pattern shows a larger lattice parameter (increased 0.471%) as the amount of H 2 contained in the cage 512 increases to twice the absorption of H 2.

정확한 격자 매개 변수는 혼합된 CH4 (37.2 mol%) + C2H6 (41.7 mol%) + H2 (21.1 mol%) 하이드레이트 (케이스 II)에 대해 a = 11.935 (19)이고, 혼합 CH4 (32.5mol%) + C2H6 (56.5mol%) + H2 (11.0mol%) 하이드레이트 (케이스 I)에 대해 a = 11.879 (15) Å이었다.The exact lattice parameters are a = 11.935 (19) for mixed CH 4 (37.2 mol%) + C 2 H 6 (41.7 mol%) + H 2 (21.1 mol%) hydrate (case II), mixed CH 4 (32.5 mol%) + C 2 H 6 (56.5 mol%) + H 2 (11.0 mol%) hydrate (case I) for a = 11.879 (15) ms.

그러므로, CH4와 C2H6의 도움으로 타이트한 512 케이지에서 두 개의 H2 포집율은 sI 하이드레이트에서 현저한 케이지 확장을 유도 할 수 있다.Therefore, two H 2 capture rates in tight 5 12 cages with the help of CH 4 and C 2 H 6 can lead to significant cage expansion in the sI hydrate.

도 5b는 다수의 H2 분자에 의해 야기되는 작은 피크 시프트 (0.041 % 증가)를 나타내고, 정확한 격자 파라미터는 혼합된 CH4 (60.4 mol%) + C2H6 (17.2 mol%) + H2 (22.4 mol%) 하이드레이트 (케이스 IV)에 대해 a = 17.155 (83)와 혼합된 CH4 (64.3 mol%) + C2H6 (20.2 mol%) + H2 (15.5 mol%) 하이드레이트 (케이스 III)에 대해 a = 17.148 (44)이다.FIG. 5B shows a small peak shift (0.041% increase) caused by multiple H 2 molecules, with the correct lattice parameters being mixed CH 4 (60.4 mol%) + C 2 H 6 (17.2 mol%) + H 2 ( 22.4 mol%) CH 4 (64.3 mol%) + C 2 H 6 (20.2 mol%) + H 2 (15.5 mol%) hydrate (case III) mixed with a = 17.155 (83) for hydrate (case IV) For a = 17.148 (44).

계산된 변수는 보고된 격자 파라미터인 THF 하이드레이트 (a = 17.130Å)의 작거나 큰 케이지 (a = 17.047Å)에서 여러 개의 H2 포집을 갖는 순수한 H2 하이드레이트의 것보다 높았다. 그러므로, 메탄과 에탄의 기체 상 가장 극한 분자를 포함시키면 sII 하이드레이트에서 여러 개의 H2 포집에 대해 더 큰 케이지 크기를 제공하도록 하이드레이트 케이지 치수를 조정할 수 있다.The calculated parameter was higher than that of pure H 2 hydrate with several H 2 captures in the small or large cage (a = 17.047 ms) of the reported lattice parameter THF hydrate (a = 17.130 ms). Therefore, the inclusion of the most extreme molecules in the gas phase of methane and ethane allows the hydrate cage dimensions to be adjusted to provide larger cage sizes for several H 2 captures in sII hydrates.

결과적으로, 본 발명은 액체 유기 촉진제 대신 천연 가스 (주로 CH4 + C2H6)의 기체 상 co-guest의 종(species)을 포집하여 포접 화합물의 수소화물에 수소를 저장할 수 있다.As a result, the present invention can capture hydrogen in the hydrides of the clathrate compounds by trapping gaseous co-guest species of natural gas (mainly CH 4 + C 2 H 6 ) instead of liquid organic promoters.

상기에서 혼합된 CH4 + C2H6 + H2 하이드레이트를 형성하는 세 가지 다른 접근법은 적절한 압력과 온도 조건에서 워터 케이지(water cages)에 수소 분자를 수용 할 수 있다 (총 압력은 263.15K에서 9MPa, H2의 부분 압력은 약 3MPa).Three different approaches to forming the mixed CH 4 + C 2 H 6 + H 2 hydrates above can accommodate hydrogen molecules in water cages at appropriate pressure and temperature conditions (total pressure at 263.15K). 9 MPa, the partial pressure of H 2 is about 3 MPa).

수소 분자가 하이드레이트 격자의 형성에 참여할 때, CH4와 C2H6는 하이드레이트 케이지 치수를 조정하여 sI 하이드레이트의 512 케이지에서 두 개의 H2 포집 및 sII 하이드레이트의 512 개 및 51264 케이지에서 두 개 및 세 개 이상의 H2 포집이 가능하다.When the hydrogen molecule take part in formation of the hydrate lattice, CH 4 and C 2 H 6 is two H 2 512 of the collector and sII hydrate in 512 cages sI hydrate by adjusting the hydrate cage dimensions and one 5 12 64 Cage Two and three or more H 2 captures are possible at.

또한, 혼합 하이드레이트의 격자 파라미터는 동일한 공급 가스 조성으로도 합성 경로에 크게 의존하며, 조정된 하이드레이트의 팽창된 격자는 케이지 당 두 개 또는 세 개 이상의 H2 포집을 통해 총 수소 저장량을 증가시킬 수 있다.In addition, the lattice parameters of the mixed hydrates are highly dependent on the synthesis route, even with the same feed gas composition, and the expanded lattice of the adjusted hydrates can increase the total hydrogen storage through the capture of two or three H 2 per cage. .

한편, 본 발명은 에너지 효율적인 가스 저장 재료뿐만 아니라 수소 천연 가스 혼합물(예: Hythane®, HCNG (수소 및 CNG 혼합물))을 활용하는 스마트 플랫폼에도 적용될 수 있다.On the other hand, the present invention can be applied not only to energy efficient gas storage materials but also to smart platforms utilizing hydrogen natural gas mixtures such as Hythane®, HCNG (hydrogen and CNG mixtures).

따라서, 혼합가스 하이드레이트의 합성 경로를 설계함으로써 목표 수소 함량을 가진 새로운 대체 에너지 원으로 사용될 수 있다.Thus, by designing the synthesis route of the mixed gas hydrate, it can be used as a new alternative energy source with the target hydrogen content.

도 6을 참조하면, (a)는 수소 - 천연 가스가 생산과 공급의 과정을 도시하였고, (b)는 인위적으로 합성된 수소 - 천연 가스 하이드레이트가 도시되며, (c)는 화학물 없이 수소 - 천연 가스 혼합물을 방출하는 액체 물에서 수소-천연 가스 하이드레이트의 해리가 도시된다.Referring to FIG. 6, (a) shows a process of hydrogen-natural gas production and supply, (b) shows artificially synthesized hydrogen-natural gas hydrate, and (c) shows hydrogen without chemicals- Dissociation of hydrogen-natural gas hydrate in liquid water releasing a natural gas mixture is shown.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention.

Claims (8)

주체분자로 구성된 얼음분말을 가압용기에 넣고 가압하는 단계;
상기 얼음분말에 객체분자로 구성된 기체상태의 혼합가스를 주입하는 단계; 및
상기 주체분자가 형성한 동공에 상기 객체분자가 포집되어 저장되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.
Putting the ice powder composed of the main molecule into a pressurized container and pressurizing it;
Injecting a gaseous mixed gas composed of object molecules into the ice powder; And
Collecting and storing the object molecules in the pupil formed by the main molecule;
Hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합가스는 메탄 및 에탄으로 구성된 천연가스와 수소로 이루어진 가스가 혼합된 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.The method of claim 1, wherein the mixed gas is a hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen, characterized in that a mixture of a natural gas consisting of methane and ethane and a gas consisting of hydrogen. 제 2 항에 있어서, 상기 메탄 및 에탄은 상기 주체분자에 의해 형성된 빈 동공의 각각에 상기 수소의 분자가 다수개 포집되어 저장되도록 열역학적 안정제 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.The method of claim 2, wherein the methane and ethane to store the natural gas and hydrogen, characterized in that to act as a thermodynamic stabilizer to collect and store a plurality of molecules of hydrogen in each of the empty pores formed by the main molecule Hydrate manufacturing method. 제 3 항에 있어서, 상기 수소는 상기 메탄 및 에탄의 열역학적 안정제 역할을 통해, 263K 이상의 온도와 9Mpa이하의 압력에서 상기 빈 동공에 포집 및 저장되는 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.4. The hydrate manufacturing method of claim 3, wherein the hydrogen is collected and stored in the empty pupil at a temperature of 263 K or higher and a pressure of 9 Mpa or lower through a thermodynamic stabilizer of the methane and ethane. Way. 제 4 항에 있어서, 상기 주체분자는 상기 객체분자와 포집되도록 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조로 형성된 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.5. The method of claim 4, wherein the main molecule is formed of a first lattice structure and a second lattice structure so as to be collected with the object molecules. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 격자구조는 두 개의 수소분자가 포집되고, 제 2 격자구조는 두 개의 수소분자 또는 세 개 이상의 수소분자가 포집되는 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.6. The hydrate of claim 5, wherein the first lattice structure collects two hydrogen molecules, and the second lattice structure collects two hydrogen molecules or three or more hydrogen molecules. Manufacturing method. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 격자구조 및 제 2 격자구조는 상기 객체분자와의 포집을 통해 격자구조의 치수가 조정되고, 상기 격자구조의 치수 조정을 통해, 다수의 수소분자와 포집가능한 것을 특징으로 하는 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법.The method of claim 6, wherein the first lattice structure and the second lattice structure is the size of the lattice structure is adjusted through the collection with the object molecules, and through the dimensioning of the lattice structure, it is possible to collect a plurality of hydrogen molecules Hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen, characterized in that. 제 1 항 내지 제 7항에 따른, 천연가스 및 수소를 저장하는 하이드레이트 제조방법이 공장, 가정 또는 차량에 이용가능한 에너지원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 하이드레이트를 원료로 하는 에너지원.An hydrate-based energy source according to claim 1, wherein the hydrate manufacturing method for storing natural gas and hydrogen is used as an energy source available for use in factories, homes or vehicles.
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