블로그

Jul 04, 2023

정상 및 과냉각 p에서 가압된 메탄의 흡수

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 136(2023) 이 기사 인용 676 액세스 1 Altmetric Metrics 세부 정보 액체의 과냉각은 다음에서 거의 연구되지 않는 특성을 초래합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 136(2023) 이 기사 인용

676 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

액체의 과냉각은 고압 조건에서 거의 연구되지 않는 특성을 초래합니다. 여기에서는 p-자일렌을 함유한 메탄의 정상 및 과냉각 액체 용액에 대한 표면 장력, 용해도, 확산도 및 부분 몰 부피를 보고합니다. 과중수소화된 p-자일렌(p-C8D10)과 비교를 위해 o-자일렌(o-C8D10)의 액체체가 7.0~30.0°C 범위의 온도에서 가압된 메탄(CH4, 최대 101bar)에 노출되어 관찰되었습니다. 비촉각 중성자 이미징 방법을 사용하여 높은 공간 해상도(픽셀 크기 20.3μm)에서. 과냉각은 메탄의 확산성과 부분 몰 부피를 증가시킵니다. 용해도와 표면 장력은 과냉각에 민감하지 않았으며 후자는 메탄 압력에 실질적으로 의존했습니다. 전반적으로, 중성자 이미징을 통해 액화 천연 가스 생산 시 동결과 관련된 압력 하에서 과냉각 액체 p-자일렌 메탄 용액에서 발생하는 여러 현상을 밝혀내고 정량화할 수 있었습니다.

녹는점 아래로 냉각된 액체는 일반적으로 분자 수준1,2,3,4,5,6의 동적 이질성으로 인해 발생하는 점도 및 확산도의 변화와 같은 독특한 물리적 특성을 나타냅니다. 에너지 장벽이나 자유 부피 부족으로 인해 분자의 열 이동이 느려집니다1,7,8,9. 수소 결합 및 방향족 고리 간의 상호작용과 같은 특정 상호작용이 포함될 수 있습니다. 예를 들어, o-, m-, p-자일렌과 같은 유기 화합물이 과냉각수 용액에서 휘발되기 때문에(헨리 상수가 증가함) 과냉각수에서 얼음 같은 클러스터가 형성된다는 가설이 세워졌습니다10. 물 외에도 특정 상호작용은 p-자일렌과 같은 다른 과냉각 액체의 특성에 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 실온에서 0.84 GPa에서 고체화되는 이 화합물은 13.5 GPa11에서 삼량체와 사량체를 형성하는 것으로 보고되었습니다. 따라서 과냉각 액체 p-자일렌의 분자 수준 이질성이 발생하고 자발적 응고에 관여할 것으로 예상할 수 있으며 열역학적 불안정성으로 인해 예측하기 어려운 특성이 있습니다.

p-자일렌의 높은 정상 녹는점(p-C8H10, 13.25 °C12)으로 인해 이 화합물은 액화 천연 가스(LNG) 생산 시 응축되어 과냉각되어 차가운 지점에 침전될 수 있습니다. 다른 자일렌 이성질체는 훨씬 덜 심각하며 일반적인 녹는점12은 − 25.17°C(o-C8H10) 및 − 47.85°C(m-C8H10)입니다. 그 외에도 p-자일렌은 다소 온화한 온도에서 과냉각 액체를 연구하기 위한 물 이외의 실용적인 테스트 화합물입니다. LNG 생산 시 BTEX 화합물(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌)의 응축은 낮은 허용 농도(< 1ppm13)로 인해 방지되지만, 이 연구는 LNG 처리 과정에서 냉점에서 발생하는 현상에 대한 더 나은 이해를 제공할 수 있습니다. 천연가스를 활용하고 일반 지식을 넓혀보세요.

최근 연구에서는 공존상의 구성을 설명하는 중요한 실험 데이터와 예측 모델이 보고되었으며13,14, 그리고 중요한 것은 메탄(CH4)과 p-자일렌(p-C8H10)으로 구성된 시스템에서 p-자일렌(p-C8H10)의 녹는점입니다. 14. 따라서 과냉각도는 순수한 p-자일렌뿐만 아니라 고압에서 메탄과의 혼합물에 대해서도 평가할 수 있습니다. 달성 가능한 과냉각은 일반적으로 실험 장치의 화학적 조성과 표면에 따라 달라집니다. 약 2°C의 과냉각은 4.35°C 및 225bar에서 메탄(CH4) 및 p-자일렌(p-C8H10) 용액에 대한 냉각된 구리 팁에서 p-자일렌 응고를 유도하는 것으로 보고되었습니다14. 응고가 유도된 문헌14과 달리, 우리는 열역학적으로 불안정한 과냉각 액체의 특성을 연구하는 것을 목표로 합니다.

밀도, 용해도, 음속, 열용량, 표면 장력 및 점도에 대한 실험 데이터는 지금까지 주로 물과 같은 여러 과냉각 액체에 대해 보고되었습니다3,10,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29. 과냉각수에 대한 음속 및 파생량에 대한 한 가지 조사를 제외하고 위의 연구는 대기압 근처에서 관찰된 데이터를 보고하거나 실험적 압력을 보고하지 않습니다. 고압 조건에서 액체를 연구하기 위한 일반적인 고처리량 방법은 진동관 밀도 측정, 펜던트 낙하 방법, 테일러 분산 방법, 모세관파 방법, 라만 분광법 및 핵 자기 공명을 활용하는 방법입니다30,31,32,33,34 ,35,36,37,38,39,40,41. 우리가 아는 한, 고압 하에서 과냉각 액체에 대한 사용에 대한 보고는 없습니다. 우리는 과냉각 액체의 특성을 연구하기 위해 이러한 방법이나 다른 방법을 적용할 수 있다는 것을 확실히 인정합니다. 예를 들어, 라만 분광법과 핵 자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance)은 관련 조건에서 천연 가스 수화물의 형성에 대한 연구에 사용되었습니다42,43. 이 연구에서 보여주듯이, 우리의 비촉각 단일 포트 중성자 이미징 방법44은 가압 가스에 노출된 과냉각 액체와 관련된 시스템을 연구하는 데 적용 가능합니다.