수소불화탄소 및 수소염화불화탄소 냉매(R-134a, R-227ea, R-236fa, R-141b)를 이용한 가스 하이드레이트 형성에 관한 계산화학적 해석

김경민; 안혜영; 임준혁; 이제근; 원용선

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김경민 (국립부경대학교 화학공학과) 안혜영 (국립부경대학교 화학공학과) 임준혁 (국립부경대학교 화학공학과) 이제근 (국립부경대학교 환경공학과) 원용선 (국립부경대학교 화학공학과)

저널정보: 한국화학공학회 화학공학 화학공학 제55권 제5호

발행연도: 2017.1

수록면: 704 - 710 (7page)

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가스 하이드레이트 형성원리를 이용한 해수담수화는 이미 상용화된 역삼투 방식에 비하여 아직 실증화 단계이지만 그 공정이 비교적 단순하고 특히 냉매를 객체가스로 사용할 경우 아주 낮은 공정 온도가 필요하지 않아 에너지 소비량(thermal budget)이 향상될 가능성이 있기 때문에 여전히 많은 관심을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 수소불화탄소(HFC, hydrofluorocarbon) 및 수소염화불화탄소(HCFC, hydrochlorofluorocarbon) 계열의 냉매들을 객체가스로 한 가스 하이드레이트 형성 거동을 에너지적인 관점에서 해석하고자 하였고 이를 위해 밀도 범함수(DFT, density functional method) 이론을 기반으로 한 분자모델링을 도입하였다. 객체가스(guest gas)로 R-134a, R-227ea, R-236fa, R-141b를 선정하였으며 계산을 위하여 물 분자로 이루어진 $5^{12}$, $5^{12}6^2$, $5^{12}6^4$의 세가지 구조의 동공들(cavities)을 구성하였다. 동공, 객체가스, 그리고 객체가스가 삽입된 동공의 구조를 분자모델링을 이용하여 각각 최적화하였고 계산된 각 구조의 에너지로부터 동공과 객체가스의 결합에너지(binding energy)를 계산하였다. 마지막으로 결합에너지를 비교함으로써 어느 냉매가 가장 유리한 조건에서 가스하이드레이트를 형성할 지를 판단하였다. 결과적으로 R-236fa가 가장 자발적(spontaneous)으로 가스 하이드레이트를 형성할 것으로 예상되었고 사람에 대한 낮은 독성과 물에 대한 작은 용해도 측면에서도 가장 적절한 선택으로 평가되었다.

#Gas hydrate #Hydrofluorocarbon #HFC) #Hydrochlorofluorocarbon #HCFC) #R-134a #R-227ea #R-236fa #R-141b #Density functional method #DFT)

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