高圧下のハイドレートにおけるCH_4とCO_2ゲスト分子の交換反応

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近年,非在来型天然ガスの一種である深海堆積物中のメタンハイドレートが,新しいエネルギー資源として注目されている。また,地球温暖化ガスである二酸化炭素の隔離法として深海底に二酸化炭素ハイドレートとして固定する方法が検討されている。本研究では,深海底条件と等しい低温高圧下において生成させたメタンハイドレート中に二酸化炭素を圧入し,ハイドレート中のゲスト分子であるメタンを二酸化炭素に置換する反応の最適条件および速度を測定することを目的とした。はじめに,光学窓付き高圧セル,蒸気循環ポンプならびに高圧セル内のハイドレート生成・分解の観測用CCDカメラシステムなどから構成される実験装置を作成した。次に,二酸化炭素+水混合系におけるハイドレート生成条件を確認する実験を行った。この系についてはハイドレートを含む相平衡関係の実験データが豊富であるため,これらの文献情報に基づいて実験条件を設定した。その結果,磁気循環ポンプで二酸化炭素を循環させ気液混合を促進させることがハイドレート生成に必要であることが分かった。また,高圧セル内の気液界面近傍での温度測定よりハイドレート生成時の発熱現象を観測できた。ハイドレート生成における反応熱の測定はハイドレート内のゲスト分子交換反応の推進力を見積る上で非常に重要である。また,ハイドレート生成の経時変化を追跡したところ,最初に気液界面で,次に二酸化炭素リッチな液相,最後に水リッチな液相の順番にハイドレートが生成することが分かった。ハイドレート生成は,ハイドレート内部での水と二酸化炭素の拡散速度に依存すると思われるので,現在はハイドレート中での拡散速度の測定およびハイドレート生成条件下における溶液の粘度測定用の測定装置を製作中である。