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Optimizing Hydrate-Based CO2 Capture in Saline Environments Using Low-Dosage THF for Seawater Utilization

Korean Journal of Chemical Engineering · 2025-08-30EN · KOhydrate-based processesCO₂ capture & storagephase equilibria

Kang, Y., Ock, D., Lee, J., Lee, J., Mok, J., Go, W., Choi, W.*

* corresponding author

journal
Korean Journal of Chemical Engineering
published
2025-08-30
issn
1975-7220
IF (JCR 2025)
3.4
Rank (JCR 2025)
0.536
JIF quartile (JCR 2025)
Q2

Abstract

This study investigated the influence of low-dosage thermodynamic promoters on gas hydrate-based CO2 capture from CO2 + N2 mixtures in saline environments for offshore applications. Phase equilibria measured in the presence of 0.1 and 1.0 mol% tetrahydrofuran (THF) demonstrated that a small amount of THF mitigated the inhibition effect of NaCl. However, the promotion effect diminished with increasing pressure, possibly due to the transfer of a small fraction of THF molecules to the vapor phase at high pressure. Weight fractions calculated from Rietveld analysis revealed that low-dosage THF promoted sII hydrate formation, enhancing thermodynamic stability. Cage-dependent guest occupancy indicated that higher THF concentrations in solution decreased both CO2 selectivity and capacity, as N2 was preferentially captured in the small cages of sII hydrates. These findings provide insights into optimizing hydrate-based CO2 capture in offshore environments by balancing thermodynamic stability enhancement with CO2 separation efficiency.


본 연구는 해상 적용을 염두에 두고, 염수 환경의 CO₂+N₂ 혼합물로부터 가스 하이드레이트 기반 CO₂ 포집에 미치는 저농도 열역학적 촉진제의 영향을 조사하였습니다. 0.1 및 1.0 mol%의 테트라하이드로푸란(THF)이 존재하는 조건에서 상평형을 측정한 결과, 소량의 THF가 NaCl의 억제 효과를 완화함을 확인하였습니다. 그러나 압력이 증가함에 따라 촉진 효과는 감소하였으며, 이는 고압에서 일부 THF 분자가 기상으로 이동하기 때문일 수 있습니다. 리트벨트 분석으로 계산한 중량분율은 저농도 THF가 구조 II(sII) 하이드레이트 형성을 촉진하여 열역학적 안정성을 향상시킴을 보여주었습니다. 케이지 의존 게스트 점유율 분석에 따르면, 용액 내 THF 농도가 높아질수록 CO₂ 선택성과 포집 용량이 모두 감소하였고, 이는 N₂가 sII 하이드레이트의 소형 케이지에 선호적으로 포획되기 때문입니다. 이러한 결과는 열역학적 안정성 향상과 CO₂ 분리 효율의 균형을 통해 해양 환경에서 하이드레이트 기반 CO₂ 포집을 최적화하는 데 유용한 시사점을 제공합니다.

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