熱物質拡散場の光干渉測定によるガスハイドレート生成分解機構の研究

• Project/Area Number: 15760563
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 長島 和茂 明治大学, 理工学部, 助教授 (70339571)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2005: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2004: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: クラスレートハイドレート / 2層境界面 / 核形成 / THFハイドレート / 結晶成長 / 物質拡散 / 一方向凝固法 / 堆積物 / 塩分排出 / 二光束干渉法 / 拡散場

Research Abstract

海底メタンハイドレート資源開発やハイドレートの工業利用にとり、ガスと水の2層境界面におけるハイドレート生成挙動の理解が重要である。一般に、ハイドレート結晶の生成は、2層境界面における膜状の結晶の生成により結晶化物質の拡散が阻害されてしまうため、その速度論の解明にとって重要なファクターとなる。このため、モデル系として水とTHFを2液が分離した状態で融点下に維持した恒温セル内へ注入し、2液境界面におけるTHFハイドレートの生成挙動を観察した。
この結果、従来の研究が示したように、初めに境界面に沿って膜状のハイドレートが形成した。これは、結晶粒の大きなハイドレートから形成された。ところが、その後の成長は、膜厚の増大によるものではなく、膜近傍に於いて無数の結晶が核形成し、その結果として粒径の非常に小さい結晶からなる多結晶集団がゆっくりと雲のように湧き出て増大する事実を初めてとらえることに成功した。つまり、核形成頻度が成長速度を支配する重要なファクターであることを示した。さらに、水を着色することにより、膜を通じた2液の拡散過程の測定を行ったところ、結晶膜を通じて溶液が相互に拡散し、膜を通過した所から、核形成が生じることを示した。さらに、多結晶集団の増加率の過冷却度依存性の測定結果から、膜周辺の水とTHFの拡散過程と核形成による多結晶集団の増加率を定量的に明らかにした。
以上の研究により、ガスハイドレートの生成の速度論モデルを構築する上で重要な、2層境界膜近傍におけるハイドレート生成の微物理的な挙動を明確にした。

Research Products

• [Journal Article] Encapsulation of Saline Solution by Tetrahydrofuran Clathrate Hydrates and Inclusion Migration by Recrystallization (2005)
  • Author(s): Kazushige Nagashima, Suguru Orihashi, Yoshitaka Yamamoto, Masayoshi Takahashi
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B 109 Pages: 10147-10153
• [Journal Article] Draining of dense saline solution encapsulated by THF hydrate as liquid inclusions (2005)
  • Author(s): Kazushige Nagashima, Suguru Orihashi, Seiji Masuda, Tomoaki Rokugo, Yoshitaka Yamamoto
  • Journal Title: Proceedings of the Fifth International Conference on Gas Hydrates 1 Pages: 130-130
• [Journal Article] Periodical layer structure of THF hydrate lenses in porous media during directional growth (2005)
  • Author(s): Kazushige Nagashima, Masaki Nagamoto, Tempei Shimizu, Takahiro Suzuki, Yoshitaka Yamamoto
  • Journal Title: Proceedings of the Fifth International Conference on Gas Hydrates 2 Pages: 573-579
• [Journal Article] Encapsulation of Saline Solution by Tetrahydrofuran Clathrate Hydrates and Inclusion Migration by Recrystallization (2005)
  • Author(s): K.Nagashima, S.Orihashi, Y.Yamamoto, M.Takahashi
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B 印刷中
• [Journal Article] Draining of dense saline solution encapsulated by THF hydrate as liquid inclusions (2005)
  • Author(s): K.Nagashima, S.Orihashi, S.Masuda, T.Rokugo, Y.Yamamoto
  • Journal Title: Proceedings of the Fifth International Conference on Gas Hydrates in Trondheim, Norway, Jun 13-16 印刷中
• [Journal Article] Periodical layer structure of THF hydrate lenses in porous media during directional growth (2005)
  • Author(s): K.Nagashima, M.Nagamoto, T.Shimizu, T.Suzuki, Y.Yamamoto
  • Journal Title: Proceedings of the Fifth International Conference on Gas Hydrates in Trondheim, Norway, Jun 13-16 印刷中
• [Publications] K.Nagashima, Y.Yamamoto, M.Takahashi, T.Komai: "Interferometric observation of mass transport processes adjacent to tetrahydrofuran clathrate hydrates under nonequilibrium conditions"Fluid phase equilibria. 214 No.1. 11-24 (2003)