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ハロゲン化テトラブチルアンモニウムセミクラスレートハイドレートは結晶中にゲスト分子が包接されていない空隙が存在し、ここに気体分子を包接することができるため混合ガス分離媒体として利用できる。セミクラスレートハイドレートの平衡物性や結晶構造はハロゲンの種類に依存して変化する。本研究では、ガス分離媒体として利用するためには三相平衡関係およびガス包接量を測定し、セミクラスレートハイドレートの分離性能について評価する。
臭化テトラブチルアンモニウム(TBAB)系では水素、窒素、二酸化炭素、メタン(二酸化炭素とメタンはほぼ等しい)の順に、塩化テトラブチルアンモニウム(TBAC)系では水素、窒素、メタン、二酸化炭素の順に、フッ化テトラブチルアンモニウム(TBAF)系では水素、二酸化炭素、窒素、メタンの順にそれぞれ三相平衡温度が上昇する。ただし、3.5MPa以上の圧力領域では、TBAF+二酸化炭素系の三相平衡温度はTBAF+水素系より低くなる。二酸化炭素とフッ素イオンが反応することでフッ化二水素が発生し、ハイドレートの生成を阻害することが原因である。
ハイドレート単位体積あたりのガス包接量は、メタンについてはTBAF系、TBAC系、TBAB系の順に高くなり、二酸化炭素についてはTBAB系とTBAC系がほぼ等しくTBAF系は低い。窒素と水素の包接量はいずれの系についても、本研究の圧力範囲ではほとんど差がない。ガス包接量はTBAB系がいずれのガスについても最も高い。なお、エタンはいずれの系にも包接されなかったため、空隙径はエタンの分子径よりも小さく、エタンより大きい分子は包接されない。
以上の結果より、メタンと二酸化炭素を分離する場合以外はTBAB系が、メタン+二酸化炭素ガスの場合は低圧力範囲ではTBAC系が適していると結論できる。
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