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Thermodynamic and kinetic properties of CO2 hydrates and their applications in CO2 capture and separation
Journal of Environmental Chemical Engineering ( IF 7.4 ) Pub Date : 2023-09-08 , DOI: 10.1016/j.jece.2023.110933
Youngki Lee , Hyeonjin Kim , Wonhyeong Lee , Dong Woo Kang , Jae W. Lee , Yun-Ho Ahn
Journal of Environmental Chemical Engineering ( IF 7.4 ) Pub Date : 2023-09-08 , DOI: 10.1016/j.jece.2023.110933
Youngki Lee , Hyeonjin Kim , Wonhyeong Lee , Dong Woo Kang , Jae W. Lee , Yun-Ho Ahn
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The utilization of clathrate hydrates as a highly promising technology for CO2 capture and separation is the focus of this review paper. We present an in-depth exploration of hydrate-based CO2 capture technology, highlighting the use of various additives to enhance the performance of CO2 hydrate formation, as well as the separation and capture of CO2 from gas mixtures containing N2 /H2 /CH4 . By employing thermodynamic promoters, CO2 molecules can efficiently occupy hydrate cages under moderate temperature and pressure conditions, while kinetic promoters improve the kinetic properties of hydrate formation. Key performance indicators such as (normalized) gas uptake, t 90 , and separation factor are comprehensively discussed and summarized. Moreover, this review introduces additional applications of CO2 hydrates, such as their potential in cold energy storage due to their high heat of formation (∆H d ) of approximately 500 kJ/kg, surpassing that of ice at 333 kJ/kg. Additionally, we explore the advantages of the CH4 -CO2 replacement method, which offers an energy production alternative without the drawbacks of sediment subsidence and ecosystem destruction. Through a comprehensive review, we emphasize the potential of clathrate hydrates as a promising technology for CO2 capture and underscore the importance of further research in this area. Ultimately, CO2 hydrates represent a future direction for mitigating global warming.
中文翻译:
CO2 水合物的热力学和动力学特性及其在 CO2 捕集和分离中的应用
利用笼状水合物作为一种非常有前途的 CO2 捕获和分离技术是本综述论文的重点。我们深入探讨了基于水合物的 CO2 捕获技术,重点介绍了使用各种添加剂来提高 CO2 水合物形成的性能,以及从含有 N2/H2/CH4 的气体混合物中分离和捕获 CO2。通过使用热力学促进剂,CO2 分子可以在中等温度和压力条件下有效地占据水合物笼,而动力学促进剂则改善了水合物形成的动力学特性。全面讨论和总结了关键性能指标,如(归一化)气体吸收、t90 和分离因子。此外,本文还介绍了 CO2 水合物的其他应用,例如由于其约 500 kJ/kg 的高生成热 (∆Hd) 而超过了冰的 333 kJ/kg,因此它们在冷能储存方面的潜力。此外,我们还探讨了 CH4-CO2 替代方法的优势,该方法提供了一种能源生产替代方案,而没有沉积物沉降和生态系统破坏的缺点。通过全面回顾,我们强调了笼状水合物作为一种有前途的 CO2 捕获技术的潜力,并强调了在该领域进一步研究的重要性。归根结底,CO2 水合物代表了缓解全球变暖的未来方向。
更新日期:2023-09-08
中文翻译:

CO2 水合物的热力学和动力学特性及其在 CO2 捕集和分离中的应用
利用笼状水合物作为一种非常有前途的 CO2 捕获和分离技术是本综述论文的重点。我们深入探讨了基于水合物的 CO2 捕获技术,重点介绍了使用各种添加剂来提高 CO2 水合物形成的性能,以及从含有 N2/H2/CH4 的气体混合物中分离和捕获 CO2。通过使用热力学促进剂,CO2 分子可以在中等温度和压力条件下有效地占据水合物笼,而动力学促进剂则改善了水合物形成的动力学特性。全面讨论和总结了关键性能指标,如(归一化)气体吸收、t90 和分离因子。此外,本文还介绍了 CO2 水合物的其他应用,例如由于其约 500 kJ/kg 的高生成热 (∆Hd) 而超过了冰的 333 kJ/kg,因此它们在冷能储存方面的潜力。此外,我们还探讨了 CH4-CO2 替代方法的优势,该方法提供了一种能源生产替代方案,而没有沉积物沉降和生态系统破坏的缺点。通过全面回顾,我们强调了笼状水合物作为一种有前途的 CO2 捕获技术的潜力,并强调了在该领域进一步研究的重要性。归根结底,CO2 水合物代表了缓解全球变暖的未来方向。