Summary
Vi beskriver en metod för att bilda gashydrat på sessile vattendroppar för att studera effekterna av olika hämmare, promotors och substrat på hydratkristall morfologin.
Abstract
Detta dokument beskriver en metod för att bilda metanhydratskal på vattendroppar. Dessutom ger det ritningar för en tryckcell som är klassad till 10 MPa arbetstryck, som innehåller ett stadium för sessila droppar, ett safirfönster för visualisering och temperatur- och tryckgivare. En tryckpump ansluten till en metangascylinder används för att trycksätta cellen till 5 MPa. Kylsystemet är en 37,85 L-tank som innehåller en 50% etanollösning som kyls via etylenglykol genom kopparspolar. Denna inställning möjliggör observation av temperaturförändringen i samband med hydratbildning och dissociation under kylning respektive depressurisering, samt visualisering och fotografering av de morfologiska förändringarna av droppen. Med denna metod observerades snabb hydratskalbildning vid ~-6 °C till -9 °C. Under trycksänkning observerades en temperatursänkning på 0,2 °C till 0,5 °C vid stabilitetskurvan för tryck/temperatur (P/T) på grund av exoterm hydratavsociation, vilket bekräftas av visuell observation av smältning i början av temperaturfallet. "Minneseffekten" observerades efter att ha undertryckt till 5 MPa från 2 MPa. Denna experimentella design möjliggör övervakning av droppens tryck, temperatur och morfologi över tid, vilket gör detta till en lämplig metod för att testa olika tillsatser och substrat på hydratmorfologi.
Introduction
Gashydrater är burar av vätebundna vattenmolekyler som fångar gästgasmolekyler via van der Waals interaktioner. Metanhydrater bildas under högtrycks- och lågtemperaturförhållanden, som förekommer i naturen i sedimentet under ytan längs kontinentala marginaler, under arktisk permafrost och på andra planetariska kroppar i solsystemet1. Gashydrater lagrar flera tusen gigaton kol, med viktiga konsekvenser för klimat och energi2. Gashydrater kan också vara farliga inom naturgasindustrin eftersom förhållanden som är gynnsamma för hydrater uppstår i gasledningar, vilket kan täppa till rören som leder till dödliga explosioner och oljeutsläpp3.
På grund av svårigheten att studera gashydrater på platsanvänds laboratorieexperiment ofta för att karakterisera hydrategenskaper och påverkan av hämmare och substrat4. Dessa laboratorieexperiment utförs genom odling av gashydrat vid förhöjt tryck i celler av olika former och storlekar. Ansträngningar för att förhindra gashydratbildning i gasledningar har lett till upptäckten av flera kemiska och biologiska gashydrathämmare, inklusive frostskyddsmedel (AFPs), tensider, aminosyror och polyvinylpyrrolidon (PVP)5,6. För att bestämma effekterna av dessa föreningar på gashydrategenskaper har dessa experiment använt olika fartygskonstruktioner, inklusive autoklaver, kristalliserare, omrörda reaktorer och gungceller, som stöder volymer från 0,2 till 106 kubikcentimeter4.
Den sessile droplet-metod som används här och i tidigare studier7,8,9,10,11,12 innebär att man bildar en gashydratfilm på en sessile droppe vatten inuti en tryckcell. Dessa fartyg är tillverkade av rostfritt stål och safir för att rymma tryck upp till 10-20 MPa. Cellen är ansluten till en metangascylinder. I två av dessa studier användes droppmetoden för att testa AFPs som gashydrathämmare jämfört med kommersiella kinetiska hydrathämmare (KHI), såsom PVP7,11. Bruusgard et al.7 fokuserade på hämmarnas morfologiska påverkan och fann att droppar som innehåller typ I-AFPs har en jämnare, glasaktig yta än dendritiska droppytan utan hämmare vid höga drivkrafter.
Udegbunam m.fl.11 använde en metod som utvecklats för att bedöma KHI i en tidigare studie10, som möjliggör analys av morfologi/ tillväxtmekanismer, jämviktstemperaturen/trycket mellan hydrat och flytande ånga och kinetik som en funktion av temperaturen. studerade ch4-CO2 ersättning genom att översvämma cellen med CO2 efter att ha bildat ett CH4 hydrat skal8. Observerade Ostwald mogning som hydrate skal bildar9. studerade CO2-hydratskal på olika mineralsubstrat12. Droppmetoden är en relativt enkel och billig metod för att bestämma den morfologiska effekten av olika föreningar och substrat på gashydrater och kräver små mängder tillsatser på grund av den lilla volymen. Detta dokument beskriver en metod för att bilda sådana hydratskal på en droppe vatten med hjälp av en rostfritt stålcell med ett safirfönster för visualisering, klassat upp till 10 MPa arbetstryck.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Designa, validera och bearbeta tryckcellen.
- Designa cellen så att den möjliggör direkt visualisering av hydratbildning från en vattendroppe. Se till att cellen har en huvudkammare med ett genomskinligt safirfönster och fyra portar för vätske-/gasinlopp, utlopp, ljus och ledningar(figur 1). Skapa den slutliga designen i teknisk designprogramvara(Kompletterande figur S1).
- För att kontrollera att tryckcellen är säker under högt tryck, gör en finit elementanalys med hjälp av simuleringsprogram.
- Mata in fullstor tryckcellsmodellen från den tekniska designprogramvaran i simuleringsprogramvaran.
- Tilldela en Youngs modulus på 400 GPa och en Poissons förhållande på 0,29 till safirfönstret.
- För alla delar i rostfritt stål, tilldela rostfritt stål 316 med en Youngs modulus på 190 GPa och Poissons förhållande på 0,27.
- På ett steg-för-steg-sätt applicerar du 0 till 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8, 9 och 10 MPa lufttryck på insidan av cellen(Kompletterande video S1 och kompletterande video S2). Behandla varje laststeg som ett statiskt problem genom att ignorera de tidsberoende termerna i de styrande ekvationerna och beakta endast elastisk deformation under trycksättning.
- Använd den direkta linjära ekvationslösaren i simuleringsprogramvara för att beräkna stressfördelningen och deformationen av cellen under olika tryckförhållanden(Kompletterande tabell S1 och kompletterande tabell S2).
- När tryckcellsdesignen har verifierats för att vara säker, låt alla delar bearbetas baserat på den tekniska designprogramvaran.
2. Montera tryckcellen (bild 1).
- Skruva fast de fyra npt-gängorna (National Pipe Tapered) i respektive portar på tryckcellen med rörmokarens tejp.
- Montera belysningsporten med ritningsdesignen(kompletterande figur S1,delar C, D och E) och anslut till den övre vänstra NPT-skruven.
- Anslut tryckgivaren till den övre porten NPT med gren tee-monteringen och portkontaktkopplingen.
- Anslut inloppsnålventilen i npt-skruven på vänster sida med hjälp av en portkopplingskoppling.
- Montera en trycktätningskontakt i tryckcellens högra sida. För in tre termoelementtrådar av K-typ genom trycktätningskontakten med 3" slack inuti cellen och 3' slack utanför cellen.
- Polera scenytan med sandpapper (Kompletterande figur S1, del F).
- Sätt in termoelementen i respektive hål i scenen så att spetsarna är i linje med toppen av scenen. Använd en liten droppe lim i varje hål för att fixera termoelementen på plats och låt dem torka.
- Montera akrylskivan på tryckcellens bakvägg för att förbättra ljusreflektionen. Montera scenen i tryckcellen.
- Installera safirfönstret.
- Applicera vakuumfett på två statiska tätnings-O-ringar (en 1" och en 1-1/5"). Montera O-ringarna i spåren runt fönsterhålet på tryckcellen.
- Sätt in safirfönstret. Täck safirfönstret med en 2-1/4" gummibricka och skruva på den rostfria brickan(Kompletterande figur S1,del B) med åtta M8 rostfria skruvar(bild 2C).
3. Montera utrustningen i en stor rökhuv(bild 2).
OBS: Eftersom metan är en brandfarlig gas under tryck, håll alla metanrelaterade slangar och kärl borta från värme, gnistor, öppen låga och heta ytor. Ställ in all utrustning i ett välventilerat område (t.ex. en rökhuv). Ta inte skyddsglasögon och labbrock innan du arbetar med metangas.
- Lyft försiktigt tryckpumpen i en rökhuv som är tillräckligt stor för att all utrustning ska passa(figur 2A). Placera pumpregulatorn ovanpå pumpbasen. Anslut pumpregulatorn till pumpen och anslut den till en eluttag.
- Kör ett högtrycksklassat 1/4" kopparrör från regulatorn på metangascylindern till rökhuven bredvid tryckpumpens inlopp(figur 2A,B).
- Placera dataloggern bredvid tryckpumpen och ställ in den bärbara datorn på dataloggern (bild 2A). Anslut båda till en strömskena. Anslut dataloggern till den bärbara datorn via dataloggern USB.
- På den bärbara datorn installerar du rätt programvara för att styra dataloggern, kameran och tryckgivaren på tryckcellen.
- Ställ akvariet bredvid dataloggern och placera icke-utlakningsstoppning i botten av akvariet för att begränsa vibrationer till tryckcellen (figur 2C).
- Med hjälp av ett nytt 1/4" kopparrör, spola kopparröret två gånger i en oval för att passa i akvariet, vilket lämnar utrymme för tryckcellen att sitta inuti (figur 2D). Se till att spolen inte blockerar safirfönstret i tryckcellen. Höj tryckcellen i akvariet för att se safirfönstret.
- Placera den cirkulerande kylaggregatet på golvet nära rökhuven(figur 2A). Fyll kylaggregatet med 50/50 v/v etylenglykol/vatten.
OBS: Eftersom etylenglykol är farligt, använd lämpliga skyddskläder, inklusive handskar, labbrock och skyddsglasögon när du häller. - Skär två längder av en 3/8" (innerdiameter) plaströr för att ansluta kylaggregatets inlopp och utlopp till kopparrörets ändar i akvariet. Se till att skumrörsisoleringen får plats innan du skär.
- Skjut plastslangen genom skumrörsisoleringen.
- Anslut de isolerade plastslangarna från inloppet och utloppet på den cirkulerande kylaggregatet till kopparspolens ändar inuti akvariet. Fäst tätningarna genom att linda rörmokarens tejp runt metalldelarna och dra åt anslutningarna med slangklämmor för maskdrivning. Slå på kylaggregatet och ställ in det så att det cirkulerar med hög hastighet. Se till att det inte finns några läckor.
- Applicera undervattenstätningsmedel runt kopparspolen/plaströranslutningarna inuti akvariet. Låt tätningsmedlet härda. Linda tätningsmedlet med silvertejp.
- Montera tryckpumpsrör(bild 2E).
OBS: Dra alltid åt handanslutningarna innan du använder verktyg och lossa aldrig NPT-anslutningarna med rörmokarens tejp eftersom de inte kommer att täta igen.- Installera ett 1/8" rostfritt stålrör på vardera sidan av tryckpumpen med företagets beslag som följde med pumpen med rörmokarens tejp(bild 2F).
- Med en rörbändare böjer du 1/8" röret framåt i 90° vinkel, cirka 2" från pumpen, för att undvika böjning vid anslutningen.
- Böj 1/8" röret nedåt i 90° vinkel, ungefär 2" från den första böjen med en rörbändare.
- Fäst 1/8" till 1/4" adapterkoppling på 1/8" rör på båda sidor(figur 2G).
- Fäst 1/4" rör på adaptermontering på båda sidor.
OBS: För att fästa ventilen på sidan av pumpen, trimma 1/4" slangen så att den bifogade ventilen sitter bredvid de två skruvhålen. - Installera 1/4" nålventiler(bild 2H). Vid ansättning av ventiler på tryckpumpen, bearbeta en stål- eller plastplatta med två 1/16" hål för skruvar och ett 1/2" hål för att säkra mellan nålventilanslutningarna. Sätt in plattan mellan ventilanslutningarna och skruva fast plattan på sidan av pumpen.
OBS: Se till att pilarna på nålventilerna pekar från högt tryck (inuti tryckpumpen) till lågt tryck (utanför tryckpumpen). - Anslut ena änden av den 1/4" flätade flexibla tryckklassade slangen i rostfritt stål till utloppsventilen på tryckpumpen och den andra änden till tryckcellens sidoventil.
- Anslut termoelement från tryckcellen till dataloggerkanaler med hjälp av dataloggerns flerkanal. Anslut en extra termoelementtråd för att mäta temperaturen på tanklösningen och sätt den andra änden i tanken.
- Anslut tryckgivaren på tryckcellen till den bärbara datorn.
- Ställ in tryckcellen inuti akvariet, nära framsidan, för tydligare avbildning.
- För att isolera akvariet, linda utsidan av akvariet med foliefodrad glasfiber, med ett hål / slits för kameran för att se safirfönstret i tryckcellen. Täck toppen av akvariet med isolerande material för att förhindra avdunstning under experiment.
OBS: Undvik att tätt försegla akvarietoppen för att undvika ansamling av värme från ljuskällan. - För att förhindra kondensering av fuktig luft på akvariet, kör plaströr från närmaste luftventil till framsidan av akvariet där kameran kommer att peka så att slangen inte kommer att vara synlig i fotografierna.
- Ställ in ljuskällan bredvid akvariet och anslut den till strömremsan.
- Ställ kameran framför akvariet, med linsen som pekar mot safirfönstret. Anslut kameran till den bärbara datorn och strömremsan.
- Lyft all elektronik från huvens yta för att förhindra potentiella läckageskador. Dubbelkolla att strömmen är fördelad för uttagens effektkapacitet.
4. Läckagetesta tryckcellen med vatten.
OBS: För att säkerställa att alla anslutningar var ordentligt förseglade, läckagetesta tryckcellen med vatten varje gång cellen har monterats ihop igen, särskilt efter att NPT-skruvarna kopplats bort. Detta är inte nödvändigt efter att safirfönstret eller toppventilen har tagits bort. Vatten är säkrare under tryck än gas.
- Öppna tryckgivareprogramvaran på den bärbara datorn och börja samla in data med ett skanningsintervall på 1 s.
- Slå på tryckpumpen och styrenheten. Tryck på pump A på tryckpumpsregulatorn för att övervaka trycket.
- Om det finns tryck i pumpen, minska trycket genom att trycka på Refill på tryckpumpsregulatorn medan både pumpens inlopps- och utloppsventiler fortfarande är stängda.
- Med båda tryckcellsventilerna öppna öppnar du pumputloppsventilen något med ~1/16" för att långsamt släppa det återstående trycket.
- Om det är anslutet, koppla bort 1/4" kopparröret från inloppsventilen på tryckpumpen.
- Fäst 1/4" flexibel slang på pumpens inloppsventil med en mutter och ferruleuppsättning. Placera slangens ände i en liter vatten.
- Stäng pumpens utloppsventil och öppna pumpens inloppsventil.
- Tryck på Refill på tryckpumpsregulatorn för att fylla pumpkolven med vatten.
- Ställ tryckcellen i en grund tom behållare utanför akvariet.
- Rensa ut luften ur tryckcellen tills vatten kommer ut ur den övre porten och fyller tryckcellen helt.
- Stäng pumpens inloppsventil och öppna pumpens utloppsventil.
- Se till att ventilerna på tryckcellen fortfarande är öppna.
- Ställ in det maximala (max) flödet på 100 ml/min: tryck på Gränserpå tryckpumpsregulatorn; tryck 3 för maximalt flöde; Tryck på 1 för att ställa in maximalt flöde; slag i 100; tryck på Retur.
- Tryck på D för att nå föregående sida.
- Ställ in konstant flödeshastigheten på 100 mL/min: tryck på Const Flowpå tryckpumpsregulatorn; Tryck på A för flöde. slag i 100; tryck på Retur. Tryck på Kör.
- Om vatten inte kommer ut eller om volymen i kolven är otillräcklig, fyll på kolven igen genom att stänga pumpens utloppsventil, öppna pumpens inloppsventil med slangar i vatten och tryck på Refill. Rensa sedan ut luften genom att stänga pumpens inloppsventil, öppna pumputloppsventilen, ställa in flödeshastigheten på 100och trycka på Run.
- När vatten kommer ut ur tryckcellens övre port, kontrollera om det finns läckor och dra åt eventuella läckande anslutningar. Tryck på Stopp. Stäng tryckcellsutloppsventilen (övre) .
- Tryck tryck på tryckcellen.
OBS: Använd skyddsglasögon innan tryck på tryckcellen.- Ställ in maxflödesgränsen på 10 ml/min för att förhindra snabb trycksättning av cellen: tryck på Gränserpå tryckpumpsregulatorn ; tryck 3 för maximalt flöde; Tryck på 1 för att ställa in maximalt flöde; slag i 10; tryck på Retur.
- Tryck på cellen till 100 kPa: tryck på Tryckpumpsregulatorn genom att trycka på Const Press; tryck på A; slag i 100; tryck på Retur. Tryck på Kör.
- Kontrollera om det finns läckor. Om det finns en läcka, tryck på Stopp på pumpregulatorn, dra åt de läckande komponenterna, tryck på Köroch upprepa tills det inte finns några läckor vid 100 kPa. Se till att det inte finns några läckor genom att stänga pumputloppsventilen och övervaka tryckcellens tryck i tryckgivarens programvara.
OBS: Om trycket minskar konsekvent och inte är normalt fluktuationer på grund av rumstemperaturvariation finns det en läcka. - Öka trycket i steg om 50 kPa från 100 kPa till 500 kPa, sedan i steg om 100 kPa från 500 kPa till 1 000 kPa och slutligen i steg om ~1 000 kPa från 1 000 kPa till ~10 000 kPa. Gör detta genom att ändra inställningen Const Press som tidigare. Mellan tryckinställningarna stänger du pumpens utloppsventil och övervakar cellens tryck som tidigare för att säkerställa att trycket är konstant. Om trycket sjunker, dra försiktigt åt de läckande komponenterna.
- När du når 10 000 kPa stänger du pumputloppsventilen och observerar hur väl tryckcellen håller trycket enligt tryckgivaren. Som en konsekvent trycksänkning indikerar en läcka, dra åt anslutningarna vid ett lägre tryck, ~ 1000 kPa.
- För att trycksätta, öppna pumpens utloppsventil och ställ in trycket på 100 kPa. När tryckplatån är något öppna tryckcellens utloppsventil.
- För att ta bort vatten från tryckpumpen, stäng pumpens inloppsventil, ändra maxflödet och Const Flow-inställningarna till 100 ml/minoch tryck på Kör tills pumpen är tom.
- Koppla bort 1/4" flexibla slangar från pumpinloppet. Koppla bort den flätade slangen i rostfritt stål från tryckcellen. Öppna båda ventilerna och töm vattnet. Ta bort safirfönstret så att cellen kan torka helt.
5. Forma ett metanhydratskal på droppytan.
- Förbered utrustningen.
- Anslut metancylindrigaregulatorn till pumpen med 1/4" kopparrör med en ny mutter- och ferruleuppsättning. Se till att gasflaskan är stängd.
- Öva på droppinsättningsteknik.
- Limma en flexibel spets, såsom IV-slangar, skär i en vinkel till slutet av kanylen för att hjälpa till att rikta droppen mot safirfönstret. Fäst en 1 ml-spruta på kanylen och dra in önskad volym avjoniserat vatten (~50-300 μL). Utan nålventilen eller safirfönstret fäst, sätt in kanylens ände i den övre porten och öva på att driva ut droppen i mitten av scenen. Efter att ha övat droppinsättning, ta bort droppen och torka scenen.
OBS: I detta protokoll togs 250 μL avjoniserat vatten in i sprutan.
- Limma en flexibel spets, såsom IV-slangar, skär i en vinkel till slutet av kanylen för att hjälpa till att rikta droppen mot safirfönstret. Fäst en 1 ml-spruta på kanylen och dra in önskad volym avjoniserat vatten (~50-300 μL). Utan nålventilen eller safirfönstret fäst, sätt in kanylens ände i den övre porten och öva på att driva ut droppen i mitten av scenen. Efter att ha övat droppinsättning, ta bort droppen och torka scenen.
- Sätt tillbaka safirfönstret och brickorna med M8-skruvar. Anslut den flätade rostfria slangen från tryckpumpen till tryckcellen och dubbelkolla att alla anslutningar från gascylindern till tryckcellen är täta. Öppna tryckcellens inloppsventil (sidoventil) och ställ in tryckcellen i akvariet. Sätt in en fiberoptisk ljuskabel i tryckcellens belysningsport.
- Tillsätt 50/50 etanol/vatten (v/v) till akvariet tills det är i nivå med toppen av tryckcellen, strax under ljuskällans anslutning. Se till att huvflödet är påslaget. När lösningsnivån faller före framtida försök under de följande veckorna, tillsätt mer etanol. Byt ut lösningen varje månad.
- Ställ in kylaggregatet på den temperatur som uppnår ~0 °C till 3 °C inuti cellen (~-4 °C) och börja cirkulera genom spolar. Slå på luftflödet på akvariet för att förhindra kondens på akvarieytan.
- Starta en temperaturlogg i dataloggerprogramvaran. Ställ in skanningsintervallet på 30 s. Vänta tills temperaturen inuti tryckcellen är stabil vid 2 °C (~6-24 h).
- Lägg till en vattendroppe i tryckcellen med kameravyn på den bärbara datorn.
- Slå på ljuskällan till ~80%. Öppna kameraprogramvaran. I realtid fokuserar du kameralinsen på cellens inre kammare. Justera ljuskällan för bästa avbildning.
- Starta en ny temperaturlogg med ett skanningsintervall på 1 s.
- Om den är fastsatt, lossa utloppsnålventilen i tryckcellens övre port. Fäst en 1 ml-spruta på kanylen och dra in önskad volym avjoniserat vatten (~50-300 μL).
OBS: I detta protokoll drogs 250 μL avjoniserat vatten in i sprutan. - Sätt in kanylen genom den övre porten tills spetsen är synlig i kameraprogramvaran i livevisningsläge. Utstöt vätskedroppen från sprutan över den centrala termoelementet. Sätt tillbaka nålventilen.
- Fokusera kameran på droppen i tryckcellen. Påbörja tidsfördröjning avbildning var ~60 s.
- Öppna tryckgivareprogramvaran på den bärbara datorn och börja samla in data på diagrammet och dataloggen med ett skanningsintervall på 1 s (samma som temperaturskanningsintervallet). Vänta tills dropptemperaturen är stabil mellan 0-3 °C.
- Tryck tryck tryck på tryckcellen till önskat tryck.
OBS: Ta på dig skyddsglasögon innan du sätter tryck på cellen.- Slå på pumpen och styrenheten. Stäng tryckpumpens inloppsventil.
- Öppna pumpens utloppsventil och tryckcellens ventiler.
OBS: Tryckcellens inloppsventil ska alltid vara öppen. - Ta pumptrycket genom att trycka på Zero på tryckpumpsregulatorn. Välj Pump A på tryckpumpsregulatorn för att övervaka trycket.
- Se till att tryckpumpen är tom om en annan vätska än metangas fanns i pumpen. Gör detta genom att ställa in maxflödet och Const Flow på 100 mL/min och trycka på Kör. Låt den vara igång tills pumpen är tom. Stäng pumpens utloppsventil och öppna pumpens inloppsventil.
- Öppna gasflaskan och ställ in gascylindriga regulatorn på 1 000 kPa.
- Tryck på Refill på tryckpumpsregulatorn. När pumpen är full och nära 1 000 kPa stänger du pumpens inloppsventil och gasflaskan.
- Lätt öppen (~1/16" sväng) pumputloppsventilen till cellen. Övervaka tryckcellstrycket i tryckgivareprogramvaran eftersom trycket kan minska på grund av den relativt lägre temperaturen i tryckcellen.
- Ställ in maxflödet på 10 ml/min:tryck på Gränserpå tryckpumpsregulatorn; tryck 3 för maximalt flöde; Tryck på 1 för att ställa in maximalt flöde; slag i 10; tryck på Retur.
- Ställ in maxtrycket på 5 000 kPa: tryck på Gränserpå tryckpumpsregulatorn; Tryck på 1; slag i 5000; tryck på Retur.
- Ställ in det konstanta trycket på 1 000 kPa: på tryckpumpsregulatorn trycker du på Const Press; tryck på A; slag i 1000; tryck på Retur. Tryck på Kör.
- När 1 000 kPa har uppnåtts trycker du på Stopp på pumpregulatorn och stänger pumpens utloppsventil. Övervaka trycket i tryckcellen för att säkerställa att det inte finns några läckor. Om trycket sjunker, använd vätskeläckagedetektorn för att hitta läckan vid anslutningarna och dra försiktigt åt de läckande komponenterna.
- Om cellen är stabil öppnar du pumputtaget och ställer in Const Press på 2 000 kPa. Tryck på Stopp och övervaka. Om stabil på 2 000 kPa, ställ in Const Press på 3 000 kPa. Tryck på Stopp och övervaka. Om stabil vid 3 000 kPa, ställ in Const Press på 4 000 kPa. Tryck på Stopp och övervaka. Om stabil på 4 000 kPa, ställ in Const Press på 5 000 kPa. Tryck på Stopp och övervaka.
- Om trycket är stabilt, stäng pumputloppet.
OBS: Om pumpvolymen tar slut stänger du pumputtaget och öppnar pumpinloppet något. Öppna långsamt gasflaskan och ställ in gasregulatorn på 1 000 kPa. Tryck på Refill på pumpregulatorn. När pumpen är påfylld stänger du gasflaskan och pumpinloppet. Tryck på pumpen så att den matchar tryckcellstrycket. - Vänta på ~12-24 h tills gasen ska tränga igenom droppen.
- Nukleera hydratskalet med torris.
- Byt tidsfördröjning för att ta bilder var 2-5: e.
- Tillsätt torr is till toppen av cellen tills hydratskalet ses i tidsfördröjning. Om den torra isen glider, fäst tejpen runt cellens överkant.
- Observera utvecklingen av metanhydratbildningen genom timelapse-bilder för ~ 2-6 h.
- Tryck tryck på cellen till 2 000 kPa genom att öppna pumputtaget och ställa in Const Press på 2 000 kPa. Observera vid smältning.
OBS: Bubblande i sessile droppen kan uppstå på grund av att den upplösta gasen flyr. - Efter ~30 min, tryck tryck på tryckcellen till 5 000 kPa för att observera minneseffekten. Observera när ett hydratskal börjar reformeras. Låt skalet bildas i ~30 min till 2 h.
- Tryck tryck på cellen genom att öppna pumputtaget och ställa in Const Press på 0 kPa. Om det finns resttryck i tryckcellen, öppna tryckcellens övre ventil något med ~1/16".
- Spara tryck- och temperaturdata när .csv filer.
- Ta bort droppen genom att ta bort den övre tryckcellsventilen som tidigare och extrahera droppen med sprutan/kanylen/IV-röret. Om det finns en oro för förorening mellan försöken, ta bort safirfönstret och sanera scenen och byt ut vakuumfettet. Använd en sugkopp för att ta bort safirfönstret när tryckcellen har värmts upp till rumstemperatur.
6. Analysera data.
- Öppna temperatur- och tryckfilerna .csv.
- Skapa ett nytt kalkylblad. Kopiera tids- och tryckkolumnerna från tryck- .csv och tiden och temperaturen från den temperatur .csv fil till det nya kalkylbladet.
- Gör en spridningsplot med tiden på x-axeln och två y-axlar med temperatur och tryck(Kompletterande figur S2).
- Gör ytterligare två kolumner för hydratstabilitetskurvan. I den första kolumnen matar du in temperaturerna från 273,15 K till ~279,15 K med 0,1 K intervall. Beräkna trycket med hjälp av formel 1 från Sloan & Koh13i den andra kolumnen .
P [kPa] = exp(a+b/T [K]) där a = 38,98 och b = -8533,80 (1) - Gör en spridningsdiagram över hydratstabilitetsgränsen, med temperatur (K) på x-axeln och tryck (kPa) på y-axeln. Lägg till en andra serie på spridningsdiagrammet med experimentell temperatur och tryck på x- respektive y-axlarna (figur 4).
- Notera på graferna där ett hydratskal blev synligt, enligt timelapse-avbildningen.
7. Underhåll utrustningen.
- Toppa tanklösningen med etanol före varje försök för att ersätta avdunstad etanol. Byt ut tanklösningen helt varje månad.
- Byt o-ringar och gummibricka varannan månad vid regelbunden användning.
- Byt ut portanslutningar om beständig läckage uppstår som inte åtgärdas genom åtdragning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Med denna metod kan ett gashydratskal på en droppe övervakas visuellt genom ett safirfönster i tryckcellen och via temperatur- och tryckgivare. För att kärna upp hydratskalet efter trycksättning till 5 MPa kan torris läggas till toppen av tryckcellen för att inducera en termisk chock för att utlösa snabb hydratkristallisering. Det finns en tydlig morfologisk skillnad vid torr is-tvingad hydrat skalbildning. Vattendroppen övergick från en slät, reflekterande yta (figur 3A) till ett ogenomskinligt hydratskal med en något dendritisk yta (figur 3B). Tillsatsen av 100 μg mL-1 Typ I AFP ändrade hydratmorfologin genom att inducera ridged kanter längs droppen och utskjutningar från toppen av droppen(figur 3C,D).
Efter att hydratskalet utvecklats i ~ 1 h, var cellen trycksatt till 2 MPa (Kompletterande video S3). Under trycksänkningen var det en temperatursänkning på 0,2 °C till 0,5 °C nära P/T-stabilitetskurvan13 (figur 4) på grund av exoterm hydratavsociation. Hydratavsociation bekräftades genom visuell smältning genom tidsfördröjning i början av temperatursänkningen, noterat av stjärnor i figur 4. Efter fullständig hydrat dissociation, trycksatte vi cellen för att observera morfologin och smälttemperaturen med "minneseffekten"14, fenomenet där hydrat bildas snabbare efter att hydrat redan har bildats i systemet (Kompletterande video S4). Vid återpressurization, en hydrate skal reformeras inom ett par minuter efter att ha nått 5 MPa, och vi observerade samma temperatur minskning vid stabilitetskurvan under dissociation.
Negativa kontroller utan dropp och med en droppe som inte bildade ett hydratskal (figur 4, försök 4 och 5) visade ingen temperaturminskning under trycksänkning. Vid depressurization under 2 MPa observerade vi gas bubblande inom droppen från snabb avgasning. Eftersom toppen av varje temperatursänkning var över den tidigare etablerade P/T-stabilitetskurvan13 (hydratstabilitetskurvan #1 i figur 4) beräknades en regressionskurva baserat på toppen P/T i dessa försök (P [kPa] = EXP(38,98+-8533,8/T [K]), hydrat stabilitetskurvan #2 i figur 4).
Bild 1: Tryckcell. Scenen där droppen sitter och de inbäddade termoelementen avslöjas genom att ta bort safirfönstret och överlyckliga gummi- och stålbrickor. Alla delar och anslutningar är märkta. Övre vänstra infälld:scen som visas ovanifrån med inbäddade termoelement i centrala och sidostadium. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 2: Hydratisera experimentella inställningar för metan. (B) Gasflaskan ansluts via en kopparspole till tryckpumpen. Markerade från panel (A) är (C) den monterade tryckcellen, (D) 37,85 L-tanken utan isolering eller lösning, (E) tryckpumpen och (F, G, H) inzoomade bilder av tryckpumpanslutningar. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 3: Metanhydratskal. Representativa bilder av droppen före (A) och efter (B) ett metanhydratskal bildat på en avjoniserad vattendroppe och före (C) och efter (D) ett hydratskal bildat på en droppe som innehåller 100 μg ml-1 typ I frostskyddsprotein. Skalningsstaplar = 5 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 4: Stabilitetsdiagram för trycktemperatur. Tryck- och temperaturdata under trycksänkningar visas med P/T-stabilitetskurvor av metanhydrat (#1 från Sloan och Koh 200713 och #2 beräknade från att ta en regressionskurva från hydratsmälttoppar från denna studie). Försök med framgångsrikt bildade hydratskal på DI-vattendroppar är Försök 1, 2 och 3. Försök 4 var en negativ kontroll utan dropp på scenen. Droppen i försök 5 var en annan negativ kontroll där inget hydratskal bildades. Stjärnor indikerar när visuell hydratsmältning började under trycksänkning. Försök 1 har en upplösning på 30 s (en datapunkt var 30: e s); andra försök har en upplösning på 1 s. Förkortningar: T = trial; M.E. = minneseffekt; P/T = trycktemperatur; DI = avjoniserat; res = upplösning. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Kompletterande figur S1: CAD-bilder för bearbetning av tryckcellen. Delar A-F i tryckcellen är märkta med sin delbokstav och mått. Förkortning: CAD = datorstödd design. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur S2: Tryck- och temperaturdata över tid för försök 2-4. Försök 2 och 3 var regelbundna avjoniserade vattendroppar som bildade hydratskal. Försök 4 var en negativ kontroll där ingen droppe var närvarande. Försöken radas upp vid den första trycksänkningen, som sker vid tid noll. En liten temperatursänkning inträffar i början av trycksänkningen på grund av gasblandningen med tryckpumpen. En större temperatursänkning inträffar på grund av att hydratet smälter efter det första tryckfallet, vilket visas i försök 2 och 3. Temperaturfluktuationerna i slutet av försök 4 beror på öppningen av ventilen som leder till fullständig depressurisering, vilket också inträffar i slutet av försök 2 och 3. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande tabell S1: Tillåten påfrestning (MPa) i den bearbetade tryckcellen. Förkortning: FS = säkerhetsfaktor. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
Kompletterande tabell S2: Säkerhetsfaktor för den bearbetade tryckcellen. Förkortning: FS = säkerhetsfaktor. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
Kompletterande video S1: Stam. Video av stamsimuleringen på maskinbearbetad tryckcell. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Kompletterande video S2: Stress. Video av stresssimuleringen på maskinbearbetad tryckcell. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Kompletterande video S3: Försök 3 av hydratskal dissociation. Timelapse video av hydrate skal dissociation vid 25x hastighet. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Kompletterande video S4: Försök 3 av minneseffekt nukleation. Time-lapse video av hydrate skalbildning av minneseffekt efter undertryck från 2 MPa till 5 MPa vid 10x hastighet. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har utvecklat en metod för att bilda metanhydratskal på sessila vattendroppar på ett säkert sätt och dela denna metod för att bearbeta och montera en tryckcell som är klassad till 10 MPa arbetstryck, samt trycksättnings- och kylsystemen. Tryckcellen är utrustad med en scen för droppen som innehåller inbäddade termoelement, ett safirfönster för att visualisera droppen och en tryckgivare fastsatt på toppen av cellen. Kylsystemet inkluderar kyld etylenglykol som cirkulerar genom kopparspolar i en tank med 50% etanollösning, där tryckcellen placeras. En tryckpump trycksatter gasen från cylindern till tryckcellen. Hydratskalet bildas vid snabb temperatursänkning med tillsats av torris till toppen av tryckcellen. Vi tillåter skalet att bildas i 2 h, under vilket vi tror att gasen genomsyrar genom stokastisk sprickbildning av hydratskalet och Ostwald mogning under en längre period. Faktum är att denna enhet kan användas för att studera dessa fenomen.
De kritiska stegen för detta protokoll inkluderar: 1) läckagetesta tryckcellen med vatten innan den trycksätts med gas, 2) öva på att tillsätta vattendroppen på scenen innan du sätter in safirfönstret, 3) kyla droppen för att vara stabil vid ~ 2 °C innan du trycksätter, 4) trycksätt med en maximal flödeshastighet på 10 mL min-1 till 5 MPa i steg om 1 MPa, steg, 5) stäng utloppsventilen på tryckpumpen (till cellen) för att begränsa gasutbytet med tryckpumpen, 6) ställa in temperatur-, tryck- och timelapse-programvaran för att logga var 1 s, 1 s respektive 5 s (eller mindre), innan torris tillsätts, 7) applicera torr is på toppen av cellen kontinuerligt tills ett hydratskal observeras i tidsförloppet, 8) låt hydratskalet bildas i minst 1 h, 9) trycksätta med samma hastighet som trycksättande.
Under metodutvecklingen optimerade vi variabler och tekniker, inklusive tidpunkten för kylning, trycksättning, trycksättning, droppstorlek och droppinsättningstekniken. Det finns några begränsningar i att använda den här metoden. En begränsning är upplösningen av droppavbildning på grund av kamerans upplösning och material mellan kameran och droppen (tank, etanollösning, tjockt safirfönster). Dessutom, medan andra studier observerar ytdroppe på en mikroskala7,9,10, tillåter denna metod endast makroskaliga observationer. Ett mikroskoplinfäste kunde installeras om det fanns intresse för mikroobservationer.
En annan begränsning av denna metod är att inte kunna mäta hydratskalets tjocklek exakt. Hydrattjockleken kan dock uppskattas genom att subtrahera tvärsnittsarealen före och efter hydratbildning och beräkna gasförbrukningen med hjälp av temperaturförändringen under trycksänkningen för att bestämma volymen hydrat som bildas. En annan begränsning är att denna droppe inte kan ses i 3D eftersom det bara finns en sida av tryckcellen som innehåller ett safirfönster. Däremot har andra studier använt celler gjorda helt av safir för att observera droppen från flera vinklar7. Vi installerade inte heller ett temperaturkontrollerande steg10 eller spektroskopiska tekniker; Dessa kan dock säkert installeras med den här installationen.
Med denna metod kan morfologi, dissociationstryck och temperatur och temperaturförändringen under hydratavsociation observeras med droppar som innehåller tillsatser eller alternativa stegsubstrat. Denna metod är relativt billig, och det finns få grundliga protokoll för att bilda gashydratskal. Eftersom högtryckssystem kan vara farliga inkluderar vi säkerhetstips för tryck- och läckagetestning. Dessutom tillåter många inställningar inte visualisering av gashydratbildning, eller gör det i mycket mindre eller mycket större skala. Laboratorieexperiment är en stor bidragande orsak till förståelsen av naturligt förekommande gashydrater och naturgashydrater som kan orsaka dödliga gasledningsexplosioner. Denna metod kan användas för att snabbt bedöma effekterna av tillsatser på dissociationstemperaturen och morfologin och tillsatsernas förmåga att eliminera minneseffekten. Effektiva tillsatser kan användas som hämmare i naturgasledningar eller för att studera den biologiska aktiviteten hos djuphavsbakterproteiner6,15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Det finns inga konkurrerande ekonomiska intressen.
Acknowledgments
NASA Exobiology grant 80NSSC19K0477 finansierade denna forskning. Vi tackar William Waite och Nicolas Espinoza för värdefulla diskussioner.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CAMERA AND LAPTOP | |||
| Camera Body | Nikon | D7200 | Name in Protocol: camera |
| Camera Control Pro 2 Software | Nikon | Name in Protocol: camera software | |
| Laptop | HP Pavilion | hp-pavilion-laptop-14-ce0068st | Needs to be PC with plenty of storage (~ 1 Tb) Name in Protocol: laptop |
| Macrophotography Lens | Nikon | AF-S MICRO 105mm f/2.8G IF-ED Lens | Name in Protocol: lens |
| CONSUMABLES | |||
| Deionized water | Name in Protocol: DI water | ||
| Dry Ice | VWR or grocery store | Buy just before nucleation Name in Protocol: dry ice |
|
| Ethanol | Name in Protocol: ethanol | ||
| Ethylene Glycol | Name in Protocol: ethylene glycol | ||
| COOLING SYSTEM | |||
| 1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 25 ft. Polyethylene Tubing | Everbilt | Model # 301844 | For circulating coolant from chiller to copper coils in aquarium Name in Protocol: 3/8” (inner diameter) plastic tubing |
| Circulating chiller | Polyscience | Name in Protocol: chiller | |
| Economical Flexible Polyethylene Foam Pipe Insulation | McMaster-Carr | 4530K162 | 3/4" thick wall; 1/2" inner diameter; R Value 3; 6' long Name in Protocol: foam pipe insulation |
| Plastic tubing | use any tubing that fits the airline connection in the lab and long enough to travel from the airline connection to the front of the aquarium | ||
| DATALOGGER | |||
| Armature Multiplexer Module for 34970A/ 34972A, 20-Channel |
Keysight Technologies | 34901A | Name in Protocol: datalogger multichannel |
| Benchvue or Benchlink software | Benchvue or Benchlink | Name in Protocol: temperature transducer software | |
| Data Acquisition/Switch Unit. GPIB, RS232 | Keysight Technologies | 34970A | Name in Protocol: datalogger |
| USB/GPIB interface | Keysight Technologies | 82357B | Name in Protocol: datalogger USB |
| datalogger multichannel | |||
| Schott Fostec -Llc 20510 Ace Fiber Optic Light Source | Schott Fostec | A20500 | 3115PS-12W-B20 115 V ~AC 50/60Hz 5/4.5 W Name in Protocol: light source unit |
| Schott Fostec light source guide - single bundle | Schott Fostec | A08031.40 | Name in Protocol: fiber optic light source cable |
| METHANE GAS AND REGULATOR | |||
| 1/4 OD in. x 20 ft. Copper Soft Refrigeration Coil | Everbilt | Model # D 04020PS | For pressurizing ISCO pressure pump. An additional pack is needed for coolant circulation, as listed below. Name in Protocol: high pressure-rated 1/4” copper pipe |
| Methane cylinder regulator | Airgas | Y11N114G350-AG | Name in Protocol: methane cylinder regulator |
| Methane gas cylinder | Airgas | ME UHP300 | Name in Protocol: methane gas cylinder |
| PRESSURE PUMP | |||
| 1/4 in. flexible tubing, ~ 3 ft. | Connect to pump inlet for leak test Name in Protocol: 1/4" flexible tubing |
||
| 260D Syringe Pump W/Controller | Teledyne Instruments Inc. | 67-1240-520 | Name in Protocol: pressure pump |
| Controller − Ethernet/USB | Teledyne Instruments Inc. | 62-1240-114 | Purchase if you would like to install Labview onto computer and control pressure pump remotely. We did not do this. |
| Smooth-Bore Seamless 316 Stainless Steel Tubing, 1/4" OD, 0.035" Wall Thickness, 1 Foot Long (x5) | McMaster-Carr | 89785K824 | Name in Protocol: 1/4" pipe |
| Smooth-Bore Seamless 316 Stainless Steel Tubing, 1/8" OD, 0.02" Wall Thickness, 1 Foot Long (x4) | McMaster-Carr | 89785K811 | Name in Protocol: 1/8" pipe |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Reducing Union, 1/4 in. x 1/8 in. Tube OD (x4) | Swagelok | SS-400-6-2 | Name in Protocol: 1/8” to 1/4” adapter |
| PRESSURE CELL | |||
| 316 Stainless Steel Nut and Ferrule Set (1 Nut/1 Front Ferrule/1 Back Ferrule) for 1/4 in. Tube Fitting (20) | Swagelok | SS-400-NFSET | Used for fitting connections where necessary Name in Protocol: ferrule set |
| 316L Stainless Steel Convoluted (FM) Hose, 1/4 in., 316L Stainless Steel Braid, 1/4 in. Tube Adapters, 60 in. (1.5 m) Length | Swagelok | SS-FM4TA4TA4-60 | Connects pressure pump to pressure cell Name in Protocol: 1/4" braided stainless steel flexible pressure-rated hose |
| ABAQUS | ABAQUS FEA | Name in Protocol: simulation software | |
| Abrasion-Resistant Cushioning Washer for 7/8" Screw Size, 0.875" ID, 2.25" OD, packs of 10 (x1) | McMaster-Carr | 90131A107 | Name in Protocol: 2.25" rubber washer |
| Abrasion-Resistant Sealing Washer, Aramid Fabric/Buna-N Rubber, 3/8" Screw Size, 0.625" OD, packs of 10 (x1) | McMaster-Carr | 93303A105 | Used for illumination port |
| Acrylic Sheet | White 2447 / WRT31 Extruded Paper-Masked (Translucent 55% (0.118 x 12 x 12) |
Interstate Plastics | ACRW7EPSH | Machine a circle of acrylic to fit in the inner chamber of the pressure cell to serve as the background for imaging Name in Protocol: acrylic disc |
| AutoCAD | AutoCAD | Name in Protocol: engineering design software | |
| Conax fitting | Conax Technologies | 311401-011 | TG(PTM2/)-24-A6-T, OPTIONAL 1/4" NPT Name in Protocol: pressure seal connector |
| High Accuracy Oil Filled Pressure Transducers/Transmitters for General industrial applications (x2) |
Omega Engineering, Inc. | PX409-3.5KGUSBH | Buy two so there is a backup. Name in Protocol: pressure transducer |
| HIGH PRESSURE CHAMBER PARTS | Wither Tool, Die and Manufacturing Company | Machining for pressure cell parts as listed in CAD drawings (Figure S1) Name in Protocol: Part B = stainless steel washer |
|
| High-Strength 316 Stainless Steel Socket Head Screw, M5 x 0.80 mm Thread, 14 mm Long (x20) | McMaster-Carr | 90037A119 | Used for illumination port |
| High-Strength 316 Stainless Steel Socket Head Screw, M8 x 1.25 mm Thread, 25 mm Long (x20) | McMaster-Carr | 90037A133 | Name in Protocol: M8 stainless steel screws |
| Oil-Resistant Hard Buna-N O-Ring, 3/32 Fractional Width, Dash Number 120, packs of 50 (x1) | McMaster-Carr | 5308T178 | Name in Protocol: 1" o-ring |
| Oil-Resistant Hard Buna-N O-Ring, 3/32 Fractional Width, Dash Number 128, packs of 50 (x1) | McMaster-Carr | 5308T186 | Name in Protocol: 1.5" o-ring |
| Omega Inc. pressure transducer software | Omega Engineering, Inc. | Name in Protocol: pressure transducer software | |
| Polycarbonate Disc | McMaster-Carr | 8571K31 | Listed in CAD drawings for illumination port, Fig. S1 Part E |
| Sapphire windows (x3) | Guild Optical Associates, Inc. | Optical Grade Sapphire Window, C-Plane Diameter: 1.811” ±.005” Thickness: .590” ±.005” Surface Quality: 60/40 Edges ground and safety chamfered |
Buy three so there are two backups. Name in Protocol: sapphire window |
| Solid Thermocouple Wire FEP Insulation and Jacket, Type K, 24 Gauge, 50 ft. Length (x1) | McMaster-Carr | 3870K32 | Name in Protocol: thermocouples |
| Stainless Steel Integral Bonnet Needle Valve, 0.37 Cv, 1/4 in. Swagelok Tube Fitting, Regulating Stem (x4) | Swagelok | SS-1RS4 | Two will be used for the pressure pump as well. Name in Protocol: 1/4" needle valves |
| Stainless Steel Pipe Fitting, Hex Nipple, 1/4 in. Male NPT (x2) | Swagelok | SS-4-HN | Used for illumination port |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Female Branch Tee, 1/4 in. Tube OD x 1/4 in. Tube OD x 1/4 in. Female NPT (x2) | Swagelok | SS-400-3-4TTF | Used with pressure transducer Name in Protocol: branch tee fitting |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Male Connector, 1/4 in. Tube OD x 1/4 in. Male NPT (x4) | Swagelok | SS-400-1-4 | Used on top port and side port leading to needle valves Name in Protocol: NPT screws |
| Stainless Steel Swagelok Tube Fitting, Port Connector, 1/4 in. Tube OD (x8) | Swagelok | SS-401-PC | Use as tube connections between NTP and valve connections Name in Protocol: port connector fitting |
| TANK | |||
| 1/4 OD in. x 20 ft. Copper Soft Refrigeration Coil | Everbilt | Model # D 04020PS | For circulating coolant Name in Protocol: 1/4" copper pipe |
| 10 gallon aquarium | Tetra | Name in Protocol: 10 gallon tank | |
| 2 oz. Waterweld | J-B Weld | Model # 8277 | Name in Protocol: underwater sealant |
| 3 in. x 25 ft. Foil Backed Fiberglass Pipe Wrap Insulation | Frost King | Model # SP42X/16 | For wrapping around aquarium Name in Protocol: foil-lined fiberglass |
| 3/8 7/8 in. Stainless Steel Hose Clamp (10 pack) | Everbilt | Model # 670655E | Name in Protocol: worm drive hose clamps |
| Styrofoam | Name in Protocol: insulating material | ||
| TOOLS | |||
| 1-1/8 in. Ratcheting Tube Cutter | Husky | Model # 86-036-0111 | |
| 1/2 in. to 1 in. Pipe Cutter | Apollo | Model # 69PTKC001 | |
| Adjustable wrench (x2) | Steel Core | Model # 31899 | Need two wrenches with jaw at least 1" |
| Allen wrench set | Home Depot | ||
| Duct tape | Name in Protocol: duct tape | ||
| Flexible tubing, like an IV line, to fit on the end of grainger probe (canula) | Name in Protocol: IV tube | ||
| Grainger 18 gauge probe | Grainger | For inserting droplet Name in Protocol: cannula |
|
| High Vacuum Grease | Dow corning | Apply to o-rings before inserting sapphire window Name in Protocol: vacuum grease |
|
| Klein Tools Professional 90 Degree 4-in-1 Tube Bender | Klein Tools | Model # 89030 | Name in Protocol: tube bender |
| Snoop liquid leak detector | Swagelok | MS-SNOOP-8OZ | To detect leaks when pressurized when methane Name in Protocol: liquid leak detector |
| Suction cup | Home Depot | For removing tight fitting sapphire window Name in Protocol: suction cup |
|
| Teflon Tape | Name in Protocol: plumber's tape | ||
| Temflex 3/4 in. x 60 ft. 1700 Electrical Tape Black | 3M | Model # 1700-1PK-BB40 | Name in Protocol: electrical tape |
References
- Bohrmann, G., Torres, M. E. Gas hydrates in marine sediments. Marine Geochemistry. Schulz, H. D., Zabel, M. , Springer. Heidelberg, Germany. 481-512 (2006).
- Ruppel, C. D., Kessler, J. D. The interaction of climate change and methane hydrates. Reviews of Geophysics. 55 (1), 126-168 (2017).
- Hammerschmidt, E. G. Formation of gas hydrates in natural gas transmission lines. Industrial and Engineering Chemistry. 26, 851-855 (1934).
- Ke, W., Kelland, M. A. Kinetic hydrate inhibitor studies for gas hydrate systems: a review of experimental equipment and test methods. Energy & Fuels. 30 (12), 10015-10028 (2016).
- Kelland, M. A. A review of kinetic hydrate inhibitors from an environmental perspective. Energy & Fuels. 32 (12), 12001-12012 (2018).
- Walker, V. K., et al. Antifreeze proteins as gas hydrate inhibitors. Canadian Journal of Chemistry. 93 (8), 839-849 (2015).
- Bruusgaard, H., Lessard, L. D., Servio, P. Morphology study of structure I methane hydrate formation and decomposition of water droplets in the presence of biological and polymeric kinetic inhibitors. Crystal Growth & Design. 9 (7), 3014-3023 (2009).
- Jung, J. W., Espinoza, D. N., Santamarina, J. C. Properties and phenomena relevant to CH4-CO2 replacement in hydrate-bearing sediments. Journal of Geophysical Research. 115 (10102), 1-16 (2010).
- Chen, X., Espinoza, D. N. Ostwald ripening changes the pore habit and spatial variability of clathrate hydrate. Fuel. 214, 614-622 (2018).
- DuQuesnay, J. R., Diaz Posada, M. C., Beltran, J. G. Novel gas hydrate reactor design: 3-in-1 assessment of phase equilibria, morphology and kinetics. Fluid Phase Equilibria. 413, 148-157 (2016).
- Udegbunam, L. U., DuQuesnay, J. R., Osorio, L., Walker, V. K., Beltran, J. G. Phase equilibria, kinetics and morphology of methane hydrate inhibited by antifreeze proteins: application of a novel 3-in-1 method. The Journal of Chemical Thermodynamics. 117, 155-163 (2018).
- Espinoza, D. N., Santamarina, J. C. Water-CO2-mineral systems: Interfacial tension, contact angle, and diffusion - Implications to CO2 geological storage. Water Resources Research. 46 (7537), 1-10 (2010).
- Sloan, E. D., Koh, C. A. Clathrate Hydrates of Natural Gases. 3rd edn. , CRC Press. (2007).
- Makogon, I. F. Hydrates of natural gas. , PennWell Books. Tulsa, Oklahoma, USA. 125 (1981).
- Johnson, A. M., et al. Mainly on the plane: deep subsurface bacterial proteins bind and alter clathrate structure. Crystal Growth & Design. 20 (10), 6290-6295 (2020).
