Summary
Vi beskriver en metode til at danne gashydrat på sessile vanddråber for at studere virkningerne af forskellige hæmmere, initiativtagere og substrater på hydrat krystalmorfologien.
Abstract
Dette papir beskriver en metode til at danne metanhydrat skaller på vanddråber. Derudover giver det tegninger til en trykcelle, der er klassificeret til 10 MPa-arbejdstryk, der indeholder en fase til sessile dråber, et safirvindue til visualisering og temperatur- og tryktransducere. En trykpumpe tilsluttet en metangasflaske bruges til at presse cellen til 5 MPa. Kølesystemet er en 10 gallon (37,85 L) tank, der indeholder en 50% ethanolopløsning afkølet via ethylenglycol gennem kobberspoler. Denne opsætning gør det muligt at observere temperaturændringen i forbindelse med hydratdannelse og dissociation under henholdsvis afkøling og depressurisering samt visualisering og fotografering af dråbens morfologiske ændringer. Ved denne metode blev hurtig hydrat shell dannelse observeret ved ~ -6 °C til -9 °C. Under depressurisering blev der observeret et temperaturfald på 0,2 °C til 0,5 °C ved stabilitetskurven for tryk/temperatur (P/T) på grund af eksoterm hydratafledning, bekræftet ved visuel observation af smeltning i begyndelsen af temperaturfaldet. "Hukommelseseffekten" blev observeret efter at have trykket til 5 MPa fra 2 MPa. Dette eksperimentelle design gør det muligt at overvåge trykket, temperaturen og morfologien af dråben over tid, hvilket gør dette til en passende metode til test af forskellige tilsætningsstoffer og substrater på hydratmorfologi.
Introduction
Gashydrater er bure af hydrogenbundne vandmolekyler, der fanger gæstegasmolekyler via van der Waals interaktioner. Metanhydrater dannes under højtryks- og lavtemperaturforhold, som forekommer i naturen i undergrunden sediment langs kontinentale margener, under arktisk permafrost og på andre planetariske organer i solsystemet1. Gashydrater lagrer flere tusinde gigaton kulstof, med vigtige konsekvenser for klima og energi2. Gashydrater kan også være farlige i naturgasindustrien, fordi der opstår gunstige forhold for hydrater i gasrørledninger, som kan tilstoppe rørene, der fører til dødelige eksplosioner og olieudslip3.
På grund af vanskeligheden ved at studere gashydrater in situanvendes laboratorieforsøg ofte til at karakterisere hydrategenskaber og indflydelsen af hæmmere og substrater4. Disse laboratorieforsøg udføres ved at dyrke gashydrat ved forhøjet tryk i celler i forskellige former og størrelser. Bestræbelser på at forhindre gashydratdannelse i gasrørledninger har ført til opdagelsen af flere kemiske og biologiske gashydrathæmmere, herunder frostvæskeproteiner (AFPs), overfladeaktive stoffer, aminosyrer og polyvinylpyrrolidone (PVP)5,6. For at bestemme virkningerne af disse forbindelser på gashydrategenskaber har disse eksperimenter anvendt forskellige fartøjsdesign, herunder autoklaver, krystallatorer, omrørte reaktorer og gyngeceller, som understøtter mængder fra 0,2 til10 6 kubikcentimeter4.
Den sessile dråbemetode, der anvendes her og i tidligere undersøgelser7,8,9,10,11,12 indebærer at danne en gashydrat film på en sessile dråbe vand inde i en trykcelle. Disse fartøjer er lavet af rustfrit stål og safir til at rumme tryk op til 10-20 MPa. Cellen er forbundet til en metangasflaske. To af disse undersøgelser anvendte dråbemetoden til at teste AFP'er som gashydrathæmmere sammenlignet med kommercielle kinetiske hydrathæmmere (KHI'er), såsom PVP7,11. Bruusgard et al.7 fokuserede på hæmningsernes morfologiske indflydelse og fandt ud af, at dråber, der indeholder type I AFPs, har en glattere, glasagtig overflade end den dendritiske dråbeoverflade uden hæmmere ved høje drivkræfter.
Udegbunam et al.11 brugte en metode udviklet til at vurdere KHIs i en tidligere undersøgelse10, som giver mulighed for analyse af morfologi / vækstmekanismer, hydrat-væske-damp ligevægt temperatur / tryk, og kinetik som en funktion af temperaturen. Jung et al. studerede CH4-CO2 udskiftning ved at oversvømme cellen med CO2 efter dannelse af en CH4 hydrat shell8. Chen et al. observerede Ostwald modning som hydrat shell danner9. Espinoza et al. studerede CO2 hydratskaller på forskellige mineralsubstrater12. Dråbemetoden er en relativt enkel og billig metode til at bestemme den morfologiske effekt af forskellige forbindelser og substrater på gashydrater og kræver små mængder tilsætningsstoffer på grund af det lille volumen. Dette papir beskriver en metode til dannelse af sådanne hydratskaller på en dråbe vand ved hjælp af en celle i rustfrit stål med et safirvindue til visualisering, bedømt op til 10 MPa arbejdstryk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Design, valider og bearbejde trykcellen.
- Design cellen for at tillade direkte visualisering af hydratdannelse fra en vanddråbe. Sørg for, at cellen har et hovedkammer med et gennemsigtigt safirvindue og fire porte til væske/gasindtag, udløb, lys og ledninger (figur 1). Opret det endelige design i teknisk design software (Supplerende figur S1).
- For at kontrollere, at trykcellen er sikker under højt tryk, skal du foretage en finite elementanalyse ved hjælp af simuleringssoftware.
- Indtast trykcellemodellen i fuld størrelse fra den tekniske designsoftware i simuleringssoftwaren.
- Tildel en Youngs modulus på 400 GPa og en Poissons forhold på 0,29 til safirvinduet.
- For alle rustfri ståldele tildeles rustfrit stål 316 med en Young's modulus på 190 GPa og Poissons forhold på 0,27.
- På en trin-for-trin måde, anvende 0 til 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 8, 9 og 10 MPa lufttryk på indersiden af cellen (Supplerende Video S1 og supplerende Video S2). Behandl hvert indlæsningstrin som et statisk problem ved at ignorere de tidsafhængige udtryk i de styrende ligninger og overvej kun elastisk deformation under tryk.
- Brug den direkte lineære ligningsløser i simuleringssoftware til at beregne stressfordelingen og deformationen af cellen under forskellige trykforhold (supplerende tabel S1 og supplerende tabel S2).
- Når trykcelledesignet er verificeret for at være sikkert, skal du have alle dele bearbejdet baseret på den tekniske designsoftware blueprint.
2. Saml trykcellen (Figur 1).
- Skru de fire Nationale Pipe Tapered (NPT) tråde ind i de respektive porte på trykcellen med blikkenslager tape.
- Monter belysningsporten ved hjælp af plandesignet (supplerende figur S1, del C, D og E) og opret forbindelse til den øverste venstre NPT-skrue.
- Tilslut tryktransduceren til den øverste port NPT ved hjælp af gren tee montering og port stik montering.
- Tilslut indløbsnålventilen i venstre npt-skrue ved hjælp af en portstikmontering.
- Installer et tryktætningsstik i højre side af trykcellen. Sæt tre K-type termokopperledninger gennem trykforseglingsstikket med 3 " slæk inde i cellen og 3' slæk uden for cellen.
- Poler scenefladen med sandpapir (supplerende figur S1, del F).
- Sæt termoelementerne ind i de respektive huller i scenen, så spidserne flugter med toppen af scenen. Brug en lille dråbe lim i hvert hul til at fastgøre termoelementerne på plads og lad dem tørre.
- Sæt akrylskiven på trykcellens bagvæg for at forbedre lysrefleksionen. Sæt scenen i trykcellen.
- Installer safirvinduet.
- Påfør vakuumfedt på to statiske forsegling O-ringe (en 1" og en 1-1/5"). Sæt O-ringene ind i rillerne omkring vindueshullet på trykcellen.
- Indsæt safirvinduet. Safirvinduet med en 2-1/4" gummiskarmer og skrue på skiven i rustfrit stål(supplerende figur S1, del B) med otte M8 skruer i rustfrit stål (Figur 2C).
3. Monter udstyret i en stor emhætte (figur 2).
BEMÆRK: Da metan er en brandfarlig gas under tryk, skal du holde alle metanrelaterede slanger og fartøjer væk fra varme, gnister, åben ild og varme overflader. Sæt alt udstyr op inde i et godt ventileret område (f.eks. en røghætte). Don sikkerhedsbriller og kittel, før du arbejder med metangas.
- Løft forsigtigt trykpumpen i en røghætte, der er stor nok til, at alt udstyret kan være(figur 2A). Placer pumpestyringen oven på pumpebasen. Tilslut pumpestyringen til pumpen, og sæt den i en strømstrimmel.
- Kør et højtryksvurderet 1/4" kobberrør fra regulatoren på metangasflasken til røghætten ved siden af trykpumpens indløb (Figur 2A,B).
- Placer dataloggeren ved siden af trykpumpen, og indstil den bærbare computer på dataloggeren (Figur 2A). Sæt begge til en strømstrimmel. Tilslut dataloggeren til den bærbare computer via dataloggeren USB.
- På den bærbare computer skal du installere den rigtige software til at styre dataloggeren, kameraet og tryktransduceren på trykcellen.
- Indstil akvariet ved siden af dataloggeren, og placer ikke-udvaskningspolstring i bunden af akvariet for at begrænse vibrationer til trykcellen (Figur 2C).
- Ved hjælp af et nyt 1/4"-kobberrør spoles kobberrøret to gange i en oval, så det passer ind i akvariet, hvilket giver plads til, at trykcellen kan sidde inde (Figur 2D). Sørg for, at spolen ikke blokerer safirvinduet i trykcellen. Løft trykcellen i akvariet for at se safirvinduet.
- Placer den cirkulerende køler på gulvet i nærheden af røghætten (Figur 2A). Fyld køleren med 50/50 v/v ethylenglycol/vand.
BEMÆRK: Da ethylenglykol er farligt, skal du bruge passende sikkerhedsbeklædning, herunder handsker, kittel og beskyttelsesbriller, når de hældes. - Skær to længder af en 3/8 "(indre diameter) plast slanger til at forbinde køleren indløb og udløb til kobberrøret ender i akvariet. Sørg for, at der er nok slæk til, at skumrørisoleringen passer, før den skæres.
- Skub plastrørene gennem skumrørisoleringen.
- Tilslut den isolerede plastrør fra indløbet og stikkontakten på den cirkulerende køler til enderne af kobberspolen inde i akvariet. Fastgør tætningerne ved at pakke blikkenslagertape rundt om metaldelene og stramme forbindelserne med ormedrevslangeslangeklemmer. Tænd køleren og sæt den til at cirkulere ved høj hastighed. Sørg for, at der ikke er lækager.
- Påfør undervandsforseglingsmiddel omkring kobberspolen / plastrørforbindelserne inde i akvariet. Lad fugemassen helbrede. Pak fugemassen ind med gaffatape.
- Installer trykpumpeslanger (Figur 2E).
BEMÆRK: Håndtæt altid tilslutninger, før du bruger værktøj, og tag aldrig NPT-forbindelserne med blikkenslagertape af, fordi de ikke forsegles godt igen.- Installer et 1/8" rør i rustfrit stål på hver side af trykpumpen med de virksomhedsarmaturer, der fulgte med pumpen ved hjælp af blikkenslagertape (Figur 2F).
- Med en rør bender, bøje 1/8 "rør fremad i en 90 ° vinkel, ca 2 "væk fra pumpen, for at undgå at bøje ved tilslutningen.
- Med en rør bender, bøje 1/8 "rør nedad i en 90 ° vinkel, ca 2 "væk fra den første bøjning.
- Fastgør 1/8" til 1/4" adaptermontering på 1/8" røret på begge sider (Figur 2G).
- Fastgør 1/4" rør til adaptermontering på begge sider.
BEMÆRK: For at anbringe ventilen på siden af pumpen skal du trimme 1/4"-slangen, så den vedhæftede ventil sidder ved siden af de to skruehuller. - Installer 1/4" nåleventilerne (Figur 2H). Hvis du anbringer ventiler på trykpumpen, skal du bearbejde en stål- eller plastplade med to 1/16" huller til skruer og et 1/2"-hul for at sikre mellem tilslutningerne til nåleventilen. Sæt pladen mellem ventiltilslutningerne og skru pladen til siden af pumpen.
BEMÆRK: Sørg for, at pilene på nåleventilerne peger fra højt tryk (inde i trykpumpen) til lavt tryk (uden for trykpumpen). - Tilslut den ene ende af den 1/4" flettede fleksible trykslange i rustfrit stål til udløbsventilen på trykpumpen og den anden ende til trykcellens sideventil.
- Tilslut termoelementer fra trykcellen til dataloggerkanaler ved hjælp af datalogger multikanalen. Tilslut en ekstra termokopperledning for at måle temperaturen på tankopløsningen og læg den anden ende i tanken.
- Tilslut tryktransduceren på trykcellen til den bærbare computer.
- Indstil trykcellen inde i akvariet, tæt på forsiden, for klarere billeddannelse.
- For at isolere akvariet skal du pakke ydersiden af akvariet med folieforede glasfiber med et hul / slids til kameraet for at se safirvinduet i trykcellen. Dæk toppen af akvariet med isolerende materiale for at forhindre fordampning under eksperimenter.
BEMÆRK: Undgå tæt forsegling af akvarietoppen for at undgå ophobning af varme fra lyskilden. - For at forhindre kondensering af fugtig luft på forsiden af akvariet skal du køre plastikrør fra den nærmeste luftventil til forsiden af akvariet, hvor kameraet peger, så slangen ikke vil være synlig på fotografierne.
- Indstil lyskildeenheden ved siden af akvariet og sæt den i strømstrimlen.
- Indstil kameraet foran akvariet, med linsen peger mod safir vinduet. Sæt kameraet i den bærbare computer og strømstriben.
- Løft al elektronik fra emhættens overflade for at forhindre potentielle lækageskader. Dobbelttjek, at strømmen fordeles for stikkontakternes effektkapacitet.
4. Lækagetest trykcellen med vand.
BEMÆRK: For at sikre, at alle forbindelser er forseglet korrekt, skal trykcellen lækkes med vand, hver gang cellen er blevet samlet igen, især efter at NPT-skruerne er frakoblet. Dette er ikke nødvendigt efter fjernelse af safirvinduet eller topventilen. Vand er sikrere under tryk end gas.
- Åbn tryktransducersoftwaren på den bærbare computer, og begynd at indsamle data med et scanningsinterval på 1 s.
- Tænd trykpumpen og controlleren. Tryk på Pumpe A på trykpumperegulatoren for at overvåge trykket.
- Hvis der er tryk i pumpen, skal trykket mindskes ved at trykke på Genopfyld trykpumperegulatoren, mens både pumpeindløbs- og udløbsventilerne stadig er lukket.
- Med begge trykcelleventiler åbne, åbne pumpen udløb ventil lidt med ~ 1 /16 "for langsomt at frigive det resterende tryk.
- Hvis det er tilsluttet, skal du frakoble 1/4" kobberrøret fra indløbsventilen på trykpumpen.
- Fastgør 1/4" fleksibel slange til pumpeindløbsventilen ved hjælp af et nødde- og ferrulesæt. Placer enden af slangen i en gallon vand.
- Luk pumpens udløbsventil, og åbn pumpens indløbsventil.
- Tryk på Genopfyld tryk på trykpumperegulatoren for at fylde pumpestemplet med vand.
- Indstil trykcellen i en lavvandet tom beholder uden for akvariet.
- Rens luften ud af trykcellen, indtil vandet kommer ud af den øverste port og fylder trykcellen helt.
- Luk pumpens indløbsventil, og åbn pumpens udløbsventil.
- Sørg for, at ventilerne på trykcellen stadig er åbne.
- Indstil det maksimale (maks.) flow til 100 mL/min: på trykpumperegulatoren skal du trykke på Grænser; tryk på 3 for max flow; tryk på 1 for at indstille max flow; punch i 100; tryk på Enter.
- Tryk på D for at nå den forrige side.
- Indstil den konstante strømningshastighed til 100 mL/min: Tryk på Konts flowpå trykpumpen ; tryk på A for flowrate; punch i 100; tryk på Enter. Tryk på Kør.
- Hvis der ikke kommer vand ud, eller hvis lydstyrken i stemplet er utilstrækkelig, skal stemplet genopfyldes igen ved at lukke pumpens udløbsventil, åbne pumpeindløbsventilen med slanger i vand og trykke på Genopfyldning. Derefter renses luften ud ved at lukke pumpeindløbsventilen, åbne pumpens udløbsventil, indstille strømningshastigheden til 100og trykke på Kør.
- Når vand kommer ud af den øverste port af trykcellen, skal du kontrollere for lækager og stramme eventuelle utætte forbindelser. Tryk på Stop. Luk trykcelleudtagsventilen (øverst).
- Tryk på trykcellen.
BEMÆRK: Don sikkerhedsbriller, før tryk på trykcellen.- Indstil den maksimale flowgrænse til 10 mL/min for at forhindre hurtig tryk på cellen: på trykpumperegulatoren skal du trykke på Grænser; tryk på 3 for max flow; tryk på 1 for at indstille max flow; punch i 10; tryk på Enter.
- Tryk på cellen til 100 kPa: Tryk på trykpumpestyringen på tryk på Konstant tryk; tryk på A; punch i 100; tryk på Enter. Tryk på Kør.
- Tjek for lækager. Hvis der er en lækage, skal du trykke på Stop på pumpestyringen, stramme de utætte komponenter, trykke på Kørog gentage, indtil der ikke er lækager ved 100 kPa. Sørg for, at der ikke er utætheder ved at lukke pumpens udløbsventil og overvåge trykcellens tryk i tryktransducersoftwaren.
BEMÆRK: Hvis trykket falder konsekvent og ikke er normalt udsving på grund af variationer i stuetemperatur, er der en lækage. - Forøg trykket i trin på 50 kPa fra 100 kPa til 500 kPa, derefter i intervaller på 100 kPa fra 500 kPa til 1.000 kPa, og endelig i intervaller på ~ 1.000 kPa fra 1.000 kPa til ~ 10.000 kPa. Gør dette ved at ændre indstillingen Konstant tryk som før. Mellem trykindstillinger skal pumpens udløbsventil lukkes, og overvåg cellens tryk som før for at sikre, at trykket er konstant. Hvis trykket falder, skal du forsigtigt stramme de lækkende komponenter.
- Når du når 10.000 kPa, skal du lukke pumpens udløbsventil og observere, hvor godt trykcellen holder trykket i henhold til tryktransduceren. Som en konsekvent fald i trykket indikerer en lækage, stramme forbindelser ved et lavere tryk, ~ 1.000 kPa.
- For at depressere skal pumpens udløbsventil åbnes og indstilles trykket til 100 kPa. Når trykket plateauer, lidt åbne trykcelleudtag ventilen.
- Hvis du vil fjerne vand fra trykpumpen, skal du lukke pumpeindløbsventilen, ændre indstillingerne for max flow og kont flow til 100 mL/minog trykke på Kør, indtil pumpen er tom.
- Afbryd den 1/4" fleksible slange fra pumpeindtaget. Afbryd den flettede slange i rustfrit stål fra trykcellen. Åbn begge ventiler og dræn vandet. Fjern safirvinduet, så cellen kan tørre helt.
5. Form en metanhydratskal på dråbeoverfladen.
- Gør udstyret klar.
- Tilslut metancylinderregulatoren til pumpen med 1/4" kobberrøret ved hjælp af et nyt møtrik og ferrulesæt. Sørg for, at gasflasken er lukket.
- Øv indføringsteknikken til dråbeindføring.
- Lim en fleksibel spids, såsom IV slange, skåret i en vinkel til enden af kanylen for at hjælpe med at lede dråben mod safirvinduet. Fastgør en 1 mL sprøjte til kanylen og træk i den ønskede mængde deioniseret vand (~ 50-300 μL). Uden nåleventilen eller safirvinduet fastgjort, skal du indsætte kanylens ende i den øverste port og øve dig i at udstøde dråben på midterstadiet. Efter at have øvet dråbeindføring, skal du fjerne dråben og tørre scenen.
BEMÆRK: I denne protokol blev der taget 250 μL deioniseret vand ind i sprøjten.
- Lim en fleksibel spids, såsom IV slange, skåret i en vinkel til enden af kanylen for at hjælpe med at lede dråben mod safirvinduet. Fastgør en 1 mL sprøjte til kanylen og træk i den ønskede mængde deioniseret vand (~ 50-300 μL). Uden nåleventilen eller safirvinduet fastgjort, skal du indsætte kanylens ende i den øverste port og øve dig i at udstøde dråben på midterstadiet. Efter at have øvet dråbeindføring, skal du fjerne dråben og tørre scenen.
- Sæt safirvinduet og skiverne på igen med M8-skruer. Tilslut den flettede slange i rustfrit stål fra trykpumpen til trykcellen, og dobbelttjek, at alle forbindelser fra gasflasken til trykcellen er stramme. Åbn trykcelleindløbsventilen (sideventilen), og sæt trykcellen i akvariet. Sæt et fiberoptisk lyskildekabel i trykcellebelysningsporten.
- Tilsæt 50/50 ethanol/vand (v/v) til akvariet, indtil det er på niveau med toppen af trykcellen, lige under lyskildeforbindelsen. Sørg for, at emhættestrømmen er tændt. Når opløsningsniveauet falder før fremtidige forsøg i de følgende uger, tilsættes mere ethanol. Udskift løsningen månedligt.
- Indstil køleren til den temperatur, der vil opnå ~ 0 ° C til 3 ° C inde i cellen (~ -4 °C) og begynde at cirkulere gennem spoler. Tænd luftstrømmen til akvariet for at forhindre kondens på akvarieoverfladen.
- Start en temperaturlog i dataloggersoftwaren. Indstil scanningsintervallet til 30 s. Vent, indtil temperaturen inde i trykcellen er stabil ved 2 °C (~6-24 timer).
- Tilføj en vanddråbe i trykcellen ved hjælp af kameravisningen på den bærbare computer.
- Tænd lyskilden til ~80%. Åbn kamerasoftwaren. I live view skal du fokusere kameralinsen på cellens indre kammer. Juster lyskilden for at få den bedste billedbehandling.
- Start en ny temperaturlog med et scanningsinterval på 1 s.
- Hvis den er fastgjort, skal du løsne udløbsnålventilen i trykcellens øverste port. Fastgør en 1 mL sprøjte til kanylen og træk i den ønskede mængde deioniseret vand (~ 50-300 μL).
BEMÆRK: I denne protokol blev der trukket 250 μL deioniseret vand ind i sprøjten. - Sæt kanylen gennem den øverste port, indtil spidsen er synlig i kamerasoftwaren i live view-tilstand. Udvis væskedråben fra sprøjten over den centrale termokouple. Sæt nåleventilen på igen.
- Fokuser kameraet på dråben i trykcellen. Begynd time-lapse imaging hver ~ 60 s.
- Åbn tryktransducersoftwaren på den bærbare computer, og begynd at indsamle data på diagrammet og dataloggen med et scanningsinterval på 1 s (samme som temperaturscanningsintervallet). Vent, indtil dråbetemperaturen er stabil mellem 0-3 °C.
- Tryk trykcellen til det ønskede tryk.
BEMÆRK: Don sikkerhedsbriller, før du trykker på cellen.- Tænd for pumpen og controlleren. Luk trykpumpens indløbsventil.
- Åbn pumpens udløbsventil og trykcellens ventiler.
BEMÆRK: Trykcelleindløbsventilen skal altid være åben. - Tjære pumpetrykket ved at trykke på Nul på trykpumpe controlleren. Vælg pumpe A på trykpumpestyringen for at overvåge trykket.
- Sørg for, at trykpumpen er tom, hvis der var en anden væske end metangas i pumpen. Gør dette ved at indstille det maksimale flow og Const Flow til 100 mL/min og trykke på Kør. Lad den køre, indtil pumpen er tom. Luk pumpens udløbsventil, og åbn pumpeindløbsventilen.
- Åbn gasflasken, og indstil gasflaskeregulatoren til 1.000 kPa.
- Tryk på Genopfyld på trykpumpestyringen. Når pumpen er fuld og i nærheden af 1.000 kPa, skal pumpens indløbsventil og gasflasken lukkes.
- Let åben (~ 1/16" drej) pumpen udløbsventilen til cellen. Overvåg trykcelletrykket i tryktransducersoftwaren, da trykket kan falde på grund af den relativt lavere temperatur i trykcellen.
- Indstil max flowet til 10 mL/min: Tryk på Trykpumpestyringen på trykpumpen; tryk på 3 for max flow; tryk på 1 for at indstille max flow; punch i 10; tryk på Enter.
- Indstil det maksimale tryk til 5.000 kPa: på trykpumpestyringen skal du trykke på Grænser; tryk på 1; punch i 5000; tryk på Enter.
- Indstil det konstante tryk til 1.000 kPa: Tryk på trykpumpestyringen på tryk på Konstant tryk; tryk på A; punch i 1000; tryk på Enter. Tryk på Kør.
- Når 1.000 kPa er nået, skal du trykke på Stop på pumpestyringen og lukke pumpens udløbsventil. Overvåg trykket i trykcellen for at sikre, at der ikke er lækager. Hvis trykket falder, skal du bruge væskeudslipdetektoren til at finde lækagen ved forbindelserne og forsigtigt stramme de lækkende komponenter.
- Hvis cellen er stabil, skal du åbne pumpeudgangen og indstille Konstantpressen til 2.000 kPa. Tryk på Stop og skærm. Hvis den er stabil ved 2.000 kPa, skal du indstille Const Press til 3.000 kPa. Tryk på Stop og skærm. Hvis den er stabil ved 3.000 kPa, skal du indstille Const Press til 4.000 kPa. Tryk på Stop og skærm. Hvis den er stabil til 4.000 kPa, skal du indstille Const Press til 5.000 kPa. Tryk på Stop og skærm.
- Hvis trykket er stabilt, skal du lukke pumpeudgangen.
BEMÆRK: Hvis pumpevolumenet løber tør, skal pumpen lukkes og åbner pumpeindtaget lidt. Åbn langsomt gasflasken, og indstil gasregulatoren til 1.000 kPa. Tryk på Genopfyld på pumpestyringen. Når pumpen er genopfyldt, skal gasflasken og pumpeindtaget lukkes. Tryk på pumpen, så den passer til trykcelletrykket. - Vent på ~ 12-24 timer for gassen at gennemsyre dråben.
- Nukleate hydrat shell ved hjælp af tøris.
- Skift time-lapse til at tage billeder hver 2-5 s.
- Tilsæt tøris til toppen af cellen, indtil hydratskallen ses i time-lapse. Hvis tøris glider, anbringe tape omkring toppen af cellen.
- Overhold udviklingen af metanhydratformationen gennem time-lapse fotos til ~ 2-6 timer.
- Tryk cellen ned til 2.000 kPa ved at åbne pumpeudgangen og indstille Const Press til 2.000 kPa. Bemærk, når der sker smeltning.
BEMÆRK: Boblende i sessile dråben kan forekomme på grund af udslip af den opløste gas. - Efter ~ 30 min, undertrykke trykcellen til 5.000 kPa at observere hukommelseseffekten. Bemærk, når en hydrat shell begynder at reformere. Lad skallen dannes i ~ 30 min til 2 timer.
- Tryk cellen ved at åbne pumpeudgangen og indstille Const Press til 0 kPa. Hvis der er resttryk i trykcellen, skal trykcelleventilen åbnes en smule med ~1/16".
- Gem tryk- og temperaturdataene som .csv filer.
- Fjern dråben ved at fjerne toptrykscelleventilen som før og udtrække dråben med sprøjten/kanylen/IV-røret. Hvis der er en bekymring for forurening mellem forsøg, skal du fjerne safirvinduet og desinficere scenen og udskifte vakuumfedtet. Brug en sugekop til at fjerne safirvinduet, når trykcellen er opvarmet til stuetemperatur.
6. Analyser dataene.
- Åbn temperatur- og trykfilerne .csv filer.
- Lav et nyt regneark. Kopier tids- og trykkolonnerne fra tryk- .csv og tid og temperatur fra den temperatur.csv fil ind i det nye regneark.
- Lav et punktplot med tiden på x-aksen og to y-akser med temperatur og tryk (Supplerende figur S2).
- Lav yderligere to kolonner til den hydratstabilitetskurve. I den første kolonne skal du indtaste temperaturerne fra 273,15 K til ~ 279,15 K med 0,1 K intervaller. I den anden kolonne beregnes trykket ved hjælp af formel (1) fra Sloan &Koh13.
P [kPa] = exp(a+b/T [K]), hvor a = 38,98 og b = -8533,80 (1) - Lav et punktplot af hydratstabilitetsgrænsen med temperatur (K) på x-aksen og trykket (kPa) på y-aksen. Tilføj en anden serie på scatter plot med eksperimentel temperatur og tryk på x og y akser, henholdsvis (Figur 4).
- Bemærk på graferne, hvor en hydratskal blev synlig, ifølge time-lapse imaging.
7. Vedligehold udstyret.
- Top tankopløsningen med ethanol før hvert forsøg for at erstatte fordampet ethanol. Udskift tankopløsningen helt månedligt.
- Skift o-ringe og gummi skive hver 2 måned af regelmæssig brug.
- Udskift portforbindelser, hvis der opstår vedvarende lækage, der ikke er rettet ved at stramme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Med denne metode kan en gashydratskal på en dråbe overvåges visuelt gennem et safirvindue i trykcellen og via temperatur- og tryktransducere. For at nukleate hydratskallen efter tryk til 5 MPa kan tøris føjes til toppen af trykcellen for at fremkalde et termisk stød for at udløse hurtig hydratkrystallisering. Der er en klar morfologisk forskel ved tøris-tvunget hydrat shell dannelse. Vanddråben gik fra en glat, reflekterende overflade (Figur 3A) til en uigennemsigtig hydratskal med en let dendritisk overflade (Figur 3B). Tilsætning af 100 μg mL-1 Type I AFP ændrede hydratmorfologien ved at fremkalde ridged kanter langs dråben og fremspring fra toppen af dråben (Figur 3C, D).
Efter hydrat shell udviklet til ~ 1 time, cellen blev trykket til 2 MPa (Supplerende Video S3). Under trykning var der et temperaturfald på 0,2 °C til 0,5 °C i nærheden af P/T-stabilitetskurven13 (figur 4) på grund af eksotermisk hydratafkobling. Hydrat dissociation blev bekræftet ved visuel smeltning gennem time-lapse imaging i begyndelsen af faldet i temperaturen, noteret af stjerner i figur 4. Efter fuldstændig hydrat dissociation undertrykte vi cellen for at observere morfologien og smeltetemperaturen med "hukommelseseffekten"14, det fænomen, hvor hydrat dannes hurtigere efter hydrat allerede er dannet i systemet (Supplerende Video S4). Ved re-tryk reformerede en hydratskal inden for et par minutter efter at have nået 5 MPa, og vi observerede det samme temperaturfald ved stabilitetskurven under dissociation.
Negative kontroller uden dråbe og med en dråbe, der ikke udgjorde en hydratskal (Figur 4, Forsøg 4 og 5) viste intet fald i temperaturen under depressurisering. Ved depressurisering under 2 MPa observerede vi gas boblende i dråben fra hurtig afgasning. Da toppen af hvert temperaturfald var over den tidligere etablerede P/T stabilitetskurve13 (hydratstabilitetskurve #1 i figur 4), blev der beregnet en regressionskurve baseret på toppen P/T i disse forsøg (P [kPa] = EXP(38,98+-8533,8/T [K]), hydratstabilitetskurve #2 i figur 4).
Figur 1: Trykcelle. Det stadium, hvor dråben sidder, og de indlejrede termoelementer afsløres ved at fjerne safirvinduet og overlysende gummi- og stålskiver. Alle dele og forbindelser er mærket. Øverst til venstre indsat: fase vist ovenfra med centrale og side fase indlejrede termoelementer. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Metanhydrat eksperimentel opsætning. (A) Den røghætte, hvor den eksperimentelle opsætning er placeret. (B) Gasflasken tilsluttes via en kobberspole til trykpumpen. Fremhævet fra panelet (A) er (C) den samlede trykcelle, (D) 10-gallon (37,85 L) tanken uden isolering eller opløsning, (E) trykpumpen, og (F, G, H) zoomet ind billeder aftryk pumpeforbindelser. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Metanhydratskaller. Repræsentative billeder af dråben før (A) og efter (B) dannes en metanhydratskal, der er dannet på en deioniseret vanddråbe, og før (C) og efter (D) en hydratskal dannet på en dråbe indeholdende 100 μg mL-1 Type I frostvæskeprotein. Skalalinjer = 5 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Stabilitetsdiagram over tryktemperatur. Tryk- og temperaturdata under depressurisering vises med P/T-stabilitetskurver af metanhydrat (#1 fra Sloan og Koh 200713 og #2 beregnet ud fra at tage en regressionskurve fra hydrat smeltetoppe fra denne undersøgelse). Forsøg med vellykkede hydratskaller på DI-vanddråber er forsøg 1, 2 og 3. Prøve 4 var en negativ kontrol uden dråbe på scenen. Dråben i forsøg 5 var en anden negativ kontrol, hvor der ikke blev dannet nogen hydratskal. Stjerner angiver, hvornår visuel hydratsmeltning begyndte under depressurisering. Forsøg 1 har en opløsning på 30 s (et datapunkt hver 30 s); andre forsøg har en opløsning på 1 s. Forkortelser: T = forsøg; M.E. = hukommelseseffekt; P/T = tryktemperatur; DI = deioniseret; res = opløsning. Klik her for at se en større version af dette tal.
Supplerende figur S1: CAD-billeder til bearbejdning af trykcellen. Del A-F i trykcellen er mærket med deres del bogstav og dimensioner. Forkortelse: CAD = computerstøttet design. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur S2: Tryk- og temperaturdata over tid for forsøg 2-4. Forsøg 2 og 3 var regelmæssige deioniserede vanddråber, der dannede hydratskaller. Forsøg 4 var en negativ kontrol, hvor der ikke var nogen dråbe til stede. Forsøgene er linet op ved den første depressurization, som forekommer på tid nul. Et lille fald i temperaturen sker i begyndelsen af depressurisering på grund af gasblandingen med trykpumpen. Et større temperaturfald opstår på grund af hydratsmeltningen efter det første trykfald, som det fremgår af forsøg 2 og 3. Temperaturudsvingene i slutningen af forsøg 4 skyldes åbningen af ventilen, hvilket fører til fuldstændig depressurisering, som også forekommer i slutningen af forsøg 2 og 3. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende tabel S1: Tilladt stress (MPa) af den bearbejdet trykcelle. Forkortelse: FS = sikkerhedsfaktor. Klik her for at downloade denne tabel.
Supplerende tabel S2: Sikkerhedsfaktor for den bearbejdete trykcelle. Forkortelse: FS = sikkerhedsfaktor. Klik her for at downloade denne tabel.
Supplerende Video S1: Stamme. Video af stammesimuleringen på maskinarbejdet trykcelle. Klik her for at downloade denne video.
Supplerende Video S2: Stress. Video af stresssimuleringen på maskinarbejdet trykcelle. Klik her for at downloade denne video.
Supplerende Video S3: Prøve 3 af hydrat shell dissociation. Time-lapse video af hydrat shell dissociation ved 25x hastighed. Klik her for at downloade denne video.
Supplerende Video S4: Prøve 3 af hukommelse effekt nukleation. Time-lapse video af hydrat shell dannelse af hukommelse effekt efter repressurizing fra 2 MPa til 5 MPa ved 10x hastighed. Klik her for at downloade denne video.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har udviklet en metode til at danne metanhydratskaller på sessile vanddråber sikkert og dele denne metode til at bearbejde og samle en trykcelle, der er klassificeret til 10 MPa-arbejdstryk, samt tryk- og kølesystemerne. Trykcellen er udstyret med et stadium for dråben, der indeholder indlejrede termoelementer, et safirvindue til visualisering af dråben og en tryktransducer fastgjort til toppen af cellen. Kølesystemet omfatter kølet ethylenglycol, der cirkulerer gennem kobberspoler i en tank med 50% ethanolopløsning, hvor trykcellen er placeret. En trykpumpe presser gassen fra cylinderen til trykcellen. Hydratskallen dannes ved hurtigt temperaturfald med tilsætning af tøris til toppen af trykcellen. Vi tillader skallen at danne sig i 2 timer, hvor vi mener, at gassen gennemsyrer gennem stokastisk revner af hydratskallen, og Ostwald modner over en længere periode. Faktisk kan denne enhed bruges til at studere disse fænomener.
De kritiske trin for denne protokol omfatter: 1) lækage-test trykcellen med vand, før tryk på det med gas, 2) praksis at tilføje vanddråbe på scenen, før du indsætter safir vinduet, 3) afkøle dråben til at være stabil på ~ 2 ° C før tryk, 4) tryk med en max strømningshastighed på 10 mL min-1 til 5 MPa i 1 MPa trin, 5) lukke udløbsventilen på trykpumpen (til cellen) for at begrænse gasudvekslingen med trykpumpen, 6) indstil temperatur, tryk og time-lapse software til at logge hver 1 s, 1 s og 5 s (eller mindre), henholdsvis før tilsætning af tøris, 7) anvende tøris til toppen af cellen kontinuerligt, indtil en hydrat shell er observeret i time-lapse, 8) lad hydratskallen dannes i mindst 1 time, 9) trykke ved samme hastighed som tryk.
Under metodeudvikling optimerede vi variabler og teknikker, herunder timingen af køling, tryk, depressurisering, dråbestørrelse og dråbeindføringsteknikken. Der er et par begrænsninger i brugen af denne metode. En begrænsning er opløsningen af dråbebilleddannelse på grund af kameraets opløsning og materialer mellem kameraet og dråben (tank, ethanolopløsning, tykt safirvindue). Derudover, mens andre undersøgelser observerer overfladedråben på en mikroskala7,9,10, giver denne metode kun mulighed for makroskalaobservationer. Et mikroskop linse vedhæftet fil kunne installeres, hvis der var interesse for mikro observationer.
En anden begrænsning af denne metode er ikke at kunne måle hydratskallens tykkelse præcist. Hydrattykkelsen kan dog estimeres ved at trække tværsnitsområdet fra før og efter hydratdannelsen og beregne gasforbruget ved hjælp af temperaturændringen under depressurisering for at bestemme mængden af hydrat dannet. En anden begrænsning er, at denne dråbe ikke kan ses i 3D, fordi der kun er den ene side af trykcellen, der indeholder et safirvindue. I modsætning hertil har andre undersøgelser brugt celler lavet udelukkende af safir til at observere dråben fra flere vinkler7. Vi har heller ikke installeret et temperaturkontrollerende trin10 eller spektroskopiske teknikker; men disse kunne helt sikkert installeres ved hjælp af denne opsætning.
Med denne metode kan morfologien, dissociationstrykket og temperaturen og temperaturændringen under hydratafkobling observeres med dråber, der indeholder tilsætningsstoffer eller alternative fasesubstrater. Denne metode er relativt billig, og der er få grundige protokoller til dannelse af gashydratskaller. Da højtrykssystemer kan være farlige, inkluderer vi sikkerhedstips til tryk- og lækagetest. Derudover tillader mange opsætninger ikke visualisering af gashydratdannelse eller gør det i en meget mindre eller meget større skala. Laboratorieforsøg er en væsentlig bidragyder til forståelsen af naturligt forekommende gashydrater og naturgashydrater, der kan forårsage dødelige gasrørledning eksplosioner. Denne metode kan bruges til hurtigt at vurdere virkningerne af tilsætningsstoffer på dissociationstemperaturen og morfologien og tilsætningsstoffernes evne til at eliminere hukommelseseffekten. Effektive tilsætningsstoffer kan anvendes som hæmmere i naturgasrørledninger eller til at studere den biologiske aktivitet af dybhavsbakterier6,15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Der er ingen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
NASA Exobiology tilskud 80NSSC19K0477 finansieret denne forskning. Vi takker William Waite og Nicolas Espinoza for værdifulde 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).
