نقدم بروتوكولا لقياس الخواص الحرارية لعينات الرواسب الاصطناعية الحاملة للهيدرات التي تتكون من الرمل والماء والميثان وهيدرات الميثان.
مقالة منهجية
نقدم بروتوكولا لقياس الخواص الحرارية لعينات الرواسب الاصطناعية الحاملة للهيدرات التي تتكون من الرمل والماء والميثان وهيدرات الميثان.
هيدرات الميثان (MHs) موجودة بكميات كبيرة في قاع المحيط ومناطق التربة الصقيعية. تتم دراسة الميثان وهيدرات الهيدروجين كموارد طاقة مستقبلية ووسائط تخزين الطاقة. لتطوير طريقة لإنتاج الغاز من الرواسب الطبيعية الحاملة ل MH والتقنيات القائمة على الهيدرات ، من الضروري فهم الخصائص الحرارية لهيدرات الغاز.
قياسات الخصائص الحرارية' للعينات التي تتكون من الرمل والماء والميثان والميغاهيرسلاسل صعبة لأن حرارة ذوبان MH قد تؤثر على القياسات. لحل هذه المشكلة ، أجرينا قياسات الخصائص الحرارية في ظروف فائقة البرودة أثناء تكوين MH. يتم وصف بروتوكول القياس وطريقة حساب تغير التشبع ونصائح تحليل الثوابت الحرارية للعينة باستخدام تقنيات مصدر المستوى العابر.
تأثير حرارة تكوين MH على القياس صغير جدا لأن معدل تكوين هيدرات الغاز بطيء جدا. يمكن تطبيق طريقة القياس هذه على الخصائص الحرارية لنظام غاز هيدرات الغاز والماء ، والذي يحتوي على هيدروجين ،ثاني أكسيد الكربون 2 ، وهيدرات الأوزون ، لأن معدل التكوين المنخفض المميز لهيدرات الغاز ليس فريدا من نوعه ل MH. النقطة الأساسية لهذه الطريقة هي المعدل المنخفض لانتقال الطور للمادة المستهدفة. وبالتالي ، يمكن تطبيق هذه الطريقة على مواد أخرى ذات معدلات انتقال طور منخفضة.
هيدرات الغاز هي مركبات البلورية التي تشكل هياكل قفص من جزيئات الماء المستعبدين الهيدروجين التي تحتوي على جزيئات ضيف في قفص 1. كميات كبيرة من هيدرات الميثان (MHS) في مناطق قاع المحيط والأرض دائمة التجمد هي موارد الطاقة مثيرة للاهتمام في المستقبل ولكن قد تؤثر الظروف المناخية العالمية 2.
في مارس 2013، أجرى النفط اليابان والغاز والمعادن المؤسسة الوطنية أول اختبار انتاج النفط في العالم لاستخراج الغاز من الرواسب MH-تحمل الطبيعية في شرق نانكاى منخفض باستخدام "طريقة تخفيض الضغط" 3،4.
يمكن هيدرات الغاز تخزين الغازات مثل غاز الميثان 1، هيدروجين 5، CO 2 1،6، والأوزون 7. وبالتالي، يتم دراسة الميثان والهيدروجين هيدرات للتخزين الطاقة الكامنة وسائل الاعلام وسائل النقل. للحد من انبعاثات غاز CO 2 التي تطلق في الجو، CO 2 sequesوقد تم دراسة tration باستخدام ثاني أكسيد الكربون 2 هيدرات في رواسب أعماق المحيطات 6. يستخدم الأوزون حاليا في تنقية المياه وتعقيم المواد الغذائية. وقد أجريت دراسات لتكنولوجيا الحفاظ الأوزون لأنها كيميائيا غير مستقر 7. تركيز الأوزون في هيدرات هو أعلى من ذلك بكثير في الماء ozonized أو الجليد 7.
لتطوير إنتاج الغاز من الرواسب MH-تحمل الطبيعية والتكنولوجيات القائمة على هيدرات، لا بد من فهم الخصائص الحرارية من هيدرات الغاز. ومع ذلك، فإن بيانات الخصائص الحرارية والدراسات نموذج من الرواسب الحاملة للهيدرات الغاز شحيحة 8.
"طريقة تخفيض الضغط" يمكن أن تستخدم لفصل MH في الفضاء المسام الرواسب من خلال خفض ضغط المسام دون استقرار هيدرات. في هذه العملية، تغيير مكونات الفضاء الرواسب المسام من المياه ومن MH على المياه، MH، والغاز. قياس الخصائص الحرارية "من الشرط الأخير هو صعب لأن حرارة انصهار MH قد تؤثر على القياسات. لحل هذه المشكلة، موراؤكا آخرون بعمل قياس الخواص الحرارية "في الظروف فائق التبريد خلال تشكيل MH 9.
مع هذا البروتوكول الفيديو، ونحن شرح طريقة قياس فائق التبريد الاصطناعية عينة الرمال والغاز والمياه-MH.
ويبين الشكل (1) والإعداد التجريبية لقياس الخصائص الحرارية للغاز الميثان الاصطناعي الهيدرات تحمل الرواسب. الإعداد هو نفسه كما هو مبين في اشارة 9. ويتألف النظام أساسا سفينة ذات الضغط العالي والضغط والتحكم في درجة الحرارة، والخصائص الحرارية لنظام القياس. وتتكون السفينة الضغط العالي من الفولاذ المقاوم للصدأ أسطواني بقطر داخلي من 140 ملم وارتفاعها 140 ملم. حجم الداخلية مع حجم القتلى إزالتها هو 2110 سم 3، والحد من ضغوطها هو 15 ميجا باسكال. وtransie مصدر الطائرة الإقليم الشمالي يستخدم (TPS) تقنية لقياس الخواص الحرارية 10. وضعت تسعة تحقيقات TPS مع نصف قطر الفردية من 2.001 ملم داخل السفينة. يظهر تخطيط وتسعة تحقيقات 9 في الشكل 2 في إشارة 9. وترتبط تحقيقات TPS إلى محلل الخواص الحرارية 'مع كابل وتحول يدويا أثناء التجربة. وترد تفاصيل استشعار TPS، اتصال الرسم التخطيطي، والإعداد في السفينة في أرقام S1، 2، و 3 من المعلومات الداعمة في اشارة 9.

الشكل 1: الإعداد التجريبية لقياس الخصائص الحرارية للالاصطناعي الرواسب هيدرات الميثان الحاملة يتم تعديل هذا الرقم من الإشارة 9.3956fig1large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تم استخدام أسلوب TPS لقياس الخصائص الحرارية من كل عينة. ووصف مبادئ الأسلوب في اشارة 10. في هذه الطريقة، وارتفاع درجة الحرارة تعتمد على الوقت، ΔT افي، هو

أين

في المعادلة 1، W 0 هو انتاج الطاقة من أجهزة الاستشعار، ص هي دائرة نصف قطرها من التحقيق الاستشعار، λ هو التوصيل الحراري للعينة، α هو انتشار حراري، و t هو الزمن من بداية امدادات الطاقة لجنة التحقيق الاستشعار. D (τ) هو الوقت أبعاد وظيفة تعتمد. τ تعطى من قبل (αt / ص) 1/2. في المعادلة 2، م هو عدد حلقات متحدة المركز لجنة التحقيق TPS وأنا 0 هي وظيفة بسل المعدلة. يتم تحديد الموصلية الحرارية، وانتشار حراري، والحرارة النوعية للعينة في وقت واحد عن طريق تحليل انعكاس تطبيقها على ارتفاع درجة الحرارة كما يتم توفير القدرة على التحقيق الاستشعار.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ملاحظة: يرجى الرجوع إلى جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة، وتستخدم هذه الدراسة ارتفاع ضغط قابلة للاشتعال غاز الميثان وكبيرة سفينة الضغط العالي. ارتداء خوذة، ونظارات السلامة، وأحذية السلامة. إذا توقف نظام التحكم في درجة الحرارة، والضغط داخل وعاء يزيد مع MH التفكك. لمنع وقوع الحوادث، ينصح باستخدام نظام صمام الأمان بقوة للافراج تلقائيا غاز الميثان في الغلاف الجوي. النظام صمام أمان يمكن أن تعمل من دون مصدر الطاقة الكهربائية.
1. إعداد عينات الغاز الرمال المياه الميثان 9
2. MH تحضير وقياس الخواص الحرارية "من عينة فائق التبريد 9
3. حساب للتغيير التشبع من عينة 9،11
ملاحظة:يتم احتساب درجة التشبع لMH، والمياه، والغاز في العينة كدالة في الزمن t باستخدام معادلة الحالة للغاز. ووصف تفاصيل الحساب والمعادلات المستخدمة سابقا 11.





الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويبين الشكل 2A الملف الشخصى درجة الحرارة التي لا يتأثر MH ذوبان. ΔT ج هو التغير في درجة الحرارة نظرا لقياس الثوابت الحرارية. الشكل 2B يظهر الملف الشخصى درجة الحرارة التي يتأثر MH ذوبان. لا يمكن تحليل الشخصية في الشكل 2B من خلال معادلات 1 و 2 ليتم الحصول على هذه المعادلات بافتراض الظروف عينة مستقرة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وقدرت تأثير الحرارة تشكيل MH على القياس. وقدرت الحرارة تشكيل MH من المنتجات من معدل تغيير S ح كما هو مبين في الشكل 3B والمحتوى الحراري من تشكيل H = 52.9 كج مول -1 لMH 14. ونتيجة لذلك، كان الحد الأقصى للتغير في درجة الحرارة 0.00081 درجة مئوية ثانية -1. وكان هذا أقل بكثير من ارتفاع درجة الحرارة ΔT ج من أجهزة الاستشعار TPS بين 1 درجة مئوية و 1.5 درجة مئوية خلال فترة زمنية من 5 ثوانى. مو...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
وأيد هذه الدراسة ماليا من قبل اتحاد البحوث MH21 للموارد هيدرات الميثان في اليابان والبرنامج الوطني لهيدرات الميثان استغلال من قبل وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة. فإن الكتاب أود أن أشكر T. ميكاوا وS. انتقل على المساعدة التي قدموها مع التجارب.
الأرقام طبع بإذن من (موراؤكا، M.، Susuki، N.، ياماغوتشي، H.، تسوجي، T.، ياماموتو، Y.، وقود الطاقة، 29 (3)، 2015، 1345-1351، 2015، دوى: 10.1021 / ef502350n). حقوق التأليف والنشر (2015) جمعية الكيميائية الأميركية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| مسبار حراري TPS ، مستشعر القرص الساخن | Hot Disk AB Co. ، السويد | # 7577 | نوع مستشعر Kapton ، نصف قطر المستشعر 2.001 مم |
| الخصائص الحرارية للقرص الساخن | Hot Disk AB Co. ، السويد | TPS 2500 ؛ | |
| Toyoura رمل السيليكا القياسي | Toyoura Keiseki Kogyo Co.، Ltd. ، غاز الميثان | الياباني N / A | |
| ، 99.9999٪ | طوكيو للكيماويات الغازية المحدودة ، اليابان | N / A | الصف 6 ؛ N, Volume 47 L ، ضغط الشحن 14.7 ؛ |
| نظام تنقية المياه MPa ، Elix Advantage 3 | Merck Millipore. ، الولايات المتحدة | N / A | 5 M & Omega ؛ سم (عند 25 ؛ ° ج) |
| طاولة اهتزازية المقاومة ، باكر Vivratory | Sinfonia Technology Co. Ltd. ، مبرد | VGP-60 | |
| الياباني ، جهاز تدوير الحمام الحراري ؛ | شركة THOMAS KAGAKU Co.، Ltd.، اليابان | TRL-40SP | |
| Coorant، Aurora محلول ملحي | طوكيو فاين كيماويات المحدودة، اليابان | N / A | الإيثيلين جلايكول 71 ؛ wt٪ |
| مقياس درجة الحرارة | Nitto Kouatsu. ، اليابان | N / A | Pt 100 ، كاشف درجة حرارة مقاومة البلاتين من نوع الغمد |
| مقياس الضغط | Kyowa Electronic Instruments. ، اليابان | PG-200 KU | |
| مسجل البيانات | KEYENCE. ، اليابان | NR-500 | |
| وحدة التحكم في التدفق الشامل | OVAL Co. ، اليابان | F-221S-A-11-11A | الحد الأقصى للتدفق 2,000 N ml/ م ، أقصى ضغط تصميم 19.6 ؛ الكروب الذهنيه |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن