Wir präsentieren ein Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften von synthetischen hydrathaltigen Sedimentproben, die Sand, Wasser, Methan und Methanhydrat enthalten.
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Wir präsentieren ein Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften von synthetischen hydrathaltigen Sedimentproben, die Sand, Wasser, Methan und Methanhydrat enthalten.
Methanhydrate (MHs) sind in großen Mengen am Meeresboden und im Permafrost vorhanden. Methan und Hydrogenhydrate werden als zukünftige Energieressourcen und Energiespeichermedien untersucht. Um ein Verfahren zur Gasgewinnung aus natürlichen MH-haltigen Sedimenten und hydratbasierten Technologien zu entwickeln, ist es unerlässlich, die thermischen Eigenschaften von Gashydraten zu verstehen.
Messungen der thermischen Eigenschaften von Proben, die aus Sand, Wasser, Methan und MH bestehen, sind schwierig, da die Schmelzwärme von MH die Messungen beeinflussen kann. Um dieses Problem zu lösen, haben wir Messungen der thermischen Eigenschaften unter unterkühlten Bedingungen während der MH-Bildung durchgeführt. Das Messprotokoll, die Berechnungsmethode für die Sättigungsänderung und Tipps für die Analyse der thermischen Konstanten der Probe mit Hilfe von Techniken mit transienten ebenen Quellen werden hier beschrieben.
Der Einfluss der Bildungswärme von MH auf die Messung ist sehr gering, da die Gashydratbildungsrate sehr langsam ist. Dieses Messverfahren kann auf die thermischen Eigenschaften des Gashydrat-Wasser-Gastgas-Systems angewendet werden, das Wasserstoff-, CO2 - und Ozonhydrate enthält, da die charakteristische niedrige Bildungsrate von Gashydrat nicht nur bei MH auftritt. Der entscheidende Punkt dieser Methode ist die geringe Phasenübergangsrate des Zielmaterials. Daher kann diese Methode auf andere Materialien mit niedrigen Phasenübergangsraten angewendet werden.
Gashydrate sind kristalline Verbindungen , die Käfigstrukturen von wasserstoffgebundenen Wassermoleküle umfassen enthält Gastmoleküle in den Käfig 1. Große Mengen an Methanhydrat (MHS) in den Meeresboden und Permafrostregionen sind interessante Zukunftsenergieressourcen , sondern globale Klimabedingungen 2 beeinflussen können.
Im März 2013 führte die Japan Oil, Gas und Metals National Corporation die erste Offshore - Produktionstest der Welt Gas aus natürlichen MH haltigen Sedimenten im östlichen Nankai Trough mit dem "Entspannungsmethode" 3,4 zu extrahieren.
Gashydrate können Gase wie Methan speichern 1 Wasserstoff 5, CO 2 1,6 und Ozon 7. Daher Methan und Wasserstoff Hydrate werden als potentielle Energiespeicher und Transportmedien untersucht. Die CO 2 -Emissionen in die Atmosphäre, CO 2 seques freigegeben zu reduzieren ,tration CO 2 Hydrate in Tiefseesedimenten verwendet haben 6 untersucht worden. Ozon wird zur Zeit in der Wasserreinigung und Lebensmittel Sterilisation verwendet. Studien von Ozon Konservierungstechnologie durchgeführt worden , weil sie chemisch instabil 7 ist. Die Ozonkonzentration in Hydrate ist viel höher als die in mit Ozon angereichertem Wasser oder Eis 7.
Um die Gasproduktion aus natürlichen MH haltigen Sedimenten und Hydrat-basierte Technologien zu entwickeln, ist es zwingend notwendig, um die thermischen Eigenschaften von Gashydraten zu verstehen. Allerdings sind die thermischen Eigenschaften Daten und Modellstudien von Gashydrat haltigen Sedimenten knapp 8.
Die "Entspannungsmethode" kann verwendet werden, MH im Sediment Porenraum zu trennen von der Porendruck unterhalb des Hydratstabilität abnimmt. Bei diesem Verfahren ändern sich die Sedimentporenraum-Komponenten aus dem Wasser und von MH zu Wasser, MH, und Gas. Die thermischen Eigenschaften 'Messungder letztgenannte Bedingung ist schwierig, weil die Schmelzwärme von MH die Messungen beeinflussen können. Um dieses Problem zu lösen, Muraoka et al. Geführt , um die Messung "thermischen Eigenschaften bei unterkühlten Bedingungen während MH Bildung 9.
Mit diesem Video-Protokoll erläutern wir die Messmethode unterkühlten synthetischen Sand-Wasser-Gas-MH Probe.
Abbildung 1 zeigt den Versuchsaufbau für die thermischen Eigenschaften des künstlichen Methanhydrat tragenden Sediments gemessen wird . Der Aufbau ist der gleiche wie in Bezug auf 9 dargestellt ist . Das System umfasst im Wesentlichen einen Hochdruckbehälter, Druck- und Temperaturkontrolle und thermischen Eigenschaften des Messsystems. Der Hochdruckbehälter ist aus zylindrischen rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 140 mm und einer Höhe von 140 mm zusammengesetzt ist; dessen Innenvolumen mit dem Totvolumen entfernt ist 2.110 cm 3, und seine Druckgrenze beträgt 15 MPa. Die transie nt Ebene Quelle (TPS) Technik wird verwendet , 10 um die thermischen Eigenschaften zu messen. Neun TPS Sonden mit Einzelradien 2.001 mm sind im Inneren des Behälters angeordnet. Das Layout der neun Sonden 9 ist in Figur 2 in Bezug auf 9 dargestellt ist . Die TPS-Sonden sind mit den thermischen Eigenschaften 'Analysator mit einem Kabel und schaltet manuell während des Experiments. Die Einzelheiten des TPS - Sensor, Anschlussbild und Einrichtung im Behälter sind in den S1 gezeigt, 2 und 3 der unterstützenden Informationen in Bezug auf 9.

Abb . 1: Der Versuchsaufbau für die thermischen Eigenschaften des künstlichen Methanhydrat-Lager Sediment Messung Die Figur ist aus Referenz 9 geändert.3956fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die TPS-Verfahren wurde verwendet, um die thermischen Eigenschaften jeder Probe zu messen. Die Verfahrensprinzipien sind in 10 beschrieben. In diesem Verfahren ist die zeitabhängige Temperaturanstieg & Delta; T ave,

woher

In Gleichung 1, W 0 die Ausgangsleistung von dem Sensor ist, r der Radius der Sensorsonde, λ die thermische Leitfähigkeit der Probe, α das thermische Diffusionsvermögen ist, und t die Zeit vom Beginn der Stromversorgung an die Sensorsonde. D (τ) ist eine dimensionslose zeitabhängige Funktion. τ durch (& agr; t / r) 1/2 gegeben. In Gleichung 2, m ist die Anzahl der konzentrischen Ringe der Sonde TPS und I 0 ist eine modifizierte Bessel - Funktion. Die Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und die spezifische Wärme der Probe gleichzeitig durch Inversion Analyse auf die Temperaturerhöhung angewandt bestimmt als Kraft auf die Sensorsonde zugeführt wird.
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Hinweis: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter wie diese Studie Hochdruck brennbare Methangas und einen großen Hochdruckbehälter verwendet. Tragen Sie einen Helm, Schutzbrille und Sicherheitsschuhe. Wenn die Temperatur-Steuersystem aufhört, steigt der Druck in dem Gefäß mit MH Dissoziation. Um Unfälle zu vermeiden, ist die Verwendung eines Sicherheitsventilsystem dringend empfohlen, zur Freigabe automatisch das Methangas in die Atmosphäre. Das Sicherheitsventil-System kann ohne Stromversorgung arbeiten.
1. Herstellung der Sand-Wasser-Methan - Gasproben 9
2. MH Synthese und Bewertung "Thermische Eigenschaften der unterkühlten Probe 9
3. Berechnung der Sättigung Änderung der Probe 9,11
Hinweis:Der Sättigungsgrad für MH, Wasser und Gas in der Probe als Funktion der Zeit t wird die Zustandsgleichung des Gases berechnet. Die Berechnungsdetails und Gleichungen verwendet werden , zuvor beschriebenen 11.





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Figur 2a zeigt das Temperaturprofil , das nicht von MH Schmelz beeinflusst wird. & Dgr; T c ist die Temperaturänderung aufgrund der thermischen Konstanten "Messung. 2b das Temperaturprofil zeigt , das von MH Schmelz beeinflusst wird. Das Profil in Figur 2b nicht durch Gleichungen 1 und 2 untersucht werden , da diese Gleichungen unter der Annahme , stabile Probenbedingungen abgeleitet werden.
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Die Wirkung der Bildung Wärme MH auf der Messung geschätzt. Die Bildung von Wärme MH wurde von Produkten Änderungsrate des S h geschätzt , wie in 3b und die Bildungsenthalpie H = 52,9 kJ mol -1 für MH 14 gezeigt. Infolgedessen wurde die maximale Temperaturänderung 0,00081 ° C s -1. Dies war viel niedriger als der Temperaturanstieg & Dgr; T c des TPS - Sensor zwischen 1 ° C und 1,5 ° C während des Zeitintervalls von 5 S...
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Diese Studie wurde finanziell von der MH21 Research Consortium für Methanhydrat Ressourcen in Japan und der National Methanhydratförderung Programm durch das Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie unterstützt. Die Autoren möchten T. Maekawa und S. Goto für die Unterstützung bei den Experimenten zu danken.
Abgedruckt Zahlen mit freundlicher Genehmigung von (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Energy Fuels, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Copyright (2015) American Chemical Society.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| TPS Temperatursonde, Hot-Disk-Sensor | Hot Disk AB Co., Schweden# | 7577 | Kapton-Sensortyp, Sensorradius 2.001 mm |
| Thermischer Analysator für Hot-Disk-Eigenschaften | Disk AB Co., Schweden | TPS 2500 | |
| Toyoura Standard Quarzsand | Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan | N/A | |
| Methangas, 99,9999% | Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan | N/A | Klasse 6 N, Band 47 L, Ladedruck 14,7 |
| MPa-Wasseraufbereitungssystem, Elix Advantage 3 | Merck Millipore., USA | N/A | 5 MΩ cm (bei 25 ° C) |
| Widerstandsvibriertisch, Vivratoriumspacker | Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan | VGP-60 | |
| Kühler, thermostatischer Badthermostat | THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan | TRL-40SP | |
| Coorant, Aurora Sole | Tokyo Fine Chemical Co., Ltd., Japan | N/A | Ethylenglykol 71 wt% |
| Temperaturmessgerät | Nitto Kouatsu., Japan | N/A | Pt 100, Platin-Widerstands-Temperaturdetektor mit Mantel |
| Manometer | Kyowa Electronic Instruments., Japan | PG-200 KU | |
| Datenlogger | KEYENCE., Japan | NR-500 | |
| Massendurchflussregler | OVAL Co., Japan | F-221S-A-11-11A | Maximaler Durchfluss 2.000 N ml/ M, maximaler Auslegungsdruck 19,6 Mpa |
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