Name: Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften einer unterkühlten Synthetic Sand-Wasser-Gas-Methanhydrat Probe (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 46 s
Description: Erfahren Sie die Messung thermischer Eigenschaften von Methanhydrat-Sedimentproben unter Hochdruckbedingungen. Dieses Verfahren unterstützt die Entwicklung von Gasförderungstechnologien und Simulationen.

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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.

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 <ol><li> Platzieren Sie den Hochdruckbehälter auf dem Rütteltisch. </li><li> Gießen Sie 1,5 l reines Wasser in einer Flasche Wasser und 4000 g Quarzsand in einer Sandflasche. Genau zu wiegen, die Massen von Sand und Wasser in den Sand und Wasserflaschen sind. </li><li> Gießen Sie 1 Liter reines Wasser in den Hochdruckbehälter mit einem Innenvolumen von 2110 cm 3 aus einer Wasserflaschebis das Wasser füllt die Hälfte des Innenbehälters. </li><li> Schalten Sie den Rütteltisch der gesamte Behälter vibriert. Stellen Sie die Schwingungsfrequenz und die Stromversorgung zu 50 Hz und 220 W. Tragen Sie die Schwingung bis zum Abschluss der Stufe 1.5. Entfernen Sie die Restluft in der Ablaufleitung und Sintermetallfilter am Boden des Behälters durch den Behälter vibriert. </li><li> Pour 3.300 g Quarzsand aus einer Sandflasche in das Gefäß mit einer konstanten Rate von etwa 1 g sec -1 unter Verwendung eines Trichters gehalten in der Nähe der Wasseroberfläche , während der gesamte Behälter in Schwingungen versetzt wird einheitliche Packung zu gewährleisten. </li><li> Stoppen Sie die Vibration, wenn das Wasser den Rand des Behälters erreicht. </li><li> Platzieren einen Ring als temporäre Wand auf den Rand des Gefäßes zu verhindern, dass Wasser zu verschütten. </li><li> Vibrieren des Gefäßes wieder bei 50 Hz und 220 W. </li><li> Wenn der Sand den Rand des Gefäßes (Höhe 140 mm) erreicht, schaltet sich die Schwingung aus. </li><li> Entfernen Sie die temporäre Wand und Porenwasserüber mit the Ablaufleitung. Gießen Sie das überschüssige Porenwasser in die Wasserflasche. </li><li> Verpacken Sie den Sand durch das Schiff einmal vibriert oder zweimal bei 50 Hz und 300 W für 1 Sekunde und mehr Sand hinzufügen, wenn nötig. </li><li> Wiegen Sie die Massen von Sand und Wasser in den Sand und Wasserflaschen. Berechnen Sie die Sand und Wassermassen in den Behälter aus den Massendifferenzen in den Sand und Wasserflaschen. In diesem Experiment wurden die Massen von Sand und Wasser in das Gefäß 3.385 g und 823,6 g, respectively. Die Masse des Wassers in dem Gefäß ist als w insgesamt bezeichnet. </li><li> Decken Sie den Hochdruckbehälter mit einem Edelstahldeckel und ziehen Sie die Schrauben von diagonal gegenüberliegenden Paaren in Folge. </li><li> Bewegen Sie den Hochdruckbehälter vom Rütteltisch auf die Tabelle für das Experiment bestimmt. </li><li> Decken Sie den Hochdruckbehälter mit dem Wärmeisolator, um die Temperatur zu steuern. </li><li> Verbinden die Hochdruckleitungen und die Kühlwasserströmungsleitungen mit dem Hochdruckbehälter. </li&gt; <li> Öffnen die Ventile der Eingangs- und Ausgangsgasleitungen. Belüften 10 L Methan mit einer Geschwindigkeit von 800 ml min -1 bis keine überschüssige Wassereinleitungen in die Falle unter Atmosphärendruck. Der Sand Entladung wird durch einen Sintermetallfilter befestigt auf dem Boden des Gefäßes verhindert. Das restliche Wasser bleibt auf der Sandoberfläche, weil die hydrophile Quarzsand die Wassermoleküle adsorbiert. </li><li> Wiegen Sie die Masse des Wassers in der Falle, w trap, das Gasvolumen in dem Behälter zu bestimmen. Bestimmen Sie die Masse an Restwasser, w res, in dem Gefäß unter Verwendung der Gleichung w res = w total - w Falle. In diesem Fall war w res und w trap 360,6 g und 463,0 g, respectively. </li><li> Bestimmen Sie die Probe Porosität unter Verwendung der Formel Ѱ = 1 - V Sand / V - Zelle, wobei V Sand das Volumen von ter Sand durch das Verhältnis der Sandmasse zur Sanddichte bestimmt (dh ρ s = 2630 kg m -3) und V Zelle ist das innere Volumen des Behälters. Die Porosität Ѱ der Probe betrug 0,39. </li><li> Schließen Sie das Ventil der Ausgangsgasleitung. Injizieren Methan der Porendruck des Methans in dem Gefäß auf etwa 12,1 MPa bei Raumtemperatur zu erhöhen (dh 31,6 ° C). </li><li> Schließen Sie das Ventil der Eingangsgasleitung. </li><li> Beginnen, den Druck und die Temperatur in dem Behälter während des Experimentes Aufzeichnen der Datenlogger verwendet. Die Datenerfassungsintervall beträgt 5 Sekunden. Die gesamte Versuchsdauer beträgt ca. 3.000 min. </li></ol> 2. MH Synthese und Bewertung &quot;Thermische Eigenschaften der unterkühlten Probe 9 <ol><li> Schalten Sie den Kühler zum Kühlen des Gefäßes von Raumtemperatur auf 2,0 ° C durch das Kühlmittel zirkuliert. Lassen Sie das Kühlmittel zirkulieren vom Kühler to den Boden des Behälters, von dort auf den Deckel des Behälters und schließlich zurück in die Kältemaschine. Die Temperaturänderungsrate in dem Behälter betrug etwa 0.001 ° C s -1. </li><li> Legen Sie die Messparameter über das TPS-Analyzer-Software. Stellen Sie den Sensortyp Design # 7577 zum Sensor. Eingestellt , die Ausgangsleistung W 0 bis 30 mW und die Messzeit auf 5 sec. Beachten Sie, dass die entsprechenden Parameter geändert werden sollte, wenn der Sensortyp oder Probenbedingungen ändern. Die Parameter der Temperatur von 1 ° C bis 1,5 ° C zu erhöhen. </li><li> Berechnen der Unterkühlungsgrad &amp; Delta; T sup, mit der folgenden Gleichung: AT sup = T eq (P) - T. (3) T eq (P) ist die Gleichgewichtstemperatur von MH als Funktion des Drucks P. T eq (P) berechnet unter Verwendung der CSMGem Software 1.0; P und T der Druck und die Temperatur in dem Gefäß unter Verwendung von Druck- und Temperaturmessgeräte gemessen. </li><li> Gleichzeitig messen die Wärmeleitfähigkeit, Wärmeleitzahl und volumetrische spezifische Wärme mit der TPS - Analysator nach &amp; Delta; T sup größer als 2 ° C ist. </li><li> Schalten Sie die TPS-Sonde mit dem thermischen Eigenschaften Analysator nach jeder Messung. Schalten Sie die Kabel zwischen den TPS - Sonden und den Analysator manuell während des Experiments 9. Der Anschlussplan ist in Abbildung S2 in Bezug auf 9 gezeigt. Die Schaltfolge für jeden Sensor nicht. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... Die Sequenz ist von dem Abstand zwischen den Sensoren basieren, die so weit wie möglich eingestellt wird, um die Restwärme zu beeinträchtigen, die Messungen zu verhindern. Daten sammeln alle 3-5 min. </li><li> Wiederholen Sie die Messungen bis &amp; #916; T sup erreicht 2 ° C erneut. In diesem Experiment sup Δ T steigt zunächst mit der Zeit. Nach &amp; Delta; T sup den Maximalwert erreicht, nimmt &amp; Delta; T sup allmählich auf 0 ° C , da der Druck unter Bildung von MH abnimmt. Überprüfen Sie, ob AT sup von mehr als 2 ° C vor den TPS - Messungen ist Gleichung 3. </li><li> Stellen Sie sicher, dass das Temperaturprofil nicht durch MH Schmelz beeinflusst wird. Wenn MH während der Messungen schmilzt, steigt die Temperatur nicht, weil Schmelzen von MH eine endotherme Reaktion ist. Überprüfen Sie das Temperaturprofil während der Messungen und wird im Ergebnisteil diskutiert. </li><li> Führen Sie die Analyse der thermischen Eigenschaften für alle Temperaturprofildaten der TPS-Technik. </li></ol> 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. <ol><li> Berechnen Sie die Methangasvolumen V Gas, t zum Zeitpunkt t <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> wobei Q der anfängliche Volumen des Gases in dem Gefäß ist, V MH, t - 1 ist das Volumen des MH zum Zeitpunkt t - 1 ist , und R VHW ist das Volumenverhältnis von Wasser und MH. <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> In Gleichung 5 ist , n die Anzahl der Hydratisierung MH (~ 6), ρ und ρ MH Wasser entsprechen der Dichte von MH und Wasser sind, und w und w MH Wasser bezeichnen die Molekularmasse von MH und Wasser, respectively. </li><li> Berechne den Betrag &amp; Delta; M t (mol) von MH aus t gebildet - 1 bis t <img alt="Gleichung 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> wobei R die Gaskonstante ist, P der Druck des Methangas und Z t (T Gas, t, P Gas, t) ist der Kompressionskoeffizient von Methan zur Zeit t. Wir haben 9 und Sakamoto et al. 11 haben die Benedict-Webb-Rubin (BWR) Gleichung verwendet, wie von Lee und Kesler modifiziert, für die Berechnung der Z t 12, 13. Für diese Berechnung werden die Formeln (3-7,1) - 7 Referenz 13 - (3-7,4) der BWR Gleichung 13 und die Lee-Kesler Konstanten sind in den Tabellen 3 verwendet. </li><li> Berechnen Sie die Volumenänderung Δ V MH, <sub&gt; t von MH von t - 1 bis t <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> wobei P s der Bezugsdruck von 101325 Pa, T s ist , ist die Referenztemperatur von 273,15 K, Z s ist der Kompressionskoeffizient bei P s und T s (Z s ~ 1) und V CH4 ist das Verhältnis des Methangasvolumen in der Volumeneinheit MH [Nm 3 m -3]. Verwenden Sie einen V CH4 Wert von 165,99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Berechnen des Volumens V MH, t von MH zum Zeitpunkt t <img alt="Gleichung 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Berechne das Volumen des Wassers V Wasser, t in dem Druckbehälter zum Zeitpunkt t <img alt="Gleichung 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; wobei V Wasser, 1 ist das Anfangsvolumen des Wassers. </li><li> Wiederholen Sie die Berechnungen unter Verwendung der Gleichungen. 4-9 zum Zeitpunkt t = 2, 3, ... die Änderung der Sättigung von Wasser, Methan und MH 11 zu bestimmen. Die Anfangsbedingung t = 1, dh, V Gas, 1 = Q. Die P und T zum Zeitpunkt t werden von den Datenprotokollen 9 entnommen. Die Berechnungsergebnisse werden in dem folgenden Abschnitt dargestellt. </li></ol>

<ol><li>Sloan, E. D., Koh, C. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSloan%2C+ED+%22Clathrate+Hydrates+of+Natural+Gases%2C+3rd+ed%22">Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd ed</a>. , 3rd ed, CRC Press. Boca Raton, FL. (2007).</li>
<li>Hatzikiriakos, S. G., Englezos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+global+warming+and+methane+gas+hydrates+in+the+earth%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">The relationship between global warming and methane gas hydrates in the earth.</a> Chem. Eng. Sci. 48 (23), 3963-3969 (1993).</li>
<li>Yamamoto, K. Overview and introduction: pressure core-sampling and analyses in the 2012-2013 MH21 offshore test of gas production from methane hydrates in the eastern Nankai Trough. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYamamoto%2C+K+%22Mar.+Petrol.+Geol%22">Mar. Petrol. Geol</a>. 66 (Pt 2), 296(2015).</li>
<li>Fujii, T., et al. Geological setting and characterization of a methane hydrate reservoir distributed at the first offshore production test site on the Daini-Atsumi Knoll in the eastern Nankai Trough, Japan. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFujii%2C+T+%22Mar.+Petrol.+Geol%22">Mar. Petrol. Geol</a>. 66 (Pt 2), 310(2015).</li>
<li>Mao, W. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+clusters+in+clathrate+hydrate%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Hydrogen clusters in clathrate hydrate.</a> Science. 297 (5590), 2247-2249 (2002).</li>
<li>Lee, S., Liang, L., Riestenberg, D., West, O. R., Tsouris, C., Adams, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CO2+hydrate+composite+for+ocean+carbon+sequestration%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">CO2 hydrate composite for ocean carbon sequestration.</a> Environ. Sci. Technol. 37 (16), 3701-3708 (2003).</li>
<li>Muromachi, S., Ohmura, R., Takeya, S., Mori, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clathrate+Hydrates+for+Ozone+Preservation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Clathrate Hydrates for Ozone Preservation.</a> J. Phys. Chem. B. 114, 11430-11435 (2010).</li>
<li>Waite, W. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+properties+of+hydrate-bearing+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Geophys%22%5BJournal%5D)">Physical properties of hydrate-bearing sediments.</a> Rev. Geophys. 47 (4), (2009).</li>
<li>Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+properties+of+a+supercooled+synthetic+sand-water-gas-methane+hydrate+sample%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">Thermal properties of a supercooled synthetic sand-water-gas-methane hydrate sample.</a> Energy Fuels. 29 (3), 1345-1351 (2015).</li>
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<li>Lee, B. I., Kesler, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+generalized+thermodynamic+correlation+based+on+three-parameter+corresponding+states%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+J%22%5BJournal%5D)">A generalized thermodynamic correlation based on three-parameter corresponding states.</a> AIChE J. 21 (3), 510-527 (1975).</li>
<li>Reid, R. C., Prausnitz, J. M., Poling, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chapter+3%2C+Unit+3%2C+7%5BTitle%5D)+AND+%22The+properties+of+gases+and+liquids%22%5BJournal%5D)">Chapter 3, Unit 3, 7.</a> The properties of gases and liquids. , 4th ed, 47-49 (1987).</li>
<li>Anderson, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enthalpy+of+dissociation+and+hydration+number+of+methane+hydrate+from+the+Clapeyron+equation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Thermodyn%22%5BJournal%5D)">Enthalpy of dissociation and hydration number of methane hydrate from the Clapeyron equation.</a> J. Chem. Thermodyn. 36 (12), 1119-1127 (2004).</li>
<li>Waite, W. F., deMartin, B. J., Kirby, S. H., Pinkston, J., Ruppel, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conductivity+measurements+in+porous+mixtures+of+methane+hydrate+and+quartz+sand%5BTitle%5D)+AND+%22Geophys.+Res.+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermal conductivity measurements in porous mixtures of methane hydrate and quartz sand.</a> Geophys. Res. Lett. 29 (24), 82-1-82-4 (2002).</li>
<li>Kumar, P., Turner, D., Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+diffusivity+measurements+of+porous+methane+hydrate+and+hydrate-sediment+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Thermal diffusivity measurements of porous methane hydrate and hydrate-sediment mixtures.</a> J. Geophys. Res. 109 (B1), (2004).</li>
<li>Huang, D., Fan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+and+modeling+thermal+conductivity+of+gas+hydrate-bearing+sand%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Measuring and modeling thermal conductivity of gas hydrate-bearing sand.</a> J. Geophys. Res. 110 (B1), (2005).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

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 &amp; Dgr; T c des TPS - Sensor zwischen 1 ° C und 1,5 ° C während des Zeitintervalls von 5 S...

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 &quot;Entspannungsmethode&quot; 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 &quot;Entspannungsmethode&quot; 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 &#39;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 &quot;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<html> 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 &#39;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. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Abb . 1: Der Versuchsaufbau für die thermischen Eigenschaften des künstlichen Methanhydrat-Lager Sediment Messung Die Figur ist aus Referenz 9 geändert.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; 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 &amp; Delta; T ave, <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> woher <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> 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 </em&gt; durch (&amp; 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.

<table><tbody><tr><td>TPS Temperatursonde, Hot-Disk-Sensor</td><td>Hot Disk AB Co., Schweden#</td><td>7577</td><td>Kapton-Sensortyp, Sensorradius 2.001 mm</td></tr><tr><td>Thermischer Analysator für Hot-Disk-Eigenschaften</td> Hot <td>Disk AB Co., Schweden</td><td>TPS 2500&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Toyoura Standard Quarzsand</td><td>Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Methangas, 99,9999%</td><td>Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>Klasse 6&nbsp; N, Band 47&nbsp; L, Ladedruck 14,7&nbsp; </td></tr><tr><td>MPa-Wasseraufbereitungssystem, Elix Advantage 3</td><td>Merck Millipore., USA</td><td>N/A</td><td>5 M&Omega; cm (bei 25&nbsp; &deg; C)</td></tr><tr><td>Widerstandsvibriertisch, Vivratoriumspacker</td><td>Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan</td><td>VGP-60</td><td></td></tr><tr><td>Kühler, thermostatischer Badthermostat &nbsp;</td><td>THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan</td><td>TRL-40SP</td><td></td></tr><tr><td>Coorant, Aurora Sole</td><td>Tokyo Fine Chemical Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>Ethylenglykol 71&nbsp; wt%</td></tr><tr><td>Temperaturmessgerät</td><td>Nitto Kouatsu., Japan</td><td>N/A</td><td>Pt 100, Platin-Widerstands-Temperaturdetektor mit Mantel</td></tr><tr><td>Manometer</td><td>Kyowa Electronic Instruments., Japan</td><td>PG-200 KU</td><td></td></tr><tr><td>Datenlogger</td><td>KEYENCE., Japan</td><td>NR-500</td><td></td></tr><tr><td>Massendurchflussregler</td><td>OVAL Co., Japan</td><td>F-221S-A-11-11A</td><td>Maximaler Durchfluss 2.000&nbsp; N&nbsp; ml&#8288;/&#8288; M, maximaler Auslegungsdruck 19,6&nbsp; Mpa</td></tr></tbody></table>

protokoll zur messung der thermischen eigenschaften einer unterkühlten synthetic sand-wasser-gas-methanhydrat probe

Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample

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.

Figur 2a zeigt das Temperaturprofil , das nicht von MH Schmelz beeinflusst wird. &amp; Dgr; T c ist die Temperaturänderung aufgrund der thermischen Konstanten &quot;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. <p class="jov...

Wir präsentieren ein Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften von synthetischen hydrathaltigen Sedimentproben, die Sand, Wasser, Methan und Methanhydrat enthalten.

Protokoll zur Messung der thermischen Eigenschaften einer unterkühlten Synthetic Sand-Wasser-Gas-Methanhydrat Probe

Methane hydrates (MHs) are present in large amounts in the ocean floor and permafrost regions. Methane and hydrogen hydrates are being studied as future ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die thermischen Eigenschaften einer Probe aus Sand, Wasser, Methandas und Methanhydrat zu bestimmen. Diese Lektion kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Gasfördertechnologie zu beantworten, wie z. B. die Simulation der Gasförderung, natürliche Methanhydrate. Stellen Sie zunächst den Hochdruckbehälter auf den Rütteltisch.Gießen Sie 1,5 Liter reines Wasser in eine Wasserflasche und 4.000 Gramm Quarzsand in eine Sandflasche. Wiegen Sie die Massen an Sand und Wasser in den jeweiligen Flaschen genau ab. Gießen Sie dann 1 Liter reines Wasser in den Hochdruckbehälter mit einem Innenvolumen von 2.110 Kubikzentimetern aus einer Wasserflasche, bis das Wasser die Hälfte des inneren Gefäßes füllt.Schalten Sie den Rütteltisch ein, um das gesamte Gefäß in Schwingung zu versetzen. Stellen Sie die Vibrationsrate auf 50 Hertz und das Netzteil auf 220 Watt ein. Entfernen Sie die Restluft in der Ablaufleitung und dem zentrierten Metallfilter am Boden des Behälters, indem Sie den Behälter vibrieren.Gießen Sie 3.300 Gramm Quarzsand aus einer Sandflasche mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa einem Gramm pro Sekunde in das Gefäß, indem Sie einen Trichter verwenden, der in der Nähe der Wasseroberfläche gehalten wird, während das gesamte Gefäß vibriert wird, um eine gleichmäßige Packung zu gewährleisten. Stoppen Sie die Vibration, wenn das Wasser den Rand des Behälters erreicht. Platzieren Sie einen Ring als provisorische Wand am Rand des Gefäßes, um das Verschütten von Wasser zu verhindern.Vibrieren Sie das Gefäß erneut wie zuvor, und wenn der Sand den Rand des Gefäßes erreicht, schalten Sie die Vibration aus. Entfernen Sie das überschüssige Wasser, gießen Sie es über die Abflussleitung und gießen Sie es zurück in die Wasserflasche. Entfernen Sie die temporäre Wand.Packen Sie den Sand, indem Sie das Gefäß ein- bis zweimal mit 50 Hertz und 300 Watt pro Sekunde vibrieren und bei Bedarf mehr Sand hinzufügen. Wiegen Sie die Masse des Sandes und des Wassers in den jeweiligen Flaschen ab. Berechnen Sie als Nächstes die Sand- und Wassermassen im Gefäß aus den Massenunterschieden in den Sand- und Wasserflaschen.In diesem Experiment betrug die Masse des Sandes im Gefäß 3.385 Gramm und die Masse des Wassers im Gefäß 823,6 Gramm. Die Wassermasse im Gefäß wird als w total bezeichnet. Decken Sie den Hochdruckbehälter mit einem Edelstahldeckel ab und ziehen Sie die Schrauben der diagonal gegenüberliegenden Paare nacheinander fest.Bewegen Sie den Hochdruckbehälter vom Rütteltisch auf den für das Experiment vorgesehenen Tisch. Decken Sie den Hochdruckbehälter mit einem Wärmeisolator ab, um die Temperatur zu regeln. Verbinden Sie dann die Hochdruckleitungen und die Kühlwasserleitungen mit dem Hochdruckbehälter.Öffnen Sie die Ventile der Ein- und Ausgangsgasleitungen. 10 Liter Methan werden mit einer Geschwindigkeit von 800 Millilitern pro Minute belüftet, bis kein überschüssiges Wasser mehr in die Falle unter Atmosphärendruck gelangt. Der Sandaustrag wird durch einen zentrierten Metallfilter verhindert, der am Boden des Behälters befestigt ist.Das Restwasser verbleibt an der Sandoberfläche, da der hydrophile Quarzsand die Wassermoleküle aufnimmt. Wiegen Sie die Wassermasse in der Falle w, um das Gasvolumen im Behälter zu bestimmen. Bestimmen Sie die Masse des Restwassers, w resi.In diesem Fall beträgt die Fangmenge 360,6 Gramm und die Siebmenge 463 Gramm. Nach dem Schließen des Ventils der Ausgangsgasleitung wird Methan eingespritzt, um den Ausgießdruck von Methan im Behälter auf etwa 12,1 Megapascal bei Raumtemperatur zu erhöhen. Schließen Sie dann das Ventil der Eingangsgasleitung.Starten Sie während des Experiments die Aufzeichnung von Druck und Temperatur im Behälter mit dem Datenlogger. Schalten Sie den Kühler ein, um das Gefäß von Raumtemperatur auf 2,0 Grad Celsius zu kühlen, indem Sie das Kühlmittel umwälzen. Lassen Sie das Kühlmittel vom Kühler zum Boden des Behälters, von dort zum Deckel des Behälters und schließlich zurück zum Kühler zirkulieren.Richten Sie die Messparameter mit der TPS-Analysatorsoftware (Transient Plane Source) ein und berechnen Sie den Grad der Unterkühlung, wie im Textprotokoll bestimmt. Der kritischste Schritt ist die Messung der Sonarkonstante, indem der Temperaturanstieg über dem TPS-Sensor-Unterkühlungsmittel gehalten wird. Messen Sie gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und die volumetrische spezifische Wärme mit dem TPS-Analysator, nachdem der Grad der Unterkühlung mehr als zwei Grad Celsius betragen hat.Wechseln Sie nach jeder Messung die Kabel während des Experiments manuell zwischen den TPS-Sonden und dem Analysator. Erfassen Sie alle drei bis fünf Minuten Daten. Wiederholen Sie die Messungen, bis der Grad der Unterkühlung wieder zwei Grad Celsius erreicht.In diesem Experiment nimmt der Grad der Unterkühlung zunächst mit der Zeit zu. Nachdem der Grad der Unterkühlung den Maximalwert erreicht hat, sinkt er allmählich auf null Grad Celsius, da der Druck mit der Bildung von MH abnimmt. Hier ist ein Temperaturprofil dargestellt, das nicht durch das Schmelzen von Methanhydrat beeinflusst wird, und ein Temperaturprofil, das durch das Schmelzen beeinflusst wird. Beachten Sie, dass dieses Profil nicht mit der TPS-Technik analysiert werden kann, da die Analysegleichungen von stabilen Probenbedingungen ausgehen.Dargestellt sind der Druck, die Temperatur und der Grad der Unterkühlung im Behälter in Abhängigkeit von der Zeit. MH keimt, nachdem das System ein Druck- und Temperaturgleichgewicht erreicht hat. Hier ist die Sättigung des Sediments mit MH, Wasser und Methangas in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.Der Sättigungsgrad wird anhand der Gleichung des Zustands des Gases berechnet. Ein Beispiel für die Messungen der thermischen Konstanten ist hier dargestellt. Die Doppelpfeile geben den Datenbereich an, der in der Analyse verwendet wird.Analyse 1 ist ein Beispiel für einen unangemessenen Bereich, und Analyse 2 ist ein Beispiel für einen geeigneten Bereich. Die Ergebnisse der TPS-Inversionsanalyse für jeden Bereich sind hier dargestellt. Die Abweichung der Temperaturdaten von der linearen Anpassungskurve wird dargestellt.Wird der entsprechende Analysebereich gewählt, wird die Differenztemperatur klein und annähernd konstant. Schließlich werden die Wärmeleitfähigkeit als Funktion der Zeit, die spezifische Wärme als Funktion der Zeit und die Wärmeleitfähigkeit als Funktion der Zeit gezeigt.

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Forschung

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