אנו מציגים פרוטוקול למדידת התכונות התרמיות של דגימות משקעים סינתטיות נושאות הידרט הכוללות חול, מים, מתאן ומתאן הידרט.
מאמר שיטה
אנו מציגים פרוטוקול למדידת התכונות התרמיות של דגימות משקעים סינתטיות נושאות הידרט הכוללות חול, מים, מתאן ומתאן הידרט.
הידרטים של מתאן (MHs) נמצאים בכמויות גדולות בקרקעית האוקיינוס ובאזורי קפאת-עד. הידרטים של מתאן ומימן נחקרים כמשאבי אנרגיה עתידיים ואמצעי אחסון אנרגיה. כדי לפתח שיטה להפקת גז ממשקעים טבעיים נושאי MH וטכנולוגיות מבוססות הידרט, הכרחי להבין את התכונות התרמיות של הידרטי גז.
מדידות התכונות התרמיות של דגימות הכוללות חול, מים, מתאן ו-MH קשות מכיוון שחום ההיתוך של MH עשוי להשפיע על המדידות. כדי לפתור בעיה זו, ביצענו מדידות של תכונות תרמיות בתנאים מקוררים-על במהלך היווצרות MH. פרוטוקול המדידה, שיטת החישוב של שינוי הרוויה וטיפים לניתוח קבועים תרמיים של הדגימה באמצעות טכניקות מקור מישור חולף מתוארים כאן.
ההשפעה של חום היווצרות MH על המדידה קטנה מאוד מכיוון שקצב היווצרות הידרט הגז איטי מאוד. ניתן ליישם שיטת מדידה זו על התכונות התרמיות של מערכת הגז הידרט-מים-אורח, המכילה מימן, CO2 והידרטים של אוזון, מכיוון שקצב ההיווצרות הנמוך האופייני של הידרט הגז אינו ייחודי ל-MH. נקודת המפתח בשיטה זו היא הקצב הנמוך של מעבר פאזה של חומר היעד. לפיכך, ניתן ליישם שיטה זו על חומרים אחרים בעלי שיעורי מעבר פאזה נמוכים.
הידרט גז הם תרכובות גבישי המרכיבות מבנים כלוב של מולקולות מים מלוכדות מימן המכיל מולקולות אורח בכלוב 1. כמויות גדולות של נוזלים מתאן (MHS) באזורי הרצפה קפוא אוקיינוס הן מקורות אנרגיה בעתיד מעניינים אך הוא עשוי לפגוע בתנאי האקלים הגלובלי 2.
בחודש מרץ 2013, יפן הנפט, הגז, והמתכות הלאומיות Corporation שנערכו במבחן הפקת הנפט הראשון בעולם כדי לחלץ גז טבעי ממשקעים MH נושא בשוקת Nankai המזרחית באמצעות "שיטת ירידת לחץ" 3,4.
הידרט גז יכול לאחסן גזים כגון מתאן 1, מימן 5, CO 2 1,6, ו אוזון 7. לפיכך, הידרט המתאן ומימן נלמדים כאחסון אנרגיה פוטנציאלית ומדיה תחבורה. כדי להפחית את פליטת ה- CO 2 משתחררים לאטמוספירה, CO 2 sequestration באמצעות CO 2 הידרט במשקעים למעמקי האוקיינוס נחקרו 6. האוזון משמש כיום לטיהור מים ועיקור מזון. מחקרים של טכנולוגיית שימור האוזון נערכו כי זה 7 כימיה יציבה. ריכוז האוזון הידרט הוא גבוה הרבה יותר מזה במים ozonized או קרח 7.
כדי לפתח ייצור גז טבעי ממשקעים MH נושאות וטכנולוגיות מבוססי מימה, זה הכרחי כדי להבין את תכונות תרמיות של נוזלים וגז. עם זאת, נתוני תכונות תרמיות ומחקרי מודל של משקעים מימה נושאות גז נדירים 8.
"שיטת ירידת הלחץ" שניתן להשתמש בם כדי לנתק MH במרחב הנקבובי משקע ידי הפחתת הלחץ הנקבובי מתחת יציבות מימה. בתהליך זה, את הרכיבים הנקבוביות משקעים לשנות ממים ומן MH למים, MH, וגז. המדידה 'התכונות התרמיותהתנאי האחרון הוא קשה בגלל חום ההיתוך של MH עשוי להשפיע על המדידות. כדי לפתור בעיה זו, Muraoka et al. בצע את המדידה 'תכונות תרמיות בתנאים בקירור במהלך MH היווצרות 9.
עם פרוטוקול בסרטון הזה, נסביר את שיטת המדידה של מדגם סינתטי בקירור חול-מים-גז-MH.
איור 1 מציג את הגדרת הניסוי למדידת התכונות התרמיות של משקעים מימה נושאות מתאן מלאכותית. ההתקנה היא זהה המוצג התייחסות 9. המערכת כוללת בעיקר כלי בלחץ גבוה, לחץ ובקרת טמפרטורה, ואת תכונות תרמיות של מערכת המדידה. הספינה בלחץ גבוה מורכבת נירוסטה גלילית עם קוטר פנימי של 140 מ"מ וגובה של 140 מ"מ; הנפח הפנימי שלה עם הנפח המת סיר הוא 2,110 סנטימטר 3, ולהגביל הלחץ שלה הוא 15 מגפ"ס. transie טכניקת NT מקור מטוס (תב"ע) משמשת כדי למדוד את תכונות תרמיות 10. תשע בדיקות TPS עם רדיוס פרט של 2.001 מ"מימ ממוקמות בתוך הכלי. הפריסה של תשע הבדיקות 9 מוצגת באיור 2 בהתייחס 9. בדיקות TPS מחובר המנתח 'תכונות תרמיות באמצעות כבל ועברה ידני במהלך הניסוי. הפרטים של חיישן TPS, דיאגרמת חיבור ולאחר ההתקנה בתוך כלי מוצגי S1 הדמויים, 2, ו -3 של מידע התומך התייחסות 9.

איור 1:. הגדרת הניסוי למדידת תכונות התרמיות של המשקעים מימה נושאות מתאן המלאכותיים הדמות שונה מהתייחסות 9.3956fig1large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
השיטה TPS שימש למדידת התכונות התרמיות של כל דגימה. עקרונות השיטה מתוארים ביחס 10. בשיטה זו, הגידול הטמפרטורה תלוי זמן, ave ΔT, הוא

אֵיפֹה

במשוואה 1, W 0 הוא הספק המוצא מהחיישן, r הוא רדיוס של החללית חיישן, λ הוא מוליכות תרמית של המדגם, α הוא diffusivity תרמית, ו t הוא הזמן מתחילת אספקת החשמל אל בדיקת החיישן. D (τ) הוא פונקציה תלויה ממדי זמן. τ ניתן על ידי (αt / r) 1/2. במשוואה 2, m הוא מספר טבעות קונצנטריות של החללית TPS ואני 0 היא פונקציה Bessel שונה. מוליכות התרמית, diffusivity תרמית, והחום סגולי של המדגם נקבעים בו זמנית על ידי ניתוח היפוך להחיל את העלאת הטמפרטורה ככח מסופק חללית החיישן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: אנא להתייעץ כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים כמו מחקר זה הינו באמצעות גז מתאן דליק בלחץ גבוה וכלי בלחץ גבוה גדול. לחבוש קסדה, משקפי מגן, ומגפי בטיחות. אם מערכת בקרת הטמפרטורה מפסיקה, הלחץ בתוך כלי מגדילה עם דיסוציאציה MH. כדי למנוע תאונות, השימוש במערכת שסתום בטיחות מומלץ מאוד כדי לשחרר את הגז מתאן אוטומטי לאווירה. מערכת שסתום הביטחון יכולה לעבוד ללא אספקת חשמל.
1. הכנת דגימות גז חול-מים-מתאן 9
סינתזת MH 2. ומדידה "תכונות תרמיות של המדגם בקירור 9
חישוב 3. השינוי הרווי המדגם 9,11
הערה:מידת הרוויה עבור MH, מים, וגז במדגם כפונקציה של t זמן מחושב באמצעות המשוואה של המדינה מהגז. פרטי חישוב המשוואות השתמשו מתוארים בעבר 11.





הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 2 א מראה את פרופיל הטמפרטורה כי אינו מושפע MH היתוך. ג ΔT הוא השינוי בטמפרטורה בשל המדידה 'קבועי תרמית. איור 2b מציג את פרופיל הטמפרטורה כי מושפע היתוך MH. בפרופיל האיור 2b לא ניתן לנתח באמצעות משוואות 1 ו -2 כי משוואות אלה שהפיקו בהנחת תנאים מדגמים יציבים.
איור...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שפעת חום ההיווצרות של MH על מדידה נאמדה. חום ההיווצרות של MH נאמד ממוצרים של שינוי בשער של h S כפי שמוצג איור 3B ו אנתלפיה של היווצרות H = 52.9 kJ mol -1 עבור MH 14. כתוצאה מכך, שינוי הטמפרטורה המקסימלית היו 0.00081 ° C שניות -1. זה היה הרבה יותר נמוך מאשר ג ΔT העלאת הטמפרטורה של החיישן TPS בין 1 ° C ו -1.5 מעלות צלזיוס במהלך מרווח הזמן של 5 שניות. להערכת ודיון מפורט מתוארים Sec. 4 ה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
מחקר זה נתמך כלכלית על ידי קונסורציום מחקר MH21 משאבי גז הידרט ביפן והתכנית ניצול סודה הלאומי מתאן על ידי משרד הכלכלה, המסחר והתעשייה. המחברים מבקשים להודות ט Maekawa וס גוטו על עזרתם עם הניסויים.
דמויות הודפס מחדש באישור (Muraoka, מ ', Susuki, נ, ימגוצ'י, ח', צוג'י, ט, ימאמוטו, י ', דלק אנרגיה, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). כל הזכויות שמורות (2015) האגודה האמריקנית לכימיה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| בדיקה תרמית TPS, חיישן דיסק חם | דיסק חם AB Co., שוודיה | #7577 | סוג חיישן קפטון, רדיוס חיישן 2.001 מ"מ |
| מנתח תכונות תרמיות של דיסק | חם דיסק חם AB Co., שוודיה | TPS 2500 | |
| חול סיליקה סטנדרטי Toyoura | Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., יפן | N/A | |
| גז מתאן, 99.9999% | Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., יפן | N/A | כיתה 6 N, כרך 47 L, לחץ טעינה 14.7 |
| מערכת טיהור מים MPa, Elix Advantage 3 | Merck Millipore., ארה"ב | N/A | 5 MΩ ס"מ (ב-25 ° ג) |
| שולחן רטט התנגדות, אורז רטט | סינפוניה טכנולוגיה ושות', בע"מ, יפן | VGP-60 | |
| צ'ילר, סירקולטור אמבטיה תרמוסטטי | THOMAS KAGAKU ושות', בע"מ, יפן | TRL-40SP | |
| Coorant, Aurora מלח | טוקיו פיין כימיקלים ושות', בע"מ, יפן | N/A | אתילן גליקול 71 wt% |
| מד טמפרטורות | Nitto Kouatsu., יפן | N/A | Pt 100, גלאי טמפרטורת התנגדות פלטינה מסוג נדן |
| מד לחץ | Kyowa Electronic Instruments., יפן | PG-200 KU | |
| לוגר נתונים | KEYENCE., יפן | NR-500 | |
| בקר זרימת מסה | OVAL Co., יפן | F-221S-A-11-11A | ספיקה מקסימלית 2,000 N ML/ M, לחץ עיצוב מרבי 19.6 מגה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה