모래, 물, 메탄 및 메탄 수화물로 구성된 합성 수화물 함유 퇴적물 샘플의 열적 특성을 측정하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
모래, 물, 메탄 및 메탄 수화물로 구성된 합성 수화물 함유 퇴적물 샘플의 열적 특성을 측정하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
메탄 하이드레이트(MH)는 해저와 영구 동토층 지역에 다량 존재합니다. 메탄과 수소 하이드레이트는 미래의 에너지 자원 및 에너지 저장 매체로 연구되고 있습니다. MH를 함유한 천연 퇴적물과 수화물 기반 기술에서 가스를 생산하는 방법을 개발하려면 가스 수화물의 열적 특성을 이해하는 것이 필수적입니다.
모래, 물, 메탄 및 MH로 구성된 샘플의 열적 특성' 측정은 MH의 용융열이 측정에 영향을 미칠 수 있기 때문에 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 MH 형성 중 과냉각 조건에서 열 특성 측정을 수행했습니다. 측정 프로토콜, 포화 변화 계산 방법 및 과도 평면 소스 기술을 사용한 샘플의 열 상수 분석을 위한 팁이 여기에 설명되어 있습니다.
가스 수화물 형성 속도가 매우 느리기 때문에 MH의 형성열이 측정에 미치는 영향은 매우 작습니다. 이 측정 방법은 수소, CO2 및 오존 수화물을 포함하는 가스 수화물-물-게스트 가스 시스템의 열적 특성에 적용할 수 있는데, 이는 가스 수화물의 특징적인 낮은 형성 속도가 MH에만 국한되지 않기 때문입니다. 이 방법의 핵심은 대상 물질의 상전이율이 낮다는 것입니다. 따라서, 이 방법은 상전이율이 낮은 다른 재료에 적용될 수 있습니다.
가스 수화물은 케이스 1에서 게스트 분자를 함유하는 수소 결합 물 분자의 케이지 구조를 포함하는 결정 성 화합물이다. 바다의 바닥과 영구 동토 지역에서 메탄 하이드레이트 MHS () 많은 양의 흥미로운 미래 에너지 자원이지만 세계 기후 조건이 영향을 미칠 수 있습니다.
2013 년 3 월, 일본 석유, 가스 및 금속 국립 공사는 "감압 방법"3,4를 사용하여 동부 난카이 트로프 자연 MH-베어링 퇴적물에서 가스를 추출 할 수있는 세계 최초의 해외 생산 테스트를 실시했다.
가스 하이드레이트는 메탄 (1), 수소 (5), CO 2 1,6, 오존 (7) 등의 가스를 저장할 수 있습니다. 따라서, 메탄 및 수소 하이드레이트는 에너지 저장 및 운송 매체로 공부하고 있습니다. 이산화탄소를, CO 2 seques 대기로 방출 배출을 줄이기 위해CO에게 깊은 바다 퇴적물에서 2 수화물을 사용 tration 6을 공부하고있다. 오존은 현재 정수 식품 멸균에서 사용된다. 화학적으로 불안정하기 때문에 7 오존 보존 기술의 연구가 진행되고있다. 수화물의 오존 농도는 오존의 물 또는 얼음 (7)보다 훨씬 더 높다.
천연 MH 담 퇴적물 수화물 기반 기술에서 가스 생산을 개발하기 위해서는 가스 수화물의 열 특성을 이해하는 것이 필수적이다. 그러나 가스 하이드레이트 함유 퇴적물의 열적 특성 데이터와 모델 연구 (8)는 부족하다.
은 "감압 방법"수화물 안정성 아래 공극의 압력을 감소시킴으로써 침전물 공극 공간에서 MH를 해리 할 수있다. 이 과정에서 침전물의 기공 공간 성분은 물과 MH 워터, MH, 및 가스로 변경. 열 특성 '측정MH의 용융 열이 측정에 영향을 줄 수 있기 때문에, 후자 조건 어렵다. 이 문제를 해결하기 무라오카 등 알. MH 형성 9시 과냉각 상태의 열적 특성 '측정을 수행 하였다.
이 비디오 프로토콜, 우리는 과냉각 합성 모래 물 가스-MH 샘플의 측정 방법을 설명합니다.
도 1은 인공 메탄 하이드레이트 함유 침전물의 열 특성을 측정하기위한 실험 구성도이다. 참조 9와 같이 설정은 동일합니다. 이 시스템은 주로 고압 용기, 압력 및 온도 제어 및 측정 시스템의 열 특성을 포함한다. 고압 용기는 140mm의 내경과 140mm의 높이 원통형 스테인레스 강으로 구성되고; 삭제 데드 볼륨의 내부 체적은 2,110cm 3이고, 그 압력 한계가 15 MPa로한다. transie NT 평면 소스 (TPS) 기술은 열적 특성 (10)을 측정하는 데 사용된다. 2.001 mm의 개별 반경 나인 TPS 프로브는 용기 내부에 배치됩니다. 아홉 프로브 (9)의 배치는 참조 9도 2에 도시되어있다. 역방향 채널 프로브 케이블로 열 특성 '분석기에 연결되고 실험 중에 수동으로 전환된다. 용기 내의 TPS 센서 결선도 및 설치의 세부 사항은 참조 9도 S1, 2, 지원 정보 (3)에 나타낸다.

그림 1. 인공 메탄 하이드레이트 함유 침전물의 열 특성을 측정하기위한 실험 장치의 그림을 참조하여도 9에서 수정된다.3956fig1large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
역방향 채널의 방법은 각각의 샘플의 열 특성을 측정하기 위해 사용되었다. 방법의 원리는 기준 (10)에 기재되어있다. 이 방법에서, 시간에 따른 온도 증가, ΔT 아베이고,

어디에

0은 센서로부터의 출력 w는 수학 식 1에서, R은 상기 센서 프로브의 반경, λ는 샘플의 열전도율은, α가 열확산이다이고, t는 전원 공급의 개시로부터 시간 센서 프로브. D (τ) 무 차원 시간 의존 함수. τ이다 (αT / R) 1/2로 주어진다. 수학 식 2에서, m은 TPS 프로브의 동심원의 개수이고, I는 0 변형 베셀 함수이다. 샘플의 열전도율, 열 확산율 및 비열 동시에 전력이 센서 프로브에 공급되는 온도 상승에인가 역전 분석에 의해 결정된다.
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참고 :이 연구는 고압의 가연성 메탄 가스와 대형 고압 용기를 사용하는 모든 관련 물질 안전 보건 자료를 참조하십시오. 헬멧, 보호 안경, 안전 장화를 착용 할 것. 온도 제어 시스템이 정지하는 경우, 용기 내의 압력 MH 해리 증가한다. 사고를 방지하기 위해, 안전 밸브 시스템의 사용을 강력하게 자동으로 대기로 메탄 가스를 방출 할 것을 권장한다. 안전 밸브 시스템은 전력 공급없이 작동 할 수있다.
모래 물 메탄 가스 샘플 9 1. 준비
2. MH 합성 및 과냉각 샘플 (9)의 열적 특성 '측정
샘플 9,11의 채도 변경 3. 계산
노트 :시간 t의 함수로서 샘플 MH, 물에 대한 포화 가스의 정도는 가스의 상태 방정식을 이용하여 계산된다. 사용되는 계산 내용 및 방정식 이전 11 설명되어 있습니다.





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도 2a 의한 열 상수 '측정 MH 용융. ΔT C로 온도 변화 인 영향을받지 않는 온도 프로파일을 도시한다.도 2b는 MH 융해의 영향을받는 온도 프로파일을 보여준다. 이러한 방정식 안정된 샘플 조건을 가정함으로써 유도되기 때문에도 2b에 프로파일은 식 1 및 2를 통해 분석 될 수 없다.
도 3a는 시간의 함수로서 용기 내의 과냉각의 압력, 온도 및 정도를 나타낸다. 시스템 후 수소 핵이는 압력과 온도 평형에 도달했습니다. MH의 형성은 시간 t = 170 분에서의 급격한 압력 변화에 의해 표시된다. 이중 달린 화살표는 과냉각의 정도가보다 2 °의 ...
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측정에 MH의 형성 가열의 효과는 추정되었다. 도 3b 및 형성 H = 52.9 킬로 몰 -1 MH 14의 엔탈피 같이 MH의 형성은 열 S (H)의 변화율의 생성물로부터 추정되었다. 결과적으로, 최고 온도 변화는 0.00081 ° C 초 -1였다. 이 5 초의 시간 간격 동안 1 ° C와 150 ° C 사이의 TPS 센서의 온도 증가를 ΔT C보다 훨씬 낮았다. 자세한 추정 및 논의는 절에 설명되어 있습니다. 기준 9 4.
다음은 프로토콜 중요한 단계이다. 첫 번째 단계는 샘플 과냉각 상태를 유지한다. 두 번째 단계는 과냉각 ΔT의 SUP 정도 아래 TPS 센서의 승온 ΔT C를 유지하여 열 상...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
본 연구는 재정적으로 일본의 메탄 하이드레이트 자원에 대한 MH21 연구 컨소시엄 경제, 무역, 산업 자원부에 의해 국립 메탄 하이드레이트 착취 프로그램에 의해 지원되었다. 저자는 실험과의 지원 T. 마에 카와와 S. 고토에게 감사의 말씀을 전합니다.
. (무라오카, M., 스 스키, N., 야마구치, H., 츠지, T., 야마모토, Y., 에너지 연료, 29 (3), 2015 년 1,345에서 1,351 사이, 2015, DOI의 허가 재판 그림 : 10.1021 / ef502350n). 저작권 (2015) 미국 화학 학회.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| TPS 열 프로브, 핫 디스크 센서 | Hot Disk AB Co., 스웨덴 | #7577 | Kapton 센서 유형, 센서 반경 2.001 mm |
| 핫 디스크 열 특성 분석기 | Hot Disk AB Co., 스웨덴 | TPS 2500 | |
| 토요우라 표준 실리카 샌드 | 토요우라 케이세키 공업 주식회사, 일본 | N/A | |
| 메탄 가스, 99.9999% | 도쿄 가스 화학 주식회사, 일본 | N/A | 등급 6 N, 볼륨 47 L, 충전 압력 14.7 MPa |
| 정수 시스템, Elix Advantage 3 | Merck Millipore., 미국 | N/A | 5 MΩ cm (25 &데그; C) 저항 |
| 진동 테이블, 진동 패커 | Sinfonia Technology Co. Ltd., 일본 | VGP-60 | |
| 냉각기, 온도 조절 욕조 순환기 | THOMAS KAGAKU Co., Ltd., 일본 | TRL-40SP | |
| Coorant, Aurora brine | Tokyo Fine Chemical Co., Ltd., 일본 | N/A | 에틸렌 글리콜 71 wt% |
| 온도 게이지 | Nitto Kouatsu., 일본 | N/A | Pt 100, 시스형 백금 저항 온도 감지기 |
| 압력 게이지 | Kyowa Electronic Instruments., 일본 | PG-200 KU | |
| 데이터 로거 | KEYENCE., 일본 | NR-500 | |
| 질량 유량 컨트롤러 | OVAL Co., 일본 | F-221S-A-11-11A | 최대 유량 2,000 아니요 ml/ M, 최대 설계 압력 19.6 MPa의 |
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