과냉각 합성 모래 - 물 - 가스 메탄 하이드레이트 샘플의 열적 특성을 측정하기위한 프로토콜

이 절차의 전반적인 목표는 모래, 물, 메탄 가스 및 메탄 수화물로 구성된 샘플의 열적 특성을 결정하는 것입니다. 이 수업은 가스 생산 시뮬레이션, 천연 메탄 하이드레이트와 같은 가스 생산 기술 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 시작하려면 고압 용기를 진동 테이블에 놓습니다.

물병에 1.5리터의 순수한 물을 붓고 모래 병에 4, 000g의 실리카 모래를 붓습니다. 각각의 병에 담긴 모래와 물의 질량을 정확하게 측정하십시오. 그런 다음 물이 내부 용기의 절반을 채울 때까지 물병에서 내부 부피가 2, 110 입방 센티미터인 고압 용기에 1리터의 순수한 물을 붓습니다.

진동 테이블을 켜서 용기 전체를 진동시킵니다. 진동 속도를 50Hz로 설정하고 전원 공급 장치를 220W로 설정합니다. 용기를 진동시켜 배수관과 용기 바닥의 중앙 금속 필터에 남아 있는 공기를 제거합니다.

모래 병에서 3, 300g의 실리카 모래를 물 표면 근처에 있는 깔때기를 사용하여 초당 약 1g의 일정한 속도로 용기에 붓고 용기 전체를 진동시켜 균일한 포장을 보장합니다. 물이 용기의 가장자리에 도달하면 진동을 멈춥니다. 물이 엎질러지는 것을 방지하기 위해 용기 가장자리에 임시 벽으로 링을 놓습니다.

이전과 같이 용기를 다시 진동시키고 모래가 용기의 가장자리에 도달하면 진동을 끕니다. 배수관을 사용하여 여분의 물을 제거하고 물병에 다시 붓습니다. 임시 벽을 제거합니다.

1초당 50헤르츠와 300와트로 용기를 한두 번 진동시켜 모래를 포장하고 필요한 경우 모래를 더 추가합니다. 각각의 병에 담긴 모래와 물의 질량을 잰다. 다음으로, 모래와 물병의 질량 차이에서 용기의 모래와 물의 질량을 계산합니다.

이 실험에서 용기 속의 모래 질량은 3, 385 그램이었고 용기 안의 물 질량은 823.6 그램이었다. 용기의 물 질량은 w total로 표시됩니다. 고압 용기를 스테인리스 스틸 뚜껑으로 덮고 대각선으로 반대 쌍의 볼트를 순서대로 조입니다.

고압 용기를 진동 테이블에서 실험용 테이블로 이동합니다. 온도 조절을 위한 단열재로 고압 용기를 덮으십시오. 그런 다음 고압 파이프라인과 냉각수 흐름선을 고압 용기에 연결합니다.

입력 및 출력 가스 파이프라인의 밸브를 엽니다. 대기압 하에서 트랩으로 과도한 물이 배출되지 않을 때까지 분당 800ml의 속도로 10리터의 메탄을 환기시킵니다. 모래 배출은 용기 바닥에 고정된 중앙 금속 필터에 의해 방지됩니다.

잔류 물은 친수성 실리카 모래가 물 분자를 흡수하기 때문에 모래 표면에 남아 있습니다. 트랩 w 트랩에 있는 물의 질량을 측정하여 용기의 가스량을 결정합니다. 잔류 물의 질량을 결정합니다.

이 경우 w resi는 360.6g이고 w trap은 463g입니다. 출력 가스 라인의 밸브를 닫은 후 메탄을 주입하여 실온에서 용기의 메탄 주입 압력을 약 12.1메가파스칼로 높입니다. 그런 다음 입력 가스 라인의 밸브를 닫습니다.

데이터 로거를 사용하여 실험하는 동안 용기의 압력과 온도를 기록하기 시작합니다. 냉각수를 순환시켜 실온에서 섭씨 2.0도까지 용기를 냉각하기 위한 냉각기를 켭니다. 냉각수가 냉각기에서 용기 바닥으로, 거기에서 용기 뚜껑으로, 마지막으로 냉각기로 다시 순환하도록합니다.

과도 평면 소스(TPS) 분석기 소프트웨어를 사용하여 측정 파라미터를 설정하고 텍스트 프로토콜에서 결정된 대로 과냉각 정도를 계산합니다. 가장 중요한 단계는 TPS 센서 과냉각수 위로 온도 상승을 유지하여 수중 음파 탐지기 상수 측정을 수행하는 것입니다. 과냉각 정도가 섭씨 2도 이상인 후 TPS 분석기를 사용하여 열전도도, 열확산율 및 체적 비열을 동시에 측정합니다.

각 측정 후에는 실험 중에 TPS 프로브와 분석기 사이의 케이블을 수동으로 전환하십시오. 3-5분마다 데이터를 수집합니다. 과냉각 정도가 다시 섭씨 2도에 도달할 때까지 측정을 반복합니다.

이 실험에서 과냉각 정도는 처음에 시간이 지남에 따라 증가합니다. 과냉각의 정도가 최대 값에 도달 한 후에는 MH가 형성됨에 따라 압력이 감소하기 때문에 점차 섭씨 0도까지 감소합니다. 여기에 표시된 것은 메탄 하이드레이트 용융의 영향을 받지 않는 온도 프로파일과 용융의 영향을 받는 온도 프로파일입니다. 이 프로파일은 분석 방정식이 안정적인 샘플 조건을 가정하기 때문에 TPS 기법으로 분석할 수 없습니다.

압력, 온도 및 시간의 함수로 용기의 과냉각 정도가 표시됩니다. MH는 시스템이 압력과 온도 평형에 도달한 후 핵을 생성합니다. MH, 물 및 메탄 가스에 대한 퇴적물의 포화 정도는 시간의 함수로 표시됩니다.

포화도는 기체 상태 방정식을 사용하여 계산됩니다. 열 상수 측정의 예가 여기에 나와 있습니다. 양방향 화살표는 분석에 사용된 데이터 범위를 나타냅니다.

분석 1은 부적절한 범위의 예이고 분석 2는 적절한 범위의 예입니다. 각 범위의 TPS 반전 분석 결과가 여기에 표시됩니다. 선형 적합 곡선에서 온도 데이터의 편차가 표시됩니다.

적절한 분석 범위를 선택하면 차이 온도가 작아지고 거의 일정해집니다. 마지막으로, 시간의 함수로서의 열전도율, 시간의 함수로서의 비열, 시간의 함수로서의 열확산율이 표시됩니다.