Name: Protocol voor het meten van de thermische eigenschappen van een onderkoelde synthetische zand-water-gas-methaanhydraat Sample (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 46 s
Description: Leer thermische eigenschappen meten van onderkoelde synthetische zand-water-gas-methaanhydraat monsters met behulp van een hogedrukvat en TPS-analyse. Dit protocol ondersteunt gasproductietechnologie en simulatiemodellen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd financieel ondersteund door de MH21 Research Consortium for methaanhydraat Resources in Japan en de Nationale methaanhydraat Uitbuiting programma door het ministerie van Economie, Handel en Industrie. De auteurs willen graag T. Maekawa en S. Goto bedanken voor hun hulp bij de experimenten. Overgenomen figuren met toestemming van (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.

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen als deze studie maakt gebruik van hoge-druk brandbaar methaangas en een grote high-drukvat. Draag een helm, veiligheidsbril en veiligheidsschoenen. Als de temperatuur regelsysteem gestopt, de druk in het vat toe met MH dissociatie. Om ongelukken te voorkomen, wordt het gebruik van een veiligheidsklep systeem sterk aanbevolen om het methaangas automatisch vrij te geven aan de atmosfeer. De veiligheidsklep systeem kan werken zonder elektrische voeding. 1. Voorbereiding van het zand-water-methaangas Samples 9 <ol><li> Plaats het hogedrukvat op de triltafel. </li><li> Giet 1,5 liter zuiver water in een fles water en 4.000 g kwartszand in een zand fles. Weeg nauwkeurig de massa van zand en water in de flessen zand en water respectievelijk. </li><li> Pour 1 L zuiver water in het hoge-drukvat met een inwendig volume van 2110 cm3 van een waterflestotdat het water vult de helft van de binnenbak. </li><li> Schakel de triltafel het gehele vat trillen. Stel de trillingen koers en de stroomvoorziening tot 50 Hz en 220 W, respectievelijk. Breng de trillingen tot de voltooiing van stap 1,5. Verwijder de achtergebleven lucht in de afvoerleiding en gesinterd metaal filter op de bodem van het vat door trillen het vaartuig. </li><li> Pour 3300 g kwartszand zand uit een fles in het vat met een constante snelheid van ongeveer 1 g sec-1 met een trechter gehouden nabij het ​​wateroppervlak terwijl het gehele vaartuig getrild uniforme verpakking garanderen. </li><li> Stopt de trilling wanneer het water de rand van het vat bereikt. </li><li> Plaats een ring als een tijdelijke wand aan de rand van het vat te voorkomen dat water morsen. </li><li> Trillen het schip weer bij 50 Hz en 220 W. </li><li> Wanneer het zand aan de rand van het vat (hoogte 140 mm) bereikt, schakelt de trilling. </li><li> Verwijder de tijdelijke wand en overtollige porie water met behulp van the afvoerleiding. Giet het overtollige porie water terug in de fles water. </li><li> Verpak het zand door het trillen van het schip een of twee keer bij 50 Hz en 300 W voor 1 sec en voeg meer zand indien nodig. </li><li> Weeg de massa van zand en water in de flessen zand en water. Bereken de massa zand en water in het vat uit de massa verschillen in flessen zand en water. In dit experiment werd de massa van zand en water in het vat was 3385 g en 823,6 g, respectievelijk. De watermassa in het vat wordt aangeduid als totaal gewicht. </li><li> Bedek de hoge-drukvat met een roestvrij stalen deksel en draai de bouten van diagonaal tegenover paren in de juiste volgorde. </li><li> Beweeg het hogedrukvat van de triltafel de tabel die voor het experiment. </li><li> Bedek het hogedrukvat de warmte-isolator voor het regelen van de temperatuur. </li><li> Sluit de hogedrukleidingen en koelwater stroombanen het hogedrukvat. </li&gt; <li> Open de kleppen van de input en output gasleidingen. Ventileer 10 liter methaan met een snelheid van 800 ml min -1 tot er geen overtollig water lozen in de val onder atmosferische druk. De zandafvoer wordt door een op de bodem van het vat bevestigd gesinterde metalen filter. De resterende water blijft op het zand oppervlak, omdat de hydrofiele silica zand absorbeert de watermoleculen. </li><li> Weeg de watermassa in de val, w trap, om het gasvolume in het vat bepaalt. Bepaal de massa van het restwater, w res, in het schip met behulp van de vergelijking w res = w totaal - w val. In dit geval, w en w res trap was 360,6 g en 463,0 g, respectievelijk. </li><li> Bepaal het monster porositeit met de formule Ѱ = 1 - V zand / V cel, waarbij V het volume zand tHij zand bepaald door de verhouding van zand massa zand dichtheid (dwz ρ s = 2630 kg m -3) en V cel het inwendige volume van het vat. De porositeit Ѱ van het monster was 0,39. </li><li> Sluit de klep van de uitgaande gasleiding. Injecteer methaan de poriedruk van methaan in het vat te verhogen tot ongeveer 12,1 MPa bij kamertemperatuur (dat wil zeggen 31,6 ° C). </li><li> Sluit het ventiel van de input gasleiding. </li><li> Registreren van de druk en temperatuur in het vat tijdens het experiment met de datalogger. De data sampling interval is 5 sec. De totale experimentele is ongeveer 3.000 min. </li></ol> 2. MH Synthese en Meting van de onderkoelde Sample 9 thermische eigenschappen &#39; <ol><li> Schakel de koeler voor het koelen van het vat van kamertemperatuur tot 2,0 ° C door circulatie van de koelvloeistof. Laat de koelvloeistof circuleren van de koelmachine to de bodem van het vat, van daar naar het deksel van het vat, en uiteindelijk terug naar de koeler. De temperatuur verandering tarief in het vat bedroeg ongeveer 0.001 ° C sec -1. </li><li> Stel de meting parameters met de TPS analyzer software. Stel de sensor type sensor ontwerp # 7577. Stel het uitgangsvermogen W 0-30 mW en de meettijd 5 sec. Merk op dat de juiste parameters moeten worden gewijzigd als het type sensor of sample voorwaarden te wijzigen. Stel de parameters om de temperatuur van 1 ° C te verhogen tot 1,5 ° C. </li><li> Bereken de mate van onderkoeling, AT sup, met de volgende vergelijking: AT sup = T eq (P) - T. (3) T eq (P) is de evenwichtstemperatuur van MH als functie van de druk P. T eq (P) wordt berekend met behulp van de software CSMGem 1.0, P en T zijn de druk en temperatuur in het vat gemeten met druk- en temperatuurmeters, respectievelijk. </li><li> Gelijktijdig de thermische geleidbaarheid, thermische diffusie en volumetrische soortelijke warmte met de TPS analysator na sup AT groter is dan 2 ° C. </li><li> Schakel de TPS sensor verbonden met de thermische eigenschappen analysator na elke meting. Schakel de kabels tussen de TPS sondes en de analysator handmatig tijdens het experiment 9. De verbinding is afgebeeld in figuur S2 referentie 9. De schakelvolgorde voor elke sensor niet. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... De sequentie is gebaseerd op de afstand tussen de sensoren, die voor zover mogelijk is ingesteld om te voorkomen dat de restwarmte beïnvloedt de metingen. Verzamel data elke 3-5 min. </li><li> Herhaal de meting totdat &amp; #916; T sup bereikt 2 ° C weer. In dit experiment Δ T sup aanvankelijk toe met de tijd. Na AT sup de maximale waarde bereikt, AT sup geleidelijk verlaagd tot 0 ° C omdat de druk daalt onder vorming van MH. Controleer of sup AT groter is dan 2 ° C voor de TPS metingen met formule 3. </li><li> Zorg ervoor dat de temperatuur profiel niet wordt beïnvloed door MH smelten. Als MH smelt tijdens de metingen, zal de temperatuur stijgen door smelten van MH is een endotherme reactie. Controleer het temperatuurprofiel tijdens de metingen wordt besproken in de sectie resultaten. </li><li> Voer de analyse van de thermische eigenschappen &#39;voor alle temperatuur profiel gegevens met behulp van het TPS-techniek. </li></ol> 3. Berekening van de Verzadiging Verandering van de Sample 9,11 Notitie:De verzadigingsgraad van MH, water en gas in het monster als een functie van de tijd t wordt berekend met de toestandsvergelijking van het gas. De berekening details en vergelijkingen gebruikt worden eerder beschreven 11. <ol><li> Bereken het methaangas volume V gas, t op tijdstip t <img alt="vergelijking 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> waarbij Q het oorspronkelijke volume van gas in het vat V MH, t - 1 is het volume MH op tijdstip t - 1 en R VHW is de volumeverhouding van water en MH. <img alt="vergelijking 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> In Vergelijking 5, n is het aantal hydratatie MH (~ 6), MH ρ en ρ water overeenkomen met de dichtheid van MH en water, respectievelijk, en w en w MH water geven de molecuulmassa van MH en water, respectively. </li><li> Bereken de hoeveelheid ΔM t (mol) MH gevormd uit t - 1 tot t <img alt="vergelijking 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> waarbij R de gasconstante is, P de druk van het methaangas en Z t (T gas, t, P gas, t) de comprimeercoëfficiënt methaan op tijdstip t. We 9 en Sakamoto et al. 11 hebben de Benedict-Webb-Rubin (BWR) vergelijking gebruikt, zoals gewijzigd door Lee en Kesler, voor de berekening van Z t 12, 13. Voor deze berekening, de formules (3-7,1) - worden (3-7,4) van de BWR vergelijking 13 en de Lee-Kesler constanten gebruikt in de tabellen 3-7 van referentie 13. </li><li> Bereken het volume verandering Δ V MH, <sub&gt; ton MH uit t - 1 tot t <img alt="vergelijking 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> waarbij Ps is de referentiedruk van 101.325 Pa, Ts is de referentietemperatuur van 273,15 K, Z en is de compressie coëfficiënt op Ps en Ts (Z s ~ 1) en V CH4 is de verhouding van het methaan gasvolume in de eenheidsvolume MH [Nm 3 m -3]. Gebruik een V CH4 waarde van 165,99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Bereken het volume V MH, MH ton op tijdstip t <img alt="vergelijking 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Bereken het watervolume V water, t in het drukvat op tijdstip t <img alt="vergelijking 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; waarbij V water, 1 is het oorspronkelijke volume van water. </li><li> Herhaal de berekeningen met vergelijkingen. 4-9 op tijdstip t = 2, 3, ... om de verandering in de verzadigde water, methaan en MH 11 bepalen. De eerste voorwaarde is t = 1, dat wil zeggen, V gas, 1 = Q. P en T op tijdstip t worden uit de datalogs 9. De berekeningsresultaten worden weergegeven in de volgende paragraaf. </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>
<li>Gustafsson, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transient+plane+source+techniques+for+thermal+conductivity+and+thermal+diffusivity+measurements+of+solid+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Transient plane source techniques for thermal conductivity and thermal diffusivity measurements of solid materials.</a> Rev. Sci. Instrum. 62 (3), 797-804 (1991).</li>
<li>Sakamoto, Y., Haneda, H., Kawamura, T., Aoki, K., Komai, T., Yamaguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Study+on+a+New+Enhanced+Gas+Recovery+Method+by+Nitrogen+Injection+from+a+Methane+Hydrate+Reservoir%5BTitle%5D)+AND+%22J.+MMIJ%22%5BJournal%5D)">Experimental Study on a New Enhanced Gas Recovery Method by Nitrogen Injection from a Methane Hydrate Reservoir.</a> J. MMIJ. 123 (8), 386-393 (2007).</li>
<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het effect van de vorming van warmte MH door meting geschat. De vorming van warmte MH werd geschat uit produkten van veranderingssnelheid van S h zoals getoond in figuur 3b en de enthalpie van de vorming H = 52,9 kJ mol -1 voor 14 MH. Bijgevolg is de maximale temperatuursverandering was 0,00081 ° C sec -1. Dit is veel lager dan de temperatuurstijging AT c van de TPS sensor tussen 1 ° C en 1,5 ° C gedurende het tijdsinterva...

Gashydraten zijn kristallijne verbindingen die kooi structuren van waterstof gebonden watermoleculen die gast moleculen in de kooi 1 omvatten. Grote hoeveelheden methaan hydraten (MHS) in de oceaanbodem en de permafrost regio&#39;s zijn interessant toekomstige energiebronnen, maar kan invloed hebben op de wereldwijde klimatologische omstandigheden 2. In maart 2013, de Japan Oil, Gas, en Metals National Corporation uitgevoerd &#39;s werelds eerste offshore productie test om gas te winnen uit natuurlijke MH-dragende sedimenten in de oostelijke Nankai Trog met behulp van de &quot;vermindering van de druk methode&quot; 3,4. Gashydraten kunnen gassen zoals methaan 1, 5 waterstof, CO 2 1,6 en 7 ozon slaan. Vandaar dat methaan en waterstof hydraten bestudeerd als potentiële opslag van energie en transport media. Om de CO 2 -uitstoot in de atmosfeer, CO 2 sequesving met behulp van CO 2 hydraten in de diepe oceaan sedimenten zijn bestudeerd 6. Ozon wordt momenteel gebruikt in waterzuivering en voedsel sterilisatie. Studies van ozon conserveringstechnologie zijn uitgevoerd omdat het chemisch instabiel 7. De ozonconcentratie in hydraten veel hoger dan in ozonwater of ijs 7. Om de gasproductie uit natuurlijke MH-dragende sedimenten en hydrateren gebaseerde technologieën te ontwikkelen, is het noodzakelijk om de thermische eigenschappen van gashydraten begrijpen. Echter, de thermische eigenschappen van gegevens en modelstudies van gas hydrateren dragende sedimenten zijn schaars 8. De &quot;drukverlaging methode&quot; kan worden gebruikt om MH dissociëren in het sediment poriënruimte door verlaging van de poriedruk onder het hydraat stabiliteit. Hierbij het sediment poriënruimte componenten veranderen van water en van MH water, MH en gas. meting van de thermische eigenschappen &#39;van de laatste voorwaarde is moeilijk omdat de smeltwarmte van MH de metingen beïnvloeden. Om dit probleem op te lossen, Muraoka et al. Uitgevoerde meting van de thermische eigenschappen bij onderkoelde omstandigheden tijdens de vorming van MH 9. Met deze video protocol, leggen we de meetmethode van onderkoelde synthetische zand-water-gas-MH monster. Figuur 1 toont de experimentele opzet voor het meten van de thermische eigenschappen van de kunstmatige methaan hydraat dragende sediment. De opstelling is dezelfde als in referentie 9. Het systeem omvat in hoofdzaak een hogedrukvat, druk en temperatuur, en thermische eigenschappen van het meetsysteem. Het hogedrukvat is opgebouwd uit cilindrische roestvrij staal met een inwendige diameter van 140 mm en een hoogte van 140 mm; zijn innerlijke volume met het dode volume verwijderd is 2.110 cm 3, en de limiet druk is 15 MPa. de Transie<html> nt vlak bron (TPS) techniek gebruikt om de thermische eigenschappen 10 te meten. Negen TPS sondes met individuele radii van 2.001 mm worden in het vat geplaatst. De indeling van de negen probes 9 is getoond in figuur 2 in referentie 9. De TPS probes zijn verbonden met de thermische eigenschappen &#39;analyzer met een kabel en handmatig geschakeld van de proef. De data van het TPS sensor aansluitschema, en ingesteld in het vat worden in figuren S1, 2 en 3 van de ondersteunende informatie in referentie 9. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Figuur 1:. De experimentele opstelling voor het meten van de thermische eigenschappen van de kunstmatige methaan hydraat dragende sediment De figuur is gemodificeerd uit referentie 9.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. De TPS methode werd gebruikt om de thermische eigenschappen van elk monster gemeten. De principes methode beschreven in referentie 10. In deze werkwijze wordt de tijdsafhankelijke temperatuurstijging, AT ave, is <img alt="vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> waar <img alt="vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> In Vergelijking 1, W 0 is het uitgangsvermogen van de sensor, r de straal van de sensor probe, λ de thermische geleidbaarheid van het monster, α is de thermische diffusie, en t is de tijd vanaf het begin van de voeding de sensor probe. D (τ) is een dimensieloze tijd afhankelijke functie. τ </em&gt; wordt gegeven door (αt / r) 1/2. In Vergelijking 2 is m het aantal concentrische ringen van het TPS en probe I 0 is een gemodificeerde Bessel-functie. De thermische geleidbaarheid, thermische diffusie en soortelijke warmte van het monster gelijktijdig bepaald door inversie analyse toegepast op de temperatuurstijging als stroom wordt toegevoerd aan de sensor probe.

<table><tbody><tr><td>TPS thermische sonde, Hot disk sensor</td><td>Hot Disk AB Co., Zweden</td><td>#7577</td><td>Kapton sensor type, sensor radius 2.001 mm</td></tr><tr><td>Hot disk thermische eigenschappen analyzer</td><td>Hot Disk AB Co., Zweden</td><td>TPS 2500&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Toyoura standaard silica zand</td><td>Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Methane gas, 99.9999%</td><td>Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>Grade 6&nbsp;N, Volume 47&nbsp;L, Charging pressure 14.7&nbsp;MPa</td></tr><tr><td>Waterzuiveringssysteem, Elix Advantage 3</td><td>Merck Millipore., VS</td><td>N/A</td><td>5 M&Omega; cm (bij 25&nbsp;&deg;C) resistiviteit</td></tr><tr><td>Triltafel, Vibrerende packer</td><td>Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan</td><td>VGP-60</td><td></td></tr><tr><td>Koeler, Thermostaat Bad Circulator&nbsp;</td><td>THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan</td><td>TRL-40SP</td><td></td></tr><tr><td>Coorant, Aurora pekel</td><td>Tokyo Fine Chemical Co.,Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>ethyleenglycol 71&nbsp;wt%</td></tr><tr><td>Temperatuur meter</td><td>Nitto Kouatsu., Japan</td><td>N/A</td><td>Pt 100, omhulde type platina weerstandstemperatuur detector</td></tr><tr><td>Druk meter</td><td>Kyowa Electronic Instruments., Japan</td><td>PG-200 KU</td><td></td></tr><tr><td>Data logger</td><td>KEYENCE., Japan</td><td>NR-500</td><td></td></tr><tr><td>Massastroom regelaar</td><td>OVAL Co., Japan</td><td>F-221S-A-11-11A</td><td>Maximale stroom 2.000&nbsp;N&nbsp;ml&#8288;/&#8288;M, maximale ontwerpdruk 19.6&nbsp;MPa</td></tr></tbody></table>

protocol voor het meten van de thermische eigenschappen van een onderkoelde synthetische zand-water-gas-methaanhydraat sample

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

Methaanhydraten (MH's) zijn in grote hoeveelheden aanwezig in de oceaanbodem en permafrostgebieden. Methaan- en waterstofhydraten worden bestudeerd als toekomstige energiebronnen en energieopslagmedia. Om een methode te ontwikkelen voor gasproductie uit natuurlijke MH-houdende sedimenten en op hydraten gebaseerde technologieën, is het onmisbaar om de thermische eigenschappen van gashydraten te begrijpen.
De metingen van de thermische eigenschappen van monsters die zand, water, methaan en MH bevatten, zijn moeilijk omdat de smeltwarmte van MH de metingen kan beïnvloeden. Om dit probleem op te lossen, voerden we metingen van de thermische eigenschappen uit onder supergekoelde omstandigheden tijdens de vorming van MH. Het meetprotocol, berekeningsmethode van de verzadigingsverandering en tips voor de analyse van thermische constanten van het monster met behulp van transient plane source-technieken worden hier beschreven.
De invloed van de vormingswarmte van MH op de meting is erg klein omdat de vormingssnelheid van gashydraten erg langzaam is. Deze meetmethode kan worden toegepast op de thermische eigenschappen van het gashydraat-water-gastsysteem, dat waterstof, CO2 en ozonhydraten bevat, omdat de karakteristieke lage vormingssnelheid van gashydraat niet uniek is voor MH. Het sleutelpuntje van deze methode is de lage snelheid van faseovergang van het doelmateriaal. Daarom kan deze methode worden toegepast op andere materialen met lage faseovergangssnelheden.

Figuur 2a toont het temperatuurprofiel dat niet wordt beïnvloed door MH smelten. C AT de temperatuurverandering door meting thermische constanten. Figuur 2b toont het temperatuurprofiel dat wordt beïnvloed door MH smelten. Het profiel in figuur 2b niet onderzocht worden door middel van vergelijkingen 1 en 2 omdat deze vergelijkingen worden verkregen door uitgaande van stabiele monstercondities. <p class="jove_cont...

We presenteren een protocol voor het meten van de thermische eigenschappen van synthetische, hydraathoudende sedimentmonsters bestaande uit zand, water, methaan en methaanhydraat.

Protocol voor het meten van de thermische eigenschappen van een onderkoelde synthetische zand-water-gas-methaanhydraat Sample

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

Het algemene doel van deze procedure is om de thermische eigenschappen van een monster te bepalen dat bestaat uit zand, water, methaangas en methaanhydraat. Deze les kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van gasproductietechnologie, zoals simulatie van gasproductie uit natuurlijke methaanhydraten. Om te beginnen, plaats de hogedrukvat op de vibrerende tafel.Pour 1,5 liter zuiver water in een waterfles en 4.000 gram silicazand in een zandfles. Weeg nauwkeurig de massa's zand en water in hun respectieve flessen. Giet vervolgens 1 liter zuiver water in de hogedrukvat met een binnenvolume van 2.110 kubieke centimeter van een waterfles totdat het water de helft van de binnenvat vult.Schakel de vibrerende tafel in om de hele vat te laten vibreren. Stel de vibratiesnelheid in op 50 hertz en de voeding op 220 watt. Verwijder de resterende lucht in de afvoerlijn en gecentreerde metalen filter op de bodem van de vat door de vat te laten vibreren.Pour 3.300 gram silicazand uit een zandfles in de vat met een constante snelheid van ongeveer één gram per seconde met behulp van een trechter die dicht bij het wateroppervlak wordt gehouden terwijl de hele vat wordt gevibreerd om een uniforme pakking te garanderen. Stop met trillen wanneer het water de rand van de vat bereikt. Plaats een ring als tijdelijke muur op de rand van de vat om te voorkomen dat water eruit lekt.Vibreer de vat opnieuw zoals eerder, en schakel de vibratie uit wanneer het zand de rand van de vat bereikt. Verwijder het overtollige gietwater met behulp van de afvoerlijn en giet het terug in de waterfles. Verwijder de tijdelijke muur.Verpak het zand door de vat één of twee keer te laten vibreren op 50 hertz en 300 watt per seconde en voeg indien nodig meer zand toe. Weeg de massa van het zand en water in hun respectieve flessen. Bereken vervolgens de zand- en watermassa's in de vat uit de masseverschillen in de zand- en waterflessen.In dit experiment was de massa van het zand in de vat 3.385 gram en de massa van het water in de vat 823,6 gram. De massa van het water in de vat wordt aangeduid als w totaal. Bedek de hogedrukvat met een roestvrijstalen deksel en draai de bouten van diagonaal tegenover elkaar staande paren in volgorde vast.Verplaats de hogedrukvat van de vibrerende tafel naar de tafel die voor het experiment is bedoeld. Bedek de hogedrukvat met een hitte-isolator voor het regelen van de temperatuur. Verbind vervolgens de hogedrukleidingen en de koelwaterstroomlijnen met de hogedrukvat.Open de kleppen van de ingangs- en uitgangsgasleidingen. Ventileer 10 liter methaan met een snelheid van 800 milliliter per minuut totdat er geen overtollig water onder atmosferische druk in de val wordt geloosd. Het zandafvoer wordt voorkomen door een gecentreerde metalen filter die op de bodem van de vat is bevestigd.Het resterende water blijft op het oppervlak van het zand omdat de hydrofiele silicazand de watermoleculen absorbeert. Weeg de massa van het water in de val w val om het gasvolume in de vat te bepalen. Bepaal de massa van het resterende water, w resi.In dit geval is w resi 360,6 gram en w val is 463 gram. Na het sluiten van de klep van de uitgangsgasleiding, injecteer methaan om de gietdruk van methaan in de vat te verhogen tot ongeveer 12,1 megapascal bij kamertemperatuur. Draai vervolgens de klep van de ingangsgasleiding dicht.Begin met het opnemen van de druk en temperatuur in de vat tijdens het experiment met behulp van de datalogger. Schakel de koeler in om de vat van kamertemperatuur af te koelen tot 2,0 graden Celsius door het koelmiddel te laten circuleren. Laat het koelmiddel circuleren van de koeler naar de bodem van de vat, van daar naar het deksel van de vat en ten slotte terug naar de koeler.Stel de meetparameters in met behulp van transient plane source, of TPS, analyzer software en bereken de mate van overkoeling zoals bepaald in het tekstprotocol. De meest cruciale stap is het uitvoeren van sonar constant measuerment door de temperatuurstijging over de TPS-sensor superkoelmiddel te houden. Meet gelijktijdig de thermische geleidbaarheid, thermische diffusiviteit en volumetrische specifieke warmte met behulp van de TPS-analyzer nadat de mate van overkoeling groter is dan twee graden Celsius.Na elke meting schakel handmatig de kabels tussen de TPS-sondes en de analyzer tijdens het experiment. Verzamel elke drie tot vijf minuten gegevens. Herhaal de metingen totdat de mate van overkoeling weer twee graden Celsius bereikt.In dit experiment neemt de mate van overkoeling aanvankelijk toe met de tijd. Nadat de mate van overkoeling de maximale waarde heeft bereikt, neemt deze geleidelijk af tot nul graden Celsius omdat de druk daalt met de vorming van MH. Hier is een temperatuurprofiel weergegeven dat niet wordt beïnvloed door smelten van methaanhydraat en een temperatuurprofiel dat wel wordt beïnvloed door smelten. Merk op dat dit profiel niet kan worden geanalyseerd met de TPS-techniek omdat de analysevergelijkingen stabiele monstercondities veronderstellen.De druk, temperatuur en mate van overkoeling in de vat als functie van de tijd worden getoond. MH nucleeert nadat het systeem evenwicht in druk en temperatuur heeft bereikt. De verzadiging van het sediment met MH, water en methaangas als functie van de tijd worden hier getoond.De mate van verzadiging wordt berekend met behulp van de toestandsvergelijking van het gas. Een voorbeeld van de thermische constantenmetingen wordt hier getoond. De dubbele aangezette pijlen geven het databereik aan dat in de analyse wordt gebruikt.Analyse 1 is een voorbeeld van een ongeschikt bereik, en Analyse 2 is een voorbeeld van een geschikt bereik. De TPS-inversieanalyseresultaten van elk bereik worden hier getoond. De afwijking van de temperatuurgegevens van de lineaire fitcurve wordt getoond.Als het juiste analysebereik is geselecteerd, wordt het temperatuurverschil klein en ongeveer constant. Ten slotte worden the

protocol-for-measuring-thermal-properties-supercooled-synthetic-sand

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

We gebruiken een isothermische adsorptie-apparaat, de gravimetrische sorptie analyzer, voor het testen van de capaciteit van de adsorptie van verschillende deeltjesgrootte van leisteen, om te achterhalen van de relatie tussen deeltjesgrootte en de capaciteit van de adsorptie van leisteen.

Experimentele studie van de relatie tussen deeltjesgrootte en methaan Sorption capaciteit in leisteen

Aarde-overvloedig mineralen een belangrijke rol spelen in de natuurlijke hydrothermale systemen. Hier beschrijven we een betrouwbare en kosteneffectieve methode voor het experimentele onderzoek van organische-minerale interacties hydrothermale voorwaarden.

Een experimenteel Protocol voor het bestuderen van minerale effecten op biologische hydrothermale transformaties

Nauwkeurige bepaling van het debiet van de vrijkomende gassen is de sleutel tot het bestuderen van de details van de reacties. Wij bieden een nieuwe kwantitatieve analyse analysemethode gelijkwaardig karakteristiek spectrum voor thermogravimetrie-mass spectrum analyse door het opzetten van het systeem van de kalibratie van de karakteristiek spectrum en relatieve gevoeligheid, voor het verkrijgen van de debiet.

Kwantitatieve analyse door thermogravimetrie-Mass Spectrum analyse voor reacties met vrijkomende gassen

Wij rapporteren hier de synthese en de karakterisering van de bestelde Nanoporeuze koolstof (met een 4.6 poriegrootte van nm) en de SBA-15 (met een 5.3 poriegrootte van nm). Het werk beschrijft het oppervlak en textuur eigenschappen van moleculaire zeven nanoporeuze, hun bevochtigbaarheid en het smeltende gedrag van D2O beperkt in de materialen.

Oppervlakte-eigenschappen van gesynthetiseerde nanoporeuze koolstof en siliciumdioxide Matrices

We presenteren een protocol om de vorming van hydraten te bestuderen in aanwezigheid van niet-ionische oppervlakteactieve stoffen op de interface van een waterdruppel ondergedompeld in cyclopentane. Het protocol bestaat uit het bouwen van een goedkope, programmeerbare, temperatuurregulator. Het temperatuurcontrolesysteem wordt gecombineerd met visualisatietechnieken en interne drukmetingen.

Het bestuderen van oppervlakteactieve effecten op hydraatkristallisatie bij olie-water interfaces met behulp van een low-cost geïntegreerde modulaire Peltier Device

We beschrijven een methode om gashydraat te vormen op sessiesle waterdruppels om de effecten van verschillende remmers, promotors en substraten op de morfologie van het hydraatkristal te bestuderen.

Methaanhydraatkristallisatie op Sessile Waterdruppels

Het huidige protocol beschrijft de kristallisatie van microscopische ijskristallen en clathraathydraten in microfluïdische apparaten, waardoor vloeistofuitwisseling rond de gevormde kristallen mogelijk wordt. Dit biedt ongeëvenaarde mogelijkheden om het kristallisatieproces en de bindingsmechanismen van de remmers te onderzoeken.

Een microfluïdische benadering voor de studie van ijs- en clathraathydraatkristallisatie

Dit werk heeft tot doel de ontwikkeling te vergemakkelijken van gestandaardiseerde technieken voor het impregneren of enten van geamineerde verbindingen op silicasubstraten, die vaak breed worden beschreven in de literatuur. Specifieke hoeveelheden oplosmiddel, substraat, aminen en de waarden van andere belangrijke experimentele parameters zullen in detail worden besproken.

Een synthetische methodologie voor het bereiden van geïmpregneerde en geënte silicacomposieten op basis van amine voor koolstofafvang

CdSe-SnSe nanocomposieten worden geproduceerd door oppervlakte-engineered SnSe-deeltjes te consolideren. Een eenvoudige waterige synthese wordt gebruikt om SnSe-deeltjes te produceren. Het coaten van SnSe-deeltjes met CdSe moleculaire complexen maakt het mogelijk om de korrelgrootte te beheersen en het aantal defecten in het nanocomposiet te vergroten, waardoor de thermische geleidbaarheid wordt verlaagd.

In oplossing verwerkte, oppervlakte-ontworpen, polykristallijne CdSe-SnSe met lage thermische geleidbaarheid

Deze studie demonstreert een benadering om methaangasconcentraties in waterige monsters te meten met behulp van draagbare optische analysatoren die zijn gekoppeld aan een injectiekamer in een gesloten lus. De resultaten zijn vergelijkbaar met conventionele gaschromatografie, waardoor een praktisch en goedkoop alternatief ontstaat dat bijzonder geschikt is voor veldonderzoek op afstand.

Het meten van opgelost methaan in aquatische ecosystemen met behulp van een optische spectroscopiegasanalysator

Leer thermische eigenschappen meten van onderkoelde synthetische zand-water-gas-methaanhydraat monsters met behulp van een hogedrukvat en TPS-analyse. Dit protocol ondersteunt gasproductietechnologie en simulatiemodellen.

Protocol voor het meten van de thermische eigenschappen van een onderkoelde synthetische zand-water-gas-methaanhydraat Sample

Meer video's verkennen