Experimentele studie van de relatie tussen deeltjesgrootte en methaan Sorption capaciteit in leisteen
2 augustus 2018
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.
Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het schaliegasveld te beantwoorden over de relatie tussen deeltjesgrootte en de adsorptiecapaciteit van schalie. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de gravimetrische methode minder parameters vereist en betere resultaten oplevert in termen van nauwkeurigheid en simulatie van de werkelijke ondergrondse structuur. Schakel eerst de computer van de magnetische suspensiebalans in en start de controller voor magnetische suspensiekoppeling.
Open de gas-twee heliumcilinder en stel deze grof af op de juiste uitgangsdruk met de regelklep. Controleer vervolgens of de knop van de controller voor magnetische suspensiekoppeling op de positie Uit staat. Schakel vervolgens de temperatuurregelaar van het instrument, de oliebadverwarmer en de vacuümpomp in.
Schakel de koppelingscontroller naar de nulpuntpositie, wacht een tot twee minuten en controleer of de aflezingen normaal en stabiel zijn. Controleer de meetpuntposities op dezelfde manier. Stel vervolgens de controller in op de nulpuntpositie.
Start de systeembeheersoftware. Selecteer het programma voor lege meting en open het configuratievenster. Noem de meting, selecteer gas twee om heliumgas te gebruiken, selecteer andere vloeistof en selecteer vloeistofbad.
Stel de maximale druk in op 70 bar met zeven drukstappen, de drukstijging op twee bar per minuut en de oliebadtemperatuur op 50 graden Celsius. Voer het programma uit en bereken de massa en het volume van de lege steekproefcontainer. Nadat de lege test is voltooid, stel de gas-twee heliumdruksetpoint in op één bar.
Start met gasdosering om de steekproefpool met helium te vullen tot het dicht bij de atmosferische druk komt. Stop vervolgens met gasdosering. Trek vervolgens de temperatuursensor naar beneden.
Demonteer de isolerende katoenen jas en de dubbelwandige thermostaat. Ondersteun de dubbelwandige thermostaat wanneer de laatste schroef is verwijderd. Laad de dubbelwandige thermostaat uit, wees voorzichtig om de sensordoorgangsbuis niet met de sleutel te stoten.
Demonteer vervolgens de steekproefpool door de zes schroeven symmetrisch te verwijderen. Open de steekproefpool voorzichtig. Controleer vervolgens of het instrumentenbalansframe waterpas is.
Om het balansframe aan te passen, draai de knop van de magnetische koppelingscontroller naar Uit en heft de voetjes en steunschroeven voorzichtig op of neer. Zodra het systeem in balans is, haalt u de steekproefcontainer eruit en laadt u een schone, gemalen schaliesteenmonster in de steekproefcontainer. Installeer de steekproefcontainer en stel vervolgens de koppeling op de juiste positie in.
Installeer vervolgens de steekproefpool opnieuw, wees voorzichtig om de randen binnen de flens te houden. Installeer de schroeven symmetrisch en draai de schroeven met zachte, uniforme kracht. Na het installeren van de steekproefpool, probeer de dubbelwandige thermostaat te installeren om er zeker van te zijn dat deze later soepel kan worden geïnstalleerd bij de drijfvermogenmeting.
Zodra dit is bevestigd, verwijdert u de dubbelwandige thermostaat. Draai vervolgens de koppelingsregelaarknop naar elke positie om de balans te controleren. Plaats de temperatuursensor en installeer de elektrische verwarmingsmantel en isolatiedekvlek. Verbind vervolgens de elektrische verwarmingsvoeding en schakel het stroomnetwerk in. Selecteer vervolgens het voorbehandelingsprogramma in de instrumentsoftware en open het configuratiemenu. Noem de meting, kies de vacuümbron en selecteer elektrische verwarming.
Stel de steekproeftemperatuur in op 105 graden Celsius, de koppeltemperatuur op 20 graden Celsius en de duur op 600 minuten. Voer vervolgens het voorbehandelingsprogramma uit. Schakel daarna de elektrische verwarming uit en ontkoppel de voeding.
Verwijder de elektrische verwarmingsmantel, plaats de temperatuursensor en installeer de dubbelwandige thermostaat. Wikkel de thermostaat met een kleefbare isolatiedekvlek. Selecteer vervolgens in de software het drijfvermogenmeetprogramma en open het configuratievenster.
Stel de oliebadtemperatuur in op 50 graden Celsius. Stel de maximale druk in op 70 bar, de drukstijging op twee bar per minuut en het aantal drukstappen op zeven. Voer vervolgens het proces uit, dat meestal vijf tot acht uur duurt.
Selecteer daarna het sorptiemeetprogramma. Als de desorbentie moet worden geëvalueerd, houd de oliebad op 50 graden Celsius en stel 19 drukpunten in, stappend van nul bar tot 250 bar en terug naar nul bar. Kies vervolgens gas één in plaats van gas twee voor het experimentele gas en voer het programma uit.
Gebruik een onder druk staande pomp indien nodig om de druk van het experimentele gas handmatig naar de doelwaarde te verhogen. Laat het proces voltooien voordat u componenten uit het instrument verwijdert. Twee schaliemonsters werden gemalen en verdeeld op deeltjesgrootte.
Voor alle monsters nam de absolute methaanadsorptiecapaciteit lineair toe met de druk tussen nul en 60 bar. Daarna vlakde de absolute adsorptiecapaciteit geleidelijk af. De overtollige adsorptiecapaciteit volgde een vergelijkbare trend bij lagere drukken, bereikte een maximum bij ongeveer 80 tot 100 bar en daalde vervolgens met toenemende druk.
Schaliemonsters met een deeltjesgrootte van ongeveer 250 micrometer hadden over het algemeen de hoogste maximale absolute en overtollige adsorptiecapaciteit. Dit werd toegeschreven aan het feit dat de rots in kleinere deeltjes werd vermalen en dat microporiën en mesoporiën zich verenigden om mesoporiën en macroporiën te vormen, waardoor het totale specifieke oppervlak van de schalie afnam. We hadden dit idee voor deze methode voor het eerst toen we overwogen hoe groot deeltjes zouden moeten zijn voor isotherme adsorptie-experimenten van schalie in verschillende regio's.
Eenmaal beheerst, kan deze techniek in 24 uur worden uitgevoerd als deze correct wordt uitgevoerd.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie maakt gebruik van een gravimetrische sorptie-analyser om de adsorptiecapaciteit van schalie bij verschillende partikelgroottes te onderzoeken. Het doel is om de relatie tussen partikelgrootte en adsorptiecapaciteit te verduidelijken, wat cruciaal is voor het begrip van de extractie van schaliegas.
Belangrijkste Onderdeel van de Studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Biologie
- Materiaalkunde
Achtergrond
- De winning van schaliegas is een belangrijk onderzoeksgebied.
- Inzicht in de adsorptiecapaciteit is essentieel voor het optimaliseren van extractiemethoden.
- De partikelgrootte kan de efficiëntie van de gasadsorptie beïnvloeden.
- Gravimetrische methoden bieden nauwkeurige metingen met minder parameters.
Doel van de studie
- Om te bepalen hoe de partikelgrootte de adsorptiecapaciteit van schalie beïnvloedt.
- Om het begrip van het gedrag van schaliegas onder verschillende omstandigheden te verbeteren.
- Om de nauwkeurigheid van metingen in schaliegasonderzoek te verhogen.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een gravimetrische sorptie-analyzer.
- Testen van verschillende partikelgroottes van schalie.
- Meting van de adsorptiecapaciteit onder gecontroleerde omstandigheden.
- Analyse van de resultaten om relaties tussen variabelen vast te stellen.
Belangrijkste resultaten
- Trends in adsorptiecapaciteit in relatie tot de partikelgrootte zijn geïdentificeerd.
- De effectiviteit van de gravimetrische methode is aangetoond.
- Inzichten in optimale condities voor schaliegaswinning zijn geboden.
- Heeft bijgedragen aan het begrip van de eigenschappen van schaliemateriaal.
Conclusies
- De studie bevestigt dat de deeltjesgrootte een aanzienlijke invloed heeft op de adsorptiecapaciteit.
- Gravimetrische methoden zijn betrouwbaar voor het bestuderen van schalie-eigenschappen.
- De bevindingen kunnen toekomstig onderzoek en extractietechnieken informeren.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Het begrijpen van de relatie tussen de deeltjesgrootte en de methaan-sorptiecapaciteit in schalie is essentieel voor het optimaliseren van de evaluatie van hulpbronnen en de extractie-efficiëntie in onconventionele gasreservoirs. Deze studie biedt kwantitatieve inzichten in hoe de deeltjesgrootte het adsorptiegedrag beïnvloedt, wat bijdraagt aan een nauwkeurigere reservoirkarakterisering en besluitvorming bij de vroege evaluatie van activa ondersteunt. De beschreven gravimetrische sorptiemethode biedt een betrouwbare, parameterefficiënte aanpak voor het meten van gasadsorptie onder gecontroleerde omstandigheden, waardoor de consistentie van gegevens voor ondergrondse modellering wordt verbeterd.
Strategische toepassingen in Biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om materiaaleigenschappen te onderzoeken die gas-vast interacties beïnvloeden, wat hypothesetoetsing in energiemateriaalsystemen ondersteunt.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerd gravimetrisch protocol voor reproduceerbare meting van de adsorptiecapaciteit over verschillende partikelgroottes.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve adsorptie-isothermen die dienen als referentiegegevens voor het vergelijken van schalie-monsters onder gecontroleerde druk- en temperatuuromstandigheden.
- Operationele waarde: Vestigt een schaalbare workflow voor monstervoorbereiding, bestaande uit vermalen, zeven en laden voor high-throughput sorptieanalyse.
Translationeel en preklinisch onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Koppelt adsorptiegedrag op partikelniveau aan de prestaties van het reservoir op macroschaal, wat translationele modellering van gastransport in gebroken schalie ondersteunt.
- Operationele waarde: Levert reproduceerbare protocollen voor het meten van drijfvermogen en sorptie, die zorgen voor consistentie tussen laboratoria in schalie-karakterisatiestudies.
Integratie van Pipeline & Workflow
De gravimetrische sorptietechniek past binnen de vroege ontdekkingsfase van de evaluatie van energiematerialen, waarbij het begrijpen van intrinsieke adsorptie-eigenschappen voorafgaat aan reservoir-simulatie en extractie-ontwerp. Het ondersteunt go/no-go-beslissingen door betrouwbare gegevens te verschaffen over het opslagpotentieel van schaliegas, wat een directe impact heeft op de waardebepaling van activa en de prioritering van de ontwikkeling.
- Discovery Biology: Niet van toepassing; deze methode richt zich op de fysisch-chemische eigenschappen van anorganische schalie-matrices in plaats van op biologische systemen.
- Screening: Maakt gestandaardiseerde beoordeling van de methaanadsorptiecapaciteit over verschillende deeltjesgroottefracties mogelijk, wat een vergelijkende screening van geologische monsters ondersteunt.
- Analytics: Levert absolute en excessieve adsorptiemetingen als functie van de druk, waardoor een kwantitatieve vergelijking van het sorptiegedrag onder reservoir-relevante omstandigheden mogelijk is.
- Translationeel onderzoek: Verbindt adsorptiegegevens op laboratoriumschaal met extractie-efficiëntie op veldschaal door optimale deeltjesgroottebereiken te identificeren voor het maximaliseren van gasopslag in gefractureerde schalie.
- Enterprise Reuse: De gravimetrische sorptie-analyser vormt een herbruikbare platformcapaciteit voor het karakteriseren van adsorptie-eigenschappen in diverse onconventionele reservoirs, waardoor de afhankelijkheid van uitbesteelde tests wordt verminderd.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verbetert het voorspellende vertrouwen in reservoirmodellen door nauwkeurige adsorptiemetingen met weinig parameters te leveren die het werkelijke sorptiegedrag weerspiegelen.
- Operationele waarde: Verhoogt de reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde stappen voor blanco-metingen, voorbehandeling, drijfvermogen en sorptiemetingen, waardoor operator-geïnduceerde variabiliteit wordt geminimaliseerd.
- Strategische waarde: Ondersteunt risico-gecorrigeerde investeringsbeslissingen door de relatie tussen partikelpreparatie en gasopslagcapaciteit te verduidelijken, wat de onzekerheid in bronschattingen vermindert.
- Impact op portfolio: Maakt datagestuurde prioritering van schalie-assets mogelijk op basis van meetbare adsorptieprestaties, waardoor exploratie-inspanningen worden afgestemd op zones met een hoog potentieel.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in gravimetrische analyse, vacuümsystemen en het omgaan met gassen onder hoge druk om de integriteit van de metingen te waarborgen.
- Afhankelijkheid van een magnetische suspensiebalans (MSB) en een temperatuurgecontroleerd oliebad voor nauwkeurige detectie van massa en opwaartse kracht.
- Vereist standaardisatie van de monsterpreparatie (verbrijzelen, zeven, laden) tussen teams om consistentie over de verschillende deeltjesgroottefracties te behouden.
- Omvat overwegingen voor aanpassing bij het uitbreiden van de methode naar andere schalieformaties of adsorbaatgassen anders dan methaan.
- Beperkt door het tijdrovende karakter van de volledige meetcyclus (blank, voorbehandeling, opwaartse kracht, sorptie), die onder optimale omstandigheden 24 uur per monster kan overschrijden.
