12 czerwca 2019
Ten protokół pokazuje, jak przygotować próbkę brykietu i przeprowadzić eksperyment jednoosiowego ściskania brykietu przy różnych ciśnieniach CO2 przy użyciu wizualizowanego systemu testowania sprzężenia gaz-ciało stałe o stałej objętości. Jego celem jest również zbadanie zmian w zakresie właściwości fizycznych i mechanicznych węgla wywołanych adsorpcją CO2 .
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w zakresie geologicznej sekwestracji dwutlenku węgla i odzysku metanu z pokładów węgla dotyczące związku między właściwościami węgla a adsorpcją gazów. Główną zaletą tej techniki jest to, że obciążenie statyczne i dynamiczne może być stosowane na brykiecie w stanie stałej objętości, a cały proces eksperymentu jest wizualizowany przez monitoring fotograficzny. Nie ma szczególnych wymagań co do gatunku próbki, dlatego metoda ta może mieć zastosowanie do badań mechanicznych dowolnej porowatej skały.
Na początek zważ 1000 gramów i 300 gramów pyłu węglowego o rozkładzie wielkości cząstek odpowiednio od zera do jednego milimetra i od jednego do trzech milimetrów. Umieść je razem w zlewce w proporcji masowej od 0,76 do 0,24 i użyj szklanego pręta o średnicy sześciu milimetrów, aby dobrze je wymieszać. Aby przygotować cement, wsyp cztery gramy humusu sodu w proszku do zlewki i dodaj około 96 milimetrów wody destylowanej.
Użyj szklanego pręta, aby je wymieszać i upewnij się, że cały humat sodu jest dobrze rozpuszczony. Następnie wymieszaj 230 gramów zmieszanego proszku węglowego i 20 gramów roztworu humusu sodu w zlewce. Aby wyprodukować brykiet o standardowym rozmiarze, należy pokryć wewnętrzną powierzchnię narzędzi kształtujących olejem smarowym.
Zmontuj elementy narzędzia Płytę dolną, korpus główny i pierścień i wypełnij otwór 250 gramami zmieszanego materiału. Umieść tłok prasowy na zmieszanym materiale i umieść wszystkie części pod tłokiem elektrohydraulicznej uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej z serwomechanizmem. Uruchom oprogramowanie WinWdw, aby sterować uniwersalną maszyną wytrzymałościową z serwomechanizmem elektrohydraulicznym.
W oprogramowaniu kliknij zakres siły, aby ustawić maksymalną siłę na 50 kiloniutonów i kliknij resetuj, aby wyczyścić wartość przemieszczenia. Kliknij lewym przyciskiem myszy opcję wymuś kontrolę ładowania. Ustaw współczynnik ruchu na 0,1 kiloniutonów na sekundę.
Ustaw wartość siły docelowej na 29,4 kiloniutonów i czas utrzymywania na 900 sekund. Następnie kliknij start. Następnie wyjmij narzędzia do kształtowania i odwróć je na gumową płytkę.
Użyj gumowego młotka, aby zdemontować elementy narzędzia w kolejności od dołu do góry. Brykiet umieszczamy w inkubatorze o temperaturze 40 stopni Celsjusza na 48 godzin. Najpierw przymocuj tylne drzwi wizualizowanego naczynia za pomocą o wysokiej wytrzymałości.
Podłącz komputer, skrzynkę do zbierania danych i wbudowany czujnik ciśnienia gazu do tylnych drzwi. Aby uzyskać dane o ciśnieniu gazu w wizualizowanym zbiorniku, uruchom oprogramowanie Data Acquisition Sensor. W oprogramowaniu kliknij Start.
Otwórz zawór V1 i zamknij V2, V3 i V4, aby odkurzyć wizualizowaną komorę naczynia. Po 30 minutach wyłącz V1 i pompę próżniową. Otwórz V2 i zbiornik gazu z helem.
Użyj ręcznego zaworu redukcyjnego, aby wyregulować ciśnienie wylotowe ze zbiornika gazu. Uważnie obserwuj krzywą ciśnienia gazu wyświetlaną na czujniku akwizycji danych 16. Gdy osiągnie około dwóch megapaskali wyłącz V2 i zbiornik paliwa.
Następnie na komputerze uruchom oprogramowanie WinWdw, aby zmierzyć siłę tarcia tłoka ładującego poruszającego się w dół w maszynie wytrzymałościowej. W oprogramowaniu kliknij zakres siły, aby ustawić maksymalną siłę na pięć kiloniutonów i kliknij resetuj, aby wyczyścić wartość przemieszczenia. Kliknij lewym przyciskiem myszy opcję szybkość ładowania przemieszczenia i ustaw współczynnik ruchu na jeden milimetr na minutę.
Kliknij Start. Otwórz V4 i wypuść hel w powietrze. Zdemontuj tylne drzwi wizualizowanego naczynia i zamknij V4. Zmierz wysokość i średnicę brykietu za pomocą suwmiarki z noniuszem z dokładnością do 0,02 milimetra.
Zważyć masę brykietu za pomocą wagi elektronicznej z dokładnością do 0,01 grama. Zamontuj rolkę łańcuchową aparatu do badania odkształceń obwodowych wokół środkowego położenia brykietu i zamocuj uchwyt zaciskowy. Połącz czujnik ze skrzynką akwizycji danych przez złącze lotnicze w wizualizowanym zbiorniku i umieść je pod tłokiem załadowczym.
Aby zapewnić dokładność pozyskiwania danych, wyreguluj rolkę łańcucha i górną powierzchnię brykietu tak, aby były równoległe do tłoka załadowczego. Następnie uruchom WinWdw, aby sterować uniwersalną maszyną testującą. W oprogramowaniu kliknij lewym przyciskiem myszy opcję szybkość ładowania przemieszczenia.
Ustaw współczynnik ruchu na 10 milimetrów na minutę. Na pilocie zdalnego sterowania naciśnij przycisk w dół uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej, aż odległość między tłokiem a brykietem wyniesie około jednego do dwóch milimetrów. Następnie zamontuj tylne drzwiczki wizualizowanego naczynia.
Odkurz wizualizowaną komorę naczynia jak poprzednio. Następnie otwórz V3 i zbiornik gazu dwutlenku węgla o czystości 99,99%Użyj ręcznej wartości redukcji ciśnienia, aby wyregulować ciśnienie wylotowe zbiornika gazu. Uważnie obserwuj krzywą ciśnienia gazu wyświetlaną w czujniku akwizycji danych 16.
Gdy zbliży się wystarczająco do wartości docelowej, zamknij V3 i zbiornik gazu. Po 24 godzinach adsorpcji krzywa ciśnienia gazu pozostaje stabilna, a brykiet osiągnął stan równowagi dynamicznej adsorpcji i desorpcji. Umieść kamerę ze statywem obok okna wizualizowanego naczynia i dostosuj wysokość i kąt, aby upewnić się, że obraz próbki jest wyświetlany na środku ekranu aparatu.
Uruchom oprogramowanie SDU Deformation Acquisition v2.0, aby monitorować odkształcenia obwodowe brykietu. Kliknij Start. Na WinWdw kliknij nową próbkę i wpisz wysokość oraz średnicę brykietu.
Kliknij obszar przekroju, a następnie kliknij potwierdź. Kliknij zakres siły, aby ustawić maksymalną siłę na pięć kiloniutonów i kliknij resetuj, aby wyczyścić wartość przemieszczenia. Kliknij lewym przyciskiem myszy opcję szybkość ładowania przemieszczenia i ustaw współczynnik ruchu na jeden milimetr na minutę.
Kliknij Start, aby skompresować próbkę. W tym samym czasie naciśnij przycisk start na aparacie, aby rozpocząć nagrywanie wideo. Gdy próbka całkowicie ulegnie awarii, kliknij stop i zapisz dane zarówno w WinWdw, jak i SDU Deformation Acquisition v2.0.
Następnie ponownie naciśnij przycisk start na aparacie, aby zatrzymać nagrywanie wideo. Otwórz V4, aby uwolnić dwutlenek węgla w komorze naczynia i zdemontuj tylne drzwiczki naczynia. Odłączyć złącza lotnicze czujnika ciśnienia gazu i aparatury do badania odkształceń obwodowych.
Kliknij lewym przyciskiem myszy opcję szybkość ładowania przemieszczenia na WinWdw, ustaw współczynnik ruchu na 10 milimetrów na minutę. Naciśnij przycisk w górę na pilocie zdalnego sterowania uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej. Gdy tłok załadowczy naczynia znajdzie się około dwóch do trzech milimetrów nad brykietem, wyjmij brykiet i wyjmij go z rolki łańcucha.
Zdemontuj narzędzie łączące między tłokami i użyj odkurzacza, aby wyczyścić wizualizowane naczynie. W tym eksperymencie test adsorpcji izotermicznej wykazał podobną zdolność adsorpcji metanu między surowym węglem a brykietem. Wytrzymałość próbek brykietu użytych w badaniu ulegała pewnym wahaniom, ale były one raczej niewielkie i miały niewielki wpływ na analizę wyników doświadczenia.
Pod różnymi ciśnieniami dwutlenku węgla, od zera do dwóch megapaskalów, krzywe naprężeń osiowych odkształceń wykazały oczywiste fazy zagęszczenia, odkształcenia sprężystego i plastycznego. Wraz ze wzrostem ciśnienia dwutlenku węgla szczytowa wytrzymałość próbki węgla zmniejszała się, gdzie wykazywała zależność nieliniową. Moduł sprężystości zmniejszył się w warunkach nasycenia dwutlenkiem węgla, a zależność między modułem sprężystości a ciśnieniem gazu również była nieliniowa.
Obrazy uzyskane za pomocą kamery pokazują ewolucję pęknięcia na powierzchni próbki, pod różnymi ciśnieniami dwutlenku węgla. Metoda wymiarowania w pudełku została przyjęta w celu opisania cechy pęknięć w stanie zniszczenia pod różnymi ciśnieniami dwutlenku węgla. Współczynniki korelacji między numerem pudełka a długością boku były większe niż 0,95.
Wartości wymiaru fraktalnego były proporcjonalne do wartości ciśnienia dwutlenku węgla, a ich tendencja wskazywała na podobieństwo do stopnia uszkodzenia korpusu węglowego. Najważniejsze jest, aby dobrze zrozumieć procedurę testową i mieć pewne doświadczenie w eksperymentach z zakresu mechaniki górotworu i działania gazu pod wysokim ciśnieniem. Po ulepszeniu technika ta może zapewnić sposób na badanie mediów porowatych i efektu sprzężenia gazów w stanie obciążenia jednoosiowego lub trójosiowego.
Ponieważ w tej technice stosuje się zbiorniki na gaz pod wysokim ciśnieniem, ludzie muszą zachować ostrożność podczas napełniania i uwalniania gazu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Niniejszy protokół przedstawia sposób przygotowania próbki brykietowej oraz przeprowadzenie eksperymentu ściskania jednowymiarowego pod wpływem zmiennego ciśnienia CO2. Celem badania jest analiza zmian właściwości fizycznych i mechanicznych węgla wynikających z adsorpcji CO2.
Metoda ta umożliwia wizualizację oddziaływań gaz-ciało stałe pod kontrolowanym ciśnieniem, wspierając ograniczanie ryzyka mechanistycznego w inżynierii materiałowej związanej z energetyką. Poprzez ilościowe określenie, w jaki sposób adsorpcja CO2 zmienia właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość i moduł sprężystości, zapewnia ona pewność predykcyjną dla modelowania zachowań podpowierzchniowych. Podejście to pomaga w ocenie integralności materiałów w warunkach sprzężenia wielopolowego, istotnych dla zastosowań w zakresie geologicznego składowania i odzyskiwania zasobów.
Metoda ta wpisuje się w wczesne etapy procesów badawczych, w których ocenia się stabilność materiału pod wpływem stresorów środowiskowych przed zastosowaniem go w dalszych etapach analizy.