Protocolo para medir as propriedades térmicas de um sintético areia-água-gás-hidrato de metano Amostra Supercooled

O objetivo geral deste procedimento é determinar as propriedades térmicas de uma amostra composta de areia, água, gás metano e hidrato de metano. Esta lição pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo da tecnologia de produção de gás, como simulação de produção de gás, hidratos naturais de metano. Para começar, coloque o vaso de alta pressão na mesa vibratória.

Despeje 1,5 litros de água pura em uma garrafa de água e 4.000 gramas de areia de sílica em uma garrafa de areia. Pese com precisão as massas de areia e água em suas respectivas garrafas. Em seguida, despeje 1 litro de água pura no vaso de alta pressão com um volume interno de 2.110 centímetros cúbicos de uma garrafa de água até que a água encha metade do recipiente interno.

Ligue a mesa vibratória para vibrar todo o recipiente. Defina a taxa de vibração para 50 hertz e a fonte de alimentação para 220 watts. Remova o ar residual na linha de drenagem e no filtro metálico centralizado na parte inferior do vaso vibrando o vaso.

Despeje 3.300 gramas de areia de sílica de uma garrafa de areia no recipiente a uma taxa constante de aproximadamente um grama por segundo usando um funil mantido próximo à superfície da água enquanto todo o recipiente é vibrado para garantir uma embalagem uniforme. Pare a vibração quando a água atingir a borda do recipiente. Coloque um anel como uma parede temporária na borda do recipiente para evitar que a água derrame.

Vibre o vaso novamente como antes e, quando a areia atingir a borda do vaso, desligue a vibração. Remova o excesso de água usando a linha de drenagem e despeje-a de volta na garrafa de água. Remova a parede temporária.

Embale a areia vibrando o recipiente uma ou duas vezes a 50 hertz e 300 watts por segundo e adicione mais areia, se necessário. Pese a massa da areia e da água em suas respectivas garrafas. Em seguida, calcule as massas de areia e água no vaso a partir das diferenças de massa nas garrafas de areia e água.

Neste experimento, a massa de areia no vaso era de 3.385 gramas e a massa de água no vaso era de 823,6 gramas. A massa de água no vaso é denotada como w total. Cubra o vaso de alta pressão com uma tampa de aço inoxidável e aperte os parafusos de pares diagonalmente opostos em sequência.

Mover o vaso de alta pressão da mesa vibratória para a mesa destinada ao experimento. Cubra o vaso de alta pressão com um isolante térmico para controlar a temperatura. Em seguida, conecte as tubulações de alta pressão e as linhas de fluxo de água de resfriamento ao vaso de alta pressão.

Abra as válvulas dos gasodutos de entrada e saída. Ventile 10 litros de metano a uma taxa de 800 mililitros por minuto até que nenhum excesso de água seja descarregado na armadilha sob pressão atmosférica. A descarga de areia é impedida por um filtro metálico centralizado fixado no fundo do recipiente.

A água residual permanece na superfície da areia porque a areia de sílica hidrofílica absorve as moléculas de água. Pesar a massa de água no purgador w purgador para determinar o volume de gás no recipiente. Determinar a massa de água residual, w resi.

Neste caso, w resi é de 360,6 gramas e w trap é de 463 gramas. Depois de fechar a válvula da linha de gás de saída, injete metano para aumentar a pressão de vazamento de metano no vaso para aproximadamente 12,1 megapascal à temperatura ambiente. Em seguida, feche a válvula da linha de gás de entrada.

Comece a registrar a pressão e a temperatura no vaso durante o experimento usando o registrador de dados. Ligue o resfriador para resfriar o recipiente da temperatura ambiente a 2.0 graus Celsius circulando o refrigerante. Deixe o refrigerante circular do resfriador para o fundo do recipiente, de lá para a tampa do recipiente e, finalmente, de volta para o resfriador.

Configure os parâmetros de medição usando o software analisador de fonte de plano transiente, ou TPS, e calcule o grau de superresfriamento conforme determinado no protocolo de texto. A etapa mais crítica é realizar a medição constante do sonar, mantendo o aumento da temperatura sobre o supercoolante do sensor TPS. Meça simultaneamente a condutividade térmica, a difusividade térmica e o calor específico volumétrico usando o analisador TPS após o grau de superresfriamento ser maior que dois graus Celsius.

Após cada medição, troque manualmente os cabos entre as sondas TPS e o analisador durante o experimento. Colete dados a cada três a cinco minutos. Repita as medições até que o grau de super-resfriamento atinja dois graus Celsius novamente.

Neste experimento, o grau de super-resfriamento aumenta inicialmente com o tempo. Depois que o grau de superresfriamento atinge o valor máximo, ele diminui gradualmente para zero graus Celsius porque a pressão diminui com a formação de MH. Aqui é mostrado um perfil de temperatura não afetado pelo derretimento do hidrato de metano e um perfil de temperatura afetado pelo derretimento. Observe que esse perfil não pode ser analisado pela técnica TPS porque as equações de análise assumem condições de amostra estáveis.

A pressão, temperatura e grau de super-resfriamento no vaso em função do tempo são mostrados. MH nuclea depois que o sistema atinge o equilíbrio de pressão e temperatura. A saturação do sedimento com MH, água e gás metano em função do tempo é mostrada aqui.

O grau de saturação é calculado usando a equação do estado do gás. Um exemplo das medições de constantes térmicas é mostrado aqui. As setas de duas pontas denotam o intervalo de dados usado na análise.

A Análise 1 é um exemplo de um intervalo inadequado e a Análise 2 é um exemplo de um intervalo apropriado. Os resultados da análise de inversão TPS de cada faixa são mostrados aqui. O desvio dos dados de temperatura da curva de ajuste linear é mostrado.

Se a faixa de análise apropriada for selecionada, a diferença de temperatura torna-se pequena e aproximadamente constante. Finalmente, a condutividade térmica em função do tempo, o calor específico em função do tempo e a difusividade térmica em função do tempo são mostrados.