Estudo experimental da relação entre o tamanho de partícula e capacidade de adsorção de metano em xisto
2 de agosto de 2018
Nós usamos um aparelho isotérmicas de adsorção, o analisador de sorção gravimétrica, para testar a capacidade de adsorção de tamanhos de partículas diferentes de xisto, a fim de descobrir a relação entre o tamanho de partícula e a capacidade de adsorção de xisto.
Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo de gás de xisto sobre a relação entre o tamanho das partículas e a capacidade de adsorção do xisto. A principal vantagem desta técnica é que o método gravimétrico requer menos parâmetros e produz melhores resultados em termos de precisão e simulação de estrutura subterrânea real. Primeiro, ligue o computador de equilíbrio de suspensão magnética e inicie o controlador de acoplamento de suspensão magnética.
Abra o cilindro de gás dois hélio e ajuste-o aproximadamente para a pressão de saída apropriada com a válvula de controle. Em seguida, confirme se o botão do controlador de acoplamento de suspensão magnética está na posição Desligado. Em seguida, ligue o controlador de temperatura do instrumento, o aquecedor de banho de óleo e a bomba de vácuo.
Coloque o controlador de acoplamento na posição Ponto Zero, aguarde um a dois minutos e confirme se as leituras estão normais e estáveis. Verifique as posições do ponto de medição da mesma maneira. Em seguida, coloque o controlador na posição Ponto Zero.
Inicie o software de controle do sistema. Selecione o programa Medição em branco e abra a janela de configuração. Nomeie a medição, selecione o gás dois para usar o gás hélio, selecione outro fluido e selecione o banho de fluido.
Defina a pressão máxima para 70 bar com sete etapas de pressão, a rampa de pressão para dois bar por minuto e a temperatura do banho de óleo para 50 graus Celsius. Execute o programa e calcule a massa e o volume do recipiente de amostra vazio. Após o término do teste em branco, ajuste o ponto de ajuste de pressão de gás e dois hélio para uma bar.
Iniciar a dosagem de gás para encher a piscina de amostras com hélio até que esteja próximo da pressão atmosférica. Em seguida, pare a dosagem de gás. Em seguida, puxe o sensor de temperatura para baixo.
Desmonte a jaqueta de algodão isolante e o termostato de parede dupla. Apoie o termostato de parede dupla quando o último parafuso for removido. Descarregue o termostato de parede dupla, tomando cuidado para não bater no tubo transversal do sensor com a chave.
Em seguida, desmonte o pool de amostras removendo os seis parafusos simetricamente. Abra cuidadosamente o pool de amostras. Em seguida, verifique se a estrutura de equilíbrio do instrumento está nivelada.
Para ajustar a estrutura do equilíbrio, gire o botão do controlador de acoplamento magnético para Desligado e levante ou abaixe cuidadosamente os pés e os parafusos de suporte. Assim que o sistema estiver equilibrado, retire o recipiente de amostra e carregue uma amostra de rocha de xisto limpa e triturada no recipiente de amostra. Instale o sample recipiente e, em seguida, coloque o acoplamento na posição apropriada.
Em seguida, reinstale o pool de amostras, tomando cuidado para manter as bordas dentro do flange. Instale os parafusos simetricamente e gire os parafusos com força suave e uniforme. Depois de instalar o pool de amostras, tente instalar o termostato de parede dupla para garantir que ele possa ser instalado sem problemas na medição de flutuabilidade posterior.
Uma vez confirmado isso, remova o termostato de parede dupla. Em seguida, gire o botão do controlador de acoplamento para cada posição para verificar o equilíbrio. Insira o sensor de temperatura e instale a bainha de aquecimento elétrico e a tampa de isolamento.
Conecte a fonte de alimentação de aquecimento elétrico e ligue a energia. Em seguida, selecione o programa de pré-tratamento no software do instrumento e abra o menu de configuração. Nomeie a medição, escolha a fonte de vácuo e selecione o aquecimento elétrico.
Defina a temperatura da amostra para 105 graus Celsius, a temperatura de acoplamento para 20 graus Celsius e a duração para 600 minutos. Em seguida, execute o programa de pré-tratamento. Em seguida, desligue o aquecimento elétrico e desconecte a fonte de alimentação.
Remova a bainha de aquecimento elétrico, insira o sensor de temperatura e instale o termostato de parede dupla. Enrole o termostato com uma tampa de isolamento adesiva. Em seguida, no software, selecione o programa de Medição de Flutuabilidade e abra a janela de configuração.
Defina a temperatura do banho de óleo para 50 graus Celsius. Defina a pressão máxima para 70 bar, a pressão ramp para dois bar por minuto e o número de passos de pressão para sete. Em seguida, execute o processo, que geralmente leva de cinco a oito horas.
Depois disso, selecione o programa de medição de sorção. Se a dessorção for avaliada, mantenha o banho de óleo a 50 graus Celsius e defina 19 pontos de pressão, passando de zero bar para 250 bar e de volta para zero bar. Em seguida, escolha o gás um em vez do gás dois para o gás experimental e execute o programa.
Use uma bomba pressurizada, se necessário, para aumentar manualmente a pressão do gás experimental até o valor alvo. Deixe o processo terminar antes de remover qualquer componente do instrumento. Dois corpos de prova de xisto foram triturados e divididos por tamanho de partícula.
Para todas as amostras, a capacidade absoluta de adsorção de metano aumentou linearmente com pressão entre zero e 60 bar. Depois disso, a capacidade absoluta de adsorção se estabilizou gradualmente. O excesso de capacidade de adsorção seguiu uma tendência semelhante em pressões mais baixas, atingiu um máximo em cerca de 80 a 100 bar e depois diminuiu com o aumento da pressão.
Amostras de xisto com tamanhos de partícula de cerca de 250 micrômetros geralmente tiveram a maior capacidade máxima absoluta e excesso de adsorção. Isso foi atribuído à rocha sendo esmagada em partículas menores e a microporos e mesoporos se conectando para formar mesoporos e macroporos, diminuindo a área total da superfície específica do xisto. Tivemos essa ideia para esse método pela primeira vez quando consideramos como partículas grandes deveriam ser usadas para experimentos de adsorção isotérmica de xisto em diferentes regiões.
Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 24 horas se for executada corretamente.
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Visão Geral
Este estudo utiliza um analisador gravimétrico de sorção para investigar a capacidade de adsorção de xisto em diferentes tamanhos de partícula. O objetivo é elucidar a relação entre o tamanho da partícula e a capacidade de adsorção, o que é crucial para compreender a extração de gás de xisto.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Biologia
- Ciência dos Materiais
Antecedentes
- A extração de gás de xisto é uma área de pesquisa significativa.
- Compreender a capacidade de adsorção é essencial para otimizar os métodos de extração.
- O tamanho das partículas pode influenciar a eficiência da adsorção de gás.
- Os métodos gravimétricos fornecem medições precisas com menos parâmetros.
Objetivo do Estudo
- Determinar como o tamanho das partículas afeta a capacidade de adsorção do xisto.
- Aprimorar o entendimento do comportamento do gás de xisto sob diversas condições.
- Melhorar a precisão das medições na pesquisa de gás de xisto.
Métodos Utilizados
- Utilização de um analisador gravimétrico de sorção.
- Teste de diferentes tamanhos de partículas de xisto.
- Medição da capacidade de adsorção sob condições controladas.
- Análise dos resultados para estabelecer relações entre variáveis.
Resultados Principais
- Identificou tendências na capacidade de adsorção em relação ao tamanho das partículas.
- Demonstrou a eficácia do método gravimétrico.
- Forneceu informações sobre as condições ideais para a extração de gás de xisto.
- Contribuiu para a compreensão das propriedades dos materiais de xisto.
Conclusões
- O estudo confirma que o tamanho das partículas impacta significativamente a capacidade de adsorção.
- Os métodos gravimétricos são confiáveis para o estudo das propriedades de xisto.
- Os resultados podem orientar pesquisas futuras e técnicas de extração.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Compreender a relação entre o tamanho das partículas e a capacidade de sorção de metano em xisto é essencial para otimizar a avaliação de recursos e a eficiência de extração em reservatórios de gás não convencionais. Este estudo fornece informações quantitativas sobre como o tamanho das partículas influencia o comportamento de adsorção, apoiando uma caracterização mais precisa dos reservatórios e orientando decisões na avaliação inicial de ativos. O método gravimétrico de sorção descrito oferece uma abordagem confiável e eficiente em parâmetros para medir a adsorção de gás sob condições controladas, melhorando a consistência dos dados para modelagem subterrânea.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvos
- Valor Científico: Permite investigar as propriedades dos materiais que influenciam as interações gás-sólido, apoiando a verificação de hipóteses em sistemas de materiais energéticos.
- Valor Operacional: Fornece um protocolo gravimétrico padronizado para medição reprodutível da capacidade de adsorção em diferentes tamanhos de partículas.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera isotermas de adsorção quantitativas que servem como resultados de referência para comparação de amostras de xisto sob condições controladas de pressão e temperatura.
- Valor Operacional: Estabelece um fluxo de trabalho escalável de preparação de amostras envolvendo trituração, peneiramento e carregamento para análise de sorção de alto rendimento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Relaciona o comportamento de adsorção em escala de partículas ao desempenho do reservatório em escala macroscópica, apoiando a modelagem translacional do transporte de gás em xisto fraturado.
- Valor Operacional: Fornece protocolos repetíveis de medição de flutuabilidade e sorção que garantem consistência entre laboratórios em estudos de caracterização de xisto.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
A técnica gravimétrica de sorção insere-se na fase inicial de descoberta da avaliação de materiais energéticos, na qual o entendimento das propriedades intrínsecas de adsorção precede a simulação do reservatório e o projeto de extração. Ela auxilia em decisões de prosseguir ou não prosseguir ao fornecer dados confiáveis sobre o potencial de armazenamento de gás de xisto, o que impacta diretamente na avaliação de ativos e na priorização do desenvolvimento.
- Biologia Descoberta: Não aplicável; este método aborda propriedades físico-químicas de matrizes de xisto inorgânicas, e não sistemas biológicos.
- Triagem: Permite avaliação padronizada da capacidade de adsorção de metano em diferentes frações de tamanho de partícula, apoiando a triagem comparativa de amostras geológicas.
- Análise: Gera medições de adsorção absoluta e excesso em função da pressão, permitindo comparação quantitativa do comportamento de sorção sob condições relevantes para reservatórios.
- Pesquisa Translacional: Conecta dados de adsorção em escala laboratorial à eficiência de extração em escala de campo, identificando faixas ótimas de tamanho de partícula para maximizar o armazenamento de gás em xistos fraturados.
- Reutilização Empresarial: O analisador gravimétrico de sorção representa uma plataforma reutilizável para caracterização das propriedades de adsorção em diversos reservatórios não convencionais, reduzindo a dependência em relação a testes terceirizados.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Melhora a confiabilidade preditiva em modelos de reservatório ao fornecer medições precisas de adsorção com poucos parâmetros, que refletem o comportamento real da sorção.
- Valor Operacional: Aumenta a reprodutibilidade por meio de etapas padronizadas de medição de branco, pré-tratamento, empuxo e sorção, minimizando a variabilidade induzida pelo operador.
- Valor Estratégico: Apoia decisões de investimento ajustadas ao risco ao esclarecer a relação entre o preparo das partículas e a capacidade de armazenamento de gás, reduzindo a incerteza nas estimativas de recursos.
- Impacto na Carteira: Permite a priorização baseada em dados de ativos de xisto com base no desempenho mensurável de adsorção, alinhando os esforços de exploração às zonas de alto potencial.
Considerações sobre a Implementação
- Exige especialização em análise gravimétrica, sistemas a vácuo e manipulação de gases sob alta pressão para garantir a integridade das medições.
- Depende de uma balança com suspensão magnética (MSB) e banho de óleo com controle de temperatura para detecção precisa de massa e empuxo.
- Necessita padronização entre equipes no preparo das amostras (trituração, peneiramento, carregamento) para manter a consistência entre as frações de tamanho de partículas.
- Envolve considerações de adaptação ao estender o método a outras formações de xisto ou gases adsorvíveis além do metano.
- É limitado pelo caráter demorado do ciclo completo de medição (branco, pré-tratamento, empuxo, sorção), que pode exceder 24 horas por amostra em condições ideais.
