Kum, su, metan ve metan hidrat içeren sentetik hidrat içeren tortu örneklerinin termal özelliklerini ölçmek için bir protokol sunuyoruz.
Yöntem makalesi
Kum, su, metan ve metan hidrat içeren sentetik hidrat içeren tortu örneklerinin termal özelliklerini ölçmek için bir protokol sunuyoruz.
Metan hidratlar (MH'ler) okyanus tabanında ve permafrost bölgelerinde büyük miktarlarda bulunur. Metan ve hidrojen hidratlar, gelecekteki enerji kaynakları ve enerji depolama ortamları olarak incelenmektedir. Doğal MH içeren çökeltilerden ve hidrat bazlı teknolojilerden gaz üretimi için bir yöntem geliştirmek için, gaz hidratlarının termal özelliklerini anlamak zorunludur.
Kum, su, metan ve MH içeren numunelerin termal özellikleri' ölçümleri, MH'nin erime ısısı ölçümleri etkileyebileceğinden zordur. Bu sorunu çözmek için, MH oluşumu sırasında aşırı soğutulmuş koşullarda termal özelliklerin ölçümlerini gerçekleştirdik. Ölçüm protokolü, doygunluk değişiminin hesaplama yöntemi ve geçici düzlem kaynak teknikleri kullanılarak numunenin termal sabitlerin analizi için ipuçları burada açıklanmaktadır.
MH'nin oluşum ısısının ölçüm üzerindeki etkisi çok küçüktür çünkü gaz hidrat oluşum hızı çok yavaştır. Bu ölçüm yöntemi, hidrojen, CO2 ve ozon hidratları içeren gaz hidrat-su-misafir gaz sisteminin termal özelliklerine uygulanabilir, çünkü gaz hidratın karakteristik düşük oluşum hızı MH'ye özgü değildir. Bu yöntemin kilit noktası, hedef malzemenin faz geçiş hızının düşük olmasıdır. Bu nedenle, bu yöntem düşük faz geçiş oranlarına sahip diğer malzemelere uygulanabilir.
Gaz hidratları kafes 1 konuk moleküllerin içeren hidrojen-bağlı su moleküllerinin kafes yapılarını ihtiva kristalin bileşiklerdir. Okyanus tabanı ve sürekli donmuş bölgelerindeki metan hidrat (MD'nin) büyük miktarda ilginç gelecekteki enerji kaynaklarıdır ancak küresel iklim koşulları 2 etkileyebilir.
Mart 2013'te, Japonya Petrol, Gaz ve Metal Ulusal Şirketi "basınç düşürme yöntemi" 3,4 ile Doğu Nankai çukur içinde doğal MH taşıyan çökelleri gaz çıkarmak için dünyanın ilk denizaşırı üretim testi yapılmıştır.
Gaz hidratlar, metan 1, hidrojen 5 CO 2 1,6 ve ozon 7 gibi gazları saklayabilirsiniz. Dolayısıyla, metan ve hidrojen nemlendirir potansiyel enerji depolama ve ulaştırma medya olarak incelenmiştir. CO, CO2 seques atmosfere salınan 2 emisyonlarını azaltmak içinCO derin okyanus çökelleri 2 hidratlar kullanılarak trasyon 6 çalışılmıştır. Ozon halen su arıtma ve gıda sterilizasyon kullanılır. , Kimyasal 7 kararsız olduğu için ozon koruma teknolojisinin çalışmalar yapılmıştır. Hidratlar ozon konsantrasyonu ozonlu su veya buz 7 çok daha yüksektir.
Doğal MH taşıyan sedimanlar ve hidrat tabanlı teknolojiler gaz üretimini geliştirmek için, gaz hidratların termal özelliklerini anlamak için şarttır. Ancak, gaz hidrat taşıyan çökellerin termal özellikleri veriler ve model çalışmaları 8 azdır.
"Basınç düşürme yöntemi" hidrat istikrar altında gözenek basıncı azaltarak sediment gözenek uzayda MH ayırmak için kullanılabilir. Bu süreçte, sediment gözenek alanı bileşenleri su ve MH su, MH, ve gaz değiştirin. Termal gayrimenkullerin ölçümMH erime ısı ölçümlerini etkileyebilir, çünkü ikinci durumun zordur. Bu sorunu çözmek için, Muraoka ve ark., MH formasyonu 9'da aşırı soğutulmuş koşullar altında Isıl Özellikleri "ölçüm yapıldı.
Bu video protokolü ile, aşırı soğutulmuş sentetik kum-su-gaz-MH numunenin ölçüm yöntemi açıklamak.
Şekil 1 yapay metan hidrat taşıyan sediment termal özelliklerini ölçmek için deney düzeneği gösterir. Referans 9'da gösterildiği gibi ayar aynıdır. Sistem temel olarak bir yüksek basınç kabı, basınç ve sıcaklık kontrolü ve ölçüm sisteminin termal özelliklerini içermektedir. Yüksek basınçlı kap 140 mm bir iç çapa ve 140 mm yüksekliğe sahip silindirik paslanmaz çelikten oluşmaktadır; çıkarıldı ölü hacim ile iç hacim 2.110 cm3, ve basınç sınırı 15 MPa'dır. transie nt düzlemi kaynağı (TPS) tekniği termal özellikleri 10 ölçmek için kullanılır. 2.001 mm bireysel yarıçapı ile Dokuz TPS probları kabın içine yerleştirilir. Dokuz prob 9 düzeni referans 9, Şekil 2'de gösterilmiştir. TPS sondalar bir kablo ile termal gayrimenkullerin 'analizöre bağlı ve deney sırasında elle değiştirilir. Kap içinde TPS sensörü, bağlantı şemasına ve kurulum detayları referans 9 Şekil S1, 2 ve destekleyici bilgiler 3'te gösterilmiştir.

Şekil 1:. Yapay metan hidrat taşıyan sediment termal özelliklerini ölçmek için deney düzeneği Şekil referansı 9 modifiye edilir.3956fig1large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
TPS yöntemi, her numunenin termal özelliklerini ölçmek için kullanıldı. Yöntem, ilkeleri referans 10 de tarif edilmiştir. Bu yöntemde, zaman-bağımlı sıcaklık artışı, DT Ave, olduğu

nerede

0 sensör çıkış gücü B Denklem 1 'de, R sensoru probunun yarıçapı, λ numunesinin termal iletkenlik, α termik yayıcılığıdır olduğu ve t güç kaynağı başlangıcından zamanı sensör probu. D (τ) boyutsuz bir zamana bağlı fonksiyonu. τ ise (spa'sında / r) 1/2 ile verilir. Denklem 2'de, m TPS probunun konsantrik halkalar sayısıdır ve 0 değiştirilmiş Bessel fonksiyonudur. Numunenin termal iletkenlik, ısıl yayılım ve özgül ısı, aynı anda enerji sensoru probunun tedarik edilir, sıcaklık artışı uygulanan ters analizi ile tespit edilmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Not: Bu çalışma, yüksek basınçlı yanıcı metan gazı ve büyük bir yüksek basınçlı kap kullanır gibi ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarını danışın. Bir kask, koruyucu gözlük ve emniyet çizme giymek. Sıcaklık kontrol sistemi durursa, kap içinde basınç MH ayrışma ile artar. Kazaları önlemek için, bir güvenlik vanası sisteminin kullanılması şiddetle otomatik olarak atmosfere metan gazı serbest bırakmak için tavsiye edilir. Emniyet valf sistemi, elektrik güç kaynağı olmadan çalışabilir.
Kum-su-metan gaz Örnekleri 9 1. Hazırlık
2. MH Sentezi ve süpersoğutmalı Numune 9 Isıl Özellikleri 'Ölçüm
Numune 9,11 Doygunluk Değişim 3. Hesaplama
Not:Zaman t bir fonksiyonu olarak örnek MH, su için doyma, gaz derecesi gazın durum denklemi kullanılarak hesaplanır. Kullanılan hesaplama ayrıntıları ve denklemler daha önce 11 tarif edilmiştir.





Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Şekil 2a nedeniyle termal Sabitler 'ölçümü MH erime. DT c sıcaklık değişimini olduğu etkilenmez sıcaklık profilini gösterir. 2b MH eritme etkilenen sıcaklık profili göstermektedir. Bu denklemler istikrarlı örnek koşullarını varsayılarak elde edilir çünkü Şekil 2b profil Denklem 1 ve 2 ile analiz edilemez.
Şekil 3a, bir ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
ölçümü MH oluşumu ısı etkisi tahmin edildi. Şekil 3b ve oluşum H = 52.9 kJ mol -1 MH 14 için entalpisi gösterildiği gibi MH oluşumu ısı S h değişim oranı ürünlerinden tahmin edilmiştir. Sonuç olarak, maksimum sıcaklık değişimi 0,00081 ° C sn -1. Bu 5 saniyelik bir zaman aralığı boyunca 1 ° C ile 1.5 ° C arası TPS sensörünün sıcaklık artışı DT C'den daha düşük olmuştur. Ayrıntılı tahmin ve tartışma Sec açıklanmıştır. Re...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Bu çalışma mali Japonya'da Metan hidrat Kaynakları MH21 Araştırma Konsorsiyumu ve Ekonomi, Ticaret ve Sanayi Bakanlığı tarafından Milli Metan hidrat Sömürü Programı tarafından desteklenmiştir. Yazarlar deneyler ile yardım için T. Maekawa ve S. Goto teşekkür etmek istiyorum.
. (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Enerji yakıtlar, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI izni ile yayımlanmaktadır rakamlar: 10,1021 / ef502350n). Telif Hakkı (2015) American Chemical Society.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| TPS termal prob, Sıcak disk sensörü | Hot Disk AB Co., İsveç | #7577 | Kapton sensör tipi, sensör yarıçapı 2.001 mm |
| Sıcak disk termal özellikler analizörü | Hot Disk AB Co., İsveç | TPS 2500 | |
| Toyoura standart silika kumu | Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japonya | N/A | |
| Metan gazı, %99,99999Tokyo | Gas Chemicals Co., Ltd., Japonya | N/A | Sınıf 6 N, Cilt 47 L, Şarj basıncı 14.7 MPa |
| Su Arıtma Sistemi, Elix Advantage 3 | Merck Millipore., ABD | Yok | 5 MΩ cm (25 'de; ° C) direnç |
| Titreşimli masa, Canlı paketleyici | Sinfonia Technology Co. Ltd., Japonya | VGP-60 | |
| Soğutucu, Termostatik Banyo Sirkülatörü ve nbsp; | THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japonya | TRL-40SP | |
| Coorant, Aurora tuzlu su | Tokyo Fine Chemical Co., Ltd., Japonya | N/A | etilen glikol 71 wt% |
| Sıcaklık ölçer | Nitto Kouatsu., Japonya | N/A | Pt 100, kılıf tipi platin dirençli sıcaklık dedektörü |
| Basınç ölçer | Kyowa Electronic Instruments., Japonya | PG-200 KU | |
| Veri kaydedici | KEYENCE., Japonya | NR-500 | |
| Kütle akış kontrolörü | OVAL Co., Japonya | F-221S-A-11-11A | Maksimum akış 2.000 N ml/ M, maksimum tasarım basıncı 19.6 Mpa |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste