मापने एक शीतल सिंथेटिक रेत-पानी-गैस मीथेन हाइड्रेट नमूना के तापीय गुणों के लिए प्रोटोकॉल

Environment

Your institution must subscribe to JoVE's Environment section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y. Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample. J. Vis. Exp. (109), e53956, doi:10.3791/53956 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

गैस हाइड्रेट्स क्रिस्टलीय यौगिकों कि हाइड्रोजन बंधुआ पानी पिंजरे 1 में अतिथि के अणुओं युक्त अणुओं के पिंजरे संरचनाओं शामिल हैं। समुद्र तल और permafrost क्षेत्रों में मीथेन हाइड्रेट्स (एमएचएस) की बड़ी मात्रा में दिलचस्प भविष्य की ऊर्जा संसाधन हैं लेकिन वैश्विक जलवायु परिस्थितियों 2 प्रभावित कर सकता है।

मार्च 2013 में जापान तेल, गैस, धातु और राष्ट्रीय निगम पूर्वी Nankai गर्त में प्राकृतिक MH-असर अवसादों "depressurization विधि" 3,4 का उपयोग करने से गैस निकालने के लिए दुनिया का पहला अपतटीय उत्पादन परीक्षण का आयोजन किया।

गैस हाइड्रेट्स ऐसे मीथेन 1, हाइड्रोजन 5, सीओ 2 1,6, और ओजोन 7 के रूप में गैसों स्टोर कर सकते हैं। इसलिए, मीथेन और हाइड्रोजन हाइड्रेट्स संभावित ऊर्जा भंडारण और परिवहन मीडिया के रूप में अध्ययन कर रहे हैं। सीओ 2 उत्सर्जन से वातावरण में सीओ 2 seques कम करने के लिए जारी कियासीओ का उपयोग कर गहरे सागर अवसादों में 2 हाइड्रेट्स tration 6 अध्ययन किया गया है। ओजोन वर्तमान में जल शोधन और खाद्य नसबंदी में प्रयोग किया जाता है। ओजोन संरक्षण प्रौद्योगिकी के अध्ययन आयोजित किया गया है क्योंकि यह रासायनिक अस्थिर 7 है। हाइड्रेट्स में ओजोन एकाग्रता OZONIZED पानी या बर्फ 7 में है कि अधिक से अधिक है।

प्राकृतिक MH-असर तलछट और हाइड्रेट आधारित प्रौद्योगिकियों से गैस उत्पादन का विकास करने के लिए, यह गैस हाइड्रेट्स के तापीय गुणों को समझने के लिए जरूरी है। हालांकि, तापीय गुणों डेटा और गैस हाइड्रेट असर अवसादों के मॉडल के अध्ययन दुर्लभ हैं 8।

"Depressurization विधि" हाइड्रेट स्थिरता नीचे ताकना दबाव को कम करके तलछट ताकना अंतरिक्ष में महाराष्ट्र को अलग कर देना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में, तलछट ताकना अंतरिक्ष घटकों के पानी से और महाराष्ट्र से पानी, महाराष्ट्र, और गैस के लिए बदल जाते हैं। थर्मल गुण 'मापबाद के हालत की मुश्किल है क्योंकि महाराष्ट्र के पिघलने गर्मी माप को प्रभावित कर सकता है। इस समस्या को हल करने के लिए, Muraoka एट अल।, महाराष्ट्र गठन 9 दौरान शीतल की स्थिति में थर्मल गुण 'माप प्रदर्शन किया।

इस वीडियो प्रोटोकॉल के साथ, हम शीतल सिंथेटिक रेत-पानी-गैस, महाराष्ट्र नमूना मापने विधि समझाओ।

चित्रा 1 कृत्रिम मीथेन हाइड्रेट असर तलछट के तापीय गुणों को मापने के लिए प्रयोगात्मक स्थापना से पता चलता है। सेटअप के रूप में संदर्भ 9 में दिखाया ही है। प्रणाली मुख्य रूप से एक उच्च दबाव पोत, दबाव और तापमान नियंत्रण, और माप प्रणाली के थर्मल गुण शामिल हैं। उच्च दबाव पोत 140 मिमी की एक आंतरिक व्यास और 140 मिमी की ऊंचाई के साथ बेलनाकार स्टेनलेस स्टील से बना है; मृत हटा मात्रा के साथ अपने भीतर की मात्रा 2110 3 सेमी है, और उसके दबाव सीमा 15 एमपीए है। transie NT विमान स्रोत (टीपीएस) तकनीक तापीय गुणों 10 को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। 2.001 मिमी व्यक्ति त्रिज्या के साथ नौ टीपीएस जांच पोत के अंदर रखा जाता है। नौ जांच 9 के लेआउट संदर्भ 9 में चित्रा 2 में दिखाया गया है। टीपीएस जांच एक केबल के साथ थर्मल गुण 'विश्लेषक से जुड़ा है और प्रयोग के दौरान मैन्युअल रूप से बंद कर रहे हैं। टीपीएस सेंसर, कनेक्शन आरेख, और पोत में सेटअप के विवरण के संदर्भ में 9 आंकड़े एस 1, 2, और समर्थन जानकारी के 3 में दिखाया जाता है।

आकृति 1
चित्रा 1:। कृत्रिम मीथेन हाइड्रेट असर तलछट के तापीय गुणों को मापने के लिए प्रयोगात्मक स्थापना आंकड़ा संदर्भ 9 से संशोधित किया गया है।3956fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

टीपीएस विधि प्रत्येक नमूने की तापीय गुणों को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था। विधि सिद्धांतों संदर्भ में 10 में वर्णित हैं। इस विधि में, समय पर निर्भर तापमान में वृद्धि, ΔT एवेन्यू, है

1 समीकरण

कहा पे

2 समीकरण

1 समीकरण में, डब्ल्यू 0 सेंसर से बिजली उत्पादन है, आर सेंसर जांच की त्रिज्या, λ नमूने की तापीय चालकता, α थर्मल diffusivity है है, और टी बिजली की आपूर्ति के लिए शुरू से ही समय है सेंसर जांच। डी (τ) के लिए एक आयामरहित समय निर्भर समारोह। τ है (αt / आर) 1/2 दिया जाता है। 2 समीकरण में, एम टी पी एस जांच का गाढ़ा छल्ले की संख्या है और मैं 0 एक संशोधित Bessel कार्य है। थर्मल चालकता, थर्मल diffusivity, और नमूने के विशिष्ट गर्मी के साथ-साथ तापमान में वृद्धि के रूप में शक्ति सेंसर जांच करने के लिए आपूर्ति की है करने के लिए लागू उलटा विश्लेषण द्वारा निर्धारित कर रहे हैं।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

नोट: सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट से परामर्श करें इस अध्ययन के रूप में उच्च दबाव ज्वलनशील मीथेन गैस और एक बड़े उच्च दबाव पोत का उपयोग करता है। एक हेलमेट, सुरक्षा चश्मा, और सुरक्षा के जूते पहनते हैं। तापमान नियंत्रण प्रणाली बंद हो जाता है, तो बर्तन में दबाव महाराष्ट्र हदबंदी के साथ बढ़ जाती है। दुर्घटनाओं को रोकने के लिए, एक सुरक्षा वाल्व प्रणाली के उपयोग दृढ़ता से स्वचालित रूप से वातावरण को मीथेन गैस को रिहा करने की सिफारिश की है। सुरक्षा वाल्व प्रणाली बिजली बिजली की आपूर्ति के बिना काम कर सकते हैं।

1. रेत-पानी-मीथेन गैस के नमूने 9 की तैयारी

  1. हिल मेज पर उच्च दबाव पोत रखें।
  2. एक पानी की बोतल और एक रेत की बोतल में 4,000 छ सिलिका रेत में शुद्ध पानी की 1.5 एल डालो। सही, क्रमश: रेत और पानी की बोतलों में रेत और पानी की जनता तौलना।
  3. एक पानी की बोतल से 2110 3 सेमी की एक आंतरिक मात्रा के साथ उच्च दबाव पोत में शुद्ध पानी की 1 एल डालोजब तक पानी आधा भीतरी पोत भरता है।
  4. हिल मेज पर बारी पूरे पोत कांपना करने के लिए। कंपन की दर और 50 हर्ट्ज और 220 W क्रमश: बिजली की आपूर्ति निर्धारित करें। 1.5 कदम के पूरा होने तक कंपन को लागू करें। पोत हिल द्वारा नाली लाइन और पोत के तल पर धातुमल धातु फिल्टर में अवशिष्ट हवा निकालें।
  5. लगभग 1 ग्राम सेकंड की एक स्थिर दर -1 एक कीप पानी की सतह के पास आयोजित किया जबकि पूरे पोत वर्दी पैकिंग सुनिश्चित करने के लिए स्फूर्त है का उपयोग करने पर बर्तन में एक रेत की बोतल से 3,300 छ सिलिका रेत डालो।
  6. कंपन बंद करो जब पानी पोत के रिम तक पहुँचता है।
  7. एक अंगूठी पोत spilling से पानी को रोकने के लिए के रिम पर एक अस्थायी दीवार के रूप में रखें।
  8. 50 हर्ट्ज और 220 डब्ल्यू पर फिर से पोत कंपन
  9. रेत पोत (ऊंचाई 140 मिमी) के रिम तक पहुँच जाता है, कंपन बंद कर देते हैं।
  10. अस्थायी दीवार और अतिरिक्त ताकना पानी वीं का उपयोग कर हटायेई नाली लाइन। पानी की बोतल में अतिरिक्त ताकना पानी वापस डालो।
  11. 50 हर्ट्ज और 1 सेकंड के लिए 300 डब्ल्यू पर एक या दो बार पोत हिल द्वारा रेत पैक और यदि आवश्यक हो तो अधिक रेत जोड़ें।
  12. रेत और पानी की बोतलों में रेत और पानी की जनता वजन। रेत और पानी की बोतलों में बड़े पैमाने पर मतभेद से बर्तन में रेत और पानी जनता की गणना। इस प्रयोग में, बर्तन में रेत और पानी की जनता 3,385 जी और 823.6 जी, क्रमशः थे। बर्तन में पानी की बड़े पैमाने पर डब्ल्यू कुल के रूप में चिह्नित है।
  13. एक स्टेनलेस स्टील के ढक्कन के साथ उच्च दबाव पोत को कवर किया और इस क्रम में तिरछे विपरीत जोड़े के बोल्ट कस लें।
  14. प्रयोग के लिए इरादा मेज पर हिल मेज से उच्च दबाव पोत ले जाएँ।
  15. तापमान को नियंत्रित करने के लिए गर्मी इन्सुलेटर के साथ उच्च दबाव पोत को कवर किया।
  16. उच्च दबाव पोत के लिए उच्च दबाव पाइपलाइनों और ठंडा पानी के प्रवाह लाइनों को जोड़ने। इनपुट और आउटपुट गैस पाइपलाइनों के वाल्व खुला। मिनट -1 800 मिलीलीटर की दर वायुमंडलीय दबाव जाल में कोई अतिरिक्त पानी निर्वहन तक पर 10 एल मीथेन हवादार। रेत निर्वहन एक sintered धातु फिल्टर पोत के तल पर तय करने से रोका जाता है। अवशिष्ट पानी रेत की सतह पर रहता है क्योंकि हाइड्रोफिलिक सिलिका रेत पानी के अणुओं adsorbs।
  17. जाल में पानी की बड़े पैमाने पर तौलना, w जाल, बर्तन में गैस की मात्रा निर्धारित करने के लिए। डब्ल्यू कुल समीकरण का उपयोग अवशिष्ट जल, w रेस के लिए बड़े पैमाने पर डब्ल्यू res = पोत में, निर्धारित बनाने के लिए - डब्ल्यू जाल। इस मामले में, डब्ल्यू डब्ल्यू रेस और जाल 360.6 जी और 463.0 जी, क्रमशः था।
  18. वी रेत / वी सेल, जहां वी रेत टी की मात्रा है - सूत्र Ѱ = 1 का उपयोग नमूना porosity निर्धारित बनाने के लिएवह रेत रेत घनत्व (यानी, ρ रों 2,630 किलो मीटर -3 =), और वी सेल करने के लिए रेत द्रव्यमान का अनुपात द्वारा निर्धारित पोत के भीतरी मात्रा है। नमूना के porosity Ѱ 0.39 था।
  19. उत्पादन गैस लाइन के वाल्व को बंद करें। कमरे के तापमान (यानी, 31.6 डिग्री सेल्सियस) पर लगभग 12.1 एमपीए को बर्तन में मीथेन की ताकना दबाव बढ़ाने के लिए मीथेन इंजेक्षन।
  20. इनपुट गैस लाइन के वाल्व को बंद करें।
  21. प्रयोग डेटा लकड़हारा का उपयोग कर के दौरान दबाव और पोत में तापमान रिकॉर्डिंग शुरू करें। डेटा नमूना अंतराल 5 सेकंड है। कुल प्रयोगात्मक समय लगभग 3,000 मिनट है।

2. महाराष्ट्र संश्लेषण और शीतल नमूना 9 के थर्मल गुण 'मापन

  1. शीतलक घूम द्वारा 2.0 डिग्री सेल्सियस के लिए कमरे के तापमान से पोत ठंडा करने के लिए चिलर चालू करें। चिलर टी से शीतलक प्रसारित कर सकते हैंओ पोत के नीचे, वहाँ से पोत के ढक्कन, और अंत में वापस चिलर करने के लिए। पोत में तापमान परिवर्तन की दर लगभग 0,001 डिग्री सेल्सियस सेकंड था -1।
  2. टीपीएस विश्लेषक सॉफ्टवेयर का उपयोग कर माप मानकों सेट करें। सेंसर करने के लिए डिजाइन # 7577 सेंसर प्रकार सेट करें। बिजली उत्पादन डब्ल्यू 0 30 मेगावाट और मापने के समय सेकंड के लिए 5 सेट करें। ध्यान दें कि उपयुक्त मानकों अगर सेंसर प्रकार या नमूना शर्तों को बदलने बदला जाना चाहिए। 1.5 डिग्री सेल्सियस के लिए 1 डिग्री सेल्सियस से तापमान में वृद्धि करने के लिए पैरामीटर सेट करें।
  3. Supercooling, ΔT समर्थन, निम्नलिखित समीकरण के साथ की डिग्री की गणना:
    ΔT समर्थन = टी EQ (पी) - टी। (3)
    टी EQ (पी) के दबाव पी के एक समारोह के रूप में महाराष्ट्र के संतुलन तापमान टी EQ (पी) CSMGem सॉफ्टवेयर 1 उपयोग कर की गणना की जाती है।0; पी और टी दबाव और पोत के दबाव और तापमान गेज, क्रमशः का उपयोग करके मापा में तापमान हैं।
  4. इसके साथ ही टीपीएस विश्लेषक का उपयोग करने के बाद ΔT समर्थन अधिक से अधिक से अधिक 2 डिग्री सेल्सियस है तापीय चालकता, थर्मल diffusivity, और बड़ा विशिष्ट गर्मी मापने।
  5. प्रत्येक माप के बाद तापीय गुणों विश्लेषक से जुड़े टीपीएस जांच स्विच। प्रयोग के दौरान 9 टीपीएस जांच और विश्लेषक मैन्युअल के बीच केबल स्विच। कनेक्शन चित्र संदर्भ 9 में चित्रा S2 में दिखाया गया है। प्रत्येक संवेदक के लिए स्विचिंग अनुक्रम नहीं है। 6 → 2 → 7 → 5 → 1 9 → → 4 → 3 → 8 → 6 ...। अनुक्रम सेंसर के बीच की दूरी है, जो के रूप में दूर संभव के रूप में माप को प्रभावित करने से अवशिष्ट गर्मी को रोकने के लिए निर्धारित है पर आधारित है। डेटा लीजिए हर 3-5 मिनट।
  6. # और जब तक माप दोहराएँ916, टी समर्थन पहुंचता है 2 ° फिर सी। इस प्रयोग में, Δ टी समर्थन शुरू में समय के साथ बढ़ जाती है। ΔT समर्थन के बाद अधिकतम मूल्य तक पहुँच जाता, ΔT समर्थन धीरे-धीरे 0 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाती है क्योंकि दबाव महाराष्ट्र के गठन के साथ कम हो जाती है। यदि ΔT समर्थन अधिक से अधिक से अधिक 2 डिग्री सेल्सियस 3 समीकरण का उपयोग कर टीपीएस माप करने से पहले है की जाँच करें।
  7. सुनिश्चित करें कि तापमान प्रोफाइल महाराष्ट्र पिघलने से प्रभावित नहीं है। महाराष्ट्र के मापन के दौरान पिघला देता है, तो तापमान में वृद्धि नहीं होगी, क्योंकि महाराष्ट्र के पिघलने एक endothermic प्रतिक्रिया है। माप के दौरान तापमान प्रोफाइल की जाँच करें, और परिणाम अनुभाग में चर्चा की है।
  8. टीपीएस तकनीक का उपयोग कर सभी तापमान प्रोफ़ाइल डेटा के लिए थर्मल गुण 'विश्लेषण करते हैं।

3. नमूना 9,11 के संतृप्ति परिवर्तन की गणना

ध्यान दें:समय टी के एक समारोह के रूप में नमूने में महाराष्ट्र, पानी, के लिए संतृप्ति और गैस की डिग्री गैस के राज्य के समीकरण उपयोग कर की गणना की जाती है। गणना के विवरण और समीकरणों का इस्तेमाल किया पहले 11 में वर्णित हैं।

  1. समय टी में मीथेन गैस की मात्रा वी गैस, टी की गणना
    4 समीकरण
    जहां क्यू पोत में गैस की प्रारंभिक मात्रा है, वी, महाराष्ट्र, टी - 1 समय टी में महाराष्ट्र की मात्रा है - 1, और आर Vhw पानी और महाराष्ट्र की मात्रा के अनुपात है।
    5 समीकरण
    5 समीकरण, एन में महाराष्ट्र के हाइड्रेशन संख्या (~ 6), ρ महाराष्ट्र और ρ पानी महाराष्ट्र और पानी, क्रमशः के घनत्व के अनुरूप है, और डब्ल्यू डब्ल्यू महाराष्ट्र और पानी महाराष्ट्र और पानी, आर के आणविक जन निरूपितespectively।
  2. टी करने के लिए 1 - राशि ΔM टी (मोल) महाराष्ट्र के टी से गठित की गणना
    समीकरण 6
    जहां आर गैस स्थिर है, पी मीथेन गैस का दबाव है, और जेड टी (टी गैस, टी, पी गैस, टी) समय टी में मीथेन के संपीड़न गुणांक है। के रूप में जेड टी 12, 13 की गणना के लिए, ली और Kesler द्वारा संशोधित हम 9 और यू एट अल। 11 बेनेडिक्ट-वेब-रुबिन (BWR) समीकरण का इस्तेमाल किया है। इस गणना के लिए, सूत्र (3-7.1) - 7 संदर्भ 13 के - BWR समीकरण 13 और ली-Kesler स्थिरांक की (3-7.4) टेबल्स 3 में उपयोग किया जाता है।
  3. मात्रा परिवर्तन Δ वी महाराष्ट्र की गणना, टी करने के लिए 1 - b> टी से महाराष्ट्र के टी
    समीकरण 7
    जहां पी एस 101325 पा के संदर्भ दबाव है, टी एस 273.15 कश्मीर के संदर्भ तापमान है, जेड एस पी एस संपीड़न गुणांक है और टी एस (जेड एस ~ 1), और वी CH4 में मीथेन गैस की मात्रा का अनुपात है महाराष्ट्र की इकाई मात्रा [एनएम 3 एम -3]। 165.99 के एक वी CH4 मूल्य [एनएम 3 एम -3] का प्रयोग करें।
  4. समय टी में मात्रा वी महाराष्ट्र की गणना, महाराष्ट्र के टी
    समीकरण 8
  5. समय टी पर दबाव पोत में पानी वी पानी की मात्रा, टी की गणना
    समीकरण 9 जहां वी पानी, 1 पानी की प्रारंभिक मात्रा है।
  6. समीकरण का उपयोग कर गणना दोहराएँ। समय टी में 4-9 = 2, 3, ... पानी, मीथेन, और महाराष्ट्र में 11 संतृप्ति में परिवर्तन का निर्धारण। प्रारंभिक हालत टी = 1, यानी, वी गैस, 1 = क्यू है। पी और टी समय टी में डेटा लॉग 9 से ले रहे हैं। गणना के परिणाम निम्न अनुभाग में दिखाए जाते हैं।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चित्रा 2A तापमान प्रोफाइल है कि थर्मल स्थिरांक 'माप की वजह से है द्वारा महाराष्ट्र पिघलने। ΔT प्रभावित नहीं है तापमान परिवर्तन को दर्शाता है। चित्रा 2B तापमान प्रोफ़ाइल है कि महाराष्ट्र के पिघलने से प्रभावित होता है पता चलता है। समीकरण 1 और 2 के माध्यम से चित्रा 2 बी में प्रोफ़ाइल विश्लेषण नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इन समीकरणों स्थिर नमूना की स्थिति संभालने के द्वारा निकाली गई है।

चित्रा 3 ए दबाव, तापमान, और supercooling के समय के एक समारोह के रूप में बर्तन में डिग्री पता चलता है। प्रणाली के बाद महाराष्ट्र nucleates दबाव और तापमान संतुलन पर पहुँच गया है। महाराष्ट्र के गठन के समय टी = 170 मिनट में एक कठोर दबाव परिवर्तन के द्वारा चिह्नित है। दो सिरों वाले तीर चलता है कि supercooling की डिग्री से अधिक 2 डिग्री सेल्सियस है। थर्मल स्थिरांक इस सीमा के भीतर मापा गया। टी समय के एक समारोह के रूप में महाराष्ट्र, पानी, और मीथेन गैस के साथ तलछट की संतृप्ति पता चलता है। समय टी में - (वी वी रेत सेल) है, जहां मैं महाराष्ट्र, पानी अर्थ है, और मीथेन गैस घटकों संतृप्ति की गणना धारा 3 संतृप्ति एस मैं के रूप में परिभाषित किया गया है में वर्णन किया गया है, टी वी मैं, टी / =। टी = 170 मिनट में, महाराष्ट्र फार्म शुरू किया और एस महाराष्ट्र में काफी वृद्धि हुई है। 170 और 2,500 मिनट के बीच, एस महाराष्ट्र 0.32 से 0 से वृद्धि हुई है, पानी और गैस 0.18 और 0.56 के लिए 0.50 क्रमश: 0.43 से घटकर जबकि। 2,500 मिनट के बाद, महाराष्ट्र, पानी, गैस और संतृप्ति लगभग स्थिर थे।

चित्रा 4 थर्मल स्थिरांक 'माप का एक उदाहरण दिखाता है। प्रयोगात्मक शर्तों थे टी = 825 मिनट, पी= 7.1 एमपीए, टी = 2.4 डिग्री सेल्सियस, एस एच = 0.16, एस जी = 0.53, और एस डब्ल्यू = 0.31। चित्रा -4 ए तापमान प्रोफाइल से पता चलता है। टीपीएस विश्लेषण सॉफ्टवेयर समान रूप से एक पूर्वनिर्धारित समय अंतराल से अधिक समय में स्थान दिया गया है 200 डेटा बिंदुओं रिकॉर्ड; इस प्रकार, डेटा 200 डेटा बिंदुओं से विश्लेषण के लिए चुने गए हैं। दो सिरों वाले तीर विश्लेषण में इस्तेमाल डेटा श्रेणी निरूपित। समय विश्लेषण 1 की सीमाओं और 2 0-5 सेकंड और 0.65-4.88 सेकंड, क्रमशः रहे हैं। विश्लेषण 1 और 2 अनुचित और उचित पर्वतमाला के उदाहरण हैं, क्रमशः रहे हैं। आंकड़े 4 बी और 4C विश्लेषण प्रत्येक रेंज में टीपीएस तकनीक का उपयोग कर प्राप्त किया गया। 4B चित्रा तापमान परिवर्तन ΔT एवेन्यू (τ) और डी (τ) ΔT एवेन्यू के साथ दिखाता है ) = ΔT सी (टी)। ΔT एवेन्यू के बीच संबंध (&# 964;।) और डी (τ) विश्लेषण पर निर्भर करता है रेंज चित्रा 4C तापमान टी डी बनाम समय टी का वर्गमूल से पता चलता है। रेखीय फिट टीपीएस उलटा विश्लेषण द्वारा प्राप्त से तापमान डेटा का विचलन टी डी है। माप की शुरुआत में विश्लेषण 1 का विचलन नहीं बल्कि बड़ी के रूप में चित्रा 4C, जो पता चलता है कि टीपीएस सेंसर जांच की इन्सुलेट परत को प्रभावित करता है माप में दिखाया गया है।

उपरोक्त के रूप में 1 टेबल प्रत्येक विश्लेषण रेंज में थर्मल स्थिरांक सूचीबद्ध करता है। लक्षण समय के अनुपात में कुल कुल विश्लेषण समय से परिभाषित किया गया है विशेषता समय τ से विभाजित (टी = 2-4 सेकंड के लिए कुल समय 4 सेकंड है)। ध्यान दें कि विशेषता समय के अनुपात में कुल 1 की तुलना में कम है, जब टीपीएस तकनीक का उपयोग किया जाना चाहिए। इस संदर्भ में वर्णन किया गया है टी डी का मतलब विचलन है।

माप को प्रभावित करने सेंसर जांच से बचने के लिए, प्रत्येक माप के शुरू में डेटा का उपयोग किया जा करने के लिए नहीं कर रहे हैं। टी डी के विचलन को कम से कम है, के रूप में चित्रा 4C में दिखाया गया है, विश्लेषण समय सीमा समायोजित करके। लक्षण समय के अनुपात में कुल विश्लेषण समय सीमा समायोजित करके एकता के लिए निकाला जाता है। इसलिए, हम विश्लेषण 2 न 1 से थर्मल स्थिरांक मूल्यों को अपनाया।

थर्मल चालकता, विशिष्ट गर्मी, और थर्मल diffusivity आंकड़े 5 ए, बी, और सी में क्रमश: समय के एक समारोह के रूप में दिखाया जाता है। अंत में, हम टी के लिए परिणाम संक्षेप मेंhermal गुण और हाइड्रेट संतृप्ति। परिणामों के बारे में विवरण धारा में दिए गए हैं। संदर्भ 9 में से 4।

चित्र 2
चित्रा 2:। समय (क), महाराष्ट्र (supercooling शर्तों) के पिघलने और (ख) महाराष्ट्र पिघलने से प्रभावित से प्रभावित नहीं के एक समारोह के रूप में तापमान प्रोफाइल यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

ध्यान दें कि दोनों तापमान प्रोफाइल प्रारंभिक प्रयोगों से हैं। माप समय प्रयोग में है कि अधिक से अब आदेश पिघलने की गर्मी के प्रभाव को स्पष्ट करने में है। प्रारंभिक प्रयोगों में, माप समय टी 40 सेकंड और बिजली उत्पादन डब्ल्यू 0 गया था 20 मेगावाट (क) और 50 मेगावाट (ख)।

<पी वर्ग = "jove_content" fo: रख-together.within-पेज = "1"> चित्र तीन
चित्रा 3: (क) दबाव, तापमान, और supercooling के समय के एक समारोह के रूप में बर्तन में डिग्री। दो सिरों वाले तीर चलता है कि सुपर ठंडा करने की डिग्री से अधिक 2 डिग्री सेल्सियस है। थर्मल स्थिरांक इस सीमा के भीतर मापा गया। (ख) नमूने के महाराष्ट्र, पानी, और मीथेन गैस संतृप्ति समय (संदर्भ 9 से reprinted) के एक समारोह के रूप में दिखाया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4: थर्मल स्थिरांक 'के मापन का विश्लेषण उदाहरण (क) तापमान का उपयोग प्रोफ़ाइल।टीपीएस माप पद्धति। समय विश्लेषण 1 की सीमाओं और 2 0-5 सेकंड और 0.65-4.88 सेकंड, क्रमशः रहे हैं। (ख) ΔT एवेन्यू (τ) के साथ तापमान परिवर्तन ΔT एवेन्यू (τ) और डी (τ) के बीच संबंध = ΔT सी (टी)। (ग) तापमान टी डी बनाम वर्गमूल समय टी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5: समय के एक समारोह के रूप में (एक) थर्मल चालकता λ, (ख) समय के एक समारोह है, और समय के एक समारोह के रूप में (ग) थर्मल diffusivity α के रूप में विशिष्ट गर्मी ρC पी।परिणाम महाराष्ट्र संतृप्ति के एक समारोह के रूप में तापीय गुणों को परिवर्तित किया गया। परिवर्तित परिणाम और प्रासंगिक चर्चा रेफरी में रिपोर्ट कर रहे हैं। 9. डेटा श्रेणी टी = 210-980 मिनट के भीतर एक ओवरलैप दिखा। स्पष्टता के लिए, साजिश रची डेटा इस सीमा के भीतर एक ही संवेदक से तीन माप की औसत प्रतिनिधित्व करते हैं। ये आंकड़े संदर्भ 9 से संशोधित किया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

विश्लेषण रेंज, एस λ, डब्ल्यू एम - 1 कश्मीर - 1 ρC पी, एम जे एम - 3 कश्मीर - 1 α, मिमी 2 सेकंड - 1 चौधरी को कुलए आर। पहर देव मतलब है।, डिग्री सेल्सियस
विश्लेषण 1 0.00 - 5.00 2.12 0.938 2.26 2.11 0.01018
विश्लेषण 2 0.65 - 4.88 2.31 2.11 1.10 1.00 0.00061

तालिका 1:। प्रत्येक विश्लेषण श्रृंखला के लिए थर्मल स्थिरांक विश्लेषण 1 और 2 अनुचित और उचित पर्वतमाला के उदाहरण हैं, क्रमशः रहे हैं।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

माप पर महाराष्ट्र के गठन गर्मी का असर अनुमान लगाया गया था। महाराष्ट्र के गठन गर्मी एस घंटा की दर परिवर्तन के उत्पादों से अनुमान लगाया गया था के रूप में चित्रा 3 बी और गठन एच = 52.9 जूल मोल -1 एमएच 14 के लिए की तापीय धारिता में दिखाया गया है। नतीजतन, अधिकतम तापमान परिवर्तन .00081 सेकंड डिग्री सेल्सियस था -1। यह 5 सेकंड का समय अंतराल के दौरान 1 डिग्री सेल्सियस और 1.5 डिग्री सेल्सियस के बीच टी पी एस सेंसर के तापमान में वृद्धि ΔT सी की तुलना में काफी कम थी। विस्तृत आकलन और चर्चा धारा में वर्णित हैं। संदर्भ 9 में से 4।

निम्नलिखित महत्वपूर्ण प्रोटोकॉल कदम उठाए हैं। पहला कदम नमूना supercooling की स्थिति बनाए रखने की है। दूसरा कदम supercooling ΔT समर्थन की डिग्री नीचे टीपीएस सेंसर के तापमान में वृद्धि ΔT रखकर थर्मल स्थिरांक 'माप प्रदर्शन कर रहा है।

यह सुनिश्चित करें कि माप तापमान बहाव से प्रभावित नहीं है, निम्नलिखित पुष्टि की जानी चाहिए। सबसे पहले, यह सुनिश्चित करें कि थोक तापमान परिवर्तन टीपीएस सेंसर के तापमान में वृद्धि ΔT सी की तुलना में काफी कम है। दूसरा, यह सुनिश्चित करें कि महाराष्ट्र के गठन गर्मी के कारण तापमान परिवर्तन टीपीएस सेंसर के तापमान में वृद्धि ΔT सी की तुलना में काफी कम है।

एक नमूना पिघला देता है, तो थर्मल चालकता और विशिष्ट गर्मी टीपीएस तकनीक से अनंत को हट जाना होगा। ऐसे मामलों में, सेंसर से बिजली उत्पादन बदलने के लिए या माप समय में कमी।

इस माप पद्धति, गैस हाइड्रेट-पानी-अतिथि गैस प्रणाली है, जो हाइड्रोजन, सीओ 2, और ओजोन हाइड्रेट्स होता है की तापीय गुणों के लिए लागू किया जा सकता है क्योंकि गैस हाइड्रेट के लक्षण कम गठन दर महाराष्ट्र के लिए अद्वितीय नहीं है। इस विधि में महत्वपूर्ण बिंदु कम चूहा हैलक्ष्य सामग्री के चरण संक्रमण के ई। इसलिए, इस विधि से एक कम चरण-संक्रमण की दर के साथ अन्य सामग्री के लिए लागू किया जा सकता है। यह माप पद्धति का भी tetrahydrofuran (THF) हाइड्रेट कम एकाग्रता THF समाधान और टेट्रा ब्यूटाइल अमोनियम ब्रोमाइड (TBAB) हाइड्रेट से गठित करने के लिए लागू किया जा सकता है, तो इन हाइड्रेट्स के गठन दर पर्याप्त सुपर ठंडा करने की शर्तों के तहत धीमी है। यहां केवल आवश्यकता सुनिश्चित करने के लिए है कि तापमान परिवर्तन हाइड्रेट के गठन की गर्मी के कारण सेंसर में तापमान में वृद्धि की तुलना में काफी कम है, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया है, है। दूसरी ओर, इस तकनीक का पानी बर्फ और stoichiometric THF समाधान हाइड्रेट चरण संक्रमण के लिए लागू नहीं किया जा सकता है क्योंकि इन प्रणालियों में संक्रमण की दर बहुत तेज है और गठन गर्मी काफी माप को प्रभावित करता है।

वैट एट अल। 15 रेत, मीथेन गैस, और महाराष्ट्र शामिल नमूनों की तापीय चालकता मापा। कुमार एट अल।16 थर्मल diffusivity ही घटकों के साथ नमूने का उपयोग मापा जाता है। वे एक दबाव मीथेन गैस वातावरण में पानी बर्फ का उपयोग करके रेत pores में सीधे महाराष्ट्र का गठन किया। पानी बर्फ के सभी महाराष्ट्र के लिए परिवर्तित कर दिया गया। इस प्रकार, वे नमूना की तापीय चालकता मापा जाता है जब तक महाराष्ट्र गठन पूरी तरह से बंद कर दिया। इस विधि के लाभ यह है कि थर्मल संपत्तियों की माप महाराष्ट्र के गठन या हदबंदी गर्मी से और उस नमूना संरचना स्थिर है प्रभावित नहीं कर रहे हैं। हालांकि, इस विधि रेत, पानी, मीथेन, और महाराष्ट्र शामिल नमूने के थर्मल गुण नहीं दे सकते हैं। हुआंग और फैन एक हाइड्रेट असर रेत नमूना 17 की तापीय चालकता मापा। वे सोडियम dodecyl सल्फेट (एसडीएस) समाधान है, जो महाराष्ट्र के गठन में मदद की रेत का उपयोग करते हुए pores में महाराष्ट्र का गठन किया। उन्होंने कहा कि गैस और पानी शायद रेत pores में बने रहे और गैस काफी माप को प्रभावित किया। हालांकि, वे वाट की रचना की रिपोर्ट नहीं थाएर और गैस। हमारे मापन प्रोटोकॉल थर्मल गुण (थर्मल चालकता, थर्मल diffusivity, और बड़ा विशिष्ट गर्मी) और रचना MH-असर तलछट की रेत, पानी, मीथेन, और महाराष्ट्र शामिल हैं के बीच संबंध देने का फायदा है।

गैस हाइड्रेट के बड़े पैमाने पर उत्पादन तकनीकों का विकास करने के लिए, हाइड्रेट के गठन के थर्मल स्थिरांक की जरूरत है, और प्रस्तावित माप पद्धति ठीक है कि नहीं करता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

इस अध्ययन में आर्थिक रूप से जापान में मीथेन हाइड्रेट संसाधन के लिए MH21 रिसर्च कंसोर्टियम और अर्थव्यवस्था, व्यापार, और उद्योग मंत्रालय द्वारा राष्ट्रीय मीथेन हाइड्रेट शोषण कार्यक्रम के द्वारा समर्थित किया गया। लेखकों प्रयोगों के साथ उनकी सहायता के लिए टी Maekawa और एस गोटो को धन्यवाद देना चाहूंगा।

। (Muraoka, एम, Susuki, एन, यामागुची, एच, Tsuji, टी, यामामोटो, वाई, ऊर्जा ईंधन, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित आंकड़े: 10.1021 / ef502350n)। कॉपीराइट (2015) अमेरिकन केमिकल सोसायटी।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
TPS thermal probe, Hot disk sensor Hot Disk AB Co., Sweden #7577 Kapton sensor type, sensor radius 2.001 mm
Hot disk thermal properties analyzer Hot Disk AB Co., Sweden TPS 2500 
Toyoura standard silica sand Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan N/A
Methane gas, 99.9999% Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan N/A Grade 6 N, Volume 47 L, Charging pressure 14.7 MPa
Water Purification System, Elix Advantage 3 Merck Millipore., U.S. N/A 5 MΩ cm (at 25 °C) resistivity
Vibrating table, Vivratory packer Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan VGP-60
Chiller, Thermostatic Bath Circulator  THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan TRL-40SP
Coorant, Aurora brine Tokyo Fine Chemical Co.,Ltd., Japan N/A ethylene glycol 71 wt%
Temparature gage Nitto Kouatsu., Japan N/A Pt 100, sheath-type platinum resistance temperature detector
Pressure gage Kyowa Electronic Instruments., Japan PG-200 KU
Data logger KEYENCE., Japan NR-500
Mass flow controller OVAL Co., Japan F-221S-A-11-11A Maximum flow 2,000 N ml⁠/⁠M, maximum design pressure 19.6 MPa

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sloan, E. D., Koh, C. A. Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd ed. 3rd ed, CRC Press. Boca Raton, FL. (2007).
  2. Hatzikiriakos, S. G., Englezos, P. The relationship between global warming and methane gas hydrates in the earth. Chem. Eng. Sci. 48, (23), 3963-3969 (1993).
  3. Yamamoto, K. Overview and introduction: pressure core-sampling and analyses in the 2012-2013 MH21 offshore test of gas production from methane hydrates in the eastern Nankai Trough. Mar. Petrol. Geol. 66, (Pt 2), 296 (2015).
  4. Fujii, T., et al. Geological setting and characterization of a methane hydrate reservoir distributed at the first offshore production test site on the Daini-Atsumi Knoll in the eastern Nankai Trough, Japan. Mar. Petrol. Geol. 66, (Pt 2), 310 (2015).
  5. Mao, W. L., et al. Hydrogen clusters in clathrate hydrate. Science. 297, (5590), 2247-2249 (2002).
  6. Lee, S., Liang, L., Riestenberg, D., West, O. R., Tsouris, C., Adams, E. CO2 hydrate composite for ocean carbon sequestration. Environ. Sci. Technol. 37, (16), 3701-3708 (2003).
  7. Muromachi, S., Ohmura, R., Takeya, S., Mori, H. Y. Clathrate Hydrates for Ozone Preservation. J. Phys. Chem. B. 114, 11430-11435 (2010).
  8. Waite, W. F., et al. Physical properties of hydrate-bearing sediments. Rev. Geophys. 47, (4), (2009).
  9. Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y. Thermal properties of a supercooled synthetic sand-water-gas-methane hydrate sample. Energy Fuels. 29, (3), 1345-1351 (2015).
  10. Gustafsson, S. E. Transient plane source techniques for thermal conductivity and thermal diffusivity measurements of solid materials. Rev. Sci. Instrum. 62, (3), 797-804 (1991).
  11. Sakamoto, Y., Haneda, H., Kawamura, T., Aoki, K., Komai, T., Yamaguchi, T. Experimental Study on a New Enhanced Gas Recovery Method by Nitrogen Injection from a Methane Hydrate Reservoir. J. MMIJ. 123, (8), 386-393 (2007).
  12. Lee, B. I., Kesler, M. G. A generalized thermodynamic correlation based on three-parameter corresponding states. AIChE J. 21, (3), 510-527 (1975).
  13. Reid, R. C., Prausnitz, J. M., Poling, B. E. Chapter 3, Unit 3, 7. The properties of gases and liquids. 4th ed, 47-49 (1987).
  14. Anderson, G. K. Enthalpy of dissociation and hydration number of methane hydrate from the Clapeyron equation. J. Chem. Thermodyn. 36, (12), 1119-1127 (2004).
  15. Waite, W. F., deMartin, B. J., Kirby, S. H., Pinkston, J., Ruppel, C. D. Thermal conductivity measurements in porous mixtures of methane hydrate and quartz sand. Geophys. Res. Lett. 29, (24), 82-1-82-4 (2002).
  16. Kumar, P., Turner, D., Sloan, E. D. Thermal diffusivity measurements of porous methane hydrate and hydrate-sediment mixtures. J. Geophys. Res. 109, (B1), (2004).
  17. Huang, D., Fan, S. Measuring and modeling thermal conductivity of gas hydrate-bearing sand. J. Geophys. Res. 110, (B1), (2005).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics