과냉각 합성 모래 - 물 - 가스 메탄 하이드레이트 샘플의 열적 특성을 측정하기위한 프로토콜

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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).

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Abstract

Introduction

가스 수화물은 케이스 1에서 게스트 분자를 함유하는 수소 결합 물 분자의 케이지 구조를 포함하는 결정 성 화합물이다. 바다의 바닥과 영구 동토 지역에서 메탄 하이드레이트 MHS () 많은 양의 흥미로운 미래 에너지 자원이지만 세계 기후 조건이 영향을 미칠 수 있습니다.

2013 년 3 월, 일본 석유, 가스 및 금속 국립 공사는 "감압 방법"3,4를 사용하여 동부 난카이 트로프 자연 MH-베어링 퇴적물에서 가스를 추출 할 수있는 세계 최초의 해외 생산 테스트를 실시했다.

가스 하이드레이트는 메탄 (1), 수소 (5), CO 2 1,6, 오존 (7) 등의 가스를 저장할 수 있습니다. 따라서, 메탄 및 수소 하이드레이트는 에너지 저장 및 운송 매체로 공부하고 있습니다. 이산화탄소를, CO 2 seques 대기로 방출 배출을 줄이기 위해CO에게 깊은 바다 퇴적물에서 2 수화물을 사용 tration 6을 공부하고있다. 오존은 현재 정수 식품 멸균에서 사용된다. 화학적으로 불안정하기 때문에 7 오존 보존 기술의 연구가 진행되고있다. 수화물의 오존 농도는 오존의 물 또는 얼음 (7)보다 훨씬 더 높다.

천연 MH 담 퇴적물 수화물 기반 기술에서 가스 생산을 개발하기 위해서는 가스 수화물의 열 특성을 이해하는 것이 필수적이다. 그러나 가스 하이드레이트 함유 퇴적물의 열적 특성 데이터와 모델 연구 (8)는 부족하다.

은 "감압 방법"수화물 안정성 아래 공극의 압력을 감소시킴으로써 침전물 공극 공간에서 MH를 해리 할 수​​있다. 이 과정에서 침전물의 기공 공간 성분은 물과 MH 워터, MH, 및 가스로 변경. 열 특성 '측정MH의 용융 열이 측정에 영향을 줄 수 있기 때문에, 후자 조건 어렵다. 이 문제를 해결하기 무라오카 등 알. MH 형성 9시 과냉각 상태의 열적 특성 '측정을 수행 하였다.

이 비디오 프로토콜, 우리는 과냉각 합성 모래 물 가스-MH 샘플의 측정 방법을 설명합니다.

도 1은 인공 메탄 하이드레이트 함유 침전물의 열 특성을 측정하기위한 실험 구성도이다. 참조 9와 같이 설정은 동일합니다. 이 시스템은 주로 고압 용기, 압력​​ 및 온도 제어 및 측정 시스템의 열 특성을 포함한다. 고압 용기는 140mm의 내경과 140mm의 높이 원통형 스테인레스 강으로 구성되고; 삭제 데드 볼륨의 내부 체적은 2,110cm 3이고, 그 압력 한계가 15 MPa로한다. transie NT 평면 소스 (TPS) 기술은 열적 특성 (10)을 측정하는 데 사용된다. 2.001 mm의 개별 반경 나인 TPS 프로브는 용기 내부에 배치됩니다. 아홉 프로브 (9)의 배치는 참조 9도 2에 도시되어있다. 역방향 채널 프로브 케이블로 열 특성 '분석기에 연결되고 실험 중에 수동으로 전환된다. 용기 내의 TPS 센서 결선도 및 설치의 세부 사항은 참조 9도 S1, 2, 지원 정보 (3)에 나타낸다.

그림 1
그림 1. 인공 메탄 하이드레이트 함유 침전물의 열 특성을 측정하기위한 실험 장치의 그림을 참조하여도 9에서 수정된다.3956fig1large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

역방향 채널의 방법은 각각의 샘플의 열 특성을 측정하기 위해 사용되었다. 방법의 원리는 기준 (10)에 기재되어있다. 이 방법에서, 시간에 따른 온도 증가, ΔT 아베이고,

식 (1)

어디에

식 (2)

0은 센서로부터의 출력 w는 수학 식 1에서, R은 상기 센서 프로브의 반경, λ는 샘플의 열전도율은, α가 열확산이다이고, t는 전원 공급의 개시로부터 시간 센서 프로브. D (τ) 무 차원 시간 의존 함수. τ이다 (αT / R) 1/2로 주어진다. 수학 식 2에서, m은 TPS 프로브의 동심원의 개수이고, I는 0 변형 베셀 함수이다. 샘플의 열전도율, 열 확산율 및 비열 동시에 전력이 센서 프로브에 공급되는 온도 상승에인가 역전 분석에 의해 결정된다.

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Protocol

참고 :이 연구는 고압의 가연성 메탄 가스와 대형 고압 용기를 사용하는 모든 관련 물질 안전 보건 자료를 참조하십시오. 헬멧, 보호 안경, 안전 장화를 착용 할 것. 온도 제어 시스템이 정지하는 경우, 용기 내의 압력 MH 해리 증가한다. 사고를 방지하기 위해, 안전 밸브 시스템의 사용을 강력하게 자동으로 대기로 메탄 가스를 방출 할 것을 권장한다. 안전 밸브 시스템은 전력 공급없이 작동 할 수있다.

모래 물 메탄 가스 샘플 9 1. 준비

  1. 진동 테이블에 고압 용기를 배치했다.
  2. 모래 병에 물 병 4,000g 실리카 모래에 순수한 물 1.5 L를 따르십시오. 정확하게 각각 모래와 물 병에 모래와 물의 질량을 단다.
  3. 물병에서 2,110cm (3)의 내부 체적과 고압 용기에 순수한 물 1 L을 붓고물은 반 내부 용기를 채울 때까지.
  4. 전체 선박 진동 진동 테이블 켭니다. 진동 속도를 각각 50 Hz에서 220 W, 전원 공급 장치를 설정한다. 단계 150의 완료까지 진동을 적용한다. 용기를 진동에 의해 용기의 바닥에 드레인 라인 소결 금속 필터의 잔여 공기를 제거한다.
  5. 약 1g 초의 일정한 속도 -1 용기 전체가 균일 한 포장을 위해 진동하면서 수면 근처에 유지 된 깔때기를 사용시 상기 용기에 모래 병 3,300g 규사를 붓는다.
  6. 물이 용기의 가장자리에 도달 할 때 진동을 멈춘다.
  7. 유출 물을 방지하기 위해 용기의 가장자리에 임시 벽으로 반지를 놓습니다.
  8. 50 Hz에서 220 W. 다시 용기를 진동
  9. 모래가 용기 (높이 140mm)의 가장자리에 도달하면 진동을 끄십시오.
  10. 제를 사용하여 임시 벽 과잉 공극 물을 제거전자 배수관. 물 병에 초과 기공 물 등을 붓고.
  11. 50 Hz에서 1 초 동안 300 W에 한 번 또는 두 번 용기를 진동에 의해 모래를 포장하고 필요한 경우 더 많은 모래를 추가합니다.
  12. 모래와 물 병에 모래와 물의 질량을 단다. 모래와 물 병의 질량 차이의 용기에 모래와 물 질량을 계산합니다. 이 실험에서는, 용기 내의 모래와 물의 질량은 각각 3,385g 및 823.6 g이었다. 용기 내의 물의 질량을 w로 표시된다.
  13. 스테인리스 뚜껑 고압 용기를 덮고 시퀀스 대각선 대향 쌍 볼트를 조인다.
  14. 실험을위한 테이블에 진동 테이블로부터 고압 용기를 이동.
  15. 온도를 제어하기위한 단열재로 고압 용기 커버.
  16. 고압 용기에 고압 배관과 냉각수 흐름 선을 연결한다. 입력 및 출력 가스 파이프 라인의 밸브를 엽니 다. 대기압 하에서 함정에 어떤 여분의 물 방전 될 때까지 분 -1 800 ML의 속도로 10 L 메탄을 환기. 모래 방전 용기의 바닥에 고정 된 소결 금속 필터에 의해 방지된다. 친수성 실리카 모래, 물 분자를 흡수하기 때문에, 잔류 물을 모래 표면에 남아있다.
  17. 용기 내의 가스 부피를 결정하는 트랩 트랩 물의 질량을 단다. 입술 = w 수학 식을 이용하여 용기 내의 잔류 물 w 입술의 질량을 결정 - 트랩 승. 이 경우, w 입술과 w 트랩은 각각 360.6 g 및 463.0 g이었다.
  18. V 모래가 t의 볼륨 모래 V / V - 화학식 Ѱ = 1을 사용하여 샘플의 다공성을 결정모래 밀도 (즉, ρ들 2,630kg의 분 -3 =) 및 V 모래 질량의 비에 의해 결정된 그 모래 용기의 내부 체적이다. 샘플의 다공성 Ѱ는 0.39이었다.
  19. 출력 가스 라인의 밸브를 닫는다. 실온 (즉, 31.6 ° C)에서 약 12.1 MPa의 용기로 메탄의 공극의 압력을 높이기 위해 메탄을 주입한다.
  20. 입력 가스 라인의 밸브를 닫는다.
  21. 데이터 로거를 사용하여 실험 기간 동안 용기 내의 압력 및 온도를 기록하기 시작한다. 데이터 샘플링 간격은 5 초이다. 전체 실험 시간은 약 3000 분이다.

2. MH 합성 및 과냉각 샘플 (9)의 열적 특성 '측정

  1. 냉각수를 순환시켜 2.0 ° C 실온에서 용기를 냉각하기위한 냉각 장치의 전원을 켭니다. 냉각기의 t에서 냉각수 순환하자거기에서 최종적으로 다시 냉각로 용기의 뚜껑과 용기의 하단 오. 용기 내의 온도 변화율은 약 0.001 ° C 초 -1였다.
  2. 역방향 채널 분석 소프트웨어를 사용하여 측정 된 파라미터를 설정한다. 디자인 # 7577을 센서로 센서 유형을 설정합니다. 출력 전력 (W) 0 초 내지 5 mW의 상기 측정 시간 30을 설정한다. 센서 유형 또는 샘플 조건이 변경 될 경우 해당 매개 변수를 변경해야합니다. 1.5 ° C에 1 ° C에서 온도를 높이기 위해 매개 변수를 설정합니다.
  3. 다음 식에 과냉각, ΔT 한모금의 정도를 계산한다 :
    ΔT 한모금 = T 이퀄라이저 (P) - T. (삼)
    T의 당량 (P)은 압력 (P)의 함수로서 MH의 평형 온도이고 T의 당량 (P)를 CSMGem 소프트웨어 (1)을 사용하여 계산됩니다.0, PT는 각각 압력 및 온도 게이지를 사용하여 측정 용기 내의 압력 및 온도이다.
  4. 동시에 ΔT의 SUP 초과 35 ° C의 후에 TPS 분석기를 사용하여 열전도율, 열 확산율 및 비열 체적을 측정한다.
  5. 각 측정 후의 열 특성 분석 장치에 접속 된 TPS 프로브 스위치. 실험 9시 TPS 프로브 및 수동 분석기 사이의 케이블을 전환합니다. 결선도는도 9를 참조 S2에 나타낸다. 각 센서의 스위칭 시퀀스는 아니된다. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... 시퀀스는 측정에 영향을 미치는 잔열을 방지하기 위해 가능한 한 설정 센서 사이의 거리에 기초한다. 데이터마다 3-5 분을 수집합니다.
  6. # &까지 측정을 반복(916), T 한모금 2 ° 다시 (C)에 도달한다. 이 실험에서, Δ T의 SUP는 초기 시간에 따라 증가한다. ΔT의 SUP가 최대 값에 도달 한 후, 압력 MH의 형성과 함께 감소하기 때문에, ΔT의 SUP 서서히 0 ℃로 감소한다. ΔT 한모금은 식 (3)을 사용하여 TPS 측정 이전보다 2 ° C인지 확인합니다.
  7. 온도 프로파일은 MH 용해에 의해 영향을받지되어 있는지 확인합니다. MH가 측정 중에 녹아 경우 MH의 용융 흡열 반응이기 때문에, 온도가 증가하지 않습니다. 측정시 온도 프로파일을 확인하고 결과 섹션에 설명되어 있습니다.
  8. 역방향 채널 기술을 사용하여 모든 온도 프로파일 데이터에 대해 열 특성 '분석을 수행한다.

샘플 9,11의 채도 변경 3. 계산

노트 :시간 t의 함수로서 샘플 MH, 물에 대한 포화 가스의 정도는 가스의 상태 방정식을 이용하여 계산된다. 사용되는 계산 내용 및 방정식 이전 11 설명되어 있습니다.

  1. 시간 t에서의 메탄 가스 체적 V 가스, t를 계산
    식 (4)
    Q는 용기 내의 가스의 초기 부피이고, V MH, t - 1 시간 t에 MH의 체적은 - 1 및 R Vhw 물과 수소의 부피비이다.
    식 (5)
    식 (5), n은 MH의 수화 번호 (~ 6), ρ MH이며, ρ 각각 MH와 물,의 밀도에 대응하고, w MHw ​​물은 수소와 물, R의 분자량을 나타낸다espectively.
  2. t에서 형성되는 금액 ΔM의 t을 (몰) MH의 계산 1 - t에
    식 (6)
    R은 기체 상수이고, P는 메탄 가스의 압력이고, Z의 t는 (T 가스, t는 P 가스, t)는 시간 t에서의 메탄의 압축 계수이다. Z의 t (12, 13)을 계산하기 위해, 리와 케슬러에 의해 수정 된 우리 (9)와 사카모토 등. (11)는 베네딕토 - 웹의-루빈 (BWR) 식을 사용하고 있습니다. 이 계산을 위해, 식 (3-7.1) - 참조 13 7 - (3-7.4)에 BWR 식 (13)와 리 - 케슬러 상수를 표 3에 사용된다.
  3. 볼륨 변화 Δ V MH를 계산 t에서 MH의 B> t 1 - t에
    식 (7)
    위치는 P의 101325 파의 기준 압력이며, T s는 273.15 K의 기준 온도이고, Z (S)은 P (S)에서 압축 계수이고, T S (Z S ~ 1) V CH4는에서 메탄 가스 볼륨의 비율 MH의 단위 체적 [Nm의 3m -3]. 165.99의 V CH4 값 [Nm의 3m를 -3]를 사용하세요.
  4. 시간 t에서의 MH T, 체적 V를 계산 MH
    식 (8)
  5. 시간 t에서의 압력 용기 내의 물 V 물의 양, t를 계산
    식 (9) 여기서 V 1 물의 초기 볼륨이다.
  6. 식을 사용하여 계산을 반복합니다. 시간 t에서 4-9 = 2, 3, ..., 물, 메탄, 및 MH (11)의 채도 변화를 결정한다. 초기 조건은 t = 1, V 가스, Q = 1이다. 시간 t에서 P와 T는 데이터 로그 (9)에서 가져옵니다. 계산 결과는 다음 절에 나와 있습니다.

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Representative Results

도 2a 의한 열 상수 '측정 MH 용융. ΔT C로 온도 변화 인 영향을받지 않는 온도 프로파일을 도시한다.도 2b는 MH 융해의 영향을받는 온도 프로파일을 보여준다. 이러한 방정식 안정된 샘플 조건을 가정함으로써 유도되기 때문에도 2b에 프로파일은 식 1 및 2를 통해 분석 될 수 없다.

도 3a는 시간의 함수로서 용기 내의 과냉각의 압력, 온도 및 정도를 나타낸다. 시스템 후 수소 핵이는 압력과 온도 평형에 도달했습니다. MH의 형성은 시간 t = 170 분에서의 급격한 압력 변화에 의해 표시된다. 이중 달린 화살표는 과냉각의 정도가보다 2 °의 C 있음을 보여줍니다. 열 상수는이 범위 내에서 측정 하였다. t의 함수로서 MH, 물, 메탄 가스와 침전물의 채도를 나타낸다. 시간 t에서 i는 MH 물이다 - (V 모래 V 셀), 메탄 가스 성분 채도의 계산은 포화 S를 I로 정의되는 제 3 절에서 설명하는, t는 V I, t /를 =. t = 170 분에서, MH가 형성되기 시작하고 S MH 크게 증가했다. S 물과 S 가스는 각각 0.50에 0.18과 0.56에 0.43로 감소하는 반면 170, 2500 분 사이에 S MH는 0.32 0에서 증가했다. 2500 분 후, MH, 물, 가스 포화도는 거의 일정 하였다.

도 4는 열 상수 '측정의 예를 도시한다. 실험 조건은 t가 825 분을 P = 있었다= 7.1 MPa로, T = 2.4 ° C, S의 H = 0.16, S의 g = 0.53, 및 S = w 0.31.도 4a는 온도 프로파일을 나타낸다. 역방향 채널 분석 소프트웨어 동등 소정의 시간 간격에 걸쳐 시간 간격 (200)의 데이터 포인트를 기록한다; 따라서, 데이터는 데이터 포인트 (200)로부터의 분석을 위해 선택된다. 양두 화살표는 분석에 사용되는 데이터의 범위를 나타낸다. 시간은 분석 (1)의 범위 및 2는 각각 0-5 초 및 0.65-4.88 초입니다. 분석 (1, 2). 각각 부적절한 적절한 범위의 예도 4b 및도 4c는 각각의 분석 범위의 TPS 기술을 사용하여 수득 하였다. (b)는 ΔT의 AVE와 온도 변화 ΔT 아베 (τ)와 D (τ)를 도시한다 ) = ΔT C (t). ΔT의 집결지의 관계 (# 964;.) 및 D (τ)이 분석에 따라 변화 범위도 4c는 시간 t의 제곱근 대 온도 T에 D를 나타낸다. 역방향 채널 역전 분석에 의해 얻어진 선형 피팅의 온도 데이터의 편차가 T의 개발이다. 측정의 시작에서 분석 한의 편차는 TPS 센서 프로브의 상기 절연 층은 상기 측정치에 영향을 미치는 것을 제안도 4c에 도시 된 바와 같이 다소 크다.

위에서 언급 한 바와 같이 표 1은 각각의 분석 범위에 열 상수를 나열합니다. 특성 시간 비율 총은 총 분석 시간에 의해 정의 된 특성 시간 τ로 나눈 값 (t = 2-4 초, 총 시간은 4 초이다). 역방향 채널 기술을 사용하는 경우 특성 시간의 비율 합이 1보다 작아야합니다. 이를 참조하여 설명한다 T (D)의 평균 편차이다.

측정에 영향을주는 상기 센서 프로브를 피하기 위해, 각 측정의 시작에서 데이터를 사용 하여서는 아니된다. 분석 시간 범위를 조정함으로써,도 4c에 도시 된 바와 같이, T (D)의 평균 편차가 최소화된다. 특성 시간의 비율은 총 분석 시간 범위를 조정함으로써 일치로 조절된다. 따라서, 우리는 분석이 없다 (1)로부터의 열 상수 값을 채택 하였다.

열전도율, 비열 및 열 확산율은 각각도 5A, B,C에서의 시간의 함수로서 도시되어있다. 마지막으로, 우리는 t의 결과 요약열 전 속성과 수화물 포화. 결과에 대한 자세한 내용은 장에 나와있다. refference 9 4.

그림 2
그림 2 :. 시간의 (a) MH는 (과냉각 상태)을 용융 및 (b) MH 용해의 영향에 의해 영향을받지의 함수로서 온도 프로파일 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

모두 온도 프로파일은 예비 실험에서 유의하십시오. 측정 시간은 용융의 열 영향을 명확히하기 위해보다 긴 실험이다. 예비 실험에서, 측정 시간 (t)이 40 초, 출력 전력 (W) 0이었다 20 mW의 (a) 및 50 mW의 (b).

<유지-together.within 페이지 = "1"> : FO P 클래스 = "jove_content" 그림 3
도 3 시간의 함수로서 용기 내의 과냉각의 (a)의 압력, 온도 및도. 이중 달린 화살표는 과냉각의 정도가보다 2 °의 C 있음을 보여줍니다. 열 상수는이 범위 내에서 측정 하였다. (b)는 샘플의 MH, 물, 메탄 가스의 포화 시간 (기준 9에서 재판)의 함수로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4 : 열 상수 '측정 분석 예제를 사용하여 (가) 온도 프로파일.TPS 측정 방법. 시간은 분석 (1)의 범위 및 2는 각각 0-5 초 및 0.65-4.88 초입니다. ΔT의 AVE (τ)와 온도 변화 ΔT의 AVE (τ)와 D (τ)와 (b)의 관계 = ΔT C (t). 제곱근 시간 t(C) 온도 T d를. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
도 5 시간의 함수로서 (a) 열전도율 λ, 시간의 함수로서 시간의 함수, 및 (c) 열 확산율 (α)로서, (B) 비열 ρC 피.결과 MH 채도의 함수로서 열 특성으로 변환 하였다. 변환 된 결과와 관련 논의는 참고 문헌에보고되어있다. 9. 데이터 범위 t = 210-980 분 내에 중첩을 나타낸다. 명확화를 위해, 플롯 된 데이터가이 범위 내에서 동일한 센서로부터의 3 회 측정의 평균을 나타낸다. 이 수치는 기준 9에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

분석 범위는이야 λ, W 분 - 1 K - 1 ρC p를, MJ 분 - 3 K - 1 α, mm 2- 1 장에 총아칸소. 시각 데브을 의미한다., ° C
분석 (1) 0.00-5.00 2.12 0.938 2.26 2.11 0.01018
분석 (2) 0.65-4.88 2.31 2.11 1.10 1.00 0.00061

1. 각 분석 범위 상수 열 분석도 1 및도 2는 각각 부적절한 적절한 범위의 예이다.

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Discussion

측정에 MH의 형성 가열의 효과는 추정되었다. 도 3b 및 형성 H = 52.9 킬로 몰 -1 MH 14의 엔탈피 같이 MH의 형성은 열 S (H)의 변화율의 생성물로부터 추정되었다. 결과적으로, 최고 온도 변화는 0.00081 ° C 초 -1였다. 이 5 초의 시간 간격 동안 1 ° C와 150 ° C 사이의 TPS 센서의 온도 증가를 ΔT C보다 훨씬 낮았다. 자세한 추정 및 논의는 절에 설명되어 있습니다. 기준 9 4.

다음은 프로토콜 중요한 단계이다. 첫 번째 단계는 샘플 과냉각 상태를 유지한다. 두 번째 단계는 과냉각 ΔT의 SUP 정도 아래 TPS 센서의 승온 ΔT C를 유지하여 열 상수 '측정을 수행.

측정은 온도 변화에 의해 영향을받지 않도록하기 위해, 다음을 확인해야합니다. 우선, 벌크 온도 변화는 TPS 센서의 온도 증가를 ΔT C보다 훨씬 낮다는 것을 보장한다. 둘째, MH의 형성 열에 의해 온도 변화가 TPS 센서의 온도 증가를 ΔT C보다 훨씬 낮다는 것을 보장한다.

샘플이 용융되면, 열전도 비열은 TPS 기술에 의해 무한대로 발산된다. 이러한 경우, 센서로부터의 출력 전력을 변경하거나, 측정 시간을 감소시킨다.

기체 수화물의 특징적인 낮은 생성율은 MH 고유 없기 때문에이 측정 방법은, 수소, 이산화탄소, 오존의 수화물을 포함하는 기체 수화물 수분 게스트 가스 시스템의 열 특성에 적용 할 수있다. 이 방법의 핵심은 낮은 쥐입니다표적 물질의 상전이 E. 따라서,이 방법은 낮은 상전이 속도와 다른 물질에도 적용될 수있다. 이들 수화물의 형성 속도가 과냉각 상태에서 충분히 느리면이 측정 방법은 저농도 THF 용액 및 테트라 부틸 암모늄 브로마이드 (TBAB) 수화물을 형성 테트라 히드로 푸란 (THF) 수화물에 적용될 수있다. 여기서의 유일한 요구 사항은 전술 한 바와 같이 수화물의 형성 열에 의해 온도 변화를, 상기 센서의 온도 상승보다 낮다는 것을 보장한다. 이러한 시스템에서, 전이 속도가 매우 빠르며 형성 열이 크게 측정에 영향을주기 때문에 한편,이 기술은 물과 얼음 화학량 THF 용액 수화물 상전이에 적용 할 수 없다.

웨이트 외. (15)는 모래, 메탄 가스, 수소를 포함하는 샘플의 열전도율을 측정했다. 쿠마 등.도 16은 동일한 구성으로 샘플을 사용하여 열 확산율 측정. 이들은 가압 메탄 가스 분위기 하에서 얼음을 사용하여 모래 기공 직접 MH 형성. 물 얼음의 모든 MH로 전환했다. MH 형성이 완전히 정지 할 때까지 즉, 그들 샘플의 열전도율을 측정했다. 이 방법은 열 특성의 측정 MH의 형성이나 열에 의해 분해 및 샘플 조성이 일정하게 영향을받지 않는 장점을 갖는다. 그러나,이 방법은, 모래, 물, 메탄 및 수소를 포함하는 샘플의 열적 특성을 부여 할 수 없습니다. 황 및 팬 수화물 함유 모래 샘플 (17)의 열전도율을 측정했다. 이들은 MH 형성을 촉진 소듐 도데 실 설페이트 (SDS) 용액을 이용하여 모래 기공 MH 형성. 그들은 가스와 물이 아마 모래 모공에 남아있는 가스가 크게 측정에 영향을 지적했다. 그러나, 그들은 와트의 구성을보고하지 않았다어 및 가스. 우리의 측정 프로토콜은 모래, 물, 메탄 및 수소를 포함하는 수소 - 함유 퇴적물의 열적 성질 (열전도율, 열 확산율 및 체적 비열) 및 조성 사이의 관계를 제공하는 장점을 갖는다.

기체 수화물의 대량 생산 기술을 개발하기 위해, 수화물 층의 열 상수가 필요하고, 제안 된 측정 방법을 정확히 수행된다.

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Acknowledgments

본 연구는 재정적으로 일본의 메탄 하이드레이트 자원에 대한 MH21 연구 컨소시엄 경제, 무역, 산업 자원부에 의해 국립 메탄 하이드레이트 착취 프로그램에 의해 지원되었다. 저자는 실험과의 지원 T. 마에 카와와 S. 고토에게 감사의 말씀을 전합니다.

. (무라오카, M., 스 스키, N., 야마구치, H., 츠지, T., 야마모토, Y., 에너지 연료, 29 (3), 2015 년 1,345에서 1,351 사이, 2015, DOI의 허가 재판 그림 : 10.1021 / ef502350n). 저작권 (2015) 미국 화학 학회.

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

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References

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