Bir süpersoğutmalı Sentetik Kum-su-gaz-metan hidrat Örnek Termal Özelliklerini Ölçmek İçin Protokol

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

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
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

denklem 1

nerede

denklem 2

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

  1. Titreşimli masada yüksek basınçlı kap yerleştirin.
  2. Kum şişe bir su şişesi ve 4.000 g silis kumu saf 1.5 L su doldurun. Doğru sırasıyla, kum ve su şişeleri kum ve su kitleleri tartın.
  3. Bir su şişesinin 2,110 cm3 bir iç hacme sahip, yüksek basınçlı bir kap içinde, saf suyun 1 L dökünsu yarım iç gemi doldurana kadar.
  4. Tüm gemiyi titremesini titreşimli masanın açın. titreşim hızı ve sırasıyla 50 Hz ve 220 W, güç kaynağını ayarlayın. Adım 1.5 tamamlanmasına kadar titretmeyin. damar titreşimli kabın alt boşaltma hattı ve sinterlenmiş metalik filtre artık havanın çıkarın.
  5. Yaklaşık olarak 1 g san sabit bir oranda -1 tüm damar düzgün ambalaj sağlamak için, titreşim yaparken, su yüzeyine yakın tutulan bir huni kullanılarak en damar içine kum şişe 3.300 g silis kumu dökün.
  6. Su kabının jant ulaştığında titreşim durdurun.
  7. su dökülmesini önlemek için geminin kenarında geçici duvar gibi bir halka yerleştirin.
  8. 50 Hz ve 220 W tekrar gemiyi titreşimle
  9. kum kabına (yükseklik 140 mm) jant ulaştığında, titreşim kapatın.
  10. th kullanarak geçici duvar ve aşırı boşluk suyu çıkarıne drenaj hattı. su şişesinin içine aşırı boşluk suyu geri dökün.
  11. 50 Hz ve 1 saniye 300 W bir veya iki kez gemi titreşimli kum paketi ve gerekirse daha fazla kum ekleyin.
  12. Kum ve su şişeleri kum ve su kitleleri tartılır. Kum ve su şişeleri kitle farklarından geminin kum ve su kitleleri hesaplayın. Bu deneyde, bir kap içinde kum ve su kütleleri sırasıyla 3.385 g 823,6 gram idi. Bir kap içinde su kütlesi, toplam ağırlık olarak ifade edilir.
  13. paslanmaz çelik kapaklı yüksek basınçlı kap Kapak ve sırayla çapraz karşısında çiftlerin sıkın.
  14. deney amaçlı tabloya titreşimli tablodan yüksek basınçlı kap taşıyın.
  15. sıcaklığını kontrol etmek için, ısı yalıtkan, yüksek basınçlı bir kap kapağı.
  16. yüksek basınçlı, yüksek basınçlı boru hattı ve soğutma suyu akış hatları bağlayın. giriş ve çıkış gaz boru hattı vanalarını açın. Atmosfer basıncı altında tuzağına çok su deşarj kadar dk -1 800 ml 'lik bir oranda 10 L metan havalandırın. Kum boşaltma kabın altındaki sabit bir sinterlenmiş metalik filtre ile önlenir. hidrofil silis kumu su moleküllerini adsorbe çünkü artık su kum yüzeyinde kalır.
  17. Bir kap içinde gaz miktarını belirlemek için, tuzak W, tuzak su kütlesinin tartılır. Toplam ağırlık res w = denklem kullanılarak kabında kalan su, w res kütlesini belirlemek - tuzak w. Bu durumda, W Res ve W tutucu, sırasıyla 360,6 g 463,0 g idi.
  18. V kum t hacmi V kum / V hücre, - formül Ѱ = 1 kullanılarak örnek gözeneklilik belirlemeKum yoğunluğu (yani, ρ s 2.630 kg m 3 =), ve V, hücre kum kütle oranı ile belirlenir O kum kabının iç hacmi. numunenin gözenekliliği Ѱ 0.39 idi.
  19. çıkış gaz hattının vanasını kapatın. Oda sıcaklığında (yani, 31.6 ° C), yaklaşık 12.1 MPa kabı içinde metan gözenek basıncı artırmak için metan enjekte edilir.
  20. Giriş gaz hattının vanasını kapatın.
  21. Logger'i kullanarak deney sırasında geminin basınç ve sıcaklık kaydetmeye başlayın. Veri örnekleme aralığı 5 saniyedir. toplam deneysel süresi yaklaşık 3.000 dk.

2. MH Sentezi ve süpersoğutmalı Numune 9 Isıl Özellikleri 'Ölçüm

  1. Soğutma sıvısı sirküle edilerek 2.0 ° C oda sıcaklığı ile kabın soğutma soğutucu açın. chiller t soğutucu sirkülasyonunu sağlayınızoradan nihayet geri soğutucu geminin kapağına, ve kabın dibine, o. Kap içinde sıcaklık değişimi oranı yaklaşık 0.001 ° C sn -1.
  2. TPS analizör yazılımı kullanılarak ölçüm parametrelerini ayarlayın. Tasarım # 7577 sensör sensör türünü ayarlayın. Çıkış gücü W 0 sn ila 5 mW ve ölçüm süresi 30 olarak ayarlayın. sensör tipi veya numune koşulları değişirse uygun parametreler değiştirilmesi gerektiğini unutmayın. 1.5 ° C 1 ° C den sıcaklığını artırmak için parametreleri ayarlayın.
  3. Aşağıdaki denklem ile süper-, DT sup, derecesini hesaplama:
    DT sup = T eq (P) - T. (3)
    T eşdeğer (P) basıncı P bir fonksiyonu olarak MH denge sıcaklığı T eşdeğer (P) CSMGem yazılımı 1 kullanılarak hesaplanır.0 P ve T, sırasıyla basınç ve sıcaklık ayarları kullanılarak ölçülmüştür kap içindeki basınç ve sıcaklık vardır.
  4. Eşzamanlı olarak DT sup fazla 2 ° C sonra TPS analizörü kullanılarak ısıl iletkenlik, ısıl yayılım ve hacimsel özgül ısı ölçer.
  5. Her ölçümden sonra termal özellikleri analizörü bağlı TPS probu geçin. Deney 9 sırasında TPS prob ve elle analizörü arasındaki kabloları geçiş. Bağlantı şeması referans 9 Şekil S2 gösterilmiştir. Her bir sensör için anahtarlama sırası hayır. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... dizisi ölçümleri etki kalan ısı önlemek için mümkün olduğu kadar ayarlanır sensörler arasındaki mesafe, temel alır. verileri her 3-5 dakikada toplayın.
  6. # & Kadar ölçümler tekrarlayın916 T destek 2 ° yine C'yi ulaşır. Bu deneyde, Δ T destek ilk zaman ile artmaktadır. DT destek en yüksek değerine ulaşır sonra basınç MH oluşumu azalır, çünkü DT destek yavaş yavaş 0 ° C'ye düşer. DT sup denklemi 3 ile TPS ölçümlerine önce daha büyük 2 ° C olup olmadığını kontrol edin.
  7. sıcaklık profili MH erime etkilenmez emin olun. MH ölçümleri sırasında erirse MH erime endotermik reaksiyon olduğu için, sıcaklık artış olmayacak. ölçümler esnasında sıcaklık profilini kontrol edin ve sonuçları bölümde ele alınmıştır.
  8. TPS tekniği kullanılarak tüm sıcaklık profili verileri için termal gayrimenkullerin 'analiz gerçekleştirin.

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.

  1. T zamanında metan gazı hacmi V gazı, t hesaplamak
    denklem 4
    Q, bir kap içinde gazın başlangıçtaki hacminin, V MH t - 1 zamanı t MH hacmi - 1, ve R VHW su ve MH hacim oranıdır.
    Denklem 5
    Denklem 5, n, MH hidrasyon sayısına (~ 6), ρ MH ve ρ, su, sırasıyla MH ve su yoğunluğuna karşılık gelir ve w MH w su MH su, r moleküler kütlesi ifadeespectively.
  2. T oluşan miktar ΔM t (mol) MH hesaplayın - 1 t
    Denklem 6
    R, gaz sabitidir, P, metan gazının basıncı olduğu ve Z'nin t (t, gaz, T, P, gaz, t) t anında metan kompresyon katsayısıdır. Z t 12, 13 hesaplamak için, Lee ve Kesler tarafından modifiye Biz 9 ve Sakamoto ve diğ. 11, Benedict-Webb-Rubin (BWR) denklemi kullanılmıştır. Bu hesaplama için, formül (3-7,1) - referans 13 7 - (3-7,4) BWR denklem 13 ve Lee-Kesler sabitleri Tablo 3 kullanılır.
  3. Hacim değişikliği Δ V MH hesaplamak t MH b> t - 1 t
    Denklem 7
    burada pS 101.325 Pa referans basınç, T s 273,15 K, referans sıcaklığı, Z, S pS sıkıştırma katsayısı ve T nin (Z, S ~ 1), ve V, CH4 metan gazı hacminin oranının MH birim hacim [Nm 3 m -3]. 165.99 Bir V CH4 değeri [Nm 3 m -3] kullanın.
  4. T zamanında MH t, hacim V MH hesaplayın
    Denklem 8
  5. T anındaki basınç kabında su V su hacmini, t hesaplayın
    Denklem 9 burada V su, 1 suyun başlangıçtaki hacmidir.
  6. Yöntemler kullanılarak hesaplamalar tekrarlayın. T zamanında 4-9 = 2, 3, ..., su, metan ve MH 11 doyma değişimini saptamak için. Başlangıç ​​koşulu t = 1, yani V gazı, 1 = Q. T zamanında P ve T veri günlükleri 9 alınır. Hesaplama sonuçları aşağıdaki bölümde gösterilmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 zaman fonksiyonu olarak bir kap içinde süper-basıncı, sıcaklığı ve derecesini gösterir. sistemin sonra MH çekirdekleşirken basınç ve sıcaklık dengesine ulaşmıştır. MH oluşumu süresi t = 170 dakikada şiddetli bir basınç değişimi ile işaretlenir. çift ​​yönlü oklar Süper soğutma derecesi, daha büyük 2 ° C olduğunu göstermektedir. Termal sabitleri bu aralıkta ölçülmüştür. 3b, t bir fonksiyonu olarak MH, su ve metan gazı ile tortu çökelmesini gösterir. Zaman t i MH su temsil eder - (V kum V hücre) ve metan gazı bileşenleri doyma hesaplanması doygunluk S i olarak tanımlanır 3. bölümde anlatılan, t V i, t / =. T = 170 dk, MH oluşmaya başladı ve S MH önemli ölçüde artmıştır. S su ve S gazı sırasıyla 0.50 0.18 ve 0.56 ile 0.43 den gerilemiştir 170 ve 2500 dakika arasında, S MH, 0.32 0 yükselmiştir. 2500 dakika sonra, MH, su ve gaz doygunluğu hemen hemen sabit idi.

Şekil 4, ısı Sabitler ölçümlerinin bir örneğini göstermektedir. Deneysel koşullar t 825 dakika, P = vardı= 7.1 MPa, T = 2.4 ° C, S h = 0.16, S g = 0.53, S = w 0.31. Şekil 4a sıcaklık profilini gösterir. TPS analiz yazılımı eşit önceden tanımlanmış bir zaman aralığı boyunca zaman içinde aralıklı 200 veri noktaları kaydeder; Bu şekilde, veriler 200 veri noktalarından analiz için seçilir. çift ​​başlı oklar analizde kullanılan veri aralığını belirtir. Zaman analizleri 1 aralıkları ve 2 sırasıyla 0-5 sn ve 0,65-4,88 sn vardır. Analizler 1 ve 2., Sırasıyla uygun ve uygun aralıklar örnekleridir Şekil 4b ve 4c, her analiz aralığında TPS tekniği kullanılarak elde edildi. 4b DT ave sıcaklık değişimi DT ave (τ) ve D (τ) göstermektedir ) = DT C (t). DT ave arasındaki ilişki (&# 964;.) Ve D (τ) analizi bağlı olarak değişir aralığı Şekil 4c zaman t kare kökü vs sıcaklığı T d gösterir. TPS inversiyon analizi ile elde edilen doğrusal bir uyum sıcaklık verilerinin sapma T d. Ölçümler başında analizi 1. sapma TPS sensoru probunun yalıtım tabakası ölçümleri etkilediğini göstermektedir Şekil 4c'de gösterildiği gibi, oldukça büyüktür.

Yukarıda da belirtildiği gibi Tablo 1 her analiz aralığında ısıl sabitleri listeler. Karakteristik zaman oranı, toplam toplam analiz süresi ile tanımlanır karakteristik zaman sabitleri ile ayrılır (t = 2-4 saniye için toplam süresi 4 sn). TPS tekniği kullanırken karakteristik zaman oranı toplam 1'den az olması gerektiğini unutmayın. Bu referansta tarif edilmektedir T d ortalama sapma olduğunu.

ölçümleri etkileyen sensör probu önlemek için, her ölçüm başlangıcında veri kullanılmak üzere değildir. Analiz zaman aralığı ayarlayarak, Şekil 4c'de gösterildiği gibi, td ortalama sapma, en aza indirilir. karakteristik zaman oranı toplam analiz süresi aralığını ayarlayarak birlik ayarlanır. Bu nedenle, biz analize 2 değil 1 termal sabitler değerleri benimsemiş.

Isıl iletkenlik, özgül ısı, termal yayılma sırasıyla Şekil 5a, b ve c, bir zaman fonksiyonu olarak gösterilmektedir. Son olarak, biz t sonuçlarını özetlemekHermal özellikleri ve hidrat doygunluk. sonuçlar ile ilgili Detaylar Sec verilmiştir. Refference 9 4.

şekil 2
Şekil 2:. Zaman (a) MH (aşırı soğuma koşulları) eritilmesi ve (b) MH eritme etkilenen etkilenmeyen bir fonksiyonu olarak sıcaklık profilleri bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Her iki sıcaklık profilleri ön deneylerden olduğuna dikkat edin. Ölçüm süresi erime ısı etkisini netleştirmek amacıyla uzun daha deneyde olduğunu. Ön deneylerde, ölçüm süresi 40 saniye ve çıkış gücü W 0 oldu 20 mW (a) ve 50 mW (B).

<keep-together.within sayfa = "1">: fo p class = "jove_content" Şekil 3,
Şekil 3: bir zaman fonksiyonu olarak bir kap içinde süper-(a) basınç, ısı ve derecesine bağlıdır. çift ​​yönlü oklar Süper soğutma derecesi daha büyük 2 ° C olduğunu göstermektedir. Termal sabitleri bu aralıkta ölçülmüştür. (B) numune MH, su ve metan gazı doyma zaman (referans 9 yeniden basıldı) bir fonksiyonu olarak gösterilmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4: Termal konstant 'ölçümlerinin analiz örneği kullanılarak (a) Sıcaklık profili.TPS ölçüm yöntemi. Zaman analizleri 1 aralıkları ve 2 sırasıyla 0-5 sn ve 0,65-4,88 sn vardır. DT ave (T) ile sıcaklık değişimi DT ave (τ) ve D (T) arasındaki (b) İlişkisi = DT c (t). Karekök zaman t vs (c) Sıcaklık T ö. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5: zamanın bir fonksiyonu olarak, (a) Isı iletkenliği λ, zamanın bir fonksiyonu olarak, zamanın bir fonksiyonu, ve (c) termik yayıcılığıdır a (b) spesifik ısı ρC s.Sonuçlar MH doyma bir fonksiyonu olarak termal özellikleri dönüştürülmüştür. dönüştürülen sonuçları ve ilgili tartışma Ref bildirilmiştir. 9. Veri aralığı t = 210-980 dk içinde bir örtüşme göstermektedir. Netlik sağlamak için, çizilen veri bu aralık içinde aynı sensöründen üç ölçümün ortalamasını temsil etmektedir. Bu rakamlar referans 9'dan modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Analiz aralığı, s λ, B m 1 - K - 1 ρC p, MJ m - 3 K - 1 α, 2 mm sn - 1 Ch ToplamAR. Zaman Dev demek., ° C
analiz 1 0,00-5,00 2.12 0.938 2.26 2.11 0,01018
analiz 2 0,65-4,88 2.31 2.11 1.10 1.00 0.00061

Tablo 1:., Her analiz aralığı için termal sabitleri Analizleri 1 ve 2, sırasıyla, uygun ve uygun aralıklar örnekleridir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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. Referans 9 4.

Aşağıdaki kritik protokol adımlardır. İlk adım örnek aşırı soğuma koşullarını sürdürmektedir. İkinci aşama aşırı soğuma DT sup derecesi altında TPS sensörünün sıcaklık artışı DT c tutarak termal Sabitler 'ölçümleri gerçekleştiriyor.

Ölçüm sıcaklığı sürüklenme etkilenmeyen emin olmak için, aşağıdaki doğrulanmalıdır. İlk olarak, hacim sıcaklık değişimi TPS sensörünün sıcaklık artışı DT C daha düşük olduğundan emin olun. İkinci olarak, MH oluşumu ısı nedeniyle sıcaklık değişimi TPS sensörünün sıcaklık artışı DT C daha düşük olduğundan emin olun.

Bir örnek erir, ısı iletkenliğini ve özgül ısı TPS tekniği ile sonsuza sapacaktır. Bu durumda, algılayıcının çıkışı, güç değiştirmek veya ölçüm süresini azaltır.

Gaz hidrat karakteristik düşük oluşum hızı MH özgü değildir, bu ölçüm yöntemi, hidrojen, CO2 ve ozon hidratları ihtiva eden bir gaz hidratı-su-Gezgin gaz sisteminin, termal özelliklerine uygulanabilir. Bu yöntemin en önemli nokta, düşük sıçanHedef maddenin faz geçiş e. Bu nedenle, bu yöntem, düşük faz geçiş hızı ile, diğer malzemelere uygulanabilir. Bu hidratlar oluşum hızı, süper soğutma koşulları altında yeterince yavaş olduğu takdirde, bu ölçüm yöntemi, aynı zamanda düşük konsantrasyonu THF ve tetra butil amonyum bromit (TBAB) hidrat oluşturulabilir, tetrahidrofuran (THF) hidrat uygulanabilir. Burada tek koşul, yukarıda sözü edildiği gibi hidrat oluşumu ısıya bağlı olarak sıcaklık değişimi, sensör sıcaklık artışı çok daha düşük olduğundan emin olmaktır. Bu sistemlerde geçiş oranı çok hızlıdır ve oluşumu ısı önemli ölçüde ölçümleri etkilediği için, diğer yandan, bu teknik, su-buz ve stoikiometrik THF çözeltisi hidrat faz geçişi uygulanamaz.

Waite ve ark., 15 kum, metan gazı ve MH içeren numunelerin termal iletkenliği ölçüldü. Kumar ve ark.16 aynı bileşenleri ile örnekler kullanılarak termal yayılma ölçülür. Onlar basınçlı metan gazı atmosferdeki su buz kullanarak kum gözenekleri doğrudan MH kurdu. meyveli dondurma tüm MH dönüştürüldü. MH formasyonu tamamen durdu kadar Böylece, örneğin ısıl iletkenlik ölçülür. Bu yöntem, termal özelliklerin ölçüm MH oluşumu ya da ayrılma ısı ve numune bileşimi sabit olduğu etkilenmez avantajına sahiptir. Bununla birlikte, bu yöntem, kum, su, metan ve MH içeren numunelerin termal özelliklerini veremez. Huang ve Fan bir hidrat taşıyan kum numunesinin 17 termal iletkenliği ölçülür. Bunlar MH oluşumunu kolaylaştırmış, sodyum dodesil sülfat (SDS) çözeltisi kullanılarak, kum gözeneklerdeki MH kurdu. Onlar gaz ve su muhtemelen kum gözenekleri kaldı ve gaz anlamlı ölçümleri etkilediğini kaydetti. Ancak, wat kompozisyonunu rapor vermedier ve gaz. Bizim ölçüm protokolü kum, su, metan ve MH oluşan MH taşıyan sediment termal özellikleri (ısıl iletkenlik, ısıl yayınım ve hacimsel özgül ısı) ve kompozisyon arasındaki ilişkiyi veren avantajına sahiptir.

Gaz hidrat seri üretim teknolojilerini geliştirmek için, hidrat oluşumunun termal sabitleri gerekli ve önerilen ölçüm yöntemi tam olarak yapmaz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

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.

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