Protocollo per la misurazione delle proprietà termiche di un super-raffreddato sintetica Sand-acqua-gas-idrato di metano Campione

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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

Gli idrati di gas sono composti cristallini che compongono le strutture a gabbia di molecole d'acqua con legante idrogeno contenenti molecole ospiti nella gabbia 1. Grandi quantità di idrati di metano (MHS) nelle regioni del pavimento dell'oceano e permafrost sono interessanti risorse energetiche future, ma possono influenzare le condizioni climatiche globali 2.

Nel marzo 2013, il petrolio del Giappone, gas e metalli National Corporation condotto primo test di produzione offshore al mondo per estrarre il gas dal naturali sedimenti MH-cuscinetto nella parte orientale fossa di Nankai utilizzando il "metodo di depressurizzazione" 3,4.

Gli idrati di gas possono memorizzare gas quali metano 1, idrogeno 5, CO 2 1,6, e ozono 7. Quindi, metano e idrogeno idrati sono studiati come potenziali di accumulo di energia e mezzi di trasporto. Per ridurre le emissioni di CO 2 rilasciate in atmosfera, di CO 2 sequesstrazione utilizzando CO 2 idrati nei sedimenti oceanici profondi sono stati studiati 6. L'ozono è attualmente utilizzato nella purificazione dell'acqua e sterilizzazione alimentare. Studi di tecnologia di conservazione dell'ozono sono stati condotti perché è chimicamente instabile 7. La concentrazione di ozono in idrati è molto superiore a quello in acqua ozonizzata o ghiaccio 7.

Per sviluppare la produzione di gas da sedimenti MH-cuscinetto naturali e tecnologie idrato-based, è indispensabile per comprendere le proprietà termiche di idrati di gas. Tuttavia, i dati proprietà termiche e studi su modelli di gas idrati nei sedimenti fruttiferi sono scarse 8.

Il "metodo depressurizzazione" può essere utilizzato per dissociare MH nello spazio poroso sedimenti diminuendo la pressione dei pori inferiore alla stabilità idrati. In questo processo, i componenti spaziali poro sedimenti cambiano da acqua e da MH all'acqua, MH, e gas. misura le proprietà termiche 'di quest'ultima condizione è difficile perché il calore di fusione di MH possono influenzare le misurazioni. Per risolvere questo problema, Muraoka et al. Eseguita la misurazione delle proprietà termiche 'in condizioni molto fredde durante la formazione MH 9.

Con questo protocollo video, spieghiamo il metodo di misurazione di campione di sabbia-acqua-gas-MH sintetico super-raffreddato.

La Figura 1 mostra la configurazione sperimentale per misurare le proprietà termiche del metano artificiale sedimenti idrati-cuscinetto. La configurazione è la stessa, come mostrato in riferimento 9. Il sistema comprende principalmente una proprietà termiche del sistema di misurazione recipiente ad alta pressione, pressione e controllo della temperatura, e. Il recipiente ad alta pressione è composto di acciaio inossidabile cilindrico con un diametro interno di 140 mm e un'altezza di 140 mm; il suo volume interno con il volume morto rimosso è 2110 centimetri 3, e il suo limite di pressione è 15 MPa. il transie fonte plane nt (TPS) tecnica è usata per misurare le proprietà termiche 10. Nove sonde TPS con raggi individuale di 2.001 mm sono poste all'interno della nave. La disposizione dei nove sonde 9 è mostrato in figura 2 con riferimento 9. Le sonde TPS sono collegati all'analizzatore proprietà termiche 'con un cavo e commutato manualmente durante l'esperimento. I dettagli del sensore TPS, schema di collegamento, e la configurazione nel recipiente sono mostrate nelle Figure S1, 2, e 3 delle informazioni di supporto in riferimento 9.

Figura 1
Figura 1:. L'apparato sperimentale per misurare le proprietà termiche del sedimento idrato di metano-cuscinetto artificiale La figura è modificato dal riferimento 9.3956fig1large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Il metodo TPS è stato utilizzato per misurare le proprietà termiche di ogni campione. I principi del metodo sono descritti in riferimento 10. In questo metodo, l'aumento della temperatura in funzione del tempo, DT ave, è

Equazione 1

dove

Equazione 2

In Equazione 1, W 0 è la potenza in uscita dal sensore, r è il raggio della sonda, λ è la conducibilità termica del campione, α è la diffusività termica, e t è il tempo dall'inizio dell'alimentazione alla sonda. D (τ) è un tempo adimensionale funzione di dipendente. τ (le vostre rilassanti / r) 1/2. In Equazione 2, m è il numero di anelli concentrici della sonda TPS e 0 è una funzione di Bessel modificata. La conducibilità termica, diffusività termica e calore specifico del campione sono determinati simultaneamente mediante analisi inversione applicata all'aumento temperatura è alimentata alla sonda sensore.

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Protocol

Nota: Si prega di consultare tutte le relative schede di sicurezza dei materiali in quanto questo studio utilizza alta pressione infiammabile gas metano e un grande recipiente ad alta pressione. Indossare un casco, occhiali di sicurezza e scarpe di sicurezza. Se il sistema di controllo della temperatura cessa, la pressione nel serbatoio aumenta con MH dissociazione. Per evitare incidenti, l'uso di un sistema di valvola di sicurezza è fortemente raccomandato per rilasciare automaticamente il gas metano in atmosfera. Il sistema di valvola di sicurezza può funzionare senza alimentazione elettrica.

1. Preparazione della sabbia-acqua-metano campioni di gas 9

  1. Posizionare il recipiente ad alta pressione sulla tavola vibrante.
  2. Versare 1,5 L di acqua pura in una bottiglia di acqua e 4,000 g di sabbia silicea in una bottiglia di sabbia. Pesare le masse di sabbia e acqua nelle bottiglie sabbia e acqua rispettivamente.
  3. Versare 1 L di acqua pura nel recipiente ad alta pressione con un volume interno di 2110 centimetri 3 da una bottiglia di acquafino a quando l'acqua riempie la metà del recipiente interno.
  4. Accendere il tavolo vibrante vibrare l'intero vaso. Impostare la velocità di vibrazione e l'alimentazione a 50 Hz e 220 W, rispettivamente. Applicare la vibrazione fino al completamento della fase 1.5. Rimuovere l'aria residua nella linea di scarico e filtro metallico sinterizzato sul fondo del recipiente facendo vibrare la nave.
  5. Versare 3,300 g sabbia silicea da una bottiglia di sabbia nel recipiente ad una velocità costante di circa 1 g sec -1 usando un imbuto tenuto vicino alla superficie dell'acqua, mentre l'intero vaso è vibrato per assicurare imballaggio uniforme.
  6. Arrestare la vibrazione quando l'acqua raggiunge il bordo del recipiente.
  7. Collocare un anello come un muro temporaneo sul bordo del recipiente per evitare che l'acqua fuoriuscita.
  8. Vibrazione della nave di nuovo a 50 Hz e 220 W.
  9. Quando la sabbia raggiunge il bordo del recipiente (Altezza 140 mm), disattivare la vibrazione.
  10. Rimuovere la parete temporanea e l'acqua in eccesso con pori °linea di scarico e. Versare la parte posteriore acqua interstiziale in eccesso nella bottiglia d'acqua.
  11. Imballare la sabbia facendo vibrare la nave una o due volte a 50 Hz e 300 W per 1 sec e aggiungere più sabbia, se necessario.
  12. Pesare le masse di sabbia e acqua nelle bottiglie sabbia e acqua. Calcolare le masse sabbia e acqua nel recipiente dalle differenze di massa nelle bottiglie sabbia e acqua. In questo esperimento, le masse di sabbia e acqua nel serbatoio erano 3.385 g e 823,6 g, rispettivamente. La massa d'acqua nel serbatoio è indicata come w totale.
  13. Coprire il recipiente ad alta pressione con un coperchio in acciaio inox e stringere i bulloni di coppie diagonalmente opposti in sequenza.
  14. Spostare il recipiente ad alta pressione dalla tavola vibrante alla tabella destinata per l'esperimento.
  15. Coprire il recipiente ad alta pressione con l'isolante termico per il controllo della temperatura.
  16. Collegare le tubazioni ad alta pressione e le linee di flusso di raffreddamento dell'acqua al serbatoio ad alta pressione. Aprire le valvole delle tubazioni di ingresso e uscita gas. Ventilare 10 L metano ad una velocità di 800 ml min -1 fino presenti scarichi acqua in eccesso nella trappola a pressione atmosferica. Lo scarico sabbia viene impedito da un filtro metallico sinterizzato fissato sul fondo del recipiente. L'acqua residua rimane sulla superficie della sabbia perché la sabbia silicea idrofila adsorbe le molecole d'acqua.
  17. Pesare la massa d'acqua nella trappola, w trappola, per determinare il volume di gas nel recipiente. Determinare la massa di acqua residua, res w, nel vaso utilizzando l'equazione w res = w totale - w trappola. In questo caso, res W e trappola w era 360,6 ge 463,0 g, rispettivamente.
  18. Determinare la porosità del campione usando la formula Ѱ = 1 - cella V sabbia / V, dove V sabbia è il volume di tegli sabbia determinata dal rapporto della massa sabbia per densità di sabbia (cioè, ρ s = 2,630 kg m -3), e la cella V è il volume interno del recipiente. Il Ѱ porosità del campione era 0,39.
  19. Chiudere la valvola della linea del gas di uscita. Iniettare metano per aumentare la pressione dei pori di metano nel recipiente a circa 12,1 MPa a temperatura ambiente (cioè, 31.6 ° C).
  20. Chiudere la valvola della linea del gas in ingresso.
  21. Avviare la registrazione della pressione e della temperatura nel recipiente durante l'esperimento utilizzando il registratore di dati. L'intervallo di campionamento dei dati è di 5 sec. Il tempo sperimentale totale è di circa 3.000 min.

2. MH Sintesi e valutazione del Campione sopraffuse 9 Proprietà termiche '

  1. Accendere il refrigeratore per raffreddare la nave da temperatura ambiente a 2,0 ° C facendo circolare il liquido refrigerante. Lasciare circolare il liquido di raffreddamento dal refrigeratore to il fondo del recipiente, da lì al coperchio del vaso, ed infine di nuovo al refrigeratore. Il tasso di variazione della temperatura nel serbatoio è stato di circa 0.001 ° C sec -1.
  2. Impostare i parametri di misura con il software analizzatore di TPS. Impostare il tipo di sensore a sensore design # 7577. Impostare la potenza di uscita W 0 a 30 mW e il tempo di misura a 5 sec. Si noti che i parametri appropriati devono essere modificati se il tipo di sensore o le condizioni di campionamento cambiano. Impostare i parametri di aumentare la temperatura di 1 ° C a 1,5 ° C.
  3. Calcolare il grado di sottoraffreddamento, DT sup, con la seguente equazione:
    DT sup = T eq (P) - T. (3)
    T eq (P) è la temperatura di equilibrio di MH in funzione della pressione P. T eq (P) viene calcolata utilizzando il software CSMGem 1.0; P e T sono la pressione e la temperatura nel recipiente misurato utilizzando pressione e temperatura manometri, rispettivamente.
  4. Contemporaneamente misurare la conducibilità termica, diffusività termica e calore specifico volumetrico usando l'analizzatore TPS dopo DT sup è maggiore di 2 ° C.
  5. Passare la sonda TPS collegato alla proprietà analizzatore termico dopo ogni misurazione. Passare i cavi tra le sonde TPS e l'analizzatore manualmente durante l'esperimento 9. Lo schema di collegamento è mostrato in Figura S2 in riferimento 9. La sequenza di commutazione per ogni sensore è no. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... La sequenza è basata sulla distanza tra i sensori, che è impostato per quanto possibile, per evitare che il calore residuo colpisce le misurazioni. Raccogliere i dati ogni 3-5 minuti.
  6. Ripetere le misurazioni fino a & #916; sup T raggiunge i 2 ° C di nuovo. In questo esperimento, Δ T sup inizialmente aumenta con il tempo. Dopo DT sup raggiunge il valore massimo, DT sup diminuisce gradualmente a 0 ° C perché la pressione diminuisce con la formazione di MH. Controllare se DT sup è superiore a 2 ° C prima delle misurazioni TPS utilizzando la formula 3.
  7. Assicurarsi che il profilo di temperatura non è influenzato da MH fusione. Se MH scioglie durante le misurazioni, la temperatura non aumenterà a causa di fusione di MH è una reazione endotermica. Controllare il profilo di temperatura durante le misurazioni, ed è discusso nella sezione risultati.
  8. Eseguire l'analisi delle proprietà termiche 'per tutti i dati del profilo di temperatura con la tecnica TPS.

3. Calcolo del cambiamento saturazione del Campione 9,11

Nota:Il grado di saturazione per MH, acqua e gas nel campione in funzione del tempo t è calcolata usando l'equazione di stato del gas. I dettagli di calcolo e equazioni utilizzate sono descritte in precedenza 11.

  1. Calcolare il gas V volume di gas metano, t al tempo t
    Equazione 4
    dove Q è il volume iniziale del gas nel recipiente, V MH, t - 1 è il volume di MH al tempo t - 1 e R VHW è il rapporto volume di acqua e MH.
    Equazione 5
    In Equazione 5, n è il numero di idratazione MH (~ 6), ρ MH e ρ dell'acqua corrisponde alla densità rispettivamente MH e acqua, e w MH e acqua w denotano la massa molecolare MH e acqua, respectively.
  2. Calcolare la quantità t ΔM (mol) di MH formato da t - 1 a t
    equazione 6
    dove R è la costante dei gas, P è la pressione del gas metano, e Z t (gas T, t, P gas, t) è il coefficiente di compressione del metano al tempo t. Abbiamo 9 e Sakamoto et al. 11 abbiamo usato l'equazione Benedetto-Webb-Rubin (BWR), come modificato da Lee e Kesler, per il calcolo Z t 12, 13. Per questo calcolo, le formule (3-7.1) - (3-7.4) dell'equazione BWR 13 e le costanti Lee-Kesler sono utilizzati nelle Tabelle 3 - 7 di riferimento 13.
  3. Calcolare la variazione di volume Δ V MH, t - 1 a t
    equazione 7
    dove P s è la pressione di riferimento di 101325 Pa, T s è la temperatura di riferimento di 273,15 K, Z s è il coefficiente di compressione P s e T s (Z s ~ 1), e V CH4 è il rapporto tra il volume di gas metano nel unità di volume di MH [Nm 3 m -3]. Utilizzare un valore V CH4 di 165.99 [Nm 3 m -3].
  4. Calcolare il volume V MH, t di MH al tempo t
    equazione 8
  5. Calcolare il volume di acqua dell'acqua V, t nel recipiente a pressione al tempo t
    equazione 9 dove l'acqua V, 1 è il volume iniziale di acqua.
  6. Ripetere i calcoli utilizzando le equazioni. 4-9 al tempo t = 2, 3, ... per determinare la variazione nella saturazione di acqua, metano, e MH 11. La condizione iniziale è t = 1, cioè, gas V, 1 = Q. Il P e T al tempo t sono tratti dai registri di dati 9. I risultati del calcolo sono mostrati nella seguente sezione.

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Representative Results

La figura 2a mostra il profilo di temperatura che non è influenzata da MH fusione. DT c è la variazione di temperatura dovuto la misura costanti termiche. Figura 2b mostra il profilo di temperatura che è affetto da MH fusione. Il profilo in Figura 2b non può essere analizzato tramite Equazioni 1 e 2 poiché queste equazioni sono derivati ​​ipotizzando condizioni del campione stabili.

La figura 3a mostra la pressione, la temperatura, e il grado di supercooling nel recipiente in funzione del tempo. nucleates MH dopo che il sistema ha raggiunto la pressione e l'equilibrio di temperatura. La formazione di MH è caratterizzato da una variazione di pressione drastico al tempo t = 170 min. Le frecce a doppia testa mostrano che il grado di sottoraffreddamento è maggiore di 2 ° C. Le costanti termici sono stati misurati in questo intervallo. t. Il calcolo della saturazione è descritta nella sezione 3. La saturazione è definita come S i, t = V i, t / (V cellulare - V di sabbia), dove i denota MH, acqua, e componenti del gas metano al tempo t. A t = 170 min, il MH ha cominciato a formarsi e S MH aumentato significativamente. Tra il 170 e 2.500 min, S MH aumentato 0-0,32, mentre S acqua e gas S diminuito 0,43-0,18 e 0,56-0,50, rispettivamente. Dopo 2.500 min, MH, acqua, e la saturazione del gas erano quasi costante.

La figura 4 mostra un esempio di misurazioni delle costanti termiche. Le condizioni sperimentali erano t = 825 min, P= 7.1 MPa, T = 2,4 ° C, S h = 0,16, S g = 0,53, e S w = 0,31. La Figura 4a mostra il profilo di temperatura. Il software di analisi TPS registra 200 punti dati equispaziati nel tempo per un intervallo di tempo predefinito; pertanto, i dati vengono selezionati per l'analisi ai 200 punti di dati. Le frecce a doppia testa denotano l'intervallo di dati utilizzati per l'analisi. Il tempo varia di analisi 1 e 2 sono 0-5 sec e 0,65-4,88 sec, rispettivamente. Analisi 1 e 2 sono esempi di campi di inappropriati e appropriati, rispettivamente. Le figure 4b e 4c sono stati ottenuti con la tecnica TPS in ogni gamma di analisi. Figura 4b mostra la variazione di temperatura DT ave (τ) e D (τ) con DT ave ) = DT c (t). Il rapporto tra DT ave (&# 964,.) E D (τ) varia in base all'analisi gamma figura 4c mostra la temperatura T d vs la radice quadrata del tempo t. La deviazione dei dati di temperatura dalla regressione lineare ottenuta dall'analisi di inversione TPS T d. La deviazione di analisi 1 all'inizio delle misure è piuttosto grande, come mostrato in figura 4c, il che suggerisce che lo strato isolante della sonda sensore TPS influenza le misurazioni.

La tabella 1 elenca le costanti termiche in ogni gamma di analisi di cui sopra. Il totale rapporto tempo caratteristico è definita dal tempo di analisi totale (per t = 2-4 sec, il tempo totale è 4 sec) diviso per caratteristica τ tempo. Si noti che il totale rapporto tempo caratteristico dovrebbe essere inferiore a 1 quando si utilizza la tecnica TPS. Questo è descritto in riferimento T d.

Per evitare la sonda sensore colpisce le misurazioni, non devono essere usati dati all'inizio di ogni misurazione. La deviazione media del T d è ridotto al minimo, come illustrato nella figura 4c, modificando l'intervallo di tempo di analisi. Il totale rapporto tempo caratteristico viene regolata all'unità modificando l'intervallo di tempo di analisi. Quindi, abbiamo adottato i valori costanti termici derivanti da analisi 2 non 1.

Conducibilità termica, calore specifico, e diffusività termica sono mostrati come funzione del tempo nelle figure 5a, b, c, rispettivamente. Infine, riassumiamo i risultati per il tproprietà Hermal e saturazione idrato. I dettagli riguardanti i risultati sono riportati nella Sez. 4 di refference 9.

figura 2
Figura 2:. Profili di temperatura in funzione del tempo (a) non affetto da MH fusione (condizioni sovraraffreddamento) e (b) caratterizzate da MH fusione Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Si noti che entrambi i profili di temperatura sono dagli esperimenti preliminari. Il tempo di misura è più lungo di quello nell'esperimento per chiarire l'effetto del calore di fusione. Negli esperimenti preliminari, il tempo di misurazione t era di 40 sec e la potenza di uscita W 0 stato 20 mW (a) e 50 mW (b).

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"> Figura 3
Figura 3: (a) Pressione, temperatura e grado di supercooling nel recipiente in funzione del tempo. Le frecce a doppia testa mostrano che il grado di super-raffreddamento è maggiore di 2 ° C. Le costanti termici sono stati misurati in questo intervallo. (B) L'MH, acqua e metano saturazione di gas del campione sono mostrati in funzione del tempo (ristampato da riferimento 9). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4: Esempio di analisi delle misurazioni delle costanti termiche '(a) Profilo di temperatura utilizzando il.metodo di misurazione TPS. Il tempo varia di analisi 1 e 2 sono 0-5 sec e 0,65-4,88 sec, rispettivamente. (B) Relazione tra la variazione di temperatura DT ave (τ) e D (τ) con DT ave (τ) = DT c (t). (C) Temperatura T d vs piazza tempo radice t. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5: (a) conducibilità termica λ in funzione del tempo, (b) specifica ρC calore p in funzione del tempo, e (c) α diffusività termica in funzione del tempo.I risultati sono stati convertiti in proprietà termiche in funzione della MH saturazione. I risultati convertiti e relativa discussione sono riportati in Ref. 9. I dati mostrano una sovrapposizione nell'intervallo t = 210-980 min. Per chiarezza, i dati tracciati rappresentano la media di tre misurazioni dal medesimo sensore all'interno di questa gamma. Questi dati sono stati modificati dal riferimento 9. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Analisi gamma, s λ, W m - 1 K - 1 ρC p, MJ m - 3 K - 1 α, mm 2 sec - 1 Totale da Char. Tempo Media Dev., ° C
analisi 1 0,00-5,00 2.12 0,938 2.26 2.11 0,01,018 mila
analisi 2 0,65-4,88 2.31 2.11 1.10 1.00 0,00,061 mila

Tabella 1:. Costanti termici per ogni intervallo di analisi Analisi 1 e 2 sono esempi di campi di inappropriati e appropriati, rispettivamente.

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Discussion

L'effetto del calore formazione di MH sulla misurazione è stato stimato. Il calore formazione di MH è stato stimato da prodotti di velocità di variazione di S h come mostrato in Figura 3b e l'entalpia di formazione H = 52,9 kJ mol -1 per MH 14. Di conseguenza, la variazione massima temperatura era 0,00,081 mila ° C sec -1. Questo era molto inferiore l'aumento di temperatura DT c del sensore TPS tra 1 ° C e 1,5 ° C durante l'intervallo di tempo di 5 sec. la stima dettagliata discussione sono descritti in Sez. 4 di riferimento 9.

Di seguito sono riportati i passaggi del protocollo critici. Il primo passo è mantenere le condizioni del campione surraffreddamento. Secondo passo sta eseguendo misurazioni costanti termiche ', mantenendo l'aumento di temperatura DT C del sensore TPS al di sotto del livello di supercooling DT sup.

Per garantire che la misurazione non è influenzata dalla deriva termica, dovrebbe essere confermata la seguente. Innanzitutto, assicurarsi che la variazione di temperatura bulk è molto inferiore l'aumento di temperatura DT c del sensore TPS. In secondo luogo, assicurarsi che la variazione di temperatura a causa del calore formazione di MH è molto inferiore l'aumento di temperatura DT c del sensore TPS.

Se un campione si scioglie, la conducibilità termica e calore specifico si divergere all'infinito con la tecnica TPS. In tali casi, cambiare la potenza di uscita dal sensore o diminuire il tempo di misura.

Questo metodo di misurazione può essere applicato alle proprietà termiche del sistema gas gas idrato-acqua-guest, che contiene idrogeno, CO 2, e idrati di ozono, perché la caratteristica basso tasso di formazione di idrati di gas non riservate MH. Il punto chiave di questo metodo è la bassa topoe di transizione di fase del materiale bersaglio. Quindi, questo metodo può essere applicato ad altri materiali con un tasso di fase di transizione basso. Questo metodo di misurazione può essere applicato anche ad tetraidrofurano (THF) idrato formata dalla soluzione THF bassa concentrazione e bromuro di ammonio tetra butil (TBAB) idrata se il tasso di formazione di questi idrati è sufficientemente bassa in condizioni di raffreddamento eccellenti. L'unico requisito è quello di garantire che la variazione di temperatura a causa del calore di formazione dell'idrato è molto inferiore l'aumento della temperatura del sensore, come detto sopra. D'altra parte, questa tecnica non può essere applicato al granite e stechiometrico THF fase di transizione soluzione idrato perché il tasso di transizione in questi sistemi è molto veloce e il calore formazione influisce significativamente le misurazioni.

Waite et al. 15 misurata la conducibilità termica dei campioni, compresi sabbia, gas metano, e MH. Kumar et al.16 misurare la diffusività termica utilizzando campioni con gli stessi componenti. Hanno formato MH direttamente nei pori sabbia utilizzando ghiaccio d'acqua in atmosfera di gas metano in pressione. Tutto il ghiaccio d'acqua è stato convertito a MH. Così, hanno misurato la conducibilità termica del campione fino alla formazione MH fermato completamente. Questo metodo ha il vantaggio che le misure delle proprietà termiche non sono interessati dalla formazione o la dissociazione termica di MH e che la composizione del campione è costante. Tuttavia, questo metodo non può dare le proprietà termiche di campioni, compresi sabbia, acqua, metano, e MH. Huang e Fan misurato la conducibilità termica di un idrato portante sabbia campione 17. Hanno formato MH nei pori di sabbia utilizzando soluzione dodecil solfato di sodio (SDS), che ha facilitato la formazione MH. Essi hanno rilevato che il gas e l'acqua probabilmente rimasti nei pori sabbia e il gas influenzato significativamente le misurazioni. Tuttavia, essi non riportano la composizione water e gas. Il nostro protocollo misura ha il vantaggio di dare la relazione tra le proprietà termiche (conduttività termica, diffusività termica e calore specifico volumetrico) e la composizione del sedimento MH-cuscinetto comprendente sabbia, acqua, metano, e MH.

Per sviluppare tecnologie di produzione di massa di idrati di gas, sono necessarie le costanti termiche della formazione degli idrati, e il metodo di misura proposto fa esattamente questo.

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Acknowledgments

Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Consorzio di Ricerca MH21 per idrato di metano risorse in Giappone e il Programma Nazionale idrato di metano sfruttamento da parte del Ministero dell'Economia, del Commercio e dell'Industria. Gli autori desiderano ringraziare T. Maekawa e S. Goto per la loro assistenza con gli esperimenti.

figure riprodotte con l'autorizzazione da (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., combustibili energetici, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Copyright (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

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