Protokol til måling af de termiske egenskaber af en underafkølede Syntetisk Sand-vand-gas-metan hydrat Sample

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

Gashydrater er krystallinske forbindelser, der omfatter bur strukturer af hydrogenbundne vandmolekyler indeholder gæstemolekyler i buret en. Store mængder methanhydrater (MHS) i havbunden og permafrost regioner er interessante fremtidige energiressourcer, men kan påvirke den globale klimaforhold 2.

I marts 2013 Japan Oil, Gas, og Metals National Corporation gennemførte verdens første offshore produktion test for at udvinde gas fra naturlige MH-bærende sedimenter i den østlige Nankai Trough ved hjælp af "trykreduktion metoden" 3,4.

Gashydrater kan lagre gasser som methan 1, hydrogen 5, CO 2 1,6, og ozon 7. Derfor er metan og brint hydrater undersøgt som potentielle opbevaring energi og transport medier. For at reducere CO 2 -udledningen frigivet i atmosfæren, CO 2 sequestion ved hjælp af CO 2 hydrater i dyb-ocean sedimenter er undersøgt 6. Ozon er i øjeblikket anvendes i vandrensning og sterilisering af fødevarer. Undersøgelser af ozon konservering teknologi er blevet udført, fordi det er kemisk ustabile 7. Koncentrationen af ozon i hydrater er meget højere end den, ozoniseret vand eller is 7.

At udvikle gasproduktionen fra naturlige MH-bærende sedimenter og hydrat-baserede teknologier, er det bydende nødvendigt at forstå de termiske egenskaber af gashydrater. Men de termiske egenskaber data og modelstudier af gas hydrat bærende sedimenter er knappe 8.

Den "trykaflastning metode" kan bruges til at dissociere MH i sedimentet porevolumen ved at sænke poretrykket under hydrat stabilitet. I denne proces, de aflejringsporevand rumkomponenter skifte fra vand og fra MH til vand, MH, og gas. De termiske egenskaber 'målingDen sidstnævnte betingelse er vanskeligt, fordi smeltevarmen af ​​MH kan påvirke målingerne. For at løse dette problem, Muraoka et al. Udført de termiske egenskaber 'måling ved underafkølede forhold under MH dannelse 9.

Med denne video protokol, vi forklare målemetoden af ​​underafkølede syntetisk sand-vand-gas-MH prøve.

Figur 1 viser den eksperimentelle opsætning til måling af de termiske egenskaber af den kunstige methan hydrat-bærende sediment. Opsætningen er den samme som vist i henvisning 9. Systemet omfatter især en høj-trykbeholder, tryk og temperatur kontrol, og termiske egenskaber af målesystemet. Højtryks- beholder er sammensat af cylindriske rustfri stål med en indvendig diameter på 140 mm og en højde på 140 mm; dets indre volumen med de døde volumen fjernet er 2110 cm3, og sin grænse tryk er 15 MPa. Den transie nt fladekilde (TPS) teknikken anvendes til at måle de termiske egenskaber 10. Ni TPS prober med individuel radier af 2.001 mm anbringes inden i beholderen. Layoutet af de ni prober 9 er vist i figur 2 i henvisningen 9. TPS sonder er forbundet til de termiske egenskaber «analysator med et kabel og skiftes manuelt under eksperimentet. Detaljerne i TPS sensor, tilslutning diagram, og opsætning i beholderen er vist i figur S1, 2, og 3 i den understøttende oplysninger i henvisning 9.

figur 1
Figur 1:. Forsøgsopstillingen til måling af termiske egenskaber af den kunstige methan hydrat-bærende sediment Figuren er modificeret fra henvisning 9.3956fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

TPS metode blev anvendt til måling de termiske egenskaber af hver prøve. Principper Metoden er beskrevet i reference 10. I denne fremgangsmåde den tidsafhængige temperaturstigning, AT ave, er

ligning 1

hvor

ligning 2

I ligning 1, W 0 er udgangseffekten fra sensoren, r er radius af sensorsonden, λ er den termiske ledningsevne af prøven, α er den termiske diffusivitet, og t er tiden fra starten af strømforsyningen til sensorsonden. D (τ) er en dimensionsløs tidsafhængig funktion. τ (αt / r) 1/2. I ligning 2, m er antallet af koncentriske ringe af TPS probe og I 0 er en modificeret Bessel-funktion. Den termiske ledningsevne, termisk diffusivitet og specifikke varme af prøven bestemmes simultant ved inversion analyse anvendes på temperaturstigningen som leveres strøm til sensorsonden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bemærk: Kontakt venligst alle relevante materiale sikkerhedsdatablade som denne undersøgelse bruger højtryks-brændbar metangas og en stor high-trykbeholder. Brug en hjelm, sikkerhedsbriller, sikkerhedssko. Hvis temperaturen styresystemet standser, vil trykket i beholderen stiger med MH dissociation. For at forhindre ulykker, er anvendelsen af ​​en sikkerhedsventil systemet anbefales kraftigt til automatisk frigive metangas til atmosfæren. Sikkerhedsventilen systemet kan fungere uden elektrisk strømforsyning.

1. Forberedelse af Sand-vand-metangas Prøver 9

  1. Placer højtryksbeholderen på vibrationsbordet.
  2. Hæld 1,5 I rent vand i en vandflaske og 4000 g silica sand i en sand flaske. Afvejes nøjagtigt masser af sand og vand i sandet og vandflasker, hhv.
  3. Hæld 1 liter rent vand i high-trykbeholder med et indvendigt volumen på 2.110 cm3 fra en vandflaskeindtil vandet fylder halvdelen den indre beholder.
  4. Tænd vibrationsbordet at vibrere hele fartøjet. Indstil vibrationer sats og strømforsyningen til 50 Hz og 220 W, hhv. Påfør vibration indtil afslutningen af ​​trin 1.5. Fjern den resterende luft i drænledningen og sintret metallisk filter i bunden af ​​beholderen ved at vibrere beholderen.
  5. Hæld 3.300 g silica sand fra en sand flaske ind i beholderen med en konstant hastighed på ca. 1 g sek-1 ved anvendelse af en tragt holdt nær vandoverfladen mens hele fartøjet vibreres for at sikre ensartet pakning.
  6. Stop vibrationer, når vandet når kanten af ​​beholderen.
  7. Placer en ring som en midlertidig væg på kanten af ​​beholderen for at forhindre vand i at spilde.
  8. Vibrere beholderen igen ved 50 Hz og 220 W.
  9. Når sandet når kanten af ​​beholderen (højde 140 mm), slukke for vibration.
  10. Fjern den midlertidige væg og overskydende porevand hjælp the drænledning. Hæld overskydende porevand tilbage i vandet flasken.
  11. Pak sandet ved at vibrere karret en eller to gange ved 50 Hz og 300 W i 1 sekund og tilføje mere sand, hvis nødvendigt.
  12. Afvejes masser af sand og vand i sandet og vandflasker. Beregn sand og vandmasser i beholderen fra massen forskelle i sand og vand flasker. I dette forsøg masserne af sand og vand i beholderen var 3.385 g og 823,6 g. Massen af vand i beholderen benævnes w total.
  13. Dæk højtryks-fartøj med en rustfri låg stål og spænd boltene på diagonalt modsatte par i rækkefølge.
  14. Flyt højtryksbeholderen fra vibrationsbordet til tabellen bestemt til eksperimentet.
  15. Dæk højtryksbeholderen med varmeisolator til styring af temperaturen.
  16. Tilslut højtryksrørledninger og kølevand flow linjer til den høje trykbeholder. Åbn ventilerne på de input og output gasledninger. Udluft 10 L metan med en hastighed på 800 ml min -1 indtil der ikke overskydende vand udledninger i fælden under atmosfærisk tryk. Sandet udledning forhindres af et sintret metallisk filter fastgjort på bunden af ​​beholderen. Det resterende vand forbliver på sand overflade, fordi den hydrofile kvartssand adsorberer vandmolekylerne.
  17. Afvej massen af vand i fælden, w fælde, at bestemme volumenet gas i beholderen. Bestem massen af resterende vand, w res, i beholderen ved hjælp af ligningen w res = w alt - w fælde. I dette tilfælde, w res og w fælde var 360,6 g og 463,0 g.
  18. Bestem prøven porøsitet ved hjælp af formlen Ѱ = 1 - V sand / V celle, hvor V sand er rumfanget af than sand bestemt ved forholdet mellem sand masse til sand densitet (dvs. ρ s = 2630 kg m-3), og V celle er det indre volumen af beholderen. Porøsiteten Ѱ af prøven var 0,39.
  19. Luk ventilen af ​​output gasledningen. Injicere methan at øge poretrykket af methan i beholderen til ca. 12,1 MPa ved stuetemperatur (dvs. 31,6 ° C).
  20. Luk ventilen af ​​input gasledningen.
  21. Start optagelse trykket og temperaturen i beholderen under eksperimentet under anvendelse dataloggeren. De data prøvetagningsinterval er 5 sek. Den samlede eksperimentelle tid er cirka 3.000 min.

2. MH Syntese og termiske egenskaber 'Måling af underafkølet prøve 9

  1. Tænd køleren til afkøling af fartøjet fra stuetemperatur til 2,0 ° C ved at cirkulere kølemidlet. Lad kølemidlet cirkulerer fra køleren to bunden af ​​beholderen, derfra til låget af beholderen, og endelig tilbage til køleren. Temperaturen ændre kurs i beholderen var ca. 0,001 ° C sek -1.
  2. Indstil parametrene ved hjælp af de TPS analysator software. Sæt sensortype til sensor design # 7577. Indstil udgangseffekt W 0 til 30 mW og måletiden til 5 sek. Bemærk, at de relevante parametre skal ændres, hvis sensoren type eller prøve ændrede betingelser. Indstille parametrene til at hæve temperaturen fra 1 ° C til 1,5 ° C.
  3. Beregn graden af underafkøling, AT sup, med følgende ligning:
    AT sup = T eq (P) - T. (3)
    Teq (P) er ligevægtstemperaturen af MH som funktion af tryk P. T eq (P) beregnes ved hjælp af den CSMGem softwaren 1.0; P og T er trykket og temperaturen i beholderen måles ved anvendelse af tryk og temperaturmålere, hhv.
  4. Samtidig måle den termiske ledningsevne, termisk diffusivitet og volumetrisk varmefylde ved hjælp af TPS analysatoren efter AT sup er større end 2 ° C.
  5. Skift TPS sonde tilsluttet den termiske egenskaber analysator efter hver måling. Switch kablerne mellem TPS prober og analysatoren manuelt under eksperimentet 9. Tilslutningsdiagrammet er vist i figur S2 i henvisning 9. Omskiftningen sekvens for hver sensor er nej. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... Sekvensen er baseret på afstanden mellem sensorerne, som er sat i videst muligt omfang at forhindre restvarmen i at påvirke målingerne. Indsaml data hver 3-5 min.
  6. Gentage de målinger, indtil & #916; T sup når 2 ° C igen. I dette eksperiment Δ T sup indledningsvis vil stige med tiden. Efter AT sup når maksimalværdien, AT sup aftager gradvist til 0 ° C, fordi trykket aftager med dannelsen af MH. Kontrollere, om AT sup er større end 2 ° C inden TPS målinger under anvendelse af ligning 3.
  7. Sørg for, at temperaturen profilen ikke påvirkes af MH smeltning. Hvis MH smelter under målingerne, vil temperaturen ikke stige, fordi smeltning af MH er en endoterm reaktion. Tjek temperaturen profil under målingerne, og diskuteres i resultatafsnittet.
  8. Udfør de termiske egenskaber analyse for alle temperatur profil data ved hjælp af TPS teknik.

3. Beregning af Mætning Ændring af prøven 9,11

Note:Graden af mætning for MH, vand og gas i prøven som en funktion af tiden t beregnes ved hjælp af ligningen af tilstand af gassen. Beregningsresultaterne detaljer og ligninger anvendte tidligere beskrevet 11.

  1. Beregn metangas volumenet V gas, t på tidspunktet t
    ligning 4
    hvor Q er den oprindelige mængde af gas i beholderen, V MH, t - 1 er rumfanget af MH på tidspunkt t - 1, og R VHW er volumenforholdet mellem vand og MH.
    ligning 5
    I ligning 5, n er hydrering antal MH (~ 6), ρ MH og ρ vand svarer til densiteten af MH og vand, henholdsvis og w MH og vægt vand betegner molekylvægten af MH og vand, respectively.
  2. Beregne mængden AM t (mol) MH dannet af t - 1 til t
    ligning 6
    hvor R er gaskonstanten, P er trykket af metangas, og Z t (T gas, t, P gas, t) er kompression koefficienten af methan på tidspunkt t. Vi 9 og Sakamoto et al. 11 har brugt Benedict-Webb-Rubin (BWR) ligning, som modificeret af Lee og Kesler, til beregning af Z t 12, 13. Til denne beregning, formlerne (3-7.1) - er (3-7.4) af BWR ligning 13 og Lee-Kesler konstanter anvendes i tabel 3 - 7 reference 13.
  3. Beregn volumen ændring Δ V MH, t ​​- 1 til t
    ligning 7
    hvor P s er referencetrykket af 101325 Pa, Ts er en referencetemperatur på 273,15 K, Z s er kompression koefficient på P s og Ts (Z s ~ 1), og V CH4 er forholdet mellem metangas volumen i den enhed volumen af MH [Nm 3 m -3]. Brug en V CH4 værdi på 165,99 [Nm 3 m -3].
  4. Beregn volumenet V MH, t MH på tidspunktet t
    ligning 8
  5. Beregn vandmængde V vand, t i trykbeholderen på tidspunktet t
    ligning 9 hvor V vand, 1 er det oprindelige volumen af vand.
  6. Gentag beregninger ved hjælp ligninger. 4-9 på tidspunktet t = 2, 3, ... for at bestemme ændringen i mætning af vand, methan og MH 11. Den første betingelse er t = 1, dvs. V gas, 1 = Q. P og T på tidspunktet t er taget fra datalogs 9. Beregningsresultaterne er vist i det følgende afsnit.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2a viser temperaturprofilen, der ikke påvirkes af MH smeltning. AT c er temperaturændringen grundet termiske konstanter 'måling. Figur 2B viser temperaturprofilen, der påvirkes af MH smeltning. Profilen i figur 2b kan ikke analyseres gennem ligning 1 og 2, fordi disse ligninger er afledt ved at antage stabile prøvebetingelser.

Figur 3a viser tryk, temperatur, og graden af underafkøling i beholderen som funktion af tiden. MH nukleerer efter at systemet har nået tryk og temperatur ligevægt. Dannelsen af MH er præget af en drastisk ændring tryk på tidspunktet t = 170 min. De dobbelt-ledes pile viser, at graden af ​​underafkøling er større end 2 ° C. De termiske konstanter blev målt inden for dette område. t. Beregningen af mætning er beskrevet i afsnit 3. mætning er defineret som S i, t = V i, t / (V celle - V sand), hvor i betegner MH, vand og metan gas komponenter på tidspunkt t. Ved t = 170 min, begyndte MH at danne og S MH steget markant. Mellem 170 og 2500 min, S MH steget 0-0,32, mens S vand og S gas faldt fra 0,43 til 0,18 og 0,56 til 0,50 hhv. Efter 2.500 min, MH, vand, og gas mætning var næsten konstant.

Figur 4 viser et eksempel på de termiske konstanter 'målinger. De eksperimentelle betingelser var t = 825 min, P= 7,1 MPa, T = 2,4 ° C, S h = 0,16, S g = 0,53, og S w = 0,31. 4a viser temperaturprofilen. TPS analyse software registrerer 200 datapunkter er jævnt fordelt i tid over en foruddefineret tidsinterval; således, udvælges data til analyse fra de 200 datapunkter. De dobbelt-ledes pile betegne dataområdet anvendes i analysen. Tiden svinger analyser 1 og 2 er 0-5 sek og 0,65 til 4,88 sek hhv. Analyser 1 og 2 er eksempler på uhensigtsmæssige og passende intervaller, henholdsvis. Figur 4b og 4c blev opnået ved anvendelse af TPS teknik hver analyse interval. Figur 4b viser temperaturændringen AT ave (τ) og D (τ) med AT ave ) = AT c (t). Forholdet mellem AT ave (&# 964;.) Og D (τ) varierer afhængig af analysen intervallet Figur 4c viser temperaturen T d vs kvadratroden af tiden t. Afvigelsen af temperaturdata fra den lineære fit opnås ved TPS inversion analysen er T d. Afvigelsen af analyse 1 ved begyndelsen af målingerne er relativ stor, som vist i figur 4c, hvilket antyder, at det isolerende lag af TPS sensorsonde påvirker målingerne.

Tabel 1 angiver de termiske konstanter i hver analyse interval som nævnt ovenfor. Det samlede til karakteristiske tid ratio defineres af den samlede analyse (for t = 2-4 sek, den samlede tid er 4 sek) divideret med karakteristisk tid τ. Bemærk, at det samlede til karakteristiske tid forholdet skal være mindre end 1, når du bruger TPS teknik. Dette er beskrevet i reference Td.

For at undgå sensorsonden påvirker målinger, data ved begyndelsen af ​​hver måling ikke skal anvendes. Den gennemsnitlige afvigelse af T d minimeres, som vist i figur 4c, ved at justere analysen tidsinterval. Det samlede til karakteristiske tid-forhold justeres til enhed ved at justere analysen tidsinterval. Vedtog vi derfor de termiske konstanter værdier fra analyse 2 ikke en.

Varmeledningsevne, specifik varme, og termisk diffusivitet er vist som en funktion af tid i figur 5a, b og c, henholdsvis. Endelig vil vi opsummere resultaterne for tHermal egenskaber og hydrat mætning. Nærmere oplysninger om resultaterne er angivet i Sec. 4 af refference 9.

Figur 2
Figur 2:. Temperatur profiler som funktion af tiden (a) påvirkes ikke af MH smeltning (underafkøling betingelser) og (b) påvirket af MH smeltning Klik her for at se en større version af dette tal.

Bemærk, at begge temperaturprofiler er fra de indledende forsøg. Målingen er længere end den i forsøget for at klarlægge virkningen af ​​smeltevarme. I de indledende eksperimenter, måletiden t var 40 sek og udgangseffekten W 0 blev 20 mW (a) og 50 mW (b).

<p class = "jove_content" fo: holde-together.within-side = "1"> Figur 3
Figur 3: (a) tryk, temperatur, og graden af underafkøling i beholderen som funktion af tiden. De dobbelt-ledes pile viser, at graden af ​​underafkøling er større end 2 ° C. De termiske konstanter blev målt inden for dette område. (B) MH, vand, og metangas mætning af prøven er vist som funktion af tiden (genoptrykt fra henvisning 9). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: Analyse eksempel på de termiske konstanter 'målinger (a) Temperatur profil ved hjælp af.TPS målemetode. Tiden svinger analyser 1 og 2 er 0-5 sek og 0,65 til 4,88 sek hhv. (B) Forholdet mellem temperaturændringen AT ave (τ) og D (τ) med AT ave (τ) = AT c (t). (C) Temperatur T d vs kvadratroden tid t. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5: (a) Varmeledningsevne λ som funktion af tid, (b) specifik varmekapacitet ρC p som funktion af tiden, og (c) termisk diffusivitet α som funktion af tiden.Resultaterne blev konverteret til termiske egenskaber som funktion af MH mætning. De konverterede resultater og relevant diskussion er rapporteret i ref. 9. Dataene viser et overlap i intervallet t = 210-980 min. For klarhedens skyld de plottede data repræsenterer gennemsnittet af tre målinger fra den samme sensor inden for dette område. Disse tal er blevet ændret fra henvisning 9. Klik her for at se en større version af dette tal.

Analyse interval, s λ, W m - 1 K - 1 ρC p, MJ m - 3 K - 1 α, mm 2 sek - 1 Total til Char. Tid Mean Dev., ° C
Analyse 1 0,00-5,00 2.12 0,938 2.26 2.11 0,01018
Analyse 2 0,65-4,88 2,31 2.11 1.10 1.00 0,00061

Tabel 1:. Termiske konstanter for hver analyse rækkevidde Analyser 1 og 2 er eksempler på uhensigtsmæssige og hensigtsmæssige intervaller, hhv.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Virkningen af ​​dannelsen varmen i MH på måling blev estimeret. Dannelsen varme MH blev estimeret på basis af varer ændring på S h som vist i figur 3b og dannelses-enthalpi H = 52,9 kJ mol -1 for MH 14. Følgelig er den maksimale ændring temperaturen var 0,00081 ° C sek-1. Dette var meget lavere end temperaturstigningen AT ci TPS sensoren mellem 1 ° C og 1,5 ° C under tidsinterval på 5 sek. Detaljeret estimering og diskussion er beskrevet i Sec. 4 af henvisning 9.

Følgende er de kritiske protokol. Første skridt er at opretholde prøve underafkøling betingelser. Andet trin udfører termiske konstanter 'målinger ved at holde temperaturstigningen AT ci TPS føler under graden af underafkøling AT sup.

At sikre, at målingen ikke påvirkes af temperaturen afdrift, skal følgende bekræftes. Først, at hovedparten temperatur ændring er meget lavere end temperaturstigningen AT c af TPS sensoren. For det andet, at temperaturændringen på grund af dannelsen af varme MH er meget lavere end temperaturstigningen AT ci TPS sensoren.

Hvis en prøve smelter, vil den termiske ledningsevne og varmefylde divergerer mod uendelig ved TPS teknikken. I sådanne tilfælde ændre udgangseffekten fra sensoren eller formindske måletiden.

Denne målemetode kan anvendes til de termiske egenskaber af gassen hydrat-vand-gæst gassystemet, som indeholder hydrogen, CO2, og ozon hydrater, fordi den karakteristiske dannede mængde gas hydrat lav er ikke enestående for MH. Det centrale punkt i denne fremgangsmåde er den lave rottee af faseovergangen for målmaterialet. Derfor kan denne metode anvendes til andre materialer med en lav fase-overgang sats. Denne målemetode kan også anvendes til tetrahydrofuran (THF) hydrat dannet af lav koncentration THF-opløsning og tetra butylammoniumbromid (TBAB) hydrat hvis dannelseshastigheden af ​​disse hydrater er tilstrækkelig langsom under super afkølingsbetingelser. Det eneste krav er at sikre, at temperaturændringen på grund af varmen i dannelsen af ​​hydratet er meget lavere end temperaturen stigning i sensoren, som nævnt ovenfor. På den anden side kan denne teknik ikke anvendes til vandis og støkiometrisk THF-opløsning-hydrat faseovergangen fordi overgangen sats i disse systemer er meget hurtig og dannelsen varmen påvirker målingerne væsentligt.

Waite et al. 15 målt den termiske ledningsevne af prøver omfattende sand, methangas, og MH. Kumar et al.16 målte den termiske diffusivitet hjælp prøver med de samme komponenter. De dannede MH direkte i sand porer ved hjælp vandis i en tryksat metangas atmosfære. Alt vandet is blev omdannet til MH. Således er de målte termiske ledningsevne af prøven indtil MH dannelse stoppet helt. Denne metode har den fordel, at målingerne af de termiske egenskaber ikke påvirkes af oprettelsen eller dissociation varme MH og at prøven sammensætningen er konstant. Dog kan denne metode ikke give termiske egenskaber prøver omfattende sand, vand, methan og MH. Huang og Fan målte den termiske ledningsevne af et hydrat-bærende sand prøve 17. De dannede MH i sandet porerne ved hjælp natriumdodecylsulfat (SDS) opløsning, der har lettet MH formation. De bemærkede, at gas og vand sandsynligvis forblev i sandet porerne og gassen væsentligt påvirket målingerne. Men, de ikke indberette sammensætningen af ​​watER og gas. Vores måleprotokollen har den fordel, at give forholdet mellem de termiske egenskaber (varmeledningsevne, termisk diffusivitet, og volumetrisk specifik varme) og sammensætning af MH-bærende sediment omfatter sand, vand, metan, og MH.

At udvikle masse-produktionsteknologier gas hydrat, er der behov for de termiske konstanter af hydrat dannelse, og de foreslåede målemetoder gør netop dette.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev støttet af MH21 Forskningskonsortium for Metan hydrat Resources i Japan og National Metan Hydrate udnyttelse Program af ministeriet for økonomi, handel og industri. Forfatterne vil gerne takke T. Maekawa og S. Goto for deres hjælp med forsøgene.

Genoptrykt tal med tilladelse fra (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Energi Brændstof, 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

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