Protokoll for Måling termiske egenskaper en underkjølt syntetisk Sand-vann-gass-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

Gasshydrater er krystallinske forbindelser som utgjør buret strukturer av hydrogen-bundne vannmolekyler inneholdende gjestemolekyler i buret 1. Store mengder metanhydrater (MHS) i havbunnen og permafrostområdene er interessante fremtidige energiressurser, men kan påvirke global klimaforhold 2.

I mars 2013 Japan Oil, Gas, og Metals National Corporation gjennomført verdens første offshore produksjonstest for å trekke ut gass fra naturlige MH-bærende sedimenter i den østlige Nankai Gjennom hjelp av "trykkavlastning metoden" 3,4.

Gasshydrater kan lagre gasser slik som metan 1, hydrogen 5, CO 2 1,6, og ozon 7. Derfor er metan og hydrogen hydrater studert som potensiell energi lagring og transport medier. For å redusere CO 2 -utslippene sluppet ut i atmosfæren, CO 2 sequesnen ved hjelp av CO 2 hydrater i dype hav sedimenter har blitt studert seks. Ozon i dag brukes i vannrensing og mat sterilisering. Studier av ozon bevaring teknologi har blitt utført fordi det er kjemisk ustabile 7. Ozonkonsentrasjonen i hydrater er mye høyere enn det som i ozonisert vann eller is 7.

Å utvikle gassproduksjon fra naturlige MH-bærende sedimenter og hydrat-baserte teknologier, er det viktig å forstå de termiske egenskapene til gasshydrater. Men de termiske egenskaper data og modellstudier av gasshydrat førende sedimenter er knappe åtte.

Den "trykkavlastning metoden" kan anvendes for å dissosiere MH i sedimentet porerommet ved å redusere poretrykket under hydratet stabilitet. I denne prosessen, sediment porerom komponenter endres fra vann og fra MH til vann, MH, og gass. De termiske egenskapene 'målingav den sistnevnte betingelse er vanskelig fordi smeltevarmen MH kan påvirke målingene. For å løse dette problemet, Muraoka et al. Utførte de termiske egenskaper 'måling på underkjølte forhold under MH formasjon 9.

Med denne videoen protokollen, forklarer vi målemetode kjølt syntetisk sand-vann-gass-MH prøve.

Figur 1 viser det eksperimentelle arrangement for å måle de termiske egenskapene til den kunstige metanhydrat bærende sediment. Oppsettet er det samme som vist i referanse 9. Systemet består i hovedsak av en høytrykksbeholder, trykk og temperaturkontroll, og termiske egenskaper av målesystemet. Høytrykksbeholderen er sammensatt av sylindriske rustfritt stål med en indre diameter på 140 mm og en høyde på 140 mm; dens indre volum med dødvolumet fjernes er 2110 cm3, og dens trykkgrense er 15 MPa. den transie nt plane kilde (TPS) teknikk som brukes til å måle de termiske egenskaper 10. Ni TPS prober med individuell radiene av 2.001 mm er plassert inne i beholderen. Utformingen av de ni sondene 9 er vist i figur 2 i referanse 9. TPS prober er koblet til de termiske egenskapene 'analysator med en kabel og slått manuelt under forsøket. Detaljene i TPS sensor, koblingsskjema, og oppsettet i fartøyet er vist i figur S1, 2, og 3 av saksdokumenter i referanse 9.

Figur 1
Fig. 1: Det eksperimentelle oppsett for å måle de termiske egenskapene til den kunstige metanhydrat bærende sediment Figuren er modifisert fra referanse 9.3956fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

TPS-metoden ble anvendt for å måle de termiske egenskapene til hver prøve. Fremgangsmåten prinsippene er beskrevet i referanse 10. I denne metoden, den tidsavhengige temperaturøkning, AT ave, er

ligning 1

hvor

ligning 2

I ligning 1, W 0 er utgangseffekten fra sensoren, r er radien av sensoren sonden, er λ den termiske ledningsevnen til prøven, er α termisk diffusivitet, og t er tiden fra starten av strømforsyningen til sensorsonden. D (τ) er en dimensjonsløs tidsavhengig funksjon. τ (αt / r) 1/2. I ligning 2, m er antallet av konsentriske ringer av TPS-sonde, og jeg 0 er en modifisert Bessel-funksjon. Den termiske ledningsevne, termisk diffusivitet, og spesifikk varme av prøven blir samtidig bestemt ved inversjon analyse anvendt på temperaturøkningen som strømtilførsel til sensoren proben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Merk: Sjå alle relevante sikkerhetsdatablad som denne studien bruker høytrykks brennbar metangass og et stort høytrykksbeholder. Bruk hjelm, vernebriller og vernesko. Hvis temperaturreguleringssystemet stopper, faller trykket i beholderen øker med MH dissosiasjon. For å forebygge ulykker, anbefales det bruk av en sikkerhetsventil-system for automatisk å frigjøre metangass til atmosfæren. Sikkerhetsventilen systemet kan fungere uten strømtilførsel.

1. Utarbeidelse av Sand-vann-Metangass Prøver 9

  1. Plasser høytrykkskar på det vibrerende bord.
  2. Hell 1,5 liter rent vann i en flaske med vann og 4000 g silica sand i et sand flaske. Nøyaktig veie massene av sand og vann i sand og vannflasker, henholdsvis.
  3. Hell 1 liter rent vann i høy-trykkbeholder med et indre volum på 2110 cm 3 fra en vannflasketil vannet fyller halvparten av den indre beholderen.
  4. Slå på vibrerende bord for å vibrere hele fartøyet. Sett vibrasjonshastigheten og strømforsyningen til 50 Hz og 220 W, henholdsvis. Påfør vibrasjon frem til ferdigstillelse av trinn 1.5. Fjern det gjenværende luft i dreneringsledningen og sintret metallfilter i bunnen av beholderen ved å vibrere beholderen.
  5. Hell 3300 g silica sand fra en sand flaske inn i karet med en konstant hastighet på ca. 1 g sek -1 anvendelse av en trakt holdes nær vannflaten, mens den hele fartøyet vibreres for å sikre jevn pakking.
  6. Stoppe den vibrasjon når vannet har nådd kanten av fartøyet.
  7. Sett en ring som en midlertidig vegg på kanten av fartøyet for å hindre at vann renner ut.
  8. Vibrere fartøyet igjen ved 50 Hz og 220 W.
  9. Når sanden når kanten av fartøyet (høyde 140 mm), slå av vibrasjonen.
  10. Fjern den midlertidige veggen og overflødig porevann ved hjelp the avløpet linjen. Hell overflødig porevannet tilbake i vannet flasken.
  11. Pakk sanden ved å vibrere fartøyet en gang eller to ganger på 50 Hz og 300 W i 1 sek og legge mer sand hvis nødvendig.
  12. Vei massene av sand og vann i sand og vannflasker. Beregn sand og vannmassene i fartøyet fra masse forskjeller i sand og vann flasker. I dette eksperimentet, massene av sand og vann i karet var 3385 g og 823,6 g henholdsvis. Massen av vann i beholderen er angitt som vekt totalt.
  13. Dekk høytrykksbeholder med et lokk i rustfritt stål og stram boltene diagonalt motsatte par i rekkefølge.
  14. Flytt høytrykkskar fra den vibrerende bord til bord beregnet for forsøket.
  15. Dekk til høytrykksbeholder med varmeisolerende materiale for å regulere temperaturen.
  16. Forbinde høytrykksrørledninger og kjølevannstrømningsledningene til høytrykksbeholder. Åpne ventilene på inn- og utgang gassrørledninger. Ventiler 10 L metan ved en hastighet på 800 ml min -1 inntil ikke noe overskytende vannet slipper inn i fellen under atmosfæretrykk. Sanden utladning forhindres av et sintret metallfilter festet på bunnen av beholderen. Det gjenværende vann forblir på sanden overflate fordi den hydrofile silica sand adsorberer vannmolekyler.
  17. Vei massen av vann i fellen, w felle, for å bestemme gassvolumet i beholderen. Bestemme massen av gjenværende vann, w res, i beholderen ved hjelp av ligningen w = w res total - w felle. I dette tilfellet, w res og w felle var 360,6 g og 463,0 g henholdsvis.
  18. Bestemme prøven porøsiteten ved hjelp av formelen Ѱ = 1 - V sand / V celle, hvor V sand er volumet av than sand bestemmes av forholdet av sand masse til sand tetthet (dvs. ρ s = 2630 kg m-3), og V celle er det indre volum av beholderen. Porøsiteten Ѱ av prøven var 0,39.
  19. Steng ventilen for utgangsgassledningen. Injisere metan for å øke poretrykket av metan i beholderen til ca 12,1 MPa ved romtemperatur (dvs. 31,6 ° C).
  20. Steng ventil til inngangsgassledningen.
  21. Starte registrering av trykket og temperaturen i beholderen under forsøket ved hjelp av datalogger. Dataene samplingsintervall er 5 sek. Den totale eksperimentelle Tiden er ca 3000 min.

2. MH Syntese og termiske egenskaper 'Måling av underkjølte prøve 9

  1. Slå på kjøleren for kjøling av fartøyet fra romtemperatur til 2,0 ° C ved sirkulasjon av kjølevæske. La kjølevæsken sirkulere fra chiller to bunnen av beholderen, derfra til lokket av beholderen, og til slutt tilbake til kjøleren. Temperaturendringen satsen i skipet var omtrent 0,001 ° C sek -1.
  2. Still inn måleparametere ved hjelp av TPS analysator programvare. Sett sensortypen til sensordesign # 7577. Angi at utgangseffekt W 0 til 30 MW og måletiden til 5 sek. Legg merke til at de riktige parametrene bør endres hvis sensoren type eller prøve forholdene endrer seg. Setter parametrene for å øke temperaturen fra 1 ° C til 1,5 ° C.
  3. Beregne graden av underkjøling, AT sup, med følgende ligning:
    AT sup = T eq (P) - T. (3)
    T ekv (P) er en likevektstemperatur på MH som en funksjon av trykk P. T eq (P) beregnes ved hjelp av CSMGem programvare 1.0; P og T er trykket og temperaturen i karet målt ved hjelp av trykk- og temperaturmålere, henholdsvis.
  4. Samtidig å måle den termiske ledningsevne, termisk diffusivitet, og volumetrisk spesifikk varme ved hjelp av TPS-analysator etter AT sup er større enn 2 ° C.
  5. Slå TPS sonde koblet til termiske egenskaper analysator etter hver måling. Bytt kablene mellom TPS sonder og analysatoren manuelt under forsøket 9. Koblingsskjemaet er vist i fig S2 i referanse 9. Koplings sekvens for hver sensor er nei. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... Sekvensen er basert på avstanden mellom sensorene, som er satt så langt som mulig å hindre at restvarmen fra å påvirke målingene. Samle inn data hver 3-5 min.
  6. Gjenta målingene til & #916; T sup når 2 ° C igjen. I dette forsøket øker Δ T sup først med tiden. Etter AT sup når maksimalverdien, AT sup gradvis avtar til 0 ° C fordi trykket avtar med dannelse av MH. Sjekk om AT sup er større enn 2 ° C før de TPS målinger ved hjelp av ligning 3.
  7. Kontroller at temperaturprofilen ikke er påvirket av MH smelting. Hvis MH smelter under målingene, vil temperaturen ikke øke på grunn av smelting MH er en endoterm reaksjon. Sjekk temperaturprofilen under målingene, og er omtalt i resultatdelen.
  8. Utfør termiske egenskaper 'analyse for alle temperaturprofildata ved hjelp av TPS teknikk.

3. Beregning av metning Endring av prøve 9,11

notat:Metningsgraden for MH, vann og gass i prøven som en funksjon av tiden t beregnes ved hjelp av ligningen av tilstanden av gassen. Beregnings detaljer og ligninger som brukes er tidligere beskrevet 11.

  1. Beregn metangass volumet V gass, t ved tiden t
    ligning 4
    hvor Q er den initielle volumet av gass i beholderen, V MH, t - 1 er volumet av MH ved tiden t - 1, og R VHW er volumforholdet mellom vann og MH.
    ligning 5
    I ligning 5, n er hydrering antallet MH (~ 6), ρ MH og ρ vann tilsvarer tettheten av henholdsvis MH og vann, og w og w MH vann betegne molekylvekt på MH og vann, respectively.
  2. Beregne mengden ΔM t (mol) MH dannet fra t ​​- 1 til t
    ligning 6
    hvor R er gasskonstanten, P er trykket av metangass, og Z t (T gass, t, P gass, t) er komprimer koeffisient av metan ved tiden t. Vi ni og Sakamoto et al. 11 har brukt Benedict-Webb-Rubin (BWR) ligning, som modifisert av Lee og Kesler, for å beregne Z t 12, 13. For denne beregningen, vil formlene (3-7.1) - er (3-7.4) av BWR ligning 13 og Lee-Kesler konstanter brukt i tabellene 3 - 7 av referansen 13.
  3. Beregn volumendring Δ V MH, t ​​- 1 til t
    ligning 7
    hvor P s er referansetrykket av 101325 Pa, T s referansetemperaturen 273,15 K, Z s kompresjons koeffisienten ved P s og t s (Z s ~ 1), og V CH4 er forholdet mellom metan gassvolumet i volumenhet av MH [Nm 3 m -3]. Bruk en V CH4 verdi av 165,99 [Nm 3 m -3].
  4. Beregne volum V MH, t av MH ved tiden t
    ligning 8
  5. Beregn volum av vann V vann, t i trykkbeholderen ved tidspunktet t
    ligning 9 hvor V vann, 1 det opprinnelige volumet med vann.
  6. Gjenta beregninger ved hjelp av ligninger. 4-9 ved tidspunktet t = 2, 3, ... for å bestemme endringen i metning av vann, metan og MH 11. Den innledende tilstand er t = 1, det vil si V gass, 1 = Q. P- og T ved tiden t blir tatt fra datalogger 9. Beregningsresultatene er vist i neste avsnitt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2a viser temperaturprofilen som ikke er berørt av MH smelting. AT c er den temperaturendring som følge av termisk konstanter 'måling. Figur 2b viser temperaturprofilen som påvirkes av MH smelting. Profilen i figur 2b kan ikke bli analysert ved ligningene 1 og 2, fordi disse ligningene er utledet ved å anta stabile prøvebetingelser.

Figur 3a viser trykket, temperaturen og graden av underkjøling i beholderen som en funksjon av tid. MH nucleates etter at systemet har nådd likevekt trykk og temperatur. Dannelsen av MH er markert ved en drastisk trykkendring ved tiden t = 170 min. Tohodet piler viser at graden av underkjøling er større enn 2 ° C. De termiske konstantene ble målt innenfor dette området. t. Beregningen av metning er beskrevet i kapittel 3. metning er definert som S jeg, t = V i, t / (V celle - V sand), hvor jeg betegner MH, vann og metan gasskomponenter ved tiden t. Ved t = 170 min, MH begynte å danne og S MH økt betydelig. Mellom 170 og 2500 minutter, økt S MH 0 til 0,32, mens S vann og gass redusert S 0,43 til 0,18 og 0,56 til 0,50, respektivt. Etter 2500 minutter, MH, vann og gassmetning var nesten konstant.

Figur 4 viser et eksempel på de termiske konstanter 'målinger. De eksperimentelle betingelsene var t = 825 min, P= 7,1 MPa, T = 2,4 ° C, S h = 0,16, S = 0,53 g, og S w = 0,31. Figur 4a viser temperaturprofilen. TPS analyse programvare registrerer 200 datapunkter jevnt fordelte i tid over en forhåndsdefinert tidsintervall; således blir data valgt for analyse fra de 200 datapunkter. Tohodet piler betegne dataområdet som brukes i analysen. Tiden varierer analyser 1 og 2 er 0-5 sek og 0,65 til 4,88 sek, henholdsvis. Analyser 1 og 2 er eksempler på upassende og egnede områder, henholdsvis. Figurene 4b og 4c ble oppnådd ved bruk av TPS teknikk i hver analyseområde. Figur 4b viser temperaturendringen AT ave (τ) og D (τ) med AT ave ) = AT c (t). Forholdet mellom AT ave (&# 964,.) Og D (τ) varierer avhengig av analyseområde Figur 4c viser temperaturen T d vs kvadratroten av tiden t. Avviket av temperaturdata fra lineær tilpasning erholdes ved TPS inversjon analysen er T d. Avviket av analyse 1 ved begynnelsen av målingene er ganske stor, slik som vist i figur 4c, noe som antyder at det isolerende lag av TPS-sensor-proben påvirker målingene.

Tabell 1 viser de termiske konstanter i hver analyseområdet som nevnt ovenfor. Den totale å karakteristiske tid-forholdet er definert av den totale analysetiden (for t = 2-4 sek, er den totale tid 4 sek) dividert med karakteristisk tid τ. Legg merke til at det totale å karakteristiske tid forholdet skal være mindre enn 1 ved bruk av TPS teknikk. Dette er beskrevet i referanse T d.

For å unngå at sensorsonden påvirker målingene, dataene ved begynnelsen av hver måling er ikke å bli brukt. Den midlere avvik av T d er minimalisert, som vist i figur 4c, ved å justere analyse tidsperioden. Den totale å karakteristiske tid-forholdet justeres til enhet ved å justere analyse tidsperioden. Derfor vedtok vi de termiske konstanter verdier fra analyse 2 ikke 1.

Termisk ledningsevne, spesifikke varme og termisk diffusivitet er vist som en funksjon av tid i figurene 5a, b og c, respektivt. Til slutt oppsummerer vi resultatene for thermal egenskaper og hydrat metning. Detaljer om resultatene er gitt i kap. 4 av refference 9.

Figur 2
Figur 2:. Temperaturprofiler som en funksjon av tiden (a) ikke påvirket av MH smelting (kjølingsforhold) og (b) påvirkes av MH smelte Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Legg merke til at begge temperaturprofiler er fra de foreløpige forsøkene. Måletiden er lengre enn i forsøket for å klargjøre virkningen av varmen fra smelte. I de preliminære forsøk måletiden t var 40 sek, og utgangseffekten W 0 var 20 mW (a) og 50 mW (b).

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"> Figur 3
Figur 3: (a) Trykk, temperatur, og graden av underkjøling i beholderen som en funksjon av tid. Tohodet piler viser at graden av superkjøling er større enn 2 ° C. De termiske konstantene ble målt innenfor dette området. (B) MH, vann og metan gassmetning av prøven er vist som en funksjon av tiden (gjengitt fra referanse 9). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: Analyse eksempel på de termiske konstanter 'målinger (a) Temperatur profil ved hjelp av.TPS målemetode. Tiden varierer analyser 1 og 2 er 0-5 sek og 0,65 til 4,88 sek, henholdsvis. (B) Forholdet mellom temperaturendringen AT ave (τ) og D (τ) med AT ave (τ) = aT c (t). (C) Temperatur T d vs kvadratroten tiden t. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: (a) termisk konduktivitet λ som en funksjon av tiden, (b) spesifikk varme ρC p som en funksjon av tid, og (c) termisk diffusivitet α som en funksjon av tid.Resultatene ble omdannet til termiske egenskaper som en funksjon av MH metning. De konverterte resultater og relevant diskusjon rapporteres i Ref. 9. Dataene viser en overlapping i området t = 210-980 min. For klarhets skyld, de plottede data representerer gjennomsnitt av tre målinger fra den samme sensor innenfor dette området. Disse tallene har blitt modifisert fra referanse 9. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Analyse rekkevidde, s λ, W m - en K - 1 ρC p, MJ m - 3 K - 1 α, mm 2 sek - 1 Total å Char. Tid Mean Dev., ° C
analyse 1 0,00 til 5,00 2.12 0,938 2,26 2.11 0,01018
analyse 2 0,65 til 4,88 2,31 2.11 1.10 1.00 0,00061

Tabell 1:. Varme konstantene for hver analyseområde Analyser 1 og 2 er eksempler på upassende og egnede områder, henholdsvis.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Virkningen av dannelsen av varmen MH på målingen ble beregnet. Dannelsen av varme MH ble estimert fra produkter med endringshastigheten av S h som vist i figur 3b og entalpien av formasjons H = 52,9 kJ mol -1 for MH 14. Følgelig er den maksimale temperaturendringen var 0,00081 ° C sek -1. Dette var mye lavere enn den temperaturøkning AT c av TPS sensoren mellom 1 ° C og 1,5 ° C i løpet av tidsintervall på 5 sek. Detaljert estimering og diskusjon er beskrevet i kap. 4 av referansen 9.

Følgende er de kritiske protokoll trinn. Første trinn er å opprettholde de prøve kjølingsforhold. Andre trinn utfører termisk konstanter 'målinger ved å holde temperaturøkningen AT c av TPS sensoren under graden av underkjøling AT sup.

For å sikre at målingen ikke påvirkes av temperaturdrift, må det følgende bli bekreftet. Først må du kontrollere at mesteparten temperaturendringen er mye lavere enn temperaturøkningen AT c av TPS sensor. For det andre må det påses at temperaturendringen på grunn av dannelsen av varme MH er mye lavere enn den temperaturøkning AT c av TPS sensoren.

Hvis en prøve smelter, vil den termiske ledningsevne og spesifikk varme divergerer mot uendelig ved den TPS teknikk. I slike tilfeller vil endre utgangseffekten fra sensoren eller redusere måletiden.

Denne målemetoden kan anvendes på de termiske egenskapene til gasshydrat-vann-gjest gass system, som inneholder hydrogen, CO2, og ozon hydrater, fordi den karakteristiske lave dannelseshastigheten av gasshydrat er ikke unik for MH. Det sentrale poenget i denne metoden er den lave rottee av faseovergangen av målmaterialet. Således kan denne fremgangsmåte anvendes på andre materialer med en lav fase-overgang hastighet. Denne målemetode kan også anvendes for å tetrahydrofuran (THF) hydrat dannes fra lav konsentrasjon THF-oppløsning og tetra-butylammoniumbromid (TBAB) hydrat hvis dannelseshastigheten av disse hydratene er tilstrekkelig langsom henhold superkjølebetingelser. Det eneste kravet her er å sikre at temperaturen endres på grunn av varmen fra dannelsen av hydratet er mye lavere enn den temperaturøkning i sensoren, som nevnt ovenfor. På den annen side kan denne teknikken ikke anvendes på vann-is og støkiometrisk THF-oppløsning-hydrat faseovergangen fordi overgangen hastigheten i disse systemene er svært rask og dannelsen varmen påvirker målingene betydelig.

Waite et al. 15 målte termiske ledningsevne for prøver som består av sand, metangass, og MH. Kumar et al.16 målt termisk diffusivitet ved bruk av prøver med de samme komponentene. De dannet MH direkte i sand porene ved hjelp av vann-is i en trykksatt metangass atmosfære. Alt vannet isen ble konvertert til MH. Således måles de er varmeledningsevnen av prøven inntil MH dannelsen stoppet helt. Denne fremgangsmåten har den fordel at målingene av de termiske egenskaper ikke påvirkes av dannelsen eller dissosiasjonen heten av MH, og at prøveblandingen er konstant. Imidlertid kan denne fremgangsmåten ikke gir de termiske egenskaper av prøvene som omfatter sand, vann, metan og MH. Huang og Fan målte varmeledningsevne av et hydrat bærende sand prøven 17. De dannede MH i sand porene ved hjelp av natriumdodecylsulfat (SDS) -løsning, som lettet MH formasjonen. De bemerket at gass og vann sannsynligvis forble i sand porene og gassen betydelig påvirket målingene. Men de gjorde ikke rapportere sammensetningen av water og gass. Vår måling protokoll har fordelen av å gi forholdet mellom de termiske egenskaper (varmeledningsevne, termisk diffusivitet, og volumetrisk spesifikk varme) og sammensetning MH-bærende sediment som omfatter sand, vann, metan og MH.

Å utvikle masse Produksjonen teknologier for gasshydrat, er de termiske konstanter av hydratdannelse nødvendig, og den foreslåtte målemetode gjør nettopp det.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Denne studien ble finansielt støttet av MH21 Forskning Consortium for metanhydrat Resources i Japan og National metanhydrat Utnyttelse Program av departementet for økonomi, handel og industri. Forfatterne ønsker å takke T. Maekawa og S. Gå for deres hjelp med forsøkene.

Gjengitt tallene med tillatelse fra (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Energi Fuels, 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