بروتوكول لقياس الخصائص الحرارية من فائق التبريد الاصطناعية الرمال والغاز والمياه، هيدرات الميثان عينة

We present a protocol for measuring the thermal properties of synthetic hydrate-bearing sediment samples comprising sand, water, methane, and methane hydrate.

Methane hydrates (MHs) are present in large amounts in the ocean floor and permafrost regions. Methane and hydrogen hydrates are being studied as future energy resources and energy storage media. To develop a method for gas production from natural MH-bearing sediments and hydrate-based technologies, it is imperative to understand the thermal properties of gas hydrates.

The thermal properties' measurements of samples comprising sand, water, methane, and MH are difficult because the melting heat of MH may affect the measurements. To solve this problem, we performed thermal properties' measurements at supercooled conditions during MH formation. The measurement protocol, calculation method of the saturation change, and tips for thermal constants' analysis of the sample using transient plane source techniques are described here.

The effect of the formation heat of MH on measurement is very small because the gas hydrate formation rate is very slow. This measurement method can be applied to the thermal properties of the gas hydrate-water-guest gas system, which contains hydrogen, CO₂, and ozone hydrates, because the characteristic low formation rate of gas hydrate is not unique to MH. The key point of this method is the low rate of phase transition of the target material. Hence, this method may be applied to other materials having low phase-transition rates.

هيدرات الغاز هي مركبات البلورية التي تشكل هياكل قفص من جزيئات الماء المستعبدين الهيدروجين التي تحتوي على جزيئات ضيف في قفص ^1. كميات كبيرة من هيدرات الميثان (MHS) في مناطق قاع المحيط والأرض دائمة التجمد هي موارد الطاقة مثيرة للاهتمام في المستقبل ولكن قد تؤثر الظروف المناخية العالمية ^2.

في مارس 2013، أجرى النفط اليابان والغاز والمعادن المؤسسة الوطنية أول اختبار انتاج النفط في العالم لاستخراج الغاز من الرواسب MH-تحمل الطبيعية في شرق نانكاى منخفض باستخدام "طريقة تخفيض الضغط" ^3،4.

يمكن هيدرات الغاز تخزين الغازات مثل غاز الميثان ^1، هيدروجين ^5، CO ₂ ^1،6، والأوزون ^7. وبالتالي، يتم دراسة الميثان والهيدروجين هيدرات للتخزين الطاقة الكامنة وسائل الاعلام وسائل النقل. للحد من انبعاثات غاز CO ₂ التي تطلق في الجو، CO ₂ sequesوقد تم دراسة tration باستخدام ثاني أكسيد الكربون ₂ هيدرات في رواسب أعماق المحيطات ^6. يستخدم الأوزون حاليا في تنقية المياه وتعقيم المواد الغذائية. وقد أجريت دراسات لتكنولوجيا الحفاظ الأوزون لأنها كيميائيا غير مستقر ^7. تركيز الأوزون في هيدرات هو أعلى من ذلك بكثير في الماء ozonized أو الجليد ^7.

لتطوير إنتاج الغاز من الرواسب MH-تحمل الطبيعية والتكنولوجيات القائمة على هيدرات، لا بد من فهم الخصائص الحرارية من هيدرات الغاز. ومع ذلك، فإن بيانات الخصائص الحرارية والدراسات نموذج من الرواسب الحاملة للهيدرات الغاز شحيحة ^8.

"طريقة تخفيض الضغط" يمكن أن تستخدم لفصل MH في الفضاء المسام الرواسب من خلال خفض ضغط المسام دون استقرار هيدرات. في هذه العملية، تغيير مكونات الفضاء الرواسب المسام من المياه ومن MH على المياه، MH، والغاز. قياس الخصائص الحرارية "من الشرط الأخير هو صعب لأن حرارة انصهار MH قد تؤثر على القياسات. لحل هذه المشكلة، موراؤكا آخرون بعمل قياس الخواص الحرارية "في الظروف فائق التبريد خلال تشكيل MH ^9.

مع هذا البروتوكول الفيديو، ونحن شرح طريقة قياس فائق التبريد الاصطناعية عينة الرمال والغاز والمياه-MH.

ويبين الشكل (1) والإعداد التجريبية لقياس الخصائص الحرارية للغاز الميثان الاصطناعي الهيدرات تحمل الرواسب. الإعداد هو نفسه كما هو مبين في اشارة ^9. ويتألف النظام أساسا سفينة ذات الضغط العالي والضغط والتحكم في درجة الحرارة، والخصائص الحرارية لنظام القياس. وتتكون السفينة الضغط العالي من الفولاذ المقاوم للصدأ أسطواني بقطر داخلي من 140 ملم وارتفاعها 140 ملم. حجم الداخلية مع حجم القتلى إزالتها هو 2110 سم ^3، والحد من ضغوطها هو 15 ميجا باسكال. وtransie مصدر الطائرة الإقليم الشمالي يستخدم (TPS) تقنية لقياس الخواص الحرارية ^10. وضعت تسعة تحقيقات TPS مع نصف قطر الفردية من 2.001 ملم داخل السفينة. يظهر تخطيط وتسعة تحقيقات ⁹ في الشكل 2 في إشارة ^9. وترتبط تحقيقات TPS إلى محلل الخواص الحرارية 'مع كابل وتحول يدويا أثناء التجربة. وترد تفاصيل استشعار TPS، اتصال الرسم التخطيطي، والإعداد في السفينة في أرقام S1، 2، و 3 من المعلومات الداعمة في اشارة ^9.

الشكل 1: الإعداد التجريبية لقياس الخصائص الحرارية للالاصطناعي الرواسب هيدرات الميثان الحاملة يتم تعديل هذا الرقم من الإشارة ^9.3956fig1large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تم استخدام أسلوب TPS لقياس الخصائص الحرارية من كل عينة. ووصف مبادئ الأسلوب في اشارة ^10. في هذه الطريقة، وارتفاع درجة الحرارة تعتمد على الوقت، ΔT _افي، هو

أين

في المعادلة 1، W ₀ هو انتاج الطاقة من أجهزة الاستشعار، ص هي دائرة نصف قطرها من التحقيق الاستشعار، λ هو التوصيل الحراري للعينة، α هو انتشار حراري، و t هو الزمن من بداية امدادات الطاقة لجنة التحقيق الاستشعار. D (τ) هو الوقت أبعاد وظيفة تعتمد. τ تعطى من قبل (αt / ص) ^1/2. في المعادلة 2، م هو عدد حلقات متحدة المركز لجنة التحقيق TPS وأنا ₀ هي وظيفة بسل المعدلة. يتم تحديد الموصلية الحرارية، وانتشار حراري، والحرارة النوعية للعينة في وقت واحد عن طريق تحليل انعكاس تطبيقها على ارتفاع درجة الحرارة كما يتم توفير القدرة على التحقيق الاستشعار.

ملاحظة: يرجى الرجوع إلى جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة، وتستخدم هذه الدراسة ارتفاع ضغط قابلة للاشتعال غاز الميثان وكبيرة سفينة الضغط العالي. ارتداء خوذة، ونظارات السلامة، وأحذية السلامة. إذا توقف نظام التحكم في درجة الحرارة، والضغط داخل وعاء يزيد مع MH التفكك. لمنع وقوع الحوادث، ينصح باستخدام نظام صمام الأمان بقوة للافراج تلقائيا غاز الميثان في الغلاف الجوي. النظام صمام أمان يمكن أن تعمل من دون مصدر الطاقة الكهربائية.

1. إعداد عينات الغاز الرمال المياه الميثان ⁹

1. وضع وعاء الضغط العالي على طاولة تهتز.
2. صب 1.5 لتر من الماء النقي في زجاجة المياه و 4،000 غرام رمل السيليكا في زجاجة الرمل. بدقة تزن الجماهير من الرمل والماء في زجاجات الرمل والماء، على التوالي.
3. صب 1 لتر من الماء النقي في وعاء الضغط العالي مع حجم الداخلي من 2110 سم ³ من زجاجة المياهحتى الماء يملأ نصف وعاء الداخلية.
4. بدوره على طاولة تهتز ليهتز السفينة بأكملها. تعيين معدل الاهتزاز وإمدادات الطاقة إلى 50 هرتز و 220 W، على التوالي. تطبيق الاهتزاز حتى الانتهاء من الخطوة 1.5. إزالة الهواء المتبقي في خط هجرة وفلتر معدني متكلس في الجزء السفلي من السفينة التي تهتز السفينة.
5. صب 3300 ز رمل السيليكا من زجاجة الرمل في الوعاء بمعدل ثابت من حوالي 1 غرام ثانية ^-1 باستخدام القمع الذي عقد بالقرب من سطح الماء بينما صدي السفينة بأكملها لضمان التعبئة موحدة.
6. وقف الاهتزاز عندما يصل الماء إلى حافة السفينة.
7. وضع خاتم وجدار مؤقت على حافة السفينة لمنع المياه من إراقة.
8. يهتز السفينة مرة أخرى في 50 هرتز و 220 W.
9. عندما يصل الرمال حافة السفينة (الارتفاع 140 ملم)، وإيقاف الاهتزاز.
10. إزالة جدار مؤقت والمياه المسام الزائد باستخدام الخط هجرة ه. صب الزائدة في مياه المسام في زجاجة المياه.
11. حزمة الرمال تهتز السفينة مرة أو مرتين في 50 هرتز و 300 W ل1 ثانية، وإضافة المزيد من الرمال إذا لزم الأمر.
12. الموازنة بين الجماهير من الرمل والماء في زجاجات الرمل والماء. حساب الرمل والماء الجماهير في السفينة من الخلافات الجماعية في زجاجات الرمل والماء. في هذه التجربة، كانت الجماهير من الرمل والماء في وعاء 3385 ز و823.6 غرام على التوالي. يرمز كتلة من الماء في وعاء كما ث _{المجموع.}
13. تغطية وعاء الضغط العالي مع غطاء الفولاذ المقاوم للصدأ وتشديد المسامير من أزواج المعاكس قطريا في التسلسل.
14. يحرك السفينة الضغط العالي من الجدول تهتز إلى طاولة مخصصة للتجربة.
15. تغطية وعاء الضغط العالي مع عازل للحرارة للتحكم في درجة الحرارة.
16. توصيل أنابيب الضغط العالي وتبريد خطوط تدفق المياه إلى وعاء الضغط العالي.
17. فتح صمامات الإدخال والإخراج الغاز خطوط الأنابيب. تهوية 10 لتر غاز الميثان بمعدل 800 مل دقيقة ^-1 حتى لا تصريف المياه الزائدة في فخ تحت الضغط الجوي. يتم منع تصريف الرمال مرشح المعدنية الملبدة ثابتة على الجزء السفلي من السفينة. يبقى الماء المتبقي على سطح الرمال لأن رمل السيليكا ماء يمتص جزيئات الماء.
18. تزن كتلة الماء في فخ، _فخ ث، لتحديد حجم الغاز في السفينة. تحديد كتلة من المياه المتبقية، _قرار ث، في وعاء باستخدام المعادلة ث _الدقة = ث _مجموعه - ث _الفخ. في هذه الحالة، كانت _الدقة ث _وفخ ث 360.6 ز و463.0 غرام على التوالي.
19. تحديد المسامية عينة باستخدام الصيغة Ѱ = 1 - _خلية V _الرمال / V، حيث V _الرمل هو حجم رانه الرمال التي تحددها نسبة كتلة الرمل لكثافة الرمال (أي ρ _ق = 2630 كيلو متر ^-3)، _وخلية V هو حجم الداخلي للسفينة. كان Ѱ المسامية من العينة 0.39.
20. إغلاق صمام خط الغاز الناتج. حقن غاز الميثان لزيادة الضغط المسام من غاز الميثان في السفينة إلى ما يقرب من 12.1 ميغاباسكال في درجة حرارة الغرفة (أي 31.6 درجة مئوية).
21. إغلاق صمام خط الغاز الإدخال.
22. بدء تسجيل الضغط ودرجة الحرارة في السفينة خلال التجربة باستخدام مسجل بيانات. الفاصل الزمني أخذ العينات البيانات 5 ثانية. الوقت الإجمالي التجريبية ما يقرب من 3000 دقيقة.

2. MH تحضير وقياس الخواص الحرارية "من عينة فائق التبريد ⁹

1. تشغيل المبرد لتبريد سفينة من درجة حرارة الغرفة إلى 2.0 درجة مئوية خلال تعميم المبرد. السماح للتعميم المبرد من طن تبريدس الجزء السفلي من السفينة، ومن هناك إلى غطاء السفينة، وأخيرا العودة إلى المبرد. وكان معدل التغير في درجة الحرارة في السفينة حوالي 0.001 درجة مئوية ثانية ^-1.
2. تعيين المعلمات قياس باستخدام برنامج محلل TPS. تعيين نوع جهاز استشعار لاستشعار تصميم # 7577. تعيين انتاج الطاقة W _0-30 ميغاواط والوقت القياس إلى 5 ثانية. لاحظ أن المعلمات المناسبة يجب أن تتغير إذا كان نوع استشعار أو شروط عينة تتغير. تعيين المعلمات إلى زيادة درجة الحرارة من 1 درجة مئوية إلى 1.5 درجة مئوية.
3. حساب درجة من البرودة الفائقة، ΔT _سوب، مع المعادلة التالية:
   ΔT _سوب = T _مكافئ (P) - T. (3)
   تي _مكافئ (P) هي درجة الحرارة توازن MH بوصفها وظيفة من الضغط P. يتم احتساب تي _مكافئ (P) باستخدام برنامج CSMGem ^1.0؛ P و T هي الضغط ودرجة الحرارة في السفينة تقاس باستخدام الضغط ودرجة الحرارة أجهزة القياس، على التوالي.
4. في وقت واحد قياس الموصلية الحرارية، وانتشار حراري، والحرارة النوعية الحجمية باستخدام محلل TPS بعد ΔT _سوب أكبر من 2 درجة مئوية.
5. التبديل التحقيق TPS متصلا محلل الخصائص الحرارية بعد كل قياس. تبديل الكابلات بين تحقيقات TPS ومحلل يدويا أثناء التجربة ^9. ويظهر الرسم البياني اتصال في الشكل S2 في اشارة ^9. تسلسل التبديل لكل جهاز استشعار هو لا. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... ويستند التسلسل على المسافة بين أجهزة الاستشعار، والذي من المقرر قدر الإمكان لمنع الحرارة المتبقية من التأثير على القياسات. جمع البيانات كل 3-5 دقائق.
6. تكرار القياسات حتى & #916، تي _سوب تصل إلى 2 درجة مئوية مرة أخرى. في هذه التجربة، Δ T _سوب يزيد في البداية مع مرور الوقت. بعد أن يصل ΔT _سوب القيمة القصوى، ΔT _سوب يتناقص تدريجيا إلى 0 درجة مئوية بسبب الضغط يتناقص مع تشكيل MH. معرفة ما اذا كان ΔT _سوب أكبر من 2 درجة مئوية قبل القياسات TPS باستخدام المعادلة 3.
7. تأكد من أن الملف الشخصى درجة حرارة لا يتأثر MH ذوبان. إذا يذوب MH خلال القياسات، فإن درجة حرارة لا تزيد بسبب ذوبان MH هو رد فعل ماص للحرارة. تحقق من الشخصية درجة الحرارة خلال القياسات، ويتم مناقشتها في قسم النتائج.
8. لتحليل الخصائص الحرارية "لكافة البيانات الشخصية درجة الحرارة باستخدام تقنية نظام الأفضليات التجارية.

3. حساب للتغيير التشبع من عينة ^9،11

ملاحظة:يتم احتساب درجة التشبع لMH، والمياه، والغاز في العينة كدالة في الزمن t باستخدام معادلة الحالة للغاز. ووصف تفاصيل الحساب والمعادلات المستخدمة سابقا ^11.

1. حساب _الغاز V حجم غاز الميثان، _تي في الوقت t
   
   حيث س هو حجم الأولي من الغاز في وعاء، والخامس _{MH، تي - 1} هو حجم MH في الوقت t - 1، وR _VHW هي نسبة حجم المياه وMH.
   
   في المعادلة 5، n هو عدد ترطيب MH (~ 6)، ρ _MH وρ _المياه تتوافق مع كثافة MH والمياه، على التوالي، وث _{MH والمياه} ث دلالة على الكتلة الجزيئية من MH والمياه، صespectively.
2. حساب _ر كمية ΔM (مول) من MH تشكلت من تي - 1 لر
   
   حيث R هو ثابت الغاز، ف هو الضغط من غاز الميثان، وZ _ر (T _{الغاز، ر،} ف _{الغاز، ر)} هو معامل ضغط من غاز الميثان في الوقت t. نحن ⁹ و ساكاموتو وآخرون. ¹¹ قد استخدمت المعادلة بنديكت السادس عشر-ويب روبين (BWR)، بصيغتها المعدلة من قبل لي وكيسلر، لحساب Z _ر ¹² و ^13. لهذا الحساب، والصيغ (3-7،1) - تستخدم (3-7،4) من BWR المعادلة ¹³ والثوابت لي-كيسلر في الجداول 3-7 المرجعية ^13.
3. حساب تغيير حجم Δ V _MH، ر من MH من تي - 1 لر
   
   حيث P _الصورة هو الضغط إشارة من 101325 بنسلفانيا، T _الصورة هي درجة الحرارة المرجعية من 273.15 K، Z _الصورة هو معامل ضغط على ف _ق ر _ق (Z _ق ~ 1)، والخامس _CH4 هي نسبة حجم غاز الميثان في وحدة حجم من MH [م ³ م ^-3]. استخدام قيمة V _CH4 من 165.99 [م ³ م ^-3].
4. حساب حجم V _{MH، طن} من MH في الوقت t
   
5. حساب حجم _المياه المياه V، _تي في وعاء الضغط في الوقت t
   
   حيث _{الماء الخامس، 1} هو حجم الأولي من الماء.
6. تكرار العمليات الحسابية باستخدام المعادلات. 4-9 في الوقت t = 2، 3، ... لتحديد التغير في تشبع الماء والميثان، وMH ^11. الشرط الأولي لر = 1، أي _الغاز الخامس، ₁ = س. تؤخذ P و T في وقت ر من سجلات البيانات ^9. وتظهر نتائج العملية الحسابية في القسم التالي.

ويبين الشكل 2A الملف الشخصى درجة الحرارة التي لا يتأثر MH ذوبان. ΔT _ج هو التغير في درجة الحرارة نظرا لقياس الثوابت الحرارية. الشكل 2B يظهر الملف الشخصى درجة الحرارة التي يتأثر MH ذوبان. لا يمكن تحليل الشخصية في الشكل 2B من خلال معادلات 1 و 2 ليتم الحصول على هذه المعادلات بافتراض الظروف عينة مستقرة.

ويبين الشكل 3A الضغط، ودرجة الحرارة، ودرجة البرودة الفائقة في السفينة بوصفها وظيفة من الزمن. nucleates MH بعد النظام قد وصل الضغط والتوازن في درجة الحرارة. يتم وضع علامة على تشكيل MH عن تغيير جذري ضغط في الوقت t = 170 دقيقة. وتشير الأسهم برأسين أن درجة البرودة الفائقة أكبر من 2 درجة مئوية. تم قياس الثوابت الحرارية ضمن هذا النطاق. الشكل 3B يظهر تشبع من الرواسب مع MH، والمياه، وغاز الميثان بوصفها وظيفة من الزمن t. يوصف حساب التشبع في القسم 3. يتم تعريف التشبع كما S _{ط، ر} = V _{ط، ر} / (V _الخلية - _الرمال V)، حيث كنت يدل على حسن، المياه، ومكونات غاز الميثان في الوقت t. في ر = 170 دقيقة، بدأ MH لتشكيل وزيادة S _MH بشكل كبير. بين 170 و 2500 دقيقة، وزيادة S _MH 0-،32، في حين انخفض S _{المياه والغاز} S 0،43-0،18 و0،56-0،50، على التوالي. بعد 2500 دقيقة، وكانت MH، والمياه، وتشبع الغاز ثابتة تقريبا.

ويبين الشكل 4 مثالا للقياسات الحرارية الثوابت ". وكانت الظروف التجريبية ر = 825 دقيقة، ف= 7.1 ميجا باسكال، T = 2.4 درجة مئوية، S _ح = 0.16، S _ز = 0.53، وS _ث = 0.31. ويوضح الشكل 4A الملف الشخصى درجة الحرارة. برامج التحليل TPS يسجل 200 نقاط البيانات على فترات متساوية في الوقت المناسب خلال فترة زمنية محددة سلفا. وبالتالي، يتم تحديد البيانات لتحليلها من نقاط البيانات 200. الأسهم برأسين للدلالة على مجموعة البيانات المستخدمة في التحليل. ويتراوح زمن التحليلات 1 و 2 0-5 ثانية و0،65-4،88 ثانية، على التوالي. تحليلات 1 و 2 هي أمثلة على نطاقات غير لائقة ومناسبة، على التوالي. أرقام 4B و تم الحصول عليها 4C باستخدام تقنية TPS في كل مجموعة والتحليل. ويبين الشكل 4B التغير في درجة الحرارة ΔT _افي (τ) ودال (τ) مع ΔT _افي (τ ) = ΔT _ج (ر). العلاقة بين ΔT _افي (&# 964؛) ودال (τ) تختلف تبعا لتحليل مجموعة ويبين الشكل 4C درجة الحرارة T _د مقابل الجذر التربيعي من الزمن t. الانحراف للبيانات درجة الحرارة من نوبة الخطي التي حصل عليها تحليل انعكاس TPS هو T _د. انحراف تحليل 1 في بداية قياسات كبيرة نوعا ما، كما هو مبين في الشكل 4C، مما يوحي بأن الطبقة العازلة من أجهزة الاستشعار التحقيق TPS تؤثر على القياسات.

يسرد الجدول 1 الثوابت الحرارية في كل نطاق التحليل على النحو المذكور أعلاه. ويعرف العدد الإجمالي إلى نسبة الزمنية المميزة من إجمالي وقت التحليل (لر = 4/2 ثانية، الوقت الإجمالي هو 4 ثانية) مقسوما τ وقت مميزة. ويلاحظ أن مجموع نسبة إلى وقت مميزة يجب أن يكون أقل من 1 عند استخدام هذه التقنية TPS. يوصف هذا في إشارة 10. من ناحية أخرى، إذا كانت هذه النسبة هي صغيرة جدا، والثوابت الحرارية التي تم الحصول عليها هي أقل موثوقية بسبب البيانات التي تم تحليلها يتناسب مع العدد الإجمالي إلى نسبة الزمنية المميزة. يعني ديف. هو الانحراف المتوسط ​​من تي _د.

تجنب التحقيق الاستشعار التي تؤثر على القياسات، ويجب عدم استخدام البيانات في بداية كل قياس. تم تصغير يعني انحراف T _د، كما هو مبين في الشكل 4C، عن طريق ضبط النطاق الزمني التحليل. يتم ضبط مجموعه إلى نسبة الزمنية المميزة للوحدة عن طريق ضبط النطاق الزمني التحليل. وبالتالي، اعتمدنا قيم الثوابت الحرارية من تحليل 2 لا 1.

وتظهر التوصيل الحراري، الحرارة النوعية، وانتشار حراري بوصفها وظيفة من الوقت في أرقام 5A، ب، ج، على التوالي. وأخيرا، ونحن تلخيص نتائج رخصائص hermal والتشبع هيدرات. وترد تفاصيل بشأن النتائج في ثانية. 4 من refference ^9.

الشكل 2: لمحات درجة الحرارة بوصفها وظيفة من الزمن (أ) لا تتأثر MH ذوبان (شروط والبرودة الفائقة) و (ب) تتأثر MH ذوبان الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

لاحظ أن كلا ملامح درجة الحرارة هي من التجارب الأولية. لقياس الوقت أطول من ذلك في التجربة من أجل توضيح تأثير حرارة انصهار. في التجارب الأولية، كانت المرة قياس ر 40 ثانية وW انتاج الطاقة ₀ و20 ميغاواط (أ) و 50 ميغاواط (ب).

الشكل 4: تحليل مثال على القياسات الحرارية الثوابت "(أ) بيان درجة الحرارة باستخدام.TPS طريقة القياس. ويتراوح زمن التحليلات 1 و 2 0-5 ثانية و0،65-4،88 ثانية، على التوالي. (ب) العلاقة بين التغير في درجة الحرارة ΔT _افي (τ) ودال (τ) مع ΔT _افي (τ) = ΔT _ج (ر). (ج) درجة الحرارة T _د مقابل الوقت الجذر التربيعي ر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (5): (أ) الموصلية الحرارية λ بوصفها وظيفة من الزمن، (ب) محددة ρC الحرارة _ص بوصفها وظيفة من الزمن، و (ج) α انتشارية الحرارية بوصفها وظيفة من الزمن.تم تحويل النتائج إلى الخواص الحرارية بوصفها وظيفة من MH التشبع. وأفادت نتائج تحويلها والمناقشة ذات الصلة في المرجع. وتبين 9. البيانات تداخل داخل ر مجموعة = 210-980 دقيقة. من أجل الوضوح، تمثل البيانات المرسومة متوسط ​​ثلاثة قياسات من نفس استشعار ضمن هذا النطاق. تم تعديل هذه الأرقام من المرجع ^9. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: الثوابت الحرارية لكل مجموعة تحليل تحليلات 1 و 2 هي أمثلة على نطاقات غير لائقة ومناسبة، على التوالي.

وقدرت تأثير الحرارة تشكيل MH على القياس. وقدرت الحرارة تشكيل MH من المنتجات من معدل تغيير S _ح كما هو مبين في الشكل 3B والمحتوى الحراري من تشكيل H = 52.9 كج مول ^-1 لMH ^14. ونتيجة لذلك، كان الحد الأقصى للتغير في درجة الحرارة 0.00081 درجة مئوية ثانية ^-1. وكان هذا أقل بكثير من ارتفاع درجة الحرارة ΔT _ج من أجهزة الاستشعار TPS بين 1 درجة مئوية و 1.5 درجة مئوية خلال فترة زمنية من 5 ثوانى. موصوفة تقدير مفصل والمناقشة في ثانية. 4 مرجعية ^9.

وفيما يلي الخطوات بروتوكول حرجة. الخطوة الأولى هي الحفاظ على الظروف عينة البرودة الفائقة. الخطوة الثانية هي أداء القياسات الحرارية الثوابت "عن طريق الحفاظ على ارتفاع درجة الحرارة ΔT _ج من أجهزة الاستشعار TPS تحت درجة _سوب البرودة الفائقة ΔT.

للتأكد من أن قياس لا تتأثر الانجراف درجة الحرارة، ويجب أن تؤكد ما يلي. أولا، تأكد من أن التغير في درجة الحرارة بالجملة هو أقل بكثير من ارتفاع درجة الحرارة ΔT _ج من أجهزة الاستشعار TPS. ثانيا، تأكد من أن التغير في درجة الحرارة بسبب الحرارة تشكيل MH هو أقل بكثير من ارتفاع درجة الحرارة ΔT _ج من أجهزة الاستشعار TPS.

إذا يذوب عينة، والموصلية الحرارية والحرارة النوعية تختلف إلى ما لا نهاية بواسطة تقنية TPS. في مثل هذه الحالات، تغيير انتاج الطاقة من أجهزة الاستشعار أو نقصان في قياس الوقت.

ويمكن تطبيق هذا الأسلوب القياس إلى الخواص الحرارية للنظام الغاز الغاز هيدرات المياه الضيف، الذي يحتوي على الهيدروجين، CO _2، وهيدرات الأوزون، وذلك لأن انخفاض معدل تشكيل مميزة من هيدرات الغاز ليست فريدة من نوعها لMH. والنقطة الأساسية في هذا الأسلوب هو الفأر منخفضة(ه) من المرحلة الانتقالية من المواد المستهدفة. وبالتالي، يمكن تطبيق هذه الطريقة مع غيرها من المواد بمعدل المرحلة الانتقالية منخفضة. ويمكن أيضا أن تطبق هذه الطريقة قياس لرباعي هيدرو الفوران (THF) هيدرات شكلت من تركيز منخفض حل THF وبروميد الأمونيوم رباعي بوتيل (TBAB) هيدرات إذا كان معدل تشكيل هذه هيدرات بطيء بشكل كاف في ظل ظروف التبريد الفائقة. والشرط الوحيد هنا هو التأكد من أن التغير في درجة الحرارة بسبب حرارة تشكيل هيدرات هو أقل بكثير من الارتفاع في درجات الحرارة أجهزة الاستشعار، على النحو المذكور أعلاه. من ناحية أخرى، لا يمكن تطبيق هذه التقنية لمياه الجليد ومتكافئة THF حل هيدرات المرحلة الانتقالية لأن معدل الانتقال في هذه الأنظمة هو سريع جدا والحرارة تشكيل يؤثر بشكل كبير على القياسات.

وايت وآخرون. ¹⁵ قياس التوصيل الحراري للعينات التي تضم الرمال، غاز الميثان، وMH. كومار وآخرون.¹⁶ قياس انتشار حراري باستخدام عينات مع نفس المكونات. شكلوا MH مباشرة في المسام الرمال باستخدام جليد الماء في ضغط الجو غاز الميثان. تم تحويل كل من جليد الماء إلى MH. وبالتالي، فإنها قياس التوصيل الحراري للعينة حتى توقف تشكيل MH تماما. هذا الأسلوب له ميزة أن قياسات الخواص الحرارية لا تتأثر تشكيل أو التفكك الحراري للMH وأن تكوين عينة ثابت. ومع ذلك، وهذه الطريقة لا يمكن أن تعطي الخصائص الحرارية للعينات التي تضم الرمال والماء والميثان وMH. قياس هوانغ وفان التوصيل الحراري من الهيدرات تحمل الرمال العينة ^17. شكلوا MH في المسام الرمال باستخدام محلول كبريتات الصوديوم دوديسيل (SDS)، مما سهل تشكيل MH. وأشاروا إلى أن الغاز والمياه وربما بقي في مسام الرمال والغاز بشكل كبير في القياسات. ومع ذلك، فإنها لم تبلغ عن تكوين واتإيه والغاز. لدينا بروتوكول القياس في الاستفادة من منح العلاقة بين الخصائص الحرارية (الموصلية الحرارية، وانتشار حراري، والحرارة النوعية الحجمية) وتكوين الرواسب MH-تحمل تضم الرمال والماء والميثان وMH.

لتطوير تكنولوجيات الانتاج الشامل من هيدرات الغاز، يلزم الثوابت الحرارية من تشكيل هيدرات، وطريقة القياس المقترحة يفعل ذلك بالضبط.

The authors have nothing to disclose.

وأيد هذه الدراسة ماليا من قبل اتحاد البحوث MH21 للموارد هيدرات الميثان في اليابان والبرنامج الوطني لهيدرات الميثان استغلال من قبل وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة. فإن الكتاب أود أن أشكر T. ميكاوا وS. انتقل على المساعدة التي قدموها مع التجارب.

الأرقام طبع بإذن من (موراؤكا، M.، Susuki، N.، ياماغوتشي، H.، تسوجي، T.، ياماموتو، Y.، وقود الطاقة، 29 (3)، 2015، 1345-1351، 2015، دوى: 10.1021 / ef502350n). حقوق التأليف والنشر (2015) جمعية الكيميائية الأميركية.