Este estudio fue apoyado financieramente por el Consorcio de Investigación de Recursos MH21 hidrato de metano en Japón y el Programa Nacional de hidratos de metano por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria. Los autores desean agradecer a T. Maekawa y S. Goto por su ayuda con los experimentos. cifras Reproducido con permiso del (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Energy Fuels, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Derechos de autor (2015) American Chemical Society.

Nota: Por favor, consulte a todas las hojas de datos de seguridad de materiales relevantes ya que este estudio utiliza gas metano inflamable de alta presión y un recipiente de alta presión grande. Use un casco, gafas de seguridad y botas de seguridad. Si el sistema de control de la temperatura se detiene, la presión en el recipiente aumenta con MH disociación. Para evitar accidentes, el uso de un sistema de válvula de seguridad se recomienda para liberar automáticamente el gas metano a la atmósfera. El sistema de válvula de seguridad puede funcionar sin fuente de alimentación eléctrica. 1. Preparación de las muestras de gases de arena-agua-metano 9 <ol><li> Coloque el recipiente de alta presión sobre la mesa vibratoria. </li><li> Verter 1,5 L de agua pura en una botella de agua y 4000 g de arena de sílice en una botella de arena. Se pesan exactamente las masas de arena y agua en las botellas de arena y agua, respectivamente. </li><li> Verter 1 L de agua pura en el recipiente de alta presión con un volumen interno de 2.110 cm 3 de una botella de aguahasta que el agua llena la mitad del recipiente interior. </li><li> Encienda la mesa vibratoria a vibrar todo el recipiente. Ajuste la velocidad de la vibración y la fuente de alimentación a 50 Hz y 220 W, respectivamente. Aplicar la vibración hasta la finalización de la etapa 1.5. Eliminar el aire residual en la línea de drenaje y el filtro metálico sinterizado en la parte inferior del recipiente por la vibración de la embarcación. </li><li> Verter 3.300 g de arena de sílice de una botella de arena en el recipiente a una velocidad constante de aproximadamente 1 g seg -1 usando un embudo se mantenía cerca de la superficie del agua mientras que todo el recipiente se hace vibrar para asegurar embalaje uniforme. </li><li> Detener la vibración cuando el agua alcanza el borde de la vasija. </li><li> Colocar un anillo como una pared temporal en el borde de la vasija para evitar que el agua se derrame. </li><li> Vibrar el recipiente de nuevo en 50 Hz y 220 W. </li><li> Cuando la arena alcanza el borde de la vasija (altura 140 mm), desactivar la vibración. </li><li> Retire la pared temporal y el exceso de agua de los poros usando THlínea de drenaje e. Verter la parte de atrás el exceso de agua de los poros en la botella de agua. </li><li> Empacar la arena por la vibración de la embarcación una vez o dos veces a 50 Hz y 300 W durante 1 segundo y añadir más arena si es necesario. </li><li> Pesar las masas de arena y agua en las botellas de arena y agua. Calcular las masas de arena y agua en el recipiente de las diferencias de masa en las botellas de agua y arena. En este experimento, las masas de arena y agua en el buque fueron 3.385 gy 823,6 g, respectivamente. La masa de agua en el recipiente se denota como w total. </li><li> Cubrir el recipiente de alta presión con una tapa de acero inoxidable y apriete los pernos de pares diagonalmente opuestos en secuencia. </li><li> Mueva el recipiente de alta presión de la mesa vibratoria a la mesa destinada para el experimento. </li><li> Cubrir el recipiente de alta presión con el aislador de calor para controlar la temperatura. </li><li> Conectar las tuberías de alta presión y las líneas de flujo del agua de refrigeración en el recipiente de alta presión. </li&gt; <li> Abrir las válvulas de las tuberías de entrada y de salida de gases. Ventilar 10 L de metano a una velocidad de 800 ml min -1 hasta que no haya exceso de descargas de agua en la trampa a la presión atmosférica. La descarga de la arena es impedido por un filtro metálico sinterizado fija en el fondo del recipiente. El agua residual permanece en la superficie de la arena debido a que la arena de sílice hidrófila adsorbe las moléculas de agua. </li><li> Pesar la masa de agua en la trampa, w trampa, para determinar el volumen de gas en el recipiente. Determinar la masa de agua residual, res w, en el recipiente usando la ecuación w = w total de res - w trampa. En este caso, res w y w trampa fue 360,6 g y 463,0 g, respectivamente. </li><li> Determinar la porosidad de la muestra utilizando la fórmula Ѱ = 1 - V de células de arena / V, donde la arena V es el volumen de tél arena determinado por la relación de masa de arena a la densidad de la arena (es decir, ρ s = 2630 kg m -3), y de células V es el volumen interior del recipiente. El Ѱ porosidad de la muestra fue de 0,39. </li><li> Cierre la válvula de la tubería de gas de salida. Inyectar metano para aumentar la presión de poro de metano en el recipiente a aproximadamente 12,1 MPa a temperatura ambiente (es decir, 31,6 ° C). </li><li> Cierre la válvula de la tubería de gas de entrada. </li><li> Iniciar la grabación de la presión y la temperatura en el recipiente durante el experimento utilizando el registrador de datos. El intervalo de muestreo de datos es 5 seg. El tiempo de experimentación total es de aproximadamente 3,000 min. </li></ol> 2. Síntesis MH y medición de la muestra a sobrefusión 9 Propiedades Térmicas &#39; <ol><li> Encender el refrigerador para enfriar el recipiente de temperatura ambiente a 2,0 ° C por circulación del líquido refrigerante. Permitir la circulación del refrigerante del enfriador to el fondo del recipiente, de allí a la tapa del recipiente, y finalmente de vuelta a la enfriadora. La velocidad de cambio de temperatura en el recipiente era de aproximadamente 0.001 ° C sec -1. </li><li> Establecer los parámetros de medición utilizando el software analizador de TPS. Establecer el tipo de sensor a otro diseño # 7577. Ajustar la potencia de salida W 0 a 30 mW y el tiempo de medición de 5 seg. Tenga en cuenta que los parámetros apropiados deben ser cambiados si el tipo de sensor o condiciones de la muestra cambian. Establecer los parámetros para aumentar la temperatura de 1 ° C a 1,5 ° C. </li><li> Calcule el grado de sobreenfriamiento,? T sup, con la siguiente ecuación: Delta T = T eq sup (P) - T. (3) T eq (P) es la temperatura de equilibrio de MH como una función de la presión P. T eq (P) se calcula utilizando el software CSMGem 1.0; P y T son la presión y la temperatura en el recipiente se mide mediante el uso de indicadores de presión y temperatura, respectivamente. </li><li> Al mismo tiempo medir la conductividad térmica, difusividad térmica y calor específico volumétrico utilizando el analizador de TPS después de? T sup es mayor que 2 ° C. </li><li> Cambiar la sonda TPS conectado al analizador de propiedades térmicas después de cada medición. Cambiar los cables entre las sondas de TPS y el analizador de forma manual durante el experimento 9. El esquema de conexión se muestra en la Figura S2 en referencia 9. La secuencia de conmutación para cada sensor es no. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → → 8 6 .... La secuencia se basa en la distancia entre los sensores, que se establece en la medida de lo posible para evitar que el calor residual de afectar a las mediciones. Recopilar datos cada 3-5 minutos. </li><li> Repetir las mediciones hasta que &amp; #916; T sup llegan a 2 ° C nuevamente. En este experimento, Δ T sup inicialmente aumenta con el tiempo. Después de? T sup alcanza el valor máximo,? T sup disminuye gradualmente a 0 ° C debido a que la presión disminuye con la formación de MH. Compruebe si sup? T es mayor que 2 ° C antes de las mediciones TPS utilizando la ecuación 3. </li><li> Asegúrese de que el perfil de temperatura no se ve afectada por MH fusión. Si MH funde durante las mediciones, la temperatura no aumentará debido a la fusión de MH es una reacción endotérmica. Compruebe el perfil de temperatura durante las medidas, y se discute en la sección de resultados. </li><li> Realizar un análisis de las propiedades térmicas &#39;para todos los datos del perfil de temperatura utilizando la técnica de TPS. </li></ol> 3. Cálculo del cambio de saturación de la muestra 9,11 Nota:El grado de saturación para MH, agua, y gas en la muestra como una función del tiempo t se calcula utilizando la ecuación de estado del gas. Los detalles de cálculo y ecuaciones utilizadas se describen previamente 11. <ol><li> Calcular el gas V volumen de gas metano, t en el tiempo t <img alt="Ecuación 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> donde Q es el volumen inicial de gas en el recipiente, V MH, t - 1 es el volumen de MH en el tiempo t - 1, y R VHW es la relación en volumen de agua y MH. <img alt="Ecuación 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> En la ecuación 5, n es el número de hidratación de MH (~ 6), ρ MH y ρ agua corresponden a la densidad de MH y el agua, respectivamente, y w MH y agua w denotan la masa molecular de MH y agua, respectively. </li><li> Calcular la cantidad Delta M t (mol) de MH formado a partir de t - 1 a t <img alt="Ecuación 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> donde R es la constante de los gases, P es la presión del gas metano, y Z t (T gas, t, gas P, t) es el coeficiente de compresión de metano en el tiempo t. Nos 9 y Sakamoto et al. 11 hemos utilizado la ecuación de Benedict-Webb-Rubin (BWR), modificado por Lee y Kesler, para el cálculo de Z t 12, 13. Para este cálculo, las fórmulas (3-7.1) - (3-7.4) de la ecuación BWR 13 y las constantes de Lee-Kesler se utilizan en las Tablas 3 - 7 de referencia 13. </li><li> Calcular el cambio de volumen V Δ MH, <sub&gt; t de MH desde t - 1 at <img alt="Ecuación 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> donde P s es la presión de referencia de 101.325 Pa, T s es la temperatura de referencia de 273,15 K, Z s es el coeficiente de compresión a P s y T s (Z s ~ 1), y V CH4 es la relación del volumen de gas metano en la unidad de volumen de MH [Nm 3 m -3]. Utilice un valor V de CH4 165.99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Calcular el volumen V MH, t de la HM en el tiempo t <img alt="Ecuación 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Calcular el volumen de agua de agua V, t en el recipiente de presión en el tiempo t <img alt="Ecuación 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; donde el agua V, 1 es el volumen inicial de agua. </li><li> Repetir los cálculos usando las ecuaciones. 4-9 en el tiempo t = 2, 3, ... para determinar el cambio en la saturación de agua, metano, y MH 11. La condición inicial es t = 1, es decir, gas V, 1 = Q. El P y T en el tiempo t se toman de los registros de datos 9. Los resultados del cálculo se muestran en la siguiente sección. </li></ol>

<ol><li>Sloan, E. D., Koh, C. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSloan%2C+ED+%22Clathrate+Hydrates+of+Natural+Gases%2C+3rd+ed%22">Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd ed</a>. , 3rd ed, CRC Press. Boca Raton, FL. (2007).</li>
<li>Hatzikiriakos, S. G., Englezos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+global+warming+and+methane+gas+hydrates+in+the+earth%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">The relationship between global warming and methane gas hydrates in the earth.</a> Chem. Eng. Sci. 48 (23), 3963-3969 (1993).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYamamoto%2C+K+%22Mar.+Petrol.+Geol%22">Mar. Petrol. Geol</a>. 66 (Pt 2), 296(2015).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFujii%2C+T+%22Mar.+Petrol.+Geol%22">Mar. Petrol. Geol</a>. 66 (Pt 2), 310(2015).</li>
<li>Mao, W. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+clusters+in+clathrate+hydrate%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Hydrogen clusters in clathrate hydrate.</a> Science. 297 (5590), 2247-2249 (2002).</li>
<li>Lee, S., Liang, L., Riestenberg, D., West, O. R., Tsouris, C., Adams, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CO2+hydrate+composite+for+ocean+carbon+sequestration%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">CO2 hydrate composite for ocean carbon sequestration.</a> Environ. Sci. Technol. 37 (16), 3701-3708 (2003).</li>
<li>Muromachi, S., Ohmura, R., Takeya, S., Mori, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clathrate+Hydrates+for+Ozone+Preservation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Clathrate Hydrates for Ozone Preservation.</a> J. Phys. Chem. B. 114, 11430-11435 (2010).</li>
<li>Waite, W. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+properties+of+hydrate-bearing+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Geophys%22%5BJournal%5D)">Physical properties of hydrate-bearing sediments.</a> Rev. Geophys. 47 (4), (2009).</li>
<li>Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+properties+of+a+supercooled+synthetic+sand-water-gas-methane+hydrate+sample%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">Thermal properties of a supercooled synthetic sand-water-gas-methane hydrate sample.</a> Energy Fuels. 29 (3), 1345-1351 (2015).</li>
<li>Gustafsson, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transient+plane+source+techniques+for+thermal+conductivity+and+thermal+diffusivity+measurements+of+solid+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Transient plane source techniques for thermal conductivity and thermal diffusivity measurements of solid materials.</a> Rev. Sci. Instrum. 62 (3), 797-804 (1991).</li>
<li>Sakamoto, Y., Haneda, H., Kawamura, T., Aoki, K., Komai, T., Yamaguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Study+on+a+New+Enhanced+Gas+Recovery+Method+by+Nitrogen+Injection+from+a+Methane+Hydrate+Reservoir%5BTitle%5D)+AND+%22J.+MMIJ%22%5BJournal%5D)">Experimental Study on a New Enhanced Gas Recovery Method by Nitrogen Injection from a Methane Hydrate Reservoir.</a> J. MMIJ. 123 (8), 386-393 (2007).</li>
<li>Lee, B. I., Kesler, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+generalized+thermodynamic+correlation+based+on+three-parameter+corresponding+states%5BTitle%5D)+AND+%22AIChE+J%22%5BJournal%5D)">A generalized thermodynamic correlation based on three-parameter corresponding states.</a> AIChE J. 21 (3), 510-527 (1975).</li>
<li>Reid, R. C., Prausnitz, J. M., Poling, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chapter+3%2C+Unit+3%2C+7%5BTitle%5D)+AND+%22The+properties+of+gases+and+liquids%22%5BJournal%5D)">Chapter 3, Unit 3, 7.</a> The properties of gases and liquids. , 4th ed, 47-49 (1987).</li>
<li>Anderson, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enthalpy+of+dissociation+and+hydration+number+of+methane+hydrate+from+the+Clapeyron+equation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Thermodyn%22%5BJournal%5D)">Enthalpy of dissociation and hydration number of methane hydrate from the Clapeyron equation.</a> J. Chem. Thermodyn. 36 (12), 1119-1127 (2004).</li>
<li>Waite, W. F., deMartin, B. J., Kirby, S. H., Pinkston, J., Ruppel, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conductivity+measurements+in+porous+mixtures+of+methane+hydrate+and+quartz+sand%5BTitle%5D)+AND+%22Geophys.+Res.+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermal conductivity measurements in porous mixtures of methane hydrate and quartz sand.</a> Geophys. Res. Lett. 29 (24), 82-1-82-4 (2002).</li>
<li>Kumar, P., Turner, D., Sloan, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+diffusivity+measurements+of+porous+methane+hydrate+and+hydrate-sediment+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Thermal diffusivity measurements of porous methane hydrate and hydrate-sediment mixtures.</a> J. Geophys. Res. 109 (B1), (2004).</li>
<li>Huang, D., Fan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+and+modeling+thermal+conductivity+of+gas+hydrate-bearing+sand%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Measuring and modeling thermal conductivity of gas hydrate-bearing sand.</a> J. Geophys. Res. 110 (B1), (2005).</li>
</ol>

The authors have nothing to disclose.

Se estimó el efecto del calor formación de MH en la medición. El calor de formación MH se estimó a partir de productos de la tasa de cambio de S h como se muestra en la Figura 3b y la entalpía de formación de H = 52,9 kJ mol -1 para MH 14. En consecuencia, el cambio de temperatura máxima era de 0,00081 ° C sec -1. Esto fue mucho menor que el aumento de temperatura? T c del sensor TPS entre 1 ° C y 1,5 ° C durant...

Los hidratos de gas son compuestos cristalinos que comprenden estructuras de jaula de moléculas de agua con enlaces de hidrógeno que contienen moléculas huésped en la jaula 1. Grandes cantidades de hidratos de metano (MHS) en las regiones de permafrost y suelo marino son los recursos energéticos futuros interesantes, pero pueden afectar a las condiciones del clima mundial 2. En marzo de 2013, el Japan Oil, Gas y Metales de la Corporación Nacional llevaron a cabo la primera prueba de producción en alta mar del mundo para extraer gas de los sedimentos naturales que devengan MH en el este de Nankai Trough utilizando el &quot;método de despresurización&quot; 3,4. Los hidratos de gas pueden almacenar gases como el metano 1, hidrógeno 5, CO 2 1,6, y el ozono 7. Por lo tanto, los hidratos de metano e hidrógeno se estudian como potencial de almacenamiento de energía y medios de transporte. Para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera, CO 2 sequestración utilizando CO 2 hidratos en los sedimentos de las profundidades oceánicas se han estudiado 6. El ozono se utiliza actualmente en la purificación del agua y la esterilización de los alimentos. Estudios de la tecnología de preservación de ozono han llevado a cabo, ya que es químicamente inestable 7. La concentración de ozono en hidratos es mucho mayor que en agua ozonizada o hielo 7. Para desarrollar la producción de gas a partir de sedimentos que devengan MH naturales y las tecnologías basadas en hidratos, es imprescindible para entender las propiedades térmicas de los hidratos de gas. Sin embargo, los datos de propiedades térmicas y estudios de modelos de sedimentos de hidratos de gas que soportan son escasos 8. El &quot;método de despresurización&quot; se puede utilizar para disociar MH en el espacio de los poros de sedimentos por la disminución de la presión de poro por debajo de la estabilidad de los hidratos. En este proceso, los componentes espaciales de sedimentos de poro cambian de agua y de MH a agua, MH, y el gas. medición de las propiedades térmicas &#39;de esta última condición es difícil ya que el calor de fusión de MH puede afectar a las mediciones. Para resolver este problema, Muraoka et al. Cabo la medición de las propiedades térmicas &#39;en condiciones super-enfriadas durante la formación MH 9. Con este protocolo de vídeo, se explica el método de medición de la muestra de arena-agua-gas-MH-enfriada sintética. La Figura 1 muestra la configuración experimental para medir las propiedades térmicas del metano artificial sedimento hidrato-cojinete. La configuración es la misma que se muestra en la referencia 9. El sistema comprende principalmente un recipiente de alta presión, presión y control de la temperatura, y las propiedades térmicas del sistema de medición. El recipiente de alta presión se compone de acero inoxidable cilíndrico con un diámetro interno de 140 mm y una altura de 140 mm; su volumen interior con el volumen muerto es eliminado 2.110 cm3, y su límite de presión es de 15 MPa. el transie<html> fuente plana nt técnica (TPS) se utiliza para medir las propiedades térmicas 10. Nueve sondas de TPS con radios individual de 2.001 mm se colocan dentro del recipiente. La disposición de los nueve sondas 9 se muestra en la figura 2 en la referencia 9. Las sondas están conectadas a TPS analizador de las propiedades térmicas &#39;con un cable y conmutar manualmente durante el experimento. Los detalles del sensor de TPS, diagrama de conexión y configuración de la embarcación se muestran en las figuras S1, 2, y 3 de la información de apoyo en referencia 9. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Figura 1:. La configuración experimental para la medición de las propiedades térmicas de los sedimentos de hidrato de metano-cojinete artificial La figura se modificó a partir de la referencia 9.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. El método TPS se utilizó para medir las propiedades térmicas de cada muestra. Los principios del método se describen en la referencia 10. En este método, el aumento de la temperatura en función del tiempo,? T ave, es <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> dónde <img alt="Ecuación 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> En la Ecuación 1, W 0 es la potencia de salida del sensor, r es el radio de la sonda de sensor, λ es la conductividad térmica de la muestra, α es la difusividad térmica, y t es el tiempo desde el inicio de la fuente de alimentación a la sonda de sensor. D (τ) es un tiempo adimensional función dependiente. τ </em&gt; está dada por (αt / r) 1/2. En la Ecuación 2, m es el número de anillos concéntricos de la sonda TPS y 0 es una función de Bessel modificada. La conductividad térmica, difusividad térmica y calor específico de la muestra se determinan simultáneamente por análisis de inversión aplicado al aumento de la temperatura como se suministra energía a la sonda de sensor.

<table><tbody><tr><td>TPS thermal probe, Hot disk sensor</td><td>Hot Disk AB Co., Sweden</td><td>#7577</td><td>Kapton sensor type, sensor radius 2.001 mm</td></tr><tr><td>Hot disk thermal properties analyzer</td><td>Hot Disk AB Co., Sweden</td><td>TPS 2500&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Toyoura standard silica sand</td><td>Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Methane gas, 99.9999%</td><td>Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>Grade 6&amp;nbsp;N, Volume 47&amp;nbsp;L, Charging pressure 14.7&amp;nbsp;MPa</td></tr><tr><td>Water Purification System, Elix Advantage 3</td><td>Merck Millipore., U.S.</td><td>N/A</td><td>5 M&amp;Omega; cm (at 25&amp;nbsp;&amp;deg;C) resistivity</td></tr><tr><td>Vibrating table, Vivratory packer</td><td>Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan</td><td>VGP-60</td><td></td></tr><tr><td>Chiller, Thermostatic Bath Circulator&amp;nbsp;</td><td>THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan</td><td>TRL-40SP</td><td></td></tr><tr><td>Coorant, Aurora brine</td><td>Tokyo Fine Chemical Co.,Ltd., Japan</td><td>N/A</td><td>ethylene glycol 71&amp;nbsp;wt%</td></tr><tr><td>Temparature gage</td><td>Nitto Kouatsu., Japan</td><td>N/A</td><td>Pt 100, sheath-type platinum resistance temperature detector</td></tr><tr><td>Pressure gage</td><td>Kyowa Electronic Instruments., Japan</td><td>PG-200 KU</td><td></td></tr><tr><td>Data logger</td><td>KEYENCE., Japan</td><td>NR-500</td><td></td></tr><tr><td>Mass flow controller</td><td>OVAL Co., Japan</td><td>F-221S-A-11-11A</td><td>Maximum flow 2,000&amp;nbsp;N&amp;nbsp;ml&amp;#8288;/&amp;#8288;M, maximum design pressure 19.6&amp;nbsp;MPa</td></tr></tbody></table>

protocol for measuring the thermal properties of a supercooled synthetic sand-water-gas-methane hydrate sample

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.

La figura 2a muestra el perfil de temperatura que no está afectada por MH fusión.? T c es el cambio de temperatura debido a la medida constantes térmicas. La Figura 2B muestra el perfil de temperatura que está afectada por MH fusión. El perfil en la Figura 2b no se puede analizar a través de las ecuaciones 1 y 2 debido a que estas ecuaciones se derivan asumiendo condiciones de la muestra estables. <p class="...

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Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample

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

Protocolo para la medición de las propiedades térmicas de un hidrato muestra sintética de arena-agua-gas metano a sobrefusión

Methane hydrates (MHs) are present in large amounts in the ocean floor and permafrost regions. Methane and hydrogen hydrates are being studied as future ...

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8.8K vistas.  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). We present a protocol for measuring the thermal properties of synthetic hydrate-bearing sediment samples comprising sand, water, methane, and methane hydrate.

Video: Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from their extraction to the core during terrestrial accretion. Experiments to investigate the partitioning of these elements between metal and silicate melts suggest that the PUM composition is best matched if metal-silicate equilibrium occurred at high pressures and temperatures, in a deep magma ocean environment. The behavior of the most highly siderophile elements (HSEs) during this process however, has remained enigmatic. Silicate run-products from HSE solubility experiments are commonly contaminated by dispersed metal inclusions that hinder the measurement of element concentrations in the melt. The resulting uncertainty over the true solubility and metal-silicate partitioning of these elements has made it difficult to predict their expected depletion in PUM. Recently, several studies have employed changes to the experimental design used for high pressure and temperature solubility experiments in order to suppress the formation of metal inclusions. The addition of Au (Re, Os, Ir, Ru experiments) or elemental Si (Pt experiments) to the sample acts to alter either the geometry or rate of sample reduction respectively, in order to avoid transient metal oversaturation of the silicate melt. This contribution outlines procedures for using the piston-cylinder and multi-anvil apparatus to conduct solubility and metal-silicate partitioning experiments respectively. A protocol is also described for the synthesis of uncontaminated run-products from HSE solubility experiments in which the oxygen fugacity is similar to that during terrestrial core-formation. Time-resolved LA-ICP-MS spectra are presented as evidence for the absence of metal-inclusions in run-products from earlier studies, and also confirm that the technique may be extended to investigate Ru. Examples are also given of how these data may be applied.

We present a procedure to determine the metal-silicate partitioning of siderophile elements, emphasizing techniques that suppress the formation of metal inclusions in experiments for the noble metals. The results of these experiments are used to demonstrate the effect of core-formation on the highly siderophile element composition of the mantle.

-Metal silicato de particionamiento a alta presión y temperatura: Métodos experimentales y un Protocolo para Reprimir altamente sidérophile Element Inclusiones

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

Investigación

Química

Thermal Scanning Conductometry (TSC) as a General Method for Studying and Controlling the Phase Behavior of Conductive Physical Gels

The thermal scanning conductometry protocol is a new approach in studying ionic gels based on low molecular weight gelators. The method is designed to follow the dynamically changing state of the ionogels, and to deliver more information and details about the subtle change of conductive properties with an increase or decrease in the temperature. Moreover, the method allows the performance of long term (i.e. days, weeks) measurements at a constant temperature to investigate the stability and durability of the system and the aging effects. The main advantage of the TSC method over classical conductometry is the ability to perform measurements during the gelation process, which was impossible with the classical method due to temperature stabilization, which usually takes a long time before the individual measurement. It is a well-known fact that to obtain the physical gel phase, the cooling stage must be fast; moreover, depending on the cooling rate, different microstructures can be achieved. The TSC method can be performed with any cooling/heating rate that can be assured by the external temperature system. In our case, we can achieve linear temperature change rates between 0.1 and approximately 10 &#176;C/min. The thermal scanning conductometry is designed to work in cycles, continuously changing between heating and cooling stages. Such an approach allows study of the reproducibility of the thermally reversible gel-sol phase transition. Moreover, it allows the performance of different experimental protocols on the same sample, which can be refreshed to initial state (if necessary) without removal from the measuring cell. Therefore, the measurements can be performed faster, in a more efficient way, and with much higher reproducibility and accuracy. Additionally, the TSC method can be also used as a tool to manufacture the ionogels with targeted properties, like microstructure, with an instant characterization of conductive properties.

Thermal Scanning Conductometry TSC as a General Method for Studying and Controlling the Phase Behavior of Conductive Physical Gels

The kinetics of the cooling process defines the properties of ionic gels based on low molecular weight gelators. This manuscript describes the usage of thermal scanning conductometry (TSC), which obtains full control over the gelation process, along with in situ measurements of the samples' temperature and conductivity.

Exploración Conductometría (TSC) como un método General para estudiar y controlar el comportamiento de fase de conductor físico geles térmicos

The thermal scanning conductometry protocol is a new approach in studying ionic gels based on low molecular weight gelators. The method is designed to ...

Medio ambiente

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard for evaluating the mining value of shale gas. Currently, studies on the correlation between particle size and methane adsorption are controversial. In this study, an isothermal adsorption apparatus, the gravimetric sorption analyzer, is used to test the adsorption capacity of different particle sizes in shale to determine the relationship between the particle size and the adsorption capacity of shale. Thegravimetric method requires fewer parameters and produces better results in terms of accuracy and consistency than methods like the volumetric method. Gravimetric measurements are performed in four steps: a blank measurement, preprocessing, a buoyancy measurement, and adsorption and desorption measurements. Gravimetric measurement is presently considered to be a more scientific and accurate method of measuring the amount of adsorption; however, it is time-consuming and requires a strict measuring technique. A Magnetic Suspension Balance (MSB) is the key to verify the accuracy and consistency of this method. Our results show that adsorption capacity and particle size are correlated, but not a linear correlation, and the adsorptions in particles sieved into 40 - 60 and 60 - 80 meshes tend to be larger. We propose that the maximum adsorption corresponding to the particle size is approximately 250 &#181;m (60 mesh) in the shale gas fracturing.

We use an isothermal adsorption apparatus, the gravimetric sorption analyzer, to test the adsorption capacity of different particle sizes of shale, in order to find out the relationship between particle size and the adsorption capacity of shale.

Estudio experimental de la relación entre tamaño de partícula y la capacidad de absorción del metano en la pizarra

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the deep ocean. Roles of minerals are critical in many hydrothermal organic geochemical processes. Traditional hydrothermal methodology, which includes using reactors made of gold, titanium, platinum, or stainless-steel, is usually associated with the high cost or undesired metal catalytic effects. Recently, there is a growing tendency for using the cost-effective and inert quartz or fused silica glass tubes in hydrothermal experiments. Here, we provide a protocol for carrying out organic-mineral hydrothermal experiments in silica tubes, and we describe the essential steps in the sample preparation, experimental setup, products separation, and quantitative analysis. We also demonstrate an experiment using a model organic compound, nitrobenzene, to show the effect of an iron-containing mineral, magnetite, on its degradation under a specific hydrothermal condition. This technique can be applied to study complex organic-mineral hydrothermal interactions in a relatively simple laboratory system.

Earth-abundant minerals play important roles in the natural hydrothermal systems. Here, we describe a reliable and cost-effective method for the experimental investigation of organic-mineral interactions under hydrothermal conditions.

Un protocolo Experimental para el estudio de efectos minerales orgánicos transformaciones hidrotermales

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

Methane Hydrate Crystallization on Sessile Water Droplets

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa working pressure, containing a stage for sessile droplets, a sapphire window for visualization, and temperature and pressure transducers. A pressure pump connected to a methane gas cylinder is used to pressurize the cell to 5 MPa. The cooling system is a 10 gallon (37.85 L) tank containing a 50% ethanol solution cooled via ethylene glycol through copper coils. This setup enables the observation of the temperature change associated with hydrate formation and dissociation during cooling and depressurization, respectively, as well as visualization and photography of the morphologic changes of the droplet. With this method, rapid hydrate shell formation was observed at ~-6 &#176;C to -9 &#176;C. During depressurization, a 0.2 &#176;C to 0.5 &#176;C temperature drop was observed at the pressure/temperature (P/T) stability curve due to exothermic hydrate dissociation, confirmed by visual observation of melting at the start of the temperature drop. The "memory effect" was observed after repressurizing to 5 MPa from 2 MPa. This experimental design allows the monitoring of pressure, temperature, and morphology of the droplet over time, making this a suitable method for testing various additives and substrates on hydrate morphology.

We describe a method to form gas hydrate on sessile water droplets to study the effects of various inhibitors, promoters, and substrates on the hydrate crystal morphology.

Cristalización del hidrato de metano en gotas de agua sésil

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) with a 4.6 nm pore size, and ordered silica porous matrix, SBA-15, with a 5.3 nm pore size. This work describes the surface properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the differently ordered porous materials with similar pore sizes. For this purpose, OMC and SBA-15 with highly ordered nanoporous structures are synthesized via impregnation of the silica matrix by applying a carbon precursor and by the sol-gel method, respectively. The porous structure of investigated systems is characterized by an N2 adsorption-desorption analysis at 77 K. To determine the electrochemical character of the surface of synthesized materials, potentiometric titration measurements are conducted; the obtained results for OMC shows a significant pHpzc shift toward the higher values of pH, relative to SBA-15. This suggests that investigated OMC has surface properties related to oxygen-based functional groups. To describe the surface properties of the materials, the contact angles of liquids penetrating the studied porous beds are also determined. The capillary rise method has confirmed the increased wettability of the silica walls relative to the carbon walls and an influence of the pore roughness on the fluid/wall interactions, which is much more pronounced for silica than for carbon mesopores. We have also studied the melting behavior of D2O confined in OMC and SBA-15 by applying the dielectric method. The results show that the depression of the melting temperature of D2O in the pores of OMC is about 15 K higher relative to the depression of the melting temperature in SBA-15 pores with a comparable 5 nm size. This is caused by the influence of adsorbate/adsorbent interactions of the studied matrices.

Here we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon (with a 4.6 nm pore size) and SBA-15 (with a 5.3 nm pore size). The work describes the surface and textural properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the materials.

Propiedades de superficie de carbono nanoporosos sintetizada y Matrices de sílice

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

Studying Surfactant Effects on Hydrate Crystallization at Oil-Water Interfaces Using a Low-Cost Integrated Modular Peltier Device

We introduce an approach to study the formation and growth of hydrates under the influence of nonionic surfactants. The experimental system includes a temperature regulator, visualization techniques, and inner pressure measurements. The temperature control system contains a low-cost, programmable temperature regulator made with solid-state Peltier components. Along with the temperature control system, we incorporated visualization techniques and internal pressure measurements to study hydrate formation and inhibition in the presence of nonionic surfactants. We studied the hydrate-inhibiting ability of nonionic surfactants (sorbitane monolaurate, sorbitane monooleate, PEG-PPG-PEG, and polyoxyethylenesorbitan tristearate) at low (i.e., 0.1 CMC), medium (i.e., CMC), and high (i.e., 10 CMC) concentrations. Two types of crystals were formed: planar and conical. Planar crystals were formed in plain water and low surfactant concentrations. Conical crystals were formed in high surfactant concentrations. The results of the study show that conical crystals are the most effective in terms of hydrate inhibition. Because conical crystals cannot grow past a certain size, the hydrate growth rate as a conical crystal is slower than the hydrate growth rate as planar crystal. Hence, surfactants that force hydrates to form conical crystals are the most efficient. The goal of the protocol is to provide a detailed description of an experimental system that is capable of investigating the cyclopentane hydrate crystallization process on the surface of a water droplet in the presence of surfactant molecules.

We present a protocol to study the formation of hydrates in the presence of nonionic surfactants on the interface of a water droplet submerged in cyclopentane. The protocol consists of building a low-cost, programmable, temperature regulator. The temperature control system is combined with visualization techniques and internal pressure measurements.

Estudio de los efectos de surfactante en la cristalización de hidratos en interfaces aceite-agua utilizando un dispositivo de peltier modular integrado de bajo costo

We introduce an approach to study the formation and growth of hydrates under the influence of nonionic surfactants. The experimental system includes a ...

Measuring Electrical Conductivity to Study the Formation of Brines Under Martian Conditions

This paper describes a protocol to design experiments to study the formation of brines under Martian conditions and monitor the process with electrical conductivity measurements. We used the Engineering Qualification Model (EQM) of Habitability: Brines, Irradiation, and Temperature (HABIT)/ExoMars 2022 instrument for the experiment setup but we provide a brief account of constructing a simple and inexpensive electrical conductivity measurement setup. The protocol serves to calibrate the electrical conductivity measurements of the salt deliquescence into brine in a simulated Martian environment. The Martian conditions of temperature (-70 &#176;C to 20 &#176;C), relative humidity (0% to 100%) and pressure (7 - 8 mbar) with carbon-dioxide atmosphere were simulated in the SpaceQ Mars simulation chamber, a facility at the Lule&#229; University of Technology, Sweden. The hydrate form of the known amount of salt accommodated between a pair of electrodes and thus the electrical conductivity measured depends predominantly on its water content and the temperature and relative humidity of the system. Electrical conductivity measurements were carried out at 1 Hz while exposing salts to a continuously increasing relative humidity (to force transitioning through various hydrates) at different Martian temperatures. For demonstration, a day-night cycle at Oxia Planum, Mars (the landing site of ExoMars 2022 mission) was recreated.

<meta charset="utf8"></head><body>Medición de la conductividad eléctrica para estudiar la formación de salmueras en condiciones marcianas

The objective of the protocol is to monitor the hydration of salts and the brine formation process. Electrical conductivity is used as the measurement technique. The experiments are performed in a simulated Martian environment of temperature, relative humidity and carbon-dioxide atmosphere.

Medición de la conductividad eléctrica para estudiar la formación de salmueras en condiciones marcianas

This paper describes a protocol to design experiments to study the formation of brines under Martian conditions and monitor the process with electrical ...

A Microfluidic Approach for the Study of Ice and Clathrate Hydrate Crystallization

An accurate mechanistic description of water crystallization is challenging and requires a few key elements: superb temperature control to allow the formation of single microscopic crystals and a suitable microscopy system coupled to the cold stage. The method described herein adds another important feature that includes exchanging solutions around ice and clathrate hydrate crystals. The described system comprises a combination of unique and home-developed instruments, including microfluidics, high-resolution cold stages, and fluorescence microscopy. The cold stage was designed for microfluidic devices and allows for the formation of micron-sized ice/hydrate crystals inside microfluidic channels and the exchange of solutions around them. The temperature resolution and stability of the cold stage is one millikelvin, which is crucial for controlling the growth of these small crystals. This diverse system is used to study the different processes of ice and hydrate crystallization and the mechanism by which the growth of these crystals is inhibited. The protocol describes how to prepare microfluidic devices, how to grow and control microscopic crystals in the microfluidic channels, and how the utilization of the flow of liquids around ice/hydrate crystals affords new insights into the crystallization of water.

The present protocol describes the crystallization of microscopic ice crystals and clathrate hydrates in microfluidic devices, enabling liquid exchange around the formed crystals. This provides unparalleled possibilities to examine the crystallization process and binding mechanisms of the inhibitors.

Un enfoque microfluídico para el estudio de la cristalización de hidratos de hielo y clatrato

An accurate mechanistic description of water crystallization is challenging and requires a few key elements: superb temperature control to allow the ...

Protocolo para la medición de las propiedades térmicas de un hidrato muestra sintética de arena-agua-gas metano a sobrefusión

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