Cette étude a été soutenue financièrement par le Consortium pour la recherche MH21 pour méthane Ressources Hydrater au Japon et le Programme national hydrate de méthane Exploitation par le Ministère de l&#39;Economie, du Commerce et de l&#39;Industrie. Les auteurs tiennent à remercier T. Maekawa et S. Goto pour leur aide avec les expériences. chiffres Reproduit avec la permission de (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., Energy Fuels, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Droit d&#39;auteur (2015) American Chemical Society.

Remarque: S&#39;il vous plaît consulter toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents comme cette étude utilise haute pression inflammable gaz de méthane et un grand navire à haute pression. Portez un casque, des lunettes de sécurité, et des bottes de sécurité. Si le système de régulation de température cesse, la pression dans la cuve augmente avec MH dissociation. Pour éviter tout accident, l&#39;utilisation d&#39;un système de soupape de sécurité est fortement recommandée pour libérer automatiquement le gaz de méthane dans l&#39;atmosphère. Le système de soupape de sécurité peut fonctionner sans alimentation électrique. 1. Préparation des échantillons de gaz de sable à l&#39; eau-méthane 9 <ol><li> Placer le récipient à haute pression sur la table vibrante. </li><li> Verser 1,5 L d&#39;eau pure dans une bouteille d&#39;eau et 4000 g de sable de silice dans une bouteille de sable. Peser les masses de sable et de l&#39;eau dans les bouteilles de sable et d&#39;eau, respectivement. </li><li> Versez 1 litre d&#39;eau pure dans le récipient à haute pression avec un volume intérieur de 2110 cm 3 d&#39;une bouteille d&#39;eaujusqu&#39;à ce que l&#39;eau remplit la moitié de la cuve interne. </li><li> Tourner sur la table vibrante pour faire vibrer l&#39;ensemble du récipient. Réglez le taux de vibration et de l&#39;alimentation à 50 Hz et 220 W, respectivement. Appliquer la vibration jusqu&#39;à la fin de l&#39;étape 1.5. Retirer l&#39;air résiduel dans la conduite d&#39;évacuation et un filtre métallique fritté, au fond du récipient en faisant vibrer la cuve. </li><li> Verser 3,300 g de sable de silice d&#39;une bouteille dans le récipient de sable à une vitesse constante d&#39;environ 1 g s - 1 en utilisant un entonnoir tenu près de la surface de l&#39; eau alors que l&#39;ensemble du récipient est vibré pour assurer l&#39; emballage uniforme. </li><li> Arrêter la vibration lorsque l&#39;eau atteint le bord du récipient. </li><li> Placer un anneau comme un mur temporaire sur le bord du récipient pour empêcher l&#39;eau de se répandre. </li><li> Vibrer à nouveau le récipient à 50 Hz et 220 W. </li><li> Lorsque le sable atteint le bord de la cuve (hauteur 140 mm), éteindre la vibration. </li><li> Retirez le mur temporaire et de l&#39;eau des pores en excès par eligne de fuite des e. Versez le dos excès d&#39;eau des pores dans la bouteille d&#39;eau. </li><li> Emballez le sable en faisant vibrer le récipient une ou deux fois à 50 Hz et 300 W pendant 1 sec et ajouter plus de sable si nécessaire. </li><li> Peser les masses de sable et de l&#39;eau dans les bouteilles de sable et d&#39;eau. Calculer les masses de sable et d&#39;eau dans le récipient à partir des différences de masse dans les bouteilles de sable et d&#39;eau. Dans cette expérience, les masses de sable et de l&#39;eau dans la cuve étaient 3,385 g et 823,6 g, respectivement. La masse d&#39;eau dans le récipient est notée en poids au total. </li><li> Couvrir le récipient à haute pression avec un couvercle en acier inoxydable et serrer les boulons de paires diagonalement opposées dans l&#39;ordre. </li><li> Déplacer le récipient à haute pression de la table vibrante à la table destinée à l&#39;expérience. </li><li> Recouvrir la cuve haute pression avec l&#39;isolant thermique pour contrôler la température. </li><li> Connecter les gazoducs à haute pression et le refroidissement des conduites d&#39;écoulement de l&#39;eau dans la cuve à haute pression. </li&gt; <li> Ouvrir les vannes des conduites d&#39;entrée et du gaz de sortie. Ventiler 10 L de méthane à un débit de 800 ml min -1 jusqu&#39;à aucun rejet d&#39;eau en excès dans le piège sous pression atmosphérique. La décharge de sable est empêchée par un filtre métallique fritté fixée sur le fond du récipient. L&#39;eau résiduelle reste sur la surface du sable, car le sable de silice hydrophile adsorbe les molécules d&#39;eau. </li><li> Peser la masse d&#39;eau dans le piège, w piège, pour déterminer le volume de gaz dans la cuve. Déterminer la masse d&#39;eau résiduelle, res w, dans le récipient en utilisant l&#39;équation w res = w totale - w piège. Dans ce cas, res w et piège w était 360,6 g et 463,0 g, respectivement. </li><li> Déterminer la porosité de l&#39;échantillon en utilisant la formule Ѱ = 1 - V cellulaire sable / V, où le sable V est le volume de til sable déterminé par le rapport de la masse de sable à la densité du sable (c. -à ρ s = 2.630 kg m -3) et les cellules V est le volume interne du récipient. Ѱ la porosité de l&#39;échantillon était de 0,39. </li><li> Fermer la vanne de la conduite de gaz de sortie. Injecter du méthane pour augmenter la pression des pores de méthane dans le récipient à environ 12,1 MPa à la température ambiante (c. -à- 31,6 ° C). </li><li> Fermer la vanne de la conduite de gaz d&#39;entrée. </li><li> Commencer à enregistrer la pression et la température dans le récipient au cours de l&#39;expérience en utilisant l&#39;enregistreur de données. L&#39;intervalle d&#39;échantillonnage de données est 5 s. Le temps expérimentale totale est d&#39;environ 3000 min. </li></ol> 2. MH Synthèse et la mesure de l&#39;échantillon surfondue 9 de Propriétés thermiques <ol><li> Mettre en marche le refroidisseur pour refroidir le récipient de la température ambiante à 2.0 ° C en faisant circuler le liquide de refroidissement. Laissez circuler le liquide de refroidissement du refroidisseur to le fond du récipient, à partir de là vers le couvercle de la cuve, et enfin vers le refroidisseur. Le taux de variation de la température dans la cuve était d&#39; environ 0.001 ° C sec -1. </li><li> Définissez les paramètres de mesure à l&#39;aide du logiciel de l&#39;analyseur TPS. Réglez le type de capteur à la conception # 7577. Régler la puissance de sortie W 0 à 30 mW et le temps de mesure de 5 secondes. Notez que les paramètres appropriés doivent être modifiés si le type de capteur ou conditions échantillons changent. Réglez les paramètres pour augmenter la température de 1 ° C à 1,5 ° C. </li><li> Calculer le degré de surfusion, AT sup, avec l&#39;équation suivante: AT sup = T eq (P) - T. (3) Teq (P) est la température d&#39;équilibre de MH en fonction de la pression P. Teq (P) est calculée à l&#39; aide du logiciel CSMGem 1.0, P et T sont la pression et la température dans le récipient de mesure à l&#39;aide de jauges de pression et de température, respectivement. </li><li> Mesurer simultanément la conductivité thermique, diffusivité thermique, et la chaleur spécifique volumétrique en utilisant l&#39;analyseur TPS après AT sup est supérieur à 2 ° C. </li><li> Mettez la sonde TPS reliée aux propriétés analyseur thermique après chaque mesure. Mettez les câbles entre les sondes TPS et l&#39;analyseur manuellement pendant l&#39;expérience 9. Le schéma de raccordement est illustré à la figure S2 en référence 9. La séquence de commutation de chaque capteur est négative. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... La séquence est basée sur la distance entre les capteurs, qui est fixé dans la mesure du possible d&#39;éviter que la chaleur résiduelle d&#39;affecter les mesures. Recueillir des données toutes les 3-5 min. </li><li> Répéter les mesures jusqu&#39;à ce que &amp; #916; T sup atteint 2 ° C à nouveau. Dans cette expérience, Δ T sup augmente initialement avec le temps. Après sup AT atteint la valeur maximale, diminue progressivement sup AT à 0 ° C , car la pression diminue avec la formation de MH. Vérifiez si AT sup est supérieur à 2 ° C avant les mesures TPS utilisant l&#39; équation 3. </li><li> Assurez-vous que le profil de température est pas affectée par MH fusion. Si MH fond lors de la mesure, la température ne sera pas augmenter à cause de la fusion MH est une réaction endothermique. Vérifiez le profil de température pendant les mesures, et est discuté dans la section des résultats. </li><li> Effectuer l&#39;analyse des propriétés thermiques pour toutes les données de profil de température en utilisant la technique TPS. </li></ol> 3. Calcul de la Saturation Changement de l&#39;échantillon 9,11 Remarque:Le degré de saturation pour MH, d&#39; eau et de gaz dans l&#39;échantillon en fonction du temps t est calculée en utilisant l&#39;équation d&#39;état du gaz. Les détails de calcul et les équations utilisées sont décrites précédemment 11. <ol><li> Calculer le V gaz de volume de gaz méthane, t au temps t <img alt="l&#39;équation 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> où Q est le volume initial de gaz dans la cuve, V MH, t - 1 est le volume de MH à l&#39; instant t - 1 et R VHW est le rapport volumique de l&#39; eau et MH. <img alt="l&#39;équation 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> Dans l&#39; équation 5, n est le nombre de MH d&#39;hydratation (~ 6), et ρ ρ MH eau correspond à la densité de MH et de l&#39; eau, respectivement, et w MH et de l&#39; eau w représentent la masse moléculaire MH et de l&#39; eau, respectively. </li><li> Calculer la quantité ΔM t (mole) de MH formé à partir de t - 1 à t <img alt="L&#39;équation 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> où R est la constante des gaz, P est la pression du gaz de méthane, et Zt (gaz T, T, P gaz, t) est le coefficient de méthane de compression à l&#39; instant t. Nous 9 et Sakamoto et al. 11 avons utilisé l&#39;équation Benedict-Webb-Rubin (BWR), tel que modifié par Lee et Kesler, pour calculer Z t 12, 13. Pour ce calcul, les formules (3-7.1) - (3-7.4) de l&#39;équation BWR 13 et les constantes de Lee-Kesler sont utilisées dans les tableaux 3 - 7 de référence 13. </li><li> Calculer le changement de volume Δ V MH, <sub&gt; t de MH de t - 1 à t <img alt="L&#39;équation 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> où P s est la pression de 101325 Pa de référence, T s est la température de référence de 273,15 K, Z s est le coefficient de compression au niveau de P s et de T (Z s ~ 1), et V CH4 est le rapport du volume de gaz méthane dans le unité de volume MH [Nm 3 m -3]. Utilisez une valeur V CH4 de 165,99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Calculer le volume V MH, t de MH à l&#39; instant t <img alt="L&#39;équation 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Calculer le volume d&#39;eau de l&#39; eau de V, T dans le récipient sous pression à l&#39; instant t <img alt="L&#39;équation 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; où l&#39; eau de V 1 est le volume initial d&#39;eau. </li><li> Répéter les calculs en utilisant les équations. 9.4 à l&#39; instant t = 2, 3, ... afin de déterminer la variation de la saturation de l&#39; eau, de méthane et 11 MH. La condition initiale est t = 1, c. -à- gaz V, 1 = Q. Le P et T à l&#39; instant t sont prises à partir des journaux de données 9. Les résultats du calcul sont présentés dans la section suivante. </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>
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<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>
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<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>
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<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.

L&#39;effet de la chaleur de formation de MH sur mesure a été estimé. La chaleur de formation de MH a été estimé à partir des produits de la vitesse de changement S h comme indiqué sur la figure 3b et l&#39;enthalpie de formation H = 52,9 kJ mol -1 MH 14. Par conséquent, la variation de la température maximale était de 0,00081 ° C sec -1. Cela a été beaucoup plus faible que l&#39;augmentation de température AT c</...

Les hydrates de gaz sont des composés cristallins qui comprennent des structures en cage de molécules d&#39;eau liées à l&#39; hydrogène contenant des molécules hôtes dans la cage 1. De grandes quantités d&#39;hydrates de méthane (MHS) dans les régions de plancher de l&#39; océan et le pergélisol sont des ressources intéressantes énergétiques futurs , mais peuvent affecter les conditions climatiques mondiales 2. En Mars 2013, la Japan Oil, Gas, and Metals National Corporation menées premier test de production offshore du monde pour extraire le gaz de sédiments naturels MH-portant dans l&#39;est de Nankai Trough par la &quot;méthode de dépressurisation&quot; 3,4. Les hydrates de gaz peuvent stocker des gaz tels que le méthane , 1, 5 un atome d&#39; hydrogène, CO 2 de 1,6 et de l&#39; ozone 7. Par conséquent, le méthane et d&#39;hydrogène hydrates sont étudiés comme le stockage d&#39;énergie potentielle et les médias de transport. Pour réduire les émissions de CO 2 dans l&#39;atmosphère, CO 2 sequestration utilisant le CO 2 hydrates dans les sédiments océaniques profonds ont été étudiés 6. L&#39;ozone est actuellement utilisé dans la purification de l&#39;eau et de la stérilisation des aliments. Les études sur la technologie de conservation de l&#39; ozone ont été menées parce qu&#39;il est chimiquement instable 7. La concentration en ozone dans l&#39; hydrate est beaucoup plus élevée que celle de l&#39;eau ozonisée ou de la glace 7. Pour développer la production de gaz à partir des sédiments MH-portant naturelles et des technologies à base d&#39;hydrates, il est impératif de comprendre les propriétés thermiques des hydrates de gaz. Cependant, les données sur les propriétés thermiques et études de modèles de sédiments d&#39;hydrate portant gaz sont rares 8. La «méthode de dépressurisation» peut être utilisé pour dissocier MH dans l&#39;espace poreux des sédiments en diminuant la pression de pore inférieure à la stabilité de l&#39;hydrate. Dans ce procédé, les composants spatiaux interstitielles des sédiments changent de l&#39;eau et de l&#39;eau MH, MH, et le gaz. La mesure de Les propriétés thermiquesde cette dernière condition est difficile parce que la chaleur de fusion de MH peut affecter les mesures. Pour résoudre ce problème, Muraoka et al. Réalisée la mesure des propriétés thermiques dans des conditions surfusion pendant la formation MH 9. Avec ce protocole vidéo, nous expliquons la méthode de mesure de surfusion synthétique échantillon de sable eau-gaz-MH. La figure 1 illustre le dispositif expérimental permettant de mesurer les propriétés thermiques du méthane artificiel hydrates de sédiments. La configuration est la même que celle indiquée dans la référence 9. Le système comprend essentiellement un récipient à haute pression, de pression et de régulation de la température et des propriétés thermiques du système de mesure. Le récipient à haute pression est en acier inoxydable cylindrique avec un diamètre interne de 140 mm et une hauteur de 140 mm; son volume intérieur avec le volume mort est éliminé 2110 cm 3 et sa limite de pression est de 15 MPa. Le transie<html> source plane nt (TPS) technique est utilisée pour mesurer les propriétés thermiques 10. Neuf sondes TPS avec des rayons individuels de 2.001 mm sont placés à l&#39;intérieur du navire. La disposition des neuf sondes 9 est représenté sur la figure 2 en référence 9. Les sondes TPS sont connectées à l&#39;analyseur des propriétés thermiques d&#39;un câble et commutées manuellement pendant l&#39;expérience. Les détails du capteur TPS, schéma de connexion et la configuration dans le récipient sont représentés sur les figures S1, 2 et 3 de l&#39;information à l&#39; appui en référence 9. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Figure 1:. Le dispositif expérimental pour mesurer les propriétés thermiques de l&#39;artificiel sédiments hydrate de méthane porteur Le chiffre est modifié de la référence 9.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. La méthode TPS a été utilisé pour mesurer les propriétés thermiques de chaque échantillon. Les principes de la méthode sont décrits dans la référence 10. Dans cette méthode, l&#39;augmentation de la température en fonction du temps, AT ave, est <img alt="L&#39;équation 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> où <img alt="équation 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> Dans l&#39; équation 1, W 0 est la puissance de sortie du capteur, r est le rayon de la sonde de détection, λ est la conductivité thermique de l&#39;échantillon, α est la diffusivité thermique, et t est le temps depuis le début de l&#39;alimentation à la sonde de capteur. D (τ) est une fonction dépendant du temps sans dimension. τ </em&gt; est donnée par (aT / r) 1/2. Dans l&#39; équation 2, m est le nombre d&#39;anneaux concentriques de la sonde TPS et I 0 est une fonction de Bessel modifiée. La conductivité thermique, la diffusivité thermique et la chaleur spécifique de l&#39;échantillon sont simultanément déterminées par une analyse d&#39;inversion appliquée à l&#39;augmentation de la température que l&#39;énergie est fournie à la sonde de détection.

<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 figure 2a représente le profil de température qui ne soit pas affectée par MH fusion. C AT est la variation de température due à la mesure des constantes thermiques. La figure 2b montre le profil de température qui est affectée par MH fusion. Le profil de la figure 2b ne peut être analysé par les équations 1 et 2 parce que ces équations sont dérivées en supposant que les conditions d&#39;échantillonna...

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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.

Protocole de mesure des propriétés thermiques d&#39;un synthétique Sable-eau-gaz-méthane Hydrate Sample surfondue

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 vues.  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.

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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.

partitionnement de Metal-silicate à haute pression et température: méthodes expérimentales et un protocole à réprimer fortement sidérophile 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 ...

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Chimie

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.

Thermique, analyse conductimétrie (TSC) comme une méthode générale pour étudier et contrôler le comportement de Phase conductrice physique gelées

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

Environnement

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.

Etude expérimentale de la relation entre la taille des particules et capacité de Sorption de méthane en schiste

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 protocole expérimental pour l’étude des effets minéraux sur les Transformations hydrothermiques organiques

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.

Cristallisation de l’hydrate de méthane sur les gouttelettes d’eau sessile

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.

Propriétés de surface de synthèse nanoporeux carbone et silice Matrices

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.

Étudier les effets surfactants sur la cristallisation des hydrates à l’aide d’un dispositif Peltier modulaire intégré à faible coût

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>Mesure de la conductivité électrique pour étudier la formation de saumures dans des conditions martiennes

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.

Mesure de la conductivité électrique pour étudier la formation de saumures dans des conditions martiennes

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.

Une approche microfluidique pour l’étude de la cristallisation de la glace et de l’hydrate de clathrate

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

Protocole de mesure des propriétés thermiques d'un synthétique Sable-eau-gaz-méthane Hydrate Sample surfondue

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