Este estudo foi financiado pelo Consórcio de Pesquisa MH21 de hidrato de metano Recursos no Japão e no Programa Nacional de Hidratos de metano exploração por parte do Ministério da Economia, Comércio e Indústria. Os autores gostariam de agradecer T. Maekawa e S. Goto para a sua assistência com os experimentos. figuras Reproduzido com permissão de (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., combustíveis energéticos, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10.1021 / ef502350n). Copyright (2015) American Chemical Society.

Nota: Por favor, consulte todas as fichas de dados de segurança do material relevantes como este estudo utiliza alta pressão inflamável gás metano e um grande reservatório de alta pressão. Usar um capacete, óculos de segurança e botas de segurança. Se o sistema de controlo pára temperatura, a pressão no recipiente aumenta com MH dissociação. Para evitar acidentes, o uso de um sistema de válvula de segurança é fortemente recomendada para libertar automaticamente o gás de metano para a atmosfera. O sistema de válvula de segurança pode trabalhar sem fornecimento de energia elétrica. 1. Preparação das amostras de gás de areia-água-de metano 9 <ol><li> Colocar o recipiente de alta pressão sobre a mesa de vibração. </li><li> Despeje 1,5 L de água pura em uma garrafa de água e 4,000 g de areia de sílica em uma garrafa de areia. Pesar com precisão as massas de areia e de água nas garrafas de areia e água, respectivamente. </li><li> Pour 1 L de água pura no recipiente de alta pressão com um volume interno de 2110 centímetros 3 a partir de uma garrafa de águaaté que a água enche a metade do recipiente interior. </li><li> Ligue a mesa de vibração para vibrar todo o vaso. Definir a taxa de vibração e a fonte de alimentação a 50 Hz e 220 W, respectivamente. Aplicar a vibração até a conclusão da etapa 1.5. Retirar o ar residual na linha de drenagem e filtro metálico sinterizado no fundo do recipiente por meio de vibração do navio. </li><li> Pour 3300 g de areia de sílica a partir de uma garrafa de areia para o recipiente a uma velocidade constante de cerca de 1 g s-1 utilizando um funil realizado perto da superfície da água, enquanto todo o vaso é agitado para assegurar a embalagem uniforme. </li><li> Pare a vibração quando a água atinge o rebordo do recipiente. </li><li> Coloque um anel como uma parede temporária na borda do recipiente para impedir a água de derramar. </li><li> Vibrar o recipiente de novo a 50 Hz e 220 W. </li><li> Quando a areia atinge o rebordo do recipiente (140 milímetros de altura), desligar a vibração. </li><li> Retirar a parede temporária e excesso de água dos poros usando thlinha de drenagem e. Despeje a água de volta pore excesso na garrafa de água. </li><li> Embalar a areia pela vibração do navio uma ou duas vezes a 50 Hz e 300 W por 1 segundo e adicionar mais areia se necessário. </li><li> Pesar as massas de areia e de água nas garrafas de areia e água. Calcule as massas de areia e de água no recipiente a partir das diferenças de massa nas garrafas de areia e água. Nesta experiência, as massas de areia e água no vaso foram 3.385 g e 823,6 g, respectivamente. A massa de água no recipiente é denotado como w total. </li><li> Cobrir o vaso de alta pressão com uma tampa de aço inoxidável e apertar os parafusos de pares opostos diagonalmente em sequência. </li><li> Mover o reservatório de alta pressão a partir da mesa de vibração para a tabela destina-se para a experiência. </li><li> Cobrir o vaso de alta pressão com o isolador de calor para controlar a temperatura. </li><li> Ligar as condutas de alta pressão e as linhas de fluxo de água de arrefecimento para o reservatório de alta pressão. </li&gt; <li> Abra as válvulas dos dutos de entrada e de gás de saída. Ventilar 10 L metano a uma taxa de 800 ml min -1 até que não há excesso de descargas de água para dentro da armadilha, sob pressão atmosférica. A descarga de areia é impedida por um filtro metálico sinterizado fixo na parte inferior do navio. A água residual permanece na superfície da areia, porque a areia de sílica hidrofílica absorve as moléculas de água. </li><li> Pesa-se a massa de água na armadilha, W armadilha, para determinar o volume de gás no vaso. Determinar a massa de água residual, res w, no recipiente utilizando a equação w res = w total - w armadilha. Neste caso, res W e W armadilha era 360,6 g e 463,0 g, respectivamente. </li><li> Determinar a porosidade da amostra usando a fórmula Ѱ = 1 - célula V areia / V, em que V é o volume da areia de tele areia determinada pela razão de massa de areia a densidade da areia (ou seja, ρ s = 2,630 kg m-3), e célula de V é o volume interior do vaso. O Ѱ porosidade da amostra foi de 0,39. </li><li> Fechar a válvula da linha de gás de saída. Injectar metano para aumentar a pressão de poro de metano no vaso a cerca de 12,1 MPa a temperatura ambiente (ou seja, 31,6 ° C). </li><li> Fechar a válvula da linha de entrada de gás. </li><li> Iniciar a gravação da pressão e da temperatura no vaso durante o experimento usando o registrador de dados. O intervalo de amostragem de dados é de 5 seg. O tempo total do experimento é de aproximadamente 3.000 min. </li></ol> 2. MH Síntese e medição da amostra Supercooled 9 &#39;Propriedades Térmicas <ol><li> Ligue o arrefecedor para arrefecimento do vaso desde a temperatura ambiente a 2,0 ° C, fazendo circular o líquido de arrefecimento. Deixe a circular refrigerante do chiller tO fundo do recipiente, a partir daí para a tampa do recipiente, e, finalmente, de volta para o resfriador. A taxa de alteração da temperatura no vaso foi de aproximadamente 0.001 ° C seg -1. </li><li> Defina os parâmetros de medição usando o software analisador de TPS. Defina o tipo de sensor para sensor projeto # 7577. Definir a potência de saída W 0 a 30 mW e o tempo de medição a 5 segundos. Note-se que os parâmetros apropriados devem ser alteradas se o tipo de sensor ou condições de amostra mudar. Definir os parâmetros para aumentar a temperatura de 1 ° C a 1,5 ° C. </li><li> Calcular o grau de super-ref rigeração, AT sup, com a seguinte equação: AT sup = eq T (P) - T. (3) T EQ (P) é a temperatura de equilíbrio da MH como uma função da pressão P. Eq T (P) é calculada utilizando o software CSMGem 1.0; P e T são a pressão e a temperatura no recipiente de medida utilizando medidores de pressão e temperatura, respectivamente. </li><li> Simultaneamente medir a condutividade térmica, a difusividade térmica e calor específico volumétrico utilizando o analisador de TPS após sup AT é maior do que 2 ° C. </li><li> Mudar a sonda TPS conectado ao analisador de propriedades térmicas após cada medição. Alterne os cabos entre as sondas TPS e o analisador manualmente durante o experimento 9. O esquema de ligação é mostrado na Figura 9 em referência S2. A sequência de comutação para cada sensor é não. 6 → 2 → 7 → 5 → 1 → 9 → 4 → 3 → 8 → 6 .... A sequência baseia-se na distância entre os sensores, o que é definido como medida do possível, para impedir que o calor residual a partir de afectar as medições. Coletar dados a cada 3-5 min. </li><li> Repita as medições até &amp; #916; sup T chega a 2 ° C novamente. Nesta experiência, Δ t sup inicialmente aumenta com o tempo. Após AT sup atinge o valor máximo, AT sup diminui gradualmente até 0 ° C, porque a pressão diminui, com a formação de MH. Verificar se sup AT é maior do que 2 ° C antes de as medições usando a equação 3 TPS. </li><li> Certifique-se de que o perfil de temperatura não é afectada por MH fusão. Se MH derrete durante as medições, a temperatura não irá aumentar, porque de fusão de MH é uma reacção endotérmica. Verificar o perfil de temperaturas durante as medições, e é discutido na secção de resultados. </li><li> Realizar a análise das propriedades térmicas para todos os dados do perfil de temperatura utilizando a técnica de TPS. </li></ol> 3. Cálculo da Mudança Saturação da Amostra 9,11 Nota:O grau de saturação para MH, água, gás e na amostra como função do tempo t é calculado utilizando a equação de estado do gás. Os detalhes de cálculo e equações utilizadas são previamente descrito 11. <ol><li> Calcule o V gás volume de gás metano, t no momento t <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq4.jpg" /> onde Q é o volume inicial do gás no reservatório, V MH, t - 1 é o volume de MH no tempo t - 1, e R é VHW a proporção em volume de água e MH. <img alt="equação 5" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq5.jpg" /> Na equação 5, n é o número de hidratação MH (~ 6), MH ρ e ρ água correspondem à densidade de MH e água, respectivamente, e W MH e água W denotar a massa molecular de MH e água, respectively. </li><li> Calcular a quantidade Dm t (mol) de MH formado a partir de t - 1 a t <img alt="equação 6" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq6.jpg" /> onde R é a constante dos gases, P é a pressão do gás metano, e Z t (gás T, T, P gás, t) é o coeficiente de compressão de metano no tempo t. Nós 9 e Sakamoto et al. 11 usaram a equação Benedict-Webb-Rubin (BWR), modificado por Lee e Kesler, para o cálculo de Z t 12, 13. Para este cálculo, as fórmulas (3-7.1) - (3-7.4) da equação 13 BWR e as constantes de Lee-Kesler são utilizadas nas Tabelas 3 - 7 de referência 13. </li><li> Calcule a variação do volume Δ V MH, <sub&gt; t de MH de t - 1 a t <img alt="equação 7" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq7.jpg" /> onde P s representa a pressão de referência de 101325 Pa, Ts é a temperatura de referência de 273,15 K, Z s é o coeficiente de compressão em P s e t s (Z s ~ 1), e V CH4 é a razão entre o volume de gás metano na unidade de volume de MH [Nm 3 m -3]. Use um valor V CH4 de 165.99 [Nm 3 m -3]. </li><li> Calcule o volume V MH, t de MH no tempo t <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq8.jpg" /></li><li> Calcular o volume de água da água V, T no recipiente de pressão no tempo t <img alt="equação 9" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq9.jpg" /&gt; onde V água, 1 é o volume inicial de água. </li><li> Repita os cálculos usando equações. 4-9 no tempo t = 2, 3, ... para determinar a alteração da saturação da água, metano, e MH 11. A condição inicial é t = 1, ou seja, gás V, 1 = Q. A P e T no tempo t são tomadas a partir dos registros de dados 9. Os resultados dos cálculos são mostrados na secção seguinte. </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.

foi avaliado o efeito do calor formação de MH por medição. O calor formação de HM foi estimada a partir dos produtos da taxa de mudança de S h, como mostrado na Figura 3b, e a entalpia de formação H = 52,9 kJ mol -1 para MH 14. Por conseguinte, a mudança de temperatura máxima foi de 0,00081 ° C seg -1. Isto foi muito menor do que o aumento de temperatura AT C do sensor TPS entre 1 ° C e 1,5 ° C durante o inte...

Hidratos de gás são compostos cristalinos que compreendem estruturas de gaiola de moléculas de água ligadas a hidrogênio que contêm moléculas hóspedes na gaiola 1. Grandes quantidades de hidratos de metano (MHS) nas regiões de permafrost fundo do oceano e são recursos de energia no futuro interessantes, mas pode afetar as condições climáticas globais 2. Em março de 2013, o óleo Japão, Gás e Metais National Corporation realizou o primeiro teste de produção offshore do mundo para extrair gás a partir de sedimentos MH-rolamento naturais no leste Nankai Trough pelo &quot;método de despressurização&quot; 3,4. Hidratos de gás pode armazenar gases como o metano 1, hidrogênio 5, CO 2 1,6, e ozônio 7. Assim, metano e hidrogênio hidratos são estudados como armazenamento de energia potencial e meios de transporte. Para reduzir as emissões de CO2 liberadas na atmosfera, o CO 2 sequestração usando CO 2 hidratos em sedimentos do fundo do oceano têm sido estudados 6. O ozono é actualmente utilizada na purificação de água e esterilização de alimentos. Estudos de tecnologia de preservação de ozono foram realizados porque é quimicamente instável 7. A concentração de ozono em hidratos é muito maior do que em água ozonizada ou 7 gelo. Para desenvolver a produção de gás a partir de sedimentos MH-rolamento naturais e tecnologias baseadas em hidrato, é imperativo para entender as propriedades térmicas de hidratos de gás. No entanto, os dados propriedades térmicas e estudos de modelos de gás sedimentos contendo hidratos são escassos 8. O &quot;método de despressurização&quot; pode ser utilizado para dissociar MH no espaço dos poros do sedimento através da diminuição da pressão de poro abaixo da estabilidade do hidrato. Neste processo, os componentes espaciais sedimento poros mudar a partir de água e a partir de MH de água, MH, e gás. medição das propriedades térmicasdesta última condição é difícil porque o calor de fusão de MH podem afectar as medições. Para resolver este problema, Muraoka et al. Realizada a medição das propriedades térmicas em condições super-resfriados durante MH formação 9. Com este protocolo vídeo, explicar o método de medição da amostra de areia-água-gás-MH sintético super-resfriado. A Figura 1 mostra a instalação experimental para medir as propriedades térmicas do sedimento hidrato de metano-rolamento artificial. A configuração é a mesma mostrada em referência 9. O sistema compreende, principalmente, um reservatório de alta pressão, pressão e controle de temperatura, e as propriedades térmicas do sistema de medição. O reservatório de alta pressão é composto de aço inoxidável cilíndrico com um diâmetro interno de 140 mm, e uma altura de 140 mm; seu volume interno com o volume morto removido é 2.110 cm3, e seu limite de pressão é de 15 MPa. o transie<html> fonte avião nt (TPS) técnica é usada para medir as propriedades térmicas 10. Nove sondas TPS com raios individual de 2.001 mm são colocados no interior da embarcação. A disposição dos nove sondas 9 é mostrada na Figura 2, em referência 9. As sondas TPS estão ligados ao analisador das propriedades térmicas com um cabo e mudado manualmente durante o experimento. Os detalhes do sensor TPS, diagrama de conexão e configuração no vaso são mostrados nas Figuras S1, 2 e 3 da informação de apoio em referência 9. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Figura 1:. A montagem experimental para medir as propriedades térmicas do sedimento hidrato de metano-rolamento artificial A figura é modificada a partir de referência 9.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. O método TPS foi usada para medir as propriedades térmicas de cada amostra. Os princípios do método são descritas na referência 10. Neste método, o aumento da temperatura em função do tempo, AT av, é <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> Onde <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> Na Equação 1, W 0 é a potência de saída do sensor, o símbolo r representa o raio da sonda de sensor, λ é a condutividade térmica da amostra, α é a difusividade térmica, e t é o tempo desde o início da alimentação de energia à sonda sensor. D (τ) é um tempo adimensional função dependente. τ </em&gt; é dada por (aT / r) 1/2. Na Equação 2, o símbolo m representa o número de anéis concêntricos da sonda TPS e I 0 é uma função de Bessel modificada. A condutividade térmica, difusividade térmica e calor específico da amostra são simultaneamente determinado por análise de inversão aplicado ao aumento de temperatura que se forneça energia ao sensor de sonda.

<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.

A Figura 2a mostra o perfil de temperatura que não é afectada por MH fusão. AT C é a mudança de temperatura devido à medição &quot;constantes térmicas. A Figura 2B mostra o perfil de temperatura que é afectada por MH fusão. O perfil na Figura 2b não pode ser analisada por meio das equações 1 e 2, porque estas equações são derivados assumindo condições estáveis ​​de amostra. <p class="jove_c...

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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 medir as propriedades térmicas de um sintético areia-água-gás-hidrato de metano Amostra Supercooled

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 visualizações.  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.

Vídeo: 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.

Partitioning Metal-silicato em alta pressão e temperatura: Métodos experimentais e um protocolo para suprimir Altamente sidérophile Elemento Inclusões

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

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.

Térmica varredura Conductometry (TSC) como um método geral para estudar e controlar o comportamento de fase do condutor físico geles

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

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.

Estudo experimental da relação entre o tamanho de partícula e capacidade de adsorção de metano em xisto

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.

Um protocolo Experimental para estudar efeitos Mineral sobre transformações hidrotermais orgânicos

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.

Cristalização do hidrato de metano em gotículas de água 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.

Propriedades de superfície de carbono de Nanoporous sintetizado e matrizes de sílica

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.

Estudando efeitos surfactantes na cristalização do hidrato em interfaces óleo-água usando um dispositivo modular modular integrado de baixo custo

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>Medindo a condutividade elétrica para estudar a formação de salmouras sob condições 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.

Medindo a condutividade elétrica para estudar a formação de salmouras sob condições 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.

Uma abordagem microfluídica para o estudo da cristalização de hidratos de gelo e clatrato

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

Protocolo para medir as propriedades térmicas de um sintético areia-água-gás-hidrato de metano Amostra Supercooled

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