Name: protocol for measuring the thermal properties of a supercooled synthetic sand-water-gas-methane hydrate sample
Uploaded: 2016-03-21T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample at JoVE.com

Denna studie ekonomiskt stöd från MH21 Research Consortium för Metan hydrat resurser i Japan och National Metan Hydrate Exploatering Program av ministeriet för ekonomi, handel och industri. Författarna vill tacka T. Maekawa och S. Goto för deras hjälp med experimenten. Omtryckt siffror med tillstånd från (Muraoka, M., Susuki, N., Yamaguchi, H., Tsuji, T., Yamamoto, Y., energibränsle, 29 (3), 2015, 1345-1351, 2015, DOI.: 10,1021 / ef502350n). Copyright (2015) American Chemical Society.

Obs: Kontakta alla relevanta säkerhetsdatablad som denna studie använder högtrycks brännbar metangas och en stor hög tryckkärl. Bära hjälm, skyddsglasögon och skyddsskor. Om temperaturreglering stannar ökar trycket i kärlet med MH dissociation. För att förebygga olyckor, är användningen av en säkerhetsventilsystem rekommenderas starkt att automatiskt frigöra metangas till atmosfären. Ventilsystemet säkerhet kan fungera utan elförsörjning. 1. Framställning av Sand-vatten-m...

<ol>
	<li>Sloan, E. D., Koh, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd ed. , (2007).</li><li>Hatzikiriakos, S. G., Englezos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+global+warming+and+methane+gas+hydrates+in+the+earth.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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> Mar. Petrol. Geol. 66 (Pt 2), 296 (2015).</li><li>Fujii, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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> Mar. Petrol. Geol. 66 (Pt 2), 310 (2015).</li><li>Mao, W. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+clusters+in+clathrate+hydrate.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CO2+hydrate+composite+for+ocean+carbon+sequestration.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clathrate+Hydrates+for+Ozone+Preservation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+properties+of+hydrate-bearing+sediments.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+properties+of+a+supercooled+synthetic+sand-water-gas-methane+hydrate+sample.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+plane+source+techniques+for+thermal+conductivity+and+thermal+diffusivity+measurements+of+solid+materials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+on+a+New+Enhanced+Gas+Recovery+Method+by+Nitrogen+Injection+from+a+Methane+Hydrate+Reservoir.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+generalized+thermodynamic+correlation+based+on+three-parameter+corresponding+states.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+3,+Unit+3,+7.">Chapter 3, Unit 3, 7.</a> The properties of gases and liquids. , 47-49 (1987).</li><li>Anderson, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enthalpy+of+dissociation+and+hydration+number+of+methane+hydrate+from+the+Clapeyron+equation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+conductivity+measurements+in+porous+mixtures+of+methane+hydrate+and+quartz+sand.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+diffusivity+measurements+of+porous+methane+hydrate+and+hydrate-sediment+mixtures.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+and+modeling+thermal+conductivity+of+gas+hydrate-bearing+sand.">Measuring and modeling thermal conductivity of gas hydrate-bearing sand.</a> J. Geophys. Res. 110 (B1), (2005).</li></ol>

Effekten av bildandet hetta MH på mätning uppskattades. Bildandet hetta MH uppskattades från produkter av förändringshastigheten för S h såsom visas i fig 3b och entalpin för bildandet H = 52,9 kJ mol -1 för MH 14. Följaktligen maximala förändringen temperaturen var 0,00081 ° C sek -1. Detta var mycket lägre än temperaturökningen AT c hos TPS sensorn mellan 1 ° C och 1,5 ° C under tidsintervallet av 5 sek...

Gashydrater är kristallina föreningar som innefattar bur strukturer av vätebundna vattenmolekyler som innehåller gästmolekyler i buren 1. Stora mängder metanhydrater (MHS) i havsbotten och permafrostområden är intressanta framtida energiresurser, men kan påverka den globala klimatförhållanden 2. I mars 2013 Japan olja, gas och metaller National Corporation genomfört världens första offshore produktionstest för att utvinna gas från naturliga MH bärande sediment i östra Nankai trough med &quot;sänkningsmetoden&quot; 3,4. Gashydrater kan lagra gaser såsom metan 1, väte 5, CO 2 1,6, och ozon 7. Därför är metan och väte hydrater studeras som potentiell energilagring och transport media. För att minska CO2-utsläpp i atmosfären, CO 2 sequestion med hjälp av CO 2 hydrater i djuphavssediment har studerats 6. Ozon används för närvarande vid vattenrening och livsmedelssterilisering. Studier av ozon bevarande teknik har genomförts eftersom det är kemiskt instabila 7. Ozonkoncentrationen i hydrater är mycket högre än den i ozoniserat vatten eller is 7. Att utveckla gasproduktion från naturliga MH bärande sediment och återfukta baserad teknik, är det absolut nödvändigt att förstå de termiska egenskaperna hos gashydrater. Men de termiska egenskaperna data och modellstudier av gashydrat bärande sediment är knappa 8. Den &quot;trycksänkningsmetoden&quot; kan användas för att dissociera MH i sedimentet porutrymmet genom minskning av portryck under hydratet stabilitet. I denna process, de sediment pore rymdkomponenter förändras från vatten och från MH till vatten, MH, och gas. De termiska egenskaperna &quot;mätningav detta sistnämnda villkor är svårt eftersom smältvärmet av MH kan påverka mätningarna. För att lösa detta problem, Muraoka et al. Utförde de termiska egenskaperna &quot;mätning vid kylda villkor under MH bildning 9. Med den här videon protokoll, förklarar vi mätmetoden av underkylda syntetisk sand-vatten-gas-MH prov. Figur 1 visar den experimentella uppställning för mätning av de termiska egenskaperna hos den artificiella metan hydrat bärande sediment. Installationen är densamma som visas i referens 9. Systemet innefattar huvudsakligen en högtryckskärl, tryck och temperaturkontroll, och termiska egenskaper hos mätsystemet. Högtryckskärlet är sammansatt av cylindriska rostfritt stål med en inre diameter av 140 mm och en höjd av 140 mm; dess inre volym med dödvolymen avlägsnas är 2110 cm 3, och dess tryck gräns är 15 MPa. den transie<html> nt plan källa (TPS) teknik används för att mäta de termiska egenskaperna 10. Nio TPS sonder med individuella radier av 2.001 mm placeras inuti kärlet. Layouten av de nio sonder 9 visas i figur 2 i referens 9. TPS sonder är anslutna till de termiska egenskaperna &quot;analysator med en kabel och kopplas manuellt under experimentet. Detaljerna i TPS sensor, kopplingsschema och inställningar i kärlet visas i figurerna S1, 2 och 3 i underlag med hänvisning 9. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956fig1.jpg" /> Figur 1:. Den experimentuppställning för att mäta de termiska egenskaperna hos den artificiella metan hydrat bärande sediment Figuren är modifierad från referens 9.3956fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klicka här för att se en större version av denna siffra. TPS-metoden användes för att mäta de termiska egenskaperna hos varje prov. Metoden principer beskrivs i referens 10. I denna metod, tidsberoende ökning av temperaturen, AT ave, är <img alt="ekvation 1" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq1.jpg" /> var <img alt="ekvation 2" src="/files/ftp_upload/53956/53956eq2.jpg" /> I ekvation 1, W 0 är uteffekten från sensorn, r är radien för den sensorsond, är λ den termiska ledningsförmågan hos provet, är α den termiska diffusivitet, och t är tiden från starten av strömförsörjningen till sonden. D (τ) är en dimensionslös tidsberoende funktion. τ </em&gt; ges av (αt / r) 1/2. I ekvation 2, m är antalet koncentriska ringar av TPS sonden och jag 0 är en modifierade Bessel-funktionen. Värmeledningsförmågan, värmediffusionsförmåga, och specifikt värme av provet samtidigt bestäms genom inversion analys som appliceras på ökningen som energi tillförs till sensortemperatursond.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1353">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">TPS thermal probe, Hot disk sensor</td>
			<td style="width:251px;">Hot Disk AB Co., Sweden</td>
			<td style="width:267px;">#7577</td>
			<td style="width:392px;">Kapton sensor type, sensor radius 2.001 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Hot disk thermal properties analyzer</td>
			<td>Hot Disk AB Co., Sweden</td>
			<td style="width:267px;">TPS 2500&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:444px;">Toyoura standard silica sand</td>
			<td style="width:251px;">Toyoura Keiseki Kogyo Co., Ltd., Japan</td>
			<td style="width:267px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:444px;">Methane gas ,99.9999%</td>
			<td style="width:251px;">Tokyo Gas Chemicals Co., Ltd., Japan</td>
			<td style="width:267px;">N/A</td>
			<td>Grade 6N, Volume 47L, Charging pressure 14.7MPa</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Water Purification System,Elix Advantage 3&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Merck Millipore., U.S.</td>
			<td style="width:267px;">N/A</td>
			<td>5 M&#937; cm (at 25&#176;C) resistivity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Vibrating table, Vivratory packer</td>
			<td style="width:251px;">Sinfonia Technology Co. Ltd., Japan</td>
			<td style="width:267px;">VGP-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Chiller, Thermostatic Bath Circulator&#160;</td>
			<td style="width:251px;">THOMAS KAGAKU Co., Ltd., Japan</td>
			<td style="width:267px;">TRL-40SP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Coorant, Aurora brine</td>
			<td style="width:251px;">Tokyo Fine Chemical Co.,Ltd., Japan</td>
			<td style="width:267px;">N/A</td>
			<td>ethylene glycol 71wt%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Temparature gage</td>
			<td style="width:251px;">Nitto Kouatsu., Japan</td>
			<td style="width:267px;">N/A</td>
			<td>Pt 100, sheath-type platinum resistance temperature detector</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:444px;">Pressure gage</td>
			<td style="width:251px;">Kyowa Electronic Instruments., Japan</td>
			<td style="width:267px;">PG-200 KU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Data logger</td>
			<td style="width:251px;">KEYENCE., Japan</td>
			<td style="width:267px;">NR-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:444px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:251px;">OVAL Co., Japan</td>
			<td style="width:267px;">F-221S-A-11-11A</td>
			<td>Maximum flow 2000 Nml/M, maximum design pressure 19.6 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.

Figur 2a visar temperaturprofilen som inte påverkas av MH smältning. AT c är temperaturändringen på grund av termiska konstant &#39;mätning. Figur 2b visar temperaturprofilen som påverkas av MH smältning. Profilen i figur 2b kan inte analyseras genom ekvationerna 1 och 2, eftersom dessa ekvationer härleds genom att anta stabila provförhållanden. ...

Watch this Scientific Journal Video about Protocol for Measuring the Thermal Properties of a Supercooled Synthetic Sand-water-gas-methane Hydrate Sample at JoVE.com

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.

Protokoll för att mäta de termiska egenskaperna hos en underkyld Syntetisk Sand vatten-gas-metan hydrat Prov

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

Research

JoVE Journal

Environment

Optimized Negative Staining: a High-throughput Protocol for Examining Small and Asymmetric Protein Structure by Electron Microscopy

Optimerad Negativ Färgning: a hög kapacitet protokoll för prövningen Liten och Asymmetric Protein Structure genom elektronmikroskopi

Structural determination of proteins is rather challenging for proteins with molecular masses between 40 - 200 kDa. Considering that more than half of ...

Transient Gene Expression in Tobacco using Gibson Assembly and the Gene Gun

Transient genuttryck i Tobaks använder Gibson församling och Gene Gun

In order to target a single protein to multiple subcellular organelles, plants typically duplicate the relevant genes, and express each gene separately ...

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Experimentell Protokoll för Manipulera växt-inducerad Soil Heterogenitet

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

A New Application of the Electrical Penetration Graph (EPG) for Acquiring and Measuring Electrical Signals in Phloem Sieve Elements

A New Application of the Electrical Penetration Graph EPG for Acquiring and Measuring Electrical Signals in Phloem Sieve Elements

En ny ansökan av elektriska penetration Graph (EPG) för att förvärva och mäta elektriska signaler i floem sikt Elements

Electrophysiological properties of cells are often studied in vitro, after dissociating them from their native environments. However, the study of ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Ett protokoll för insamling och konstruera Jord Kärn lysimetrarna

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Protokoll för Microplastics Provtagning på havsytan och Provanalys

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

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

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

Thermal skanning Conductometry (TSC) som en allmän metod för att studera och styra beteendet fas av konduktiv fysiska geler

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

The Hawaii Protocol for Scientific Monitoring of Coffee Berry Borer: a Model for Coffee Agroecosystems Worldwide

Hawaii protokollet för vetenskaplig övervakning av kaffe Berry tillväxtborr: en modell för kaffe Agroecosystems i hela världen

Coffee berry borer (CBB) is the most devastating insect pest for coffee crops worldwide. We developed a scientific monitoring protocol that is aimed at ...

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize (Zea mays L.)

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize Zea mays L.

Hög genomströmning, hur provtagningsutrustningen skall protokollet för analys av bearbetning parametrar och näringsvärde i majs (Zea mays L.)

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole ...

Experimental Protocol for Examining Behavioral Response Profiles in Larval Fish: Application to the Neuro-stimulant Caffeine

Experimentellt protokoll för att pröva beteendemässiga svar profiler i Larval fisk: ansökan till Neuro-stimulerande koffein

Fish models and behaviors are increasingly used in the biomedical sciences; however, fish have long been the subject of ecological, physiological and ...