過冷却合成砂 - 水 - ガス・メタンハイドレート試料の熱特性を測定するためのプロトコル

ガスハイドレートは、ケージ¹のゲスト分子を含む水素結合水分子のケージ構造を含む結晶性化合物です。海底や永久凍土地域におけるメタンハイドレート（MHS）、大量の興味深い将来のエネルギー資源であるが、地球規模の気候条件^2に影響^を与えることがあります。

2013年3月には、日本の石油、ガス、および金属鉱物資源機構（株）は、「減圧法^」3,4を用いて^、東部南海トラフにおける天然MH-ベアリング堆積物からガスを抽出するために、世界初の海洋産出試験を実施しました。

ガスハイドレートは、メタン^1、水素^5、CO ₂ ^1,6、およびオゾン⁷のようなガスを保存することができます。したがって、メタンと水素水和物は潜在的なエネルギー貯蔵や輸送媒体として検討されています。大気中に放出されたCO ₂排出量、CO ₂ sequesを低減するために、深海堆積物中のCO ₂ハイドレートが^6を検討されている使用してtration。オゾンは、現在、浄水、食品殺菌に使用されます。それは⁷化学的に不安定であるため、オゾン保全技術の研究が行われています。水和物中のオゾン濃度は、オゾン水や氷⁷よりもはるかに高いです。

自然MH-ベアリング堆積物や水和物ベースの技術からのガス生産を開発するためには、ガスハイドレートの熱特性を理解することが不可欠です。しかし、ガスハイドレート堆積物の熱特性データとモデル研究は^、8が不足しています。

「減圧法は、「水和物の安定性以下の細孔の圧力を減少させることによって堆積物の細孔空間内MHを解離するために使用することができます。このプロセスでは、堆積物の孔空間成分は、水、MH、およびガスに水から、およびMH変わります。熱的特性」の測定MHの融解熱は、測定に影響を与える可能性があるため、後者の条件では困難です。この問題を解決するために、村岡らは MH形成⁹の間に過冷却状態での熱的特性」の測定を行いました。

このビデオプロトコルでは、我々は過冷却合成砂 – 水 – ガス-MHサンプルの測定方法を説明します。

図1は、人工メタンハイドレート堆積物の熱特性を測定するための実験を示しています。参照⁹に示すように、セットアップは同じです。システムは、主に、高圧容器、圧力及び温度制御、及び測定システムの熱特性を含みます。高圧容器を140 [mm]の内径および140ミリメートルの高さを有する円筒形ステンレス鋼で構成されています。削除デッドボリュームとその内部容積は2110センチメートル³であり、その圧力限界は15 MPaです。 transie NT面光源（TPS）技術は、熱特性^10を測定するために使用されます。 2.001ミリメートルの個々の半径を有するナインTPSプローブは、容器の内側に配置されています。 9プローブ⁹のレイアウトは、文献⁹の図2に示されています。 TPSプローブは、ケーブルで熱特性」アナライザに接続し、実験中に手動で切り替えられます。容器内のTPSセンサ接続図、および設定の詳細は、図S1、2、および基準⁹における支援情報の3に示されています。

図1：人工メタンハイドレート堆積物の熱特性を測定するための実験装置の図を参照⁹から変更されています。3956fig1large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

TPSの方法は、各サンプルの熱特性を測定しました。この方法の原理は文献¹⁰に記載されています。この方法では、時間依存性の温度上昇は_、ΔTaveが 、あります

どこ

_0は、センサからの出力電力であり、Wは 、式1において、Rはセンサプローブの半径であり、λは、試料の熱伝導率であり、αは熱拡散率であり、tは、電力供給を開始してからの時間でありますセンサプローブに。D（τ）は無次元時間依存する関数です。τ </EM>（αT/ ^R）1/2で与えられます。式2において、mは TPSプローブの同心リングの数であり、I _0は、修正されたベッセル関数です。試料の熱伝導率、熱拡散率、比熱を同時に電​​力がセンサプローブに供給されるように、温度上昇に印加される反転分析によって決定されます。