Studio sperimentale della relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di metano in scisto
2 agosto 2018
Usiamo un apparato di isoterma di adsorbimento, l'analizzatore di assorbimento gravimetrico, per testare la capacità di adsorbimento di diversa granulometria di scisto, al fine di scoprire la relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di scisto.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del gas di scisto sulla relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento dello scisto. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il metodo gravimetrico richiede meno parametri e produce risultati migliori in termini di precisione e simulazione della struttura sotterranea reale. Innanzitutto, accendi il computer di bilanciamento delle sospensioni magnetiche e avvia il controller di accoppiamento delle sospensioni magnetiche.
Aprire la bombola del gas a due elio e regolarla approssimativamente alla pressione di uscita appropriata con la valvola di controllo. Quindi, verificare che la manopola del controller di accoppiamento della sospensione magnetica sia in posizione Off. Quindi, accendere il regolatore di temperatura dello strumento, il riscaldatore a bagno d'olio e la pompa del vuoto.
Portare il controller di accoppiamento in posizione Punto zero, attendere uno o due minuti e confermare che le letture siano normali e stabili. Controllare le posizioni del punto di misurazione allo stesso modo. Quindi, impostare il controller sulla posizione del punto zero.
Avviare il software di controllo del sistema. Selezionare il programma di misurazione del bianco e aprire la finestra di configurazione. Assegnare un nome alla misura, selezionare il gas due per utilizzare il gas elio, selezionare un altro fluido e selezionare il bagno di fluido.
Impostare la pressione massima a 70 bar con sette livelli di pressione, la rampa di pressione a due bar al minuto e la temperatura del bagno d'olio a 50 gradi Celsius. Eseguire il programma e calcolare la massa e il volume del contenitore del campione vuoto. Al termine del test in bianco, impostare il setpoint della pressione dell'elio di due gas su un bar.
Avviare il dosaggio del gas per riempire il pool di campioni con elio fino a quando non si avvicina alla pressione atmosferica. Quindi, interrompere il dosaggio del gas. Quindi, abbassare il sensore di temperatura.
Smontare la giacca di cotone isolante e il termostato a doppia parete. Sostenere il termostato a doppia parete quando l'ultima vite viene rimossa. Scaricare il termostato a doppia parete, facendo attenzione a non urtare il tubo di traslazione del sensore con la chiave.
Quindi, smontare il pool di campioni rimuovendo le sei viti simmetricamente. Aprire con cautela il gruppo di campioni. Quindi, controllare se il telaio di bilanciamento dello strumento è in piano.
Per regolare il telaio di bilanciamento, ruotare la manopola del controller di accoppiamento magnetico su Off e sollevare o abbassare con cautela i piedini e le viti di supporto. Una volta che il sistema è bilanciato, estrarre il contenitore del campione e caricare un campione di roccia di scisto pulito e frantumato nel contenitore del campione. Installare il contenitore del campione, quindi impostare l'accoppiamento nella posizione appropriata.
Quindi, reinstallare il sample pool, facendo attenzione a mantenere i bordi all'interno della flangia. Installare le viti simmetricamente e ruotare le viti con una forza delicata e uniforme. Dopo aver installato il sample piscina, provare a installare il termostato a doppia parete per assicurarsi che possa essere installato senza problemi nella successiva misurazione della galleggiabilità.
Una volta confermato, rimuovere il termostato a doppia parete. Quindi, ruotare la manopola del controller di accoppiamento su ciascuna posizione per controllare il bilanciamento. Inserire il sensore di temperatura e installare la guaina di riscaldamento elettrico e il coperchio isolante.
Collegare l'alimentazione elettrica del riscaldamento e accendere l'alimentazione. Quindi, selezionare il programma di pretrattamento nel software dello strumento e aprire il menu di configurazione. Assegna un nome alla misurazione, scegli la fonte del vuoto e seleziona il riscaldamento elettrico.
Impostare la temperatura del campione a 105 gradi Celsius, la temperatura di accoppiamento a 20 gradi Celsius e la durata a 600 minuti. Quindi, eseguire il programma di pretrattamento. Successivamente, spegnere il riscaldamento elettrico e scollegare l'alimentazione.
Rimuovere la guaina del riscaldamento elettrico, inserire il sensore di temperatura e installare il termostato a doppia parete. Avvolgere il termostato con una copertura isolante adesiva. Successivamente, nel software, selezionare il programma di misurazione dell'assetto e aprire la finestra di configurazione.
Impostare la temperatura del bagno d'olio a 50 gradi Celsius. Impostare la pressione massima a 70 bar, la rampa di pressione a due bar al minuto e il numero di gradini di pressione a sette. Quindi, esegui il processo, che di solito richiede dalle cinque alle otto ore.
Successivamente, selezionare il programma di misurazione dell'assorbimento. Se si valuta il desorbimento, mantenere il bagno d'olio a 50 gradi Celsius e impostare 19 punti di pressione, passando da zero bar a 250 bar e tornando a zero bar. Quindi, scegli il gas uno invece del gas due per il gas sperimentale ed esegui il programma.
Se necessario, utilizzare una pompa pressurizzata per aumentare manualmente la pressione del gas sperimentale al valore target. Lasciare terminare il processo prima di rimuovere qualsiasi componente dallo strumento. Due campioni di scisto sono stati frantumati e divisi per la dimensione delle particelle.
Per tutti i campioni, la capacità assoluta di adsorbimento del metano aumentava linearmente con pressioni comprese tra zero e 60 bar. Successivamente, la capacità di adsorbimento assoluta si è gradualmente stabilizzata. L'eccesso di capacità di adsorbimento ha seguito un andamento simile a pressioni più basse, ha raggiunto un massimo di circa 80-100 bar e poi è diminuito con l'aumentare della pressione.
Icampioni di scisto con particelle di dimensioni di circa 250 micrometri avevano generalmente la più alta capacità di adsorbimento massima assoluta e in eccesso. Ciò è stato attribuito al fatto che la roccia è stata frantumata in particelle più piccole e ai micropori e ai mesopori che si collegano per formare mesopori e macropori, diminuendo l'area superficiale specifica totale dello scisto. Abbiamo avuto questa idea per questo metodo quando abbiamo considerato come le particelle di grandi dimensioni dovrebbero essere utilizzate per esperimenti di adsorbimento isotermico di scisto in diverse regioni.
Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 24 ore se eseguita correttamente.
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Panoramica
Questo studio utilizza un analizzatore gravimetrico di sorptione per esaminare la capacità di adsorbimento dello scisto in funzione di diverse dimensioni delle particelle. L'obiettivo è chiarire la relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento, aspetto fondamentale per comprendere l'estrazione del gas da scisto.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Biologia
- Scienza dei materiali
Sfondo
- L'estrazione del gas di scisto è un settore di ricerca di grande rilevanza.
- Comprendere la capacità di adsorbimento è fondamentale per ottimizzare i metodi di estrazione.
- La dimensione delle particelle può influenzare l'efficienza dell'adsorbimento del gas.
- I metodi gravimetrici forniscono misurazioni accurate con un numero ridotto di parametri.
Scopo dello studio
- Determinare come la dimensione delle particelle influisce sulla capacità di adsorbimento dello scisto.
- Migliorare la comprensione del comportamento del gas contenuto nello scisto in diverse condizioni.
- Migliorare l'accuratezza delle misurazioni nella ricerca sul gas dello scisto.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di un analizzatore gravimetrico di sorptione.
- Prove su diverse dimensioni delle particelle di scisto.
- Misurazione della capacità di adsorbimento in condizioni controllate.
- Analisi dei risultati per stabilire le relazioni tra le variabili.
Risultati principali
- Identificati andamenti della capacità di adsorbimento in relazione alla dimensione delle particelle.
- Dimostrata l'efficacia del metodo gravimetrico.
- Fornite informazioni sulle condizioni ottimali per l'estrazione del gas di scisto.
- Contribuito alla comprensione delle proprietà dei materiali di scisto.
Conclusioni
- Lo studio conferma che la dimensione delle particelle influisce in modo significativo sulla capacità di adsorbimento.
- I metodi gravimetrici sono affidabili per lo studio delle proprietà delle rocce scistose.
- I risultati possono orientare ricerche future e tecniche di estrazione.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Comprendere la relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di assorbimento del metano nelle rocce argillose è fondamentale per ottimizzare la valutazione delle risorse e l'efficienza di estrazione nei giacimenti di gas non convenzionali. Questo studio fornisce informazioni quantitative su come la dimensione delle particelle influisca sul comportamento di adsorbimento, supportando una caratterizzazione più accurata dei giacimenti e informando le decisioni nella valutazione iniziale delle risorse. Il metodo gravimetrico di sorption descritto offre un approccio affidabile ed efficiente in termini di parametri per misurare l'adsorbimento del gas in condizioni controllate, migliorando la coerenza dei dati per la modellizzazione del sottosuolo.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi delle proprietà dei materiali che influenzano le interazioni gas-solido, supportando la verifica di ipotesi nei sistemi di materiali per l'energia.
- Valore operativo: Fornisce un protocollo gravimetrico standardizzato per la misurazione riproducibile della capacità di adsorbimento in funzione di dimensioni variabili delle particelle.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera isoterme di adsorbimento quantitative che fungono da risultati di riferimento per il confronto di campioni di scisto in condizioni controllate di pressione e temperatura.
- Valore operativo: Stabilisce un flusso di lavoro scalabile per la preparazione dei campioni, che comprende frantumazione, setacciatura e caricamento, per l'analisi di assorbimento ad alta produttività.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Collega il comportamento di adsorbimento a scala particellare alle prestazioni del serbatoio a scala macroscopica, supportando la modellizzazione traslazionale del trasporto di gas in scisti fratturati.
- Valore operativo: Fornisce protocolli ripetibili per misurazioni di galleggiamento e sorption che garantiscono coerenza interlaboratorio negli studi di caratterizzazione degli scisti.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
La tecnica gravimetrica di sorption rientra nella fase iniziale di scoperta della valutazione dei materiali energetici, in cui la comprensione delle proprietà intrinseche di adsorbimento precede la simulazione del serbatoio e la progettazione dell'estrazione. Essa supporta decisioni di tipo go/no-go fornendo dati affidabili sul potenziale di stoccaggio del gas da scisto, il quale incide direttamente sulla valutazione delle risorse e sulla priorità di sviluppo.
- Biologia della scoperta: Non applicabile; questo metodo riguarda le proprietà fisico-chimiche delle matrici argillose inorganiche piuttosto che sistemi biologici.
- Screening: Permette una valutazione standardizzata della capacità di adsorbimento del metano nelle diverse frazioni granulometriche, supportando lo screening comparativo di campioni geologici.
- Analisi: Produce misure di adsorbimento assoluto ed eccesso in funzione della pressione, consentendo un confronto quantitativo del comportamento di sorzione in condizioni rilevanti per il giacimento.
- Ricerca traslazionale: Collega i dati di adsorbimento ottenuti in laboratorio all'efficienza di estrazione su scala reale, identificando le gamme ottimali di dimensione delle particelle per massimizzare l'immagazzinamento del gas nelle argille fratturate.
- Riutilizzo aziendale: L'analizzatore gravimetrico di sorzione rappresenta una piattaforma riutilizzabile per la caratterizzazione delle proprietà di adsorbimento in diversi tipi di giacimenti non convenzionali, riducendo la dipendenza da test esternalizzati.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Migliora l'affidabilità predittiva dei modelli del serbatoio fornendo misurazioni di adsorbimento accurate e a basso numero di parametri che riflettono il reale comportamento di sorbimento.
- Valore operativo: Aumenta la riproducibilità grazie a procedure standardizzate per il bianco, la pretrattamento, la misurazione della spinta di galleggiamento e del sorbimento, riducendo al minimo le variabilità introdotte dall'operatore.
- Valore strategico: Supporta decisioni di investimento basate sulla gestione del rischio chiarificando la relazione tra preparazione delle particelle e capacità di stoccaggio del gas, riducendo l'incertezza nelle stime delle risorse.
- Impatto sul portafoglio: Permette una selezione basata sui dati degli asset scistosi in base a prestazioni misurabili in termini di adsorbimento, allineando gli sforzi esplorativi alle zone ad alto potenziale.
Considerazioni per l'Implementazione
- Richiede competenze nell'analisi gravimetrica, nei sistemi a vuoto e nella manipolazione di gas ad alta pressione per garantire l'integrità delle misurazioni.
- Si basa su una bilancia a sospensione magnetica (MSB) e su un bagno termocontrollato a olio per la rilevazione precisa della massa e della spinta di Archimede.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per la preparazione del campione (frantumazione, setacciatura, caricamento) al fine di mantenere la coerenza tra le diverse frazioni granulometriche.
- Richiede considerazioni di adattamento qualora il metodo venga esteso ad altre formazioni di scisti o a gas adsorbenti diversi dal metano.
- È limitato dalla natura particolarmente lunga del ciclo completo di misurazione (vuoto, pretrattamento, spinta di Archimede, adsorbimento), che può superare le 24 ore per campione in condizioni ottimali.
