Determination of thermophysical properties of cyclopentane hydrate using a stirred calorimetric cell

The cyclopentane hydrate, formed by combination of cyclopentane (CP) and water, is frequently used as a model system for clathrate hydrate compounds as it can form at atmospheric pressure and at temperatures below about 280 K. However, due to the immiscibility of CP and water, the dissociation enthalpy is challenging to obtain experimentally because total conversion of water to hydrate is difficult to achieve in quiescent conditions. Only two dissociation enthalpy values are available in literature, and a difference of 25 kJ.mol−1 between them clearly indicates a discrepancy. In this study, a stirring calorimetric cell was used with a Tian-Calvet heat-flow calorimeter, to measure phase change properties. The technical system made it possible to form pure CP-hydrate with complete conversion of water to hydrate. The dissociation temperature and dissociation enthalpy of the CP-hydrate (with max 5 wt% of residual liquid CP) were measured at 280.2 ± 0.5 K and 115,400 ± 7600 J.mol−1 of CP (377 ± 27 J.g−1 of water; 307 ± 21 J.g−1 of hydrate), respectively. This high enthalpy value opens new ways for using CP-hydrates in cold storage and refrigeration applications

Mechanically agitated calorimetric cells working under pressure: technical aspects and results obtained at macro and micro scale

This study presents two prototypes of calorimetric cells equipped with an in-situ mechanical agitation system, which allow performing experiments under pressure. The first system presented, called MIXCEL®, was developed for macro-calorimetry analysis (experiments carried out with a BT 2.15 Calvet Calorimeter from Setaram Instrumentation) and already patented in 2012 1. Concerning the micro-calorimetric agitated cell (called MICROMIXCEL®), it is the first time that such a system will be presented. This novel prototype was developed for micro-DSC analysis (experiments carried out with a DSC VII from Setaram Instrumentation). Both technical aspects, and results obtained at macro and micro scale with polyphasic complex systems (gas hydrates or ice slurries), are presented and discussed. The use of such calorimetric cells opens a wide range of possibilities for systems which must be analyzed in both pressurized and agitated conditions

Détermination de propriétés thermophysiques de l’hydrate de cyclopentane grâce à une cellule calorimétrique agitée mécaniquement

Les hydrates de gaz sont des structures cristallines composées de molécules d’eau formant des cavités à l’intérieur desquelles sont encapsulées des molécules de gaz hydrocarbonées légères (méthane, propane, dioxyde de carbone…). Les conditions de formation de ces structures sont habituellement de faibles températures et pressions élevées. Certaines de leurs propriétés (enthalpie de formation/dissociation élevée, grande capacité de stockage de gaz…) rendent ces structures potentiellement intéressantes pour plusieurs applications pratiques dans les domaines de la réfrigération et de stockage d’énergie par exemple. Une bonne connaissance de leurs propriétés thermophysiques est donc nécessaire à la fois aux niveaux fondamental et applicatif. Cette étude présente les résultats obtenus à l’aide d’un calorimètre Calvet Setaram BT2.15 équipé d’un prototype de cellule calorimétrique muni d’un système d’agitation mécanique1. Les résultats présentés concernent l’hydrate de cyclopentane qui est souvent utilisé comme hydrate modèle car il peut être formé à pression ambiante et à des températures inférieures à 7,7 °C2. Il présente aussi une structure identique (structure sII) à celle des hydrates de gaz naturel. Du fait de la non miscibilité du cyclopentane avec l’eau, il est extrêmement difficile de former l’hydrate de cyclopentane dans la zone de température supérieure à 0°C en utilisant des systèmes statiques, et très peu de données thermophysiques sont disponibles dans la littérature. A noter que les études publiées jusque-là ont été faites en présence de tensioactifs avec une étape d’émulsification et de formation de l’hydrate en dehors du calorimètre3,4, pouvant ainsi modifier le système d’étude. Dans ce travail, l’utilisation d’une cellule agitée a permis de déterminer des grandeurs telles que l’enthalpie de dissociation et la capacité calorifique sur un hydrate de CP pur, formé sans additifs in-situ dans la cellule