低場核磁共振研究甲烷與co2吸附過程

注氣驅(qū)替煤層瓦斯技術(shù)是提高煤層氣采收率、井下瓦斯強(qiáng)化抽采消突等方面的重要措施之一,已在美國、日本、中國等國家開展了相關(guān)試驗(yàn)。它在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值、保證礦山安全的同時(shí)還能封存C02等溫室氣體,具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

科學(xué)家研究了CH4,N2,CO2等氣體在煤層中的競爭吸附和驅(qū)替行為。強(qiáng)吸附性氣體濃度越大,競爭吸附優(yōu)勢越明顯,吸附總量越大,強(qiáng)吸附性氣體能驅(qū)替弱吸附性氣體。低場核磁共振技術(shù)可以從分子間作用力角度闡明co2吸附過程。

先前的諸多研究主要是競爭吸附和驅(qū)替行為的最終狀態(tài)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià),而對(duì)整個(gè)競爭吸附過程和驅(qū)替過程的演化規(guī)律的定量描述以及現(xiàn)象背后的微觀機(jī)制研究相對(duì)較少。

可以利用低場核磁共振技術(shù)快速、無損、信息量豐富等的特點(diǎn),在明確CH4的NMR信號(hào)特征之后,通過測試CH4與CO2,N2在煤樣中相互作用過程的低場核磁共振信號(hào),用核磁共振的方法闡明各氣體間的競爭吸附過程。

低場核磁共振基本原理

低場核磁共振技術(shù)是指含H原子核的流體在受到外部磁場強(qiáng)度改變后.其自旋磁矩將發(fā)生改變,從而產(chǎn)生核磁共振信號(hào),通常選用橫向弛豫時(shí)間T2作為表征信號(hào),弛豫時(shí)間是由體弛豫、表面弛豫和擴(kuò)散弛像共同作用的結(jié)果,當(dāng)樣品在勻強(qiáng)磁場中,且采集短回波時(shí)間較小時(shí),表面弛豫起主要作用。

為了研究CO2,CH4,N2等氣體對(duì)煤的競爭吸附特征,利用低場核磁共振技術(shù)探測煤樣中CH4中由元素的含量和分布,而CO2和N2分子中沒有H,不產(chǎn)生核磁共振信號(hào),當(dāng)煤中吸附氣體含量和狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),可以通過T2譜中CH4的核磁共振信號(hào)來判斷,進(jìn)而分析各種氣體間的競爭吸附關(guān)系和演化規(guī)律。