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低場核磁共振研究甲烷與co2吸附過程

注氣驅替煤層瓦斯技術是提高煤層氣采收率、井下瓦斯強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試驗。它在創造經濟價值、保證礦山安全的同時還能封存C02等溫室氣體,具有巨大的應用價值。

科學家研究了CH4,N2,CO2等氣體在煤層中的競爭吸附和驅替行為。強吸附性氣體濃度越大,競爭吸附優勢越明顯,吸附總量越大,強吸附性氣體能驅替弱吸附性氣體。低場核磁共振技術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替行為的最終狀態進行研究和評價,而對整個競爭吸附過程和驅替過程的演化規律的定量描述以及現象背后的微觀機制研究相對較少。

可以利用低場核磁共振技術快速、無損、信息量豐富等的特點,在明確CH4的NMR信號特征之后,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,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

低場核磁共振技術是指含H原子核的流體在受到外部磁場強度改變后.其自旋磁矩將發生改變,從而產生核磁共振信號,通常選用橫向弛豫時間T2作為表征信號,弛豫時間是由體弛豫、表面弛豫和擴散弛像共同作用的結果,當樣品在勻強磁場中,且采集短回波時間較小時,表面弛豫起主要作用。

為了研究CO2,CH4,N2等氣體對煤的競爭吸附特征,利用低場核磁共振技術探測煤樣中CH4中由元素的含量和分布,而CO2和N2分子中沒有H,不產生核磁共振信號,當煤中吸附氣體含量和狀態發生改變時,可以通過T2譜中CH4的核磁共振信號來判斷,進而分析各種氣體間的競爭吸附關系和演化規律。