二氧化碳置换出甲烷是什么变化？低场核磁技术

天然气水合物是由天然气(主要是甲烷)和水在较低温度和较高压力条件下形成的笼形结晶化合物,具有分布广、储量大和能量密度高等特点,是一种具有巨大潜力的能源资源。二氧化碳置换出甲烷的方式既能够在保证水合物地层稳定性前提条件下获得丰富的甲烷,又能够埋存大量二氧化碳以减轻温室效应,是一种具有经济和环境双重效益的开采方法。低场核磁技术可以用于二氧化碳置换出甲烷实验研究。

二氧化碳置换出甲烷是在特定的温度和压力范围内,通过注入二氧化碳将水合物中甲烷置换出来并进行收集的一种方法,主要是物理变化。

二氧化碳置换出甲烷的机理：

二氧化碳置换出甲烷的概念起源于减少温室气体排放的CO2煤层封存技术。理论上,CO2比CH4优先吸附,通过注入CO2可实现煤层气100%的最终采收率;但实际上,由于复杂的煤层地质特征和工程技术所限,一般可使采收率提高25%。

目前的实验发现置换速率仅在实验初期比较可观,随后迅速减小,置换效率较低,不能满足商业化开采的需求。此外,CO2置换反应微观机理研究仍处于初级阶段,对置换反应物理过程的理解仍然不清楚。已有的实验研究探讨了温度、压力、盐度、甲烷水合物饱和度和CO2注入形态等因素对置换效率的影响,获得了一些值得借鉴的结果,但是对于CO2置换法的物理过程的理解仍显不足。因此,基于低场核磁技术的二氧化碳置换甲烷实验研究对于实际应用具有重要意义。

二氧化碳置换出甲烷实验过程中主要包括CO2水合物合成过程和甲烷水合物分解过程。其中,甲烷水合物分解方式包括吸热(二氧化碳水合物合成释放热量)和降压两种方式。表层CO2水合物合成过程以及表层甲烷水合物分解过程通常远远快于溶解态气体在孔隙水或冰中的扩散过程,而后者直接决定了深层甲烷水合物的分解速率。

低场核磁技术检测二氧化碳置换出甲烷的变化：

利用低场核磁技术探测样品中CH4中H元素的含量和分布而CO2分子中没有H不产生NMR信号，当测样中吸附气体含量和状态发生改变时，可以通过低场核磁技术测得的T2谱中CH4的低场核磁信号来判断，进而分析各种气体间的竞争吸附关系和演化规律。