低场核磁共振研究三种气体竞争吸附

注气驱替煤层瓦斯技术是提高煤层气采收率、井下瓦斯强化抽采消突等方面的重要措施之一,已在美国、日本、中国等国家开展了相关试验。它在创造经济价值、保证矿山安全的同时还能封存C02等温室气体,具有巨大的应用价值。

已有文献研究了CH4,N2,CO2三种气体竞争吸附在煤层中的竞争吸附和驱替行为。强吸附性气体浓度越大,竞争吸附优势越明显,吸附总量越大,强吸附性气体能驱替弱吸附性气体。低场核磁共振技术可以从分子间作用力角度阐明三种气体竞争吸附。

先前的诸多研究主要是竞争吸附和驱替行为的最终状态进行研究和评价,而对整个竞争吸附过程和驱替过程的演化规律的定量描述以及现象背后的微观机制研究相对较少。

可以利用低场核磁共振技术快速、无损、信息量丰富等的特点,在明确CH4的NMR信号特征之后,通过测试CH4与CO2,N2三种气体竞争吸附在煤样中相互作用过程的低场核磁共振信号,用核磁共振的方法阐明三种气体竞争吸附过程。

低场核磁共振基本原理

低场核磁共振技术是指含H原子核的流体在受到外部磁场强度改变后.其自旋磁矩将发生改变,从而产生核磁共振信号,通常选用横向弛豫时间T2作为表征信号,弛豫时间是由体弛豫、表面弛豫和扩散弛像共同作用的结果,当样品在匀强磁场中,且采集短回波时间较小时,表面弛豫起主要作用。

为了研究CO2,CH4,N2三种气体竞争吸附对煤的竞争吸附特征,利用低场核磁共振技术探测煤样中CH4中由元素的含量和分布,而CO2和N2分子中没有H,不产生核磁共振信号,当煤中吸附气体含量和状态发生改变时,可以通过T2谱中CH4的核磁共振信号来判断,进而分析各种气体间的竞争吸附关系和演化规律。