低場(chǎng)核磁共振研究三種氣體競爭吸附
注氣驅替煤層瓦斯技術(shù)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(kāi)展了相關(guān)試驗。它在創(chuàng )造經(jīng)濟價(jià)值、保證礦山安全的同時(shí)還能封存C02等溫室氣體,具有巨大的應用價(jià)值。
已有文獻研究了CH4,N2,CO2三種氣體競爭吸附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(yōu)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(chǎng)核磁共振技術(shù)可以從分子間作用力角度闡明三種氣體競爭吸附。
先前的諸多研究主要是競爭吸附和驅替行為的最終狀態(tài)進(jìn)行研究和評價(jià),而對整個(gè)競爭吸附過(guò)程和驅替過(guò)程的演化規律的定量描述以及現象背后的微觀(guān)機制研究相對較少。
可以利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)快速、無(wú)損、信息量豐富等的特點(diǎn),在明確CH4的NMR信號特征之后,通過(guò)測試CH4與CO2,N2三種氣體競爭吸附在煤樣中相互作用過(guò)程的低場(chǎng)核磁共振信號,用核磁共振的方法闡明三種氣體競爭吸附過(guò)程。
低場(chǎng)核磁共振基本原理
低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是指含H原子核的流體在受到外部磁場(chǎng)強度改變后.其自旋磁矩將發(fā)生改變,從而產(chǎn)生核磁共振信號,通常選用橫向弛豫時(shí)間T2作為表征信號,弛豫時(shí)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(chǎng)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,N2三種氣體競爭吸附對煤的競爭吸附特征,利用低場(chǎng)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(méi)有H,不產(chǎn)生核磁共振信號,當煤中吸附氣體含量和狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),可以通過(guò)T2譜中CH4的核磁共振信號來(lái)判斷,進(jìn)而分析各種氣體間的競爭吸附關(guān)系和演化規律。
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