[发明专利]一种采用低场核磁共振进行煤样甲烷吸附量测量的方法

权利要求书

1.一种采用低场核磁共振进行煤样甲烷吸附量测量的方法，其特征在于，所述方法利用选定的测量参数对设定压力下吸附甲烷平衡后的粉状煤样进行低场核磁共振测量，获得煤样中甲烷的核磁T2谱，再将T2谱中左边第一个谱峰（0.1-4ms谱范围）信号幅度积分带入利用本实验建立的标准状况下甲烷的含氢指数标线方程，求取煤样吸附甲烷气的标况体积，从而求取设定压力下单位质量煤的吸附甲烷含量。

2.如权利要求1所述的采用低场核磁共振进行煤样甲烷吸附量测量的方法，其特征在于，测量方法为：

首先在室温21℃下，向参考腔和样品腔注入高于实验最高压力1.5MPa的氦气进行气密性检查；检测合格后参考腔抽真空，并注入≧3MPa的氦气，利用排水法测量参考腔体积，反复测量3次反复测量三次取平均值，作为参考腔体积；

然后，将参考腔再次抽真空、注入高纯甲烷气体，测得不同压力点下甲烷的核磁共振横向弛豫谱，即T2谱，并求得每个压力点下的甲烷核磁信号幅度；根据参考腔内记录的温度、压力数据，利用已得到的参考腔体积，求得各个压力点下参考腔中甲烷的质量；将各个压力点下得到甲烷质量与核磁信号幅度值进行交汇，得到核磁信号与甲烷气体质量的标线换算方程；

最后，在样品腔内加入50g粉煤样品，进行不同气体压力下甲烷吸附量的低场核磁共振测量；通过测量获得各个压力点的T2谱，并换算成相应的核磁信号幅度值；根据建立的甲烷质量与核磁信号幅度值的标线换算方程，分别得到吸附态甲烷、颗粒间或孔隙内甲烷、游离态甲烷三个谱峰面积所对应的甲烷质量，单位为g；将吸附态甲烷质量换算为体积，单位为cm³，根据实验煤样的质量50g，最后得到单位质量煤样的吸附量，单位为m³/t。

3.如权利要求2所述的采用低场核磁共振进行煤样甲烷吸附量测量的方法，其特征在于，采用低场核磁共振进行煤样甲烷吸附量测量的方法的装置包括甲烷及氦气气源、样品腔和参考腔，样品腔和参考腔分别设置有外加磁体（连接低场核磁共振仪器），甲烷及氦气气源通过密闭气路和样品腔及参考腔连接，甲烷气源通过阀门A4、氦气气源通过阀门A5接入密闭气路，密闭气路通过阀门A6连接真空泵、通过阀门A3连接排气装置，密闭气路上安装有中间容器，中间容器通过阀门A7分别连接两个支路，一个支路通过阀门A1、压力表连接参考腔，另一个支路通过阀门A2、温度传感器和压力表连接样品腔，密闭气路上还连接有增压泵；

具体操作步骤如下：

1）、制样及装样：

磨制60-80目的粉煤样品40-60g，称重，放入干燥箱中干燥至恒重；取出样品及样品容器，称重记为m1；将部分待测样品放入样品腔，将剩余样品和容器称重记为m2，m1-m2即为样品腔中样品质量；

2）、检查装置气密性：

打开样品腔阀门A2和参考腔阀门A1，向两腔中注入高于实验最高压力1.5MPa的氦气，然后关闭样品腔阀门A2和参考腔阀门A1，10分钟待压力稳定后，观察压力在8小时之内不变化则两腔的气密性达到要求；

3）、参考腔体积及样品腔自由空间体积测试：

打开参考腔阀门A1，将参考腔和样品腔压力泄掉，并抽真空30s，然后关闭样品腔阀门A2，向参考腔注入≧3MPa的氦气，用排水法测量参考腔的体积，反复测量3次取平均值，获得参考腔体积V₁；

打开样品腔阀门A2和参考腔阀门A1泄压后对样品腔及参考腔抽真空30s，关闭样品腔阀门A2；先向参考腔中注入高压氦气≧3MPa，待参考腔内压力稳定后，记下压力值为P₁，然后打开样品腔阀门A2，使样品腔和参考腔连通，稳定后记下压力为P₂；利用公式：PV=nZRT，得到自由空间体积计算公式：

V2=V1*(P1Z2T2P2Z1T1-1)---(1)]]>

因为该实验是在21℃恒温下进行，公式（1）可以简化为：

V2=V1*(P1Z2P2Z1-1)---(2)]]>

式中V₁参考腔体积，P₁为打入参考腔中的初始压力，Z₁为参考腔初始压力P₁下的压缩因子，T₁为参考腔初始温度；V₂为样品腔自由空间体积，P₂为两腔连通平衡后的压力，Z₂为系统压力平衡后的压缩因子，T₂为系统平衡后的温度；

反复测量三次，用公式（2）计算自由体积，取平均值作为样品腔的自由空间体积；

4）、不同压力下纯甲烷测量参数的确定及标线换算方程的建立：

打开参考腔阀门A1，将测量自由空间体积的氦气泄掉，并抽真空30s，在0-7MPa之间设置7个压力点，向参考腔注入不同压力的甲烷，调节测量参数对参考腔内自由态甲烷气体进行测试，获取不同压力下甲烷核磁共振测量的参数；

采用选择的核磁共振测量参数，测出不同压力下甲烷的T2谱，得到甲烷的总信号幅度；根据不同压力下甲烷的密度和参考腔体积，计算出对应压力下甲烷的质量，得到甲烷质量与核磁总信号幅度的线性拟合关系，即低场核磁共振甲烷定量的标线方程；

5）、设置各个压力下参考腔的甲烷注入压力：

利用公式：P₁′*V₁+P₀V₂=P₃*（V₁+V₂），估计7个压力点中每个压力点需要注入参考腔的最初压力P₁′；式中，P₀为上一个压力点达到平衡时的压力，P₃为设定的压力点；

6）、泄压并抽真空：

打开参考腔阀门A1，将参考腔中的甲烷泄掉，并抽真空30s；

7）、单个压力点下的甲烷吸附测试：

（1）参数设定：取步骤4）得到的不同压力下自由态甲烷的测量参数，做个该压力点下的煤样吸附测量的核磁共振测量参数；

（2）吸附测试：按照步骤5）计算的注入压力，向参考腔注入甲烷，待压力稳定后，打开样品腔阀门A2，连通参考腔和样品腔并稳定8小时，然后进行核磁共振测量，得到该压力下甲烷的T2谱，T2谱为三峰分布；

（3）取T2谱中最左边的峰对应的T2谱作为吸附甲烷的T2谱，根据谱面积计算的吸附态甲烷的质量，然后换算为体积；根据实验样品的质量，求得单位质量煤样在该压力点下的甲烷吸附量；

8）、重复7）中的步骤，完成7个压力点下的甲烷吸附测量，采用兰格缪尔方程进行拟合，得到煤样的甲烷等温吸附线。