خلفية التطبيق : نقطة مؤلمة في أعماق البحار وتنمية الطاقة

مع زيادة الطلب على الطاقة في جميع أنحاء العالم ، هيدرات الغاز ( المعروف باسم " الجليد القابلة للاشتعال " ) يعتبر احتياطي استراتيجي من الطاقة في المستقبل بسبب احتياطيات ضخمة محتملة . ومع ذلك ، من أجل تحقيق الاستغلال التجاري ، يجب حل اثنين من المشاكل الصعبة التي يسببها التحلل الحراري وديناميكية انسداد . محاكاة التجارب التقليدية من هيدرات الغاز غالبا ما تعتمد على حيود الأشعة السينية ( XRD ) ، مسعر المسح التبايني ( دسك ) أو الأوتوكلاف الملاحظات . على الرغم من أن هذه الأساليب يمكن أن توفر البيانات العيانية ، هناك نقص كبير في microphase تطور الموقع رصد دينامية .

في ظل هذه الخلفية ، وانخفاض مجال الرنين المغناطيسي النووي ( lf-nmr ) التكنولوجيا ، مع فريدة من نوعها الآلية الفيزيائية ، يصبح الجسر الرئيسي بين الآلية الدقيقة والكلية توصيف .

المبدأ الأساسي : بروتون الهيدروجين " الرقص "

جوهر lf-nmr هو الكشف عن إشارة الرنين المغناطيسي النووي من نواة الهيدروجين ( ح ) . عندما يتم وضع العينة في حقل مغناطيسي ثابت ، بروتون الهيدروجين يمتص الطاقة من الترددات اللاسلكية نبض تردد معين و يتردد صداها .

وقت الاسترخاء
هذه هي المعالم الأساسية في تحليل البنية المجهرية LF-NMR :

T1 ( طولية الاسترخاء ) : الوقت الذي يعكس استعادة بروتون مغنطة .

T2 ( مستعرض الاسترخاء ) : الوقت الذي يعكس بروتون الإفراج عن الطاقة ، مرحلة التشتت .

T2 أوقات الاسترخاء في مختلف الدول ( على سبيل المثال ، المياه مجانا ، ملزمة المياه ، هيدرات شعرية المياه ) مختلفة بسبب القيود المفروضة على حركة الجزيئات .

إشارة الفرق

المياه مجانا : سيولة قوية ، T2 طويلة ( ميلي ثانية واحدة ) ، إشارة بطيئة التوهين .

هيدرات : ذرة الهيدروجين محصورة في شعرية جامدة ، T2 قصيرة جدا ( ميكروثانية ) إشارة يختفي بسرعة .

من خلال تحليل التغيرات في منطقة الذروة في مختلف المواقف T2 الأطياف ، تشكيل هيدرات أو التحلل يمكن حسابها كميا .

التطبيق الأساسي : رصد ومراقبة عملية الحرارية مسرع

إضافة الحرارية المروج ( مثل الميثانول ، جلايكول الإثيلين ، السطحي ، وما إلى ذلك ) هو تقنية شائعة لمنع انسداد في هيدرات الاستغلال . lf-nmr التكنولوجيا في مثل هذه الدراسات أظهرت قدرة ممتازة على رصد الفيتنامية :

في الموقع : الرصد الحيوي lf-nmr يمكن استخدامها لرصد عملية تشكيل هيدرات / التحلل في ميلي ثانية واحدة دون الإضرار الختم من الأوتوكلاف . دون أخذ العينات ، يمكن للباحثين باستمرار تسجيل منحنيات T2 أطياف تظهر مباشرة كيف المروجين تغيير معدل التحول .

وصف كمي و التحليل الحركي : من خلال مقارنة T2 منحنيات توزيع المياه النقية مع نظام مختلف تركيز المروجين ، الحث الوقت أقصى معدل الإنتاج والتوازن معدل التحويل يمكن حسابها بدقة . على سبيل المثال ، في نظام رباعي هيدرو الفوران ( THF ) هيدرات ، lf-nmr استخدمت بنجاح لتتبع توزيع THF بين الحل و هيدرات .

الآلية الدقيقة يكشف : lf-nmr يمكن أن نرى ليس فقط " كم " ، ولكن أيضا " أين " . فإنه يمكن التمييز بين شعرية المياه داخل هيدرات من المياه مجانا من الخارج ، ومساعدة العلماء على فهم كيفية المروج الجزيئات تضاف إلى سطح شعرية من هيدرات ، وبالتالي تقليل تشكيل السخانة التغيير ( Δ ز ) وتسريع التحلل من الآلية المجهرية .

الشكل 1 : إشارة الرنين المغناطيسي النووي في مراحل مختلفة من تشكيل هيدرات

الشكل 2 : الطبقات إشارة الرنين المغناطيسي النووي في مراحل مختلفة من تشكيل هيدرات

الشكل 3 : T2 أطياف تشكيل هيدرات

مقارنة تقنية : lf-nmr ضد الطريقة التقليدية

طرق الكشف التقليدية :

حيود الأشعة السينية ( XRD ) : فقط يمكن أن توفر معلومات عن هيكل الكريستال ، غير متبلور هيدرات لا يمكن تمييزها ، والحاجة إلى أخذ العينات المدمرة .

المجهر الضوئي : تقتصر على عينة شفافة ، محدودة في مجال الرؤية ، من الصعب اختراق داخل مسامي .

DSC / DTA : متوسط التأثير الحراري البيانات المقدمة ، وعدم وجود القرار المكانية والزمانية القرار .

انخفاض مجال الرنين المغناطيسي النووي ( lf-nmr ) :

غير المدمرة : عينة يمكن استخدامها مرارا وتكرارا ، ومناسبة على المدى الطويل دينامية التجربة .

حساسية عالية : حساسة للغاية من السوائل التي تحتوي على الهيدروجين ، ويمكن الكشف عن تشكيل هيدرات .

معلومات متعددة الأبعاد : توفير التركيب الكيميائي ( T2 ) و الشكل المادي ( التصوير ) في نفس الوقت ، وتحقيق " رؤية " المجهرية حركية .

انخفاض مجال الرنين المغناطيسي النووي ( lmmr ) أصبح أول أداة فعالة في دراسة الديناميكا الحرارية السيطرة على هيدرات الغاز . فإنه لا يحل مشكلة " رصد في الموقع " التي يصعب تحقيقها من خلال الأساليب التقليدية ، ولكن أيضا يوفر زاوية جديدة لفهم آلية الترشيح من هيدرات الغاز في الأوساط المسامية .