Badania konkurencyjnej sorpcji CO2 i CH4 w warunkach izotermiczno-izobarycznych na węglu kamiennym

• Autorzy: Kudasik M. , Pajdak A. , Skoczylas N. , Wierzbicki M.

Warianty tytułu

EN

The studies of competitive sorption of CO2 i CH4 under isothermal-isobaric conditions on coal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ramach prac przeprowadzono badania konkurencyjnej sorpcji na węglu kamiennym z wykorzystaniem mieszanin CH4 i CO2 o różnym udziale procentowym składników. Do badań użyto próbki rozdrobnionego do ziaren węgla kamiennego pochodzącego z partii K pokładu 510 KWK „Wujek”, Ruch Śląsk. Eksperymenty sorpcji konkurencyjnej wykonano przy zastosowaniu autorskiej aparatury sorpcyjnej, gwarantującej izobaryczne oraz izotermiczne warunki prowadzenia eksperymentu. Wyznaczono izotermy sorpcji dla czystego CH4 i CO2 oraz dla mieszanin CO2-CH4 w których udział CO2 wynosił: 84%, 65%, 42%, 23%. Dla poszczególnych mieszanin otrzymano izotermy sorpcji, w których zaobserwowano systematyczny wzrost całkowitej pojemności sorpcyjnej wraz ze wzrostem udziału CO2 w mieszaninie. Po każdej izotermie badana próbka węgla poddawana była dodatkowo niskociśnieniowej sorpcji gazowej w temperaturze 273 K z wykorzystaniem czystego CO2 jako sorbatu na urządzeniu ASAP 2020. Analiza ta miała na celu sprawdzenie, czy po wykonaniu badań sorpcji konkurencyjnej nastąpiła zmiana w strukturze próbek węglowych w aspekcie ich zdolności sorpcyjnych. Analizy nie wykazały znaczących zmian w wartości ich parametrów strukturalnych oraz w zdolności sorpcyjnej i w rozkładzie objętości ich porów.

EN

The research involved the analysis of competitive sorption on coal using mixtures of CH4 and CO2 of various percentage share. The samples used in the research were grain samples of coal from KWK Wujek coal mine, seam 510 part K. The experiments of competitive sorption were carried out on original sorption equipment that guaranteed isobaric and isothermal conditions. The sorption isotherms were specified for pure CH4 and CO2 as well as for mixtures CO2-CH4 where the CO2 content was: 84%, 65%, 42%, 23%. The sorption isotherms, which were specified for particular mixtures, showed a systematic increase of the total sorption volume together with the content of CO2 in the mixture. After each isotherm, a sample was subjected to low pressure gas adsorption on ASAP 2020 at the temperature of 273 K using pure CO2 as adsorbate. The aim of the analysis was to check if the competitive sorption tests resulted in the change of the structure of particular samples in the context of their sorption capacity. The analyses carried out did not reveal any significant changes in the structural parameters, the sorption capacity or the pore size distribution of the samples.

Słowa kluczowe

PL

sorpcja konkurencyjna; sorpcja wymienna CO2 i CH4; węgiel kamienny; sekwestracja CO2

EN

competitive sorption; CH4-CO2 exchange sorption; coal; CO2 sequestration

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 19, nr 1
• Strony: 45--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kudasik M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Pajdak A.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Skoczylas N.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Wierzbicki M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• Bhowmik S., Dutta P., 2011: Investigation into the methane displacement behavior by cyclic, pure carbon dioxide injection in dry, powdered, bituminous Indian coals. Energy & Fuels 25 (6), s. 2730-2740.
• Busch A., Gensterblum Y., Krooss B. M., 2003,: Methane and CO2 sorption and desorption measurements on dry Argonne premium coals: pure components and mixtures, International Journal of Coal Geology, Vol. 55, Iss. 2-4, p. 205-224.
• Ceglarska-Stefańska G., Zarębska K., 2002: The competitive adsorption of CO2 and CH4 with regard to the release of methane from coal. Fuel Processing Technology, 77-78, s. 423-429.
• Clarkson C.R., Bustin R.M., 1999: The effect of pore structure and gas pressure upon the transport properties of coal: a laboratory and modelling study: 1. Isotherms and pores volume distributions. Fuel 78, s. 1333-144.
• Cui X., Bustin R.M., Dipple G., 2003: Selective transport of CO2, CH4 and N2 in coals: insights from modeling of experimental gas adsorption data. Fuel, 83, s. 293-303.
• Czapliński A. (praca zbiorowa), 1994. Węgiel Kamienny. Wydawnictwa AGH, Kraków
• Dubinin M.M., 1975: Adsorpcja i porowatość. WAT, Warszawa
• Dutka B., Kudasik M., Pokryszka Z., Skoczylas N., Topolnicki J., Wierzbicki M., 2013: Balance of CO2/CH4 exchange sorption in a coal briquette. Fuel Processing Technology, 106, s. 95-101.
• Dutka B., Kudasik M., Topolnicki J., 2012: Pore pressure changes accompanying exchange sorption of CO2 /CH4 in a coal briquette. Fuel Processing Technology, 100, s. 30-34.
• Fulton P.F., Parente C.A., Rogers B.A., Shah N., Reznik A.A., 1980: A laboratory investigation of enhanced recovery of methane from coal by carbon dioxide injection. SPE Unconventional Gas Recovery Symposium, Pittsburgh, Pennsylvania, Society of Petroleum Engineers, s. 65-72.
• Gensterblum Y., Merkel A., Busch A., Krooss B. M., 2013: High-pressure CH4 and CO2 sorption isotherms as a function of coal maturity and the influence of moisture, International Journal of Coal Geology, Vol. 118, Pages 45-57.
• Hamelinck C.N., Schreurs H, Faaij A.P.C., Ruijg G.J, Jansen D., Pagnier H., Bergen F. Wolf K.H., Barzandji O.H., Bruining H. 2006: Potential for CO2 sequestration and Enhanced Coalbed Methane production in the Netherlands. Copernicus.
• Horvath G., Kawazoe K., 1983: Method for the calculation of the effective pore size distribution in molecular sieve carbon. Journal Chemical Engineering, Japan, 16.
• Jessen K., Tang G.Q., Kovscek A. R., 2008: Laboratory and simulation investigation of enhanced coalbed methane recovery by gas injection. Transport in Porous Media, 73, 2, s. 141-159.
• Krooss B.M., van Bergen F., Gensterblum Y., Siemons N., Pagnier H.J.M., David P., 2002: High-pressure methane and carbon dioxide adsorption on dry and moisture-equilibrated Pennsylvanian coals. International journal of Coal Geology, 51, s. 69-92.
• Kudasik M., 2016: The manometric sorptomat – an innovative volumetric instrument for sorption measurements performed under isobaric conditions. Measurement Science and Technology, 27, 3, 035903.
• Li D., Liu Q., Weniger P., Gensterblum Y., Busch A., Krooss B. M., 2010: High-pressure sorption isotherms and sorption kinetics of CH4 and CO2 on coals, Fuel, Vol. 89, Iss. 3, p. 569-580.
• Liang W., Zhao Y., Wu D., Dusseault M., 2011: Experiments on methane displacement by carbon dioxide in large coal specimens. Rock Mechanics and Rock Engineering, 44, 5, s. 579-589.
• Liu C., Wang G., Xing H., and Muhlhaus H., 2013: Characterizing pore structure of coal under CO2 sequestration conditions. World Congress on Engineering and Computer Science 2013 Vol. II WCECS 2013, San Francisco, USA.
• Liu C.J., Wang G.X., Sang S.X., Rudolph V., 2010: Changes in pore structure of anthracite coal associated with CO2 sequestration process. Fuel 89, s. 2665-2672.
• Mahajan O.P., 1991: CO2 surface area of coals: the 25-years paradox. Carbon 29, s. 735-742.
• Mastalerz M., Gluskoter H., Rupp J., 2004: Carbon dioxide and methane sorption in high volatile bituminous coals from Indians, USA. International Journal of Coal Geology 60, s. 43-55
• Mazumder S., Wolf K. H., 2008: Differential swelling and permeability change of coal in response to CO2 injection for ECBM. International Journal of Coal Geology 74, s. 123-138.
• Pajdak A., 2015: Modele teoretyczne obszaru powierzchni i rozkładu porów jako narzędzie analizy danych równowagowych niskociśnieniowej adsorpcji CO2 na adsorbentach węglowych. Prace IMG PAN, 16, s. 3-4
• Parakh S., 2007: Experimental investigation of enhanced coal bed methane recovery. Report Department of Petroleum Engineering of Stanford University.
• Pini R., Storti G., Mazzotti M., 2011: A model for enhanced coal bed methane recovery aimed at carbon dioxide storage. Adsorption 17 (5), s. 889-900.
• Reucroft P.J., Sethuraman A.R., 1987: Effect of pressure on carbon dioxide inducted coal swelling. Energy Fuels 1, s. 72-75.
• Rodrigues C.F., Lemos de Sousa M.J., 2002: The measurement of coal porosity with different gases. International Journal of Coal Geology 48, s. 245-251.
• Seto C.J., Jessen K. 2009: A Multicomponent, Two-phase flow model for CO2 storage and enhanced coalbed-methane recovery. SPE Journal, 14, 1, s. 30-40.
• Shi J.Q., Durucan S., 2003: A bidisperse pore diffusion model for methane displacement desorption in coal by CO2 injection. Fuel 82, s. 1219-1229.
• Shi J.Q., Durucan S., 2008: Modelling of mixed-gas adsorption and diffusion in coalbed reservoirs. SPE Unconventional Reservoirs Conference, Society of Petroleum Engineers, Keystone, Colorado, USA.
• Shi J.Q., Mazumder S., Wolf K.H.A.A. 2008: Competitive methane desorption by supercritical CO2 injection in coal. Transport in porous media, 75, s. 35-54.
• Topolnicki J., Kudasik M., Dutka B., 2013: Simplified model of the CO2/CH4 exchange sorption process. Fuel Processing Technology, 113, s. 67-74.
• Wang F.Y., Zhu Z.H., Massarotto P., Rudolph V., 2007: Mass transfer in coal seams for CO2 sequestration. American Institute of Chemical Engineers Journal, 53, 4, s. 1028-1049.
• Wang G.X., Wei X.R., Wang K., Massarotto P., Rudolph V., 2010: Adsorption-induced swelling/shrinkage and permeability of coal under stressed adsorption/desorption conditions. International Journal of Coal Geology 83, s. 46-54.
• Wierzbicki M., 2011: Effect of selected simplifi cations of the unipore model upon the result of the study of the diffusion coefficient. Archives of Mining Sciences, 56(4), s. 761-776.
• Wolf K.H.A.A, Siemons N., Bruining J., 2004: Multiphase fl ow experiments in order to understand the behavior of (partly) saturated coals as a gas reservoir: examples. Geologica Belgica 7/3-4, s. 115-121.
• Wolf K.H.A.A., Hijman R., Barzandij O., Bruining J., 1999: Laboratory experiments and simulations on the environmentally friendly improvement of coalbed methane production by carbon-dioxide injection. International Proceedings of the 1999 Coalbed Methane Symposium, Tuscaloosa, s. 279-290.
• Yang K., Lu X., Lin Y., Neimark A.V., 2011: Effects of CO2 adsorption on coal deformation during geological sequestration. Journal of Geophysical Research, 116, B08212.
• Yu H., Jing R., Wang P., Chen L., Yang Y., 2014: Preferential adsorption behaviour of CH4 and CO2 on high-rank coal from Qinshui Basin, China, International Journal of Mining Science and Technology, Vol. 24, Iss. 4, p. 491-497.
• Yu H., Yuan J., Guo W., Cheng J., Hu Q., 2008: A preliminary laboratory experiment on coalbed methane displacement with carbon dioxide injection. International Journal of Coal Geology 73, s. 156-166.
• Żyła M. (red), 2000: Układ węgiel kamienny-metan w aspekcie desorpcji I odzyskiwania metanu z gazów kopalnianych. Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Badawcze AGH, Kraków.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).