Badanie struktury porów karbonizatów otrzymanych z węgla kamiennego z KWK Brzeszcze z wykorzystaniem metody porozymetrycznej oraz Skaningowego Mikroskopu Elektronowego

• Autorzy: Gazda M. , Krzyżanowski A. , Buczek B.

Warianty tytułu

EN

The study on pore structure of chars derived from coal from Brzeszcze coal mine using porosimetry and SEM methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Karbonizacja należy do procesów termicznej obróbki paliw, które prowadzone są w szerokim zakresie temperatur w celu uzyskania różnorodnych produktów. Zmiany strukturalne zachodzące w procesie standardowej karbonizacji węgli są spowodowane głównie rozkładem nieuporządkowanych obszarów substancji organicznej. Badania składu struktury powierzchni stałej pozostałości pozwala na głębsze poznanie tych zmian. Przedmiotem pracy był węgiel kamienny z KWK Brzeszcze – Silesia, z pokładu 352, oznaczony symbolem B-352, który poddano procesowi karbonizacji. Proces prowadzony był w atmosferze azotu w temperaturach: 700, 800 i 900^oC w czasie 15 i 30 minut. W pracy wykorzystano możliwości jakie daje skaningowy mikroskop elektronowy model Jeol JSM - 5500 LV do badania powierzchni węgla kamiennego wyjściowego oraz po procesie karbonizacji w celu stwierdzenia obecności substancji mineralnej a także interpretacja uzyskanych widm promieniowania rentgenowskiego. Uzupełnieniem wyników były badania prowadzone na porozymetrze rtęciowym typu Pascal 140 (ThermoQuest), zastosowany w trakcie pomiaru zakres ciśnień (0.1 hPa – 400 hPa) pozwolił analizować pory o promieniach z zakresu ok. 50 μm – 1.8 μm. W badanym węglu zaobserwowano zróżnicowanie w topografii powierzchni oraz zmiany rozwinięcia struktury porowatej zależne od temperatury i czasu prowadzenia procesu. Wzrost temperatury i czasu prowadzenia procesu powoduje zmniejszenie ilości porów największych (50 – 30 mm), oraz zwiększenie całkowitej objętości porów.

EN

Carbonization process is a thermal treatment of fuels that is carried out in a wide range of temperatures in order to obtain different products. Structural changes occurring during the coal carbonization process are caused mainly by degradation of unordered regions of organic matter. Investigation on the composition of surface structure of the solid residue allows for a deeper knowledge of these changes. In this study coal from Brzeszcze coal mine (deck no. 325) was investigated. Carbonization of coal samples was performed in a nitrogen atmosphere at the temperatures of 700, 800 and 900^oC for 15 and 30 minutes. Opportunities to investigate surface of coal and char to determine the presence of mineral substance and interpretation of the X-ray radiation spectra offered by scanning electron microscope Jeol JSM model - 5500 LV were used in this study. SEM results were complemented by research on mercury porosimeter Pascal type 140 (ThermoQuest). Range of pressures that have been used (0.1 hPa - 400 hPa) allowed to analyze pores with radii in the range of about 50 microns - 1.8 microns. Changes in surface topography, and changes in the development of the porous structure of chars depending on carbonization temperature and time were observed. The increase of temperature and time of the process results in reduction of the amount of the greatest pores (50 - 30 mm), and an increase in the total pore volume.

Słowa kluczowe

PL

węgiel kamienny; karbonizacja; porozymetria; porowatość; Skaningowy Mikroskop Elektronowy; substancja mineralna

EN

hard coal; carbonization; porosimetry; porosity; scanning electron microscope; mineral matter

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 2
• Strony: 56--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gazda M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Krzyżanowski A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Buczek B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• 1. Jasieńko S., Chemia i fizyka węgla, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław,1995.
• 2. Buczek B., Wpływ kształtu ziarna karbonizatu na właściwości węgla aktywnego, Zawansowane materiały węglowe t.3 pod red. J. Machnikowskiego i M. Ściążko, Wydawnictwo Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze, 2010, s.149.
• 3. Strugała A., Substancja mineralna węgla kamiennego i jej przemiany w procesie koksowania, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 1998, tom 14, z. 1, s.5.
• 4. Shirazi A.R., Bortin O., Eklund L., Lindquist O., The impact of mineral matter in coal on its combustion, and a new approach to the determination of the calorific value of coal, Fuel, 1995, t.74, s.247.
• 5. Węgiel J., Machowska A., Srzednicka E., Badania wpływu zawartości niektórych substancji mineralnych w węglu kamiennym na reaktywność otrzymanego koksu, Koks, Smoła, Gaz, 1991, t.36, s.111.
• 6. Świetlik U., Wiktorski T., 2006, Wpływ substancji mineralnej na proces pirolizy węgla koksującego, Karbo, 2006, nr 1, s.13.
• 7. Grigore M., Sakurovs R., French D., Sahajwalla V., Mineral matter in coals and their reactions during coking, Int. Journal of Coal Geology, 2008, t.76, s. 301.
• 8. Tomeczek J., Palugniok H., Kinetics of mineral matter transformation during coal combustion, Fuel, 2002, 81, s.1251.
• 9. Ward C.R., Analysis and significance of mineral matter in coal seams, International Journal of Coal Geology, 2002, 50, s. 135.
• 10. Strugała A., Porowatość węgli bitumicznych, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 2001, t.17, z. 2, s.5.
• 11. Bai Jin, Li Wen, Li Chun-zhu, Bai Zong-qing, Li Bao-qing, Influences of mineral matter on high temperaturę gasification of coal char, Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2009, vol. 37(2), s.134.
• 12. Wells J.J., Wigley F., Foster D.J. and all, The nature of mineral matter in a coal and the effects on erosive and abrasive behavior, Fuel Processing Technology, 2005, 86, s.535.
• 13. Bai Jin, Li Wen, Li Chun-zhu, Bai Zong-qing, Li Bao-qing, Influence of coal blending on mineral transformation at high temperatures, Mining Science and Technology, 2009, 19, s.300.
• 14. Ward C.R., Taylor , Quantitative mineralogical analysis of coals from the Callide Basin, Queensland, Australia using X-ray diffractometry and normative interpretation, International Journal of Coal Geology, 1996, 31, s. 211.
• 15. Van Krevelen D.W., Coal-typology, chemistry, physics, constitution, Third completely revised edition, Elsevier, Amsterdam, 1993.
• 16. Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Quinn D. F., Influence of pore size distribution on methane storage at relatively low pressure: preparation of activated carbon with optimum pore size, Carbon, 2002, t.40, s.989.
• 17. Lozano-Castello D., Alcaniz-Monge J., De La Casa-Lillo M.A., Cazarola-Amoros d., linares-Solano A., Advances in the study of methane storage in porous carbonaceous materials, Fuel, 2002, t.81, s.1777.
• 18. Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Quinn D. F., Activated carbon monoliths for methane storage: influence of binder, Carbon, 2002, t. 40, s.2817.
• 19. Molina-Sabio M., Almansa C., Rodryguez-Reinoso F., Phosphoric acid activated carbon disc for methane adsorption, Carbon, 2003, t.41, s. 2113.
• 20. Almansa C., Molina-Sabio M., Rodrygues-Reinoso F., Adsorption of methane into ZnCl2 –activated carbon derived discs, Microporous and Mesoporous Materials, 2004, t.76, s.185.
• 21. Buczek B., Czepirski L., Adsorbenty węglowe – surowce, otrzymywanie, zastosowanie - Carbonaceous adsorbents – raw materials, manufacture, application, Gospodarka Surowcami Mineralnymi -Mineral Resources Management, 2001, t. 17 z. 2 s. 29.
• 22. Czerw K., Ziętek J., Wagner M., 2010, Methane sorption on bituminous coal – experiments on cuboid-shaped samples cut from primal coal lumps, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 2010, t.26, z. 2, str. 87.
• 23. Gołda M., Janas A., Olszewska D., 2011, The leaching of chlorine from hard coal: Part I. Relationship between the process parameters and its effectivity, Fuel Processing Technology, 2011, t. 92, s. 1233.