Wpływ temperatury układu węgiel-metan na własności sorpcyjne węgla ze szczególnym uwzględnieniem kinetyki sorpcji/dyfuzji

• Autorzy: Skoczylas N. , Wierzbicki M. , Murzyn T.

Warianty tytułu

EN

The influence of temperature of the coal-methane system on sorption capacity of coal, taking into account the kinetics of sorption and diffusion processes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera wyniki badań nad wybranymi aspektami sorpcji metanu na węglu. Obserwacje prowadzone były metodą grawimetryczną. W szczególności przeanalizowana została zmienność izoterm sorpcji przy temperaturach w zakresie 278 do 323K. Zbadana została także zmienność efektywnego współczynnika dyfuzji w zakresie temperatur od 278 do 323K oraz dla różnych zmian ciśnień (0-1-2-5-15 bar). Uzyskane wyniki wskazują na silny spadek pojemności sorpcyjnej węgla wraz ze wzrostem temperatury. Wartość efektywnego współczynnika dyfuzji w przebadanym zakresie temperatur zmieniła się ponad pięciokrotnie, natomiast przy stałej temperaturze, a zmiennych ciśnieniach nasycania zaobserwowano różnice ponad dwukrotne. Wyniki prac wskazują, iż efektywny współczynnik dyfuzji nie jest stałą materiałową, a jego wartość można porównywać pod warunkiem znajomości temperatury oraz ciśnień w których był oznaczany.

EN

This study summarises the results of research into the methane sorption of coal. The gravimetric method was applied in the tests using an IGA device. Variability of sorption isotherms at temperatures in the range 278-232K was given a major consideration. The variability of the effective diffusion coefficient was investigated in the temperature range 278-323K and in the conditions of various pressure changes (0-1-2-5-15 bar). The results reveal a significant decrease in the sorption capacity of coal with temperature. There is a 5-fold increase in the value of the effective diffusion coefficient in the investigated temperature range and under variable saturating pressures the difference would be 2-fold. Results clearly indicate that the effective diffusion coefficient should not be regarded as a material constant and its values are comparable only when related to the temperature and pressure levels.

Słowa kluczowe

PL

sorpcja metanu; wpływ temperatury; dyfuzja

EN

methane sorption; impact of temperature; diffusion

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 15, no. 1-2
• Strony: 75--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

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

autor

Murzyn T.

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

Bibliografia

• Beamish B.B., Gamson P.D., Johnson D.P., 1991. Investigations of parameters influencing gas storage and release in Bowen Basin coals. Coalseam Gas Research Institute Technical Report, Dept. of Earth Sciences, James Cook University of North Queensland, CGRI TR 91/4.
• Benham M.J., Ross D.K., 1989. Experimental determination of adsorption-desorption isotherms by computer controlled gravimetric analysis. Z. Phys. Chem. 25, 163-166.
• Ceglarska-Stefańska G., Brzóska K., 1998. The effect of coal methamorphism on methane desorption. Fuel 77, No 6, 645-648.
• Crank J., 1975. The Mathematics of diffusion. 2nd ed. Oxford Univ. Press, London. 414.
• Crosdale P.J., Beamish B.B., Valix M., 1998. Coalbed methane sorption related to coal composition. International Journal of Coal Geology 35, 147-158.
• Damköhler G.Z., Phijs. Chem. (Frankfurt/Main) A174, 222 (1935).
• Day S., Sakurovs R., Weir S., 2008. Supercritical gas sorption on moist coals. International Journal of Coal Geology, Vol. 74, Iss. 3-4, p. 203-214.
• Gawor M., Skoczylas N., 2014. Sorption Rate of Carbon Dioxide on Coal. Transport in Porous Media, Vol. 100, No. 3.
• Harpalani S., Schraufnagel R.A., 1990. Shrinkage of coal matrix with release of gas and its impact on permeability of coal. Fuel, Vol. 69, 551-556.
• He X., Song L., 2012. Status and future tasks of coal mining safety in China. Safety Science 50, 894-898.
• Kawęcka J., 1988. Sorpcja gazów i par a właściwości polskich węgli kamiennych jako układów dyspersyjnych. Zesz. Nauk. AGH, Chemia, z. 8 (in polish).
• King G.R., Ertekin T.M., 1989. A survey of mathematical models related to methane production from coal seams. Part II: Nonequilibrium sorption models. Coalbed Methane Symp. The Univ. of Alabama, Tuscaloosa, 139-155.
• Lama R.D., Bodziony J., 1996. Outbursts of gas, coal and rock in underground coal mines. Wollongong. N.S.W. : R.D. Lama, 499.
• Levine J.R., 1992. Influences of coal composition on coal seam reservoir quality. A review. Symp. Coalbed Methane Res. Dev., Vol. 1, Townsville.
• Levy S., Day K., 1997. Methane capacities of Bowen Basincoals related to coal properities. Fuel, 76, nr 9, 813-819.
• Młynarczuk M., Wierzbicki M., 2009. Stereological and profi lometry methods in detection of structural deformations in coal samples collected from the rock and outburst zone in the “Zofiówka” Colliery, Arch. Min. Sci., Vol. 54, No 2, p. 189-201.
• Nodzeński A., Hołda S., 2001. Isosteric heats of methane sorption on hard coals of different ranks at elevated pressures. Arch. Min. Sci., Vol. 46, p. 481-490.
• Pillalamarry M., Harpalani S., Liu S., 2011. Gas diffusion behavior of coal and its impact on production from coalbed methane reservoirs. International Journal of Coal Geology 86, 342-348.
• Saghafi A., Faiz M. Roberts D., 2007. CO2 storage and gas diffusivity properties of coals from Sydney Basin. Australia International Journal of Coal Geology, Vol. 70, Iss. 1-3, p. 40-254.
• Sakurovs R., Day S., Weir S., Duffy G., 2007. Application of a modified Dubinin-Radushkevich equation to adsorption of gases by coals under supercritical conditions. Energy Fuels 21, 992-7.
• Sercombea J., Vidala R., Galléb C., Adenota F., 2007. Experimental study of gas diffusion in cement paste. Cement and Concrete Research, Vol. 37, Iss. 4, p. 579-588.
• Skoczylas N., 2012. Coal seam methane pressure as a parameter determining the level of the outburst risk – laboratory and in situ research. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 4, p. 861-869.
• Szlązak N., Kubaczka C., 2002. Impact of coal output concentration on methane emission to longwall faces. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 1, p. 3-21.
• Timofejew D.P., 1967. Adsorption kinetic. Leipzig, 335 p.
• Wang L., Cheng Y., Ge C., Chen J., Li W., Zhou H., Hai-feng W., 2013. Safety technologies for the excavation of coal and gas outburst-prone coal seams in deep shafts. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 57, 24-33.
• Weniger P., Kalkreuth W., Busch A., Krooss B.M., 2010. High-pressure methane and carbon dioxide sorption on coal and shale samples from the Paraná Basin, Brazil, International Journal of Coal Geology, Vol. 84, Iss. 3–4, p. 190-205.
• Wierzbicki M., Młynarczuk M., 2006. Microscopic analysis of structure of coal samples collected after an gas and coal outbursts in the gallery D-6, coal seam 409/4 in the „Zofiówka” coal mine (Upper Silesian Coal Basin). Arch. Min. Sci., Vol. 51, No 4, p. 577-588.
• Xiangchun Li, Baisheng Nie, Ruming Zhang, Leilei Chi, 2012. Experiment of gas diffusion and its diffusion mechanism in coal. International Journal of Mining Science and Technology, Vol. 22, Iss. 6, p. 885-889.
• Xu T., Tang C.A., Yang T.H., Zhu W.C., Liu J., 2006. Numerical investigation of coal and gas outbursts in underground collieries. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 43, 905-919.