The impact of the degree of coalification on the sorption capacity of coals from the Zofiówka Monocline

• Autorzy: Godyń K. , Dutka B.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123694

Warianty tytułu

PL

Wpływ stopnia uwęglenia na pojemność sorpcyjną węgli z rejonu Monokliny Zofiówki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The evaluation of threats connected with the presence of methane in coal seams is based on our knowledge of the total content of this gas in coal. The most important parameter determining the potential of coal seams to accumulate methane is the sorption capacity of coal a. It is heavily influenced by the degree of coalification of the coal substance, determined by the vitrinite reflectance R0 or the content of volatile matter Vdaf. The relationship between the degree of coalification and the sorption capacity in the area of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) has not been thoroughly investigated, which is due to the zonation of methane accumulation in this area and the considerable changeability of methane content in various localities of the Basin. Understanding this relationship call for in-depth investigation, especially since it depends on the analyzed reflectance range. The present work attempts to explain the reasons for which the sorption capacity changes along with the degree of coalification in the area of Jastrzębie (the Zofiówka Monocline). The relationship between parameters R0 and Vdaf was investigated. The authors also analyzed changes of the maceral composition, real density and the micropore volume. Furthermore, coalification-dependent changes in the sorption capacity of the investigated coal seams were identified. The conducted analyses have indicated a significant role of petrographic factors in relation to the accumulation properties of the seams located in the investigated area of USCB.

PL

Ocena zagrożeń związanych z obecnością metanu w pokładach węgla opiera się na wiedzy o całkowitej zawartości tego gazu w węglu. Pojemność sorpcyjna węgla a jest najistotniejszym parametrem określającym potencjał akumulacyjny pokładów. Istotny wpływ na pojemność sorpcyjną ma stopień uwęglenia substancji węglowej określany przez współczynnik refleksyjności witrynitu R0 lub zawartość części lotnych V daf. Relacja pomiędzy stopniem uwęglenia i pojemnością sorpcyjną na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego nie jest gruntownie rozpoznana, ze względu na strefowość nagromadzeń metanu na tym obszarze oraz znaczną zmienność jego zawartości w różnych rejonach Zagłębia. Relacja pomiędzy rozpatrywanymi parametrami zmienia się w zależności od analizowanego zakresu refleksyjności. Celem niniejszej pracy jest próba wyjaśnienia przyczyn zmienności pojemności sorpcyjnej z uwęgleniem na przykładzie węgli z rejonu Jastrzębia (Monoklina Zofiówki). Prześledzono relację parametru R0 w stosunku do V daf. Przeanalizowano zmiany takich parametrów węgla jak skład macerałowy, gęstość rzeczywista oraz objętość mikroporów ze wzrostem stopnia uwęglenia pokładów. Określono zmiany zdolności sorpcyjnej badanych pokładów z uwęgleniem. W rezultacie przeprowadzonych analiz wskazano na znaczącą rolę czynników petrograficznych w odniesieniu do właściwości akumulacyjnych pokładów badanego rejonu GZW.

Słowa kluczowe

EN

coal; methane; vitrinite reflectance; sorption capacity; Upper Silesian Coal Basin

PL

węgiel; metan; refleksyjność witrynitu; pojemność sorpcyjna; Górnośląskie Zagłębie Węglowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 3
• Strony: 727--746
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Godyń K.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

autor

Dutka B.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Benham M.J., Ross D.K., 1989. Experimental determination of adsorption-desorption isotherms by computer controlled gravimetric analysis. Z. Phys. Chem. 25, 163-166.
• [2] Ceglarska-Stefańska G., Brzóska K., 1998. The effect of coal methamorphism on methane desorption. Fuel 77, 6, 645-648.
• [3] Chalmers G.R.L., Bustin R.M., 2007. On the effects of petrographic composition on coalbed methane sorption. International Journal of Coal Geology 69, 288-304.
• [4] Crosdale P.J., Beamish B.B., Valix M., 1998. Coalbed methane sorption related to coal composition. International Journal of Coal Geology 35, 147-158.
• [5] Dutka B., Godyń K., 2018. Predicting variability of methane pressure with depth of coal seam. Przemysł Chemiczny 97/8.
• [6] Dutta P., Bhowmik S., Das S., 2011: Methane and carbon dioxide sorption on a set of coals from India. International Journal of Coal Geology 8, 289-299.
• [7] Faiz M., Saghafi A., Sherwood N., Wang I., 2007. The influence of petrological properties and burial history on coal seam methane reservoir characterisation. Sydney Basin, Australia. International Journal of Coal Geology 70, 193-208.
• [8] Feng Q., Zhang J., Zhang X., Shu C., Wen S., Wang S., Li J., 2014. The use of alternating conditional expectation to predict methane sorption capacity on coal. International Journal of Coal Geology 121, 137-147.
• [9] Gabzdyl W., 1989. Geologia węgla. Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, 1427, 2, Gliwice.
• [10] Gabzdyl W., 1994. Geologia złóż węgla: złoża świata. Warszawa: Polska Agencja Ekologiczna.
• [11] 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 118, 45-57.
• [12] Godyń K., 2016. Structurally altered hard coal in the areas of tectonic disturbances – an initial attempt at classification. Arch. Min. Sci. 61, 3.
• [13] Gray I., 1987. Reservoir Engineering in Coal Seams: Part 1-The physical process of gas storage and movement in coal seams. SPE Reservoir Engineering 2, 1.
• [14] Gürdal G., Yalçın N., 2001. Pore volume and surface area of the Carboniferous coals from the Zonguldak basin (NW Turkey) and their variations with rank and maceral composition. International Journal of Coal Geology 48, 133-144.
• [15] Hemza P., Sivek M., Jirásek J., 2009. Factors influencing the methane content of coal beds of the Czech part of the Upper Silesian Coal Basin, Czech Republic. International Journal of Coal Geology 79 (1-2), 29-39.
• [16] Hildenbrand A., Krooss B.M., Busch A., Gaschnitz R., 2006. Evolution of methane sorption capacity of coal seans as a function of burial history – a case study from the Campine Basin, NE Belgium. International Journal of Coal Geology 66 (3), 179-203.
• [17] Jasieńko S., 1995. Chemia i fizyka węgla. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
• [18] Jureczka J., Dopita M., Gałka M., Krieger W., Kwarciński J., Martinec P., 2005. Geological Atlas of Coal Deposits of the Polish and Czech Parts of the Upper Silesian Coal Basin. Geological Institute, Ministry of Environment, Warsaw.
• [19] Kawęcka J., 1988. Struktura porowata węgli kamiennych. Zeszyty Naukowe AGH, Chemia 8, 69-87.
• [20] Kędzior S., 2009. Accumulation of coal-bed methane in the south-west part of the Upper Silesian Coal Basin (southern Poland). International Journal of Coal Geology 80, 20-34.
• [21] Kędzior S., 2015. Methane contents and coal-rank variability in the Upper Silesian Coal Basin, Poland. International Journal of Coal Geology 139, 152-164.
• [22] Kotarba M.J., Clayton J.L., Rice D.D., Wagner M., 2002. Assessment of hydrocarbon source rock potential of Polish bituminous coals and carbonaceous shales. Chemical Geology 184, 11-35.
• [23] Kotas A., 1994. Coalbed methane potential of the Upper Silesian Coal Basin, Poland. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego CXLII0866-9465 Polish Geological Institute, Warsaw (81 pp.).
• [24] Krevelen D.W. van, Schuyer J., 1959. Węgiel. Chemia węgla i jego struktura. Wydawnictwo PWN.
• [25] Laxminarayana C., Crosdale P., 1999. Role of coal type and rank on methane sorption characteristics of Bowen Basin, Australia coals. International Journal of Coal Geology 40, 309-325.
• [26] Laxminarayana C., Crosdale P.J., 2002. Controls on methane sorption capacity of Indian coals. AAPG Bulletin 86 (2), 201-212.
• [27] Levine J.R., 1993. Coalification: the evolution of coal as source rock and reservoir. Law B.E., Rice D.D. (Eds.), Hydrocarbons from Coal. American Association of Petroleum Geologists, AAPG Studies in Geology 38, 39-77.
• [28] Levy J.H., Day S.J., Killingley J.S., 1997. Methane capacities of Bowen Basin coals related to coal properties. Fuel 76 (9), 813-819.
• [29] 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 89 (3), 569-580.
• [30] Martinec P., Jirásek J., Kožušníková A., Sivek M. (Eds.), 2005. Atlas of Coal - The Czech Part of the Upper Silesian Basin. Anagram, Ostrava (in Czech).
• [31] Mastalerz M., Gluskoter H., Rupp J., 2004. Carbon dioxide and methane sorption in high volatile bituminous coals from Indiana, USA. International Journal of Coal Geology 60, 43-55.
• [32] Moore, T.A., 2012. Coalbed methane: A review. International Journal of Coal Geology 101, 36-81.
• [33] Nie B., Liu X., Yuan S., Ge B., Jia W., Wang C., Chen X., 2016. Sorption charateristics of methane among various rank coals: impact of moisture. Adsorption 22, 315-325.
• [34] Olajossy A., 2014. The influences of the rank of coal on methane sorption capacity in coals. Archives of Mining Science 59, 2, 509-516.
• [35] Osika R., red. 1987. Budowa geologiczna Polski, Tom VI. Złoża surowców mineralnych. Instytut Geologiczny Warszawa Wydawnictwa Geologiczne.
• [36] Pan J., Hou Q., Ju Y., Bai H., Zhao Y., 2012. Coalbed methane sorption related to coal deformation structures at different temperatures and pressures. Fuel 102, 760-765.
• [37] Pini R., Ottiger S., Burlini L., Storti G., Mazzotti M., 2010. Sorption of carbon dioxide, methane and nitrogen in dry coals at high pressure and moderate temperature. International Journal of Greenhouse Gas Control 4 (1), 90-101.
• [38] Polish Geological Institute, 2014: www.pgi.gov.pl.
• [39] Prinz D., Littke R., 2005. Development of the micro- and ultramicroporous structure of coals with rank as deduced from the accessibility to water. Fuel 85, 1645-1652.
• [40] Prinz D., Pyckhout-Hintzen W., Littke R., 2004. Development of the meso- and macroporous structure of coals with rank as analyzed with small angle neutron scattering and adsorption experiments. Fuel 83, 547-556.
• [41] Probierz K., 2012. Petrologia węgla w rozpoznawaniu węgli koksowych rejonu Jastrzębia. Górnictwo i Geologia, Tom 7, Zeszyt 3 Politechnika Śląska.
• [42] Probierz K., Marcisz, M., Sobolewski A., 2012a. Rozpoznanie warunków geologicznych występowania węgla koksowego w rejonie Jastrzębia dla potrzeb projektu „Inteligentna koksownia”. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 452, 245-256.
• [43] Probierz K., Marcisz M., Sobolewski A., 2012b. Od torfu do węgli koksowych monokliny Zofiówki w obszarze Jastrzębia (południowo-zachodnia część Górnośląskiego Zagłębia Węglowego). Wydawnictwo Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze.
• [44] Probierz K., 1989. Wpływ metamorfizmu termalnego na stopień uwęglenia i skład petrograficzny pokładów węgla w obszarze Jastrzębia (GZW). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, s. Górnictwo, 176, Gliwice 1989.
• [45] UNECE, 1998. International Classification of In-Seam Coals. ECE UN Geneva. UN (New York).
• [46] Walker R., Glikson M., Mastalerz M., 2001. Relations between coal petrology and gas content in the Upper Newlands Seam, central Queensland, Australia. International Journal of Coal Geology 46, 83-92.
• [47] Weishauptová Z., Pribyl O., Sykorová I., Machovic V., 2015. Effect of bituminous coal properties on carbon dioxide and methane high pressure sorption. Fuel 139, 115-124.
• [48] Weniger, P., Franců, J., Hemza, P., Krooss, B.M., 2012. Investigations on the methane and carbon dioxide sorption capacity of coals from the SW Upper Silesian Coal Basin, Czech Republic. International Journal of Coal Geology 93, 23-39.
• [49] Zielińska, 2012. Petrologiczne studium uwęglonego materiału organicznego we fliszu zewnętrznych Karpat Zachodnich. PhD thesis, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.
• [50] Żyła M. (red.), 2000. Układ węgiel kamienny – metan w aspekcie desorpcji i odzyskiwania metanu z gazów kopalnianych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)