Assessment of gas permeability coefficient of porous materials

• Autorzy: Wałowski G.

Identyfikatory

DOI

10.1016/j.jsm.2017.08.001

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of experimental research upon the assessment of gas permeability of porous materials with respect to the gas flow. The conducted research applied to natural materials with an anisotropic gapporous structure and - for comparative purposes - to model materials such as pumice and polyamide agglomerates. The research was conducted with the use of a special test stand that enables measuring the gas permeability with respect to three flow orientations compared with symmetric cubic-shaped samples. The research results show an explicit impact of the flow direction on the permeability of biochar, which results from their anisotropic internal structures. The permeability coefficient of such materials was determined and an experimental evaluation of the value of this coefficient was conducted with respect to the gas stream and the total pressure drop across the porous deposit. The process of gas permeability was considered in the category of hydrodynamics of gas flow through porous deposits. It is important to broaden the knowledge of gas hydrodynamics assessment in porous media so far unrecognised for the development of a new generation of clean energy sources, especially in the context of biogas or raw gas production.

Słowa kluczowe

EN

gas permeability; frame-structured porous material; biogas; raw gas

PL

przenikalność gazów; biogaz; gaz surowy

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 16, iss. 2
• Strony: 55--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 51 poz.

Twórcy

autor

Wałowski G.

• Department of Renewable Energy Resources, Institute of Technology and Life Sciences, 67 Biskupińska Street, 60-463 Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Auriault, J. L., & Caillerie, D. (1989). Quelques remarques sur les methods d’homogénéisation. Revue Française de Geotechnique, 49, 43-50.
• 2. Auriault, J. L., & Royer, P. (1993). Ecoulement d’un gaz dans milieux poreux a double porosite: Mechanique des Sols et milieu poreux/Soil Mechanics and porous Media. Comptes rendus de l'Académie des sciences. Série 2, Mécanique, Physique, Chimie, Sciences de l'univers, Sciences de la Terre, 317(4), 431-436.
• 3. Auriault, J. L., Strzelecki, T., Bauer, J., & He, S. (1990). Porous deformable media saturated by a very compressible fluid: Quasi-statics. European Journal of Mechanics, A/Solids, 9(4), 373-392.
• 4. Balhoff, M., & Wheeler, M. F. (2009). A predictive pore-scale model for non-darcy flow in porous media. SPE Journal, 14(04), 579-587.
• 5. Barańska, J., & Sadowski, Z. (2015). Badania wpływu różnych dodatków na odzysk miedzi w procesie bioługowania rudy łupkowej w kolumnie [Study of the influence of various additives on the copper recovery at the column bioleaching of black shale ore]. CUPRUM e Czasopismo Naukowo-techniczne Górnictwa Rud, 2(75), 147-156.
• 6. Blicharski, J., & Smulski, R. (2012). Stanowisko laboratoryjne wypierania się płynów w ośrodkach porowatych w aspekcie sekwestracji CO2 [Laboratory apparatus for fluids displacement in porous media in aspect of carbon dioxide sequestration]. AGH Drilling, Oil, Gas, 29(1), 89-96.
• 7. Brinkman, H. C. (1949). A calculation of the viscous force exerted by a flowing fluid on a dense swarm of particles. Applied Scientific Research, 1, 27-34.
• 8. Błaszczyk, M. (2014). Badanie procesów migracji substancji ropopochodnych i ich emulsji w strukturach porowatych: Praca dokotorska [Research upon processes of migration of petroleum substances and their emulsions in porous structures: doctoral thesis]. Łódź: Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny.
• 9. Darcy, H. (1856). Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Paris: Victor Valmont.
• 10. Deming, D., & Anderson, M. P. (2005). The Wisconsin roots of ground water hydrology. Ground Water, 43(1), 142e145.
• 11. Dullien, F. (1992). Porous Media: Fluid transport and pore structure (2nd ed.). San Diego: Academic Press.
• 12. Dullien, F. A., & Azzam, M. I. (1973). Flow rate e pressure gradient measurement in periodically non-uniform capillary tubes. AIChE Journal, 19(2), 222-229.
• 13. Erust, C., Akcil, A., Gahan, S. C., Tusenuk, A., & Deveci, H. (2013). Biohydrometallurgy of secondary metal resources: A potential alternative approach for metal recovery. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 88(12), 2115-2132.
• 14. Filipczak, G., Krause, E., & Wałowski, G. (2017). Układ do wyznaczania współczynnika przepuszczalności gazów przez porowate materiały o anizotropowej strukturze, zwłaszcza przez karbonizaty [System for determination the coefficient of gas permeability through porous materials with anisotropic structure, preferably through chars]. About the grant of the patent was announced: 30.06.2017 WUP 06/17, Patent 225980. Warszawa: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej.
• 15. Forchheimer, P. (1901). Wasserbewegung durch Boden [Water movement through soil]. Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieuer, 5(5), 1781-1788.
• 16. Gregg, D. W., & Edgar, T. F. (1978). Underground coal gasification. American Institute of Chemical Engineers Journal, 24(5), 753-781.
• 17. Hansen, T. E. (2007). Flow in micro Porous silicon carbide. Master Thesis. Lyngby: Technical University of Denmark: Department of Micro and Nanotechnology.
• 18. Huang, H., & Ayoub, J. (2008). Applicability of the Forchheimer equation for non-Darcy flow in porous media. SPE Journal, 13(01), 112-122.
• 19. Iliuta, I., & Larachi, F. (2005). Modeling simultaneous biological clogging and physical plugging in trickle-bed bioreactors for wastewater treatment. Chemical Engineering Science, 60(5), 1477-1489.
• 20. Janecki, D., Gąszczak, A., & Bartelmus, G. (2016). Modelling of the air purification from volatile organic compounds in a trickle-bed bioreactor. Proceedings of ECOpole, 10(2), 423-432.
• 21. Jansen, M. W. J., Meertens, J. L. J. G., & Wilms, A. H. (1964). Treibdruck der Kohle [Propellant pressure of the coal] I, II, III. Brennst Chemie, 45, 151-275.
• 22. Krause, E. (2009). Metoda oceny zagrożenia metanowego projektowanych i eksploatowanych ścian w kopalniach węgla kamiennego [Methane hazard assessment method of designed and exploited walls in coal mines]. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, 878. Katowice: Główny Instytut Górnictwa.
• 23. Macdonald, I. F., El-Sayed, M. S., Mow, K., & Dullien, F. A. L. (1979). Flow through porous media-the Ergun equation revisited. Industrial Engineering Chemistry Fundamentals, 18(3), 199-208.
• 24. Mertas, B., Sobolewski, A., & Różycki, G. (2013). Badania gazoprzepuszczalności warstwy plastycznej węgli jako czynnika wpływającego na wielkość generowanego ciśnienia rozprężania [Examination of the gas permeability of the carbonaceous layer as a factor influencing the size of the generated expansion pressure]. Karbo, 2, 163-171.
• 25. Meyer, B. R., Bazan, L.W., &Walls, D. (2013). Modeling of proppant permeability and inertial factor for fluid flow through packed columns. In A. P. Bunger, J. McLennan, & R. Jeffrey (Eds.), Effective and sustainable hydraulic fracturing (pp. 549-569). Rijeka, Croatia: InTech.
• 26. Miura, K., & Nishioka, K. (1992). Measurements of permeability of coal. Plastic and coke layers. Cokemaking International, 4(1), 45.
• 27. Nomura, S., Mahoney, M., Fukuda, K., Kato, K., Le Bas, A., & McGuire, S. (2010). The mechanism of coking pressure generation I: Effect of high volatile matter coking coal, semi-anthracite and coke breeze on coking pressure and plastic coal layer permeability. Fuel, 89(7), 1549-1556.
• 28. Peszyńska, M., Trykozko, A., & Sobieski, W. (2010). Forchheimer law in computational and experimental of flow through porous media at porescale and mesoscale. GAKUTO International Series. Mathematical Sciences and Applications, 32, 463-482.
• 29. Pisarczyk, S. (2005). Mechanika gruntów [Mechanic of land] (4th ed.). Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
• 30. Popielski, P. (2000). Model sufozji mechanicznej w ujęciu metody elementów skończonych: Praca doktorska [Model of sufficient mechanics in the finite element method: Doctoral thesis]. Warszawa: Politechnika Warszawska.
• 31. Ranz, W. E., & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Part I. Chemical Engineering Progress, 48(3), 141-146.
• 32. RILEM Technical Recommendation. (1999). Tests for gas permeability of concrete. TC 116-PCD: Permeability of concrete as criterion of its durability. Materials and Structures, 32(4), 174-179.
• 33. Roga, B., & Wnękowska, L. (1952). Analiza paliw stałych. Katowice: PWT.
• 34. Rozhkova, T. (2010). Mid-term Report on realisation of RFCS project SPRITCO (no. RFCR-CT-2010-00006).
• 35. Scheidegger, A. E. (1974). The physics of flow through porous media (3rd ed.). Toronto: University of Toronto.
• 36. Shi, H., Xu, B., Shi, T., & Zhou, X. (2008). Determination of gas permeability of high performance concrete containing fly ash. Materials and Structures, 41(6), 1051-1056.
• 37. Slichter, C. S. (1899). Theoretical investigations of the motion of ground waters. U.S. Geological Survey 19th Annual Report, Part 2. Washington: Washington Government Printing Office.
• 38. Slichter, C. S. (1905). Field measurements of the rate of movement of underground waters. U.S. Geological Survey Water-Supply and Irrigation Paper No. 140, 122. Department of the Interior United States Geological Survey, Washington Government Printing Office.
• 39. Śliwiński, J., & Tracz, T. (2013). Wpływ szlifowania powierzchni betonu na ocenę jego przepuszczalności określanej metodą Torrenta [Impact of grinding of concrete surface on the evaluation of its permeability determined by the Torrent method]. In M. Kaszyńska (Ed.), Awarie budowlane: Zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje: XXVI Konferencja Naukowo-Techniczna, Szczecin-Międzyzdroje, 21-24 maja 2013 (pp. 873-880). Szczecin: Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego.
• 40. Smoliński, A., Stańczyk, K., Kapusta, K., & Howaniec, N. (2013). Analysis of the organic contaminants in the condensate produced in the in situ underground coal gasification process. Water Science & Technology, 67(3), 644-650.
• 41. Stachowiak, A., Nowak, J., & Sztromwasser, E. (2011). Złoża węgla brunatnego w regionie Legnicy-Ścinawy i technologie ich zagospodarowania [The lignite deposits in the Legnica-Ścinawa area the methods of their exploitation]. In A. Żelażniewicz, J. Wojewoda, & W. Cieżkowski (Eds.), Mezozoik i kenozoik Dolnego Śląska (pp. 121-135). Wrocław: WIND.
• 42. Standard Test Method for Permeability of Rocks by Flowing Air. (2001). Designation: D 4525-4590, reapproved. West Conshohocken: ASTM - American Society for Testing and Materials.
• 43. Strzelecki, T., Kostecki, S., & Żak, S. (2008). Modelowanie przepływów przez ośrodki porowate [Flow modeling through porous media]. Wrocław: Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne.
• 44. Szczełkaczew, W. N. (1948). Elastic mode of water-bearing systems [In Russian]. Moscow: M. Gostopekhizdat.
• 45. Teng, H., & Zhao, T. S. (2000). An extension of Darcy's law to non-Stokes flow in porous media. Chemical Engineering Science, 55(14), 2727-2735.
• 46. Tucker, J., & Everitt, G. (1992). Coking pressure - its causes, measurement and control. In 2nd International Cokemaking Congress Proceedings (Vol. 2). London: The Institute of Materials.
• 47. Wałowski, G., & Filipczak, G. (2016a). Gazoprzepuszczalność materiałów porowatych o anizotropowej strukturze [Gas permeability of porous materials with an anisotropic structure]. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 55(6), 245-250.
• 48. Wałowski, G., & Filipczak, G. (2016b). Assessment of process conditions associated with hydrodynamics of gas flow through materials with anisotropic internal structure. Journal of Sustainable Mining, 15, 156-169. http://dx.doi.org/10.1016/j.jsm.2017.03.003.
• 49. Wałowski, G., Filipczak, G., & Krause, E. (2013). Hydrodynamika przepływu gazu w porowatych strukturach karbonizatu w aspekcie technologii podziemnego zgazowania węgla. [Hydrodynamics of gas flow in porous carbonisate structures in the aspect of underground coal gasification technology]. In Młodzi dla Techniki 2013. Wybrane problemy naukowo-badawcze chemii i technologii chemicznej (pp. 253-270). Płock: Politechnika Warszawska.
• 50. Łydżba, D. (1991). Constitutive equation of gas-coal medium. Studia Geotechnica et Mechanica, 13(3-4), 51-62.
• 51. Łydżba, D. (2002). Zastosowania metody asymptotycznej homogenizacji w mechanice gruntów i skał [Applications of asymptotic homogenization in soil and rock mechanics]. Prace Naukowe Instytutu Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wrocławskiej. Monografie, 74(23), 274, 274.