Discrepancies in the assessment of CO2 storage capacity and methane recovery from coal with selected equations of state. Part I. Experimental isotherm calculation

• Autorzy: Lutynski M. A. , Battistutta E. , Bruining H. , Wolf K. A. A.

Warianty tytułu

PL

Rozbieżności w ocenie ilości składowanego CO2 i odzysku metanu z pokładu węgla jako wynik zastosowania wybranych równań stanu gazu. Część I. Wyznaczanie izotermy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The injection of carbon dioxide into coalbeds to increase methane recovery is an emerging technology which was tested in various pilot installations. Carbon dioxide stored in coalbeds is usually in supercritical state and therefore investigation of supercritical adsorption of this gas on coal is a subject of various studies. In the paper impact of three equations of state i.e. Peng Robinson (PR), Soave-Redlich-Kwong (SRK) and the most accurate Span-Wagner, as a reference, on the calculation of sorption capacity was investigated. Langmuir parameters were calculated on the basis of experimental results of CO2 volumetric sorption by a Selar Cornish coal sample. It is concluded that the use of cubic equation of state (PR and SRK) for the calculation of supercritical CO2 sorption on coal gives unreliable results by lowering apparent absolute adsorption in the lower pressure range (< 9 MPa) and unrealistically increasing it at higher pressures.

PL

Intensyfikacja wydobycia metanu z pokładu węgla za pomocą zatłaczania dwutlenku węgla jest technologią, która nie tylko przyczynia się do zwiększenia uzysku tego surowca energetycznego ale jednocześnie zmniejsza emisję CO2. Obecnie na Świecie istnieje kilka instalacji pilotowych, w których ta technologia poddawana jest badaniom. W Europie pokłady węglowe bogate w metan występują zazwyczaj na głębokościach przekraczających 750 m i temperaturach powyżej 40C, a więc w warunkach, w których CO2 jest w stanie krytycznym. Adsorpcja tego gazu w stanie krytycznym na węglach jest obecnie przedmiotem intensywnych badań. Do wyznaczonych w laboratorium izoterm sorpcji dopasowywane są następnie modele sorpcyjne jak np. izoterma Langmuira, izoterma BET czy model Dubinina-Raduszkiewicza. W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcji dwutlenku węgla na węglu antracytowym Selar Cornish z zagłębia Południowej Walii (Wielka Brytania). Do analiz wyników użyto trzech równań stanu gazu stosowanych do określenia gęstości CO2 tj. równania Penga-Robinsowa (PR), równania Soave-Redlicha-Kwonga (SRK) oraz bardzo dokładnego równania stanu gazu dla CO2 Spana i Wagnera (SW), jako równania referencyjnego. Do uzyskanych danych sorpcji całkowitej dopasowano model izotermy Langmuira jako powszechnie stosowany w symulatorach złożowych. Obliczone parametry izotermy Langmuira tj. VL oraz PL w przypadku równania SW wyniosły odpowiednio 0.03648 sm3/kg oraz 0,597 MPa, natomiast dla równania PR wartości te wyniosły odpowiednio 0.03071 sm3/kg oraz 0,406 MPa. Odchyłka w obliczonych parametrach w stosunku do równania referencyjnego dla tej samej izotermy wyniosła odpowiednio -18,8% oraz -31,9%

Słowa kluczowe

EN

enhanced coalbed methane; carbon dioxide sequestration; equation of state; sorption by coal

PL

intensyfikacja wydobycia metanu; sekwestracja dwutlenku węgla; równanie stanu gazu; sorpcja na węglu

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Physicochemical Problems of Mineral Processing
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 47
• Strony: 159--168
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Lutynski M. A.

autor

Battistutta E.

autor

Bruining H.

autor

Wolf K. A. A.

• Silesian University of Technology , Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. Balan H.O., Gumrah F. (2009). Enhanced coalbed methane recovery with respect to physical properties of coal and operational parameters. Journal of Canadian Petroleum Technology 48(8): 56-61.
• 2. Day S., Duffy G., Sakurovs R., Weir S. (2008). Effect of coal properties on CO2 sorption capacity under supercritical conditions. International Journal of Greenhouse Gas Control 2(3): 342-352.
• 3. Dutta P., Harpalani S., Prusty B. (2008). Modeling of CO2 sorption on coal. Fuel 87(10-11): 2023-2036.
• 4. Fitzgerald J.E., Pan Z., Sudibandriyo M., Robinson Jr R.L., Gasem K.A.M., Reeves S. (2005). Adsorption of methane, nitrogen, carbon dioxide and their mixtures on wet Tiffany coal. Fuel 84(18): 2351-2363.
• 5. Fujioka M., Yamaguchi S., Nako M. (2010). CO2-ECBM field tests in the Ishikari Coal Basin of Japan. International Journal of Coal Geology.
• 6. Gensterblum Y., van Hemert P., Billemont P., Busch A., Charriere D., Li D., Krooss B.M., de Weireld G., Prinz D., Wolf K.H.A.A. (2009). European inter-laboratory comparison of high pressure CO2 sorption isotherms. I: Activated carbon. Carbon 47(13): 2958-2969.
• 7. Hall F.E., Zhou C., Gasem K.A.M., Robinson Jr R.L., Yee D. (1994). Adsorption of pure methane, nitrogen, and carbon dioxide and their binary mixtures on wet fruitland coal. Proceedings - SPE Eastern Regional Conference and Exhibition.
• 8. Katyal S., Valix M., Thambimuthu K. (2007). Study of Parameters Affecting Enhanced Coal Bed Methane Recovery. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 29(3): 193 - 205.
• 9. 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.
• 10. Majewska Z., Ceglarska-Stefańska G., Majewski S., Zietek J. (2009). Binary gas sorption/desorption experiments on a bituminous coal: Simultaneous measurements on sorption kinetics, volumetric strain and acoustic emission. International Journal of Coal Geology 77(1-2): 90-102.
• 11. Mavor M.J., Gunter W.D., Robinson J.R. (2004). Alberta multiwell micro-pilot testing for CBM properties, enhanced methane recovery and CO2 storage potential. SPE Annual Technical Conference Proceedings.
• 12. McCarty R.D., Arp V.D. (1990). A new wide range equation of state for helium. Adv Cryog Eng 35, pp. 1465–1475.
• 13. Ottiger S., Pini R., Storti G., Mazzotti M. (2006). Experimental and modeling study of the adsorption of CO2 on coal aimed at ECBM recovery. AIChE Annual Meeting, Conference Proceedings.
• 14. Pagnier H.J.M., Van Bergen F., Kreft E., Van Der Meer L.G.H., Simmelink H.J. (2005). Field experiment of ECBM-CO2 in the upper Silesian Basin of Poland (RECOPOL). 67th European Association of Geoscientists and Engineers, EAGE Conference and Exhibition, incorporating SPE EUROPE2005 - Extended Abstracts.
• 15. Peng D.Y., Robinson D.B. (1976). A new two-constant equation of state. Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals 15(1): 59-64.
• 16. Pini R., Ottiger S., Burlini L., Storti G., Mazzotti M. (2007). Fundamental mechanisms involved in enhanced coal bed methane recovery for CO2 storage. Chemie-Ingenieur-Technik 79(9): 1318.
• 17. Pini R., Ottiger S., Burlini L., Storti G., Mazzotti M. (2009). Role of adsorption and swelling on the dynamics of gas injection in coal. Journal of Geophysical Research B: Solid Earth 114(4).
• 18. 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.
• 19. Prusty B.K. (2008). Sorption of methane and CO2 for enhanced coalbed methane recovery and carbon dioxide sequestration. Journal of Natural Gas Chemistry 17(1): 29-38.
• 20. Reeves S. (2002). Field studies of enhanced methane recovery and CO2 sequestration in coal seams. World Oil 223(12): 56-60.
• 21. Reeves S.R. (2003). Enhanced CBM recovery, coalbed CO2 sequestration assessed. Oil and Gas Journal 101(27): 49-53.
• 22. Sakurovs R., Day S., Weir S. (2009). Causes and consequences of errors in determining sorption capacity of coals for carbon dioxide at high pressure. International Journal of Coal Geology 77(1-2): 16-22.
• 23. 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 and Fuels 21(2): 992-997.
• 24. Soave G. (1972). Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chemical Engineering Science 27(6): 1197-1203.
• 25. Span R., Wagner W. (1996). A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple-point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa. Journal of Physical and Chemical Reference Data 25(6): 1509-1596.
• 26. Sudibandriyo M., Pan Z., Fitzgerald J.E., Robinson Jr R.L., Gasem K.A.M. (2003). Adsorption of methane, nitrogen, carbon dioxide, and their binary mixtures on dry activated carbon at 318.2 K and pressures up to 13.6 MPa. Langmuir 19(13): 5323-5331.
• 27. Van Hemert P., Bruining H., Rudolph E.S.J., Wolf K.H.A.A., Maas J.G. (2009). Improved manometric setup for the accurate determination of supercritical carbon dioxide sorption. Review of Scientific Instruments 80(3).
• 28. Wagner W., Span R. (1993). Special Equations of State for Methane, Argon, and Nitrogen for the Temperature Range from 270 to 350 K at Pressures up to 30 MPa. International Journal of Thermophysics 14(4): 699-725.