Investigations of the coal permeability in the flow of nitrogen, methane and carbon dioxide

• Autorzy: Żółcińska J. , Dyrga L.

Warianty tytułu

PL

Badania przepuszczalności węgla w przepływie azotu, metanu i dwutlenku węgla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The permeability of gases depends on the type of coal, and its pore structure (evaluated by the porosity and the nitrogen reference permeability kNl), on the type of flowing gas (sorption affinity), and on the moment of the flow. Eighteen different coal samples cut of coal blocks received from the Miechowice, Zofiówka and Thorez mines have been investigated. For the research the samples of different structure, and of nitrogen permeabilities varying in the interval 0.01-600 x 10"15 m2 (0.01-600 mD) have been applied. For each sample the flow of various gases: nitrogen, methane and carbon dioxide were investigated. The magnitude of permeability determined for the steady stage of the first nitrogen flow through coal has been accepted as the reference value for a given sample and denoted by kNr The variations occurring during the methane and carbon dioxide flow are better represented by the normed permeabilities kCHt/kfi2 and kcoJkN2 than by feCH4 and feCO2 permeabilities because the normed permeabilities are respected to the steady nitrogen flow. For the methane flow the normed kCHJkNl permeability increases until the maximum value the location of which depends on the coal type. For small pore dimension samples, i.e. for samples of small reference permeability the sorption process is the most significant phenomenon. The normed permeability kCHJkNl decreases with the increase of pore dimensions, i.e. with the increase of the reference permeability owing to the increasing role of hydrodynamic effects. For carbon dioxide the normed kcoJkN2 permeability varies in the monotonie mode. For small reference permeability samples the highly developed sorption of carbon dioxide implies the following situation: the normed kcoJkN2 permeability is several times less than the normed kCHJkNl permeability for the same coal sample. Appointing samples with increasing feN2 permeability the hydrodynamic effects imply the approximate equality of the permeability magnitudes for methane and for carbon dioxide. Nevertheless the considered kCHa and kCOl permeabilities are about 20-25% less than feN for the nitrogen flow.

PL

Przepuszczalność w przepływie gazów jest zależna od rodzaju i struktury porowatej węgla (charakteryzowanej m.in. przez porowatość i przepuszczalność w przepływie azotu fcN2) oraz od rodzaju przepływającego gazu (jego sorbowalności) i czasu jego przepływu. Przebadano 18 próbek wycinanych z węgla pochodzącego z kopalni "Miechowice", "Zofiówka" i "Thorez", o silnie zróżnicowanej strukturze. Do wykonywanych badań dobierano próbki węgla o przepuszczalności w przepływie azotu: 0,01-600xl0~15 m2 (0,01-600 mD). Wszystkie przepływy gazów prowadzone były przy stałej różnicy ciśnienia 0,1 MPa (0,1 MPa nadciśnienia na wejściu, ciśnienie atmosferyczne na wyjściu z próbki). W przepływach badanych gazów: azotu, metanu i dwutlenku węgla mierzono wydatek przepływu, różnicę ciśnień i czas trwania przepływu oraz prowadzono obserwację zmian przepuszczalności w każdym przepływie, aż do ich znaczącego zmniejszenia. W niektórych badaniach po przepływach azotu, metanu i dwutlenku węgla prowadzono dodatkowo przepływ gazu nie sorbowanego przez węgiel -- helu - w celu całkowitego "wypłukania" poprzednio przepływającego gazu. Wartość przepuszczalności, po ustaleniu się pierwszego przepływu azotu, przyjęto jako wartość standardową charakteryzującą daną próbkę i oznaczono jako kNi. Zmiany zachodzące w przepływie gazów sorbujących się: metanu i dwutlenku węgla lepiej odzwierciedlają wartości znormalizowanych przepuszczalności kCHJkN2 i kCOl/kN2, odniesione są one bowiem do ustalonego przepływu azotu, tj. gazu bardzo nieznacznie sorbowalnego. W przepływie metanu przepuszczalność znormalizowana kCHJkN2 rośnie do pewnego maksimum, którego położenie zależy od rodzaju węgla. Dla próbek o małych wymiarach porów, a więc charakteryzujących się niskimi przepuszczalnościami standardowymi, decydujące znaczenie ma zjawisko sorpcji. W miarę wzrostu wymiarów porów (co odpowiada większym przepuszczalnościom feN2), przepuszczalność znormalizowana kCHJkNz maleje, gdyż prawdopodobnie zaczynają większą rolę odgrywać zjawiska hydrodynamiczne. W przepływie dwutlenku węgla przepuszczalność znormalizowana kcoJkN2 ma na ogół przebieg monotoniczny. Dla próbek o małych przepuszczalnościach feNj znaczna sorpcja dwutlenku węgla sprawia, że przepuszczalność znormalizowana kcoJkK2 jest kilkakrotnie mniejsza niż w przepływie mniej sorbującego się metanu. Ze wzrostem przepuszczalności feNz, zjawiska hydrodynamiczne powodują, że przepuszczalności w przepływie metanu i dwutlenku węgla są zbliżone. Są one jednak ok. 20-25% mniejsze od przepuszczalności w przepływie azotu.

Słowa kluczowe

EN

permeability; coal; nitrogen; methane; carbon dioxide

PL

przepuszczalność; węgiel; azot; metan; dwutlenek węgla

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 1999
• Tom: Vol. 44, nr 3
• Strony: 413--424

Twórcy

autor

Żółcińska J.

autor

Dyrga L.

• Polska Akademia Nauk Instytut Mechaniki Górotworu ul. Reymonta 27 30-059 Kraków