Effect of selected simplifications of the unipore model upon the result of the study of the diffusion coefficient in coal

• Autorzy: Wierzbicki M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ niektórych uproszczeń modelu uniporowego na wynik badania współczynnika dyfuzji na węglu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Models of gas diffusion in hard coal are encumbered with numerous assumptions, such as the one concerning the sphericity of sorbent grains, or the unvarying grain composition of a sample being the subject of the analysis. In reality, the shapes of the coal grains, upon which effective diffusion coefficient measurements are carried out, deviate from spherical shapes, and the distribution of grain diameters within the analyzed grain fraction is usually unknown. This study, making use of the unipore model, presents an equation that makes it possible to describe the diffusion process in grains of any grain fraction, while taking into account the function of grain composition. The application of methods of mathematical modeling allowed to demonstrate the effect which the varying composition of analyzed grains, representing a given, analyzed grain fraction, has upon the obtained value of the effective diffusion coefficient De. Furthermore, the effect of the shape of grains upon diffusion kinetics was estimated. In the study, maximum Feret's diameters and maximum diameters of circles inscribed in grains were used. On the basis of methods of image analysis, upper and lower estimate of measurement uncertainties - caused by varying grain composition, as well as by nonspherical shape of the analyzed grains - was carried out. It is the shape of grains that the most significant errors in determining the value of the diffusion coefficient can be attributed to.

PL

Modele dyfuzji gazów w węglu kamiennym obarczone są licznymi założeniami m.in. o kulistości ziarn sorbentu oraz równomiernym składzie ziarnowym badanej próbki. W rzeczywistości kształty ziarn węgla, na których prowadzone są pomiary efektywnego współczynnika dyfuzji, odbiegają od kuli a rozkład średnic ziarn wewnątrz badanej klasy ziarnowej zwykle nie jest znany. W pracy, w oparciu o model uniporowy, podano równanie, pozwalające na opis przebiegu dyfuzji na ziarnach dowolnej klasy ziarnowej z uwzględnieniem funkcji składu ziarnowego. Wykorzystując metody modelowania matematycznego pokazano wpływ nierównomiernego składu badanych ziarn badanej klasy ziarnowej na uzyskaną wartość efektywnego współczynnika dyfuzji De. Dokonano również oszacowania wpływu kształtu ziarn na kinetykę dyfuzji. wykorzystano maksymalne średnice Fereta oraz maksymalne średnice okręgów wpisanych w ziarna. Wykorzystując metody analizy obrazu dokonano górnego i dolnego oszacowania niepewności pomiarowych wywołanych zarówno zmiennym składem ziarnowym jak i odbiegającym od kuli kształtem badanych ziarn. Kształt ziarn może powodować największe błędy wyznaczenia wartości wskaźnika dyfuzji.

Słowa kluczowe

EN

diffusion; unipore model; threat of methane release

PL

dyfuzja; model uniporowy; zagrożenie metanowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, no 4
• Strony: 761--776
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wierzbicki M.

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

Bibliografia

• Beamish B.B., O'Donnell G. 1992. Microbalance applications to sorption of coals. Proceedings of Symposium on Coalbed Methane Research and Development in Australia, Townsville, Queensland, vol. 4, p. 31-41.
• Beamish B.B., Crosdale P.J., 1998. Instantaneous outbursts in underground coal mines: An overview and association with coal type. International Journal of Coal Geology, 35.
• Chongtao Wei, Yong Qin, Geoff G.X. Wang , Xuehai Fu, Bo Jiang, Zhiqing Zhang, 2007. Simulation study on evolution of coalbed methane reservoir in Qinshui basin. China, International Journal of Coal Geology, 72, 53-69.
• Crank J., 1975. The Mathematics of diffusion, 2nd ed. Oxford Univ. Press, London, 414 p.
• Crosdale P.J., Beamish B.B., Valix M., 1998. Coalbed methane sorption related to coal Composition. International Journal of Coal Geology 35, 147-158.
• Gawor M., 1993. Sorpcja i dyfuzja gazów. Archiwum Górnictwa, Vol. 38, No. 3, p. 217-261.
• Harpalani S., Schraufnagel R.A., 1990a. Measurement of parameters impacting methane recovery from coal seams. Int. J. Min. Geol. Eng., 8, 369-384.
• Harpalani S., Schraufnagel R.A., 1990b. Shrinkage of coal matrix with release of gas and its impact on permeability of coal. Fuel, 69, 551-556.
• Kawęcka J., 1998. Sorpcja gazów i par a właściwości polskich węgli kamiennych jako układów dyspersyjnych. Zesz. Nauk. AGH, Chemia, z. 8.
• King G.R., Ertekin T.M., 1989b. A survey of mathematical models related to methane production from coal seams, Part II: Nonequilibrium sorption models. Proc. 1989, Coalbed Methane Symp. The Univ. of Alabama, Tuscaloosa, p. 139-155.
• Lamberson M.N., Bustin R.M., 1993. Coalbed methane characteristics of gates formation coals, Northeastern British Columbia: effect of maceral composition. AAPG Bull., 77 (12), 2062-2076.
• Levine J.R., 1993. Coalification: the evolution of coal as Skurce rock and reservoir rock for oil and gas. In: Law B.E., Rice D.D. (Eds.), Hydrocarbons from Coal. American Association of Petroleum Geologists, Studies in Geology Series, vol. 38, p. 39-77.
• Li H., Ogawa Y., Shimada S., 2003. Mechanism of methane flow through sheared coals and its role in methane recovery, Fuel, 82, 1271-1279.
• 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, Roberts M., 2007. CO2 storage and gas diffusivity properties of coals from Sydney Basin. Australia, International Journal of Coal Geology, 70, 240-254.
• Saghafi A., 2010. Potential for ECBM and CO2 storage in mixed gas Australian coals, International Journal of Coal Geology, 82, 240-251.
• Singh J.G., 1984. A mechanism of outbursts of coal and gas, Mining Science and Technology, Vol. 1, Iss. 4, August 1984, p. 269-273 Timofiejew D.P. 1967: Adsprptionskinetik, Lipsk VEB.
• Timofiejew D.P., 1967. Adsorptionskinetik, Lipsk VEB.
• Topolnicki J., 1999. Wyrzuty skalno-gazowe w świetle badań laboratoryjnych i modelowych. Inst. Gospod. Surowcami Mineralnymi PAN, Kraków, 63 s.
• Williams R.J., Weissmann J.J., 1995. Gas emission and outburst assessment in mixed CO and CH4 environments. Proc. ACIRL Underground Mining Sem. Australian Coal Industry Res. Lab., North Ryde, 12.
• 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., 2006, Vol. 51, No. 4, p. 577-588.
• Xiaojun C., Chikatamarala L., Bustin R.M., 2004. Implications of volumetric swelling/shrinkage of coal in sequestration of acid gases, International Coal bed methane symposium, paper No. 435, Tuscaloosa, Alabama USA, 22 p.