Isosteric heats of methane sorption on hard coals of different ranks at elevated pressures

• Autorzy: Nodzeński A. , Hołda S.

Warianty tytułu

PL

Izoteryczne ciepła sorpcji metanu na węglach kamiennych o różnym stopniu uwęglenia w szerokim zakresie ciśnień

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study of sorption and desorption methane on three sampIes of hard coal is presented in this paper. The sorption isotherms were measured by means of the volumetric method at temperatures of 296-333 Kin relation to 13 MPa pressure. The porosities of the sampIes were determined by measuring of their apparent (the mercury method) and true densities (the helium method). The experimental data obtained were described using the thermal sorption equation in virial form. The isosteric heats of sorption as a function of coverage were calculated. The obtained results indicate the physical nature of interaction between methane molecules and hard coal. The values of isosteric heats o fsorption are dependent on the o fmaceral composition of coal.

PL

W prezentowanej pracy przedstawiono badania sorpcji metanu na ośmiu próbach węgla kamiennego o różnej wartości. Izotermy sorpcji wyznaczono metodą objętościową, w temperaturach 296-333 K w zakresie ciśnień do 13 MPa. Określono porowatość badanych próbek przez pomiar gęstości pozornej (metodą rtęciową) i gęstości rzeczywistej (metodą helową). Podstawowy materiał badawczy stanowiły próbki węgla pochodzące z kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, a uzupełnieniem dla węgli o wyższym stopniu uwęglenia były próbki pobrane z kopalń Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego. Lokalizację miejsc pobrania prób przedstawiono w tabicy 1. W tablicy 2 zestawiono wyniki analizy chemicznej i petrograficznej badanych węgli a w tablicy 3 wyniki badań gęstości i porowatości. Do opracowania danych eksperymcntalnych zastosowano termiczne równanie sorpcji w postaci wirialnej (równanie 1) . Obliczono izosteryczne ciepła sorpcji w funkcji zapełnienia, które to zależności przedstawiono na rysunku 2, a obliczone wartości zebrano w tablicy 5. Przedstawione zależności mają charakter malejący, ze wzrastającymi wartościami sorpcji zmniejszają się wartości izosterycznych ciepeł sorpcji, nie osiągając jednak wartości ciepła kondensacji CH4 (8,8 kJ/mol). Zależności tego typu są charakterystyczne dla gazów, których cząsteczki oddziałują niespecyficznie z powierzchnią ciała stałego. Wartości uzyskanych ciepeł izosterycznych wskazują na fizyczny charakter oddziaływania cząsteczek metanu z węglem kamiennym. Najwyższą wartość ciepła sorpcji wykazuje węgiel o niskim stopniu uwęglenia i stosunkowo luźnej stukturze matrycy węglowej, o czym świadczy niewielka wartość jego gęstości rzeczywistej (próbka B-1O). Próbka ta charakteryzuje się stosunkowo dużą objętością mikroporów oraz niewielką zawartością macerałów grupy inertynitu. Można przypuszczać, że wyraźnie wyższe wartości izosterycznego ciepła sorpcji dla tej próbki związane są z sorpcją w porach o bardzo małych średnicach. Próbka B-1O zawiera niewiele macerałów grupy inertynitu (Rys. 3.) w porównaniu do próbek NR-1 i W -4, które mają takie same objętości mikroporów, lecz znacznie większą zawartość inertynitu. Próbki te wykazują znacznie niższe ciepła sorpcji. Niewiele niższe ciepło sorpcji próbki GI-2, która zawiera mniej mikroporów i znaczną ilość macerałów grupy inertynitu, związane jest prawdopodobnie z wyjątkowo wysoką zawartością popiołu. Próbka J-3 wyróżnia się wśród pozostałych najbardziej zróżnicowanym składem maceralnym przy podobnej mikroporowatości. Jest to prawdopodobnie przyczyną niejednorodności powierzchni, co ilustruje największa wartość wskaźnika przedstawionego w ostatniej kolumnie tablicy 5. Przedstawione badania prowadzą do nastqpującyeh wniosków: wartości izosterycznych ciepeł sorpcji w układzie wągiel kamienny-CH4 świadczą o występowaniu oddziaływań niespecyficznych i związane są z sorpcją w mikroporach o średnicach porównywalnych z rozmiarami cząsteczki metanu, wartości izosterycznych ciepeł sorpcji zależą od składu maceralnego oraz struktury porowatej wągla, w szczególności istotna jest zawartość inertynitu, przebieg zależności izosterycznych ciepeł sorpcji od ilości zasorbowanego gazu wskazuje na niejednorodność badanych układów.

Słowa kluczowe

EN

methane; hard coal; sorption; isosteric heat

PL

metan; węgiel kamienny; sorpcja; ciepło izosteryczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 46, nr 4
• Strony: 481--490
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Nodzeński A.

autor

Hołda S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Paliw i Energii, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30