The influence of disintegration of hard coal varieties of different metamorphism grade on the amount of sorbed ethane

• Autorzy: Żyła M. , Dudzińska A. , Cygankiewicz J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ rozdrobnienia odmian węgla kamiennego o różnym stopniu metamorfizmu na ilości sorbowanego etanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ethane constitutes an explosive gas. It most often accompanies methane realizing during exploitation and mining works. In this paper the results of ethane sorption have been discussed on three grain classes of six selected hard coal samples collected from active Polish coalmines. On the basis of obtained results, it has been stated that the tested hard coals prove differentiated sorption power with reference to ethane. Te extreme amount of ethane is sorbed by low carbonized hard coal from “Jaworzno” coalmine. This sort of coal shows great porosity, and great content of oxygen and moisture. The least amount of ethane is sorbed by hard coal from “Sośnica” coalmine. This sort of coal possesses relatively a great deal of ash contents. Together with the process of coal disintegration, the amount of sorbed ethane increases for all tested coal samples. Between tested coals there are three medium carbonized samples collected from “Pniówek”, “Chwałowice” “Zofiówka” coalmines which are characterized by small surface values counted according to model BET from nitrogen sorption isotherms determined at the temperature of 77.5 K. The samples of these three coals prove the highest, from between tested coals, increase of ethane sorption occurring together with their disintegration. These samples disintegrated to 0,063-0,075 mm grain class sorb ethane in the amount corresponding with the sorption quantity of low carbonized coal from “Jaworzno” coalmine in 0.5-0.7 mm grain class. It should be marked that the low carbonized samples collected from “Jaworzno” and Wesoła” coalmines possess large specific surface and great porosity and belong to coal group of “loose” spatial structure. Regarding profusion of sorbed ethane on disintegrated medium carbonized samples from “Pniówek”, “Zofiówka”, “Chwałowice” coalmines it can be supposed that in the process of coal disintegration, breaking their “compact’ structure occurs. Loosened structure of medium carbonized coals results in increasing accessibility of ethane particles to sorption centres both electron donors and electron acceptors which are present on hard coal surface. The surface sorption centre increase may result in formation a compact layer of ethane particles on coal surface. In the formed layer, not only the strengths of vertical binding of ethane particles with the coal surface appear but also the impact of horizontal strengths appears which forms a compact layer of sorbed ethane particles. The surface layer of ethane particles may lead to explosion.

PL

Etan jest gazem wybuchowym. Towarzyszy on najczęściej metanowi uwalniającemu się podczas eksploatacji i robót górniczych. W pracy omówiono wyniki badań sorpcji etanu na trzech klasach ziarnowych sześciu wybranych próbek węgli kamiennych pobranych z czynnych polskich kopalń. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że badane węgle wykazują zróżnicowane chłonności sorpcyjne w odniesieniu do etanu. Największe ilości etanu sorbuje niskouwęglony węgiel z kopalni Jaworzno o dużej porowatości oraz dużej zawartości tlenu i wilgoci, a najmniejsze ilości etanu sorbowane są przez węgiel z kopalni Sośnica o stosunkowo dużej zawartości popiołu. Wraz z procesem rozdrabniania węgli wzrasta ilość sorbowanego etanu dla wszystkich badanych próbek węglowych. Wśród badanych węgli znajdują się trzy próbki węgli średniouwęglonych pobrane z kopalń: Pniówek, Chwałowice, Zofiówka, które charakteryzują się małymi wartościami powierzchni wyliczonymi według modelu BET z izoterm sorpcji azotu wyznaczonych w temperaturze 77,5 K. Próbki tych trzech węgli wykazują największy, spośród badanych, przyrost ilości sorbowanego etanu zachodzący wraz z rozdrobnieniem. Próbki te rozdrobnione do klasy ziarnowej 0,063-0,075 mm sorbują etan w ilości odpowiadającej wielkości sorpcji na niskouwęglonym węglu z kopalni Jaworzno będącym w klasie ziarnowej 0,5-0,7 mm. Należy zaznaczyć, że próbki węgla niskouwęglonego pobrane z kopalni Jaworzno i Wesoła mające dużą powierzchnię właściwą i dużą porowatość należą do grupy węgli o „luźnej” budowie przestrzennej. Uwzględniając duże ilości sorbowanego etanu na rozdrobnionych średniouwęglonych próbkach węgla z kopalń: Pniówek, Zofiówka, Chwałowice można przypuszczać, że w procesie rozdrabniania węgla zachodzi rozbijanie ich „zwartej” struktury. Rozluźniona struktura średniouwęglonych węgli prowadzi do zwiększenia dostępności cząsteczek etanu do centrów sorpcji zarówno elektronodonorowych jak też elektronoakceptorowych obecnych na powierzchni węgli kamiennych. Powierzchniowy wzrost centrów sorpcji może prowadzić do utworzenia na powierzchni węgla zwartej warstwy cząsteczek etanu. W utworzonej warstwie występują nie tylko siły pionowego wiązania cząsteczek etanu z powierzchnią węgla, lecz również oddziaływania poziomych sił tworzących zwartą warstwę zaadsorbowanych cząsteczek etanu. Powierzchniowa warstwa cząsteczek etanu może prowadzić do wybuchu.

Słowa kluczowe

EN

hard coal; ethane; sorption; size grade

PL

węgiel kamienny; etan; sorpcja; klasa ziarnowa

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, no. 2
• Strony: 449--463
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Żyła M.

• Academy of Metalurgy and Mining, Fuel and Energy Departament, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Dudzińska A.

• Central Institute of Mining, Mines Ventilation Departament, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

autor

Cygankiewicz J.

• Central Institute of Mining, Mines Ventilation Departament, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• Adamus A., Sancer J., Guranova P., Zubicek V., 2011. An investigation of the factors associated with interpretation ofmine atmosphere for spontaneous combustion in coal mines. Fuel Processing Technology 92, 663-670.
• Bustin R.M., Clarkson C.R., 1998. Geological controls on coalbed methane reservoir capacity and gas content. International Journal of Coal Geology 38, 3-26.
• Ceglarska-Stefańska G., Czapliński A., Fudalej P., Hołda S., 1975. Polimeryczny model węgla kamiennego w świetlewysokociśnieniowych badań sorpcyjnych i dylatometrycznych. Archiwum Górnictwa 20, 299-305.
• Cygankiewicz J., 2000. About determination of susceptibility of coals to spontaneous combustion using an adiabatic testmethod. Archives of Mining Sciences, 45, 247-251.
• Cygankiewicz J., Dudzińska A., Żyła M., 2006. Wpływ rozdrobnienia próbek węgli kamiennych na niskotemperaturowąsorpcję azotu i ditlenku węgla w temperaturze pokojowej. Przemysł Chemiczny 85, 11, 1505-1509.
• Cygankiewicz J, Dudzińska A., Żyła M., 2009. The relation between the size of bituminous coal particles and the sorptionof carbon monoxide. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 25, 1, 85-99.
• Dai G.L., 2007. Study on the gaseous products in coal oxidation at low temperature. Coal Mine Safety 1, 1-4.
• Given P.H., 1960. The Distribution of Hydrogen in Coals and its Relation to Coal Structure. Fuel 39, 147-153.
• Hill G.R., Lyon L.B., 1962. A new chemical structure for coal. Industrial and Engineering Chemistry 54, 6, 37-40.
• Krzyżanowski A., Zarębska K., 2007. Sorpcja par cieczy apolarnych na węglu kamiennym o różnym składzie petrograficznym.Gospodarka Surowcami Mineralnymi 23, 3, 175-181.
• Laskowski T., 1948. Zagadnienie przeróbki miału w polskim przemyśle węglowym. Biuletyn Instytutu Naukowo-Badawczego Przemysłu Węglowego, Komunikat nr 23.
• Marzec A., 1986. Macromolecular and Molecular Model of Coal Structure. Fuel Processing Technology, 14, 181.
• Marzec A., 2002. Coal structure studied by means of molecular acoustics methods. Fuel Processing Technology, 77-78, 20, 25-32.
• Milewska-Duda J., 1987. Polimeric model of coal in light of sorptive investigations. Fuel 66, 1570-1575.
• Mc Murry J., 2000. Chemia organiczna. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa.
• Rodrigues C.F., Lemos de Sousa M.J., 2002. The measurement of coal porosity with different gases. International Journal of Coal Geology 48, 245-251.
• Róg L., 2007. Czynniki wpływające na podatność przemiałową węgli kamiennych. Prace naukowe GIG Górnictwo i środowisko, 3/2007.
• Sing K.S.W., 2004. Characterization of porous materials: past, present and future. Colloids and Surfaces. A, Physicochemical and Engineering Aspects 241, 3-7.
• Wystemp E., 2004. Endogeniczne efekty energetyczne poprzedzające proces samozagrzewania węgla. (Endogenous effects with energy release preceding the proces sof coal self-heating). Proceedings of the seminar: “Fighting fire hazards in coal mines - theory and practice The XXX Days of Technology Rybnik 27.10.2004. Published by WGiG of the Silesian University of Technology, 139-153.
• Żyła M., Krainer K., 1993. The effect of hard coal comminution on the sorption of vapours of polar and apolar substances. Arch. Min. Sci., Vol. 38, p. 41-50.