Powtarzalność pomiarów kinetyk sorpcji gazu na różnych aparaturach badawczych przy wielokrotnych cyklach pomiaru

• Autorzy: Skoczylas N. , Kudasik M.

Warianty tytułu

EN

The repeatability of measurements of gas sorption kinetics, performed with various research equipment, for multiple measurement cycles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Sorpcyjne badania układu węgiel-metan stanowią istotny problem metrologiczny. Złożoność procesów emisji/ akumulacji metanu w porowatej strukturze węgla jest ogromna. Transport molekuł gazu w ziarnie węgla opisuje dyfuzja, która nawet w niewielkich ziarnach o typowym współczynniku dyfuzji zachodzi wolno w stosunku do filtracji i sorpcji właściwej. Precyzyjne określenie asymptotycznych parametrów sorpcyjnych (punktów sorpcyjnych) wymaga wyczekania zakończenia procesów transportu. Istnieją hipotezy, iż wielokrotne powtarzanie pomiarów sorpcyjnych na tych samych próbkach prowadzi do zmian w strukturze porowatej węgla, skutkujących zmianami parametrów sorpcyjnych. Wszystkie te aspekty skłoniły autorów do doświadczalnego zweryfikowania możliwości uzyskiwania zbieżnych parametrów sorpcyjnych przy wielokrotnie powtarzanych pomiarach na urządzeniach metrologicznych różniących się sposobem pomiaru. Przeprowadzone badania wykazały, że przy wielokrotnych cyklach pomiaru sorpcji efektywny współczynnik dyfuzji nie zmienia się w sposób monotoniczny.

EN

Analyzing sorption in the context of investigating the coal-methane system poses a considerable metrological problem. The nature of the processes of methane release/accumulation in the porous coal structure is very complex. The transportation of gas molecules within a grain of coal is described by the diffusion process, which – even in small grains characterized by the typical value of the diffusion coefficient – occurs slowly when compared to filtration and sorption proper. The kinetics of the diffusion process is infl uenced by numerous factors connected with conducting analytical observations. In order to precisely determine the asymptotic sorption parameters (sorption points), one should wait for the transportation processes to end. There are some hypotheses that numerous repetitions of sorption measurements, performed on the same samples, result in changes in the porous structure of coal, which, in turn, lead to changes of sorption parameters. All these aspects encouraged the authors of the present paper to verify – in an empirical manner – the possibilities of obtaining convergent sorption parameters for multiple repetitions of measurements performed with metrological instruments differing with respect to measurement techniques. The investigations, once completed, showed that – for multiple sorption measurement cycles – the effective diffusion coefficient does not change in a monotonic way.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; desorpcja; dyfuzja; kinetyka sorpcji; współczynnik dyfuzji

EN

sorption; desorption; diffusion; sorption kinetics; diffusion coefficient

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 18, nr 1
• Strony: 23--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skoczylas N.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Kudasik M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• Benham M.J., Ross D.K., 1989: Experimental determination of absorption-desorption isotherms by computer controlled gravimetric analysis, Z. Phys. Chem., 25, p. 163-166.
• Ceglarska-Stefańska G., Czapliński A., 1990: Interrelation between sorption and dilatometric effects in hard coal, In: Strata as Multiphase Medium, vol. 2, p. 411-441.
• Ceglarska-Stefańska G., Czapliński A., 1991: The effect of limitation free expansion of hard coal on the sorption of carbon dioxide, Archives of Mining Sciences, vol. 36, no 4, p. 369-378.
• Crank J., 1975: The Mathematics of diffusion, 2nd ed. Oxford.
• Dryński T., 1970: Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, Wydanie II poprawione, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.
• Gawor M., Rysz J., Smolarski A.Z., 1990: Wyznaczanie współczynnika dyfuzji i szybkości desorpcji dwutlenku węgla w węglach kamiennych skłonnych do wyrzutu, [W:] Górotwór jako ośrodek wielofazowy – wyrzuty skalno-gazowe, tom II pod red. J. Litwiniszyna, Wydawnictwo AGH, Kraków, 399-410.
• Gawor M., Skoczylas N., 2014: Sorption Rate of Carbon Dioxide on Coal, Transport in Porous Media, Vol. 101, Iss. 2, p. 269-279.
• Kudasik M., Skoczylas N., 2014: Powtarzalność wyznaczania izoterm sorpcji gazu na różnych aparaturach badawczych przy wielokrotnych cyklach pomiaru, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Tom 16, nr 1-2, s. 109-117.
• Kudasik M., Skoczylas N., Topolnicki J., Wierzbicki M., 2011: Wyznaczanie efektywnego współczynnika dyfuzji za pomocą nowatorskiego układu do pomiarów akumulacji i uwalniania gazów z próbek węglowych, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Tom 13, nr 1-4, s. 37-44.
• Kudasik M., 2013: Pomiary kinetyki procesów sorpcyjnych zachodzących w układzie węgiel-metan przy wykorzystaniu różnych narzędzi badawczych, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Tom 15, nr 3-4, s. 15-26.
• Kudasik M., 2016: The manometric sorptomat – an innovative volumetric instrument for sorption measurements performed under isobaric conditions, Measurement Science and Technology, Vol. 27, No. 3, 035903.
• 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, Vol. 86, p. 342-348.
• Pini R., Ottiger S., Rajendran A., Storti G., Mazotti M., 2006: Reliable measurement of near-critical adsorption by gravimetric method, Adsorption, Vol. 12, p. 393-403.
• Timofi ejew D.P., 1967: Adsprptionskinetik, Lipsk VEB.
• Wierzbicki M., Skoczylas N., 2010: Wybrane sposoby określania efektywnego współczynnika dyfuzji na podstawie przebiegów kinetyki nasycania/uwalniania gazu z próbki węglowej, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Tom 12, nr 1-4, s. 43-50.
• Wierzbicki M., 2013: Changes in the sorption/diffusion kinetics of a coal-methane system caused by different temperatures and pressures, Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Tom 29, Zeszyt 4, s. 155-168.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.