Modelling of gas flow in the underground coal gasification process and its interactions with the rock environment

• Autorzy: Janoszek T. , Łączny M. J. , Stańczyk K. , Smoliński A. , Wiatowski M.

Identyfikatory

DOI

10.7424/jsm130202

Warianty tytułu

PL

Modelowanie przepływu gazu w procesie podziemnego zgazowania węgla i ich interakcja ze środowiskiem skalnym

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The main goal of this study was the analysis of gas flow in the underground coal gasification process and interactions with the surrounding rock mass. The article is a discussion of the assumptions for the geometric model and for the numerical method for its solution as well as assumptions for modelling the geochemical model of the interaction between gas-rock-water, in terms of equilibrium calculations, chemical and gas flow modelling in porous mediums. Ansys-Fluent software was used to describe the underground coal gasification process (UCG). The numerical solution was compared with experimental data. The PHREEQC program was used to describe the chemical reaction between the gaseous products of the UCG process and the rock strata in the presence of reservoir waters.

PL

W niniejszym artykule dokonano analizy badanego zjawiska pod kątem zrozumienia zagadnienia przepływu gazów i ich interakcji z warstwą mineralną w oparciu o dostępne narzędzia informatyczne oraz wyniki eksperymentów. Zakres pracy obejmuje opracowanie modelu geometrycznego i założeń do modelu numerycznego georeaktora oraz zdefiniowanie układu trójfazowego gaz – skała – płyn w aspekcie obliczeń równowagowych, chemicznych oraz możliwości modelowania przepływu gazów w ośrodku porowatym. W prezentowanej pracy pakiet Ansys-Fluent został zaadaptowany do modelowania przepływu gazów i procesu podziemnego zgazowania węgla (PZW). Przeprowadzone symulacje oraz weryfikacje uzyskanych wyników odniesiono do dostępnych danych eksperymentalnych. Program PHREEQC został wykorzystany do analizy interakcji zachodzących między gazowymi produktami podziemnego zgazowania węgla a środowiskiem skalnym.

Słowa kluczowe

EN

underground coal gasification; numerical modelling; computational fluid dynamics CFD; geochemical modelling

PL

podziemne zgazowanie węgla; modelowanie numeryczne; numeryczna mechanika płynów; modelowanie geochemiczne

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 12, iss. 2
• Strony: 8--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Janoszek T.

• Główny Instytut Górnictwa

autor

Łączny M. J.

• Główny Instytut Górnictwa

autor

Stańczyk K.

• Główny Instytut Górnictwa

autor

Smoliński A.

• Główny Instytut Górnictwa

autor

Wiatowski M.

• Główny Instytut Górnictwa

Bibliografia

• 1. Appelo, C.A.J., Postma, D. (2005): Geochemistry, groundwater and pollution. Routledge Chapman & Hall, Amsterdam.
• 2. ANSYS FLUENT 12.0 UDF Manual, 2009. ANSYS, Inc. 684 pp.
• 3. Khadse, A.N., Qayyumi, M., Sanjay, M.M., Aghalayam, P. (2006): Reactor Model for the Underground Coal Gasification (UCG) Channel. International Journal of Chemical Reactor . Vol. 4, Iss. 1. DOI: 10.2202/1542-6580.1351.
• 4. Białecka, B. (2008): Podziemne zgazowanie węgla - Podstawy procesu decyzyjnego (Underground Coal Gasification – Basics of the decision-making process). Katowice, Główny Instytut Górnictwa. 152 pp.
• 5. Bukowska, M. (2005): Prognozowanie skłonności do tąpań górotworu metodą wskaźnikowej oceny geologiczno-geomechanicznej w warunkach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Predicting tendencies to rockbursts the mass rock by geomechanical and geological indicator under the conditions of the Upper Silesian Coal Basin). Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa No. 866, 130 pp.
• 6. Chećko, J. (2008): Geologiczne aspekty migracji gazów kopalnianych na powierzchnię w przypadku likwidacji kopalń węgla kamiennego (Geological aspects of the mine gas migration to the surface in the event of liquidation of coal mines). Nowy Przemysł. (Available online).
• 7. Hadi, A.A., Hafez, E.A. (1986): Computer modelling of under-ground coal gasification. Science and Engineering Vol. 46, No. 11.
• 8. Jaworski, Z. (2005): Numeryczna mechanika płynów w inżynierii procesowej i chemicznej (Computational fluid dynamics in chemical and process engineering). Warszawa, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 322 pp.
• 9. Jian, L., Lianguo, W., Furong, T., Yan, H., Lin, Z. (2011): Variation in the temperature field of rocks overlying a high-temperature cavity during underground coal gasification. Mining Science and Technology (Chine), 21, pp. 709–713. DOI: 10.1016/j.mstc. 2011.03.005.
• 10. Motliński, K., Kowalczyk, A. (2006): Modelowanie utleniania pirytu z wykorzystaniem programów PHREEQC i PHAST (Modelling the oxidation of pyrite using the PHAST and PHREEQC programs). Geologos (10). (Available online)
• 11. Perkins, G. (2005): Mathematical modelling of Underground Coal Gasification. Submitted in fulfilment of the requirements for the degree of Ph.D. University of New South Wales. 257 pp.
• 12. Pluta, I. (2005): Wody kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego – geneza, zanieczyszczenia i metody oczyszczania (The waters of the mines of the Upper Silesian Coal Basin – origin, pollution and methods of purification). Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa No. 865, 169 pp.
• 13. Prabu, V., Jayanti, S. (2012): Laboratory scale studies on simulated underground coal gasification of high ash coals for carbon-neutral power generation. Energy 46(1), pp. 351–358. DOI: 10.1016/j.energy.2012.08.016.
• 14. Prabu V., Jayanti S. (2011): Simulation of cavity formation in underground coal gasification using bore-hole combustion experiments. Energy 36(10), 5854-5864. DOI: 10.1016/j.energy.2011. 08.037.
• 15. Stańczyk, K., Cybulski, K., Rogut, J., Świądrowski, J., Kapusta, K., Jędrysik, E., Mutke, G., Chećko, J., Chodacki, J., Wiatowski, M., Grabowski, J., Nowak, D.,Tokarz, A., Ludwik-Pardała, M., Smoliński, A. (2009): Hydrogen Oriented Underground Coal Gasification for Europe. The Third Six-Monthly Technical Implementation Report. Research Programme of the Research Fund for Coal and Steel. Katowice, Central Mining Institute.
• 16. Stańczyk, K., Smoliński, A., Kapusta, K., Wiatowski, M., Świądrowski, J., Kotyrba, A., Rogut, J. (2010): Dynamic Experimental Simulation of Hydrogen Oriented Underground Coal Gasification. Fuel Vol. 89, pp. 3307–3314.
• 17. Stańczyk, K., Kapusta, K. (2011): Pollution of Water During Underground Coal Gasification of Hard Coal and Lignite. Fuel. Vol. 90, Iss. 5, pp. 1927–1934. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.11.025.
• 18. Strzyszcz, Z., Harabin, Z. (2004): Rekultywacja i biologiczne zagospodarowanie odpadów górnictwa węgla kamiennego ze szczególnym uwzględnieniem centralnych zwałowisk (Reclamation and biological waste treatment of coal mining with particular reference to central dumps). Zabrze, IPIŚ PAN, 106 pp.
• 19. Wachowicz, J., Janoszek, T., Iwaszenko, S. (2010): Model Tests of the Coal Gasification Process. Archives of Mining Sciences Vol. 55, No 2, p. 249–262.
• 20. Yang, L.H., Liu, S. (2003): Numerical Simulation of Heat and Mass Transfer in the Process of Underground Coal Gasification. Numerical Heat Transfer Vol. 44, No. 5, pp. 537–557.
• 21. Yang, L.H. (2005): Numerical Study on the Underground Coal Gasification for Inclined Seams. Environmental and Energy Engineering, Vol. 51, issue 11, pp. 3059–3071. DOI 10.1002/aic. 10554.
• 22. Yang, L. (2004): Study on the model experiment and numerical simulation for underground coal gasification. Vol. 83, issues 4–5, pp. 573–584. DOI:10.1016/j.fuel.2003.08.011.