Analiza sorpcji gazów współistniejących w atmosferze kopalnianej

• Autorzy: Dudzińska A.

Warianty tytułu

EN

Analysis of sorption of gases present in the mine atmosphere

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono chłonności sorpcyjne węgli kamiennych w stosunku do gazów obecnych w atmosferze kopalnianej: ditlenku węgla, etanu, etylenu, propanu, propylenu, acetylenu, tlenku węgla i wodoru. Badania sorpcyjne wykonano metodą objętościową w temperaturze 298 K, zbliżonej do rzeczywistych warunków panujących in situ, dla 4 próbek węgli kamiennych pobranych z eksploatowanych pokładów węglowych. Badane węgle w największej ilości sorbują ditlenek węgla i acetylen. W nieco mniejszej ilości etylen i propylen. Dosyć duża sorpcja węglowodorów nienasyconych jest wynikiem m.in. oddziaływania elektronów p podwójnego (potrójnego) wiązania występującego między atomami węgla w cząsteczkach tych związków z centrami energetycznymi powierzchni węgli. Pozostałe gazy są sorbowane w mniejszych ilościach. Ilości zaadsorbowanych węglowodorów nasyconych: etanu i propanu są niewielkie, co związane jest prawdopodobnie z adsorpcyjnym mechanizmem pochłaniania tych sorbatów przez węgle kamienne. Gazy sorbowane w najmniejszej ilości to wodór i tlenek węgla, ich wartości sorpcji są kilkadziesiąt razy mniejsze w stosunku do sorbowanego w największej ilości ditlenku węgla. Na podstawie zebranych danych wykazano, że objętości sorbowanych gazów ściśle wiążą się z porowatością węgli oraz ich stopniem metamorfizmu. W analizowanej populacji prób największą chłonnością sorpcyjną charakteryzują się węgle niskouwęglone o mniejszej refleksyjności witrynitu i podwyższonej porowatości. Proces sorpcji węglowodorów nienasyconych: etylenu, propylenu i acetylenu może wpływać na zmniejszenie stężenia tych gazów w atmosferze kopalnianej, a tym samym na prawidłowość oceny zjawiska samozagrzewania.

EN

This paper presents the sorption capacities of hard coals in relation to gases present in the mine atmosphere: carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, carbon monoxide and hydrogen. Tests on sorption were performed on 4 samples of hard coals collected from exploitable coal seams, applying the volumetric method at 298 K, close to the actual temperature in situ. The coals examined, sorb mostly carbon dioxide and acetylene. Ethylne and propylene are sorbed in sligtly smaller amounts. Quite large sorption of the unsaturated hydrocarbons results from i.e. interactions of π electrons in the double (triple) bond between carbon atoms in molecules of these compounds with energetic centers of the coal surface. Other gases are less sorbed. The amounts of the sorbed saturated hydrocarbons: ethane and propane are small, which is probably related to the adsorption mechanism of their sorption by hard coals. Hydrogen and carbon monoxide are sorbed in the smallest amounts, the values of their sorption being dozen times smaller than those of the mostly sorbed carbon dioxide. On the basis of the obtained results, it was shown that the volumes of the sorbed gases are closely related to porosity of coals and their metamorphism degree. The highest sorption capacity possess low-rank coals having the lowest vitrinite reflectance and elevated porosity. The process of sorption of unsaturated hydrocarbons: ethene, propene and acetylene can lead to the reduction in concentration of those gases in the mine atmosphere and thus may affect correctness of the self-heating phenomenon assessment.

Słowa kluczowe

PL

węgiel; sorpcja; gaz; porowatość

EN

coal; sorption; gas; porosity

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 72, nr 2
• Strony: 10--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dudzińska A.

• Główny Instytut Górnictwa w Katowicach

Bibliografia

• 1. Beamish B.B., Arisoy A.: Effect of mineral matter on coal self-heating rate, Fuel, vol. 87. 2008.
• 2. Bustin R.M., Clarkson C.R.: Geological controls on coalbed methane reservoir capacity and gas content, International Journal of Coal Geology, vol. 38. 1998.
• 3. Chalmers G.R.L., Bustin R.M.: On the effects of petrographic composition on coalbed methane sorption. International Journal of Coal Geology, vol. 69. 2006.
• 4. Cygankiewicz J.: About Determination of Susceptibility of Coals to Spontaneous Combustion Using an Adiabatic Test Method. Arch.Min. Sci., Vol. 45. 2000.
• 5. Cygankiewicz J., Dudzińska A., Żyła M.: The effect of particle size of comminuted bituminous coal on low-temperature sorption of nitrogen and room temperature sorption of carbon dioxide, „Przemysł Chemiczny" vol. 85. 2006.
• 6. Cygankiewicz J., Dudzińska A., Żyła M.: Sorption and desorption of carbon monoxide in several samples of polish hard coal. Archives of Mining Sciences, vol. 52. 2007.
• 7. Cygankiewicz J., Dudzińska A., Żyła M.: Examination of sorption and desorption of hydrogen on several samples of polish hard coals. Adsorption, vol. 18. 2012.
• 8. Cygankiewicz J., Żyła M., Dudzińska A.: Wpływ stopnia metamorfizmu węgli kamiennych na sorpcję i desorpcję etanu, Karbo, vol. 3. 2012.
• 9. Czapliński A.: Węgiel kamienny, Wydawnictwa AGH. Kraków 1994.
• 10. Dai G. L.: Study on the gaseous products in coal oxidation at low temperature, Coal Mine Safety vol. 1. 2007.
• 11. Dudzińska A.: Investigation of adsorption and desorption of acetylene on hard coal samples from Polish mines, International Journal of Coal Geology 2014, 128-129. 2014.
• 12. Dudzińska A., Żyła M., Cygankiewicz J.: Influence of the Metamorphism Grade and Porosity of Hard Coal on Sorption and Desorption of Propane, Archives of Mining Sciences, vol. 58. 2013.
• 13. Dudzińska A. Cygankiewicz J.: Analysis of adsorption tests of gases emitted in the coal self-heating process, Fuel Processing Technology vol. 137. 2015.
• 14. Gürdal G., Yalçin N.M.: Pore volume and surface area of the Carboniferous coals from the Zonguldak basin (NW Turkey) and their variations with rank and maceral composition. International Journal of Coal Geology, vol. 48. 2001.
• 15. Lasoń M., Czuhajowski L., Żyła M.: A note on the sorption of metanol and water vapours on vitrains. Fuel, vol. 39. 1990
• 16. Lu P., Liao G.X., Sun J.H., Li P.D.: Experimental research on index gas of the coal spontaneous at low-temperature stage, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 17. 2004.
• 17. Prevention and fighting of endogenous fires in Ukraina mines, Regulation of the Ministry of Fuels and Energetics of Ukraine no. 12.01.2000, Doneck 2000, 405.
• 18. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28.06.2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych, Dz.U. Nr 139 poz. 1169, 2002.
• 19. Saghafi M., Faiz D. Roberts.: CO2 storage and gas diffusivity properties of coals from Sydney Basin, Australia, International Journal of Coal Geology vol. 70. 2007.
• 20. Wadawik J., Cygankiewicz J., Branny M.: Niektóre zagadnienia pożarów endogenicznych, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Seria z Perlikiem, vol. 2. 2000.
• 21. van Heek K.H., Hodek W.: Structure and pyrolysis behavior or different coals relevant model substances. Fuel vol. 73. 1994.
• 22.. Zarębska K., Baran P., Cygankiewicz J., Dudzińska A.: Sorption of carbon dioxide on polish coals in low and elevated pressure, Fresenius Environmental Biulletin vol. 21. 2012.
• 23. Zarębska K.: Analiza możliwości wykorzystania polskich węgli kamiennych do sekwestracji CO2, Prace naukowe GIG, Katowice 2012.
• 24. Zarębska K., Dudzińska A.: The possibility of CO2 storage in coal beds - verification of experimental data, Mineral Resources Management vol. 24. 2008.
• 25. Żyła M., Dudzińska A., Cygankiewicz J.: The Influence of Disintegration of Hard Coal Varieties of Different Metamorphism Grade on the Amount of Absorbed Ethane, Archives of Mining Sciences, vol. 58. 2013.
• 26. Żyła M., Kreiner K.: The effect of hard coal comminution on the sorption of vapours of polar and apolar substances, Arch.Min.Sci. vol. 38. 1993.

Uwagi

Publikację zrealizowano w ramach badań statutowych GIG nr 11220255

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