Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Flows of Nitrogen and Water through Coal Briquettes of Various Porosity

Żółcińska J., Dyrga L.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Earth Sciences

|

2002

|

Vol. 50, nr 2

99-111

EN

The present paper aim is the determination of the relationship between the pore structure of coal samples and their permeability in relation to nitrogen and water. The variability of the pore structure was obtained by compressing of selected grain fractions under different compressing forces. For the analysis of the pore structure in the samples, the porosity and the reference permeability for the nitrogen flow have been selected. The coal studied represented the "Miechowice" (Bytom Region) and "Zofiówka" (Jastrzębie Region) mines. For adequate coal samples obtained from the "Zofiówka" and "Miechowice" mines the similar experimental qualitative images of the permeability changes in the flow of nitrogen and water have been observed. The quantitative differences in the magnitude of coal swelling correspond with the results of densimetric and porosimetric investigations of the coal structure. Within the range of pressures applied by the authors (20-80 MPa), a distinct decrease (two orders of magnitude) of permeability for nitrogen bas been observed. The porosity of investigated samples has changed only twofold. It results from pore restructuring. The overall pore volume changes only slightly. The dimensions and topological form of the pores are subject to variations: the grains crack and new internal fissures are formed within them, whereas the void spaces among grains are reduced. The interaction between water and the coal substance leads to internal coal swelling. The process is manifested by lowering of permeability of the sample. The quantitative effect of swelling and the decrease of water permeability depends on the general packing of grains in the sample i.e. on the conditions of its preparation. Coal swelling is mare rapid and water penetrates deeper coal zones for coal from the "Miechowice" mine (higher nitrogen permeability and porosity) than for the coal from the "Zofiówka". After 5 days of the water flow through the samples, the permeability for the "Miechowice" coal was reduced 25 times, whereas for the "Zofiówka" coal - only 6 times.

2

An investigation of the permeability of large coal samples to the flow of gases of various sorption abilities

Żółcińska J., Dyrga L.

Archives of Mining Sciences

|

2001

|

Vol. 46, nr 3

375-386

EN

Experimental investigations of the flows of gases of various sorption abilities through large samples (volume over 1000 cm3) cut from blocks of original rock material were performed. The authors measured the magnitudes and the rates of saturation of coal samples for prc-dctcrmined values of input gas pressure (greater than 0.05 MPa and less than 0.2 MPa). For the experiments the sorbing gases encountered in mines (methane, carbon dioxide) were used. For the purposes of comparison the flows of slightly sorbing gas (nitrogen) and non-sorbing gases (helium, argon) were also investigated. For the gases investigated the permeability of samples and the dependence of that permeability on gas pressure were determined. The authors have attempted to find a correlation between sample permeability and sample saturation rate.

PL

Celem prowadzonych badań było rozpoznanie zjawisk zachodzących w wycinanych dużych próbkach węgla (ponad 1000 cm ) w wyniku oddziaływania węgla z gazami różniącymi się zarówno wielkością cząsteczek, jak i charakterem chemicznym. Duże próbki węgla są bardziej zbliżone do węgla znajdującego się w pokładzie, oprócz mikroporów zawierają bowiem makropory, szczeliny, kawerny i płaszczyzny łupliwości. Taka struktura porów węgla odpowiada za zróżnicowany przebieg oddziaływania węgla z przepływającymi gazami. Wycięta prostopadłościenna bryła węgla wklejona była do stalowego kształtownika pomiędzy równoległymi płytami czołowymi, w których znajdowały się zawory pozwalające na doprowadzenie stosowanego gazu do próbki oraz jego wypływ do atmosfery. Ciśnienie gazu mierzono przy użyciu czujników na wejściu do próbki oraz rozmieszczonych równomiernie na jej pobocznicy (rys. 1). W takich próbkach wycinanych z brył węgla pochodzącego z kopalni Śląsk prowadzono badania przepływu gazów o zróżnicowanych zdolnościach sorbowania: azotu (głównego składnika powietrza), niesorbujących się: helu i argonu, lecz przede wszystkim metanu i dwutlenku węgla (czyli gazów występujących w atmosferze kopalni i często stanowiących duże zagrożenie w trakcie prac prowadzonych w górnictwie podziemnym). W celu dobom odpowiednich próbek, przed przystąpieniem do właściwych badań, charakteryzowano wycięte próbki wyznaczając ich przepuszczalność standardową w przepływie azotu. Badania nasycania węgla i przepływu przez nie gazów prowadzono na próbkach różniących się porowatością (1,31 i 2,23%) i przepuszczalnością (43 i 247 raD). Na wejściu do próbki stosowano nadciśnienia gazu 0,05-0,2 MPa, przy których określano stopień i szybkość nasycania węgla tymi gazami. Łatwy dopływ gazu z wnętrza próbki do otworu pomiarowego (średnica otworu 2 mm, głębokość 5 cm) sprawiał, że ustalone ciśnienie gazu osiągano bardzo szybko. Narastanie ciśnienia gazu w poszczególnych otworach pobocznicy próbki rejestrowane w funkcji czasu jest więc najbardziej istotne na początku każdego eksperymentu (rys. 2 i 6). Za miarę nasycenia próbki gazem przyjęto stosunek nadciśnienia rejestrowanego aktualnie w danym otworze (na pobocznicy próbki) do nadciśnienia gazu zadanego aktualnie na jej wejściu. We wszystkich otworach próbki W01 (przepuszczalność 43 mD) czasy narastania ciśnienia są dla każdego gazu wyraźnie dłuższe niż dla próbki W02 (247 mD). Zaobserwowano też że wpływ rodzaju gazu, a zatem jego sorbowalności, jest tym większy, im mniejsza przepuszczalność badanej próbki (tabl. 1). W każdym otworze pomiarowym nasycanie gazami przebiega w następującej kolejności: He, Ar, N2, CH4, CO2, zgodnej z sorbowalnością stosowanych gazów. Już we wcześniejszych pracach (Żółcińska, Dyrga 1996; Żółcińska, Gudowska 1983) autorzy stwierdzili, że spośród przebadanych gazów dwutlenek węgla najlepiej sorbujc się na węglu kamiennym. Powoduje to wnikanie jego cząsteczek do wnętrza struktury węgla, jej rozluźnienie i pęcznienie, co znajduje swoje odbicie w przebiegu nasycania węgla gazem oraz jego przepuszczalności w przepływie danego gazu. Rozkłady przepuszczalności wzdłuż badanych próbek wyznaczone przy ustalonym rozkładzie ciśnień wzdłuż próbki wskazują na dużą nicjednorodność nic tylko pomiędzy poszczególnymi próbkami, lecz również wewnątrz każdej z nich (rys. 4 i 5). Pozwalają one określić dostępność poszczególnej części badanego węgla dla przepływającego gazu. Zależność przepuszczalności badanych próbek od ciśnienia przepływającego gazu pokazuje dla obu badanych próbek, że ze wzrostem średniego ciśnienia gazu (zarówno sorbującego, jak i niesorbującego) przepływającego przez próbkę następuje spadek przepuszczalności, podobnie jak dla próbek małych (Żółcińska, Dyrga 1996). Wyznaczona przepuszczalność węgla jest tym wyższa, im mniej sorbujc się gaz przepływający przez niego. Szybkość zmiany przepuszczalności węgla rośnie bardzo wyraźnie z sorbowalnością użytych gazów i jest bardziej widoczna w próbce o niższej przepuszczalności.

3

Wpływ roztworu chlorku amonu na zmiany przepuszczalności węgla w przepływie wody

Żółcińska J., Dyrga L.

Przegląd Górniczy

|

2000

|

T. 56, nr 5

25-29

PL

Pęcznienie węgla pod wpływem wody może doprowadzić nawet do całkowitego zahamowania przepływu wody przez węgiel. Tego typu efekty zaobserwowano niejednokrotnie w przypadku wtłaczania wody w caliznę węglową. W laboratorium IMG PAN podjęto próby powstrzymywania spadku przepuszczalności węgla działaniem odpowiednio dobranych roztworów. W pracy opisano zmniejszanie przepuszczalności węgla w przepływie wody w próbkach węgla o różnej strukturze porów. Przedstawiono również efektywność zmniejszania, a nawet cofania zaistniałego pęcznienia, bądź jego powstrzymywania przez stosowanie mało stężonego wodnego roztworu chlorku amonowego, co wydaje się szczególnie korzystne dla polepszenia penetracji wody wtłaczanej w głąb pokładu węgla. Efektywność stosowania chlorku amonu określano przez stosunek przepuszczalności w przepływie wody. Dla przeciwdziałania pęcznieniu węgla spowodowanego działaniem wody, korzystniej jest zamiast wody wprowadzić do niego od razu słabo stężony roztwór wodny chlorku amonu.

EN

Coal swelling under influence of water can result in complete stoppage of water flow through coal. The effects of this type have been observed in case of water infusion into coal solid. In the IMG PAN laboratory an attempt was taken up to stop coal permeability drop by treatment with properly selected solutions. Decrease of coal permeability in water flow in coal samples of various pore structure has been described in the paper.Effectiveness of reduction and even retreat of sweling already present or its stoppage by using ammonia chloride solution of low concentration is presented. It seems particularly advantageous for penetration improvement of water infused into a coal seam. Effectiveness of the ammonia chloride has been determined by the permeability in ammonia chloride flow to permeability in water flow ratio. To counteract coal swelling caused by water action it is better to infuse ammonium chloride solution from the very beginning the very beginning.

4

Badanie przepływów gazowych w próbkach węgla o dużych rozmiarach

Żółcińska J., Dyrga L.

Karbo

|

2000

|

Nr 11

364-367

PL

Celem pracy jest badanie wpływu rodzaju gazu na przepuszczalność w wielkowymiarowej próbce węgla. Badano przepływy azotu, CO(2) i nie-sorbujących się gazów (helu i argonu). W dużych próbkach węgla oprócz mikroporów znaj duj ą się prawdopodobnie szczeliny i makropory reprezentatywne dla węgla w pokładzie. Badano próbki węgla pochodzącego z kopalni „Śląsk". Określano zmiany ciśnienia przepływającego gazu w czasie dla każdego punktu pomiarowego na pobocznicy badanej próbki. Wyznaczano również rozkład przepuszczalności wzdłuż próbki, co pozwala określić dostępność każdej części badanego węgla dla gazu.

EN

The aim of the present paper is the investigation of the influence of a kind of gas on the permeability of a great size coal samples. The flows of nitrogen, CO(2), and non-sorbing gases (helium, argon) were investigated. In great samples of coal, there is probably fractures and macropores representative for coal in coal seam besides micropores. The coal samples from Sla^sk mine were investigated. The variations of gas pressure in time for successive points on the investigated sample flank. Also, the permeability distributions along coal samples were evaluated what enables to evaluate the accessibility of each zone of the investigated sample for gas.

5

Coal permeability in the flow of water and alcohols

Żółcińska J., Dyrga L.

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 4

567-574

EN

Hard coal is a system of both hydrophilic and hydrophobic character, which is of vital importance in the research concerning its interaction with water as well as various organic liquids. Their contact with the coal substances is followed by sorption and swelling of the coal, which is manifested by a distinct decrease of its permeability in the liquid flow. The aim of the present study has been a comparison of the interaction of water as well as methyl and ethyl alcohols with coal, by measuring the coal permeability in the flow of those liquids.

PL

Celem prezentowanych badań było porównanie oddziaływania wody. alkoholu metylowego i etylowego z węglem poprzez pomiary jego przepuszczalności w przepływach tych cieczy. Do badań użyty był węgiel z kopalni Zofiówka (C = 86,4%, Vdaf = 23,3%, A = 8,6%, W — 0.9%) w postaci próbek wyciętych z bryły węgla. Przed badaniem przepływów wody i alkoholi dokonywano wstępnej charakterystyki próbek przez wyznaczenie ze wzoru Darcy"ego przepuszczalności standardowej ks w przepływie azotu. Po kilkugodzinnym odpowietrzaniu próbek nasycano je wodą lub roztworem alkoholu i prowadzono przepływ przy stałym gradiencie ciśnienia. W wyniku wiązania cząsteczek wody lub jonów zawartych w roztworze przez węgiel następuje zmniejszanie się wymiarów porów węgla w miarę zachodzącego procesu, co jest przyczyną zmniejszenia przepuszczalności w przepływie wody lub innych wodnych roztworów. Pęcznienie węgla pod wpływem wody prowadzi często do całkowitego nawet zatrzymania przepływu. Cofania tego pęcznienia próbuje się dokonywać w laboratorium przez stosowanie przepływów odpowiednich roztworów. Przepuszczalność w przepływach roztworów alkoholi zmniejsza się dużo szybciej niż w przepływie wody. Już 1% roztwór alkoholu metylowego powoduje obniżenie przepuszczalności od 0,01 wartości przepuszczalności standardowej ks, zaś alkohol etylowy jeszcze znaczniejsze. Jest to wynikiem silniejszej aktywności alkoholi w oddziaływaniu z substancją węglową. Sorpcja alkoholu wynikająca z dwoistego charakteru węgla zwiększa bowiem dodatkowo pęcznienie substancji węglowej i zmniejsza jego przepuszczalność. W miarę przepływu coraz bardziej stężonych roztworów alkoholu następuje systematyczne coraz większe pęcznienie węgla i znaczne zmniejszenie przepuszczalności. Otrzymane wyniki korelują dobrze z badaniami rozszerzalności liniowej węgla pod wpływem wody i alkoholi. Większą rozszerzalność węgla pod wpływem alkoholi wyjaśnia duże powinowactwo grup — OH do połączeń tlenowych występujących w węglu i rodników węglowodorowych alkoholu do hydrofobowych elementów węgla.

6

Investigations of the coal permeability in the flow of nitrogen, methane and carbon dioxide

Żółcińska J., Dyrga L.

Archives of Mining Sciences

|

1999

|

Vol. 44, nr 3

413-424

EN

The permeability of gases depends on the type of coal, and its pore structure (evaluated by the porosity and the nitrogen reference permeability kNl), on the type of flowing gas (sorption affinity), and on the moment of the flow. Eighteen different coal samples cut of coal blocks received from the Miechowice, Zofiówka and Thorez mines have been investigated. For the research the samples of different structure, and of nitrogen permeabilities varying in the interval 0.01-600 x 10"15 m2 (0.01-600 mD) have been applied. For each sample the flow of various gases: nitrogen, methane and carbon dioxide were investigated. The magnitude of permeability determined for the steady stage of the first nitrogen flow through coal has been accepted as the reference value for a given sample and denoted by kNr The variations occurring during the methane and carbon dioxide flow are better represented by the normed permeabilities kCHt/kfi2 and kcoJkN2 than by feCH4 and feCO2 permeabilities because the normed permeabilities are respected to the steady nitrogen flow. For the methane flow the normed kCHJkNl permeability increases until the maximum value the location of which depends on the coal type. For small pore dimension samples, i.e. for samples of small reference permeability the sorption process is the most significant phenomenon. The normed permeability kCHJkNl decreases with the increase of pore dimensions, i.e. with the increase of the reference permeability owing to the increasing role of hydrodynamic effects. For carbon dioxide the normed kcoJkN2 permeability varies in the monotonie mode. For small reference permeability samples the highly developed sorption of carbon dioxide implies the following situation: the normed kcoJkN2 permeability is several times less than the normed kCHJkNl permeability for the same coal sample. Appointing samples with increasing feN2 permeability the hydrodynamic effects imply the approximate equality of the permeability magnitudes for methane and for carbon dioxide. Nevertheless the considered kCHa and kCOl permeabilities are about 20-25% less than feN for the nitrogen flow.

PL

Przepuszczalność w przepływie gazów jest zależna od rodzaju i struktury porowatej węgla (charakteryzowanej m.in. przez porowatość i przepuszczalność w przepływie azotu fcN2) oraz od rodzaju przepływającego gazu (jego sorbowalności) i czasu jego przepływu. Przebadano 18 próbek wycinanych z węgla pochodzącego z kopalni "Miechowice", "Zofiówka" i "Thorez", o silnie zróżnicowanej strukturze. Do wykonywanych badań dobierano próbki węgla o przepuszczalności w przepływie azotu: 0,01-600xl0~15 m2 (0,01-600 mD). Wszystkie przepływy gazów prowadzone były przy stałej różnicy ciśnienia 0,1 MPa (0,1 MPa nadciśnienia na wejściu, ciśnienie atmosferyczne na wyjściu z próbki). W przepływach badanych gazów: azotu, metanu i dwutlenku węgla mierzono wydatek przepływu, różnicę ciśnień i czas trwania przepływu oraz prowadzono obserwację zmian przepuszczalności w każdym przepływie, aż do ich znaczącego zmniejszenia. W niektórych badaniach po przepływach azotu, metanu i dwutlenku węgla prowadzono dodatkowo przepływ gazu nie sorbowanego przez węgiel -- helu - w celu całkowitego "wypłukania" poprzednio przepływającego gazu. Wartość przepuszczalności, po ustaleniu się pierwszego przepływu azotu, przyjęto jako wartość standardową charakteryzującą daną próbkę i oznaczono jako kNi. Zmiany zachodzące w przepływie gazów sorbujących się: metanu i dwutlenku węgla lepiej odzwierciedlają wartości znormalizowanych przepuszczalności kCHJkN2 i kCOl/kN2, odniesione są one bowiem do ustalonego przepływu azotu, tj. gazu bardzo nieznacznie sorbowalnego. W przepływie metanu przepuszczalność znormalizowana kCHJkN2 rośnie do pewnego maksimum, którego położenie zależy od rodzaju węgla. Dla próbek o małych wymiarach porów, a więc charakteryzujących się niskimi przepuszczalnościami standardowymi, decydujące znaczenie ma zjawisko sorpcji. W miarę wzrostu wymiarów porów (co odpowiada większym przepuszczalnościom feN2), przepuszczalność znormalizowana kCHJkNz maleje, gdyż prawdopodobnie zaczynają większą rolę odgrywać zjawiska hydrodynamiczne. W przepływie dwutlenku węgla przepuszczalność znormalizowana kcoJkN2 ma na ogół przebieg monotoniczny. Dla próbek o małych przepuszczalnościach feNj znaczna sorpcja dwutlenku węgla sprawia, że przepuszczalność znormalizowana kcoJkK2 jest kilkakrotnie mniejsza niż w przepływie mniej sorbującego się metanu. Ze wzrostem przepuszczalności feNz, zjawiska hydrodynamiczne powodują, że przepuszczalności w przepływie metanu i dwutlenku węgla są zbliżone. Są one jednak ok. 20-25% mniejsze od przepuszczalności w przepływie azotu.

7

Badania przepływów dwuskładnikowych mieszanin gazowych w węglu z kopalni Czeczott oraz Zefiówka

Dyrga L., Żółcińska J.

Archives of Mining Sciences

|

1998

|

nr 1

85-97

PL

Pokładom węgla kamiennego towarzyszą zwykle metan, dwutlenek węgla lub azot (z powietrza). Jedną z metod wzmożonego pozyskiwania metanu (enhanced recovery) z po-kładów węgla jest wtłaczanie do pokładu innego gazu np. dwutlenku węgla. Następuje wówczas tworzenie się różnych mieszanin gazowych i przez zastąpienie sorbowanego metanu dwutlenkiem węgla-wzmożenie wydobycia metanu. Stanowiło to przesłankę do podjęcia badań przepływów mieszanin w próbkach węgla, szczególnie że w literaturze istnieją bardzo ubogie doniesienia na temat przepływu mieszanin gazowych w węglu. Aby można było ustosunkować się do wyników uzyskanych w przepływie badanych mieszanin: azotowo-metanowych, azotowo-dwutlenkowych oraz metanowo-dwutlenkowych wykona-no również przepływy gazów indywidualnych. Metan oraz dwutlenek węgla są gazami sorbowalnymi w węglu (jakkolwiek w różnym stopniu), więc prawie niesorbowalny azot wybrano jako gaz 'odniesienia'. Dla badanych mieszanin dwuskładnikowych o różnych zawartościach poszczególnych składników musiano na wstępie wyliczać ich lepkości w określonych przedziałach ciśnień i temperatur. Badania przepływów gazów oraz ich mieszanin wykonano na węglach z kopalni Czeczott oraz Zofiówka. Przepuszczalności węgla w przepływie mieszanin układają się na ogół w logiczne ciągi zgodne z sorbowalnością poszczególnych składników i zmianą ich stężenia w mieszaninie: wzrost stężenia silniej sorbującego się składnika powoduje obniżenie przepuszczalności węgla.

EN

Coal in deposits is usually accompanied by methane, carbon dioxide or nitrogen (from the air). One technique of methane enhanced recovery from the coal seams consists in pumping another gas, for instance carbon dioxide, inside them. Gas mixtures are thus formed and absorbed methane is replaced with carbon dioxide, which allows for enhanced methane extraction. That process was the reason for research studies on the flow of mixtures in coals especially as there are no adequate data to be found on this topic in publications. To compare the results obtained for the analysed mixtures of nitrogen-methane, nitrogen-car-bon dioxide and methane-carbon dioxide, separate flows of these gases were also investigated. Both methane and carbon dioxide can be adsorbed in coal (however, the scale of this process might be different). Nitrogen, which is hardly ever adsorbed, is treated here as a 'reference gas'. To analyse mixtures of two gases of varying actual compositions, it was first necessary to determine their viscosity throughout the specified range of pressure and temperature. Studies of flows of gases and their mixtures were done using coal from the mines Czeczott and Zofiówka. Coal permeability during the flow of the gas mixtures would usually yield logical sequences, related to sorptive capacities of its components and to changes in their concentration in the mixture. Thus an increase in concentration of a highly sorptive component will cause coal permeability to decrease.