Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sorpcja pary wodnej na próbkach wytypowanych węgli kamiennych w aspekcie określenia potencjału magazynowego złoża

Orzechowska-Zięba A., Baran P., Zarębska K., Cygankiewicz J.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2017

|

nr 97

71--82

PL

Możliwość zastosowania nietradycyjnej metody utylizacji odpadowych gazów cieplarnianych, przez zatłaczanie CO2 (sekwestracja) w porowate złoża geologiczne traktowane jako niekonwencjonalne zbiorniki gazu, wymaga spełnienia podstawowych kryteriów takich jak np. wpływ na środowisko oraz długoletnie składowanie. Istotną kwestią jest fizyczne zachowanie się złoża podczas fazy nasycania jego struktury porowatej dwutlenkiem węgla. Należy tutaj przede wszystkim wymienić: zdolność transportu CO2 wzdłuż struktury porowatej oraz zdolność adsorpcyjną. W artykule przedstawiono wyniki badań sorpcji pary wodnej na próbkach węgla pochodzących z wytypowanych KWK o zróżnicowanej zawartości pierwiastka C. Uzyskane wyniki przedstawiono w postaci izoterm sorpcji i desorpcji w temperaturze 303 K, oraz opisano równaniem izotermy adsorpcji BET. Na podstawie danych sorpcji obliczono powierzchnię właściwą, zgodnie z teorią BET. Ilość zasorbownych cząsteczek pary wodnej dla badanych próbek węgla była zależna od stopnia metamorfizmu. Otrzymane izotermy można zaliczyć do typu II według klasyfikacji BET. Do badań sorpcyjnych zastosowano aparaturę typu objętościowego – adsorpcyjną mikrobiuretkę cieczową. Sorpcja pary wodnej w zastosowaniu dla węgli pozwala na ilościowe określenie pierwotnych centrów adsorpcji jako miary oddziaływań adsorbowanych cząsteczek z powierzchnią adsorbentu. Na podstawie równań adsorpcji BET z izoterm sorpcji pary wodnej określono ilości aktywnych centr adsorpcji, które potencjalnie mogą brać udział w adsorpcji CO2 w pokładach węgla podczas wtłaczania tego gazu. Pojemność sorpcyjna węgli pozostaje w korelacji ze stopniem metamorfizmu jak również ma ogromny wpływa na możliwość magazynową złoża.

EN

The possibility of the application of nontraditional method of greenhouse gas utilization by the injection of CO2 (sequestration) into porous geological deposits, treated as unconventional gas collectors, requires the fulfillment of basic criteria such as the impact on the environment and long term storage. The important issue is the physical behavior of the deposit during the porous structure saturation phase by carbon dioxide. What should be mentioned first and foremost is: the availability of CO2 transport along the porous structure and adsorption capacity. The work presents the results of water vapor sorption on coal samples from selected Hard Coal Mines of a differentiated carbon content. The received results were presented in the form of sorption and desorption isotherms performed in a temperature of 303 K. It was additionally described with a BET adsorption isotherm. Based on sorption data, a specific surface area was calculated, in accordance with BET theory. The amount of the adsorbed water vapor molecules for the analyzed coal samples was dependent on the degree of metamorphism. The obtained isotherms can be described as type II according to the BET classification. Volumetric type apparatus -adsorption- microburette liquid was used for the sorption experiments. Water vapor sorption in relation to coals allows for the quantitative determination of primary adsorption centers as a measure of adsorbed molecule interconnections with the adsorbent surface. Based on the BET adsorption equation, out of water vapor isotherms, the amount of adsorption active centers, which potentially may take part in CO2 adsorption in coal seams during injection of this gas, was determined. The sorption capacity of coals is determined by the degree of metamorphism, which also has very large impact on the sorption capacity of the deposit.

2

Wpływ parametrów syntezy na wytrzymałość na ściskanie geopolimerów otrzymanych z popiołów lotnych

Baran P., Zarębska K., Kanciruk A., Nazarko M., Obal M.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 9

1923--1926

PL

Przeanalizowano parametry syntezy, a także określono wpływ modyfikacji popiołów lotnych na właściwości otrzymanych geopolimerów. Badania wykonano dla popiołu lotnego wapiennego uzyskanego ze spalania węgla brunatnego. W celu modyfikacji popiołu poddano go odmagnesowaniu i dopaleniu. Wytypowane w ten sposób popioły poddano aktywacji roztworem alkalicznym składającym się z mieszaniny szkła wodnego sodowego oraz stężonego roztworu NaOH. Uzyskane produkty poddano badaniom wytrzymałości na ściskanie. Stwierdzono, że proces usunięcia elementów ferromagnetycznych istotnie poprawia parametry wytrzymałościowe. Stwierdzono również, że wyższą wytrzymałością cechuje się próbka, do syntezy której użyto większą ilość NaOH.

EN

Raw ash derived from the burning of lignite optionally modified by (i) removal of Fe compds. in the ferromagnetic separator, (ii) burning of coal in oven (800°C, 6 h) was used to obtain geopolymers. Mixts. of aq. Na glass and NaOH were used in different proportion as activators. Modification (i) and use of an activator with dominant NaOH content significantly improved the compressive strength parameters of geopolymers.

3

Mineralna karbonatyzacja wysokowapniowego popiołu lotnego w warunkach podwyższonej temperatury i ciśnienia

Ćwik A., Zarębska K., Baran P., Szczurowski J.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 9

1984--1986

PL

Przedstawiono wyniki mineralnej karbonatyzacji popiołu wysokowapniowego, pochodzącego z jednej z polskich elektrowni. Eksperyment przeprowadzono w skali laboratoryjnej w zakresie temp. 298-343 K i ciśnienia 0,4-1,5 MPa. Ilość pochłoniętego ditlenku węgla wzrastała ze wzrostem ciśnienia. Potwierdzono możliwość wykorzystania popiołu ze spalania węgla jako materiału do utylizacji ditlenku węgla.

EN

Fly ash from combustion of lignite in a Polish power plant was carbonated with CO₂ under lab. conditions at 298-343 K and under 0.4-1.5 MPa. The CO₂ uptake increased with increasing pressure. Both phys. adsorption of CO₂ and chem. reaction with the fly ash were obsd.

4

Rozszerzalność węgla z kopalni „Pniówek” wywołana zmianami temperatury układu węgiel-gaz

Baran P., Czerw K., Zarębska K., Cygankiewicz J.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 2

1--7

PL

Węgiel znajdujący się w złożu doznaje naprężeń wynikających z występowania naprężeń geostatycznych oraz zmian objętościowych, towarzyszących procesom sorpcji/desorpcji gazów. Zmiany wymiarów węgla będące następstwem procesów sorpcyjnych stanowią efekt wypadkowy kilku zjawisk, w tym: pęcznienia matrycy węglowej towarzyszącej sorpcji, kontrakcji węgla pod wpływem ciśnienia gazu wolnego w szczelinach i porach oraz przegrupowania elementów struktury węgla. Występujące w górotworze wahania temperatury mogą powodować zaburzenie równowagi sorpcyjnej gazów obecnych w złożu węgla (pochodzenia endogenicznego czy też wtłoczonego/zdeponowanego CO2). Naruszenie równowagi wywoływać będzie zmiany objętościowe masy węglowej, co powodować może zmiany stanu naprężenia górotworu i w konsekwencji prowadzić do niekontrolowanego rozszczelnienia magazynu gazu (w przypadku sekwestracji CO2) czy też wyrzutu skalno-gazowego w przypadku eksploatacji górniczej złoża. Stąd też analiza wpływu temperatury na zjawiska sorpcyjno-dylatometryczne będzie mieć istotne znaczenie. Istnieje mało doniesień literaturowych pokazujących jaki jest wpływ temperatury na zmiany objętościowe węgla kamiennego towarzyszące sorpcji gazów kopalnianych. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów dylatometrycznych dla dwóch próbek węgla, pochodzących z różnych pokładów w kopalni „Pniówek”. Zostały zmierzone zmiany objętościowe układów węgiel- -CH4, węgiel-CO2 podczas zmiany temperatury układu. Stwierdzono odmienny charakter zachowania się układu w zależności od rodzaju użytego gazu. Uzyskane wyniki wskazują również, że głębokość zalegania oraz skład petrograficzny mają wpływ na zmiany objętościowe układu węgiel-gaz podczas zmian temperatury.

EN

Coal seams are imposed by effective stress emerging from vertical overburden pressure, horizontal lateral earth pressure and extensively from gas sorption/desorption-induced volumetric changes. The range of contingent dimension changes of coal resulting from sorption processes is a combined effect of several phenomena, including sorption-induced swelling of coal matrix, contraction of coal microporous regions caused by free gas pressure in pores and cleats and coal structural re-arrangement. Temperature fluctuations emerging in coalbeds may result in significant changes in sorption conditions followed by equilibrium disturbance for accumulated gases. The equilibrium disturbance can cause volumetric changes in coal mass that may be further transferred to stresses in rock strata and a repercussion can lead to an uncontrolled loss of gas reservoir sealing (in CO2 sequestration case) or sudden gas, rock and coal outburst in case of operating underground coal mines. Hence conducting analyses of the temperature influence on sorption and dilatometric phenomena will be of significance. Nonetheless, the influence of temperature variation on mine gases sorption-induced coal’s overall dimensions changes remains an unexplored research area. In this study the results of dilatometric tests performed on 2 hard coal samples obtained from different seams of Polish coal mine Pniówek are presented. Measurements of temperature-induced changes of coal samples overall dimensions and volume in coal-methane and coal-carbon dioxide systems were conducted. The influence of the type of gas on the nature of coal-gas system response to temperature change effect was acknowledged. The results also show that the depth of the coal seam and the petrographic composition of coal relate to character of volumetric changes of coal-gas system caused by temperature changes.

5

Interactions between CH 4 and CO2 gas mixtures and hard coal in the context of potential sequestration of carbon dioxide in underground sites in Poland

Zarębska K., Baran P., Czerw K., Czuma N., Zabierowski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2017

|

T. 19, nr 3

55--60

EN

The purpose of this study is to find the relationship between the low-pressure sorption of the gas mixture CO2 and CH4 and properties of coal in the context of geological conditions in the coalbed. These aspects give us a better insight into the interactions between gas mixtures and coal, enabling us to forecast the long-term effects of CO2 storage. In the light of the length of the process and stability of such systems, it is required that physical properties of coal be identified first. A great deal of information can be obtained from sorption isotherms, relating to physico-chemical properties of the sorbent. Test results reveal the relationship between the coal rank and vitrinite reflectance and the sorption capacity of investigated coals.

PL

Celem pracy było znalezienie powiązań między przebiegiem procesu niskociśnieniowej sorpcji mieszaniny gazów CO2 i CH4, a właściwościami węgla kamiennego, w odniesieniu do konkretnych warunków geologiczno złożowych. Informacje te są istotne zarówno ze względu na możliwość uzyskania danych dotyczących oddziaływania mieszaniny gazów z węglem, jak również prognozowanie ewentualnych skutków długoterminowego składowania CO2. Uwzględniając długotrwałość procesu oraz stabilność takiego układu niezbędne jest dokładne poznanie fizycznych właściwości węgli. W tym celu pożądanych istotnych informacji dostarczają izotermy sorpcji, w połączeniu z właściwościami fizykochemicznymi sorbentu. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła na wykazanie zależności wpływu stopnia uwęglenia i współczynnika odbicia światła witrynitu na wartość chłonności sorpcyjnej badanych węgli.

6

Adsorpcja SO₂ na węglu aktywnym z pirolizy zużytych opon samochodowych

Baran P., Krzak M., Zarębska K., Szczurowski J., Żmuda W. A.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 6

1164--1166

PL

Przedstawiono wyniki badań adsorpcji SO₂ na adsorbencie węglowym otrzymanym z karbonizatu, powstałego w wyniku niskotemperaturowej pirolizy odpadów gumowych. Surowy karbnizat poddano aktywacji fizycznej w dwóch temperaturach. Scharakteryzowano strukturę porowatą na podstawie adsorpcji azotu. Zmiana parametrów struktury porowatej próbek otrzymanych w wyniku aktywacji fizycznej przy użyciu CO₂ dobrze koreluje z wielkością adsorpcji SO₂ oznaczonej metodą wagową. Mimo niskiego rozwinięcia powierzchni otrzymane adsorbenty cechują się bardzo dobrymi właściwościami sorpcyjnymi względem SO₂.

EN

Waste tire fragments (50×50 mm) were carbonized at 400°C, activated with CO₂ at 850°C or 1000°C for 15 min and studied for porous structure (low-temp. adsorption of N₂ and for SO₂ adsorption capacity. The sp. surface of the activated C samples and SO₂ adsorption capacity increased with increasing activation temp.

7

Analiza pęcznienia węgli kamiennych i brunatnych w oparciu o analizę izoterm sorpcji CO2

Baran P., Zarębska K.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 4

109--116

PL

W pracy poddano analizie eksperymentalne izotermy sorpcji ditlenku węgla na 3 próbkach węgla kamiennego i 2 brunatnego zmierzone w dwóch temperaturach. Dokonano formalnego opisu danych eksperymentalnych przy użyciu równania Dubinina i Raduszkiewicza w formie oryginalnej oraz zmodyfikowanej. Zmodyfikowana forma równania DR pozwala ocenić skłonność próbki do pęcznienia pod wpływem pochłanianego gazu. Stwierdzono że najwyższą rozszerzalnością cechuje się próbka Pn z kopalni Pniówek. Otrzymane wyniki pozwalają również stwierdzić, że węgle wyżej uwęglone, o niskiej zawartości witrynitu, w temperaturze nadkrytycznej praktycznie nie pęcznieją pod wpływem ditlenku węgla.

EN

In the paper the experimental sorption isotherms of carbon dioxide for 3 samples of coal and 2 samples of lignite measured at two temperatures have been analyzed. A formal description of the experimental data has been made using the original and modified form of equation Dubinin and Radushkevich. A modified form of the DR equation allows to evaluate the tendency of the sample to swell under sorbed gas. It was found that the highest expansion is characterized by Pn sample from Pniówek mine. The obtained results allow also conclude that the high rank coals with low vitrinite content in the supercritical temperature practically does not swell under the influence of carbon dioxide.

8

Źródła nieprzyjemnego zapachu wewnątrz samochodu : studium przypadku

Brodzik K., Faber J., Gołda-Kopek A., Zarębska K., Łomankiewicz D.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

855--860

PL

W artykule opisano procedurę badawczą pozwalającą na wskazanie i/lub potwierdzenie źródła nieprzyjemnego zapachu wewnątrz kabiny nowego samochodu. Do oceny jakości powietrza wewnętrznego wykorzystano metody sensoryczne i analityczne. Wstępną analizę zapachu panującego w samochodzie przeprowadzono przed rozpoczęciem pobierania próbek powietrza. Powietrze pobrane do pozbawionych zapachu worków po przetransportowaniu do laboratorium zostało poddane ocenie sensorycznej przez pięć wykwalifikowanych osób. Skład jakościowy i ilościowy próbek powietrza określono metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), chromatografii gazowej sprzężonej z desorpcją temperaturową i detektorami: spektrometrem mas oraz detektorem plomieniowo-jonizacyjnym (TD-GC/MS-FID) oraz chromatografii gazowej sprzężonej z detekcją olfaktometryczną (GC-O) i spektrometrem mas.

EN

Paper discussed analytical procedure allowing indication and/or proving the source of unpleasant odour inside the cabin of new vehicle. Interior air quality was determined by sensory and instrumental methods. Preliminary in-vehicle odour analysis was performed before air samples collection. Air samples collected in inert bags after transportation to laboratory were object of sensory evaluation of five qualified testers. Quantitative and qualitative composition of air samples were determined by high performance liquid chromatography (HPLC), gas chromatography coupled with thermal desorption and with mass detection and flame ionization detection (TD-GC/MS-FID) and by gas chromatography coupled with olfactometric detection (GC-O) and mass detection.

9

Analiza możliwości oczyszczania gazów wylotowych z Hg0 i CO2 na zeolitach syntetycznych otrzymanych z popiołów lotnych

Wdowin M., Baran P., Panek R., Zarębska K., Franus W.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 2

1306--1319

EN

The paper presents the usage possibility of Na-X zeolite as a sorbent of elemental (Hg0) form of mercury or carbon dioxide (CO2). The research material was zeolite obtained in the hydrothermal reaction of fly ash and an aqueous solution of sodium hydroxide. To improve the adsorption capacity of the zeolite with respect to vapour of mercury (Hg0), the zeolite was silver activated by ion exchange method. As a result a form of Ag-X zeolite was obtained. To determine the influence of a modification on sorption capacity of obtained zeolites (Na-X, Ag-X) were subjected to mineralogical and textural characteristics. Then for both zeolites the Hg0 and CO2 sorption studies were performed. Mineralogical analysis of SEM-EDS showed that the sodium ions have been substituted in its entirety with silver ions. After activation of the specific surface area and the share of mesoropores have decreased. However, the share of micropores increased which is associated with substitutions of Na+ ions by ions with a larger ionic radius i.e. silver. Mercury vapour sorption experiment showed almost immediate breakthrough across zeolite Na-X at a flow rate of gas stream at 80 ml/min. Activation of silver greatly improved sorption capacity of tested zeolite and breakthrough of 5% wt. Hg0 occurred after the time of 13017 min. The time for breakthrough of Hg0 for Ag-X is five times longer than for the commercially available activated carbon modified with bromine (AC/Br). Carbon dioxide adsorption studies have shown little effect for sorption capacity for zeolite with silver, where the result for the zeolite Na-X and Ag-X were similar at average level of 25 cm3g-1 for p/p0 = 0.01 (lower values for Ag-X). From obtained results the constants of Dubinin-Raduszkiewicz and Langmuir isotherms were calculated. The monolayer capacity calculated from the equation of Langmuir have shown the lack of differentiation for both examined samples, indicating that the modification of the starting zeolite with silver ions did not improve the sorption capacity with respect to carbon dioxide. Besides in the considered pressure range sorption capacity of zeolites terms to carbon dioxide decreased slightly. The results indicate that the silver modification improves the adsorption of mercury vapour, but has no effect on the sorption of carbon dioxide.

10

Wykorzystanie modyfikowanego węgla brunatnego do adsorpcji ditlenku węgla

Baran P., Zarębska K., Czuma N.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 2

221-224

PL

W związku ze znaczącym udziałem węgla w produkcji energii w Polsce podejmowane są działania mające na celu zmniejszenie emisji ditlenku węgla. Jedną z możliwości jest zastosowanie adsorpcyjnych metod wychwytywania gazów. Przedstawiono próbę uzyskania adsorbentu CO₂ z węgla brunatnego aktywowanego i impregnowanego etanoloaminami. Otrzymany adsorbent poddano analizie BET oraz badaniom adsorpcji ditlenku węgla. Zaobserwowano, że w wyniku impregnacji następuje znaczne obniżenie powierzchni właściwej badanych próbek oraz zmniejszenie pojemności sorpcyjnej względem CO₂. Uzyskane wyniki uzasadniają kontynuację dalszych badań w kierunku zmiany sposobu prowadzenia aktywacji prekursora węglowego.

EN

Lignite was carbonized at 850°C under CO₂ for 15 min, then impregnated with NR₃ amines (R = CH₂CH₂OH or H) and studied for sorption of N₂ and CO₂. The carbonization resulted in increasing the specific surface while the impregnation resulted in its decrease. CO₂ adsorption capacity decreased from 38.11 cm³/g for carbonizate to 28.55 cm³/g for NH(CH₂CH₂OH)₂-impregnated and to 17,21 cm³/g for NH₂CH₂CH₂OH- impregnated carbonizate samples.

11

Oczyszczanie gazów ze spalania paliw stałych z SO2 sorbentami sodowymi

Pajdak A., Zarębska K., Walawska B., Szymanek A.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 3

382-386

PL

Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych i testowych wpływu aktywacji mechanicznej stałego sorbentu sodowego na strukturę powierzchni ziaren oraz zdolności sorpcyjne względem ditlenku siarki (SO₂). Aktywacja mechaniczna polegała na mieleniu badanego sorbentu w młynie przeciwstrumieniowym z zastosowaniem trzech różnych prędkości obrotowych separatora, w wyniku czego uzyskano sorbenty różniące się rozkładem ziarnowym. Wzrost prędkości wpływał na obniżenie średnicy ziaren mielonego sorbentu przy równoczesnym wzroście zarówno powierzchni właściwej, jak i całkowitej objętości porów. Oceniano jak zmiana tych parametrów wpływa na efektywność oczyszczania gazów modelowych z SO₂. Badania prowadzono na stanowisku testowym w temp. 300°C, wyznaczając dla każdego ze stosowanych sorbentów sprawność usuwania SO₂ oraz stopień konwersji. Odnotowano pozytywny wpływ mielenia przeciwstrumieniowego sorbentu sodowego na efektywność sorpcji. Określono maksymalną sprawność sorpcji sięgającą od 77% dla sorbentu niemielonego do 96% dla materiału o najmniejszym średnim uziarnieniu przy 16-proc. stopniu jego przereagowania.

EN

Com. NaHCO₃ was activated by milling at 300°C (speed 2000–5000 rpm) for 30 min to increase its sp. surface from 0.1 m²/g up to 4.2 m²/g. The activated NaHCO₃ was used for sorption of SO₂ from a model gas mixt. (SO₂, CO₂ and O₂ contents 2200 ppm, 16% and 6%, resp.). The activated NaHCO₃ showed the SO₂ removal efficiency 85–96% at conversion 13–16%.

12

Zastosowanie modelu MSW do opisu sorpcji gazów kopalnianych na wybranej próbce węgla z Rybnickiego Okręgu Węglowego

Baran P., Jodłowski G. S., Wójcik M, Zarębska K

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 2

10--19

PL

Wgląd w istotę mechanizmów deponowania mieszanin gazowych w materiałach węglowych, w szczególności w węglu kamiennym, może mieć istotne znaczenie dla określenia zasobów gazu, towarzyszącego złożom węgli kamiennych i określenia możliwości pozyskania gazu z tych złóż z jednoczesną, bądź równoległą sekwestracją ditlenku węgla. Wyniki badań mogą być również wykorzystywane do przewidywania zdolności adsorpcyjnych i katalitycznych poszczególnych próbek węgli lub przydatności węgli kamiennych w charakterze „tanich sorbentów" w procesach separacji i oczyszczania gazów. W tym celu przeprowadzono wiele pomiarów izoterm sorpcji w zakresie podwyższonego ciśnienia w układach: próbka węglowa - metan, - ditlenek węgla, - mieszanina tych gazów o składzie 50 % obj. CH4 + 50 %obj. CO2. Celem pracy było określenie mechanizmów występujących podczas lokowania cząsteczek mieszanin gazowych w materiałach węglowych. Rozważano również problem konkurencyjności sorpcji w celu opracowania procedury obliczeniowej, dającej rzetelne estymaty sorpcji z mieszanin na podstawie sorpcji pojedynczych składników mieszaniny gazowej lub analizy izotermy sorpcji mieszaniny z rozdziałem na poszczególne składniki. Uzyskane dane w korelacji z odpowiednią metodyką obliczeniową pozwalałaby przewidywać efekty i zjawiska zachodzące w trakcie wypierania metanu przez ditlenek węgla z metanowego złoża węglowego.

EN

Recognition of the matter of gaseous mixture deposition in carbonaceous materials, especially in hard coal, has a great meaning for estimation of the hard coal deposits of gas resources and possibilities of gas exploration from these beds with simultaneous or collateral carbon dioxide sequestration. Investigation results could be used either for prediction of adsorption and catalytic properties of the several coal samples or evaluation of the usability of hard coals as the "cheap sorbents" in the processes of separation and cleaning of gases. For this purpose, number of measurements were taken of the sorption isotherms in the range of elevated pressure in the systems: coal sample-methane, coal sample-carbon dioxide and the same for the mixture of gases with composition 50 % vol. CH4 + 50 % vol. CO2. The aim of this paper was to define the mechanisms taking part in the location of gaseous mixture molecules in the coal material. The sorption competition problem was taken into account in order to define a numeric procedure giving reliable estimates of sorption from the mixtures on the basis of data on sorption of individual gases or analysis of sorption isotherms of the mixture for each component separately. The obtained data in correlation with proper numerical methodology would allow to estimate effects and phenomena taking place during methane relocation by the carbon dioxide in the methane coal bed.

13

Analiza układu węgiel kamienny-gaz pod kątem intensyfikacji wydobycia metanu z użyciem ditlenku węgla

Baran P., Rogozińska J., Zarębska K., Porada S.

Przemysł Chemiczny

|

2014

|

T. 93, nr 12

2008-2012

PL

Badano procesy sorpcji/desorpcji metanu oraz ditlenku węgla w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury w skali laboratoryjnej na pięciu próbkach węgla kamiennego pochodzącego z polskich kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przedstawione wyniki badań układu węgiel-gaz wykazują zależność chłonności sorpcyjnej ditlenku węgla oraz zdolności desorpcji metanu od ciśnienia złożowego gazu w pokładzie węgla, jak również wybranych parametrów charakteryzujących złoże. Stwierdzono także, że istnieje pewne graniczne ciśnienie w złożu węgla, powyżej którego może mieć miejsce wypieranie metanu z pokładów węgla przez CO2 .

EN

Five Polish bituminous coals from Upper Silesian Coal Basin were studied for adsorption and desorption of CH4 and CO2 under lab. conditions at elevated temp. and pressure. Correlations between sorption capacity of CO2 and CH4 desorption ability, pressure of CH4 in the coal deposit and characteristic parameters of coal beds were established. A threshold pressure of CH4 in the bed for its displacement with CO2 was detd.

14

CO2-ECBM and CO2 sequestration in Polish coal seam – experimental study

Baran P., Zarębska K, Krzystolik P, Hadro J., Nunn A.

Journal of Sustainable Mining

|

2014

|

Vol. 13, iss. 2

22--29

EN

Purpose: Methane recovery is interesting not only because of its clean combustion; it is also beneficial for the environment because of the reduction of the amount of methane emitted into the atmosphere, which is important because of methane’s significant impact on the greenhouse effect. However, desorption of methane is a slow process, significantly dependent on the coalification of coal, its porosity and petrographic composition. Injection of carbon dioxide into the coal bed under sufficient pressure might be a factor in stimulating the efficiency of this process, as – because of preferential sorption – carbon dioxide displaces methane molecules previously absorbed in the coal matrix. Methods: The measurements were made for Polish low-rank coal used for the analysis of methane recovery from Polish coal mines. Coal samples were collected from sites used for geological, sorption and petrographic research, as well as for the assessment of the reservoir’s genetic origin CH4 content. Experimental studies of sorption were performed with the use of the volumetric method at a lower and higher gas pressure. Results: The methane isothermes show more than double the reduction of adsorption along with increasing temperature. The most sig-nificant changes of sorption capacity due to temperature variations can be seen when observing the difference in the course of the hysteresis of sorption/desorption of the gas as a function of temperature. In cases where there is a temperature of 323 K, a temperature hysteresis loop might indicate larger quantities of methane trapped in the porous structure of coal. In cases of carbon dioxide as sorbate, a similar shape of sorption isotherms occurred at both temperatures, while the temperature increase caused approximately double the reduction of sorption capacity. Also the isotherm’s shape is similar for both temperatures of measurement, indicating no effect of temperature on the amount of gas within the structure of the tested coal. High-pressure isotherms of CO2 and CH4 are confirmed in the literature, proving that carbon dioxide is the gas that allows the best penetration of the internal structure of bituminous coal. The critical temperature of CO2 (304.5 K) is so high, that sorption measurements can be performed at room temperatures (293, 298 K), where activated diffusion is relatively fast. Practical implications: Understanding the sorption of gases is the primary issue, related to the exploitation of coal seams, when explaining the mechanism of gas deposition in coal seams and its relationship with outbursts of rocks and gases in mines. Originality/ value: The results indicate successful sorption of carbon dioxide in each experiment. This provides the rationale to study the application of the coal tested to obtain methane genetic origin genetic methane with the use of the CO2 injection.

15

Sorption of saturated and unsaturated hydrocarbons on selected coal sample from the Pniówek mine

Baran P., Cygankiewicz J., Krzyżanowski A., Zarębska K.

Geology, Geophysics and Environment

|

2013

|

Vol. 39, no. 4

341--349

EN

Type, amount and composition of gases which form in rocks and coals during a metamorphism process depend on a number of factors in particular genetic type of original matter, way and conditions of its gathering, temperature, pressure and geological time. Sorption tests were done by the volumetric method, with the use of adsorption micro-burettes. A major advantage of the measurement set-up is that the surplus amounts of adsorbate can be used in experiments, which is of particular importance when handling sorbents with heterogeneous structure, such as hard coals. Sorbates used in the test program were the vapours of hexane, hex-1-ene, heptane, hept-1-ene, octane and benzene. Measurement results seem to corroborate the hypothesis that sorption of polar substance vapours is chiefly a surface process. Polarity of hard coals, mostly associated with the presence of reactive oxygen groups (nitrogen and sulphuric groups), largely affects the sorption of polar substances and in a most characteristic manner controls the sorption of apolar ones. In the case of the latter, sorption is induced by the action of the dispersive interaction force between the coal surface and the sorbate's polar molecules. The pattern of sorption isotherms indicates that the presence of dual bond affects the sorbent-sorbate interactions and hence the sorption capacity of investigated coals.

16

Sekwestracja CO2 w pokładach polskich węgli kamiennych

Zarębska K.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 11

2202--2206

PL

Celem pracy było znalezienie powiązań między przebiegiem procesu niskociśnieniowej sorpcji pojedynczych gazów oraz mieszaniny CO₂ i CH4, a właściwościami węgla kamiennego, w odniesieniu do konkretnych warunków geologiczno-złożowych. Informacje te są istotne zarówno ze względu na możliwość uzyskania danych dotyczących oddziaływania mieszaniny gazów z węglem, jak również prognozowanie ewentualnych skutków długoterminowego składowania CO₂. Uwzględniając długotrwałość procesu oraz stabilność takiego układu, niezbędne jest dokładne poznanie fizycznych właściwości węgli. Takich pożądanych istotnych informacji dostarczają izotermy sorpcji, w połączeniu z właściwościami fizykochemicznymi sorbentu.

EN

CO₂, MeH and their mixts. (1:1) were adsorbed on a ground bituminous coal from Upper Silesian Bassein (vitrinite content 67% by vol., porosity 15.86%) at 298 and 323 K under pressure up to 1 bar or up to 3 MPa to det. the sorption isotherms. The adsorption of CO₂ was much more intensive than that of MeH. Therefore, CO₂ can be stored in the coal seams replacing the coal-adsorbed MeH.

17

Możliwości magazynowania CO2 w polskich węglach kamiennych

Zarębska K., Cygankiewicz J.

Laboratorium - Przegląd Ogólnopolski

|

2012

|

nr 7-8

54--57

PL

Koncepcja podziemnego magazynowania przedstawiana jest jako jeden ze sposobów zmniejszenia emisji ditlenku węgla jako gazu cieplarnianego. Dlatego badane są możliwości sekwestracji CO2 w wytypowanym rezerwuarze poprzez zatłaczanie go do głębokich pokładów węgla. W pracy zbadano proces sorpcji metanu i ditlenku węgla na w pełni scharakteryzowanym polskim węglu kamiennym z obszaru Górnego Śląska, w celu określenia selektywności sorpcji tych dwóch gazów.

EN

The idea of underground storage is presented as one of methods of reducing the emissions of carbon dioxide as a greenhouse gas. The sequestration of CO2 by pumping it into deep coal seams is being investigated. Sorption behaviour of methane and carbon dioxide has been studied on a set of well-characterised Polish coal Upper Silesia to investigate its selectivity with respect to the sorption of the two gases.

18

Sorpcja par substancji polarnych i apolarnych na węglu kamiennym

Zarębska K.

Karbo

|

2012

|

Nr 2

74--77

PL

Celem pracy było znalezienie powiązań między przebiegiem procesu niskociśnieniowej sorpcji wybranych substancji polarnych (woda, metanol, etanol, propan-l-ol, butan-l-ol) oraz niepolarnych (benzen, cykloheksan, n-heksan, n-pentan, n-oktan, heks-1-en i hept-1-en) na polskim węglu kamiennym. W oparciu o uzyskane dane eksperymentalne wykazano wpływ obecności wiązania podwójnego na zwiększenie wartości chłonności sorpcyjnej w całej grupie badanych sorbatów. Stwierdzono także obniżenie wartości chłonności sorpcyjnej wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego stosowanych sorbatów, co potwierdza efekt sita molekularnego porowatej struktury węgla kamiennego.

EN

Due to new areas of applications of coke oven gas (chemical synthesis, turbines, gas engines) requirements for its quality are increasing which is integrally connected with its chemical composition. In addition to classical methods gas chromatography, which is classified as instrumental technique, allow for rapid assessment of the quality of coke oven gas and determination of many elements simultaneously in a single analysis. The paper discusses classic and chromatography methods of the analysis of coke oven gas. Attention was paid to important differences and limitations of these methods. Types of columns, detectors which are used to determine the individual components of coke oven gas using gas chromatography, liquid chromatography, ion, and a combined technique of GC-MS are discussed. The problems connected with analytics (adsorption of some analytes to the materials with which coke gas has contact, storage time of the sample, the absorption / dissolution of some analytes in the second) are presented.

19

Wpływ presorpcji metanu na zmiany wymiarów zewnętrznych węgla kamiennego podczas sorpcji ditlenku węgla

Zarębska K.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2012

|

nr 448 (1)

133--136

PL

W pracy przedstawiono badania mające na celu obserwację zachowania węgla kamiennego podczas gromadzenia w nim gazów kopalnianych i zmianę jego wymiarów zewnętrznych związaną z tym procesem. Podczas sorpcji gazów następuje zwiększenie wymiarów węgla, natomiast podczas desorpcji jego kontrakcja. Otrzymane wyniki badań wskazują, że węgiel bardziej rozszerza się w kierunku prostopadłym (ε﬩) do uławicenia niż w kierunku równoległym (ε//). Zarówno dla procesów sorpcyjnych, jak i dylatometrycznych osiągnięcie stanu równowagi następuje szybciej w układach węgiel–ditlenek węgla niż węgiel–metan. Mimo, że węgle kamienne w procesie sorpcji chłoną CO2 ponad dwukrotnie więcej ditlenku węgla niż metanu, ich deformacja sorpcyjna jest około trzy razy większa podczas sorpcji ditlenku węgla w porównaniu z metanem. Z przeprowadzonych badań wynika, że zatłoczenie ditlenku węgla do złoża metanowego, może być przyczyną, przy braku możliwości rozszerzania węgla w złożu, zwiększenia naprężeń w górotworze i w konsekwencji zmiany przepuszczalności złoża.

EN

Experiments were performed to investigate the hard coal behaviour while accumulating mine gases and the changes in its external dimensions that accompany this process. Sorption of mine gases brings about an increase of external dimensions of coal, and their desorption is accompanied by coal contraction. The results show that coal expansion is more pronounced in the direction perpendicular (ε﬩) to the bedding than parallel to it (ε //). The equilibrium condition both in sorption and expansion processes can be reached more quickly in the coal–CO2 than for coal–CH4 systems. In spite of the fact that coals tend to sorb CO2 much more effectively than CH4, their deformation ability due to sorption is three times greater during sorption of carbon dioxide than for methane. The tests reveal that injection of carbon dioxide to the coalbed containing methane may lead to increased stresses in the rock strata as the coal will not be able to expand any further and this will cause changes of the seam permeability.

20

Prognosticating fire hazards in goafs in Polish collieries

Zarębska K., Baran P., Cygankiewicz J., Dudzińska A.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2012

|

Vol. 29, no. 4

463--478

EN

The purpose of the study is to determine the sorption capacity of hard coals from Polish collieries with respect to several sorbets: ethane, ethylene, propane, propylene. The knowledge of the sorption capacity of coal with respect to a wide range of sorbates is essential to ensure the miners' safety and to allow for reliable forecasting fire hazard and self-heating of coal. The self-heating process is evaluated using specialist indicators based on hydrocarbon contents in mine air. Coal properties, such as porosity, coal rank, maceral content, moisture, ash and volatile matter contents as well as proportion of mineral substances are of key importance for understanding the processes taking place on the hard coal-gas interface. The quantitative analysis of these parameters supported by sorption tests will provide us information about the coal's structure's tendency to accumulate and release gases and vapours. It is important to determine the accessibility of the internal coal structure to gases and to investigate the influence of the micro- and submicro-porosity on the process of sorption. Concentrations of non-saturated hydrocarbons: ethylene and propylene are good indicators used to evaluate the scale of the self-heating process. Therefore, we need to reliably establish whether hydrocarbons present in mine air are released only through the self-heating process or whether they can be also accumulated in the coal structure and then desorbed when the conditions should change. Although preventive measures have been put place in Polish collieries, endogenous fire are still fairly frequent, so the hazard control based only on concentrations of non-saturated hydrocarbons may prove insufficient. It is also necessary to determine whether those hydrocarbons can be accumulated in coal, what factors will trigger this process and in what extent. Results of such tests will contribute to fire prevention and will help control other hazards associated with underground mining operations.