Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Changes in the sorption/diffusion kinetics of a coal-methane system caused by different temperatures and pressures

Wierzbicki M.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2013

|

T. 29, z. 4

155--168

PL

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów kinetyki adsorpcji metanu na węglu wykonane metodą grawimetryczną. Rejestracja czasowych zmian sorpcji metanu na węglu oraz wykorzystanie uniporowego modelu dyfuzji pozwoliło na wyznaczenie współczynników dyfuzji metanu na węglu w temperaturach od 291 K do 331 K i przy ciśnieniach do 1,7 MPa. Wyniki pokazują, że wartość współczynnika dyfuzji rośnie ze wzrostem temperatury. Zależność pomiędzy temperaturą a współczynnikiem dyfuzji wydaje się być liniowa. Badania desorpcji wykonane w warunkach takich jak pomiar sorpcji pokazały, że przy niższych ciśnieniach sorpcja jest procesem przebiegającym szybciej. Różnice w kinetykach zanikają przy ciśnieniu około 1,3 MPa. Wartość współczynnika dyfuzji zależna jest również od ciśnienia równowagowego, co wskazuje, że współczynnik ten nie jest stałą materiałową układu węgiel-gaz. W pracy przypomniano również rozważania Timofeewa na temat współczynnika dyfuzji. Autor ten wiąże współczynnik dyfuzji z liniową izotermą Henry’ego. Wyniki pokazują, że współczynnik dyfuzji według koncepcji Timofeewa charakteryzuje się mniejszą zmiennością wywołaną zmianami ciśnienia w porównaniu z koncepcją Crank’a. W temperaturach powyżej 311 K współczynnik dyfuzji według Timofeewa wydaje się być niezależny od ciśnienia.

EN

This paper presents the results of studies into the kinetic adsorption properties of methane on coal (effective diffusion coefficient) using the gravimetric method. The measurements of the time waveforms of methane sorption on coal and the use of the unipore model of diffusion allowed to determine the diffusion coefficients at different temperatures in the range of 291 K to 331 K and pressures up to 1.7MPa. This study have shown that the diffusion coefficient increases with increasing temperature. The relationship between the diffusion coefficient and the temperature of the coal-methane system appears to be linear. The value of the diffusion coefficient of Crank’s solution is also affected by methane pressure, which shows that the diffusion coefficient is not a material constant. This analysis also references Timofeev’s discussion on the diffusion coefficient, and analyzes the relationship between the coefficient of diffusion and the Henry’s isotherm coefficient. Examination has shown that the Timofeev’s diffusion coefficients is characterized by less variability when compared to the diffusion coefficients according to Crank’s solution. At temperatures above 311 K, the diffusion coefficients by Timofeev seem to be independent of the pressure.

2

Zastosowanie uniporowego modelu dyfuzji do określenia objętości gazu desorbowanego podczas pobierania prób węgla dla oceny metanonośności

Wierzbicki M.

Przegląd Górniczy

|

2011

|

T. 67, nr 12

36--41

PL

Metanonośność pokładów węgla kamiennego jest jednym z najważniejszych parametrów, których znajomość wpływa bezpośrednio na zagrożenia metanowego w kopalniach. Wartość tego parametru określa się przez odgazowanie próbki węgla i bilansowanie gazu w warunkach laboratoryjnych. Część metanu, pierwotnie sorbowanego na węglu, uwalnia się z próbki w czasie pierwszych 2 minut jej przygotowania. Do określenia ilości gazu „traconego” wykorzystano model dyfuzji uniporowej i efektywny współczynnik dyfuzji De. Dyfuzyjność polskich węgli kamiennych może zmieniać się w zakresie dwóch rzędów wielkości. W pracy pokazano wpływ współczynnika De na kinetykę uwalniania metanu. Wyznaczono ilość traconego metanu w funkcji współczynnika dyfuzji De oraz wskaźnika desorpcji dp. Przedstawione wyniki wskazują, że strata metanu jest mniejsza od aktualnie stosowanej korekty w metodzie oznaczania metanonośności pokładów węgla.

EN

The methane content of hard coal seams is one of the most important parameters, the knowledge of which influences directly methane hazards in mines. The value of this parameter is determined by degasification of the coal sample and gas balancing in laboratory conditions. The part of methane originally desorbed on coal liberates from the sample during the first minutes of its preparation. For the determination of the “lost” gas quantity, the diffusion unipore model and effective diffusion coefficient De were used. The diffusivity of Polish hard coals can change within the range of two quantity orders. In the study the influence of the coefficient De on the methane liberation kinetics was shown. The quantity of lost methane in the function of diffusion coefficient De and desorption index dp was determined. The presented results point out that the methane loss is lower than the currently used correction in the method of determination of the coal seam methane content.

3

Effect of selected simplifications of the unipore model upon the result of the study of the diffusion coefficient in coal

Wierzbicki M.

Archives of Mining Sciences

|

2011

|

Vol. 56, no 4

761-776

EN

Models of gas diffusion in hard coal are encumbered with numerous assumptions, such as the one concerning the sphericity of sorbent grains, or the unvarying grain composition of a sample being the subject of the analysis. In reality, the shapes of the coal grains, upon which effective diffusion coefficient measurements are carried out, deviate from spherical shapes, and the distribution of grain diameters within the analyzed grain fraction is usually unknown. This study, making use of the unipore model, presents an equation that makes it possible to describe the diffusion process in grains of any grain fraction, while taking into account the function of grain composition. The application of methods of mathematical modeling allowed to demonstrate the effect which the varying composition of analyzed grains, representing a given, analyzed grain fraction, has upon the obtained value of the effective diffusion coefficient De. Furthermore, the effect of the shape of grains upon diffusion kinetics was estimated. In the study, maximum Feret's diameters and maximum diameters of circles inscribed in grains were used. On the basis of methods of image analysis, upper and lower estimate of measurement uncertainties - caused by varying grain composition, as well as by nonspherical shape of the analyzed grains - was carried out. It is the shape of grains that the most significant errors in determining the value of the diffusion coefficient can be attributed to.

PL

Modele dyfuzji gazów w węglu kamiennym obarczone są licznymi założeniami m.in. o kulistości ziarn sorbentu oraz równomiernym składzie ziarnowym badanej próbki. W rzeczywistości kształty ziarn węgla, na których prowadzone są pomiary efektywnego współczynnika dyfuzji, odbiegają od kuli a rozkład średnic ziarn wewnątrz badanej klasy ziarnowej zwykle nie jest znany. W pracy, w oparciu o model uniporowy, podano równanie, pozwalające na opis przebiegu dyfuzji na ziarnach dowolnej klasy ziarnowej z uwzględnieniem funkcji składu ziarnowego. Wykorzystując metody modelowania matematycznego pokazano wpływ nierównomiernego składu badanych ziarn badanej klasy ziarnowej na uzyskaną wartość efektywnego współczynnika dyfuzji De. Dokonano również oszacowania wpływu kształtu ziarn na kinetykę dyfuzji. wykorzystano maksymalne średnice Fereta oraz maksymalne średnice okręgów wpisanych w ziarna. Wykorzystując metody analizy obrazu dokonano górnego i dolnego oszacowania niepewności pomiarowych wywołanych zarówno zmiennym składem ziarnowym jak i odbiegającym od kuli kształtem badanych ziarn. Kształt ziarn może powodować największe błędy wyznaczenia wartości wskaźnika dyfuzji.