|
ВПЛИВ ВОДЯНОЇ ПАРИ НА ПРОЦЕС ДЕСОРБЦІЇ МЕТАНУ З
ВУГІЛЛЯ
Л.І. Стефанович1*,
Е.П. Фельдман1, О.Ю. Мазур1
1Інститут фізики гірничих
процесів Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна
*Відповідальний автор:
e-mail: listef2591@gmail.com
Физико-технические проблемы горного производства,
2021, (23), 20-39.
https://doi.org/10.37101/ftpgp23.01.002
full
text (pdf)
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Провести теоретичний аналіз впливу водяної пари на
десорбцію метану з поверхні відкритих порожнин вугільного зразка.
Методика. Використовуючи припущення Ленгмюра:
мономолекулярність адсорбції та сталість теплоти адсорбції, методами
статистичної фізики виведені рівняння для мономолекулярної адсорбції
бінарної суміші газів: метану і водяної пари.
Результати. Отримано залежності ступенів
покриття адсорбційного шару молекулами метану і води в ситуації, коли в
камері, де поміщено зразок вугілля, парціальний тиск парів води змінюється
за лінійним законом. В рамках квазістатичного наближення простежено
кінетику десорбції молекул метану з адсорбційного шару та адсорбцію молекул
води, якщо процес зволоження зразка з часом протікає за лінійним законом
та, коли описується плавною ступінчастою функцією. Теоретично
проаналізовано ситуацію, що відповідає процесу адсорбції метану в сухому
вугіллі та у зразках, що мають різну ступінь природної вологості. Показано,
що зі зростанням вмісту вологи процес адсорбції метану на поверхні
відкритих тріщин і пор сповільнюється, а кількість адсорбованого метану
істотно знижується.
Наукова новизна. Показано, що основною причиною
десорбції метану з відкритих тріщин та пор у зволоженому вугіллі є
конкурентна боротьба за місця, що обумовлена наявністю обмеженого числа
активних сорбційних центрів та відмінністю в енергіях зв'язку молекул
метану і води з поверхнею вугілля.
Практична значимість. Проведені дослідження
дозволяють зробити висновок, що для дегазації вугільних пластів можна
успішно застосовувати процедуру їх зволоження.
Ключові слова: відкриті тріщини і пори,
ступінь покриття, активаційні центри, десорбція метану, адсорбція молекул
води, енергія зв'язку, конкурентна боротьба за місця, квазістатичне
наближення
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Коликов K.С., Бобнев Ю.Н. (2008). Обоснование технологии
снижения газовыделения угольных пластов на основе повышения их остаточной
газонос-ности при увлажнении. Горный информационно-аналитический бюллетень,
(4) 321–326.
2. Пащенков
П.Н. (2017) Нагрузка на очистной забой по газовому фактору в зависимости от
влажности угольного пласта. Горный информационно-аналитический бюллетень,
(1) 396–403.
3. Ковалева
И.Б., Соловьева E.A. (2004). Влияние влажности на кинетику сорбции
метана углями разной стадии метаморфизма. Горный
информационно-аналитический бюллетень, (8) 83–85.
4. Zhang L., Ren T., Aziz N. (2014). Influences of temperature and moisture on coal
sorption characteristics of a bituminous coal from the Sydney Basin,
Australia. International Journal of Oil, Gas and Coal Technology, 8 (1),
62–78. https://doi.org/10.1504/IJOGCT/2014.064429
5. Hao D., Lei Zhang L., Li M., Tu S.
(2018). Experimental study of the moisture content influence on CH4
adsorption and deformation characteristics of cylindrical bituminous coal
core. Adsorption Science & Technology. 1–26.
https://doi.org/10.1177/0263617418788444
6. Guo H., Cheng Y., Wang L., Lu S., Jin K.
(2015). Experimental study on the effect of moisture on low-rank coal
adsorption characteristics. Journal of Natural Gas Science and Engineering,
(24) 245–251. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2015.03.037
7. Nie B., Liu X., Yuan S., Ge B., Jia W.,
Wang C., Chen X. Sorption charachteristics of methane among various rank
coals: impact of moisture. Adsorption. 2016. Vol. 22. No.3, apr.1, pp.
315–325. https://doi.org/10.1007/s10450-016-9778-9
8. Wang L.,·Chen E, Liu S., et al.
Experimental study on the effect of inherent moisture on hard coal
adsorption–desorption characteristics. Adsorption. 2017. Vol. 23, No.5, pp.
723–742. https://doi.org/10.1007/s10450-017-9889-y
9. Wang Z., Su W., Tang X., Wu J. (2018).
Influence of water invasion on methane adsorption behavior. International
Journal of Coal Geology. 1–23. https://doi.org/10.1016/j.coal.2018.08.004
10. Yang Y., Lin L., Li M., Zhang X., Yang
C., Wang Y., Fan B., Chen C., Luo W. (2019). A Multi-Scale Modeling of CH4
and H2O Adsorption on Coal Molecules and theWater Blocking Effect in
Coalbed Methane Extraction. Applied Sciences. (9), 3421. 1–12.
https://doi.org/10.3390/app9163421
11. Х. Цзиньсюань, Лу Яньцзюнь, Е.Ю.
Макарова, А.К. Богомолов, Ян Чжоучжун. (2019).
Молекулярное моделирование конкурирующей адсорбции метана и углекислого
газа в матрице угля в присутствии воды. Химия твердого топлива, (5) 20–29. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b02898
12. Ландау
Л.Д., Лифшиц Е.М. (1976). Теоретическая физика. Т.5, Ч.1. Ста-тистическая
физика. Москва, Наука.
13. Friend D., Ely J., and Ingham H.
Thermophysical Properties of Methane. J. Phys. Chem. Ref. Data. (1989).
https://doi.org/10.1063/1.555828
14. R. Stull. Practical Meteorology: An
Algebra-based Survey of Atmospheric Science. (2017) 87.
15. Vasilkovskyi, V., Minieiev, S., Kalugina,
N. (2019) Bonding energy and methane amount at the open surfaceof
metamorphic coal. Essays of Mining Science and Practice. Web of Conferences
(109). https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910900108
16. Jenness, G.R.; Karalti, O.; Jordan, K.D.
(2010). Benchmark Calculations of Water–Acene Interaction Energies:
Extrapolation to the Water–Graphene Limit and Assessment of
Dispersion–Corrected Dft Methods. Phys. Chem. Chem. Phys. (12) 6375–6381. https://doi.org/10.1039/c000988a
17. Ходот В.В.
Внезапные выбросы угля и газа. (1961). Москва: Госгорте-хиздат, 64 с.
18. Грег, С.,
Синг, К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. (1984). Москва:
Мир, 312 с.
19.
Васильковский В.А. Стефанович Л.И., Чеснокова О.В. (2020). Влияние
естественной влажности на характерное время десорбции метана из углей
раз-личной степени метаморфизма. Вісті Донецького гірничого інституту, 47 (2)
23–32.
|
