An impact of mechanical stress in coal briquettes on sorption of carbon dioxide

The presence of gases (methane or carbon dioxide) in hard coal is connected with numerous threats for miners employed in underground mining facilities. When analyzing the coal-methane system, it is necessary to determine the relationship between pressure and gas sorption. Such a relationship should be determined under conditions similar to the natural ones – when it comes to both temperature and pressure. The present paper discusses the results of research conducted with the use of coal briquettes under the state of mechanical stress. Carbon dioxide sorption isotherms were determined for different values of stress affecting the coal material. For five coal samples collected in different mines of the Upper Silesian Coal Basin, Langmuir’s sorption isotherms were determined. The results point to significant impact that mechanical stress has upon the sorption process. It is about 1 percent of the value obtained for coal not subjected to stress per 1 MPa. The research results can also prove useful when analyzing hard coal seams from the perspective of their carbon dioxide sequestration abilities.

Obecność gazów (metanu lub dwutlenku węgla) w węglu kamiennym połączona jest z licznymi zagrożeniami dla pracowników zatrudnionych w podziemnych zakładach górniczych. Analizując układ węgiel-metan, konieczne jest określenie zależności między ciśnieniem a wielkością sorpcji gazu. Taki związek powinien być określony w warunkach podobnych do tych naturalnych – jeśli chodzi zarówno o temperaturę układu węgiel-metan i ciśnienie. Niniejszy artykuł omawia wyniki badań prowadzonych z użyciem brykietów węglowych poddanych naprężeniom mechanicznym. Próbki węgla pobrano w pięciu kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, pokazanych na mapie z Rys. 1. Pobrane próbki poddane zostały analizie technicznej, analizie składu mecerałowego oraz badaniom powierzchni właściwej metodą sorpcji niskociśnieniowej Właściwości pobranych węgli zestawiono w Tab. 1. W brykieciarce, pokazanej schematycznie na Rys. 2 wykonano brykiety węglowe o znanych właściwościach oraz znanych wartościach rezydualnych naprężeń radialnych. Wartości tych naprężeń zestawiono w Tab. 3. Wyznaczono izotermy sorpcji (z modelu Langmuira) dla dwutlenku węgla dla różnych wartości naprężeń mechanicznych oddziałujących na materiał węglowy. Wyniki wskazują na znaczący wpływ naprężeń w brykiecie na proces sorpcji. Wywarcie naprężenia mechanicznego wartości około 10 bar skutkuje ograniczeniem maksymalnej sorpcji Langmuira o około 1%, co pokazano na Rys. 9. przedstawiającym zależność maksymalnej sorpcji Langmuira od wartości naprężeń radialnych dla wszystkich przebadanych próbek węgla. Wyniki badań mogą okazać się przydatne przy analizie pokładów węgla z punktu widzenia ich zdolności do sekwestracji dwutlenku węgla.