Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях
Обсуждаются результаты исследований зависимости скорости эмиссии метана из ископаемых углей, насыщенных газом при 10 MPa, от температуры в интервале 262–363 K. Использовались гравиметрический и ЯМР-методы. Из аррениусовых зависимостей получены энергии активации диффузии, которые указывают на определ...
Saved in:
Date: | 2010 |
---|---|
Main Authors: | , , , , , |
Format: | Article |
Language: | Russian |
Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
Series: | Физика и техника высоких давлений |
Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69321 |
Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
Cite this: | Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях / А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, А.Н. Молчанов, Г.А. Троицкий, А.В. Дончук // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 150-156. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraineid |
irk-123456789-69321 |
---|---|
record_format |
dspace |
spelling |
irk-123456789-693212014-10-11T03:01:26Z Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях Алексеев, А.Д. Василенко, Т.А. Кириллов, А.К. Молчанов, А.Н. Троицкий, Г.А. Дончук, А.В. Обсуждаются результаты исследований зависимости скорости эмиссии метана из ископаемых углей, насыщенных газом при 10 MPa, от температуры в интервале 262–363 K. Использовались гравиметрический и ЯМР-методы. Из аррениусовых зависимостей получены энергии активации диффузии, которые указывают на определяющую роль десорбции с поверхности пор в контроле скорости эмиссии метана из углей средней стадии метаморфизма. Для антрацита энергия активации Е ≈ 40–50 kJ/mol, что соответствует энергии связи молекул метана, растворенных в твердой матрице угольного вещества. Обговорюються результати досліджень швидкості емісії метану з викопних вугіль, насичених газом при 10 MPa, в інтервалі температур 262–363 K. Використовувалися гравіметричний та ЯМР-методи. З арреніусових залежностей отримано енергії активації дифузії, які вказують на визначальну роль десорбції з поверхні пор в контролі швидкості емісії метану з вугілля середньої стадії метаморфізму. Для анрацита енергія активації Е ≈ 40–50 kJ/mol, що відповідає енергії зв'язку молекул метану, розчинених у твердій матриці вугільної речовини. The results of investigation of the methane emission rate in the temperature range 262–363 K from gas saturated at 10 MPa fossil coals are discussed. The gravimetric and NMR methods are used. Activation energy for diffusion was obtained from the Arrhenius dependence which indicate the decisive role of desorption from the surface of pores to control the rate of methane emission from coal of the middle stages of metamorphism. The activation energy for hard coal is E ≈ 40–50 kJ/mol, which corresponds to the binding energy of methane molecules dissolved in a solid matrix of coal substance. 2010 Article Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях / А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, А.Н. Молчанов, Г.А. Троицкий, А.В. Дончук // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 150-156. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 82.56.Ub, 81.05.Rm http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69321 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
collection |
DSpace DC |
language |
Russian |
description |
Обсуждаются результаты исследований зависимости скорости эмиссии метана из ископаемых углей, насыщенных газом при 10 MPa, от температуры в интервале 262–363 K. Использовались гравиметрический и ЯМР-методы. Из аррениусовых зависимостей получены энергии активации диффузии, которые указывают на определяющую роль десорбции с поверхности пор в контроле скорости эмиссии метана из углей средней стадии метаморфизма. Для антрацита энергия активации Е ≈ 40–50 kJ/mol, что соответствует энергии связи молекул метана, растворенных в твердой матрице угольного вещества. |
format |
Article |
author |
Алексеев, А.Д. Василенко, Т.А. Кириллов, А.К. Молчанов, А.Н. Троицкий, Г.А. Дончук, А.В. |
spellingShingle |
Алексеев, А.Д. Василенко, Т.А. Кириллов, А.К. Молчанов, А.Н. Троицкий, Г.А. Дончук, А.В. Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях Физика и техника высоких давлений |
author_facet |
Алексеев, А.Д. Василенко, Т.А. Кириллов, А.К. Молчанов, А.Н. Троицкий, Г.А. Дончук, А.В. |
author_sort |
Алексеев, А.Д. |
title |
Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях |
title_short |
Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях |
title_full |
Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях |
title_fullStr |
Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях |
title_full_unstemmed |
Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях |
title_sort |
температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях |
publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
publishDate |
2010 |
url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69321 |
citation_txt |
Температурная зависимость диффузионных процессов в пористых средах: подвижность метана в углях / А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, А.Н. Молчанов, Г.А. Троицкий, А.В. Дончук // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 3. — С. 150-156. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
series |
Физика и техника высоких давлений |
work_keys_str_mv |
AT alekseevad temperaturnaâzavisimostʹdiffuzionnyhprocessovvporistyhsredahpodvižnostʹmetanavuglâh AT vasilenkota temperaturnaâzavisimostʹdiffuzionnyhprocessovvporistyhsredahpodvižnostʹmetanavuglâh AT kirillovak temperaturnaâzavisimostʹdiffuzionnyhprocessovvporistyhsredahpodvižnostʹmetanavuglâh AT molčanovan temperaturnaâzavisimostʹdiffuzionnyhprocessovvporistyhsredahpodvižnostʹmetanavuglâh AT troickijga temperaturnaâzavisimostʹdiffuzionnyhprocessovvporistyhsredahpodvižnostʹmetanavuglâh AT dončukav temperaturnaâzavisimostʹdiffuzionnyhprocessovvporistyhsredahpodvižnostʹmetanavuglâh |
first_indexed |
2025-07-05T18:55:21Z |
last_indexed |
2025-07-05T18:55:21Z |
_version_ |
1836834327829151744 |
fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
© А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, А.Н. Молчанов, Г.А. Троицкий, А.В. Дончук, 2010
PACS: 82.56.Ub, 81.05.Rm
А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, А.Н. Молчанов,
Г.А. Троицкий, А.В. Дончук
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ: ПОДВИЖНОСТЬ МЕТАНА В УГЛЯХ
Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 30 июня 2010 года
Обсуждаются результаты исследований зависимости скорости эмиссии метана
из ископаемых углей, насыщенных газом при 10 MPa, от температуры в интервале
262–363 K. Использовались гравиметрический и ЯМР-методы. Из аррениусовых
зависимостей получены энергии активации диффузии, которые указывают на оп-
ределяющую роль десорбции с поверхности пор в контроле скорости эмиссии ме-
тана из углей средней стадии метаморфизма. Для антрацита энергия активации
Е ≈ 40–50 kJ/mol, что соответствует энергии связи молекул метана, растворен-
ных в твердой матрице угольного вещества.
Ключевые слова: ЯМР, ископаемый уголь, пористость, диффузия, сорбция, фазо-
вое состояние, энергия активации
Содержание метана в ископаемых углях обусловлено многими фактора-
ми: сорбционной способностью поверхности пор, температурой и давлением
газа в угольном пласте. В зависимости от этих факторов метан распределя-
ется в объеме пор в нескольких состояниях: 1) свободном, когда молекулы
имеют наибольшую подвижность и наибольшее количество степеней свобо-
ды; 2) адсорбированном на поверхности пор, когда ограничена трансляци-
онная подвижность или возможна только вращательная подвижность; 3)
сорбированном (растворенном) в объеме молекулярной структуры матрицы
углей, где все молекулы испытывают действие пристеночного потенциала
[1,2]. Скорость эмиссии метана из пористой среды зависит от содержания
всех возможных его состояний: газ из крупных пор и трещин удаляется в
течение нескольких секунд; газ, адсорбированный на стенках пор, выходит
из объема пор в течение нескольких часов; сорбированный метан может со-
храняться в угле более длительное время. Соотношение содержания указан-
ных состояний определяется прежде всего тем, насколько развита система
пор, а также распределением пор по размерам и полной удельной поверхно-
стью порового пространства.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
151
Сорбционный и гравиметрический методы позволяют выяснить, какая со-
ставляющая метана определяет процесс переноса в объеме пор и время
эмиссии. По кривым десорбции, полученным при различных температурах,
можно вычислить эффективный коэффициент диффузии Deff и энергию ак-
тивации, если процесс термоактивирован. Этот метод неприменим для
фильтрационных явлений, в которых скорость потери массы пропорцио-
нальна корню квадратному из температуры. Важным является проведение
температурных измерений процесса эмиссии одновременно для нескольких
частей одной и той же фракции насыщенного метаном угля.
Поэтому цель настоящего исследования – определение параметров десорб-
ции метана из некоторых марок углей при наборе температур, что дает воз-
можность определить энергию активации процесса десорбции и сделать за-
ключение о механизме переноса в объеме твердой матрицы ископаемых уг-
лей. При температурах выше комнатной в экспериментах использовали авто-
матизированный влагомер ADS200 с регистрацией массы через 20 s. Низко-
температурные исследования проводили с помощью стационарного и спек-
трометра спин-эхо с резонансной частотой f ≈ 20 MHz ядерных спинов атома
водорода 1Н. Более детально методика измерений изложена в работах [3,4].
Рассмотрим сначала результаты измерений коэффициента диффузии при
температурах, отличных от низких. Для объемного коэффициента диффузии
метана получены его значения при различных температурах.
Коэффициенты диффузии можно измерять на основе десорбции флюида
из угольных образцов при различных температурах (транспортный коэффи-
циент диффузии) и из измерений методом спин-эхо на импульсном ЯМР-
спектрометре (коэффициент самодиффузии).
Связь между коэффициентом самодиффузии и вязкостью определяется
уравнением Стокса–Эйнштейна
4s
kTD =
πση
, (1)
где σ – характерная длина межмолекулярного взаимодействия, η – коэффици-
ент динамической вязкости. Известно, что в достаточно большом интервале
температур для метана, этана и других алканов выполняется зависимость
Ds = 5.05·10–8T/η cm2/s, (2)
где η – вязкость, Pa·s [5]. Для метана при T = 313 K имеем Ds = 2.5·10–7 m2/s.
При ЯМР-измерениях релаксации спинов для метана в выражении для
амплитуды сигнала спин-эхо
( ) ( ) ( )2 3
2 2 0( ) exp 2 / exp 2 / exp (2 )
3c w
DI a T b T G⎛ ⎞τ = − τ + − τ γ τ⎜ ⎟
⎝ ⎠
(3)
достаточно ограничиться вторым слагаемым без учета времени спин-
спиновой релаксации Т2m. Поэтому определение Ds для метана более надеж-
но, чем для воды. В условиях пористой среды на процессы переноса оказы-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
152
вают влияние геометрические ограничения, когда длина пробега молекулы
до столкновения оказывается меньше, чем расстояние между молекулами в
открытом пространстве. Поэтому коэффициент диффузии выражается в виде
кнудсеновского коэффициента [4]. Измерения коэффициента самодиффузии
метана, проведенные с помощью спектрометра спин-эхо для антрацита и уг-
ля марки Д, показали изменение Ds в интервале 1·10–7–7·10–5 m2/s в зависи-
мости от давления газа в поровом пространстве [4]. На каждом этапе выхода
метана из закрытых пор условия релаксации спинов при ЯМР-измерениях
изменяются, что характеризуется своим значением Ds. Например, для антра-
цита на конечной стадии десорбции Ds = (2.3–2.9)·10–7 m2/s, что совпадает со
значением, полученным выше из равенства (2). В то же время транспортный
коэффициент, полученный при одновременном измерении процесса эмиссии
метана с помощью двух ЯМР-спектрометров, Deff = 3.8·10–11 m2/s при ком-
натной температуре.
Эксперименты при температурах, превышающих комнатную, проводили
на углях Донецкого бассейна. Угли, измельченные до фракции 3–4 mm, на-
сыщали метаном в камере высокого давления при 10 MPa в течение 7–10 d.
Кривые десорбции метана получены при температурах 323, 343 и 363 K. По
наклону кривой десорбции на конечных стадиях получены эффективные ко-
эффициенты диффузии. Энергию активации диффузии определяли из тан-
генса угла наклона графика в аррениусовых координатах ln(Deff)–1/T на ко-
нечной стадии десорбции. Результаты измерений представлены ранее [3].
Коэффициенты диффузии для углей Д, КЖ и А изменяются от 0.5·10–10 до
2.3·10–10 m2/s при температуре Т = 323 K, энергия активации Ea – от 19.1 до
27.4 kJ/mol.
После насыщения углей в течение более длительного срока (до одного
месяца) измеренная энергия активации для антрацита увеличилась до 48.2 ±
± 2.5 kJ/mol, а для угля марки КЖ осталась без изменений – 18.7 ± 3.7 kJ/mol.
Привлечение к рассмотрению данных,
полученных на ЯМР-спектрометрах для
антрацита при температуре 263 K [4],
показало, что энергия активации для
транспортной диффузии метана в ан-
траците составила Ea = 41.3 ± 2.9 kJ/mol
(рисунок). Полученные значения энер-
гии активации для всех углей под-
тверждают вывод о том, что эмиссия
метана из порового пространства уг-
лей является термоактивированной в
исследуемом интервале температур, а
ее скорость контролируется скоростью
десорбции с поверхности пор у всех
марок углей, кроме антрацита. Высо-
Рис. Изменение коэффициента диф-
фузии метана в аррениусовых коор-
динатах для антрацита в интервале
температур 262–353 K
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
153
кие значения энергии активации Ea на уровне 40–50 kJ/mol (0.4–0.5 eV) мо-
гут относиться к метану, растворенному в объеме матрицы угля, или моле-
кулам, адсорбированным в узких порах, размер которых сравним с размера-
ми самой молекулы.
Следует заметить, что проблема сорбции метана и других газов на углерод-
ные материалы изучалась достаточно подробно с использованием методов
ЯМР, неупругого нейтронного рассеяния и молекулярной динамики [6–8]. По-
лученные из сорбционных измерений значения дифференциальной и изостери-
ческой теплоты сорбции для метана на поверхности нанотрубок Q ≈ 0.27 eV
при степени покрытия 0.1 сравнимы с данными для энергии активации, полу-
ченными нами для углей Д и КЖ. Если учесть, что при двумерном характере
диффузии молекул вдоль поверхности пор при низких температурах Q = E + RT
(Е – энергия связи), то значения энергии активации близки к энергии связи ад-
сорбированных молекул метана с угольным веществом. Неупругое рассеяние
нейтронов и молекулярная динамика указывают на более высокие значения
энергии связи молекул метана с основной структурой углерода при низких
температурах [7]. Антрацит, имеющий более упорядоченную структуру арома-
тической компоненты, также должен показывать более высокую энергию связи
молекул метана, чем для других марок углей. Действительно, это выражено в
больших значениях энергии активации, приведенных выше.
Измерение подвижности и времен релаксации молекул метана в объеме
пор углей ранее проводилось в основном с помощью стационарного ЯМР-
спектрометра [9,10]. Результаты, полученные в этих работах, относятся к
метано-водной смеси. Действительно, уширение линии поглощения при по-
нижении температуры для метана происходит при температуре, значительно
ниже температуры кипения жидкого азота. В области температур T < 100 K
критической точкой является T = 90 K [11]. Ситуация существенно изменя-
ется при сорбции метана на поверхности графита в первом адсорбционном
слое [12], когда точка плавления для двумерной подвижности молекул мета-
на сдвигается до T = 61 K или даже до T = 56 K [13].
Соответственно уширение линии происходит при более низкой температуре,
чем для объемного твердого метана. Если молекула метана находится в окру-
жении молекул дейтерированной воды D2O, образуя газогидрат [13], ширина
линии не меняется вплоть до 4 K. Поэтому при температурах выше температу-
ры кипения жидкого азота можно определять характеристики только газооб-
разного и сорбированного метана. Такие измерения были выполнены в послед-
нее время с помощью стационарного ЯМР-спектрометра высокого разрешения
для смеси воды и метана в объеме пор пористых материалов [14].
Тем не менее представляют практический интерес температурные зависи-
мости в области низких температур времен релаксации T2 и ширины линий
поглощения ЯМР низкого разрешения для насыщенных метаном угольных
образцов. Такие измерения были проведены для ряда температур с помощью
спектрометра спин-эхо и стационарного ЯМР-спектрометра (таблица).
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
154
Таблица
Времена спин-спиновой релаксации и коэффициент самодиффузии метана
в зависимости от температуры. Обозначения соответствуют аппроксимации
сигнала спин-эхо в виде равенства (3)
T, K T2c, μs T2m, μs Ds, m
2/s
118
181
259
282
27
36
382
428
340
510
2.16·104
1.01·104
1.2·10–6
1.2·10–7
3.1·10–7
2.8·10–7
Из таблицы следует, что кажущееся время T2с, соответствующее времени
спин-спиновой релаксации ядер водорода, входящих в состав угольного ве-
щества, и полученное согласно представлению сигнала спин-эхо в виде (3),
изменяется в достаточно больших пределах, в то время как для антрацита
при комнатной температуре оно равно 58 μs. Это означает, что при низких
температурах T2c из выражения (3) определяется релаксацией спинов ядер
водорода угля и льда, а также переохлажденной воды. В режиме медленной
релаксации, когда скорость обмена между фазами воды мала по сравнению с
1
2T − , затухание сигнала спин-эхо происходит по закону, отличному от экс-
поненциального [15]. Поэтому в измерениях появляется составляющая T2,
равная примерно 20–30 μs, так как время релаксации спинов, входящих в
состав льда, равно ~ 10 μs [16,17] (или ширина линии 23 Gs). При более вы-
сокой температуре (см. таблицу) значения T2c относятся к жидкой фазе во-
ды. Реально наблюдаемая на автодинном спектрометре, созданном в Инсти-
туте физики горных процессов, ширина линий для льда составила 14 Gs
(T2 = 17 μs).
Аналогично можно относиться и к данным для метана (третий и четвер-
тый столбцы таблицы). При низких температурах время спин-спиновой ре-
лаксации T2m относится к сорбированной компоненте метана. При более вы-
соких температурах значения T2m ~ 104 μs соответствуют подвижности мо-
лекул свободного метана в объеме пор. Более высокое значение коэффици-
ента самодиффузии при температуре 118 K по сравнению с Ds при комнат-
ной температуре связано с изменением механизма релаксации спинов и пе-
реходу от объемной диффузии к поверхностной. Более подробно эта про-
блема рассмотрена в отдельной нашей статье [18].
1. A.D. Alexeev, T.A. Vasilenko, V.V. Sinolitsky, V.E. Zaidenvarg, Chem. Solid Fuel
(Moscow) 1, 16 (1993).
2. Z. Weishauptová, J. Medek, L. Kovář, Fuel 83, 1759 (2004).
3. Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, Н.И. Волошина, Я.В. Шажко, ФТВД 17, № 4, 91
(2007).
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
155
4. А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, Т.А. Троицкий, А.Н. Молчанов,
ФТВД 19, № 4, 117 (2009).
5. Y. Zhang, G.J. Hirasaki, W.V. House, and R. Kobayashi, SPWLA 43rd Annual Log-
ging Symposium, Oiso, Japan, June 2–5, 2002.
6. J.H. Quateman, M. Bretz, Phys. Rev. Lett. 49, 1503 (1982).
7. S. Yang, L. Ouyang, J.M. Phyllips, and W.Y. Ching, Phys. Rev. B73, 165407 (2006).
8. S. Talapatra, A.D. Migone, Phys. Rev. B65, 045416 (2002).
9. А.Д. Алексеев, Е.В. Ульянова, Т.А. Василенко, Успехи физических наук 175, 1217
(2005).
10. A.D. Alexeev, E.V. Ulyanova, N.A. Kalugina, S.E. Degtyar, Condensed Matter Phys-
ics 9, 1, 109 (2006).
11. K. Tomita, Phys. Rev. 89, 429 (1953).
12. J.P. Coulomb, M. Bienfait, P. Thorel, Phys. Rev. Lett. 49, 733 (1973).
13. S.K. Garg, S.R. Gough, D.W. Davidson, J. Chem. Phys. 63, 1646 (1975).
14. V.V. Turov, A.A. Turova, E.V. Goncharuk, V.M. Gun’ko, Applied Surface Science
255, 3310 (2008).
15. J.R. Zimmerman, W.E. Britten, J. Chem. Phys. 61, 1328 (1957).
16. F. Mallamacea, M. Broccio, C. Corsaro et al., J. Chem. Phys. 124, 161102 (2006).
17. В.В. Манк, Н.И. Лебовка, Спектроскопия ядерного магнитного резонанса воды в
гетерогенных средах, Наукова думка, Киев (1988).
18. А.Д. Алексеев, Т.А. Василенко, А.К. Кириллов, А.Н. Молчанов, Г.А. Троицкий,
А.В. Дончук, ФТВД 20, № 2, 132 (2010).
А.Д. Алексєєв, Т.А. Василенко, А.К. Кірілов, О.М. Молчанов, Г.А. Троїцький, А.В. Дончук
ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ДИФУЗІЙНИХ ПРОЦЕСІВ У
ПОРУВАТИХ СЕРЕДОВИЩАХ: РУХЛИВІСТЬ МЕТАНУ У ВУГІЛЛЯХ
Обговорюються результати досліджень швидкості емісії метану з викопних вугіль,
насичених газом при 10 MPa, в інтервалі температур 262–363 K. Використовували-
ся гравіметричний та ЯМР-методи. З арреніусових залежностей отримано енергії
активації дифузії, які вказують на визначальну роль десорбції з поверхні пор в кон-
тролі швидкості емісії метану з вугілля середньої стадії метаморфізму. Для анраци-
та енергія активації Е ≈ 40–50 kJ/mol, що відповідає енергії зв'язку молекул метану,
розчинених у твердій матриці вугільної речовини.
Ключові слова: ЯМР, викопне вугілля, поруватість, метан, дифузія, сорбція, фазо-
вий стан, енергія активації
A.D. Alexeev, T.A. Vasilenko, A.K. Kirillov, A.N. Molchanov, G.A. Troitsky, A.V. Donchuk
TEMPERATURE DEPENDENCE OF THE DIFFUSION PROCESSES
IN POROUS MEDIA: THE MOBILITY OF METHANE OF FOSSIL COALS
The results of investigation of the methane emission rate in the temperature range 262–363 K
from gas saturated at 10 MPa fossil coals are discussed. The gravimetric and NMR meth-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 3
156
ods are used. Activation energy for diffusion was obtained from the Arrhenius depend-
ence which indicate the decisive role of desorption from the surface of pores to control
the rate of methane emission from coal of the middle stages of metamorphism. The acti-
vation energy for hard coal is E ≈ 40–50 kJ/mol, which corresponds to the binding energy
of methane molecules dissolved in a solid matrix of coal substance.
Keywords: NMR, fossil coal, porosity, methane, diffusion, sorption, phase state, activa-
tion energy
Fig. Changes in methane diffusion coefficient in Arrhenius coordinates for anthracite in
262–353 K temperature range
|