Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана
Проведено исследование десорбции метана из угля марки К пласта m3 шахты «Северная» с учетом окисления при температурах до 150°С. Установлены зависимости скорости десорбции метана при разных температурах окисления. Проведено дослідження десорбції метану з вугілля марки К пласта m3 шахти «Північна» з...
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108088 |
| 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: | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана / В.В. Завражин, Д.В. Мельников, Л.В. Шевченко, И.И. Клочко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 17-21. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859469994661773312 |
|---|---|
| author | Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Шевченко, Л.В. Клочко, И.И. |
| author_facet | Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Шевченко, Л.В. Клочко, И.И. |
| citation_txt | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана / В.В. Завражин, Д.В. Мельников, Л.В. Шевченко, И.И. Клочко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 17-21. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Проведено исследование десорбции метана из угля марки К пласта m3 шахты «Северная» с учетом окисления при температурах до 150°С. Установлены зависимости скорости десорбции метана при разных температурах окисления.
Проведено дослідження десорбції метану з вугілля марки К пласта m3 шахти «Північна» з урахуванням окиснення при температурах до 150°С. Встановлено залежності швидкості десорбції метану при різних температурах окиснення.
The effect of coking coal oxidation at temperatures up to 150°C on methane desorption rate was studied using the coal samples collected from seam m3 of mine «Severnaya». Parameters of methane desorption kinetics were established for various oxidation temperatures.
|
| first_indexed | 2025-11-24T09:05:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
17
УДК 622.822.22
В.В. Завражин1, Д.В. Мельников1, Л.В. Шевченко1, И.И. Клочко2
ВЛИЯНИЕ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЯ НА КИНЕТИКУ ДЕСОРБЦИИ МЕТАНА
1Институт физики горных процессов НАН Украины
2Донецкий национальный технический университет
Проведено исследование десорбции метана из угля марки К пласта m3 шахты «Се-
верная» с учетом окисления при температурах до 150°С. Установлены зависимо-
сти скорости десорбции метана при разных температурах окисления.
Ключевые слова: уголь, десорбция метана, температура, окисление, коэффициент
массопереноса, энергия активации
Одной из проблем, значительно осложняющих ведение очистных и под-
готовительных работ, являются процессы самовозгорания угля, разрушенно-
го внезапными выбросами. Это связано в первую очередь с тем фактором,
что повышение температуры интенсифицирует газовыделение, приводящее
к пожарам и взрывам.
Цель данной работы – определение кинетики выхода метана из угля при
повышенных температурах, а также влияния температуры на процессы
окисления.
При нагревании угля происходят несколько процессов:
– десорбция метана из угля в результате его нагрева до 100–300°С;
– образование газообразных летучих продуктов, в том числе и метана,
при нагревании угля до 300–1000°С;
– газификация угля (и образующегося кокса), особенно в условиях непол-
ного сгорания (при ограниченном доступе воздуха).
Ход газовыделения обычно регистрируют при определенных температу-
рах в изотермических условиях или при нагревании с подходящей постоян-
ной скоростью. Полученные кривые позволяют интерпретировать термиче-
скую деструкцию с точки зрения кинетических процессов, происходящих во
время нагревания.
Для исследования влияния температуры на кинетику выхода метана ис-
пользовали уголь марки Т, отобранный в конвейерном штреке восточной
коренной лавы пласта m3 шахты «Северная» ГП «Макеевуголь». Мощность
пласта 1,09–1,2 м, угол падения 13, Vdaf = 19,2–20,4 %, природная газонос-
ность 27,3 м3/т.с.б.м.
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
18
Были подготовлены образцы размером 2–2,5 и 0,4–0,5 мм. Уголь высуши-
вали в печи при Т = 100°С в течение 1 ч. Затем засыпали в контейнеры и
проводили насыщение метаном при давлении 100 атм в течение 10 сут.
После вскрытия контейнеров определяли зависимости десорбции метана
из угля от времени при разных температурах Т (рис. 1), используя методику,
разработанную в ИФГП НАНУ [2].
а б
Рис. 1. Кривые десорбции метана из угля фракции 2,0–2,5 мм (а) и 0,4–0,5 мм (б)
при разных температурах Т, °С: ◊ – 20, □ – 50, ∆ – 90, × – 110, ×| – 130, ○ – 150
Из анализа графиков можно сделать вывод, что процесс окисления, начиная
с температуры 90ºС, заметно изменяет ход кривой десорбции метана из угля.
Как видно из представленных зависимостей, необходимо учитывать про-
цесс окисления угля при высоких температурах, особенно с уменьшением
фракции угля. Для этого проведены исследования кинетики процессов окис-
ления при разных температурах для составов двух фракций (рис. 2).
а б
Рис. 2. Зависимости окисления угля фракций 2,0–2,5 мм (а) и 0,4–0,5 мм (б) от вре-
мени при различных температурах Т, °С: 1 – 150, 2 – 130, 3 – 110
Используя уравнение Аррениуса [3], для химических реакций определяли
энергию активации процесса окисления для угля марки Т в зависимости от
фракционного состава, которая составила 70–75 кДж/моль, что соизмеримо
с величиной энергии необратимой хемосорбции [4].
На основе полученных результатов был произведен пересчет значений
количества метана при десорбции в зависимости от времени с учетом про-
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
19
цесса окисления. На рис. 3 показана кинетика выхода метана из угля фрак-
ции 0,4–0,5 мм с учетом окисления при разных температурах.
а б
в
Используя полученные результаты, рассчитали значения скорости выхода
метана от времени при разных температурах (рис. 4).
В основу метода расчета эффективных параметров массопереноса поло-
жен принцип определения количества метана в процессе его десорбции из
газонасыщенных образцов угля двух фракций.
Расчетная формула для коэффициента массопереноса D имеет вид
2 2
2 1 1 2
1
2
ln ln
6 ln
r Q r Q
D
Q
t
Q
, (1)
где r1, r2 – размер фракций угля, м;
t – время десорбции, с; Q1, Q2 – от-
носительное изменение количества
метана за время десорбции, соответ-
ствующее каждой фракции.
Энергию активации выхода мета-
на из угля Е определяют путем изме-
рения скорости процесса при раз-
личных температурах.
Расчет величины Е производится
по формуле
Рис. 3. Зависимости выхода метана из
угля вракции 0,4–0,5 мм от времени при
температурах 110 (а), 130 (б) и 150С (в):
1 – без учета окисления, 2 – с учетом
окисления
Рис. 4. Зависимости скорости выхода
метана из угля при разных температу-
рах Т, °С: 1 – 20, 2 – 50, 3 – 90, 4 – 130
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
20
Е = 1 2 1
1 2 2
ln
T T D
R
T T D
, (2)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/мольград; Т1, Т2 – температу-
ры, при которых определяются соответственно D1 и D2: Т1 = 291–298 К, Т2 =
= 313–318 К.
Зная экспериментальные значения энергии активации выхода метана из
угля и значения коэффициента массопереноса, расчитывали предэкспонен-
циальный множитель D0:
эксп
0
эксп экспexp( / )
D
D
E kT
. (3)
Определив значение D0, можно рассчитать значения коэффициента мас-
сопереноса при любой температуре (рис. 5).
Выводы
1. Разработана методика определения кинетических параметров десорб-
ции метана из угля с учетом параллельно протекающего процесса окисле-
ния.
2. Показано, что с уменьшением фракции угля увеличивается скорость
его окисления в 3 – 5 раз.
3. Разработана методика определения коэффициента массопереноса мета-
на из угля в зависимости от температуры, которая позволяет определить
скорость и количество метана, выделяющегося из угольного массива и вы-
брошенной горной массы при пожарах.
Работа выполнена в рамках проекта УНТЦ № 4202.
1. Веселовский В.С. Начальная стадия окисления каменных и бурых углей /
В.С. Веселовский // ХТТ.– 1971.– №5.– С. 51–54.
2. Стариков Г.П. Способ определения коэффициента диффузии метана в ископа-
емом угле / Г.П. Стариков, В.В. Завражин, Д.В. Мельников, Т.А. Василенко,
И.Н. Смоланов // Физико-технические проблемы горного производства. –
ИФГП НАНУ. – Донецк: 2003. – № 6. – С.151–156.
Рис. 5. Расчетные (○) и эксперимен-
тальные (□) значения коэффициента
массопереноса метана из угля при раз-
ных температурах
Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13
21
3. Эмануэль Н.М. Курс химической кинетики / Н.М Эмануэль, Д.Г. Кнорре. – М.:
Высшая школа, 1969. – 432 с.
4. Смитина В.А. Фізико-хімічні явища на поверхні твердих тіл / В.А. Смитина. –
Одеса: Астропринт, 2009. – 192 с.
В.В. Завражин, Д.В. Мельников, Л.В. Шевченко, І.І. Клочко
ВПЛИВ ОКИСНЕННЯ ВУГІЛЛЯ НА КІНЕТИКУ ДЕСОРБЦІЇ МЕТАНУ
Проведено дослідження десорбції метану з вугілля марки К пласта m3
шахти «Пів-
нічна» з урахуванням окиснення при температурах до 150°С. Встановлено залеж-
ності швидкості десорбції метану при різних температурах окиснення.
Ключові слова: вугілля, десорбція метану, температура, окиснення, коефіцієнт ма-
сопереносу, енергія активації
V.V. Zavrazhin, D.V. Melnikov, L.V. Shevchenko, I.I. Klochko
THE EFFECT OF COAL OXIDATION ON METHANE DESORPTION
KINETICS
The effect of coking coal oxidation at temperatures up to 150°C on methane desorption
rate was studied using the coal samples collected from seam m3 of mine «Severnaya».
Parameters of methane desorption kinetics were established for various oxidation tem-
peratures.
Keywords: coal, methane desorption, temperature, coal oxidation, mass transfer coeffi-
cient, activation energy
Статья поступила в редакцию 7 июня 2010 года
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108088 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T09:05:52Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Шевченко, Л.В. Клочко, И.И. 2016-10-29T16:18:42Z 2016-10-29T16:18:42Z 2010 Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана / В.В. Завражин, Д.В. Мельников, Л.В. Шевченко, И.И. Клочко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 17-21. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108088 622.822.22 Проведено исследование десорбции метана из угля марки К пласта m3 шахты «Северная» с учетом окисления при температурах до 150°С. Установлены зависимости скорости десорбции метана при разных температурах окисления. Проведено дослідження десорбції метану з вугілля марки К пласта m3 шахти «Північна» з урахуванням окиснення при температурах до 150°С. Встановлено залежності швидкості десорбції метану при різних температурах окиснення. The effect of coking coal oxidation at temperatures up to 150°C on methane desorption rate was studied using the coal samples collected from seam m3 of mine «Severnaya». Parameters of methane desorption kinetics were established for various oxidation temperatures. Работа выполнена в рамках проекта УНТЦ № 4202. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Физика угля и горных пород Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана Вплив окиснення вугілля на кінетику десорбції метану The effect of coal oxidation on methane desorption kinetics Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана Завражин, В.В. Мельников, Д.В. Шевченко, Л.В. Клочко, И.И. Физика угля и горных пород |
| title | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана |
| title_alt | Вплив окиснення вугілля на кінетику десорбції метану The effect of coal oxidation on methane desorption kinetics |
| title_full | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана |
| title_fullStr | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана |
| title_full_unstemmed | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана |
| title_short | Влияние окисления угля на кинетику десорбции метана |
| title_sort | влияние окисления угля на кинетику десорбции метана |
| topic | Физика угля и горных пород |
| topic_facet | Физика угля и горных пород |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108088 |
| work_keys_str_mv | AT zavražinvv vliânieokisleniâuglânakinetikudesorbciimetana AT melʹnikovdv vliânieokisleniâuglânakinetikudesorbciimetana AT ševčenkolv vliânieokisleniâuglânakinetikudesorbciimetana AT kločkoii vliânieokisleniâuglânakinetikudesorbciimetana AT zavražinvv vplivokisnennâvugíllânakínetikudesorbcíímetanu AT melʹnikovdv vplivokisnennâvugíllânakínetikudesorbcíímetanu AT ševčenkolv vplivokisnennâvugíllânakínetikudesorbcíímetanu AT kločkoii vplivokisnennâvugíllânakínetikudesorbcíímetanu AT zavražinvv theeffectofcoaloxidationonmethanedesorptionkinetics AT melʹnikovdv theeffectofcoaloxidationonmethanedesorptionkinetics AT ševčenkolv theeffectofcoaloxidationonmethanedesorptionkinetics AT kločkoii theeffectofcoaloxidationonmethanedesorptionkinetics |