Thermodynamic and kinetic processes associated with CO 2-sequestration and CO 2-enhanced coalbed methane production from unminable coal seams

Busch, Andreas; Littke, Ralf

doi:1110

Thermodynamic and kinetic processes associated with CO 2-sequestration and CO 2-enhanced coalbed methane production from unminable coal seams

Busch, Andreas (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Andreas Busch

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang150 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Littke, Ralf (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-05-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-11101
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62167/files/Busch_Andreas.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Kohlenflöz (Genormte SW) ; Gasgewinnung (Genormte SW) ; Kohle (Genormte SW) ; Gas (Genormte SW) ; Sorption (Genormte SW) ; Sorptionskinetik (Genormte SW) ; Kohlendioxid (Genormte SW) ; Methan (Genormte SW) ; Kohlendioxidemission (Genormte SW) ; Emissionsverringerung (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; CO2-Speicherung (frei) ; Flözgas (frei) ; Thermodynamik (frei) ; Technische Kinetik (frei) ; Textilien (frei) ; Faserverstärkter Kunststoff (frei) ; Maschinennähen (frei) ; Dreidimensionale Bearbeitung (frei) ; Faserverbundbauteil (frei) ; Herstellung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
In der vorliegenden Studie wurde die Thermodynamik und Kinetik der Gassorption (CH4, CO2) an Kohle untersucht. Sie ist eingebunden in ein Untersuchungsfeld, welches die CO2-Sequestrierung sowie die dadurch angeregte Flözgasförderung in nicht-abbaubaren Kohleflözen betrachtet. Diese Kombination wird als eine viel versprechende und realisierbare Option der Reduzierung anthropogener CO2-Emissionen betrachtet. Verschiedene weltweite Forschungsprojekte beschäftigen sich zurzeit mit dieser Fragestellung unter diversen geologischen und technischen Voraussetzungen. Unter diesen Projekten greift das RECOPOL-Projekt („Reduction of CO2 Emissions by means of CO2 Storage in the Silesian Basin in Poland”) auf europäischer Ebene und beinhaltet Laboruntersuchungen, Lagerstättenmodellierung, Geophysik sowie einen Feldtest im Oberschlesischen Kohlebecken in Polen. Als Partner in diesem weit gefassten, internationalen Konsortium stellte sich uns die Aufgabe, Einzel- und Mischgasexperimente an Kohlen aus dem Untersuchungsgebiet und unter den dort vorherrschenden in situ Bedingungen durchzuführen. In die Untersuchungen wurden weitere Kohleproben aus verschiedenen weltweiten Lokalitäten integriert, um gewonnene Erkenntnisse konkretisieren zu können, und um der Vielseitigkeit der Kohlen (Reife, Mazeralzusammensetzung, etc) gerecht zu werden. Die diversen Messungen wurden an 14 verschiedenen Kohlen durchgeführt, wobei Temperaturen von 22, 32 und 45°C und Drücke bis 230 bar (23 MPa) gewählt wurden, um den Lagerstättenbedingungen gerecht zu werden. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile, jeweils unter dem Gesichtspunkt unterschiedlicher, konkreter Fragestellungen: • Der erste Teil beinhaltet Messungen aus einem Ringversuch, initiiert durch das US Department of Energy. Die vorgegebene Aufgabe umfasste die Untersuchung von fünf Kohlen des Argonne Premium Coal Sample Programme. Es sollten CO2-Einzelgas-Isothermen an trockenen Kohlen bei 22°C und Drücken bis etwa 50 bar (5 MPa) aufgenommen werden. Zusätzlich wurden CH4-Messungen unter den gleichen Bedingungen sowie CO2/CH4-Mischgasexperimente bei 45°C und Drücken bis 180 bar (18 MPa) bestimmt. • Der zweite Teil behandelt die Kinetik der Gassorption an Kohle. Hierbei wurden CO2 und CH4 Adsorptions/Diffusions-Experimente an einer Kohleprobe aus dem Oberschlesischen Becken in Polen durchgeführt. Die Messungen erfolgten an verschiedenen Korngrößen sowie bei unterschiedlichen Temperaturen (32 und 45°C), an trockenen und feuchten Proben. • Der dritte Teil widmet sich der präferenziellen Sorption aus einer CO2/CH4-Gasmischung an Kohle. Messungen wurden an zehn verschiedenen Kohleproben bei 45°C und Drücken bis 230 bar (23 MPa) beschrieben. Es wurden trockene und Feuchte-äquilibrierte Kohlen sowie verschiedene Ausgangsgase verwendet.

The present thesis investigates the thermodynamic and kinetic processes associated with gas sorption (CO2, CH4) on coal. It is incorporated into a research field which studies CO2-sequestration in combination with CO2-enhanced coalbed methane production in unminable coal seams. This combination is regarded as a viable and promising option to reduce anthropogenic CO2-emissions. At the moment numerous world-wide research projects investigate the feasibility of this concept under different geological and technical conditions. Among these projects, the RECOPOL-project („Reduction of CO2 Emissions by means of CO2 Storage in the Silesian Basin in Poland”) is working on a European level and includes laboratory experiments, reservoir modeling, and geophysics as well as a field test in the Upper Silesian Basin in Poland. As a partner in this broad international consortium, it was the task to perform single- and mixed-gas sorption experiments on coals from the test site under the prevailing in situ reservoir conditions. Further coal samples from different coal basins all over the world have been integrated into this study to strengthen gained results and to address the diversity of coal samples in terms of rank, maceral composition, and moisture. Experiments have been performed on 14 different coal samples. Analytical temperatures were 22, 32 and 45°C at pressures up to 230 bar (23 MPa). The thesis is divided into three major chapters, each of them dealing with a different, well defined question: • The first part contains measurements that arose from a Round Robin initiated by the US Department of Energy. The different laboratories were supposed to investigate five different samples from the Argonne Premium Sample Programme. Measurements performed included CO2 single-gas isotherms on dry coals at 22°C and pressures up to about 50 bar (5 MPa). Additionally, CH4 experiments under the same experimental conditions as well as CO2/CH4 mixed-gas sorption experiments at 45°C and pressures up to 180 bar (18 MPa) have been carried out. • The second part investigates the kinetics of gas sorption on coal. To address this issue, CO2 and CH4 adsorption/diffusion experiments on one coal sample from the Upper Silesian Basin in Poland have been conducted on different grain sizes and temperatures (32 and 45°C) as well as on dry and moist coals. • The third part concentrates on the preferential sorption from CO2/CH4 gas-mixtures on coal. Measurements have been performed on ten different coal samples at 45°C and pressures up to 230 bar (23 MPa). Dry and moisture-equilibrated coals as well as different source gas compositions have been used.

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