Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів
Используя аппарат классической молекулярной физики и коллоидной химии, показана возможность генерации метана в поровом пространстве угля путем деструкции высокомолекулярного органического вещества механизмами цепных свободнорадикальных реакций с увеличением объема. Система газ-уголь рассматривае...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33306 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів / Ю.В. Стефаник, В.М. Хромов, П.М. Явний // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 94-98. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-33306 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-333062012-05-28T13:26:45Z Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів Стефаник, Ю.В. Храмов, В.М. Явний, П.М. Используя аппарат классической молекулярной физики и коллоидной химии, показана возможность генерации метана в поровом пространстве угля путем деструкции высокомолекулярного органического вещества механизмами цепных свободнорадикальных реакций с увеличением объема. Система газ-уголь рассматривается нами как гетерогенная с локальными проявлениями высокой степени разряжения, образованной вследствие комбинации нано-, микро- и макроструктур. Using classical instrument of molecular physics and colloid chemistry possibilities of methane generation within porosity coal space by high-molecular substance decomposition with free radical chain reaction it is shown. The system is considered as superfine heterogenic with high depression that realized through combination nano-, micro- and macrostructures. Quantities of methane than could be generated by initial of free radical reactions in the disrupted seam (includes man-caused) practically unlimited in the presence of organic matter. 2010 Article Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів / Ю.В. Стефаник, В.М. Хромов, П.М. Явний // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 94-98. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33306 553.94: 551.735(477.82/83) uk Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Используя аппарат классической молекулярной физики и коллоидной химии, показана
возможность генерации метана в поровом пространстве угля путем деструкции высокомолекулярного органического вещества механизмами цепных свободнорадикальных реакций с
увеличением объема. Система газ-уголь рассматривается нами как гетерогенная с локальными проявлениями высокой степени разряжения, образованной вследствие комбинации нано-,
микро- и макроструктур. |
| format |
Article |
| author |
Стефаник, Ю.В. Храмов, В.М. Явний, П.М. |
| spellingShingle |
Стефаник, Ю.В. Храмов, В.М. Явний, П.М. Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів Геотехническая механика |
| author_facet |
Стефаник, Ю.В. Храмов, В.М. Явний, П.М. |
| author_sort |
Стефаник, Ю.В. |
| title |
Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів |
| title_short |
Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів |
| title_full |
Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів |
| title_fullStr |
Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів |
| title_full_unstemmed |
Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів |
| title_sort |
спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33306 |
| citation_txt |
Спосіб отримання енергетичного газу з некондиційних вугільних пластів шляхом ініціації ланцюгової реакції утворення вільних радикалів / Ю.В. Стефаник, В.М. Хромов, П.М. Явний // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 94-98. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT stefanikûv sposíbotrimannâenergetičnogogazuznekondicíjnihvugílʹnihplastívšlâhomínícíacíílancûgovoíreakcííutvorennâvílʹnihradikalív AT hramovvm sposíbotrimannâenergetičnogogazuznekondicíjnihvugílʹnihplastívšlâhomínícíacíílancûgovoíreakcííutvorennâvílʹnihradikalív AT âvnijpm sposíbotrimannâenergetičnogogazuznekondicíjnihvugílʹnihplastívšlâhomínícíacíílancûgovoíreakcííutvorennâvílʹnihradikalív |
| first_indexed |
2025-07-03T14:01:58Z |
| last_indexed |
2025-07-03T14:01:58Z |
| _version_ |
1836634676156956672 |
| fulltext |
94
3. Кондратов Л. С. Исследование газового поля шахтных полей по адсорбированной форме газа с целью
предотвращения аварийных ситуаций / Л. С. Кондратов, Л. М. Фокина // Наука и техника в газовой промыш-
ленности, 2009. – № 3. – С. 47 – 53.
4. Лепігов Г. Д. Концентрація вуглеводнів в Донбасі в світлі абіогенної теорії їх генезису / Г. Д. Лепігов,
С. І. Орлів, В. М. Гулій // Геолог України, 2008. – № 3. – С. 73 – 79.
5. Лепігов Г. Д. Геологічна модель передумов концентрації глибинного метану у вугленосних товщах /
Г. Д. Лепігов, С. І. Орлів, В. М. Гулій // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украи-
ны. – Днепропетровск, 2008. – С. 11 – 17.
6. Льовкін М. Б. Розробка науково-організаційних методів запобігання аваріям та травматизму на основі
встановлення закономірностей їх проявлення у вугільних шахтах України. Автореф. дис. … д.т.н., Державний
Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості (МакНДІ). – Макіївка –
2003.
7. Скурский М. Д. Золото-редкоземельно-редкометалльно-нефтегазоугольные месторождения и их прогноз
в Кузбассе / М. Д. Скурский. – Кемерово : КузГТУ, 2005. – 627 с.
8. Сывороткин В. Л. Экологические аспекты дегазации Земли. Автореф. дис. … к.г.-м.н. – МГУ: М. – 2001.
9. Guliy V. Geological, geochemical and isotopic models of methane concentration in the Ukrainian coal basins /
V. Guliy, G. Lepigov, O. Tysiachna // X Isotope Workshop of the ESIR, Zlotniki Luban'skie, Poland, 2009. Abstract.
10. A review of the occurrence, form and origin of C-bearing species in the Khibiny Alkaline Igneous Complex,
Kola Peninsula, NW Russia / V. A. Nivin, P. J. Treloar, N. G. Konopleva, S. V. Ikorsky // Carbonatites Plus. A special
issue arising from the EuroCarb ESF Network Lanzarote and Fuerteventura, Spain 16-21 September 2003. Eds. F. Wall,
G. Rosatelli, F. Stoppa. – P. 93 – 112.
УДК 553.94: 551.735(477.82/83)
Д-р. техн. наук Ю. В. Стефаник,
канд. геол. наук В. М. Храмов,
м.н.с. П. М. Явний (ІГГГК НАН України)
СПОСІБ ОТРИМАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ГАЗУ З
НЕКОНДИЦІЙНИХ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ ШЛЯХОМ ІНІЦІАЦІЇ
ЛАНЦЮГОВОЇ РЕАКЦІЇ УТВОРЕННЯ ВІЛЬНИХ РАДИКАЛІВ
Используя аппарат классической молекулярной физики и коллоидной химии, показана
возможность генерации метана в поровом пространстве угля путем деструкции высокомоле-
кулярного органического вещества механизмами цепных свободнорадикальных реакций с
увеличением объема. Система газ-уголь рассматривается нами как гетерогенная с локальны-
ми проявлениями высокой степени разряжения, образованной вследствие комбинации нано-,
микро- и макроструктур.
METHOD OF ENERGY GAS ESTIMATION FROM
NON-CONDITIONED COAL SEAMS BY FREE RADICAL CHAIN
REACTION INITIAL
Using classical instrument of molecular physics and colloid chemistry possibilities of methane
generation within porosity coal space by high-molecular substance decomposition with free radical
chain reaction it is shown. The system is considered as superfine heterogenic with high depression
that realized through combination nano-, micro- and macrostructures. Quantities of methane than
could be generated by initial of free radical reactions in the disrupted seam (includes man-caused)
practically unlimited in the presence of organic matter.
Значні запаси некондиційного вугілля, яке незатребуване шахтним видобут-
ком в межах Львівсько-Волинського кам’яновугільного басейну може стати
суттєвим джерелом забезпечення України природним газом метаном, що допо-
http://www.iqlib.ru/search/author.visp?name=��������%20�.�.
http://www.iqlib.ru/search/author.visp?name=��������%20�.�.
http://www.iqlib.ru/publishers/publisher/A56D883CCE9D4CF8B3FC2C66E6E41E38
95
може вирішити як економічні питання забезпечення енергоносіями, так і полі-
тичні аспекти енергетичної незалежності і самодостатності.
В нашій роботі ми пропонуємо новий підхід щодо механізму метаногенера-
ції в різних мікрокомпонентах вугілля відповідно до розмірності та взаємної
комбінації порожнин.
Більшість дослідників розглядають і досліджують процеси перетворення ор-
ганічної речовини вугілля (ОР) за умовин відповідного геостатичного тиску у
пласті [1-10]. На нашу думку такий підхід частково правильний лише для сис-
теми газ-вугілля з макроскопічними (>10
-4
м) розмірами пустот, але жодним
чином не висвітлює процеси у мікро- (10
-6
-10
-5
м) та наноскопічних (10
-9
-10
-8
м)
просторах.
Погляди щодо пояснення процесів метаногенерації у наноструктурах вугіл-
ля не нова. Концептуальні питання описані і розвиваються російськими і украї-
нськими вченими [11].
На нашу думку аналогічні процеси відбуваються до мікрорівня, визначаль-
ним є не тільки наявність порожнин певного розміру, але обов’язкова їхня пев-
на комбінація. В представленій роботі нами зроблено спробу дати кількісну
оцінку процесу.
Отже, мета дослідження - використовуючи апарат класичної молекулярної
фізики та колоїдної хімії визначити передумови генезису та динаміки метану у
поровому просторі вугілля шляхом розкладу високомолекулярної органічної
речовини механізмами вільнорадикальних реакцій зі збільшенням об’єму в ге-
терогенній сильно подрібненій системі з високим ступенем розрідження, який
реалізується через комбінації нано-, мікро- та макроструктур.
Розглянемо гетерогенну систему газ-вугілля (СГВ) за сталою температури
для всіх фаз. Така система не може бути описаною лише макроскопічними па-
раметрами температури, тиску та питомого об’єму кожної фази, тому що дис-
персність структур газоконтейнерів зумовлює чисельні локальні зони з уніка-
льними термодинамічними характеристиками.
Нами в роботі використовується явище, що описує та розглядає розділ мо-
лекулярної фізики: «у буквальному розумінні частину простору, що не зайнята
речовиною називають вакуум. Це означає, що в ємності певного об’єму ство-
риться вакуум, коли будь яким способом з неї вилучити всі молекули газу, тоб-
то створити абсолютну пустоту. У повсякденному житті поняття вакуум позба-
влено змісту. Ступень вакууму визначається величиною тиску, який створюєть-
ся у посудині залишкові молекули повітря чи якогось іншого газу. Але тиск га-
зу пов'язаний з вільним пробігом молекул, а саме λ=1/Р (рис. 1). Тому під ваку-
умом розуміють таке розрідження газу, при якому довжина вільного пробігу
молекул більша за геометричні розміри посудини.
Отже, поняття вакуум не є абсолютним, а відносним…Наприклад, при дуже
малих розмірах посудини вакуум може бути за нормальних умов, тому що тут
виконуватиметься співвідношення L , де L – геометричний розмір посудини.
Прикладом можуть бути пористі тіла (відпалена глина, вугілля тощо), у яких
під атмосферним тиском газ у порах з розмірами 10
-5
см буде розріджений на-
96
стільки, що являтиме собою вакуум. Залежно від тиску, який створюють зали-
шкові гази, вакуум розділяють на низький (10
5
-10
2
), середній (10
2
-10
-1
), високий
(10
-1
-10
-5
) і надвисокий (10
-5
і нижче)» [6].
При наповненості порожнин газовою фазою речовини у порі меншого раді-
усу тиск значно менший від геостатичного (рис. 1), що сприяє протіканню віль-
норадикальних реакцій зі збільшенням об’єму, зокрема утворення метану з ви-
сокомолекулярних органічних речовин вугілля.
Необхідно зазначити, що описана схема фізично-хімічних умовин у порово-
му просторі вугілля вірна лише для газу. Якщо пори будь яких розмірів містять
рідину, то умовини змінюються на протилежні.
В нашій роботі зроблено спробу дати кількісну оцінку залежності концент-
рації газу в порожнині від його діаметру та довжини.
Розглянемо об’єкт (рис. 1) з діаметром d1 та довжиною L. З однієї сторони
він закритий, а іншої відкритий у простір з діаметром d2 значно більшим. Згідно
закону збереження енергії, середня енергія частинок у порожнинах 1 та 2 має
бути однакова. Будемо вважати, що енергія частинки у просторі 2 суто кінетич-
на, а у просторі 1 – кінетична і потенціальна. Потенціальна енергія пропорційна
площі поверхні капіляра.
d1
L
- Порожнина 1 - ( )вільний пробіг молекули ( ) більше розміру порожнини зона метаногенераціїλ
- Порожнина 2 - вільний пробіг молекули ( ) менше розміру порожниниλ
- ( органічна речовина вугілля)Літобазис
P pgh
гео
=
P << P гео
T = const
λ
Рис. 1 – Схема термодинамічних характеристик газової фази в
поровому просторі вугілля
Враховуючи баланс енергії для вказаного об’єкту отримуємо наступне рівнян-
ня :
97
121
4111
dL
а
сc
, (1)
де с1 та с2 (моль/м
3
) – молярні концентрації газу відповідно у порожнинах 1 та 2;
а (м)- відношення питомої енергії (потенціальна) взаємодії молекули з поверх-
нею порожнини 1 до питомої кінетичної енергії молекули; L та d – лінійні роз-
міри порожнини (довжина і діаметр). Формула (1) показує, що із зменшенням
лінійних розмірів порожнини 1 концентрація газу в ній зменшується до концен-
трації у порожнині 2.
Застосовуючи рівняння стану Мендєлєєва-Клаперона до формули 1, отрима-
ємо вираз для визначення тиску у порожнині 1:
12
1
411
1
dLRT
a
P
P , (2)
де R (Дж/моль·К) – універсальна газова стала; T (Кельвін) – температура; Р1 та
P2 (Па) – тиск у порожнинах 1 і 2.
Отже, за формулами (1) і (2) можна оцінити термодинамічні умовини рівно-
ваги у порожнинах системи газ-вугілля в залежності від геостатичного тиску,
розміру порожнин і температури системи (пласта).
Рис. 2 – Графік залежності тиску у порі від радіусу
Крива залежності (рис. 2) побудована для геостатичного тиску 10 МПа і те-
мператури 300 К. В порах радіусом порядку 1 мм газ знаходиться під геостати-
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07
R=d 1 /2 (нм)
P (Па)
98
чним тиском. Зі зменшенням радіусу пори (комбінації пор) тиск газу зменшу-
ється.
Запропонований механізм генерації метану механізмом ініціації ланцюгових
вільнорадикальних реакцій підтверджує точку зору Скипочки С. І. та Паламар-
чук Т. А. про додаткове раптове газовиділення (генерацію) метану під час ви-
кидів газу у шахтних виробках під час механічного руйнування вугілля в наслі-
док вільних метильних груп (метильних радикалів). Твердим залишком таких
реакцій є «бешенная мука», значні структурні та фізико-хімічні властивості
якого значно відрізняються від вихідних властивостей вугілля [12, 13].
Кількість метану, що утворюється внаслідок ініціації вільнорадикальних ре-
акцій через порушення рівноваги у пласті (включно техногенний вплив), прак-
тично необмежений за наявності органічної речовини.
Отже, вугільний пласт можна розглядати як природний газогенератор мета-
ну за умови ініціації вільнорадикальних ланцюгових реакцій. Можливими ме-
ханізмами реалізації є механічний (ультразвук, вибух, розгрузка тисків) та хімі-
чний (додавання речовин з активними радикалами) вплив на вугільний пласт.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Кравцов А. И. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР. Том 3. Генезис и закономер-
ности распределения природных газов угольных бассейнов и месторождений СССР / А. И. Кравцов. – М. : Не-
дра, 1980. – 218 с.
2. Кушнирук В. А. Газоносность угольной толщи Львовско-Волынского угольного бассейна /
В. А. Кушнирук. – К. : Наук. думка, 1978. – 120 с.
3. Иванов А. К. Систематизация природных газов и газовая зональность каменноугольных бассейнов /
А. К. Иванов. – Львов-Киев, 1980. – 148 с. (Труды Института геологии и геохимии горючих ископаемых АН
УССР, вып. 15).
4. Лидин Г. Д. Газообильность каменноугольных шахт СССР / Г. Д. Лидин. – М. : Изд-во АН СССР, в 3-х
т., Т.3. – 1963. – 350 с.
5. Бартошинська Є. С. Газотвірний потенціал і сорбційна здатність мікрокомпонентів вугілля / Є. С. Бар-
тошинська, С. І. Бик // Геологія і геохімія горючих копалин. – 2003. – № 3-4. – С. 48 – 55.
6. Дослідження газогенераційного потенціалу кам’яновугільних басейнів України / В. І. Узіюк, С. І. Бик,
А. В. Ільчишин, О. М. Шевчук // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. – Днепропетровск, 2002. –
Вып. № 32. – С. 123 – 127.
7. Соколов В. А. Геохимия природных газов / В. А. Соколов. – М. : Недра, 1971. – 336 с.
8. Эттингер И. Л. Газоемкость ископаемых углей / И. Л. Эттингер. – М. : Недра, 1966. – 222 с.
9. Эттингер И. Л. Необъятные запасы и непредсказуемые катастрофы: (Твердые растворы газов в недрах
Земли) / И. Л. Эттингер. – М.: Наука, 1988. – 175 с. – (Серия «Человек и окружающая среда»).
10. Порфирьев В. Б. Природа нефти, газа и ископаемых углей. Избр. тр.: В 2 т. Т.1. Нефть и уголь – каусто-
биолиты / В. Б. Порфирьев.– К. : Наук. думка, 1987. – 224 с.
11. Клим М. М. Молекулярна фізика. Навчальний посібник / М. М. Клим, П. М. Якібчук.– Львів : Львівсь-
кий національний університет імені Івана Франка, 2003. – 544 с.
12. Скипочка С. И. Механизмы метаногенерации в угольных пластах / С. И. Скипочка, Т. А. Паламарчук //
Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / Ін-т Геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України. –
Дніпропетровськ, 2008. – Вип. № 80. – 370 с.
13. Кушнірук В. О. Природа та властивості вуглистої речовини різних ступенів метаморфізму (на прикладі
вугленосних і графітоносних формацій) / В. О. Кушнірук, О. Є. Іванців, Г. О. Уженков. – К. : Наукова думка,
1977. – 160 с.
|