Porównawcza analiza metod wyznaczania współczynników dyfuzji na przykładzie sorpcji CO₂ i CH₄ w węglach kamiennych

Przedstawiono wyniki badań kinetyki procesu sorpcji i dyfuzji CO₂ i CH₄ na dwóch węglach kamiennych o różnym stopniu uwęglenia. W analizie danych empirycznych wykorzystano procedurę wielostronnej analizy porównawczej metod estymacji parametru kinetycznego z wykorzystaniem dwóch modeli (II prawo Ficka, trzy formy matematyczne oraz model kinetyczny F2). W rozważaniach przyjęto zaproponowaną wcześniej koncepcję estymacji parametrów kinetycznych na przykładzie obliczeń modelowych dla sorpcji gazów na antracycie w szerokich granicach uziarnienia (od poniżej 0,03 mm do 1,5 mm). Przedyskutowano również zależności między estymowanymi parametrami, w ujęciu równania Arrheniusa, na podstawie analizy danych kinetycznych otrzymanych w kilku temperaturach (ciśnienia poniżej 0,1 MPa, warunki izotermiczno-izobaryczne). Zastosowane podejście, które stanowi pewną modyfikację klasycznego modelu dyfuzji wg II prawa Ficka oraz przeprowadzone analizy wartości estymowanych parametrów znacznie rozszerzają możliwości analizowania eksperymentalnych krzywych kinetycznych i umożliwiają porównanie natury złożonych procesów sorpcyjnych w kompleksowej strukturze węgli kamiennych o zdecydowanie odmiennych właściwościach fizykochemicznych i teksturalnych.

---

Two bituminous coals (C contents 87.58 and 92.30% by mass, pore vols. 0.0549 and 0.0560 cm³/g, resp.) were used as sorbents (grain size 0.49–0.75 mm) for CO₂ and CH₄ sorption at 289–313 K and below 0.1 MPa to det. The kinetic consts. in the F2 kinetic model and the diffusion parameters in the Fick equation (after its transformation). Mechanism and kinetics of the sorption were discussed in aspects to CH₄ recovery from coal beds and CO₂ storage in the beds. The applicability of the 2nd Fick law for the description of the sorption on coals was confirmed.