Discrepancies in the assessment of CO2 storage capacity and methane recovery from coal with selected equations of state. Part I. Experimental isotherm calculation

The injection of carbon dioxide into coalbeds to increase methane recovery is an emerging technology which was tested in various pilot installations. Carbon dioxide stored in coalbeds is usually in supercritical state and therefore investigation of supercritical adsorption of this gas on coal is a subject of various studies. In the paper impact of three equations of state i.e. Peng Robinson (PR), Soave-Redlich-Kwong (SRK) and the most accurate Span-Wagner, as a reference, on the calculation of sorption capacity was investigated. Langmuir parameters were calculated on the basis of experimental results of CO2 volumetric sorption by a Selar Cornish coal sample. It is concluded that the use of cubic equation of state (PR and SRK) for the calculation of supercritical CO2 sorption on coal gives unreliable results by lowering apparent absolute adsorption in the lower pressure range (< 9 MPa) and unrealistically increasing it at higher pressures.

---

Intensyfikacja wydobycia metanu z pokładu węgla za pomocą zatłaczania dwutlenku węgla jest technologią, która nie tylko przyczynia się do zwiększenia uzysku tego surowca energetycznego ale jednocześnie zmniejsza emisję CO2. Obecnie na Świecie istnieje kilka instalacji pilotowych, w których ta technologia poddawana jest badaniom. W Europie pokłady węglowe bogate w metan występują zazwyczaj na głębokościach przekraczających 750 m i temperaturach powyżej 40C, a więc w warunkach, w których CO2 jest w stanie krytycznym. Adsorpcja tego gazu w stanie krytycznym na węglach jest obecnie przedmiotem intensywnych badań. Do wyznaczonych w laboratorium izoterm sorpcji dopasowywane są następnie modele sorpcyjne jak np. izoterma Langmuira, izoterma BET czy model Dubinina-Raduszkiewicza. W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcji dwutlenku węgla na węglu antracytowym Selar Cornish z zagłębia Południowej Walii (Wielka Brytania). Do analiz wyników użyto trzech równań stanu gazu stosowanych do określenia gęstości CO2 tj. równania Penga-Robinsowa (PR), równania Soave-Redlicha-Kwonga (SRK) oraz bardzo dokładnego równania stanu gazu dla CO2 Spana i Wagnera (SW), jako równania referencyjnego. Do uzyskanych danych sorpcji całkowitej dopasowano model izotermy Langmuira jako powszechnie stosowany w symulatorach złożowych. Obliczone parametry izotermy Langmuira tj. VL oraz PL w przypadku równania SW wyniosły odpowiednio 0.03648 sm3/kg oraz 0,597 MPa, natomiast dla równania PR wartości te wyniosły odpowiednio 0.03071 sm3/kg oraz 0,406 MPa. Odchyłka w obliczonych parametrach w stosunku do równania referencyjnego dla tej samej izotermy wyniosła odpowiednio -18,8% oraz -31,9%