Механізм генерації метану в поровому просторі вугілля

Abstract

З використанням апарату класичної молекулярної фізики та колоїдної хімії показано можливість утворення метану в поровому просторі вугілля шляхом розкладу високомолекулярної органічної речовини механізмами ланцюгових вільнорадикальних реакцій зі збільшенням об’єму. Система газ-вугілля розглядається нами як гетерогенна, сильно подрібнена, з локальними проявами високого ступеня розрідження, яке створюється внаслідок комбінацій нано-, мікро- та макроструктур. Кількісно оцінено залежність концентрації газу в порожнині від її діаметра та довжини. Зі збільшенням розміру порожнини значення її внутрішнього тиску збільшується, прямуючи до значення зовнішнього, для всіх гіпсометричних рівнів залягання вугільного пласта. Із зростанням зовнішнього тиску (глибини залягання) мінімальний розмір порожнини, де можливе зрівняння з пластовим, збільшується. Загальні тенденції для бурого, кам’яного вугілля та антрацитів однакові. Із збільшенням глибини залягання значення ступеня розрідження зменшуються, а у вугільній матриці створюються складні термодинамічні умови – значні різниці між зовнішніми пластовими та внутрішніми поровими тисками, що є зумовлюючим чинником для ініціації ланцюгових вільнорадикальних реакцій, які, у свою чергу, є механізмом перманентної зміни структури органічної речовини вугілля з виділенням метану.

Using the principles of the classical molecular physics and colloidal chemistry, it was possible to show the probabilities of the methane generation in the porous space of coal due to decay of the high-molecular organic material caused by the mechanisms of chain free-radicals reactions with the increase in volume. The gas-coal system is considered as the heterogeneous and very crushed system with local manifestations of high degree of dilution which arises through the combination of nano-, micro- and macrostructures. We have formed a quantitative assessment as to the relationship between the gas concentration in the porous space and its diameter and length. Values of its internal pressure were found to increase with the increase in the size of the pore space reaching the value of the external one for all hypsometric levels of the coalbed occurrence. With the increase in the external pressure (depth of occurrence) the minimum size of the porous space, where equalizing with the formation pressure is possible, increases too. Temperatures conditions in the seam have a minimum influence on the structural reconstruction of the organic material due to the formation of complicated areas of pressures distribution in the coal matrix, but the increase in temperature contributes to the velocity of the formation of free radicals. Common tendencies for the brown, black and anthracite coals are the same. With the increase in the depth of occurrence, the complicated thermodynamic conditions are formed in the coal matrix – considerable differences between the external formational and internal porous pressure that is known to be a decisive factor for the initiation of the chain free-radicals reactions, which in their turn, are the mechanisms of the permanent change in the structure of the organic material of coal with the methane discharge.