Coal bed methane potential and biogasification of Soma lignite

Abstract

Kömür kökenli doğal gaz, termojenik ve biyojenik aktivite sonucu oluşup, kömürün gözenkli yapısı içinde adsorblanır. Bu yüzden, kömürün gözenek yapısının incelenmesi ve ardından gaz kapasitesinin bulunması kömür kökenli doğal gaz potensiyelinin doğru hesaplanması için çok önemlidir. Soma havzasından, olgunlukları linyitten altbitümlü kömüre kadar değişen örnekler karakterize edilmiş ve 273 K'de düşük basınç CO2 izotermleri ile mikro gözenek yapıları bulunmuştur. D-R adsorpsiyon modeli ile kömürlerin mikro gözenek yüzey alanlarının 224.909 m2/g dan 287.097 m2/g `a kadar değiştiği hesaplanmıştır. Örneklerin mikro gözenek hacimleri ve CO2 adsorpsiyon kapasiteleri sırası ile 0.070 - 0.093 cm3/g ve 39.06 - 48.44m3/ton arasında bulunmuştur. Örneklerin gözenek boyutu dağılımları ise 1 nm'nin altındadır. Ardından, yüksek basınçta (17 MPa'a kadar) metan adsorpsiyon deneyleri ile örneklerin metan kapasiteleri bulunmuştur. Bu deneylerde, degaz yapılmayan örneklerin metan adsorpsiyon kapasiteleri 12.99 m3/ton'dan 18.13 m3/ton' kadar değişmektedir. Bunun yanında nem oranınının, degaz sıcaklığının ve organik karbon miktarının adsorpsiyon kapasitesine etkisi gravimetric adsorpsiyon deneyleri kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlara gore kömür örneklerinin mikro gözenek miktarları, organic karbon oranı arttıkça artmaktadır. Örnekelerin 13C izotop analizi Soma havzasındaki kömür gazının kökeninin biyojenik olduğunu göstermiştir. Biyojenik metan gazı oluşum sürecini anlamak için biyogazifikasyon deneyleri metanojen bakterisi kullanılarak yapılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki, sadece metanojenler kullanılarak kömürden metan üremesi çok sınırlı bir işlemdir. Ama sisteme dışarıdan hidrojen eklendiğinde metan üremesinin zamanla arttığı 20 günlük inkübasyon süresince izlenmiştir. Hidrojenin metan üretiminde sınırlayacı ajan olduğu ve artan hidrojen miktarı ile metan üretiminin de artığı gözlenmiştir. Üretimin 20 gün sonunda 1 m3/ton'a çıktığı görülmüştür.

Coal bed methane (CBM) can arise from both thermogenic and biogenic activity on the coal beds and adsorb on the porous matrix of the coal. Therefore, investigation of pore structure and gas capacity of the coal is essential for accurate estimations of coal bed gas potential. Coal samples of lignite to sub-bituminous rank were obtained from different depths of Soma basin and were characterized by low pressure CO2 adsorption isotherms at 273 K. Micropore surface areas of the samples were calculated by using D-R model, changed from 224.909 m2/g to 287.097 m2/g. Micropore volume and capacity were determined by Dubinin-Radushkevich equation to vary between 0.070 and 0.093 cm3/g and between 39.06 m3/ton and 48.44m3/ton, respectively. Pore widths of all samples were below 1 nm; suggesting that micropore ratios of the samples are very high. On the other hand, high pressure (up to 17 MPa) adsorption isotherms suggest that methane adsorption capacity of the as receive Soma Lignites vary from 12.99 m3/ton to 18.13 m3/ton. Effects of outgas temperature, organic carbon content on gas adsorption capacity of the samples were determined. Results showed that microporosity and methane adsorption capacity of the samples increases with increasing micropore ratio. Carbon isotope analyses of the coal gas desorbed from coal core samples of the Soma lignite basin in Turkey suggests bacterial origin. In order to have a better understanding of secondary biogenic gas potential of the samples, biogasification experiments have been conducted. Results have shown that methane production by using just methanogens is very limited. When, free hydrogen gas was given the system, methane production has gradually increased. This proved that hydrogen was the limited reagent for microbial methane formation. After 20 days of incubation 1 m3/ton methane production was measured.