Hydrogen formation upon low-temperature oxidation of bituminous coal with air oxygen
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2007;23(Zeszyt specjalny 1):61–74
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The data are presented on gas components content in gas phase, formed during low-temperature oxidation (50, 70 and 90 C) of bituminous coals with 20% of oxygen in mixture with helium. Experiments were performed on 19 samples of bituminous coals, derived from 9 polish coal mines. Coals weathering and/or their low-temperature oxidation result in, among others, hydrogen formation. It has been proved that the hydrogen was not a gas constituent adsorbed or occluded in coal matrix in the bed. Equilibrium concentration of formed hydrogen is similar for all investigated coals and constitutes 0,5% vol. in post-reaction gas mixture occuring in the space of the applied reactor. It has been calculated that one ton of coal can produce in this way, about 70 L of molecular hydrogen. It was found, that source structures involved in hydrogen formation in the process are aliphatic and alicyclic coal structural units with double bonds. The units may be present as substituents or bridges of unsaturated chain hydrocarbons in coal macrostructure or partly aromatised alicyclic units possessing unsaturated ring, to which oxygen readily bounds and leads to formation of aldehydes. Strongly reactive structures possessing aldehyde group, in reaction with water vapour are forming molecular hydrogen and respective structures with carboxylic group.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Tworzenie się wodoru na drodze niskotemperaturowego utleniania węgla kopalnego tlenem z powietrza
węgiel kamienny, wietrzenie, niskotemperaturowe utlenianie, węglowodory nienasycone, aldehydy, wodór cząsteczkowy
Przedstawiono wyniki analizy składu atmosfery gazowej utworzonej podczas niskotemperaturowego (50, 70 i 90 C) utleniania węgli kamiennych 20% tlenem w mieszaninie z helem. Badania przeprowadzono na 19 próbkach węgli kamiennych pochodzących z 10 polskich kopalń. Autoutlenianie się węgla tlenem bądź jego niskotemperaturowe utlenianie prowadzi, między innymi, do tworzenia się wodoru, który nie jest składnikiem gazów zaadsorbowanych w strukturze węgla. Równowagowe stężenie wodoru dla wszystkich badanych węgli jest podobne i wynosi 0,5% wodoru w poreakcyjnej atmosferze gazowej reaktora stosowanego do badań, co stanowi 70 L wodoru z tony węgla. Wyjaśniono, że strukturami źródłowymi z udziałem których tworzy się wodór są występujące w węglu nienasycone wiązania podwójne w strukturalnych jednostkach węglowodorów łańcuchowych i alicyklicznych (podstawniki bądź mostki łańcuchowe z wiązaniem nienasyconym lub częściowo zaromatyzowane układy alicykliczne z pierścieniem zawierającym wiązanie nienasycone), do których łatwo przyłącza się tlen prowadząc do powstawania ugrupowań aldehydowych. Silnie reaktywne struktury z grupą aldehydową w reakcji z parą wodną prowadzą do tworzenia się odpowiednich struktur z grupą karboksylową oraz wodoru.
 
REFERENCES (20)
1.
Czajkowska S., Marzec A., 2001 – Generacja wodoru w czasie atmosferycznego utleniania węgli, pochodzących z polskich kopalń. Karbo 12, 422.
 
2.
Czajkowska S., Marzec A., 2003 – Atmosferycznie utleniony węgiel – źródło emisji wodoru. Przeg. Górn. nr 3, 44–48.
 
3.
Czajkowska S., Marzec A., 2004 – Związek pomiędzy atmosferycznym utlenieniem węgli w kopalniach a emisją wodoru. Karbo 15, 122–126.
 
4.
Davidi S., Grossman S.L., Cohen H., 1995 – Organic volatile emission accompanying the low-temperature atmospheric storage of bituminous coal. Fuel 74, 1357.
 
5.
Fox N.J., Stachowiak G.W., 2007 – Vegetable oil-based lubricants – A review of oxidation. Tribology International 40, 1035–1046.
 
6.
Grossman S.L., Davidi S., Cohen H., 1991 – Evolution of molecular hydrogen during the atmospheric oxidation of coal. Fuel, 70, 897.
 
7.
Grossman S.L., Davidi S., Cohen H., 1993 – Molecular hydrogen evolution as a consequence of atmospheric oxidation of coal: Batch reactor simulation. Fuel, 72, 193.
 
8.
Grossman S.L., Davidi S., Cohen H., 1994a – Emission of toxic and fire hazardous gases from open air coal stockpiles. Fuel 73, 1184.
 
9.
Grossman S.L., Davidi S., Cohen H., 1995a – Explosion risks during the confined storage of bituminous coals. Fuel 74, 1772.
 
10.
Grossman S.L., Davidi S., Cohen H., 1995b – Molecular hydrogen emission due to bituminous coal weathering as a possible source of explosions in underground coal mines. Proceedings 8th Int. Conf. on Coal Science. Elsevier vol 1, 469–472.
 
11.
Grossman S.L., Davidi S., Sokolov K., Cohen H., 1995c – Hazardous and explosive gas emissions accompanying the low temperature oxidation of bituminous coals. Proceedings 8th Int. Conf. on Coal Science. Elsevier vol 1, 473–476.
 
12.
Grossman S.L., Davidi S., Wegener I., Wanzel W., Cohen H., 1996 – Explosion risks of bituminous coals in contact with air. Erdol Erdgas Kohle. No. 7/8, 322.
 
13.
Grossman S.L., Wegener I.,Wanzl W., Davidi S., Cohen H., 1994b – Molecular hydrogen evolution as a consequence of atmospheric oxidation of coal: Thermogravimetric flow reactor studies. Fuel 73, 762.
 
14.
Isaacs J.J., Liotta R., 1987 – Oxidativeweathering of Power River Basin coal. Energy and Fuels 1, 349–351.
 
15.
Kelemen S.R., Kwiatek P.J., 1995 – Quantification of organic oxygen species on the surface of fresh and reacted Argonne Premium Coals. Energy and Fuels 9, 841.
 
16.
Marzec A., 1994 – Emisja wodoru towarzysząca niskotemperaturowemu utlenieniu węgla – nieznana dotąd przyczyna eksplozji? Karbo-Energochemia-Ekologia 9, 841.
 
17.
Marzec A., Czajkowska S., 2005 – Molecular hydrogen generation as a consequence of atmospheric oxidation of coals. 10th Session of the International Bureau of Mining Thermophysics, „IBMT 2005” 14–18 February, Gliwice, Poland pp 51–56.
 
18.
Nehemia V., Davidi S., Cohen H., 1999 – Emission of hydrogen gas from weathered steam coal piles via formaldehyde as precursor. Oxidation decomposition of formaldehyde catalyzed by coal. Fuel, 78, 775.
 
19.
Wang H., Dlugogorski B.Z., Kennedy E.M., 1999 – Experimental study on low-temperature oxidation of an Australian coal. Energy and Fuels 13, 1173–1179.
 
20.
Van Krevelen D.W., 1993 – Coal, Topology–Physics–Chemistry–Constitution. Amsterdam, Elsevier.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953