Estudo de métodos de coleta e análise de metano em gás de mina de carvão subterrânea

Abstract

With low cost and still abundant, fossil coal remains a source of energy used worldwide. The gases emitted during the extraction of coal, generally consist of mixtures of methane, carbon dioxide, nitrogen dioxide and other hydrocarbons. However, methane is the most emitted in proportion. The use of natural gas as fuel is advantageous from an environmental point of view and has become economically attractive. The collection of gas samples is still a problem faced in related coal mine gas studies. Some products known as Tedlar® sampling bags for example, are efficient but, they have some drawbacks. In this work we tested an alternative means to collect gaseous samples, Vacutainers®. For identification and quantification of gases (CH4, CO2 and CO), analyses of gas chromatography with flame ionization detector were performed. Gaseous samples from the air of underground mines and waste piles of coal, in addition to standard mixtures, were analyzed after different periods of storage using Vacutainer® container type collectors. These collectors compared to Tedlars® were not efficient for the quantification of real samples containing CH4 and CO2. However, when accepting a 5 % error, it was effective for CO found in real samples. Results related to the concentration of CH4 in coal mine showed a concentration ranging from 117 ppm to 1,8 %, indicating a potential recovery and use of this gas as an energy source. On the other hand, alert to the need of periodic monitoring in order to ensure safety in the mine.

Com baixo custo e ainda abundante, o carvão fóssil continua sendo uma fonte de energia utilizada mundialmente. Os gases emitidos durante a extração de carvão, geralmente, consistem em misturas de metano, dióxido de carbono, nitrogênio e outros hidrocarbonetos. Todavia, o metano é o mais emitido em proporção. A utilização de gás natural como combustível é vantajosa do um ponto de vista ambiental e tornou-se economicamente atraente. A coleta de amostras gasosas é um problema ainda enfrentado em estudos relacionados ao gás de minas de carvão. Alguns produtos já conhecidos como os sacos de amostragem Tedlar®, por exemplo, são eficientes, mas apresentam alguns inconvenientes. Neste trabalho foi testado um meio alternativo para coletar amostras gasosas, os Vacutainers®. Para identificação e quantificação dos gases (CH4, CO2 e CO) foram realizadas análises de cromatografia gasosa, com detector de ionização em chama. Amostras gasosas do ar de minas subterrâneas e pilhas de rejeitos de carvão, além de misturas padrões, foram analisadas após diferentes períodos de estocagem utilizando frascos coletores do tipo Vacutainer®. Estes coletores quando comparados aos Tedlars® não se mostraram eficientes para a quantificação de amostras reais contendo CH4 e CO2. No entanto, aceitando um percentual de erro de 5 %, se mostrou eficaz para o CO encontrado em amostras reais. Os resultados referentes à concentração de CH4 em mina de carvão mostraram uma concentração variando de 117 ppm até 1,8 %, indicando um potencial de recuperação e utilização deste gás como fonte de energia. Por outro lado alerta a para a necessidade de monitoramento periódico, visando garantir a segurança na mina.