[發(fā)明專利]一種利用微生物降解煤以制取生物氣的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110420196.6
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102517368A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇現(xiàn)波;龔紅梅;郭紅玉;林曉英;夏大平;徐影;吳昱;陳鑫;常天俊;潘文維;于洪飛
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: C12P39/00
• 分類號: C12P39/00;C12P5/02;C12R1/645
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用微生物降解煤以制取生物氣的方法。

背景技術(shù)

煤層甲烷，又稱煤層氣，是一種新型潔凈能源，也是我國重要的潛在接替能源。經(jīng)過30余年的煤層氣勘探開發(fā)歷程，在美國已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)，2007年全美煤層氣產(chǎn)量突破600億立方米。我國在經(jīng)歷了20余年的艱難探索后，目前在山西的沁水盆地、河?xùn)|煤田實現(xiàn)了局部商業(yè)化開發(fā)，標(biāo)志著這一潔凈能源即將成為我國一次能源的重要補(bǔ)充，將對我國能源結(jié)構(gòu)的改善起推動作用。

煤層氣在全球范圍內(nèi)具有較大的儲備量，然而，根據(jù)弗洛雷斯等的研究，一口典型煤層氣井的開采期約為7-8年左右，此外，煤層氣的消耗量也在逐年增加。因此，如何勘探開發(fā)出更多的潛在煤層氣資源，是目前人們關(guān)注的焦點(diǎn)。常規(guī)煤層氣開采方式主要為注水壓裂開采煤層氣以及新提出的注氣壓裂開采煤層氣。然而，由于技術(shù)限制，目前的可采煤層多為可滲透煤層和淺煤層，且這種可利用的煤層氣也面臨枯竭。因此，尋找新的煤層氣開采方式是目前各國面臨的挑戰(zhàn)。

將煤轉(zhuǎn)化為煤層氣以增強(qiáng)煤層中煤層氣的富集程度，便于常規(guī)煤層氣的開采也是解決這個問題的新方法。20世紀(jì)80年代，國內(nèi)外很多學(xué)者在實驗室條件下發(fā)現(xiàn)微生物可以降解煤，隨著研究的深入，越來越多的實驗室證據(jù)證明煤可以被微生物降解產(chǎn)生甲烷，即煤可以在一定的條件下轉(zhuǎn)化為生物成因煤層氣。傳統(tǒng)的采煤技術(shù)往往會產(chǎn)生采空區(qū)，煤礦采空區(qū)殘留的煤占其資源總量的30-50%，是不可被再開采的資源，若能接種微生物進(jìn)行原位處理，則可使這部分殘煤轉(zhuǎn)化為甲烷，實現(xiàn)生物采殘煤，形成新的煤層氣生物工程領(lǐng)域。此外，煤層生物甲烷的形成存在CO₂還原途徑已成為共識，因此，可向煤層注入CO₂強(qiáng)化甲烷產(chǎn)出，同時將CO₂注入目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下還不可采的煤層（如深部煤層或薄煤層），還能實現(xiàn)溫室氣體減排。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用微生物降解煤以制取生物氣的方法，以對目前的采空區(qū)中殘煤進(jìn)行充分利用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種利用微生物降解煤以制取生物氣的方法，步驟如下：

1）對目的區(qū)進(jìn)行地質(zhì)、采礦基礎(chǔ)資料的收集，并采取煤樣和水樣，并對所取水樣進(jìn)行厭氧菌群檢測；

2）在目的區(qū)原始溫度、pH和礦化度條件下，在實驗室內(nèi)模擬生物甲烷產(chǎn)出的環(huán)境，利用煤樣進(jìn)行無氧條件制生物氣小樣實驗，以單位質(zhì)量煤產(chǎn)出的甲烷量為標(biāo)準(zhǔn)，確定最適合的培養(yǎng)基配方以富集培養(yǎng)礦井水及煤中所含菌種；??

其中，?目的區(qū)原始溫度基本上在15-35℃間。

無氧條件可以通過在反應(yīng)瓶中充填N₂進(jìn)行保持。

培養(yǎng)基為產(chǎn)甲烷菌富集培養(yǎng)基。

3）在實驗室小樣實驗中，同時設(shè)計需氧菌-厭氧菌聯(lián)合降解模式的樣品：在煤樣中同時加入白腐真菌菌液、水樣以及培養(yǎng)基，確定各物質(zhì)最佳的添加比例；

此步驟小樣研究是為了與完全厭氧菌發(fā)酵樣品做對比，以明確需氧菌對煤體降解及甲烷產(chǎn)出的貢獻(xiàn)。在與步驟2）相同的溫度、pH、Eh條件下，添加白腐真菌菌液于反應(yīng)瓶中（以菌液形式與煤體以一定比例進(jìn)行混合），不充填N₂，利用白腐菌消耗反應(yīng)瓶內(nèi)殘余O₂，為后續(xù)的厭氧菌發(fā)酵提供無氧環(huán)境。同時也利用白腐菌對煤的良好降解能力，為后續(xù)甲烷的產(chǎn)出提供大量的小分子物質(zhì)。后續(xù)厭氧菌只需加入水樣以及培養(yǎng)基即可，為了試驗便于進(jìn)行，可將水樣、培養(yǎng)基與白腐真菌菌液一起加入。

4）根據(jù)目的區(qū)的含氧情況確定采用厭氧菌群發(fā)酵還是需氧菌-厭氧菌聯(lián)合發(fā)酵的方式，根據(jù)實驗室小樣實驗結(jié)果，確定培養(yǎng)基以及白腐真菌菌液的投加量；

5）對目的區(qū)制取生物氣：若為有氧環(huán)境，通過鉆孔預(yù)先投加白腐真菌菌液于目的區(qū)中，監(jiān)測反應(yīng)產(chǎn)出的CO₂氣體濃度，待目的區(qū)內(nèi)形成無氧環(huán)境后，將步驟2）中確定的培養(yǎng)基與目的區(qū)所采水樣混合，注入采空區(qū)中，密封井口，監(jiān)測產(chǎn)出氣體成分和濃度的變化；此過程中，根據(jù)甲烷和二氧化碳的產(chǎn)出濃度、產(chǎn)出量，調(diào)整投加白腐真菌以及礦井水和培養(yǎng)基的量，最大程度地降解殘煤；若為無氧環(huán)境，略去投加白腐真菌的步驟，直接進(jìn)行注入培養(yǎng)基與目的區(qū)所采水樣的操作；

6）待甲烷濃度達(dá)到可利用程度，通過地面煤層氣抽采方式將轉(zhuǎn)化后的生物氣采出利用。

步驟1）中所述對所取水樣進(jìn)行厭氧菌群檢測為對礦井水中本源微生物進(jìn)行分離計數(shù)并進(jìn)行生理生化特征鑒定。