[發明專利]一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯采方法

有效

• 申請號: 202110379138.7
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN112922599B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 黃炳香;邢岳堃;肖棟;李炳宏
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21B43/295;E21B47/11;E21B47/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

本發明公開了一種煤炭制氫的生物?高溫氣化聯采方法，包括：在煤層鉆位于同一水平面的兩口水平井組，下套管固井；兩口井同時進行水力壓裂，形成臨界裂隙縫網；對煤層進行堿處理，將煤基產氫微生物菌液于兩口水平井注入煤層，菌株沿臨界裂隙擴散，動態監測菌株溫壓狀況防止其失活，利用煤層溫壓條件促進微生物剝離煤碳含氫官能團并捕捉代謝，將煤中有機組分多級降解后產生氫氣、二氧化碳及小分子酸，實現煤炭原位碳氫分離并制成氫氣；待井底壓力達峰值保持穩定后排采氫氣；對遺留煤層，通過超臨界水與高溫碳反應氣化制氫，抽采氣體后注漿填充燃空區。本發明通過生物?高溫氣化多級利用顛覆煤炭傳統開采技術體系，實現煤炭低碳、綠色、高效開發。

技術領域

本發明涉及煤炭地下原位制氫領域，具體涉及一種煤炭地下微生物原位發酵制氫技術與高溫氣化制氫聯采方法。

背景技術

我國煤炭資源約有70%儲存在地表千米之下，而隨著社會發展對于煤炭資源的劇烈消耗，我國的煤礦開采深度正以8~12 m/a的速度增加，中東部礦區以10~ 25 m/a的速度延深，我國的淺層煤炭資源預計將在數十年內耗盡。隨著開采深度的增加，深部開采面臨的各種問題也越來越多，針對深部煤炭資源開采“五高兩擾動”的開采環境特點，即高地應力賦存狀況、高工作環境溫度、高承水壓力條件、高瓦斯和高沖擊礦壓傾向性，強開采應力擾動和鄰近巷道群的工程擾動，若仍使用傳統采煤方法開采深部煤炭資源，勢必導致采礦領域生產效率低、安全性差、生態破壞嚴重、資源采出率低、地面運輸/轉化能量損耗大等一系列問題，嚴重影響未來煤炭行業的發展。

煤炭燃燒產生的二氧化碳占我國二氧化碳排放總量的70%以上，占化石能源的90%以上，傳統煤炭產業鏈不利于我國實現碳達峰、碳中和目標，因此應加快調整優化煤炭產業結構、能源結構，尤其是針對深部煤炭應盡快變革傳統煤炭資源開采的理念與模式。

相較于煤炭或甲烷等煤層氣的燃燒，氫氣的熱值更高而且其燃燒產物只有水，對環境無任何污染，因此煤制生物氫氣技術很有可能成為未來煤層氣生物工程領域的主要發展方向。

煤炭地下生物氣化是利用微生物在地下將煤中有機組分進行多級降解后將固態資源轉化為氣態資源的一種開采方法。現階段的暗發酵產氫主要是進行的有機物發酵產氫實驗，進行了影響因素和培養基優化等方面的研究，而微生物發酵煤產氫方面研究較少。現有的煤炭微生物制氫工藝發酵場所仍位于地面，產生的廢水、廢氣、廢渣排放量大，環保問題十分突出，對“三廢”的處理極大增加了工藝投資，且地面發酵人為制造大量運輸成本。

申請人發現：向煤層中注入營養物質和產氫菌群，通過產氫菌群的發酵作用實現煤的降解，或者利用生物技術來激活煤層本身含有的微生物菌群，使菌群實現不斷增殖繁衍并把煤轉化為氫氣，可實現煤炭深部原位生物降解流態化開采。對于煤炭生物降解后的遺留煤層，采取高溫氣化作業，即通過超臨界水與高溫碳的氧化還原反應制得氫氣，可實現煤炭生物—高溫聯采制氫。

在煤炭地下微生物發酵產氫過程中，空氣滲流小于1%的煤體中，在兼氧菌對少量滲流空氣緩沖作用影響下，裂隙發育對煤體比表面積的擴大作用是促進煤體厭氧發酵的主控因素，裂隙發育越充分，煤體比表面積越大，煤體的厭氧發酵速率提升越高。水力壓裂能產生裂隙縫網，為微生物擴散及發酵提供條件和場所，增加了煤體比表面積，將進一步提升產氫效率。

發明內容

本發明的主要目的是變革現有煤炭地下氣化的制氣模式，利用煤基產氫微生物于煤層原位發酵與煤炭超臨界水地下氣化使產出氫氣、二氧化碳以及小分子酸，實現煤炭地下微生物發酵及氣化的增效制氫與儲層增滲。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種煤炭制氫的生物-高溫氣化聯采方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：沿最小水平地應力方向向地面平行鉆取兩口水平井至煤層，兩口水平井下套管并固井；