[發明專利]利用煤層進行碳捕集、封存和生產低碳可再生天然氣方法

有效

• 申請號: 202110598508.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113236220B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 黃再興;何環;邁克爾·烏蘭諾維奇;鐘鈺翔;李嘯宇;張瑋婷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21C41/18;E21F17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明是一種利用煤層進行碳捕集、封存和生產低碳可再生天然氣方法，適用于生產天然氣以及碳中和。向含有產甲烷菌的目標煤層中注入液態有機碳，目標煤層為廢棄或者關閉煤礦，或者是煤礦采空區，或者是產能較低的煤層氣抽采井，目標煤層中的產甲烷菌將液態有機轉化為二氧化碳和甲烷氣體，其中二氧化碳被吸附在煤層中從而防止被釋放到大氣中，而產生的甲烷則利用抽采裝置抽出，實現了低碳可再生天然氣生產。用過氧化氫對煤改性，增強對二氧化碳的吸附和甲烷氣的抽采，可最大限度的降低生產成本，同時實現碳捕集和低碳可再生天然氣的生產，達到負碳排放，解決了生物甲烷反應器受限，二氧化碳封存成本高等問題。

技術領域

本發明涉及一種可再生天然氣方法，尤其適用于一種利用煤層進行碳捕集、封存和生產低碳可再生天然氣方法，屬于碳中和領域。

背景技術

自工業革命以來，化石燃料在推動人類文明發展的道路上起到了不可磨滅的作用。但其作為一種不可再生的能源，考慮到長遠發展，人們已經在尋求各種替代能源來擺脫對化石燃料的依賴。同時，化石燃料的過度使用導致了溫室氣體的積累，這是導致全球變暖的重要原因，其中二氧化碳的積累對全球變暖的貢獻最大。地球表面升溫速率與大氣二氧化碳濃度成相關性，如果全球變暖現象不加以解決，將會對物理環境、生物生態系統和人類文明造成不可估量的負面影響。目前迫切需要找尋可再生能源以及采取一系列措施來控制二氧化碳的排放。

二氧化碳捕集與封存(CCS)是一種可靠的、有前景的二氧化碳減排方法，它同時是未來我國保障能源安全、構建生態文明和實現可持續發展的重要手段。目前對二氧化碳進行捕集主要有燃燒前、燃燒后、富氧燃燒三種方法，對二氧化碳進行封存主要采取地質封存方法，即油氣田儲藏、煤層儲藏和含鹽含水層儲藏。我國重視CCS技術研發和示范，率先在電力行業示范應用CCS技術，建成世界首座十萬噸級燃燒前和燃燒后二氧化碳捕集示范工程。但該技術大規模應用仍受到成本、能耗、安全性和可靠性等因素制約。

煤層氣是一種非常優質的清潔能源，也是當前國家大力提倡開發的新能源，根據成因可分為生物成因氣、熱成因氣和混合成因氣。生物成因氣是由產甲烷功能微生物厭氧降解煤中有機質產生的以甲烷為主要成分的氣體。研究表明我國新疆、準南、鄂爾多斯、美國粉河與圣胡安、澳大利亞蘇拉特與鮑文等含煤盆地煤層氣中生物氣占比較大。通過往煤層中注入外源微生物或激活培養基可以提高煤層氣產量，有關微生物促產煤層氣也成為當前煤層氣開發領域研究的熱點。但生物煤層氣的開采過程產生的煤層氣受限于煤衍生化合物的生物利用度，并且該過程仍然存在碳排放。

可再生天然氣是利用可再生碳源通過微生物發酵形成以甲烷為主要成分的清潔能源。目前主要在地面進行生產，受限與地面反應場所其產氣潛力受限，同時由于控溫也需要消耗大量能源。

發明內容

針對現有技術的不足之處，提供一種利用現有的煤層氣基礎設施，改善以往的碳捕集與封存方法，能夠將封存并捕獲二氧化碳，簡單快捷成本低，能夠有效降低碳排放的利用煤層進行碳捕集、封存和生產低碳可再生天然氣方法。

為實現上述技術目的，本發明的利用煤層進行生產低碳可再生天然氣方法，其特征在于：向含有產甲烷菌的目標煤層中注入液態有機碳，目標煤層中的產甲烷菌將液態有機轉化為二氧化碳和甲烷氣體，其中二氧化碳被吸附在煤層中從而防止被釋放到大氣中，而產生的甲烷則利用抽采裝置抽出，實現了低碳可再生天然氣生產。

具體步驟為：

a確定目標煤層，目標煤層中需要富含可流動的水分有利于有機質的分布擴散或者煤層有部分屬于含水層，并有可封閉的煤層反應空間；

b對目標煤層進行微生物檢測，判斷其產甲烷菌數量是否達標，若不達標則需要人工培養后將產甲烷菌注入到煤層中進行菌群重構直至達標；

c通過氣井向菌群達標的煤層中注入液態有機碳，產甲烷菌在煤層中將有機碳轉化成二氧化碳并產生甲烷氣體，在此過程中，產生的二氧化碳被吸附在煤層中實現二氧化碳的捕獲，而甲烷氣體則使用天然氣抽采裝置抽采出來，完成低碳可再生天然氣生產。