專利名稱：利用地下煤層微生物制取天然氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下煤轉(zhuǎn)氣技術(shù)，尤其是利用地下煤層微生物自身制取天然氣(其主 要成分是甲烷氣體)的技術(shù)。該方法利用微生物對(duì)煤進(jìn)行吸收和降解作用達(dá)到煤轉(zhuǎn)氣的目 的。
背景技術(shù)：
目前，煤炭作為一種寶貴能源資源，主要是通過(guò)開采進(jìn)行利用，為了實(shí)現(xiàn)不易開采 的煤層資源的充分回收，作為該計(jì)劃的項(xiàng)目之一，我國(guó)投入了大量的資金進(jìn)行了長(zhǎng)期的煤 轉(zhuǎn)氣技術(shù)的探索和研究?，F(xiàn)有的地下煤轉(zhuǎn)氣技術(shù)主要是熱汽化法。該方法是在地下構(gòu)建燃燒爐或氣化爐， 實(shí)現(xiàn)煤的氣化。這種方法存在的不足是煤的氣化轉(zhuǎn)化率較低，一般低于70 %，對(duì)能源的利用 率并未達(dá)到最優(yōu)，而且氣化結(jié)束后的氣化區(qū)域煤炭資源不可再重復(fù)利用。微生物作為一種生命體在自然界無(wú)處不在，即使深埋在地下的煤層中也不例外。 這種微生物是以群落形式存在于煤層中，而且伴隨了煤層由生成到現(xiàn)在的整個(gè)歷史過(guò)程。 它們?cè)诿簩又欣玫叵滤兔褐械挠袡C(jī)成分作為營(yíng)養(yǎng)源使生命得以延續(xù)，并伴隨新陳代謝 產(chǎn)生大量甲烷氣體，與熱煤氣一并形成了我們現(xiàn)在所說(shuō)的煤層氣。在對(duì)煤層氣形成過(guò)程的 研究中發(fā)現(xiàn)了大量生物甲烷的存在也證明了這一點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用存在于地下煤層中的微生物菌群將煤轉(zhuǎn)化為天然 氣的方法，該方法不僅可以提高煤層氣產(chǎn)量和質(zhì)量，而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于生物甲烷對(duì) 煤的降解作用，使煤的透氣性大幅提高，為以后的瓦斯抽放、降低二氧化碳地質(zhì)封存的危害 性以及后期煤田的回采提供了有利條件。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是第一步首先劃定計(jì)劃實(shí)施煤轉(zhuǎn)氣的煤層區(qū)域，在區(qū)域間打通一個(gè)隔離帶，并循環(huán) 注入空氣，空氣的注入量應(yīng)保證隔離帶煤表面氧還原電勢(shì)要求高于500mV。第二步對(duì)待氣化區(qū)的煤層的煤質(zhì)、地溫，水文情況、氧含量等進(jìn)行分析，獲得煤層 環(huán)境特征數(shù)據(jù)，為下一步細(xì)菌激活、培養(yǎng)做好準(zhǔn)備。第三步配制培養(yǎng)液，要求培養(yǎng)液中必須含有元素N、P、S、K、Mg、Na、Ca。第四步在待氣化區(qū)中鉆取煤樣，利用上述培養(yǎng)液在井上對(duì)煤樣中的菌群進(jìn)行小 范圍培育，分析井下甲烷菌群轉(zhuǎn)化成甲烷氣體的活性情況。第五步利用第四步分析結(jié)果對(duì)地下生物法氣化能力作出評(píng)估，得出井下產(chǎn)氣能 力。第六步利用蒸汽法，對(duì)地溫低于30攝氏度的煤層通入蒸汽在小范圍升溫，激活 煤層中的菌群。第七步將第三步中配制好的培養(yǎng)液，緩慢注入第六步升溫后的小范圍煤層中，培養(yǎng)液的注入量應(yīng)保證足以激活甲烷菌群，在注入過(guò)程中利用傳感器監(jiān)測(cè)甲烷產(chǎn)出率，掌握 煤層微生物轉(zhuǎn)化程度。待小范圍內(nèi)產(chǎn)氣平穩(wěn)，再在周圍區(qū)域注入培養(yǎng)液，擴(kuò)大培養(yǎng)液在煤層 中的影響范圍，使更多的微生物開始活動(dòng)轉(zhuǎn)化成甲烷氣體，直到注完整個(gè)煤層區(qū)域的培養(yǎng) 液，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的煤的氣化。第八步將轉(zhuǎn)化后的地下甲烷氣體抽放到地面，作為天然氣以便利用。本發(fā)明的有益效果是1、菌種伴隨煤的形成已存在于煤層之中，整個(gè)過(guò)程不存在外部細(xì)菌的引入，不會(huì) 導(dǎo)致細(xì)菌污染。2、通過(guò)對(duì)微生物的激活，利用微生物對(duì)煤的降解作用實(shí)現(xiàn)煤轉(zhuǎn)氣的過(guò)程，平均轉(zhuǎn) 化率可達(dá)煤中有機(jī)物含量的90%以上，轉(zhuǎn)化后的煤依然可以作為優(yōu)質(zhì)能源加以利用。因此 該技術(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有熱汽化法。3、轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于微生物的分解作用，提高了煤的透氣性，不僅為瓦斯抽放提供 了便利，同時(shí)也為后期的煤田回采安全奠定了重要基礎(chǔ)。4、生物分解過(guò)程同時(shí)消耗掉煤層中的一些雜質(zhì)，提高了煤的品質(zhì)。5、該甲烷微生物群種屬于絕對(duì)厭氧微生物，回采煤炭時(shí)，在通風(fēng)作用下，該菌種會(huì) 迅速死亡。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，該菌種屬于無(wú)害菌群，不會(huì)對(duì)環(huán)境及人類造成危害。6、利用本發(fā)明方法轉(zhuǎn)化后的區(qū)域煤炭資源可再重復(fù)利用。總之，本發(fā)明作為一種新型的煤層瓦斯制取技術(shù)，對(duì)煤層氣增產(chǎn)、低品質(zhì)煤層的利 用以及提高煤炭資源利用度均具有著重要意義。它不僅可以將煤轉(zhuǎn)化為甲烷作為天然氣 用，而且還可以在制氣過(guò)程中提高煤層的透氣性，為提高甲烷的抽放能力以及保障后期的 安全回采均具有重要意義，更重要的是轉(zhuǎn)化率高，并且轉(zhuǎn)化后的煤層資源可重復(fù)再用，克服 了現(xiàn)有熱汽化法汽化轉(zhuǎn)化率低、氣化結(jié)束后的氣化區(qū)域煤炭資源不可再重復(fù)利用的缺陷， 具有顯著的進(jìn)步。


圖1是本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施例根據(jù)詳細(xì)過(guò)程敘述本發(fā)明的技術(shù)方案。第一步選定某煤田的預(yù)采區(qū)為實(shí)施煤轉(zhuǎn)氣的區(qū)域，在該區(qū)域間打通一個(gè)隔離帶 與其他區(qū)進(jìn)行隔離，在該區(qū)內(nèi)循環(huán)注入空氣，空氣的注入量應(yīng)保證隔離帶煤表面氧還原電 勢(shì)高于500mV。第二步對(duì)第一步氣化區(qū)的煤層的煤質(zhì)、地溫，水文情況，氧含量等進(jìn)行分析，獲得 煤層環(huán)境特征數(shù)據(jù)。第三步配制培養(yǎng)液，常規(guī)培養(yǎng)液中各元素成分如下表所示。 第四步在待氣化區(qū)中鉆取煤樣，利用上述培養(yǎng)液采用常規(guī)方法在井上對(duì)井下菌 群進(jìn)行培育，分析井下甲烷菌群當(dāng)前活性，具體分析方法是取20g煤，在35攝氏度條件下，利用上述培養(yǎng)液配方對(duì)煤樣進(jìn)行培養(yǎng)30天，實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)甲烷產(chǎn)出率。第五步利用第四步培育結(jié)果對(duì)地下生物法氣化能力作出評(píng)估，根據(jù)井田面積以 及煤層厚度，得出菌群井下產(chǎn)氣能力(m3/t/d)。第六步根據(jù)第二步煤層環(huán)境特征數(shù)據(jù)，如果井田溫度低于30攝氏度，則需要利 用蒸汽法，首先對(duì)煤層進(jìn)行小范圍升溫，升溫至35 40攝氏度間，并要求在10天時(shí)間內(nèi)保 持該溫度。第七步將第三步中配制好的培養(yǎng)液，緩慢注入第六步升溫后的小范圍煤層中， 要求每立方米煤中注入不小于50L培養(yǎng)液，進(jìn)行小范圍甲烷菌群激活，在注入過(guò)程中利用 傳感器監(jiān)測(cè)甲烷產(chǎn)出率。待產(chǎn)氣平穩(wěn)，再在周圍區(qū)域注入培養(yǎng)液，擴(kuò)大培養(yǎng)液在煤層中的影 響范圍，使更多的微生物開始活動(dòng)；以此類推，直到完成整個(gè)煤層培養(yǎng)液的注入實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū) 域的煤的氣化(反應(yīng)機(jī)理如圖所示)。第八步將轉(zhuǎn)化后的甲烷氣體抽放到地面作為天然氣進(jìn)行利用，并可以將產(chǎn)生的 二氧化碳?xì)怏w重新注入煤層，在提高瓦斯產(chǎn)出率的同時(shí)，做到經(jīng)濟(jì)環(huán)保。本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理如圖1所示煤層中原始存在的微生物被激活后產(chǎn)生大量的水 解菌、發(fā)酵菌、產(chǎn)氫乙酸菌、耗氫乙酸菌等，被激活的水解菌與發(fā)酵菌協(xié)同將煤中的高分子 化合物轉(zhuǎn)化為醋酸鹽、長(zhǎng)鏈脂肪酸，二氧化碳和氫氣等；乙酸菌則可以利用二氧化碳和氫氣 產(chǎn)生更多的乙酸，同時(shí)耗氫乙酸菌還可以將煤中的羥化芳香化合物等木質(zhì)素分解為乙酸； 而產(chǎn)氫乙酸菌則可以將脂肪酸、醇類、芳香族化合物以及氨基酸轉(zhuǎn)化為氫氣、二氧化碳和醋 酸鹽以供產(chǎn)甲烷菌的利用。
權(quán)利要求
一種利用地下煤層微生物制取天然氣的方法，其特征在于，步驟如下第一步首先劃定計(jì)劃實(shí)施煤轉(zhuǎn)氣的煤層區(qū)域，在區(qū)域間打通一個(gè)隔離帶，并循環(huán)注入空氣，空氣的注入量應(yīng)保證隔離帶煤表面氧還原電勢(shì)要求高于500mV；第二步對(duì)待氣化區(qū)的煤層的煤質(zhì)、地溫，水文情況和氧含量進(jìn)行分析，獲得煤層環(huán)境特征數(shù)據(jù)，為下一步細(xì)菌激活、培養(yǎng)做好準(zhǔn)備；第三步配制培養(yǎng)液，要求培養(yǎng)液中必須含有元素N、P、S、K、Mg、Na和Ca；第四步在待氣化區(qū)中鉆取煤樣，利用上述培養(yǎng)液在井上對(duì)煤樣中的菌群進(jìn)行小范圍培育，分析井下甲烷菌群轉(zhuǎn)化成甲烷氣體的活性情況；第五步利用第四步分析結(jié)果對(duì)地下生物法氣化能力作出評(píng)估，得出井下產(chǎn)氣能力；第六步利用蒸汽法，對(duì)地溫低于30攝氏度的煤層通入蒸汽在小范圍升溫，激活煤層中的菌群；第七步將第三步中配制好的培養(yǎng)液，緩慢注入第六步升溫后的小范圍煤層中，培養(yǎng)液的注入量應(yīng)保證足以激活甲烷菌群，在注入過(guò)程中利用傳感器監(jiān)測(cè)甲烷產(chǎn)出率，掌握煤層微生物轉(zhuǎn)化程度；待小范圍內(nèi)產(chǎn)氣平穩(wěn)，再在周圍區(qū)域注入培養(yǎng)液，擴(kuò)大培養(yǎng)液在煤層中的影響范圍，使更多的微生物開始活動(dòng)轉(zhuǎn)化成甲烷氣體，直到注完整個(gè)煤層區(qū)域的培養(yǎng)液，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的煤的氣化；第八步將轉(zhuǎn)化后的地下甲烷氣體抽放到地面，作為天然氣以便利用。
2.如權(quán)利要求1所述的利用地下煤層微生物制取天然氣的方法，其特征在于，步驟如下第一步選定某煤田的預(yù)采區(qū)為實(shí)施煤轉(zhuǎn)氣的區(qū)域，在該區(qū)域間打通一個(gè)隔離帶與其 他區(qū)進(jìn)行隔離，在該區(qū)內(nèi)循環(huán)注入空氣，空氣的注入量應(yīng)保證隔離帶煤表面氧還原電勢(shì)高 于 500mV ；第二步對(duì)第一步氣化區(qū)的煤層的煤質(zhì)、地溫、水文情況和氧含量進(jìn)行分析，獲得煤層 環(huán)境特征數(shù)據(jù)；第三步配制培養(yǎng)液，常規(guī)培養(yǎng)液中各元素成分為 N 0.0187 Mol/L P 0.0042 Mol/L S 0.0198 Mol/L K 0.0107 Mol/L Mg 0. 0008 Mol/L Na `0. 0269 Mol/L Ca 0. 0003 Mol/L第四步在待氣化區(qū)中鉆取煤樣，利用上述培養(yǎng)液采用常規(guī)方法在井上對(duì)井下菌群進(jìn) 行培育，分析井下甲烷菌群當(dāng)前活性，具體分析方法是取20g煤，在35攝氏度條件下，利用上述培養(yǎng)液配方對(duì)煤樣進(jìn)行培養(yǎng)30天，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 甲烷產(chǎn)出率；第五步利用第四步培育結(jié)果對(duì)地下生物法氣化能力作出評(píng)估，根據(jù)井田面積以及煤 層厚度，得出菌群井下產(chǎn)氣能力；第六步根據(jù)第二步煤層環(huán)境特征數(shù)據(jù)，如果井田溫度低于30攝氏度，則需要利用蒸汽法，首先對(duì)煤層進(jìn)行小范圍升溫，升溫至35 40攝氏度間，并要求在10天時(shí)間內(nèi)保持該 溫度；第七步將第三步中配制好的培養(yǎng)液，緩慢注入第六步升溫后的小范圍煤層中，要求 每立方米煤中注入不小于50L培養(yǎng)液，進(jìn)行小范圍甲烷菌群激活，在注入過(guò)程中利用傳感 器監(jiān)測(cè)甲烷產(chǎn)出率；待產(chǎn)氣平穩(wěn)，再在周圍區(qū)域注入培養(yǎng)液，擴(kuò)大培養(yǎng)液在煤層中的影響范 圍，使更多的微生物開始活動(dòng)；以此類推，直到完成整個(gè)煤層培養(yǎng)液的注入，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域 的煤的氣化；第八步將轉(zhuǎn)化后的甲烷氣體抽放到地面作為天然氣進(jìn)行利用，并可以將產(chǎn)生的二氧 化碳?xì)怏w重新注入煤層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用地下煤層微生物制取天然氣的方法，它主要是利用培養(yǎng)液對(duì)煤層中存在的菌群進(jìn)行培育激活，使井下甲烷菌群轉(zhuǎn)化成甲烷氣體。本發(fā)明不僅可以將煤轉(zhuǎn)化為甲烷作為天然氣用，而且還可以在制氣過(guò)程中提高煤層的透氣性，為提高甲烷的抽放能力以及保障后期的安全回采均具有重要意義，更重要的是轉(zhuǎn)化率高，并且轉(zhuǎn)化后的煤層資源可重復(fù)再用，克服了現(xiàn)有熱氣化法氣化轉(zhuǎn)化率低、氣化結(jié)束后的氣化區(qū)域煤炭資源不可再重復(fù)利用的缺陷。
文檔編號(hào)E21B43/295GK101922287SQ20101023698
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者肖棟, 薩迪·哈波蘭尼 申請(qǐng)人:肖棟