专利名称：利用地下煤层微生物制取天然气的方法
技术领域：
本发明属于地下煤转气技术，尤其是利用地下煤层微生物自身制取天然气(其主 要成分是甲烷气体)的技术。该方法利用微生物对煤进行吸收和降解作用达到煤转气的目 的。
背景技术：
目前，煤炭作为一种宝贵能源资源，主要是通过开采进行利用，为了实现不易开采 的煤层资源的充分回收，作为该计划的项目之一，我国投入了大量的资金进行了长期的煤 转气技术的探索和研究。现有的地下煤转气技术主要是热汽化法。该方法是在地下构建燃烧炉或气化炉， 实现煤的气化。这种方法存在的不足是煤的气化转化率较低，一般低于70 %，对能源的利用 率并未达到最优，而且气化结束后的气化区域煤炭资源不可再重复利用。微生物作为一种生命体在自然界无处不在，即使深埋在地下的煤层中也不例外。 这种微生物是以群落形式存在于煤层中，而且伴随了煤层由生成到现在的整个历史过程。 它们在煤层中利用地下水和煤中的有机成分作为营养源使生命得以延续，并伴随新陈代谢 产生大量甲烷气体，与热煤气一并形成了我们现在所说的煤层气。在对煤层气形成过程的 研究中发现了大量生物甲烷的存在也证明了这一点。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用存在于地下煤层中的微生物菌群将煤转化为天然 气的方法，该方法不仅可以提高煤层气产量和质量，而且在转化过程中，由于生物甲烷对 煤的降解作用，使煤的透气性大幅提高，为以后的瓦斯抽放、降低二氧化碳地质封存的危害 性以及后期煤田的回采提供了有利条件。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是第一步首先划定计划实施煤转气的煤层区域，在区域间打通一个隔离带，并循环 注入空气，空气的注入量应保证隔离带煤表面氧还原电势要求高于500mV。第二步对待气化区的煤层的煤质、地温，水文情况、氧含量等进行分析，获得煤层 环境特征数据，为下一步细菌激活、培养做好准备。第三步配制培养液，要求培养液中必须含有元素N、P、S、K、Mg、Na、Ca。第四步在待气化区中钻取煤样，利用上述培养液在井上对煤样中的菌群进行小 范围培育，分析井下甲烷菌群转化成甲烷气体的活性情况。第五步利用第四步分析结果对地下生物法气化能力作出评估，得出井下产气能 力。第六步利用蒸汽法，对地温低于30摄氏度的煤层通入蒸汽在小范围升温，激活 煤层中的菌群。第七步将第三步中配制好的培养液，缓慢注入第六步升温后的小范围煤层中，培养液的注入量应保证足以激活甲烷菌群，在注入过程中利用传感器监测甲烷产出率，掌握 煤层微生物转化程度。待小范围内产气平稳，再在周围区域注入培养液，扩大培养液在煤层 中的影响范围，使更多的微生物开始活动转化成甲烷气体，直到注完整个煤层区域的培养 液，实现整个区域的煤的气化。第八步将转化后的地下甲烷气体抽放到地面，作为天然气以便利用。本发明的有益效果是1、菌种伴随煤的形成已存在于煤层之中，整个过程不存在外部细菌的引入，不会 导致细菌污染。2、通过对微生物的激活，利用微生物对煤的降解作用实现煤转气的过程，平均转 化率可达煤中有机物含量的90%以上，转化后的煤依然可以作为优质能源加以利用。因此 该技术远优于现有热汽化法。3、转化过程中，由于微生物的分解作用，提高了煤的透气性，不仅为瓦斯抽放提供 了便利，同时也为后期的煤田回采安全奠定了重要基础。4、生物分解过程同时消耗掉煤层中的一些杂质，提高了煤的品质。5、该甲烷微生物群种属于绝对厌氧微生物，回采煤炭时，在通风作用下，该菌种会 迅速死亡。通过实验室验证，该菌种属于无害菌群，不会对环境及人类造成危害。6、利用本发明方法转化后的区域煤炭资源可再重复利用。总之，本发明作为一种新型的煤层瓦斯制取技术，对煤层气增产、低品质煤层的利 用以及提高煤炭资源利用度均具有着重要意义。它不仅可以将煤转化为甲烷作为天然气 用，而且还可以在制气过程中提高煤层的透气性，为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义，更重要的是转化率高，并且转化后的煤层资源可重复再用，克服 了现有热汽化法汽化转化率低、气化结束后的气化区域煤炭资源不可再重复利用的缺陷， 具有显著的进步。
图1是本发明的反应机理流程图。
具体实施例方式下面通过一个实施例根据详细过程叙述本发明的技术方案。第一步选定某煤田的预采区为实施煤转气的区域，在该区域间打通一个隔离带 与其他区进行隔离，在该区内循环注入空气，空气的注入量应保证隔离带煤表面氧还原电 势高于500mV。第二步对第一步气化区的煤层的煤质、地温，水文情况，氧含量等进行分析，获得 煤层环境特征数据。第三步配制培养液，常规培养液中各元素成分如下表所示。 第四步在待气化区中钻取煤样，利用上述培养液采用常规方法在井上对井下菌 群进行培育，分析井下甲烷菌群当前活性，具体分析方法是取20g煤，在35摄氏度条件下，利用上述培养液配方对煤样进行培养30天，实时 监测甲烷产出率。第五步利用第四步培育结果对地下生物法气化能力作出评估，根据井田面积以 及煤层厚度，得出菌群井下产气能力(m3/t/d)。第六步根据第二步煤层环境特征数据，如果井田温度低于30摄氏度，则需要利 用蒸汽法，首先对煤层进行小范围升温，升温至35 40摄氏度间，并要求在10天时间内保 持该温度。第七步将第三步中配制好的培养液，缓慢注入第六步升温后的小范围煤层中， 要求每立方米煤中注入不小于50L培养液，进行小范围甲烷菌群激活，在注入过程中利用 传感器监测甲烷产出率。待产气平稳，再在周围区域注入培养液，扩大培养液在煤层中的影 响范围，使更多的微生物开始活动；以此类推，直到完成整个煤层培养液的注入实现整个区 域的煤的气化(反应机理如图所示)。第八步将转化后的甲烷气体抽放到地面作为天然气进行利用，并可以将产生的 二氧化碳气体重新注入煤层，在提高瓦斯产出率的同时，做到经济环保。本发明的反应机理如图1所示煤层中原始存在的微生物被激活后产生大量的水 解菌、发酵菌、产氢乙酸菌、耗氢乙酸菌等，被激活的水解菌与发酵菌协同将煤中的高分子 化合物转化为醋酸盐、长链脂肪酸，二氧化碳和氢气等；乙酸菌则可以利用二氧化碳和氢气 产生更多的乙酸，同时耗氢乙酸菌还可以将煤中的羟化芳香化合物等木质素分解为乙酸； 而产氢乙酸菌则可以将脂肪酸、醇类、芳香族化合物以及氨基酸转化为氢气、二氧化碳和醋 酸盐以供产甲烷菌的利用。
权利要求
一种利用地下煤层微生物制取天然气的方法，其特征在于，步骤如下第一步首先划定计划实施煤转气的煤层区域，在区域间打通一个隔离带，并循环注入空气，空气的注入量应保证隔离带煤表面氧还原电势要求高于500mV；第二步对待气化区的煤层的煤质、地温，水文情况和氧含量进行分析，获得煤层环境特征数据，为下一步细菌激活、培养做好准备；第三步配制培养液，要求培养液中必须含有元素N、P、S、K、Mg、Na和Ca；第四步在待气化区中钻取煤样，利用上述培养液在井上对煤样中的菌群进行小范围培育，分析井下甲烷菌群转化成甲烷气体的活性情况；第五步利用第四步分析结果对地下生物法气化能力作出评估，得出井下产气能力；第六步利用蒸汽法，对地温低于30摄氏度的煤层通入蒸汽在小范围升温，激活煤层中的菌群；第七步将第三步中配制好的培养液，缓慢注入第六步升温后的小范围煤层中，培养液的注入量应保证足以激活甲烷菌群，在注入过程中利用传感器监测甲烷产出率，掌握煤层微生物转化程度；待小范围内产气平稳，再在周围区域注入培养液，扩大培养液在煤层中的影响范围，使更多的微生物开始活动转化成甲烷气体，直到注完整个煤层区域的培养液，实现整个区域的煤的气化；第八步将转化后的地下甲烷气体抽放到地面，作为天然气以便利用。
2.如权利要求1所述的利用地下煤层微生物制取天然气的方法，其特征在于，步骤如下第一步选定某煤田的预采区为实施煤转气的区域，在该区域间打通一个隔离带与其 他区进行隔离，在该区内循环注入空气，空气的注入量应保证隔离带煤表面氧还原电势高 于 500mV ；第二步对第一步气化区的煤层的煤质、地温、水文情况和氧含量进行分析，获得煤层 环境特征数据；第三步配制培养液，常规培养液中各元素成分为 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第四步在待气化区中钻取煤样，利用上述培养液采用常规方法在井上对井下菌群进 行培育，分析井下甲烷菌群当前活性，具体分析方法是取20g煤，在35摄氏度条件下，利用上述培养液配方对煤样进行培养30天，实时监测 甲烷产出率；第五步利用第四步培育结果对地下生物法气化能力作出评估，根据井田面积以及煤 层厚度，得出菌群井下产气能力；第六步根据第二步煤层环境特征数据，如果井田温度低于30摄氏度，则需要利用蒸汽法，首先对煤层进行小范围升温，升温至35 40摄氏度间，并要求在10天时间内保持该 温度；第七步将第三步中配制好的培养液，缓慢注入第六步升温后的小范围煤层中，要求 每立方米煤中注入不小于50L培养液，进行小范围甲烷菌群激活，在注入过程中利用传感 器监测甲烷产出率；待产气平稳，再在周围区域注入培养液，扩大培养液在煤层中的影响范 围，使更多的微生物开始活动；以此类推，直到完成整个煤层培养液的注入，实现整个区域 的煤的气化；第八步将转化后的甲烷气体抽放到地面作为天然气进行利用，并可以将产生的二氧 化碳气体重新注入煤层。
全文摘要
本发明公开了一种利用地下煤层微生物制取天然气的方法，它主要是利用培养液对煤层中存在的菌群进行培育激活，使井下甲烷菌群转化成甲烷气体。本发明不仅可以将煤转化为甲烷作为天然气用，而且还可以在制气过程中提高煤层的透气性，为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义，更重要的是转化率高，并且转化后的煤层资源可重复再用，克服了现有热气化法气化转化率低、气化结束后的气化区域煤炭资源不可再重复利用的缺陷。
文档编号E21B43/295GK101922287SQ20101023698
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者肖栋, 萨迪·哈波兰尼 申请人:肖栋