化學預處理增產(chǎn)生物成因煤層氣研究.pdf

1、作為一種非常規(guī)能源資源，煤層氣的開發(fā)與利用，一方面可以大大降低煤炭資源的開采成本，另一方面可以確保能源的可持續(xù)發(fā)展。按照形成原因，煤層氣可以分為兩類：生物成因煤層氣和熱成因煤層氣。目前普遍認為，生物成因煤層氣的生成過程主要是由煤層中的本源產(chǎn)甲烷菌群將煤中的大分子有機物逐步轉(zhuǎn)化為小分子有機化合物，進而轉(zhuǎn)化為生物甲烷。由此，生物成因煤層氣能夠在一定程度上實現(xiàn)煤層氣的“再生”，對改變我國“富煤少氣”的能源結(jié)構(gòu)具有重要作用，科學及現(xiàn)實意義重大。

2、
　　然而，多種因素導致生物成因煤層氣的產(chǎn)氣效率較低。目前普遍認為，生物降解煤的限制因素主要是煤結(jié)構(gòu)的復雜性和難降解性。本文提出采用有效方法在生物轉(zhuǎn)化之前對煤進行預處理，來降低煤分子的復雜性，提升煤分子的生物有效性，以提高生物煤層氣的產(chǎn)生效率。
　　本文采用傳代、富集的方法從沁水盆地煤層氣田產(chǎn)出水中獲得了無煙煤降解高效菌群，并確定了最佳生長條件；利用FTIR、X-RD、GC-MS技術，通過煤官能團、煤晶核、降解中間產(chǎn)物3方面

3、初步分析了菌群的降解機理。在此基礎上，研究了不同濃度硝酸、高錳酸鉀、雙氧水、氫氧化鈉預處理煤的生物煤層氣增產(chǎn)效果，以產(chǎn)氣量為核心評價指標，優(yōu)選出最佳的預處理條件，并通過FTIR、X-RD技術分析（1）成功培育出降解無煙煤的高效菌群，其最佳產(chǎn)氣條件為：溫度，35℃；耐鹽度，1.1％~1.2%；粒徑，0.15~0.25mm；pH，8~9；煤（g）與菌液（ml）之比，1：5；最佳接種時間，20d。在降解煤產(chǎn)甲烷的過程中，酚、醇、醚、脂的 C-

4、O的伸縮振動以及苯環(huán)骨架振動的吸收峰面積逐漸減??；煤的晶核結(jié)構(gòu)不斷減小，煤的芳環(huán)結(jié)構(gòu)變得膨脹疏松；培養(yǎng)液中的中間代謝產(chǎn)物有芳香族物質(zhì)、長鏈脂肪酸、甲酸、乙酸、酚、醇、醚、脂等物質(zhì)出現(xiàn)。整個降解過程遵循了厭氧生物典型發(fā)酵理論的模式，即煤的大分子不斷降解為小分子，最終被微生物利用產(chǎn)生甲烷的過程。
　?。?）優(yōu)選出最佳煤預處理條件為：30%的H2O2處理12h和1.5M NaOH處理12h，產(chǎn)氣量分別提高12.5%和15.5%。

5、　?。?）H2O2預處理過程中，煤官能團主要體現(xiàn)在取代芳烴以及苯環(huán)的骨架振動的吸收峰不斷減小，煤晶核結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在其體積的縮小，這是以雙氧水對其外部分子的氧化作用為前提而完成的，即這是一個使小分子被氧化脫落的過程。NaOH預處理過程中，煤官能團主要體現(xiàn)在甲基、亞甲基的吸收峰不斷減小，這是堿機理作用的結(jié)果，而煤的晶核結(jié)構(gòu)的減小，主要是氫氧化鈉的強腐蝕性的原因造成的。
　?。?）H2O2預處理后煤產(chǎn)氣過程中，煤官能團主要體現(xiàn)在酚類、醇

6、類、醚類物質(zhì)的 C-O吸收峰以及苯環(huán)的骨架振動的吸收峰的面積是不斷減小的，這說明經(jīng) H2O2處理后，以酚類、醇類、醚類以及芳香族物質(zhì)作為主要產(chǎn)氣基質(zhì)的物質(zhì)更易被利用；煤的晶核結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不斷減小的趨勢，這表明在微生物的作用下，其堆砌高度以及延展度都有所減小，這正與產(chǎn)甲烷過程中煤中有機質(zhì)的降解過程相對應。NaOH預處理后的煤產(chǎn)氣過程中，煤官能團主要體現(xiàn)在含有苯環(huán)的骨架振動的吸收峰不斷減小，這說明煤的大分子不斷降解，進而轉(zhuǎn)化為酚類、醇類等物質(zhì)