CN104884568A - 用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明记载了用于提高来自含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物。所述营养组合物包含磷(P)源和气态氮(N2)源。所述营养组合物优选基本上不含气态氧和/或气态NOx和/或SOx。在各个实施方案中，所述营养组合物可以包括可溶磷源(P)的溶液和气态氮(N2)的两相混合物。本发明还描述了用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的方法。所述方法涉及将本发明的营养组合物分散遍及含碳物质一段时期，从而生物性产生甲烷，随后从所述含碳物质中收集甲烷。

Description

用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统
技术领域
本发明涉及用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统。
背景技术
甲烷与大多数煤炭储量有关，其含量各不相同。可以在煤埋藏和成熟过程中生热产生形成，或者可以通过微生物的作用而生物产生。据认为细菌是煤的主要降解菌，其产生一系列的中间体，所述中间体依次降解为甲烷前体，例如氢气、二氧化碳、乙酸盐和各种其他化合物(如二甲基硫醚、甲酸盐，甲醇和甲胺)。然后这些前体通过产甲烷古生菌转化成甲烷。通过多种机制，包括CO2还原、乙酸分解(从乙酸盐)或甲基营养过程，可以发生这种产甲烷过程。
产生生物甲烷的煤层环境是缺氧的和还原的。由于主要营养素的限制，生物甲烷产生是缓慢的，经过长时间尺度发生。来自典型的煤层甲烷(CSM)井的生产可能存在5-7年，之后生产速率变得不经济，井可能被放弃。
有可能通过引入产甲烷微生物种群延长井的生产寿命。美国公开No.2004/0033557记载了将所选的厌氧微生物的聚生体引入到用于在形成层中将有机化合物原位转化为甲烷和其他化合物的表面形成层中。
也可以通过刺激存在于煤和/或相关的水中的微生物相对迅速补充埋藏的煤层中的甲烷。已知的是，这可以通过将营养素添加到系统中来实现。例如，美国专利No.7,832,475描述了提高生物甲烷生产的方法，所述方法涉及引入不加选择的微生物种群的刺激组合物，例如玉米糖浆、乳化油和牛奶以全面促进含烃形成层的微生物种群。该方法进一步涉及通过使一种或多种微生物群体选择性饥饿以选择性供养至少一种所促进的微生物种群的微生物种群后续处理。
虽然通过增强微生物复合系的生长在提高甲烷产生方面已取得显著进展，但仍有进一步改进的余地。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物，其包括磷(P)源和气态氮(N2)源。
为了本发明的目的，术语“气态氮”指的是在大气压和25℃下为气态的氮。像这样，气态氮可包括在大气压或高于大气压的压力下溶解在水溶液中的气态的氮。
术语“碳质物质”广义地用于指能够支持并优选存在或供有一个或多个产甲烷微生物种群的任何含碳物质。含碳物质经过所述一个或多个产甲烷微生物种群的降解产生甲烷或甲烷前体。含碳物质的合适实例包括，但不限于，煤、褐煤、泥煤、钻粉、废煤、煤衍生物、油页岩、油层、沥青砂、烃污染的土壤和石油污泥。含碳物质优选在干燥无灰基底上包括至少0.5重量％N，更优选至少1.0重量％N。
含碳物质可以是原位含碳物质或非原位含碳物质。原位含碳物质可以指存在于原始来源位置，如承载含碳物质的地层或采空区的含碳物质。非原位可以指已从其原始来源位置移除的含碳物质。非原位含碳物质可以存在于反应器、生物反应器、堆积堆或可选择的地上建筑物、地坑等等。
在各种实施方案中，营养组合物可包括可溶性磷(P)源的溶液和气态氮(N2)源的两相混合物。所述溶液可以是水溶液。
在这些实施方案的一些中，气态氮(N2)也可以溶于溶液，使得在将气态氮传送到含碳物质的压力下大部分(即至少20％，优选至少50％，更优选至少80％)气态氮溶解于水溶液中。溶解在溶液中的氮(N)的浓度可以是每千克溶剂，特别是水，5mg-1750mg，优选10mg-1500mg，更优选50mg-1000mg，甚至更优选100mg-800mg的气态氮。溶解的气态氮的上限受到在将营养组合物传送到含碳物质或接近含碳物质的压力下氮的溶解性的限制。
气态氮(N2)优选代表营养组合物的总的气体组分的相当大的一部分(例如，优选大于60％体积/体积，更优选大于95％体积/体积，甚至更优选大于99.5％体积/体积)。气态组分优选是一致的组成(即，气态组分优选具有在营养组合物的传送跨度之上波动不超过5％体积/体积，更优选不超过1％体积/体积的氮含量)以确保微生物种群不经受其营养源的不利波动。在这种程度上，优选应该不使用烟气作为氮气(N2)，除非烟气已经过处理去除了包括残余氧气、气态的硫和氮氧化物的杂质。
营养组合物还可以包含非气态氮源。优选地，非气态氮源代表不超过营养组合物的总氮源的50重量％，更优选不超过营养组合物的总氮源的20重量％。
营养组合物可以包含至少1.5mM，优选至少2mM，更优选至少5mM的磷浓度。
优选的营养组合物进一步包括一个或多个产甲烷微生物种群。更优选一个或多个产甲烷微生物种群包括选自由如下所组成的组中的微生物：
甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷火菌。
根据第二个方面，提供了提高来自含碳物质的生物甲烷生产的方法，包括以下步骤:
将包含磷(P)源和气态氮(N2)源，或如上另外所限定的营养组合物，分散遍及含碳物质一段时间，生物性产生甲烷；以及
从含碳物质收集甲烷。
优选地，营养组合物与含碳物质紧密接触以使居于营养组合物的产甲烷微生物种群能够容易利用所述营养组合物。
本领域技术人员将理解，通过含碳物质的工业规模的气体覆盖不能实现将营养组合物分散遍及含碳物质。这种方法不能使得营养组合物渗透并占据含碳物质的颗粒之间的空隙，以使居于产甲烷微生物种群能够容易利用所述营养组合物。
优选地，通过混合或搅拌营养组合物遍及接近含碳物质的现存环境(例如，地层水)，实现含碳物质扩散通过含碳物质。
将营养组合物分散遍及含碳物质可以通过相关领域技术人员可获得的已经技术，通过调节营养组合物进入到含碳物质中的注射压力而实现。
在优选的实施方案中，营养组合物的分散通过潜流操作技术，例如WO2011/017771所公开的技术实现，WO2011/017771通过引用而并入本文中。
优选一段时间为至少1周，更优选为至少2周，甚至更优选为至少3个月，然而甚至更优选为至少6个月，最优选为至少1年。一般情况下，营养组合物与含碳物质紧密接触的时间越长，产生的适于收集的甲烷的量越大。商业考虑可以至少部分推动从含碳物质收集甲烷之前将营养组合物分散遍及含碳物质的时间段。
“提高甲烷的生物产生”可指在给定的时期内由含碳物质产生的生物甲烷的体积相对于在同一时期在不存在营养组合物的情况下由含碳物质生产的生物甲烷的体积增加。或者，“提高甲烷的生物产生”可指来自含碳物质的生物甲烷的生产率与在不存在营养组合物的情况下由含碳物质所产生的生物甲烷的生产率相比加快。
通过增加一个或多个产甲烷微生物种群的大小或增加所述微生物种群菌的产甲烷速率，可实现提高甲烷的生物产生。
一个或多个产甲烷微生物种群可以是能够产甲烷的任何微生物种菌，换句话说，是可降解含碳物质生成甲烷或甲烷前体，如氢气、二氧化碳、乙酸盐和其他有机化合物，例如甲酸盐、甲醇和甲胺等。
所述微生物种群可以是自然存在或与含碳物质共存的土著微生物种群。
可选择或者另外，可以将产甲烷微生物种群引入到含碳物质中。相对于单独的或交替的含碳物质，引入的产甲烷微生物种群可以是土著的。或者，引入的产甲烷微生物种群可以是来自生物反应器或改造的微生物培养物。改造的微生物培养物包括通过经典选择方法或其他遗传修饰方法产生的微生物培养物。
根据第三个方面，提供了生物甲烷生产系统，包括:
用于提高来源于含碳物质的生物甲烷的营养组合物，所述营养组合物包括磷(P)源和气态氮(N2)源；
用于将所述营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统；以及
收集来自含碳物质的甲烷的收集器。
根据第四方方面，提供了用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的设备，所述设备包括能将包括磷(P)源和气态氮(N2)源的营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统。
根据另一个方面，提供了包括磷(P)源和气态氮(N2)源的营养组合物中的气态氮(N2)在提高生物生产中的用途。
附图说明
尽管任何其它形式可能落入如摘要所述的营养组合、方法和系统的范围内，现在参考附图仅作为示例的方式描述具体实施例，其中：
图1显示如实施例所描述的使用MBC3/4接种物以周为单位从作为碳源的酵母提取物采样的顶空气体中的甲烷浓度(ppm)的条形图；和
图2是显示如实施例2所描述的氮气对使用苏拉特产甲烷接种物4周后由含有苏拉特煤的小瓶采样的顶空气体中的甲烷浓度(％)的影响的另一个条形图；和
图3是如实施例3所描述的使用苏拉特产甲烷接种物4周之后在含有苏拉特煤的小瓶的顶空气中的甲烷浓度(mM)的图示。
具体实施方式
在一个方面，本发明涉及用于提高来源于含碳物质甲烷的生物产生的营养组合物。
营养组合物
用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物，所述营养组合物包括磷(P)源和气态氮(N2)源。
所述营养组合物优选基本上不含气态氧和/或气态NOx和/或SOx。氧的存在对优选的厌氧微生物种群有害，NOx或SOx的存在很可能显著改变营养组合物的pH和离子强度，这可能会抑制而不是促进微生物种群产生甲烷。
在各种实施方案中，营养组合物可包括可溶性磷(P)源的溶液和气态氮(N2)源的两相混合物。
营养组合物优选还包括水源，(即该溶液可以是含水溶液)。
含水溶液的溶剂(水源)可以是水、去离子水、超纯水、蒸馏水、市政水、地下水、采出水、地层水、循环水、工艺水、废水、微咸水或盐水。
优选地，含水溶液包含地层水或其类似的组合物。通过使用与碳沉积物周围的地层水相同或相似的含水溶液，经改良(即，富含营养)的含水溶液能够更好地将加强的营养物质传送到微生物种群，而不需要适应新的含水环境的显著的滞后时间。
优选，所述水源的温度、pH和/或离子强度基本上与所得到的营养组合物的温度、pH值和/或离子强度相同。
对于本发明的目的，基本上相同的温度优选为差异不超过20℃的温度，更优选为差异不超过10℃。
对于本发明的目的，基本上相同的pH优选为差异不超过2，更优选为不超过1，甚至更优选为不超过0.5。
优选地，营养组合物的pH在5.0-10.0，更优选6.0-9.0，甚至更优选7.0-8.0的pH值范围内。
对于本发明的目的，基本上相同的离子强度优选为离子强度差不超过100％，更优选不超过50％，甚至更优选不超过10％。
优选地，营养组合物基本上不含氧气(即，缺氧的)。
在一些实施方案中，配制营养组合物之前，可以将地层水(或其它溶剂)存储在蓄水库，例如储罐或水坝。因此，可以理解，在这些特定的实施方案中，地层水可能需要先经过处理以从中除去氧气。这样的处理可以包括，但不限于，用气体如氮气或类似的惰性气体净化地层水(或其它溶剂)以置换其中的氧气。
在一些实施方案中，溶液中磷的浓度至少为1.5mM。
在这些实施方案的一些中，气态氮(N2)也可以溶于该溶液中。溶液中的氮的浓度可以是每千克溶剂5mg-1750mg气态氮。
对于实施方案，其中营养组合物为单相，所述营养组合物的压力优选足够高，使得至少5mg，优选至少50mg的气态氮(N2)溶解在含水溶液中。
应当理解的是，可以选择磷源和气态氮源为可溶解于水溶液中的。还应当理解的是，可以用乳化剂来增加含水溶液中磷源的溶解度。因此，所述营养组合物还可以包括乳化剂。
在各种实施方案中，所述营养组合物可包括可溶性磷(P)源的乳液和气态氮(N2)的两相混合物。该乳液可以是水包油乳液。可选择地，所述营养组合物可包括含有可溶性磷(P)源的胶质或凝胶和气态氮(N2)的两相混合物。更进一步，所述营养组合物可包括含有磷(P)源的悬浊液和气态氮(N2)的两相混合物。
在各种实施方案中，所述营养组合物的悬浮液、乳液或凝胶还可以包含选自包含铁、锰、钴、锌、钼、镍、铝、硼、铜、钨和硒的组中的至少一种微量元素。所述微量元素可以以其水可溶盐形式存在于溶液中。营养组合物中各微量元素的浓度可以小于200ppm。
在其他实施方案中，营养组合物的溶液、悬浮液、乳液或凝胶还可以包含选自包含吡哆醇、对氨基苯甲酸、泛酸盐、烟酸、核黄素、硫胺素、硫辛酸、生物素、叶酸、丙酮酸和B12的组中的至少一种维生素。营养组合物中各维生素的浓度可以小于100ppm。
在进一步的实施方案中，所述营养组合物的溶液、悬浮液、乳液或凝胶可进一步包括至少一种刺激物。刺激物可以是可用于增加或刺激含碳物质中甲烷生物产生的任何因子。刺激物的例子包括，但不限于，酵母提取物、辅酶M、乳酸、矿物改良剂(如氯化物、钠、钾，镁和钙)、烷基醇、甲醇、乙醇、2-丙醇、2,3-丁二醇、香子兰酸盐、甘氨酸、半胱氨酸、3,4,5-三甲氧基苯甲酸酯、纤维素，肉桂酸、苯甲酸、几丁质、壳聚糖、氯酸盐、高氯酸盐以及它们的任意组合。
为各种目的，在营养组合物的溶液中也可以包括其它添加剂，例如，稳定溶液以抵抗其随时间而变质并延长保存期限，维持恒定的pH值等等。这样的添加剂可以包括，但不限于，酸、碱、缓冲剂、氧化剂、抗氧化剂、表面活性剂、乳化剂、胶凝剂，它们的任何组合等。
磷源
营养组合物的磷源可以是对一个或多个产甲烷微生物种群来说是生物可利用的并具有刺激生物甲烷产生作用的形式的任何含磷物质。确定是否特定磷源具有刺激作用的方法是本领域技术人员所熟知的。
在各种实施方案中，磷源可以是含磷化合物，如磷的含氧酸盐、磷脂或其衍生物、有机磷酸酯及其任意组合等。
合适的磷的含氧酸盐的例子包括，但不限于，次磷酸盐(H3PO2)、磷酸(H3PO3)、偏磷酸(HPO2)、可溶性正磷酸(H3PO3)、偏磷酸((HPO3)n)、多聚磷酸((HPO3)n+2)、三聚磷酸(H5P3O10)、焦磷酸(H4P2O7)、正磷酸(H3PO4)等。
合适的磷脂的例子包括，但不是限于，卵磷脂湿胶、卵磷脂、脑磷脂、磷脂酸、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰肌醇磷酸、磷脂酰肌醇二磷酸、磷脂酰肌醇三磷酸、神经酰胺磷酸胆碱、神经酰胺磷酰胆碱、神经酰胺磷酸乙醇胺、神经酰胺磷酰甘油等。
合适的磷脂衍生物的例子包括，但不是限于，在鸡蛋、大豆、氢化大豆中发现的天然磷脂衍生物，或磷脂酸、卵磷脂、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、聚乙二醇磷脂等合成的磷脂衍生物。
合适的有机磷酸酯的例子包括，但不是限于，磷酸三二甲苯酯、叔丁基苯酚磷酸酯、异丙基苯酚磷酸酯等。
氮源
气态氮(N2)在环境温度和压力下为气体，并对一个或多个产甲烷微生物种群来说是生物可利用的。
气态氮(N2)优选代表营养组合物的总气体组分的相当大的一部分(例如，优选大于60％体积/体积，更优选大于95％体积/体积，甚至更优选大于99.5％体积/体积)。
在实施方案中，气态氮来自燃烧气体(即烟气)，所述燃烧气体应经过处理，以确保其组分暂时一致。进一步，所述处理应除去杂质，包括残余的氧气和气态氧化物。
本领域技术人员将理解，合适的磷源或氮源可以不同，取决于产甲烷微生物种群和含碳物质。通过筛选过程可以容易地进行合适的磷源和氮源的选择，其中各种营养组合物的有效性在特定的含碳物质和产甲烷的微生物种群上进行检测。
提高生物甲烷生产的方法
可以在提高来自含碳物质的生物甲烷生产的方法中使用本申请所记载的营养组合物。
该方法包括将所述营养组合物分散遍及含碳物质一段时间以生物性产生甲烷以及从含碳物质中收集甲烷。
将营养组合物分散遍及含碳物质
本领域技术人员将理解，将营养组合物分散遍及含碳物质的方式将取决于含碳物质是否为原位含碳物质或非原位含碳物质。
例如，将营养组合物分散遍及承载含碳物质的地层(如煤层)的原位含碳物质可以包括通过再生CSM领域的技术人员所熟知的注射技术，将营养组合物注射到原位含碳物质内部或接近于其自然存在或人工诱导的裂缝或割理系统，所述注射技术包括，但不是限于，在压力下注射，通过重力注射，其他水注射方法等。
同样，原位含碳物质包括油页岩地层，营养组合物的分散可以包括注射营养组合物穿过油页岩地层的裂缝。在另一个实施例中，分散营养组合物可以包括将营养组合物与水力压裂液、沙支撑剂和各种化学品一起注射。以这种方式，可以将营养组合物传送到含碳物质的裂缝，同时来自水力压裂液和/或沙支撑剂的高压导致裂缝形成。在后面的实施方案中，优选在缺氧或低氧条件下使用水力压裂液，以便裂缝中的缺氧条件保持不变，或者在不久之后可以容易得到。
将营养组合物分散遍及原位含碳物质的另一种实施方案包括提供一个或多个接近原位含碳物质的支渠并将营养组合物注射到支渠中。可以提供大致平行(水平)于原位含碳物质的顶部和底部的支渠。可以从主要井筒向外钻出这些支渠，或者可以通过高压水技术产生这些支渠。高压水射流技术可以适用于穿过易碎或较多孔的地下地层钻出支渠。水平钻出的支渠和/或水射流的支渠可以从主要井筒延长数百或数千米，因此这样做可更好地接近含碳物质。此外，特别是在多孔地下地层，注射的营养组合物在毛细管作用下将倾向于穿过可渗透的或多孔的地下地层，从而迁移到含碳物质的较小的裂缝和微裂缝中。
应当理解，注射的营养组合可以是连续的或间歇的。此外，可以在初始时期之后完全停止注射营养组合物，所述时期足以使足量的营养组合物与含碳物质紧密接触。
原位含碳物质可以与相关水或地层水共存。在裂缝性油页岩地层的情况下，有也可以是一些与含碳物质相关的水力压裂液。含碳物质中的这些液体或接近含碳物质的这些液体的存在可以用来稀释营养组合物中的溶液。因此，应当理解，在某些实施方案中，将营养组合物分散可以包含将营养组合物包含的浓缩液传送到所述含碳物质，其中传送的浓缩液经过与含碳物质相关的液体稀释从而提供有效磷浓度为至少1.5mM的营养组合物溶液。浓缩溶液中磷源的浓度可以按照已知或估计的稀释程度计算出来。
关于非原位含碳物质，分散营养组合物遍及含碳物质的方式可以不同。
例如，在实施方案中，非原位含碳物质可以布置成堆积堆，将营养组合物分散遍及含碳物质的堆积堆可以包括在气态氮气氛下以足以使营养组合物的溶液在重力下从堆积堆的外表面流过或淌过含碳物质堆积堆下面的量将所述溶液施加到所述外表面。在某些实施方案中，在正压力下将气态氮源施加到堆积堆上从而确保气态氮穿透并占据堆积堆含碳物质之间的任何空隙。
通过考虑堆积堆的高度和体积，含碳物质的颗粒大小等因素可以计算可以施加到堆积堆上的营养组合物的量。
在其他实施方案中，非原位含碳物质可以位于反应器(或生物反应器)中，将营养组合物分散遍及含碳物质可以包括在气态氮源气氛下下将营养组合物与含碳物质混合。应当理解，混合可以是连续的或间歇的。此外，可以在初始时期之后完全停止混合，所述时期足以使营养组合物与含碳物质紧密接触。
生物性产生甲烷的一段时间
生物性产生甲烷的一段时间根据几个因素而不同，这几个因素包括，但不是限于，环境条件、含碳物质的性质和大小、一个或多个微生物种群的性质和大小。
一般将理解，可能需要孵育期。孵育期可以是从将营养组合物传送到含碳物质的时间起，延续至相对于在不存在营养组合物的情况下、生物甲烷产生增加的时间。一个或多个微生物种群可以生长到足够大小从而在孵育期提高生物甲烷产生。孵育期可以延长大约从数周至数年，虽然可能因上述各种因素而有所不同。
收集甲烷
本领域技术人员将理解，收集甲烷的方式将取决于含碳物质是否为原位含碳物质或非原位含碳物质。
涉及原位含碳物质，收集甲烷的技术是从各种承载油和气的地层的回收井回收CSM和相关气体的技术领域的技术人员熟知的。例如，为开采气体，可以在煤层(地下100-1500米)上钻出包钢孔。由于自然产生或抽吸煤层的水产生的煤层内压力下降，气和“采出水”都通过管子来到表面。然后，气体被送到压缩机站并进入天然气管道。
同样，涉及非原位含碳物质，收集甲烷的技术是从反应器、生物反应器、堆积堆等回收生物气的技术领域的技术人员所熟知的。例如，可以将非原位含碳物质局限于封闭的空间中以保留其顶部空间中的生物甲烷。封闭的空间可以由设置在非原位含碳物质上的壳体或任何合适的覆盖物例如防水帆布来限定。可在正压力或负压力下从顶部空间收回甲烷。
提高生物甲烷生产的系统
生物甲烷生产系统包括:
本申请所述的营养组合物
用于将所述营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统；以及
收集来自含碳物质的甲烷的工具。
用于将所述营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统
本领域技术人员将理解，将营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统取决于含碳物质是否为原位含碳物质或非原位含碳物质。
优选传送系统是缺氧传送系统。
用于将营养组合物分散遍及原位含碳物质的传送系统可以包括用于将营养组合物注射到原位含碳物质中或接近原位含碳物质的注射系统。这种系统是回收CSM技术领域的技术人员熟知的，可以包括但不是限于，压力下注射、通过重力注射、其他水注射方法等。在一些实施方案中，这种系统可以适应营养组合物与其他注射液体例如水力压裂液同时一起注射。
关于非原位含碳物质，将营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统可以不同。
在一些实施方式中，用于将营养组合物分散遍及含碳物质堆积堆(或上述含碳物质地面结构)的传送系统可以包含用于将营养组合物施加到堆积堆(或上述地面结构)外表面的敷料器。合适的敷料器包括但不是限于，设置在上述堆积堆或所述结构之上的滴灌系统。
滴灌系统可操作地与液体体积控制器、多个传感器等相关联以控制施加到堆积堆或所述结构上的营养组合物的量。可以规划液体体积控制器、传感器等，以确保施加足够量的营养组合物以使其在重力作用下从堆积堆或所述结构的外表面流过或淌过下面的含碳物质。
也可以将堆积堆局限于封闭的空间中，以在气态氮气氛下保持堆积堆。封闭的空间可以由设置在堆积堆上的壳体或任何合适的覆盖物例如防水帆布来限定。所述覆盖物不必是基本上气密的，尤其在正压力下将气态氮供应给堆积堆的条件下。可以通过覆盖物上的一个或多个输入口将气态氮施加到封闭的空间中。
在其他实施方案中，在反应器(或生物反应器)中将营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统包括与反应器(或生物反应器)流体连通、用于将营养组合物运输到反应器的管道，以及混合器。混合器可以是能够混合三相混合物的任何合适的混合器。
收集甲烷的收集器
本领域技术人员将理解，收集甲烷的收集器将取决于含碳物质是否为原位含碳物质或非原位含碳物质。
涉及原位含碳物质，收集甲烷的收集器是从各种承载油和气的地层回收CSM和相关气体的技术领域的技术人员熟知的。例如，可以在回收井上钻孔以从原位含碳物质回收甲烷。回收井可以与用于压缩回收的甲烷的压缩机、用于天然气配送的存储库或运输管道流体连通。
同样，涉及非原位含碳物质，用于收集甲烷的各种收集器是从反应器、生物反应器、堆积堆等回收生物气的技术领域的技术人员所熟知的。例如，收集器可以包括设置于非原位含碳物质之上的壳体，或任何合适的覆盖物如防水帆布，从而限制器顶部空间的生物甲烷。
所述覆盖物可以具有一个或多个与配置用于在正压力或负压力下从顶部空间收回甲烷的泵和存储库流体连通的口。
应理解的是，注射部位、支渠和回收井的几何形状可以不同，但必须基于当地地质、结构和水文条件，以使营养组合物的注入体积(浓度)最大化，从而实现最大量地回收甲烷。此外，在某些时间点上，注射部位或支渠和回收井之间的含碳物质可能对甲烷生成是无价值的。随后，回收井可以转换成注射部位，可以钻出一系列新的回收井。
提高生物甲烷生产的设备
该设备可实施如上文所述的提供生物甲烷生产的方法。
所述设备包括能够将营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统，所述营养组合物包含磷源(P)和气态氮(N2)源。特别是，所述设备可以包括使营养组合物的两相混合物与含碳物质紧密接触的传送系统。
在一些实施方案中，运送系统能够将气态氮(N2)和磷源(P)的溶液(或乳液、悬浮液或凝胶)共注入原位含碳物质。在其他实施方案中，传送系统能够将气态氮(N2)和磷源(P)的溶液(或乳液、悬浮液或凝胶)分别注入原位含碳物质。在后面的实施方案中，传送系统可以适应于在注入磷源的溶液(或乳液、悬浮液或凝胶)之前、同时或之后将气态氮(N2)注入。
应当理解，当两相混合物经受在深度上不断增大的压力时，传送系统可以适应于提供气态氮(N2)在磷源的溶液(或乳液、悬浮液或凝胶)中的溶解。
实施例
现在将描述营养组合物和提高生物甲烷生产的方法的非限制性例子。
样品
在本申请所述的实验中使用了两个微生物集聚体。第一个微生物集聚体是MBC3/4，是来源于由澳大利亚维多利亚菲利普港流域的井获得的煤层地层水样品的产甲烷富集培养物。样本来源于在约90米的地下横穿褐煤层的钻孔。
第二个微生物集聚体由起源于澳大利亚昆士兰苏拉特盆地的煤层地层水样本获得。从那个地点获得两个样品，将一个大体积的样品收集到塑料酸瓶中，运到实验室，过滤灭菌，作为介质。在原位收集第二个较小的样品并立即通过使氦气在其中形成气泡而将其脱气，然后加入Na2S以保持还原条件。运送到实验室后，缺氧下存储并用作实验的微生物接种物。作为原料的煤是由原产地澳大利亚提供的来自澳大利亚维多利亚的Maddingley褐煤矿的褐煤和次烟煤成熟度的混合的苏拉特盆地煤，它们来自大约500-700米地下。
微缩培养
实施例1
使用MBC3/4样品，在改进的MSY(mMSY)液体培养基中(Li等人，2008年)建立一式三份培养物，在高压灭菌之前该培养基(每公升)包含0.5g酵母抽提物(英国汉普郡Oxoid公司)、0.4g K2HPO4·3H2O、0.1g MgCl2·6H2O、1ml 0.1％刃天青溶液、1ml SL-11微量元素溶液(每公升含有:10ml 25％HCl、1.5g FeCl2.4H2O、0.1g MnCl2.4H2O、0.19gCoCl2.6H2O、70mg ZnCl2、36mg NaMoO4.2H2O、24mg NiCl2.2H2O、10mg AlKPO4、6mgH3BO3、2mg CuCl2.2H2O；0.1μg Na2SeO3)。对于氮源，在95％氮气顶部空间下或单独具有95％氮气顶部空间下，为培养物提供100mg/l NH4Cl。高压灭菌之后，将热的培养基转运到填充有95％N2和5％H2的混合物的缺氧的手套箱中。将培养剂冷却到<50℃之后，添加1ml过滤灭菌的维生素溶液(每公升含有:10mg吡哆醇HCl、5mg 4-氨基苯甲酸；5mg泛酸钙、5mg烟酸、5mg核黄素、5mg硫胺素、5mg硫辛酸、2mg生物素；2mg叶酸和0.1mgB12),和含有0.1％刃天青溶液和0.5ml 1.3M的半胱氨酸烟酸溶液的1ml过滤灭菌的100μΜNa2S，使该溶液平衡约2小时(除了K2HPO4.3H2O、NH4Cl、MgCl2.6H2O由新西兰Nuplex提供外，所有化学品均购自Sigma)。最终培养基pH为6.8。然后将50mlmMSY培养基无菌地转移道一式三份无菌的120ml血清瓶(澳大利亚新南威尔士州Crown Scientific公司)中，用1ml MBC3/4样品接种。然后用丁基橡胶隔膜和铝卷曲物(美国伊利诺伊州格雷斯戴维森探索科技公司)密封烧瓶，从缺氧的手套箱中移除。将培养物倒置并在30℃在黑暗中振荡(50RPM)孵育。培养小瓶孵育倒置孵育以使通过丁基橡胶隔膜的气体损失最小化。如所述，每周用GC测定甲烷。每个样本取走后，顶空气被替换。
实施例2
使用苏拉特煤样品，在120ml血清瓶中建立包括20ml的过滤灭菌的还原的煤层地层水连同2ml量的压碎的苏拉特煤(<1.2mm>0.5mm)的培养物。这些小瓶的顶空气体混合物最初是约100％的氦气。将每公升液体四百毫克的K2HPO4.3H2O添加到一式三份的小瓶中作为源磷，不存在额外的氮，或者以NH4Cl(100mg/L)或者顶部空间具有约100％的氮气而不是氦的形式传送额外的氮。将1ml在煤上已经生长了大约8个星期的苏拉特盆地水富集培养物接种到小瓶中。然后密封小瓶，从缺氧的手套箱中移出并在42℃如上文所述进行孵育。在4周的孵育期，通过GC测定甲烷。
实施例3
使用苏拉特煤样品，在120ml血清瓶中建立包括20ml的过滤灭菌的还原的煤层地层水连同2ml量的压碎的苏拉特煤(<1.2mm>0.5mm)的培养物。这些小瓶的顶空气体混合物最初是约100％的氦气。将每公升液体四百毫克的K2HPO4.3H2O添加到一式三份的小瓶中作为源磷，不存在额外的氮，或者以NH4Cl(100mg/L)或者顶部空间具有约100％的氮气而不是氦的形式传送额外的氮。将5ml在煤上已经生长了大约8个星期的苏拉特盆地水富集培养物接种到小瓶中。然后密封小瓶，从缺氧的手套箱中移出并在42℃如上文所述进行孵育。在4周的孵育期中，通过GC测定甲烷。
气体测定
对所有样本来说，在缺氧的手套箱内进行气体采样。对于Maddingley褐煤和MBC3/4集聚体(实施例l)，由气密注射器从密封瓶中收集5ml气体样品。将样品注入配备有用于分离烃的2m1/8"Haysep R 60/80目填充柱的CP-3800气相色谱仪(GC)(澳大利亚Varian公司)中；其通过定时自动开关串联连接到用于分离永久性气体的2m1/8"Molsieve 5A 60/80目填充柱上。使用组合了热导检测器和火焰离子化检测器的双通道检测器系统检测气体。将电子压力控制设定为48psi，相当于100ml min-1的柱流速。注入250μl样品环后，在HaysepR柱中将CO2和C2-C6烃分开。H2、O2/Ar、N2、甲烷和一氧化碳未保留，直接传递到Molsieve柱上，在那里将它们捕获并在1.7min将它们分离。在5.5min，Molsieve柱的内容物连同烃气的其余部分返回到串联的Haysep R柱。温度程序为初始温度80℃，10分钟；随后以15℃min-1加热至200℃(保持5分钟)。使用甲烷浓度为20.5ppm、2010ppm和20000ppm的标准气体混合物(BOC)的三点校准对GC进行校准。样品甲烷使用Varian Star软件(6.20版本)由FID信道响应计算浓度。
对于苏拉特煤和地层水培养物(实施例2和3)，用气密注射器从隔膜密封的瓶中收集5毫升气体样品。使用Agilent Micro-GC模型490分析培养气体的组成。用注射器泵将样品注入GC的前注入口。Micro-GC配备了三个不同的色谱柱模块：带有反洗的10米Molsieve柱，带有反洗的10米Pora Plot Q柱和10米CP-Sil-5CB柱。
使用针对每个模块的微机械加工的热导检测器检测气体；检测限是约1ppm级。注射器具有内置10μl样品环，将氦载体压力设置为15psi，注射器温度为90℃。Molsieve 5A柱的通道1的温度、Pora Plot Q柱的通道2的温度、CP-Sil-5CB柱通道3的温度分别设置为90℃、70℃和60℃。注入到Micro-GC之后，用真空泵将气体抽出通过样品环，然后入口系统将来自样品环的气体样品注入载气流。在Molsieve 5A柱上将O2/Ar、N2、CH4和CO分离。在Pora Plot Q柱上将CO2、C2H6和C3H8分离。在CP-Sil-5CB柱上将C4-C5烃气和H2S分离。
结果和讨论
实施例1加入NH4Cl对以酵母提取物作为碳源的甲烷生产的影响。
来源于维多利亚煤层地层水样本的产甲烷富集培养物MBC3/4用于检验特别是铵对来自复杂的有机基质酵母抽提物的甲烷生成的影响。在该实验中，将磷浓度固定在约1752μΜ，N存在于顶空气体中(70毫升95％的N2,在酵母提取物中通常约10％的N)。其他的氮以NH4Cl(约1.87mM)的形式供给至条件之一中。在30℃下孵育培养处理。
每周对顶空气体进行分析持续6周。在实验室水平含碳物质和产甲烷富集培养物相对于气体体积的面积，接近于将气体注射到煤层时气体遍及含碳物质的分布。
使用MBC3/4接种物、以酵母提取物作为碳源，顶空气体中的甲烷浓度(ppm)的数据表示为叠积图，以不同的颜色表示各周的测量数据。
在两个条件下在顶空气体和酵母提取物中提供氮气。在氨处理中，以1.87mM NH4Cl(n＝3)的方式提供额外的氮。
意外的是，相对于其中可利用的氮以氮气形式存在以及化合物的复杂混合物存在于酵母提取物中的对照条件，除了NH4Cl之外，通常使用的氮源抑制甲烷产生(见图1)。这是出乎意料的，因为铵离子是细菌和古细菌所广泛使用的，N的易吸收形式。50ml1.87mM铵离子的形式中N的总量93.5微摩尔。相比之下，正常温度和压力下，70ml顶空气体(95％的N2)将为5.9毫摩尔(N原子)，然而假设为了有利于微生物使用需要将N2溶解在溶液中，N2的溶解度是每千克水大约0.017克N2(engineering toolbox.com)，溶液中N2的浓度是0.61mM或以N原子计1.22mM。在两个条件中还存在的是，500mg/l为约10重量％N的酵母提取物，因此贡献出178微摩尔N，约3.6mM主要以蛋白质的形式存在。尽管如此，在该实验中，将NH4Cl添加到培养基中实际上降低了甲烷的产率，尽管在顶部空间中和中间体的蛋白质中存在恒定量的N2。
实施例2和3氮源对使用煤作为碳源时CH4产生的比较
该实验使用苏拉特煤和水连同来源于在煤上已经生长8周的苏拉特水的富集培养物的接种物。孵育温度为42℃。该实验的目的是要着眼于煤(而不是如实施例1的酵母提取物)到甲烷的转化并剔除其他N源。
图2和3显示氮对在培养中使用苏拉特产甲烷接种物4周后含有苏拉特煤的小瓶的顶空中的甲烷浓度(％)的影响。结果来自三种处理的5个重复的实验：P浓度固定为1.7mM，除了存在于煤中的没有提供N，或以1.9mM溶液中的NH4Cl的形式(实施例2)或者0.47mM溶液中的NH4Cl(实施例3)提供N，或者以顶空气体中100ml 100％的N2的形式提供N。在前两个处理中，顶空气体最初是100％的氦气。
从图2和3可知，顶部空间中的N2比介质中的NH4 +离子更有效。
估计溶解在溶液中的N2量为20mg/L。
这个结果是出乎意料的，因为观察到，使用不同的(来自实施例1)生物体集聚体，当通过气态N2而不是溶液中的NH4 +提供它们的N需求时，来自煤的甲烷的较高产量。尽管将N2还原至NH3需要相当大的能量消耗。
本领域的技术人员所理解的是，如具体实施方案所示的对本发明作出的许多变化和/或修改不背离广泛描述的本发明的精神或范围。因此，应当认为本发明的实施方案在所有方面是说明性的而不是限制性。
应该理解的是，如果任何现有技术出版物在这里被引用，在澳大利亚或任何其它国家不构成承认该出版物是本领域的公知常识的一部分。
在本发明下面的权利要求和前面的描述中，除了上下文需要，否则由于语言表达或必要的暗示，在包含意义中使用单词“包含”或变体，例如“包含”或“含有”，即说明所述特征的存在，但不排除存在或添加本发明的各种实施方案中的进一步的特征。
此外，对于在整个本说明书中提到的各种系统，任何系统都可以理解为包括个体以及可以物理连接或可以不物理连接的多个结构。
参考文献
Li D,Hendry P,Faiz M.(2008)A survey of the microbial populations in some Australiancoalbed methane reservoirs.International Journal of Coal Geology,76,14-24.

Claims (31)

1.用于提高来自含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物，包含磷(P)源和气态氮(N2)源。
2.根据权利要求1所述的营养组合物，其中所述气态氮(N2)包含所述营养组合物中总气态氮的至少60％体积/体积。
3.根据权利要求1所述的营养组合物，其中所述营养组合物基本上不含氧。
4.根据权利要求1或2所述的营养组合物，其中所述营养组合物基本上不含含硫氧化物(SOx)和/或含氮氧化物(NOx)。
5.根据前述任一权利要求所述的营养组合物，其中所述营养组合物的pH等于或大于7。
6.根据权利要求1所述的营养组合物，其中所述营养组合物包含可溶性磷(P)源的溶液和气态氮源(N2)的两相混合物。
7.根据权利要求6所述的营养组合物，其中所述溶液中的磷浓度为至少1.5mM。
8.根据权利要求6或7所述的营养组合物，其中所述气态氮(N2)溶解于所述溶液中。
9.根据权利要求8所述的营养组合物，其中溶解于溶液中的氮(N2)的浓度是每千克溶剂5mg-1750mg气态氮。
10.根据权利要求6-9中任一所述的营养组合物，还包含水源，其中所述水源包含水、去离子水、超纯水、蒸馏水、市政水、地下水、采出水、地层水、循环水、工艺水、废水、微咸水或盐水。
11.根据权利要求10所述的营养组合物，其中所述水源的温度、pH和/或离子强度基本上与所得到的营养组合物的温度、pH和/或离子强度相同。
12.根据前述任一权利要求所述的营养组合物，还包含选自包含铁、锰、钴、锌、钼、镍、铝、硼、铜、钨和硒的组中的至少一种微量元素。
13.根据前述任一权利要求所述的营养组合物，还包含选自包含吡哆醇、对氨基苯甲酸、泛酸盐、烟酸、核黄素、硫胺素、硫辛酸、生物素、叶酸、丙酮酸和B12的组中的至少一种维生素。
14.根据前述任一权利要求所述的营养组合物，还包含选自包含酸、碱、缓冲剂、氧化剂、抗氧化剂、表面活性剂、乳化剂、胶凝剂，和它们的任意组合等的组中的至少一种添加剂。
15.根据前述任一权利要求所述的营养组合物，其中所述含碳物质选自包含煤、褐煤、泥煤、钻粉、废煤、煤衍生物、油页岩、油层、沥青砂、烃污染的土壤和石油污泥的组。
16.根据前述权利要求中任一项所述的营养组合物，还包含含有一种或多种产甲烷微生物的一个或多个产甲烷微生物种群，所述产甲烷微生物选自由甲烷杆菌、产甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷火菌组成的组。
17.制备根据前述权利要求中任一项所述的营养组合物的方法，包含如下步骤：将磷(P)、氮气(N2)与水源混合形成水溶液。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述水源的pH和/或离子强度与所得到的营养组合物的pH和/或离子强度基本相同。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中在缺氧条件下制备所述营养组合物。
20.提高来自含碳物质的生物甲烷生产的方法，包含以下步骤：将根据权利要求1至16中任一所述的营养组合物分散遍及含碳物质一段时间，从而生物性产生甲烷，以及从所述含碳物质中收集甲烷。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述营养组合物分散遍及原位含碳物质，包含将所述营养组合物注射到原位含碳物质中，或靠近所述原位含碳物质注射。
22.根据权利要求21所述的方法，其中将所述营养组合物分散遍及原位含碳物质，包含将所述营养组合物与水力压裂液同时一起注射。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中分散营养组合物包含将所述营养组合物的浓缩液分散到所述含碳物质中，从而分散的浓缩液被来自所述含碳物质的液体稀释，提供有效磷浓度为至少1.5mM的溶液。
24.根据权利要求20所述的方法，其中将所述营养组合物分散遍及非原位含碳物质堆积堆，包含在气态氮气氛下，以足以使所述营养组合物的溶液在重力下，能够从所述堆积堆的外表面流过或淌过所述含碳物质堆积堆下面的量，将所述溶液施加到所述外表面上。
25.根据权利要求24所述的方法，其中在正压力下将所述气态氮施加到所述堆积堆上，从而确保所述气态氮穿透并占据所述堆积堆含碳物质之间的任何空隙。
26.根据权利要求20所述的方法，其中在反应器中将所述营养组合物分散遍及非原位含碳物质，包含在所述反应器中将所述营养组合物与所述含碳物质混合。
27.根据权利要求26所述的方法，其中混合是连续的、间歇的，或者在初始混合时期之后完全停止，所述时期足以使所述营养组合物与所述含碳物质紧密接触。
28.生物甲烷生产系统，包含：
根据权利要求1-16中任一所述的营养组合物；
将所述营养组合物分散遍及所述含碳物质的传送系统；和
从所述含碳物质收集甲烷的收集器。
29.用于提高生物甲烷生产的设备，所述设备包含能将营养组合物分散遍及含碳物质的传送系统，所述营养组合物包含磷源(P)和气态氮(N2)源。
30.用于实施根据权利要求20-27中任一所述的方法的设备。
31.营养组合物中的气态氮(N2)在提高生物产物中的用途，所述营养组合物包含磷源(P)和气态氮(N2)源。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115124990A (zh) * 2022-06-22 2022-09-30 重庆大学 一种清洁营养基工作液及其开采煤层气的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9796908B2 (en) 2012-12-19 2017-10-24 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Process for enhancing biogenic methane production from a carbonaceous material using a nutrient composition with low nitrogen/high phosphorus concentrations
US10738234B2 (en) 2015-08-12 2020-08-11 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Methanogenesis
EP3936617A1 (en) * 2020-07-06 2022-01-12 Indian Oil Corporation Limited A booster composition to improve biogas yield and to stabilize the digester performance

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143534A (en) * 1985-01-22 2000-11-07 Reliant Energy Incorporated Microbial process for producing methane from coal
US20060223154A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-05 Geobiotics, Llc Method and bioreactor for producing synfuel from carbonaceous material
CN1988970A (zh) * 2004-05-28 2007-06-27 纽卡斯尔大学 刺激从地层石油产生甲烷的方法
CN102216560A (zh) * 2009-12-16 2011-10-12 卢卡技术有限公司 地质油气藏中的生物燃料气体的产生
US20110250582A1 (en) * 2008-08-01 2011-10-13 Ian Donald Gates Methods and systems for gas production from a reservoir
US20110308790A1 (en) * 2010-06-16 2011-12-22 Conocophillips Company In situ methanogenesis modeling and risk analysis
US20120064609A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 Synthetic Genomics, Inc. Solubilization of coal or lignocellulose biomass
US20120115201A1 (en) * 2009-03-13 2012-05-10 Adams D Jack Methods and Systems for Producing Biomass and/or Biotic Methane Using an Industrial Waste Stream

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7426960B2 (en) * 2005-05-03 2008-09-23 Luca Technologies, Inc. Biogenic fuel gas generation in geologic hydrocarbon deposits
CN102517368A (zh) * 2011-12-15 2012-06-27 河南理工大学 一种利用微生物降解煤以制取生物气的方法
US9796908B2 (en) * 2012-12-19 2017-10-24 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Process for enhancing biogenic methane production from a carbonaceous material using a nutrient composition with low nitrogen/high phosphorus concentrations
AU2014366896B2 (en) * 2013-12-19 2017-03-09 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A process of sustaining methane production in a subterranean carbonaceous medium

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143534A (en) * 1985-01-22 2000-11-07 Reliant Energy Incorporated Microbial process for producing methane from coal
CN1988970A (zh) * 2004-05-28 2007-06-27 纽卡斯尔大学 刺激从地层石油产生甲烷的方法
US20060223154A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-05 Geobiotics, Llc Method and bioreactor for producing synfuel from carbonaceous material
US20110250582A1 (en) * 2008-08-01 2011-10-13 Ian Donald Gates Methods and systems for gas production from a reservoir
US20120115201A1 (en) * 2009-03-13 2012-05-10 Adams D Jack Methods and Systems for Producing Biomass and/or Biotic Methane Using an Industrial Waste Stream
CN102216560A (zh) * 2009-12-16 2011-10-12 卢卡技术有限公司 地质油气藏中的生物燃料气体的产生
US20110308790A1 (en) * 2010-06-16 2011-12-22 Conocophillips Company In situ methanogenesis modeling and risk analysis
US20120064609A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 Synthetic Genomics, Inc. Solubilization of coal or lignocellulose biomass

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.SHIMIZU，ET AL.: "Molecular characterization of microbial communities in deep coal seam groundwater of northern Japan", 《GEOBIOLOGY》 *
彭裕生: "《微生物采油基础及进展》", 30 November 2005 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115124990A (zh) * 2022-06-22 2022-09-30 重庆大学 一种清洁营养基工作液及其开采煤层气的方法
CN115124990B (zh) * 2022-06-22 2023-05-23 重庆大学 一种清洁营养基工作液及其开采煤层气的方法

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