CN110652847A - 基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置及方法，包括菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管、注液注气管、工业尾气输送管和能源抽取系统，工业尾气输送管上设置有尾气过滤器，菌液注入系统和二氧化碳注入系统的出口均与气液输送管的进口连接，注液注气管下端连接有注气液筛管，注气液筛管穿过上裂隙带、采空区和下裂隙带，气液输送管的出口与注液注气管的上端口连接，能源抽取系统的下端口设置在下裂隙带下方的位置。本发明操作简单、成本低、适用范围广，直接通过工业尾气输送管供送含有较多二氧化碳的尾气，这样就避免了含有大量二氧化碳的工业尾气排放到大气中，从而大幅度降低大气中的二氧化碳的排放量。

Description

基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置及方法

技术领域

本发明属于矿山采空区与二氧化碳资源化相结合的工程技术领域，具体涉及一种基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置及方法。

背景技术

我国的煤炭开采历史比较悠久，迄今为止，一方面因为资源枯竭等原因产生了大量的废弃矿井，存在大面积的采空区，另一方面由于技术和经济等原因普遍存在一定的不可采煤层，引发了一系列的资源浪费与采空区充填等问题。

二氧化碳作为一种主要温室气体越来越受到人们的重视，且二氧化碳的温室效应是甲烷的20~25倍，同时煤炭在我国能源供给中仍占据主导地位，煤炭转化利用过程中会释放大量的二氧化碳气体，工业生产（比如火力发电站）和生活排放的二氧化碳也在威胁着全球气候，因此二氧化碳的人为处置成为近年来人们关注的焦点。

二氧化碳的处置经历了多个阶段：第一阶段主要是纯粹的地质封存（CCS）或ECBM，主要是将工业排放的二氧化碳捕集注入到地下的密闭空间，如废弃的油气藏永久保存；其次是将二氧化碳注入煤层，利用其亲甲烷能力强于煤层的事实置换出甲烷，起到ECBM的作用。但是由于其对储气构造密闭性的苛刻要求，以及ECBM原理和工艺的不完善，都没有取得实质性成功。同时捕集和封存二氧化碳成本较高，部分学者认为该技术只是起到了二氧化碳的封存，没有真正实现减排，安全性也存在争议；第二阶段为二氧化碳的资源化与矿化，随着人们深入的研究逐渐认识到二氧化碳不能仅仅局限于单一的封存，可以增加它的利用途径和方法，通过生物固碳作用，如通过藻类植物进行生物柴油的合成，通过海底的碳循环及海洋生物的固碳作用将二氧化碳转化为生物燃料等资源，另一方面二氧化碳在经过生物化学途径后能进一步实现矿化从而实现二氧化碳的固定，如大量溶解后以HCO32-和CO32-存在于液体中，与Ca2+结合后生成大量沉淀。

生物成因的煤层气作为煤层气的重要组成部分，其研究和开发是新能源发展的必然趋势，在此基础上形成了煤制生物甲烷技术，主要是在厌氧密闭的煤层中注入营养液激活煤层本源菌，煤作为一种复杂有机物在厌氧水解发酵菌群、产氢产乙酸菌和产甲烷菌协同作用下代谢生成甲烷、氢气等清洁能源。二氧化碳还原作为一种重要的生成途径，在厌氧降解产气过程中通入二氧化碳能够在一定程度上刺激氢营养型产甲烷代谢生成甲烷。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置及方法，向采空区注入二氧化碳，利用二氧化碳溶解吸附等特点多途径实现二氧化碳生物甲烷化、矿化，达到二氧化碳的减排与固化采空区的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，采空区的上方和下方分别为上裂隙带和下裂隙带，所述的装置包括菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管、注液注气管、工业尾气输送管和能源抽取系统，二氧化碳注入系统的进口与工业尾气输送管连接，工业尾气输送管上设置有尾气过滤器，菌液注入系统和二氧化碳注入系统的出口均与气液输送管的进口连接，注液注气管竖向设置，注液注气管下端连接有注气液筛管，注气液筛管穿过上裂隙带、采空区和下裂隙带，气液输送管的出口与注液注气管的上端口连接，能源抽取系统的下端口设置在下裂隙带下方的位置。

菌液注入系统包括储液罐、排液管和增压管，排液管的进口与储液罐连接，排液管的出口与气液输送管的进口连接，排液管上沿液体流向依次设有第一阀门和液体流量计，增压管的一端口连接在第一阀门和储液罐之间的排液管上，增压管的另一端口连接在第一阀门和液体流量计之间的排液管上，增压管上依次设置有第二阀门、增压泵和第三阀门。

二氧化碳注入系统包括储气罐和进气管，进气管的进口与储气罐的出口连接，储气罐的进口与工业尾气输送管的出口连接，进气管的出口与气液输送管的进口连接，进气管上沿气体流向依次设置有第四阀门、注气泵、第五阀门、气体流量计和气压计。

进气管上设置有快速接头；气液输送管上设置有第六阀门；工业尾气输送管上设置有第七阀门。

能源抽取系统包括外导气管、抽油管、抽油杆和筒式泵，外导气管和抽油管均竖向设置，外导气管下端连接有抽气液筛管，抽气液筛管穿过上裂隙带、采空区和下裂隙带，抽油管同轴向设置在外导气管内部，抽油管的下端伸入到抽气液筛管内的底部，筒式泵安装在抽油管的下端，抽油杆设置在抽油管内，抽油管上端设有出液口，外导气管上端连接有排气管，排气管上安装有第八阀门，排气管上在第八阀门的两端口连接有抽气管，抽气管上安装有抽气泵和第九阀门。

采用基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，包括以下步骤，

（1）在采空区上方的地面钻井，安装并连接菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管、注液注气管、工业尾气输送管和能源抽取系统；

（2）将菌液注入系统中的菌液和和二氧化碳注入系统中的二氧化碳注入到采空区内；

（3）采空区内厌氧发酵产气产液；

（4）通过能源抽取系统向地面排气；

（5）固化采空区；

（6）通过能源抽取系统将采空区内的液体能源化工产品抽到地面。

步骤（1）的具体过程为：结合采空区与不可采煤层较多的地方选取地面钻井位置，并遵循地温梯度正常保证采空区温度适宜微生物的生长繁殖、废弃矿井采空区尽可能且含有不可采薄煤层、残留煤柱的原则，从经济角度和后期注入二氧化碳考虑，地质条件复杂的井采用三开结构；

钻井施工可分为直井和丛式井；根据井的功能采用单井吞吐式或多井联产式，单井吞吐式即一口井既是菌液的注入井也是产气产液的生产井；多井联产式即一口井注入，多口井产出；以中心部的井为生产井，周围的井为注入井；

从地面钻井一开穿过松散层到基岩，然后下入表层套管固井，接着在一开的底部进行钻井二开，二开钻至上裂隙带顶部，下入技术套管固井，然后在二开的底部进行钻井三开，三开至采空区下方的下裂隙带底部，在三开内部到底部下入固井筛管；如果松散层比较薄，钻井可采用二开结构；

接着将注液注气管安装到注入井内，能源抽取系统的井下部分安装到生产井内；然后在地面上安装能源抽取系统的地上部分、菌液注入系统、二氧化碳注入系统和工业尾气输送管。

步骤（2）的具体过程为：通过储液罐在地面进行微生物富集一段时间后，打开第一阀门、第六阀门，菌液在重力作用下依次沿排液管、气液输送管、注液注气管和注气液筛管后流入采空区，自行注入一段时间后，为了使菌液向更深处延伸，关闭第一阀门，打开第二阀门和第三阀门，启动增压泵，通过增压泵向采空区内注入菌液，同时菌液的注入量由液体流量计监测，根据井控范围内采空区的积水空间确定，积水空间为水占据采空区的空间，注液量不低于积水空间体积的10%；

菌液注入作业完成后，关闭第二阀门和第三阀门，随后进行注入二氧化碳作业，打开第四阀门和第五阀门，启动注气泵，注气泵将储气罐内储存的二氧化碳注入到采空区内，注入量由气体流量计监测，二氧化碳注入量以采空区自由空间体积和积水空间体积的50%之和为基准，自由空间为采空区中没有被固体和液体充填的空间；注气完成后，关闭第四阀门、第五阀门和第六阀门；

当储气罐内的气体较少时，打开工业尾气输送管上的第七阀门，工业尾气由工业尾气输送管，先经过尾气过滤器的过滤，将尾气中的氧气过滤掉，进入到储气罐内，储气罐中的气体为氮气和二氧化碳，由于氮气具有较强稳定性，因此一同被注入到采空区也具有安全性。

步骤（3）的具体过程为：注液和注气结束后关井进入厌氧发酵阶段，采空区作为地下相对密闭空间，为厌氧微生物生长代谢提供了相对适宜的还原环境，保证厌氧发酵的顺利进行；同时微生物能够与不可采煤层/残留煤柱充分接触进行代谢，达到生物采残煤的目的能为厌氧发酵提供适宜的还原条件，生成甲烷气体，同时注入的二氧化碳一部分溶解在采空区积水中，一部分吸附到采空区周围的煤壁上，另一部分参与微生物作用生成甲烷气体；

步骤（4）的具体过程为：开启第八阀门，氮气和生成的甲烷气体由抽气液筛管上的筛孔进入到外导气管内，由排气管排出，当外导气管内的气压较低时，关闭第八阀门，打开第九阀门，启动抽气泵，将甲烷和氮气的混合气体利用抽气泵进行负压抽采。

步骤（5）的具体过程为：排气结束后，打开第四阀门、第五阀门、第六阀门和快速接头，通过快速接头向进气管内注入粉末状的生石灰，同时启动注气泵，二氧化碳气体携带粉末状的生石灰一通注入到采空区内，注入量根据水质分析和拟生成的碳酸钙的量确定；二氧化碳注入采空区后一方面可以进一步在微生物作用下转化为甲烷；另一方面以HCO₃ ^-/CO₃ ^2-形式存在于液相中；生石灰溶于水后形成Ca²⁺，并使介质呈碱性，促使HCO₃ ^-向CO₃ ^2-转化，与Ca²⁺结合生成碳酸钙沉淀，作为胶结物对采空区松散体进行胶结，达到固化采空区的目的；

步骤（6）的具体过程为：由于厌氧发酵生成大量的液相有机物溶解在采空区积水中，启动抽油杆和筒式泵，煤被微生物作用厌氧发酵后生成的液相化工产品被抽油杆从抽油管中抽出，最后通过抽油管上部的出液口排出并收集起来；此时步骤（4）中负压抽气仍然可以进行。

采用上述技术方案，本发明中可以一口井对应配置一套气液输送管和注液注气管，能源抽取系统单独设置在一口井内。菌液注入系统和二氧化碳注入系统可以单独连接一根气液输送管，也可以连接多根气液输送管。储液罐和储气罐可以单独设置，也可以设置一个在内壁设置隔板，隔开上部的储气室和下部的储液室。能源抽取系统设置在其他所有井的中心位置，这样有助于抽取气液等能源化工产品。工业尾气输送管可以单独与一个储气罐连接，也可以同时连接多个储气罐。

根据厌氧发酵产气产液这一阶段的时间根据实验室模拟与检测结果确定，一般在20天以上，在确认有甲烷产出时，进入下一阶段。产出的甲烷气体部分吸附在煤体上，部分以游离态积聚在采空区自由空间，同时二氧化碳可以置换出一部分甲烷到自由空间。另外，部分二氧化碳以HCO₃ ^-/CO₃ ^2-形式溶解到采空区积水中。这样就实现了二氧化碳的三种埋存方式。根据实验室模拟10%的接种量是菌群生长和繁殖的最佳比例，因此菌液注入量不低于采空区积水占据空间的10%，根据30℃二氧化碳在水中溶解度为1:0.665（体积比），因此要实现二氧化碳的吸附、溶解、与生物转化，以采空区自由空间体积（没有被固体和液体充填的空间）和积水空间体积的50%之和为准。

一般的采空区防止煤层自燃设有密闭墙，能够隔绝空气且保温，为厌氧微生物生长代谢提供了相对适宜的还原环境，保证厌氧发酵的顺利进行。同时微生物能够与不可采煤层/残留煤柱充分接触进行代谢，达到采残煤的目的。

二氧化碳注入采空区，部分溶解在采空区积水中以HCO₃ ^-/CO₃ ^2-大量存在，HCO₃ ^-能够参与产甲烷菌代谢，有效激活氢营养型的产甲烷菌继续进行代谢生成生物甲烷，另一方面煤对二氧化碳的吸附能力强于甲烷，会置换出一部分甲烷，达到甲烷气体的增产。

利用二氧化碳溶解度较大的特点，会在采空区的液相体系中以HCO₃ ^-/CO₃ ^2-形式大量存在，加入生石灰溶于水后偏碱性，促使HCO₃ ^-向CO₃ ^2-转化，同时与Ca²⁺结合生成碳酸钙沉淀进入采空区裂隙达到固化采空区的目的。

通过评估产气产液量、采空区的固化程度等各项工程指标，决定步骤（2）-（6）的循环作业。

综上所述，本发明所述的处置二氧化碳的方法，具有以下优点：

（1）该工艺流程操作简单、成本低、适用范围广，直接通过工业尾气输送管为本发明供送含有较多二氧化碳的尾气，这样就避免了含有大量二氧化碳的工业尾气排放到大气中，从而能够大幅度降低大气中的二氧化碳的排放量。

（2）注入采空区的二氧化碳能够进行多途径利用，一方面利用二氧化碳还原途径生成生物甲烷和液相化工产品，另一方面与Ca²⁺结合生成碳酸钙有效充填裂缝，实现采空区固化，相比二氧化碳的封存有很大的资源意义和环境意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中A处的放大图；

图3是本发明中B处的放大图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明的基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，采空区1的上方和下方分别为上裂隙带2和下裂隙带3，所述的装置包括菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管4、注液注气管5、工业尾气输送管6和能源抽取系统，二氧化碳注入系统的进口与工业尾气输送管6连接，工业尾气输送管6上设置有尾气过滤器7，菌液注入系统和二氧化碳注入系统的出口均与气液输送管4的进口连接，注液注气管5竖向设置，注液注气管5下端连接有注气液筛管31，注气液筛管31穿过上裂隙带2、采空区1和下裂隙带3，气液输送管4的出口与注液注气管5的上端口连接，能源抽取系统的下端口设置在下裂隙带3下方的位置。

菌液注入系统包括储液罐8、排液管9和增压管10，排液管9的进口与储液罐8连接，排液管9的出口与气液输送管4的进口连接，排液管9上沿液体流向依次设有第一阀门11和液体流量计12，增压管10的一端口连接在第一阀门11和储液罐8之间的排液管9上，增压管10的另一端口连接在第一阀门11和液体流量计12之间的排液管9上，增压管10上依次设置有第二阀门13、增压泵14和第三阀门15。

二氧化碳注入系统包括储气罐16和进气管17，进气管17的进口与储气罐16的出口连接，储气罐16的进口与工业尾气输送管6的出口连接，进气管17的出口与气液输送管4的进口连接，进气管17上沿气体流向依次设置有第四阀门18、注气泵19、第五阀门20、气体流量计21和气压计22。

进气管17上设置有快速接头23；气液输送管4上设置有第六阀门24；工业尾气输送管6上设置有第七阀门25。

能源抽取系统包括外导气管26、抽油管27、抽油杆28和筒式泵29，外导气管26和抽油管27均竖向设置，外导气管26下端连接有抽气液筛管30，抽气液筛管30穿过上裂隙带2、采空区1和下裂隙带3，抽油管27同轴向设置在外导气管26内部，抽油管27的下端伸入到抽气液筛管30内的底部，筒式泵29安装在抽油管27的下端，抽油杆28设置在抽油管27内，抽油管27上端设有出液口32，外导气管26上端连接有排气管33，排气管33上安装有第八阀门34，排气管33上在第八阀门34的两端口连接有抽气管35，抽气管35上安装有抽气泵36和第九阀门37。

采用基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，包括以下步骤，

（1）在采空区1上方的地面钻井，安装并连接菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管4、注液注气管5、工业尾气输送管6和能源抽取系统；

（2）将菌液注入系统中的菌液和和二氧化碳注入系统中的二氧化碳注入到采空区1内；

（3）采空区1内厌氧发酵产气产液；

（4）通过能源抽取系统向地面排气；

（5）固化采空区1；

（6）通过能源抽取系统将采空区1内的液体能源化工产品抽到地面。

步骤（1）的具体过程为：结合采空区1与不可采煤层较多的地方选取地面钻井位置，并遵循地温梯度正常保证采空区1温度适宜微生物的生长繁殖、废弃矿井采空区1尽可能且含有不可采薄煤层、残留煤柱的原则，从经济角度和后期注入二氧化碳考虑，地质条件复杂的井采用三开结构；

钻井施工可分为左侧的直井和右侧的丛式井；以中心部的井为生产井38，周围的井为注入井39；

从地面钻井一开穿过松散层到基岩，然后下入表层套管40固井，接着在一开的底部进行钻井二开，二开钻至上裂隙带2顶部，下入技术套管41固井，然后在二开的底部进行钻井三开，三开至采空区1下方的下裂隙带3底部，在三开内部到底部下入固井筛管42；如果松散层比较薄，钻井可采用二开结构；

接着将注液注气管5安装到注入井39内，能源抽取系统的井下部分安装到生产井38内；然后在地面上安装能源抽取系统的地上部分、菌液注入系统、二氧化碳注入系统和工业尾气输送管6。

步骤（2）的具体过程为：通过储液罐8在地面进行微生物富集一段时间后，打开第一阀门11、第六阀门24，菌液在重力作用下依次沿排液管9、气液输送管4、注液注气管5和注气液筛管31后流入采空区1，自行注入一段时间后，为了使菌液向更深处延伸，关闭第一阀门11，打开第二阀门13和第三阀门15，启动增压泵14，通过增压泵14向采空区1内注入菌液，同时菌液的注入量由液体流量计12监测，根据井控范围内采空区1的积水空间确定，积水空间为水占据采空区1的空间，注液量不低于积水空间体积的10%；

菌液注入作业完成后，关闭第二阀门13和第三阀门15，随后进行注入二氧化碳作业，打开第四阀门18和第五阀门20，启动注气泵19，注气泵19将储气罐16内储存的二氧化碳注入到采空区1内，注入量由气体流量计21监测，二氧化碳注入量以采空区1自由空间体积和积水空间体积的50%之和为基准，自由空间为采空区1中没有被固体和液体充填的空间；注气完成后，关闭第四阀门18、第五阀门20和第六阀门24；

当储气罐16内的气体较少时，打开工业尾气输送管6上的第七阀门25，工业尾气由工业尾气输送管6，先经过尾气过滤器7的过滤，将尾气中的氧气过滤掉，进入到储气罐16内，储气罐16中的气体为氮气和二氧化碳，由于氮气具有较强稳定性，因此一同被注入到采空区1也具有安全性。

步骤（3）的具体过程为：注液和注气结束后关井进入厌氧发酵阶段，采空区1作为地下相对密闭空间，为厌氧微生物生长代谢提供了相对适宜的还原环境，保证厌氧发酵的顺利进行；同时微生物能够与不可采煤层/残留煤柱充分接触进行代谢，达到生物采残煤的目的能为厌氧发酵提供适宜的还原条件，生成甲烷气体，同时注入的二氧化碳一部分溶解在采空区1积水中，一部分吸附到采空区1周围的煤壁上，另一部分参与微生物作用生成甲烷气体；

步骤（4）的具体过程为：开启第八阀门34，氮气和生成的甲烷气体由抽气液筛管30上的筛孔进入到外导气管26内，由排气管33排出，当外导气管26内的气压较低时，关闭第八阀门34，打开第九阀门37，启动抽气泵36，将甲烷和氮气的混合气体利用抽气泵36进行负压抽采。

步骤（5）的具体过程为：排气结束后，打开第四阀门18、第五阀门20、第六阀门24和快速接头23，通过快速接头23向进气管17内注入粉末状的生石灰，同时启动注气泵19，二氧化碳气体携带粉末状的生石灰一通注入到采空区1内，注入量根据水质分析和拟生成的碳酸钙的量确定；二氧化碳注入采空区1后一方面可以进一步在微生物作用下转化为甲烷；另一方面以HCO₃ ^-/CO₃ ^2-形式存在于液相中；生石灰溶于水后形成Ca²⁺，并使介质呈碱性，促使HCO₃ ^-向CO₃ ^2-转化，与Ca²⁺结合生成碳酸钙沉淀，作为胶结物对采空区1松散体进行胶结，达到固化采空区1的目的；

步骤（6）的具体过程为：由于厌氧发酵生成大量的液相有机物溶解在采空区1积水中，启动抽油杆28和筒式泵29，煤被微生物作用厌氧发酵后生成的液相化工产品被抽油杆28从抽油管27中抽出，最后通过抽油管27上部的出液口32排出并收集起来；此时步骤（4）中负压抽气仍然可以进行。

本发明还可以将大气中的氧气过滤后注入到采空区1中，来处理大气中的二氧化碳。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，采空区的上方和下方分别为上裂隙带和下裂隙带，其特征在于：所述的装置包括菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管、注液注气管、工业尾气输送管和能源抽取系统，二氧化碳注入系统的进口与工业尾气输送管连接，工业尾气输送管上设置有尾气过滤器，菌液注入系统和二氧化碳注入系统的出口均与气液输送管的进口连接，注液注气管竖向设置，注液注气管下端连接有注气液筛管，注气液筛管穿过上裂隙带、采空区和下裂隙带，气液输送管的出口与注液注气管的上端口连接，能源抽取系统的下端口设置在下裂隙带下方的位置。

2.根据权利要求1所述的基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，其特征在于：菌液注入系统包括储液罐、排液管和增压管，排液管的进口与储液罐连接，排液管的出口与气液输送管的进口连接，排液管上沿液体流向依次设有第一阀门和液体流量计，增压管的一端口连接在第一阀门和储液罐之间的排液管上，增压管的另一端口连接在第一阀门和液体流量计之间的排液管上，增压管上依次设置有第二阀门、增压泵和第三阀门。

3.根据权利要求2所述的基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，其特征在于：二氧化碳注入系统包括储气罐和进气管，进气管的进口与储气罐的出口连接，储气罐的进口与工业尾气输送管的出口连接，进气管的出口与气液输送管的进口连接，进气管上沿气体流向依次设置有第四阀门、注气泵、第五阀门、气体流量计和气压计。

4.根据权利要求3所述的基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，其特征在于：进气管上设置有快速接头；气液输送管上设置有第六阀门；工业尾气输送管上设置有第七阀门。

5.根据权利要求4所述的基于煤矿采空区处置工业上废气中二氧化碳的装置，其特征在于：能源抽取系统包括外导气管、抽油管、抽油杆和筒式泵，外导气管和抽油管均竖向设置，外导气管下端连接有抽气液筛管，抽气液筛管穿过上裂隙带、采空区和下裂隙带，抽油管同轴向设置在外导气管内部，抽油管的下端伸入到抽气液筛管内的底部，筒式泵安装在抽油管的下端，抽油杆设置在抽油管内，抽油管上端设有出液口，外导气管上端连接有排气管，排气管上安装有第八阀门，排气管上在第八阀门的两端口连接有抽气管，抽气管上安装有抽气泵和第九阀门。

6.采用如权利要求5所述的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）在采空区上方的地面钻井，安装并连接菌液注入系统、二氧化碳注入系统、气液输送管、注液注气管、工业尾气输送管和能源抽取系统；

（2）将菌液注入系统中的菌液和和二氧化碳注入系统中的二氧化碳注入到采空区内；

（3）采空区内厌氧发酵产气产液；

（4）通过能源抽取系统向地面排气；

（5）固化采空区；

（6）通过能源抽取系统将采空区内的液体能源化工产品抽到地面。

7.根据权利要求6所述的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，其特征在于：步骤（1）的具体过程为：

结合采空区与不可采煤层较多的地方选取地面钻井位置，并遵循地温梯度正常保证采空区温度适宜微生物的生长繁殖、废弃矿井采空区尽可能且含有不可采薄煤层、残留煤柱的原则，从经济角度和后期注入二氧化碳考虑，地质条件复杂的井采用三开结构；

钻井施工可分为直井和丛式井；根据井的功能采用单井吞吐式或多井联产式，单井吞吐式即一口井既是菌液的注入井也是产气产液的生产井；多井联产式即一口井注入，多口井产出；以中心部的井为生产井，周围的井为注入井；

从地面钻井一开穿过松散层到基岩，然后下入表层套管固井，接着在一开的底部进行钻井二开，二开钻至上裂隙带顶部，下入技术套管固井，然后在二开的底部进行钻井三开，三开至采空区下方的下裂隙带底部，在三开内部到底部下入固井筛管；如果松散层比较薄，钻井可采用二开结构；

接着将注液注气管安装到注入井内，能源抽取系统的井下部分安装到生产井内；然后在地面上安装能源抽取系统的地上部分、菌液注入系统、二氧化碳注入系统和工业尾气输送管。

8.根据权利要求7所述的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，其特征在于：步骤（2）的具体过程为：

通过储液罐在地面进行微生物富集一段时间后，打开第一阀门、第六阀门，菌液在重力作用下依次沿排液管、气液输送管、注液注气管和注气液筛管后流入采空区，自行注入一段时间后，为了使菌液向更深处延伸，关闭第一阀门，打开第二阀门和第三阀门，启动增压泵，通过增压泵向采空区内注入菌液，同时菌液的注入量由液体流量计监测，根据井控范围内采空区的积水空间确定，积水空间为水占据采空区的空间，注液量不低于积水空间体积的10%；

菌液注入作业完成后，关闭第二阀门和第三阀门，随后进行注入二氧化碳作业，打开第四阀门和第五阀门，启动注气泵，注气泵将储气罐内储存的二氧化碳注入到采空区内，注入量由气体流量计监测，二氧化碳注入量以采空区自由空间体积和积水空间体积的50%之和为基准，自由空间为采空区中没有被固体和液体充填的空间；注气完成后，关闭第四阀门、第五阀门和第六阀门；

当储气罐内的气体较少时，打开工业尾气输送管上的第七阀门，工业尾气由工业尾气输送管，先经过尾气过滤器的过滤，将尾气中的氧气过滤掉，进入到储气罐内，储气罐中的气体为氮气和二氧化碳，由于氮气具有较强稳定性，因此一同被注入到采空区也具有安全性。

9.根据权利要求8所述的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，其特征在于：步骤（3）的具体过程为：注液和注气结束后关井进入厌氧发酵阶段，采空区作为地下相对密闭空间，为厌氧微生物生长代谢提供了相对适宜的还原环境，保证厌氧发酵的顺利进行；同时微生物能够与不可采煤层/残留煤柱充分接触进行代谢，达到生物采残煤的目的能为厌氧发酵提供适宜的还原条件，生成甲烷气体，同时注入的二氧化碳一部分溶解在采空区积水中，一部分吸附到采空区周围的煤壁上，另一部分参与微生物作用生成甲烷气体；

步骤（4）的具体过程为：开启第八阀门，氮气和生成的甲烷气体由抽气液筛管上的筛孔进入到外导气管内，由排气管排出，当外导气管内的气压较低时，关闭第八阀门，打开第九阀门，启动抽气泵，将甲烷和氮气的混合气体利用抽气泵进行负压抽采。

10.根据权利要求9所述的装置来处置工业上废气中二氧化碳的方法，其特征在于：步骤（5）的具体过程为：排气结束后，打开第四阀门、第五阀门、第六阀门和快速接头，通过快速接头向进气管内注入粉末状的生石灰，同时启动注气泵，二氧化碳气体携带粉末状的生石灰一通注入到采空区内，注入量根据水质分析和拟生成的碳酸钙的量确定；二氧化碳注入采空区后一方面可以进一步在微生物作用下转化为甲烷；另一方面以HCO₃ ^-/CO₃ ^2-形式存在于液相中；生石灰溶于水后形成Ca²⁺，并使介质呈碱性，促使HCO₃ ^-向CO₃ ^2-转化，与Ca²⁺结合生成碳酸钙沉淀，作为胶结物对采空区松散体进行胶结，达到固化采空区的目的；

步骤（6）的具体过程为：由于厌氧发酵生成大量的液相有机物溶解在采空区积水中，启动抽油杆和筒式泵，煤被微生物作用厌氧发酵后生成的液相化工产品被抽油杆从抽油管中抽出，最后通过抽油管上部的出液口排出并收集起来；此时步骤（4）中负压抽气仍然可以进行。

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