CN113652335A - 基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法 - Google Patents
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Abstract
基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，包括以下步骤：（1）选定研究区域，配制生物压裂液；（2）安装并连接好试验装置，将高压供气系统的气体组分与菌液注入系统的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，进行微生物厌氧发酵产气；（3）待产气结束后，通过气体解吸系统排出厌氧发酵系统内的高压气体；（4）对发酵前后的气相产物、固相产物、液相产物、菌群差异性进行分析。本发明操作安全简单、成本低且无污染，能够真实的呈现生物压裂液在原位储层中的厌氧发酵代谢和产气状况，为后续现场注入生物压裂液增产煤层气提供了试验依据。
Description
技术领域
本发明属于微生物增产煤层气和二氧化碳资源化相结合的工程技术领域，具体涉及一种基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法。
背景技术
我国的资源禀赋一直是“富煤贫油少气”，目前已探明的煤炭储量超过1.3万亿吨，因此我国化石能源大幅偏重于煤炭。煤炭在供给能源的同时会排放较多的二氧化碳，影响空气质量，造成全球氛围的气温升高，但直至2019年煤炭在我国能源消费结构中的占比仍高达57.7%。2020年中国对世界做出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和”的承诺。在“双碳”目标的政策推动下，中国将逐步完成以煤炭为主的高碳能源供给体系向以太阳能、风能、天然气等为主的中低碳能源供给体系的过渡。
近年来，煤层气作为煤炭的伴生矿产资源，同时又是一种清洁、低碳的非常规天然气能源而吸引了一些人的关注。与常规天然气的气热值接近，1立方米纯煤层气的气热值约40兆焦耳，相当于1.26千克标准煤。而产生相同气热值时，煤炭燃烧产生的二氧化碳排放是煤层气的三倍左右。由于我国煤层气“高储低渗”的赋存特点，煤层气的开发条件不甚理想，煤层气的商业化开发一直举步不前。因此，迫切需要一种行之有效的煤层气增产技术。苏现波等在微生物增产煤层气（Microbially enhanced coalbed methane, MECBM）概念的基础上进行了升华和创新，进而提出了煤层气生物工程（Coalbed gas bioengineering, CBGB）的新技术理念。这一技术是将经过选育、驯化、改良的菌种注入地下煤层或采用地面发酵产气的方式，通过厌氧发酵把煤的部分有机组分转化为甲烷，实现煤层气增产和碳减排的双重目标，是一种高效、低成本的负碳技术。微生物是自然界最廉价的“劳动力”，只要有适宜的环境，微生物可以不间断地将二氧化碳转化为甲烷。有研究学者对不同煤阶的煤进行微生物厌氧降解实验发现，厌氧降解后的残煤孔裂隙增加，孔隙的连通性增强，吸附甲烷的的纳米孔隙得到了进一步的发育。同时，微生物作用后残煤的亲甲烷能力降低，有利于煤层中甲烷的解吸。CBGB技术的“增气、增透、增解、减排”作用已在常规的厌氧发酵中得到了证实，而在赋存煤层气的高压原位储层条件下，微生物厌氧降解煤制生物甲烷的研究还很少见。前期国内外开展的工程试验一般都是将微生物厌氧代谢所需的营养液注入地下煤层，在煤层原有菌群的作用下进行厌氧发酵制生物甲烷，而真正结合CBGB的核心理念，将本源菌群驯化改良并配制含有高效产甲烷菌群的生物压裂液注入地下煤层的现场试验还鲜有报道。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法, 该方法模拟原位储层条件，向厌氧发酵罐中注入菌液、二氧化碳和甲烷，利用微生物降解煤制生物甲烷和二氧化碳生物甲烷化等特点，达到煤层气增产和碳减排的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，包括以下步骤：
（1）选定研究区域，配制生物压裂液；
（2）安装并连接好试验装置，将高压供气系统的气体组分与菌液注入系统的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，进行微生物厌氧发酵产气；
（3）待产气结束后，通过气体解吸系统排出厌氧发酵系统内的高压气体；
（4）对发酵前后的气相产物、固相产物、液相产物、菌群差异性进行分析。
步骤（1）的具体过程为：结合研究区域的地理位置，查出研究区域煤储层的气体组分、原位储层压力与温度、储层气体的临界解吸压力和煤储层水化学特征等研究要素，用研究区地下水和经过选育、驯化及改良的本源菌群配制成富含高效产甲烷菌群的生物压裂液。
步骤（2）中试验装置包括高压供气系统、菌液注入系统、厌氧发酵系统和气体解吸系统，高压供气系统和菌液注入系统分别通过供气管和供液管与厌氧发酵系统的进口连接，厌氧发酵系统的出口与气体解吸系统连接，厌氧发酵系统连接有取液管。
厌氧发酵系统包括恒温培养箱、厌氧发酵罐、二位四通阀和温度压力表，厌氧发酵罐设置在恒温培养箱内,厌氧发酵罐顶部通过第一连接管与二位四通阀的下接口连接，温度压力表通过第二连接管与二位四通阀的上接口连接，二位四通阀的左接口同时与高压供气系统和菌液注入系统连接, 二位四通阀的右接口与气体解吸系统连接，厌氧发酵罐内设有取液管，取液管上设有取液阀。
高压供气系统包括甲烷储气罐和二氧化碳储气罐，甲烷储气罐出气口通过第一气管与供气管的进口连接，二氧化碳储气罐出气口通过第二气管与供气管的进口连接，第一气管上设有第一阀门，第二气管上设有第二阀门，供气管上沿气流方向依次设有增压泵、气体流量计和第三阀门，供气管的出口与二位四通阀的左接口连接。
菌液注入系统包括储液罐和抽真空泵，供液管的进口与储液罐连接，供液管的出口与二位四通阀的左接口连接，供液管上沿液流方向依次设有计量泵、第四阀门、液体流量计、单向阀和第五阀门，抽真空泵通过抽真空管连接在单向阀和第五阀门之间的供液管上，抽真空管上设有真空阀。
气体解吸系统包括气水分离器和气体解吸仪，气水分离器的进口通过气液输送管连接在二位四通阀的右接口，气液输送管上设有第六阀门，气体解吸仪的进气口通过输气管连接气水分离器的出口连接，气水分离器的出口设有第七阀门。
步骤（2）的具体过程为：连接好试验装置后，将恒温培养箱调至储层温度，将处理好的煤样放入厌氧发酵罐中，计算出厌氧发酵罐的自由体积，打开真空阀、第五阀门，旋转二位四通阀的旋钮使右接口和下接口连通，其他阀门关闭，启动抽真空泵，对厌氧发酵罐内部空间抽真空，达到设定真空度后，关闭抽真空泵、真空阀和第五阀门；
接着启动增压泵，打开第一阀门、第二阀门和第三阀门，通过气体流量计调节注入甲烷和二氧化碳的比例，甲烷和二氧化碳的比例要与原位储层中煤层气的气体组分相同，通过增压泵将甲烷储气罐内的甲烷和二氧化碳储气罐的二氧化碳注入厌氧发酵罐，直到厌氧发酵罐内的原位煤储层的原位储层的临界解吸压力后关闭增压泵停止注入气体，同时关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门；
然后打开第四阀门和第五阀门，启动计量泵，计量泵将储液罐内的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，通过液体流量计记录注入液体体积，通过温度压力表监测注入液体的温度和压力,使厌氧发酵罐内的压力达到原位煤储层压力时，关闭计量泵，停止注入液体，同时关闭第四阀门和第五阀门。
步骤（3）的具体过程为：微生物产气周期结束后，将二位四通阀的右接口与下接口连通，打开第六阀门，使厌氧发酵系统内的高压气体通过气水分离器，气体解吸仪内装有提前配制好的饱和碳酸氢钠溶液，高压气体缓慢通过气体解吸仪后，记录通过气体解吸仪的气体浓度和气体体积，算出厌氧发酵前后罐内不同组分气体的体积变化和总体积的变化。
采用上述技术方案，本发明可以实现一套装置同时进行多组煤层气原位储层条件的模拟，在厌氧发酵系统中的厌氧发酵罐达到储层压力后，调整预期的注气比例和煤储层温压条件并更换新的厌氧发酵罐，就可以多次进行不同原位条件下的微生物厌氧发酵的产气研究。
向厌氧发酵系统中注入与原位煤层气组分一致的高压气体，高压条件会增加驯化菌液与煤的接触面积，提高了煤的生物利用率，有利于煤层生物甲烷的产出。
目前，普遍认为微生物降解煤产甲烷要经过水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段，产甲烷菌只能利用氢气、二氧化碳、乙酸等合成甲烷，向厌氧发酵罐中注入二氧化碳可以增加氢营养型产甲烷菌的底物，从而实现生物甲烷的产出，既实现二氧化碳的资源化，又达到了碳减排的目的。
综上所述，本发明具有以下优点：
（1）本发明操作安全简单、成本低且无污染，能够真实的呈现生物压裂液在原位储层中的厌氧发酵代谢和产气状况，为后续现场注入生物压裂液增产煤层气提供了试验依据。
（2）在厌氧发酵罐内高压的作用下，煤与菌液的接触面积增加，煤的生物利用率提高，强化了煤层气的产出。
（3）向厌氧发酵系统中注入二氧化碳，为生物压裂液中的氢营养型产甲烷菌提供了底物，合成了生物甲烷，从而完成了碳减排和二氧化碳的资源化双重目的，具有非常大的资源、环境意义。
附图说明
图1是本发明中试验装置的整体结构示意图；
图2是图1中厌氧发酵罐、二位四通阀之间连接的局部放大图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，包括以下步骤：
（1）选定研究区域，配制生物压裂液；
（2）安装并连接好试验装置，将高压供气系统的气体组分与菌液注入系统的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，进行微生物厌氧发酵产气；
（3）待产气结束后，通过气体解吸系统排出厌氧发酵系统内的高压气体；
（4）对发酵前后的气相产物、固相产物、液相产物、菌群差异性进行分析。
步骤（1）的具体过程为：结合研究区域的地理位置，查出研究区域煤储层的气体组分、原位储层压力与温度、储层气体的临界解吸压力和煤储层水化学特征等研究要素，用研究区地下水和经过选育、驯化及改良的本源菌群配制成富含高效产甲烷菌群的生物压裂液。
步骤（2）中试验装置包括高压供气系统、菌液注入系统、厌氧发酵系统和气体解吸系统，高压供气系统和菌液注入系统分别通过供气管1和供液管2与厌氧发酵系统的进口连接，厌氧发酵系统的出口与气体解吸系统连接，厌氧发酵系统连接有取液管3。
厌氧发酵系统包括恒温培养箱4、厌氧发酵罐5、二位四通阀6和温度压力表7，厌氧发酵罐5设置在恒温培养箱4内,厌氧发酵罐5顶部通过第一连接管8与二位四通阀6的下接口连接，温度压力表7通过第二连接管9与二位四通阀6的上接口连接，二位四通阀6的左接口同时与高压供气系统和菌液注入系统连接, 二位四通阀6的右接口与气体解吸系统连接，厌氧发酵罐5内设有取液管3，取液管3上设有取液阀10。
高压供气系统包括甲烷储气罐11和二氧化碳储气罐12，甲烷储气罐11出气口通过第一气管13与供气管1的进口连接，二氧化碳储气罐12出气口通过第二气管14与供气管1的进口连接，第一气管13上设有第一阀门15，第二气管14上设有第二阀门16，供气管1上沿气流方向依次设有增压泵17、气体流量计18和第三阀门19，供气管1的出口与二位四通阀6的左接口连接。
菌液注入系统包括储液罐20和抽真空泵21，供液管2的进口与储液罐20连接，供液管2的出口与二位四通阀6的左接口连接，供液管2上沿液流方向依次设有计量泵22、第四阀门23、液体流量计24、单向阀25和第五阀门26，抽真空泵21通过抽真空管27连接在单向阀25和第五阀门26之间的供液管2上，抽真空管27上设有真空阀28。
气体解吸系统包括气水分离器29和气体解吸仪30，气水分离器29的进口通过气液输送管31连接在二位四通阀6的右接口，气液输送管31上设有第六阀门32，气体解吸仪30的进气口通过输气管33连接气水分离器29的出口连接，气水分离器29的出口设有第七阀门34。
步骤（2）的具体过程为：连接好试验装置后，将恒温培养箱4调至储层温度（35℃），将煤样放在105℃下干燥10个小时，解吸出煤样中吸附的甲烷气体，在厌氧发酵罐5中加入50 g煤样，利用提前准备好的参考罐计算出厌氧发酵罐5的自由体积，打开真空阀28、第五阀门26，旋转二位四通阀6的旋钮使右接口和下接口连通，其他阀门关闭，启动抽真空泵21，对厌氧发酵罐5内部空间抽真空，达到设定真空度后，关闭抽真空泵21、真空阀28和第五阀门26；
接着启动增压泵17，打开第一阀门15、第二阀门16和第三阀门19，通过气体流量计18调节注入甲烷和二氧化碳的比例，甲烷和二氧化碳的比例要与原位储层中煤层气的气体组分相同，通过增压泵17将甲烷储气罐11内的CH4至压力达到4 MPa后，再将二氧化碳储气罐12的二氧化碳注入厌氧发酵罐5，CO2至压力达到4.8 MPa后，关闭增压泵17停止注入气体，同时关闭第一阀门15、第二阀门16和第三阀门19；
然后打开第四阀门23和第五阀门26，启动计量泵22，计量泵22将储液罐20内的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，通过液体流量计24记录注入液体体积，通过温度压力表7监测注入液体的温度和压力,使厌氧发酵罐5内的压力达到原位煤储层压力时，即温度压力表7示数达到储层压力8.5 MPa时停止注入，此时记录泵入体积为275 mL，关闭计量泵22，停止注入液体，同时关闭第四阀门23和第五阀门26，然后进行为期30天的厌氧发酵。
步骤（3）的具体过程为：微生物产气周期结束后，将二位四通阀6的右接口与下接口连通，打开第六阀门32，使厌氧发酵系统内的高压气体通过气水分离器29，气体解吸仪30内装有提前配制好的饱和碳酸氢钠溶液，高压气体缓慢通过气体解吸仪30后，记录通过气体解吸仪30的气体浓度和气体体积，算出厌氧发酵前后罐内不同组分气体的体积变化和总体积的变化。
采用基于煤层气原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，包括以下步骤（以新疆某地区查明的煤层气储层条件为例），
（1）将煤样放在105 ℃下干燥10个小时，解吸出煤样中吸附的甲烷气体，在厌氧发酵罐中加入50 g煤样，利用提前准备好的参考罐计算出厌氧发酵罐的自由体积，然后用真空泵将厌氧发酵罐抽真空。
（2）向厌氧发酵罐中依次注入高纯度的CH4至压力达到4 MPa后，直至厌氧发酵罐内的气体达到吸附平衡，压力不再变化时，向发酵罐中打入高纯度的CO2至压力达到4.8MPa左右，停止注入。
（3）将厌氧发酵罐放在35 ℃的恒温培养箱中，等待数个小时吸附稳定后，压力表示数不再上涨时，收集厌氧发酵罐内的原始组分30 mL，做初始阶段的气体组分测试。
（4）将配制的生物压裂液通过计量泵泵入发酵罐中，当压力表示数达到储层压力8.5 MPa时停止注入，此时记录泵入体积为275 mL，然后进行为期30天的厌氧发酵。
（5）发酵结束后，在气体解吸仪中加入饱和碳酸氢钠溶液，开始解吸厌氧发酵罐中的气体，并进行对比注入和解吸的体积差。
本发明还可以将不同比例的甲烷和二氧化碳注入到厌氧发酵罐5中，通过分析不同的煤层气组分对微生物利用二氧化碳合成甲烷的影响，找出微生物对二氧化碳利用率最高的气体组分比例，用以研究碳减排的新途径。
上述实验结果汇总表
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 (9)
1.基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选定研究区域，配制生物压裂液；
（2）安装并连接好试验装置，将高压供气系统的气体组分与菌液注入系统的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，进行微生物厌氧发酵产气；
（3）待产气结束后，通过气体解吸系统排出厌氧发酵系统内的高压气体；
（4）对发酵前后的气相产物、固相产物、液相产物、菌群差异性进行分析。
2.根据权利要求1所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：步骤（1）的具体过程为：结合研究区域的地理位置，查出研究区域煤储层的气体组分、原位储层压力与温度、储层气体的临界解吸压力和煤储层水化学特征等研究要素，用研究区地下水和经过选育、驯化及改良的本源菌群配制成富含高效产甲烷菌群的生物压裂液。
3.根据权利要求1或2所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：步骤（2）中试验装置包括高压供气系统、菌液注入系统、厌氧发酵系统和气体解吸系统，高压供气系统和菌液注入系统分别通过供气管和供液管与厌氧发酵系统的进口连接，厌氧发酵系统的出口与气体解吸系统连接，厌氧发酵系统连接有取液管。
4.根据权利要求3所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：厌氧发酵系统包括恒温培养箱、厌氧发酵罐、二位四通阀和温度压力表，厌氧发酵罐设置在恒温培养箱内,厌氧发酵罐顶部通过第一连接管与二位四通阀的下接口连接，温度压力表通过第二连接管与二位四通阀的上接口连接，二位四通阀的左接口同时与高压供气系统和菌液注入系统连接, 二位四通阀的右接口与气体解吸系统连接，厌氧发酵罐内设有取液管，取液管上设有取液阀。
5.根据权利要求4所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：高压供气系统包括甲烷储气罐和二氧化碳储气罐，甲烷储气罐出气口通过第一气管与供气管的进口连接，二氧化碳储气罐出气口通过第二气管与供气管的进口连接，第一气管上设有第一阀门，第二气管上设有第二阀门，供气管上沿气流方向依次设有增压泵、气体流量计和第三阀门，供气管的出口与二位四通阀的左接口连接。
6.根据权利要求5所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：菌液注入系统包括储液罐和抽真空泵，供液管的进口与储液罐连接，供液管的出口与二位四通阀的左接口连接，供液管上沿液流方向依次设有计量泵、第四阀门、液体流量计、单向阀和第五阀门，抽真空泵通过抽真空管连接在单向阀和第五阀门之间的供液管上，抽真空管上设有真空阀。
7.根据权利要求6所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：气体解吸系统包括气水分离器和气体解吸仪，气水分离器的进口通过气液输送管连接在二位四通阀的右接口，气液输送管上设有第六阀门，气体解吸仪的进气口通过输气管连接气水分离器的出口连接，气水分离器的出口设有第七阀门。
8.根据权利要求7所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：步骤（2）的具体过程为：连接好试验装置后，将恒温培养箱调至储层温度，将处理好的煤样放入厌氧发酵罐中，计算出厌氧发酵罐的自由体积，打开真空阀、第五阀门，旋转二位四通阀的旋钮使右接口和下接口连通，其他阀门关闭，启动抽真空泵，对厌氧发酵罐内部空间抽真空，达到设定真空度后，关闭抽真空泵、真空阀和第五阀门；
接着启动增压泵，打开第一阀门、第二阀门和第三阀门，通过气体流量计调节注入甲烷和二氧化碳的比例，甲烷和二氧化碳的比例要与原位储层中煤层气的气体组分相同，通过增压泵将甲烷储气罐内的甲烷和二氧化碳储气罐的二氧化碳注入厌氧发酵罐，直到厌氧发酵罐内的原位煤储层的原位储层的临界解吸压力后关闭增压泵停止注入气体，同时关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门；
然后打开第四阀门和第五阀门，启动计量泵，计量泵将储液罐内的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，通过液体流量计记录注入液体体积，通过温度压力表监测注入液体的温度和压力,使厌氧发酵罐内的压力达到原位煤储层压力时，关闭计量泵，停止注入液体，同时关闭第四阀门和第五阀门。
9.根据权利要求7所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的方法，其特征在于：步骤（3）的具体过程为：微生物产气周期结束后，将二位四通阀的右接口与下接口连通，打开第六阀门，使厌氧发酵系统内的高压气体通过气水分离器，气体解吸仪内装有提前配制好的饱和碳酸氢钠溶液，高压气体缓慢通过气体解吸仪后，记录通过气体解吸仪的气体浓度和气体体积，算出厌氧发酵前后罐内不同组分气体的体积变化和总体积的变化。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113667594A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-19 | 河南理工大学 | 一种低温高寒地区新型煤层气生物工程恒温培养池 |
| CN114196709A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-18 | 西安科技大学 | 一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法 |
| WO2023016099A1 (zh) * | 2021-10-21 | 2023-02-16 | 河南理工大学 | 降低煤表面纳米气泡的煤层气增产实验装置及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002034931A2 (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-02 | Guyer Joe E | Method of generating and recovering gas from subsurface formations of coal, carbonaceous shale and organic-rich shales |
| 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 |
| CN105588782A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-05-18 | 河南理工大学 | 高低温高压吸附解吸试验装置与方法 |
| CN105838598A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-10 | 河南理工大学 | 煤层封存二氧化碳的生物甲烷化模拟实验装置及实验方法 |
| CN106405043A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 太原理工大学 | 一种煤制生物甲烷的装置及方法 |
| CN107358858A (zh) * | 2017-07-18 | 2017-11-17 | 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司 | 煤层生物气成藏过程模拟装置及实验方法 |
| CN110042042A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-23 | 山东科技大学 | 一种模拟煤矿井下环境的甲烷氧化菌驯化培养装置及方法 |
| CN111855377A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 太原理工大学 | 一种超临界co2萃取煤耦联生物反应产甲烷的试验装置及方法 |
-
2021
- 2021-09-16 CN CN202111085323.1A patent/CN113652335B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002034931A2 (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-02 | Guyer Joe E | Method of generating and recovering gas from subsurface formations of coal, carbonaceous shale and organic-rich shales |
| 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 |
| CN105588782A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-05-18 | 河南理工大学 | 高低温高压吸附解吸试验装置与方法 |
| CN105838598A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-10 | 河南理工大学 | 煤层封存二氧化碳的生物甲烷化模拟实验装置及实验方法 |
| CN106405043A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 太原理工大学 | 一种煤制生物甲烷的装置及方法 |
| CN107358858A (zh) * | 2017-07-18 | 2017-11-17 | 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司 | 煤层生物气成藏过程模拟装置及实验方法 |
| CN110042042A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-23 | 山东科技大学 | 一种模拟煤矿井下环境的甲烷氧化菌驯化培养装置及方法 |
| CN111855377A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 太原理工大学 | 一种超临界co2萃取煤耦联生物反应产甲烷的试验装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张瑞林;崔学锋;: "厌氧微生物降解原煤体吸附甲烷试验研究", 煤炭科学技术, vol. 44, no. 05, pages 155 - 159 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113667594A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-19 | 河南理工大学 | 一种低温高寒地区新型煤层气生物工程恒温培养池 |
| CN113667594B (zh) * | 2021-08-11 | 2023-08-15 | 河南理工大学 | 一种低温高寒地区煤层气生物工程恒温培养池 |
| WO2023016099A1 (zh) * | 2021-10-21 | 2023-02-16 | 河南理工大学 | 降低煤表面纳米气泡的煤层气增产实验装置及方法 |
| CN114196709A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-18 | 西安科技大学 | 一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法 |
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| Publication number | Publication date |
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