CN114196709A - 一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法，该方法包括：一、煤炭层中的煤炭经地下气化后形成气化空腔，且气化空腔中残存有煤炭地下气化后形成的矸石和煤灰；二、将甲烷菌连同有机质通过进气管道送入气化空腔中，对矸石和煤灰中的残余碳进行共存发酵，将残余碳分解转化为甲烷；三、将甲烷收集后通过出气管道送出至第四纪地层以上。本发明通过将甲烷菌连同有机质送入煤炭地下气化后形成的气化空腔内繁殖和发酵代谢，将矸石和煤灰中的残余碳分解转化生成甲烷，实现了对煤炭地下气化残留产物中残余碳的有效清洁高效利用，增加了甲烷气体资源的供给，提高煤炭资源的利用率，避免了资源浪费，节约了成本。
Description
技术领域
本发明属于煤层气技术领域，具体涉及一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法。
背景技术
随着我国经济持续发展，我国的能源生产量和消费量逐年提高。由于我国能源资源“缺油、少气、相对富煤”的禀赋特征，未来几十年煤炭在我国的能源结构中将依然占据主体地位，但逐渐转向清洁高效利用，只有煤炭开发利用发生根本性变革，才能从整体上实现我国能源的安全、绿色与可持续供给。
我国天然气供需缺口不断拉大但煤炭资源十分丰富，煤炭地下气化(UCG)技术具有成本低、产气量大的特点，是保障我国能源安全的潜在途径之一。煤炭地下气化技术就是将煤炭在原位进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸气发生一系列化学反应，产生H2，CO和CH4等可燃气体的过程。UCG集建井、采煤、转化工艺于一体，实现了地下无人生产，一方面避免了人身伤害和矿井事故发生，另一方面也避免了煤炭开采、运输环节带来的粉尘污染。
煤炭在气化后，形成的矸石、灰渣会留在地下，这些矸石和灰渣中许多残余的碳无法完全利用，会造成极大的资源浪费。随着UCG工艺与技术逐步发展、完善，急需一种工艺方法来高效利用这些残余的碳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法。该方法通过将甲烷菌连同有机质送入煤炭地下气化后形成的气化空腔内繁殖和发酵代谢，将矸石和煤灰中的残余碳分解转化生成甲烷，实现了对煤炭地下气化残留产物中残余碳的有效清洁高效利用，增加了甲烷气体资源的供给，提高煤炭资源的利用率，避免了资源浪费，节约了成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、煤炭层中的煤炭经地下气化后形成气化空腔，且气化空腔中残存有煤炭地下气化后形成的矸石和煤灰；所述矸石和煤灰中含有残余碳；
步骤二、将甲烷菌连同有机质通过进气管道送入气化空腔中，对矸石和煤灰中的残余碳进行共存发酵，将残余碳分解转化为甲烷；所述进气管道从第四纪地层连通至气化空腔中；
步骤三、将甲烷收集后通过出气管道送出至第四纪地层以上，进行存储及后续利用；所述出气管道从气化空腔连通至第四纪地层的表面。
针对煤炭地下气化后残留在原煤层形成的气化空腔中残留大量矸石和煤灰、且矸石和煤灰中残余较多碳的现象，本发明将甲烷菌送入气化空腔中，并分布在矸石和煤灰中，由于煤炭气化过程中燃烧消耗大量的氧气，使得气化空腔中形成低氧或缺氧环境，甲烷菌送入后对进气管道和出气管道进行密封，甲烷菌在密闭的气化空腔内进行共存发酵，由于甲烷菌需要在无氧条件下生存和发酵，通常为了进一步保证无氧条件，在送入甲烷菌前，通过进气管道或/和出气管道将气化空腔中残余的氧气抽出，以提高甲烷菌的存活率和发酵活性；共存发酵过程中，气化空腔为发酵提供了足够的空间，甲烷菌以有机质为基体进行繁殖和发酵，将矸石和煤灰中的残余碳分解转化生成甲烷，甲烷经收集后送出至地面，进行存储及后续利用，实现了对煤炭地下气化残留产物中残余碳的有效清洁高效利用，增加了甲烷气体资源的供给，提高煤炭资源的利用率，避免了资源浪费。
另外，本发明在送入甲烷菌的同时还送入有机质，通常有机质为秸秆、树叶、废水等，含有大量的有机营养物质，为甲烷菌的生长提供成分，大大提高了甲烷菌的存活率，有利于甲烷菌的增殖和发酵，进而提高残余碳的转化率和转化效率；同时，本发明直接将被视为废弃物的秸秆、树叶、废水等成分的有机质送入气化空腔中供甲烷菌分解残余碳利用，无需另外专门配制培养基，降低了分解残余碳的成本，且节约了处理废弃物的成本，实现了废弃物包括残余碳和有机质的双重有效利用。
进一步地，本实施例步骤一中所述气化空腔的底部为煤层底板，气化空腔的顶部上覆有煤层覆岩，所述煤层覆岩的上部依次覆盖有致密岩层和第四纪地层。
进一步地，本实施例中所述煤层覆岩中靠近气化空腔的界面处分布有顶板裂缝。
进一步地，本实施例步骤二中所述进气管道为煤炭地下气化时用于送入氧化剂气体的通道，步骤三中所述出气管道为煤炭地下气化时用于送出气化产物天然气的通道。本发明利用煤炭地下气化时开挖的进气管道输送甲烷菌，利用煤炭地下气化时开挖的出气管道输送甲烷转移至地面，最大限度地利用上一工序已经建成的进气、输气设备，实现了设备的重复再利用，进一步节约了分解残余碳的成本。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过将甲烷菌送入煤炭地下气化后形成的气化空腔内繁殖和发酵代谢，将矸石和煤灰中的残余碳分解转化生成甲烷，实现了对煤炭地下气化残留产物中残余碳的有效清洁高效利用，增加了甲烷气体资源的供给，提高煤炭资源的利用率，避免了资源浪费。
2、本发明在送入甲烷菌的同时送入有机质，为甲烷菌的生长提供成分，大大提高了甲烷菌的存活率，进而提高残余碳的分解转化率和转化效率，且实现了对秸秆、树叶、废水等有机质的利用，节约了分解残余碳和处理废弃物的成本。
3、本发明最大限度地利用上一工序已经建成的进气、输气设备，实现了设备的重复再利用，进一步节约了分解残余碳的成本。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的示意图。
附图标记说明:
1—进气管道； 2—甲烷菌； 3—第四纪地层；
4—致密岩层； 5—煤层覆岩； 6—气化空腔；
7—矸石； 8—煤灰； 9—煤层底板；
10—顶板裂缝； 11—出气管道； 12—有机质。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、煤炭层中的煤炭经地下气化后形成气化空腔6，且气化空腔6中残存有煤炭地下气化后形成的矸石7和煤灰8；所述矸石7和煤灰8中含有残余碳；
步骤二、将甲烷菌2连同有机质通过进气管道1送入气化空腔6中，对矸石7和煤灰8中的残余碳进行共存发酵，将残余碳分解转化为甲烷；所述进气管道1从第四纪地层3连通至气化空腔6中；
步骤三、将甲烷收集后通过出气管道11送出至第四纪地层3以上，进行存储及后续利用；所述出气管道11从气化空腔6连通至第四纪地层3的表面。
进一步地，本实施例步骤一中所述气化空腔6的底部为煤层底板9，气化空腔6的顶部上覆有煤层覆岩5，所述煤层覆岩5的上部依次覆盖有致密岩层4和第四纪地层3。
进一步地，本实施例中所述煤层覆岩5中靠近气化空腔6的界面处分布有顶板裂缝10。
进一步地，本实施例步骤二中所述进气管道1为煤炭地下气化时用于送入氧化剂气体的通道，步骤三中所述出气管道11为煤炭地下气化时用于送出气化产物天然气的通道。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、煤炭层中的煤炭经地下气化后形成气化空腔(6)，且气化空腔(6)中残存有煤炭地下气化后形成的矸石(7)和煤灰(8)；所述矸石(7)和煤灰(8)中含有残余碳；
步骤二、将甲烷菌(2)连同有机质通过进气管道(1)送入气化空腔(6)中，对矸石(7)和煤灰(8)中的残余碳进行共存发酵，将残余碳分解转化为甲烷；所述进气管道(1)从第四纪地层(3)连通至气化空腔(6)中；
步骤三、将甲烷收集后通过出气管道(11)送出至第四纪地层(3)以上，进行存储及后续利用；所述出气管道(11)从气化空腔(6)连通至第四纪地层(3)的表面。
2.根据权利要求1所述的一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法，其特征在于，步骤一中所述气化空腔(6)的底部为煤层底板(9)，气化空腔(6)的顶部上覆有煤层覆岩(5)，所述煤层覆岩(5)的上部依次覆盖有致密岩层(4)和第四纪地层(3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法，其特征在于，所述煤层覆岩(5)中靠近气化空腔(6)的界面处分布有顶板裂缝(10)。
4.根据权利要求1所述的一种基于煤炭气化地下空间甲烷菌分解残余碳的方法，其特征在于，步骤二中所述进气管道(1)为煤炭地下气化时用于送入氧化剂气体的通道，步骤三中所述出气管道(11)为煤炭地下气化时用于送出气化产物天然气的通道。
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