生物预处理促进褐煤制甲烷的内在原因分析

为提高褐煤制甲烷的产气量,利用放线菌Streptomyces viridosporus、真菌Phanerochaete chrysosporium和细菌Pseudomonas pseudoalcaligenes分别对褐煤进行预处理和生物甲烷产气实验。通过化学需氧量(COD)、三维荧光和XPS等测试探讨生物预处理提高煤制甲烷的内在机理。结果表明:S.viridosporus,P.chrysosporium和P.pseudoalcaligenes预处理煤的产气效果比原煤的产气效果分别提高了36.90%,165.39%和69.22%,液相的COD值升高,COD增幅分别为429.47%,596.94%和446.58%;液相中有机质主要以色氨酸类蛋白质、腐植酸和富里酸类腐殖质为主,同时煤表面芳香单元及其取代烷烃(C—C,C—H)的相对含量分别降低了8.56%,11.68%和6.74%,含氧有机碳(C—O,C=O,O—C=O)的总体相对含量分别增加了77.25%,105.31%和60.92%。生物预处理主要通过改变液相中的有机质含量和化学官能团来促进煤制甲烷。     

煤制生物气产出规律及其同位素分馏效应

为了探索生物成因煤层气机理,选取低阶煤作为煤制生物气的母质,采用携带产甲烷菌的煤层矿井水为菌源,在高纯氮气环境中向500 mL产气瓶(反应瓶)中加入40 g煤样、20 mL富集后的菌种液、380 mL培养基完成接种,之后将产气瓶置于37℃下的振动培养箱中开展为期90 d的厌氧产气模拟实验。研究结果显示,在厌氧封闭条件下,气体产出方式以乙酸发酵为主,产气效率较慢,产气过程受环境pH值的影响较大,进入产气稳定期后(30 d),pH值与校正后的产气量随产气时间延续总体呈现同步变化规律,产酸菌与产甲烷菌的数量、丰度和活性直接影响了产气环境的pH值和产气量。产出气组分以CH_4和CO_2为主,存在极少量的氢气,气体组成偏干,CH_4和CO_2含量随稳定产气时间的延长呈现明显的同步变化规律。90 d的产气过程中,δ~(13)C_1值均小于-55‰;δ~(13)C(CO_2)值介于-20.8‰～-10.7‰,平均为-16.38‰;δD1值介于-361‰～-332‰,平均为-348‰,可以判定产出气中CH_4和CO_2均为有机生物成因气;煤制生物气中CH_4和CO_2碳同位素组成变化的主要原因是2次重要的继承性同位素分馏效应造成的,第1次分馏作用发生在生成乙酸过程中,由于有机母质本身脂族甲基碳同位素组成偏轻,而羧基碳同位素组成偏重,这种碳同位素组成特点在生成乙酸过程中得以继承;第2次分馏作用发生在乙酸发酵生成CH_4和CO_2过程中,乙酸中的甲基通过加氢形成CH_4,而羧基通过去氢形成CO_2,造成甲基本身的轻碳同位素被分馏到CH_4中,而羧基的重碳同位素被分馏到CO_2中。因此总体表现出产出生物气的轻碳同位素被分馏到CH_4中,而重碳同位素被分馏到CO_2中,δ~(13)C_1越轻,δ~(13)C(CO_2)越重,两者呈现负相关关系; 90 d的产气时间里,微生物作用时间越长,甲烷碳同位素组成越轻,具有明显的富集轻碳同位素的趋势。     

综放采空区千米钻孔与高位钻孔抽采方法对比分析及优化

以余吾煤业N1102综放面为例,通过考察高位钻场与千米钻场两种抽采方法下瓦斯纯流量、瓦斯浓度、抽采总纯量与工作面累积日进尺的关系,得出千米钻场抽采纯量仅为高位钻场的一半,分析其原因,并提出了改进打钻设备及封孔工艺、采用注水法结合UDEC数值模拟法准确确定裂隙带高度、在单个千米钻孔内开出多条分支、提高抽采负压等优化方法。     

关于表面能在煤吸附性评价方面应用的探讨

煤表面能是反映煤表面特性的重要热力学参数。常用的煤表面能求取方法是吸附法。对比前人研究成果,发现用该方法计算的表面能在描述煤吸附性时存在矛盾的结论。原因总结:用基于吸附实验的表面能计算结果来描述煤吸附性在逻辑上存在循环论证问题。认为用吸附法计算的表面能不可以用来反映煤的吸附性。为了避免循环论证问题,可以尝试用其它实验实测表面能,但实现难度大,可操作性不强。所以用表面能来解释煤对甲烷的吸附特征的意义不大。引入量子化学等学科,深入研究微观煤大分子结构与甲烷分子的相互作用,才是探索煤吸附甲烷本质的必经途径。