煤层生物甲烷的形成机理研究

随着煤层气勘探开发活动的深入，生物成因煤层气的资源贡献越来越引起人们的重视，但其形成条件、形成过程以及资源贡献的定量评价等研究存在严重不足，以致形成机理不明。.本项目拟以中低煤阶煤为主要研究对象，兼顾高煤阶煤，分析煤岩、煤质以及地下水特征；采用厌氧培养技术对煤源微生物进行分离和纯化；通过形态特征分析和分子特征分析，对微生物进行鉴定；利用GC、FTIR、MS、NMR、IRMS等测定微生物降解煤的中间产物（各类气体和小分子有机物）。进行近似地质和介质条件下煤的微生物降解模拟实验，查明生物气生成过程中起作用的微生物种类、煤降解中间产物的类型及其变化规律，探讨甲烷生成的温度、pH值、Eh值、矿化度、煤阶、煤质等主要影响因素，从而揭示煤层生物甲烷的生成机理，为实现生物采煤、采残煤和节能减排提供理论支撑。

以中低煤阶煤为主要研究对象，兼顾高煤阶煤，分析了研究区煤岩、煤质以及地下水特征，采用亨盖特厌氧装置和厌氧工作站对采样区煤样本源微生物进行了分离纯化筛选，分析了产甲烷菌的种类、形态特征和生理生化特征，对驯化的菌种进行了DNA分子学鉴定；在实验室进行了近似地质和介质条件下煤的微生物降解模拟实验，查明了煤层生物甲烷的生成条件，包括甲烷生成的温度、pH值、Eh值、矿化度、煤阶、煤质等主要影响因素，验明了甲烷生成的各个因子的最佳范围；分别利用红外光谱、X射线衍射、蒸馏法、气相色谱仪分析了降解中间产物中的煤的大分子结构变化、小分子脂肪酸转化情况和气体的浓度和含量，研究其动态变化规律，从而揭示了煤层生物甲烷的生成机理；将有机物降解性能、液体小分子转化性能和甲烷气体产出性能作为评价因素指标，利用模糊综合评判法优化了煤层生物甲烷生成工艺，建立了煤层生物甲烷实验的方法体系；在生物甲烷生成的同时发现了煤层生物氢的生成， 对EDTA二钠、Fe2+对氢气产出的影响进行了探讨，初步进行了厌氧发酵连续产氢产甲烷的实验，探索厌氧体系在产氢后继续续产甲烷的最适条件。