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为研究褐煤生物产气规律及其液相体系中常见阳离子变化特征，以内蒙古胜利褐煤为产气底物，寺河矿区煤层气井排采水中微生物作为发酵菌群，利用5 L厌氧发酵罐进行模拟生物产气实验，采用离子色谱仪对发酵液中的NH4+、K+、Ca2+、Mg2+和Na+5种阳离子浓度进行动态监测。结果表明:煤模拟生物产气周期为33 d，分为缓慢增长期、快速增长期和平缓期3个阶段，33 d单位质量煤净产甲烷量最高达23 μmol/g；产气体系中NH4+（741.5 mg/L）和K+（994.5 mg/L）离子质量浓度变化最为明显，Ca2+（26 mg/L）、Mg2+（10.7 mg/L）和Na+（72 mg/L）次之，表明发酵液中5种阳离子均参与了褐煤生物产气过程，且被不同程度地释放和利用；褐煤生物产气量与阳离子浓度有一定相关性，单位质量煤产气量与NH4+和K+浓度呈正相关，与Ca2+、Mg2+浓度呈负相关。此外，NH4+和K+以及Ca2+和Mg2+之间浓度呈显著正相关。由实验结果可知:褐煤生物产气液相体系中4+、K+、Ca2+、Mg2+和Na+5种阳离子会随着煤中有机组分的厌氧降解而缓慢释放、再吸附，同时可被微生物利用参与细胞内的生物化学反应。 相似文献
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超临界CO2能够破坏煤分子结构,提高生物甲烷的产量。为研究微生物在超临界CO2参与的煤储层原位条件下的产气潜力,以新疆地区某煤层气区块目标煤层的初始储层压力、温度和气体组分作为原位储层条件,通过自主设计的煤储层原位厌氧发酵装置,模拟煤储层原位储层条件下的厌氧发酵过程,并对生物气产量、煤的官能团结构和微生物群落结构进行了分析。研究结果表明,在超临界CO2参与的煤储层原位条件下,生物甲烷产量达到了32.9 mL/g,CO2的生物转化率为17.4%。FTIR光谱表明,原位条件下微生物对苯酚、醇、醚、酯中含氧基团的降解能力要强于常规条件下的厌氧发酵。超临界CO2参与下的储层原位厌氧发酵系统中,多种产甲烷代谢途径的产甲烷菌(氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型)逐渐向单一的氢营养型产甲烷菌演化。高压环境下,细菌群落中芽孢杆菌Solibacillus silvestris成为水解产酸发酵阶段的优势菌。该研究为煤层气生物工程的现场实施和碳减排提供了实验基础。 相似文献
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高岭土是自然界较常见的无机矿物,对微生物的生长代谢有促进作用,煤中赋存大量高岭土,而有关其对煤生物产气影响的报道确较少。为探究高岭土对煤生物产气的影响,以陕西榆林煤为研究对象,以驯化的微生物作为产气菌群,通过在培养基中添加不同质量分数的高岭土进行煤生物模拟产气,利用气相色谱仪、酶标仪、傅里叶红外光谱仪、Illumina高通量测序平台,研究CH4产量、总挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids, VFAs)浓度、辅酶F420含量、产气前后煤的有机官能团和微生物群落结构的变化。结果表明:高岭土的添加影响生物产气过程,0~8.0%高岭土添加量可明显分为2个区间,0~1.0%和2.0%~8.0%,产甲烷量、累积产甲烷量和F420在2个区间内呈先升后降趋势,而乙酸和VFAs浓度变化趋势相反;模拟生物产气50 d后,添加高岭土实验组(0.5%)每克煤累积产甲烷量最高可达216 μmol,较空白组提高55.4%;同时,添加高岭土可以提高辅酶F420的含量,最高可达48.93 ng/L,也有助于煤中的醇、酚—OH、—NH—和—NH2被微生物利用。高岭土对煤生物产气体系中细菌种群结构的影响规律不明显,仅Firmicutes(厚壁菌门)在0~1.0%和2.0%~8.0%添加区间呈现先增后减的变化趋势;相比之下,高岭土的添加对古菌丰度变化影响较明显,体系中的古菌主要是Euryarchaeota(广古菌门),其中,Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanobacterium(甲烷杆菌属)是古菌中丰度最高的种属,Euryarchaeota和Methanosarcina丰度在0~1.0%和2.0%~8.0%区间内与甲烷累积产量变化、F420变化趋势一致,Methanobacterium却和VFAs变化趋势一致。由此得出,高岭土的添加会影响榆林煤的生物产气,其产甲烷量、VFAs、F420酶活性、微生物群落结构和煤中有机官能团组成均会发生变化,这为后续研究煤中无机矿物对煤的生物产气的影响提供参考。 相似文献
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微生物与煤的相互作用过程复杂，为了深入分析煤中有机物在生物产气过程中的作用及变化规律，选取义马褐煤和实验室保存的产甲烷菌群作为研究对象，研究褐煤水溶性有机物产气特征及其产气前后化学组成变化。利用去离子水在70℃下萃取褐煤得到水溶性有机物、水萃余煤，分别以其作为底物开展生物产气实验，并利用甲醇对产气后的残煤进行有机萃取，采用GC、HPLC-MS和GC-MS方法分析产气量变化及发酵液和煤甲醇萃取物的化学组成。结果表明，褐煤原煤、水溶性有机物和水萃余煤的产气量分别为0.46、0.45和0.15 mmol/g。产气初期水溶性有机物化学组成复杂，分子量主要集中在200~300 Da，生物产气后化合物种类减少，分子量降至150~200 Da，并且产气后发酵液中检测到一些分子中具有苯环结构的含氮和氧杂原子的化合物。水萃余煤生物产气后的甲醇萃取物中出现少量水溶性化合物如甲酰胺、乙酰胺、亚硫酸二甲酯等。70℃萃取得到的义马褐煤水溶性有机质能被产甲烷微生物利用产气，经过生物产气后煤中非水溶性有机物会转变成水溶性有机物。本研究探索了褐煤中水溶性有机物在生物产气过程中的潜在作用，为阐明煤生物产气的物质基础提供了实验依据。 相似文献
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煤储层含气量是煤层气开发的核心参数,但实测煤储层含气量与煤储层的真实含气量之间往往存在误差。基于窑街矿区海石湾井田煤层气井不同时段的产气量,以煤储层含气量“定体积”降低为基础,反演煤储层实时含气量,研究煤层气井排采过程煤储层实时含气量的变化规律。结果表明:煤储层含气量随排采时间呈线性下降趋势,不同步长煤层气井产气量与煤储层含气量降低幅度一致,遵循“定体积”产气特征,即煤层气单井产气量是煤基质“定体积”产出;煤层气井的产气量与含气量降低速率有关,而与煤储层原始含气量无关。煤储层为隔水层,水力压裂难以改变煤基微孔隙通道的结合水状态,CH4产出过程受水–煤界面作用控制,煤层气产出是“CH4·煤·水”三相界面传质作用的结果,水–煤界面作用中水的湍动提供并传递能量,激励块煤中CH4解吸与产出。 相似文献
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为研究白腐真菌预处理对煤厌氧发酵产甲烷的影响，以预处理长焰煤为实验组，未经预处理煤样为对照组，在适宜环境下进行厌氧发酵产气实验。利用重铬酸钾法、紫外分光光度法、扫描电镜等手段对产气过程中的COD（化学需氧量）质量浓度、辅酶F420活性及煤形貌变化等进行阶段性分析。结果表明:实验组与对照组总产气量和碳转化率分别是2 322.0 mL与5.10%、1 330.2 mL与4.70%，且实验组初始产气时间明显提前；实验组降解更为彻底，两者COD值分别是32~176 mg/L与576~609 mg/L；实验组与对照组辅酶F420活性最高值分别为0.011 72 μmol/L和0.007 97 μmol/L，且其活性受TOC（总有机碳）含量和产酸细菌的影响；预处理和产气结束后，实验组煤样表面更加粗糙，微生物吸附位点和吸附量也更多，且有菌簇的形成。实验证实，白腐真菌生物预处理在提高煤厌氧发酵产气量与碳转化率方面具有很强的优越性和可适用性，有利于煤层生物气资源的产业化利用。 相似文献
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温度对低煤阶煤生物甲烷生成的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
温度是煤层生物甲烷生成的重要控制因素之一。为研究不同温度条件下生物甲烷的生成量及其变化规律,在实验室条件下,对河南义马低煤阶煤在不同温度(25℃、35℃、45℃、55℃、65)℃下进行了生物甲烷模拟生成实验,并通过对不同反应阶段生成气体的组分及体积分数的检测,探讨了温度对低煤阶煤之甲烷生成的影响。实验结果表明:35℃时,生物甲烷含量最大,而在45℃和55℃时,甲烷含量有所下降;随着反应的持续进行,生成气体中甲烷体积分数逐渐增高(由11.4%增至65.71%),而二氧化碳的体积分数则呈下降趋势(由30.59%降至15.37%)。 相似文献
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针对目前页岩吸附等温线测试温度、压力通常未达到储层温压条件这一问题,设计了页岩高温高压吸附等温线测试方法,研究了储层温度、压力条件下页岩吸附等温线特征,以实际页岩岩心为例计算了游离气和吸附气随压力的变化规律,并采用全直径页岩氦气和甲烷控压生产实验研究了吸附气对产气特征的影响。结果表明：视吸附量先随压力增大而增大,到达峰值之后视吸附量随压力的增大而减小;在低压条件下,采用Langmuir外推计算的吸附气量与高压实验计算的吸附气量相差不大;而在高压条件下,采用低压Langmuir理论推算总含气量高估9.2%;低于临界解吸压力时,吸附气解吸附使得单位压差产气量增加;高于临界解吸压力时,吸附气对单位压差产气量几乎没有影响;开发初期,低于临界解吸压力范围较小,吸附气对产气量贡献较小,尽可能动用游离气是高效开发的关键。 相似文献
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利用CBM-SIM煤层气数值模拟软件,以焦坪矿区低阶煤层为例,研究了煤层厚度、渗透率、含气量、吸附性、储层压力、含气饱和度和临储比等煤储层因素对煤层气井产量的影响。结果表明:气井产量随煤层厚度、渗透率、含气量、Langmuir压力、含气饱和度和临储比的增大而增大,随Langmuir体积的增大而减小;储层压力不影响产气量大小,只改变气井的产气时间;含气饱和度和临储比能更好地反映多个因素变化时的产气量变化。 相似文献
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为了研究瓦斯突出煤体的演化过程,采用煤化变质热模拟实验装置对煤样进行热模拟实验,分析不同实验温度条件下煤样的产气量、气体组分及加热前后煤体结构性能参数的变化规律。结果显示:在较高的实验温度下（450℃）产生的气体总量比较低温度（200℃）下大得多,前者的产气量几乎是后者的10倍,且相应的煤挥发分、坚固性系数和瓦斯放散初速度变化了5~7倍;350℃左右是低变质煤热解大量产生CH4和焦油的临界温度,且在此温度时,低变质煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度值已经超过突出煤层鉴定指标。由此认为,温度能改变煤体化学结构并产生瓦斯气体,且大量瓦斯气体的生成改变了煤的物理结构,其综合作用表现为煤体更易破碎,其突出危险性增加。 相似文献
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1854m～2608m气源岩中产甲烷菌的富集培养和发酵产气实验研究 总被引：4，自引：0，他引：4
供试样品１０个，为准噶尔盆地马庄气藏侏罗系气源岩，埋深１８５４ｍ～２６０８ｍ，形成于沼泽－滨浅湖相沉积环境，为ⅡＢ～Ⅲ型有机质，Ｒ０值＜０.７４％，处于低演化阶段。本文就烃源岩中厌氧发酵细菌的数量及产甲烷菌的类型、分布状况进行了研究，并直接利用地质样品进行了生化模拟产气实验。样品中发酵性细菌数量分布在５×１０２个/ｇ～２.３×１０４个/ｇ之间。在３５℃～６５℃状态下，从样品中普遍富集培养出产甲烷球菌（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｕｓ）；在５５℃条件下，从７号样品中富集培养出产甲烷杆菌（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）。模拟产气结果表明:①３５℃时的甲烷累计产气量最高，为２９.４８ｍｌ～３９.４１ｍｌ，占总产出气体的８０％以上。（２）产出气体组份一致，以ＣＨ４和ＣＯ２为主，含极微量的乙烷和丙烷。（３）在３５℃时，产出甲烷气体的δ１３Ｃ值分布在－４０.１２‰--４３.９８‰之间，５５℃时为－５６.８２‰--６０.１０‰，６５℃时为－５８.０６‰--６５.１１‰，３５℃～５５℃时产出气体的甲烷碳同位素比值中值与实际气藏天然气的甲烷δ１３Ｃ值相近。该项研究为探讨产甲烷菌等厌氧微生物在２０００多米沉积岩中仍有活动提供了直接? 相似文献
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开展原煤在热-力作用下煤热膨胀与吸附瓦斯解吸研究对于深入理解深部煤岩失稳破坏机制有重要意义。通过对四川白皎矿和徐州张双楼矿的原煤施加不同温度-应力条件,获取煤的热变形、解吸气体运移以及煤的力学性质的热响应。试验结果表明:白皎煤在低于35℃条件下表现为膨胀变形;在高于35℃恒温环境下,煤体变形表现为先膨胀后收缩趋势。张双楼煤在低于60℃条件下表现为先膨胀后会出现收缩;在高于60℃恒温环境下,煤样趋向整体膨胀。其结果说明,煤岩在热环境中的变形行为取决于煤基质的热膨胀与解吸收缩之间的竞争结果。煤吸热升温后孔隙中解吸气体数量增多,煤样在受载压缩变形过程中显现出复杂解吸气体排放特征,包括煤中原生孔隙裂隙压缩闭合排出气体,煤体内不均匀变形导致气体流动,煤体开裂导致气体回流。力学测试结果表明,煤样的单轴抗压强度以及弹性模量随着环境温度上升均表现出下降趋势。其结果为深入理解深部煤层在热-力耦合下渗透率与强度变化机制提供试验依据。 相似文献
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基于Langmuir 等温吸附方程式,开展不同煤阶不同温压条件下等温吸附模拟实验,实验结果表明：在煤岩镜质组反
射率Ro<3.0%时,Langmuir 等温吸附曲线随煤阶、温度、压力升高表现出明显的分带性。随着煤阶的升高,煤吸附能力逐
渐增强。温度小于55℃时不同煤阶Langmuir 体积受温度影响较小,之后影响逐渐增大。低煤阶在12 MPa、中高煤阶在
15 MPa以前随压力增加Langmuir 体积增大明显。根据实测含气量外推法结合高温高压等温吸附实验建立了深煤层含气量数
学模型,显示煤层含气量随埋深呈现快速增加—缓慢增加—不增加—缓慢减小的变化规律,其中低煤阶临界深度介
于1400~1700 m,中高煤阶临界深度介于1500~1800 m。该含气量数学模型对预测深部煤层含气量变化规律及煤层气资源评
价提供基础依据。 相似文献
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开采扰动诱发的煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的主要瓦斯动力灾害之一。为系统探索开采扰动下煤体损伤演化特征和瓦斯渗流规律,拟开展不同瓦斯压力下全应力应变–渗流实验。通过考虑气体吸附和热膨胀效应修正广义胡克定律,建立基于塑性变形的煤体损伤本构关系,进一步构建考虑损伤的分段渗透率模型。结果表明:以渗透率突变点为界,可将煤体渗透率分为峰前和峰后2个变化阶段。其中,峰前呈指数型降低,而峰后急剧增加,峰值抗压强度和弹性模量均随着瓦斯压力升高而降低;煤体轴向塑性应变和损伤演化规律具有良好的一致性,二者均呈现出峰前变化不大,峰后激增的变化趋势;利用不同瓦斯压力和50℃实验数据对所建的损伤模型及渗透率模型进行验证,得到理论曲线和实验数据具有较好的吻合度,表明新建模型可较好地反映不同条件下煤体破坏失稳过程中的损伤演化规律和瓦斯渗流特征。 相似文献
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沁水盆地煤岩高温高压实验变形特征 总被引：1，自引：0，他引：1
对沁水盆地不同地区选取的5组煤岩样品进行高温高压变形实验,结果证实,在相同的实验条件下,(1)采自不同地区的煤岩强度在较低温压条件下表现出一致性,在较高温压条件下显现出差异性;(2)高煤级煤No.3煤样在某一温压条件下（100℃、100MPa）,应力应变强度都是最低的,为煤岩组分影响的结果。在不同的实验条件下, 煤岩在高温高压条件下（温压大于200℃、200MPa）,随着温度与围压增高,应力应变强度在降低,但这主要是温度影响的结果。在温压为100℃、100MPa和500℃、500MPa时,煤岩应力应变强度均很低,但却存在着本质的差别:前者产生的应力应变强度只有部分真实地代表了煤岩的强度（应变量ε<3％）,而持续的应力应变强度（应变量ε>3％）则是围压作用的结果;后者煤岩低应力应变强度显示出明显的韧性状态, 主要表现在温度对煤岩产生的影响。 相似文献
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煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一,主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋。利用自主研制的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验。结果表明,突出启动后,瓦斯气体携带煤粉以射流状喷向巷道。在0.35 MPa低瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能低,突出煤粉初始加速度小,受重力和阻力影响显著,运移形态以沙丘流和分层流为主,并出现多次“加速?减速”过程,最大速度为34.2 m/s;而在2.00 MPa高瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能高,突出煤粉初始加速度大,能有效克服重力和阻力,运移形态以栓流为主,运移速度降低不明显,最大为71.2 m/s。同时,当瓦斯压力从0.35 MPa增加至0.85 MPa和2.00 MPa时,相对突出强度由36.13%增大至52.39%和63.70%,且煤层瓦斯压力越高,突出煤粉运移距离越远,巷道末端集尘袋内煤粉质量占比越高,分别为65.21%、75.05%和87.17%。此外,突出结束后,突出煤粉粉碎率随瓦斯压力增加依次增大,分别为8.1%、21.5%和28.0%,但是粉碎到临界粒径0.075 mm以下的煤粉较少。最后,计算得到不同瓦斯压力条件下突出煤粉破碎指数分别为0.19、0.44和0.56,与相对突出强度具有较好的线性拟合关系。研究结果对揭示突出致灾机制、制定防灾减灾措施具有一定指导意义。 相似文献
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源岩生气潜力的定量评价主要以实验室模拟为手段,由于技术条件的限制,模拟温度一般最高到600℃,认为生气能力已经耗尽,600℃之前的生气量就可作为源岩生气潜力评价的定量依据。而对于600℃之后的生气潜力到底有没有？有多少？一直存在着争议。为了定量评价源岩过成熟阶段的生气潜力,我们通过技术开发将实验温度提高到了1 000℃,通过大量的实验结果发现,源岩在600～800℃之间仍然可以生成大量的天然气,煤系源岩的生气量占总生气量的20%～30%甚至更多,而湖相和海相源岩在这一阶段的生气量相对少一些,约占总生气量的10%,这与其干酪根的骨架结构不同密切相关。天然气生成下限的向下延伸,进一步扩大了过成熟阶段天然气的资源基础,对指导深层勘探有重要意义。 相似文献