煤制生物气产出规律及其同位素分馏效应

P618.11; 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CH4和CO2...

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Published in煤炭学报 Vol. 45; no. 7; pp. 2602 - 2609
Main Authors 简阔, 傅雪海, 韩作颖, 许小凯, 周丹, 茹忠亮, 王观宏, 郭晨
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 太原科技大学能源与材料工程学院,山西晋城048011 01.07.2020
中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221008%煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城048012%太原科技大学能源与材料工程学院,山西晋城048011%中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221008%西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054
煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城048012%煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城048012
Subjects
低阶煤
乙酸发酵
产气规律
生物成因气
继承性同位素分馏效应
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.DZ20.0724

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Abstract P618.11; 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CH4和CO2为主,存在极少量的氢气,气体组成偏干,CH4和CO2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,δ13C1值均小于-55‰;δ13C(CO2)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CH4和CO2均为有机生物成因气;煤制生物气中CH4和CO2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CH4和CO2过程中,乙酸中的甲基通过加氢形成CH4,而羧基通过去氢形成CO2,造成甲基本身的轻碳同位素被分馏到CH4中,而羧基的重碳同位素被分馏到CO2中.因此总体表现出产出生物气的轻碳同位素被分馏到CH4中,而重碳同位素被分馏到CO2中,δ13C1越轻,δ13C(CO2)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.
AbstractList P618.11; 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CH4和CO2为主,存在极少量的氢气,气体组成偏干,CH4和CO2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,δ13C1值均小于-55‰;δ13C(CO2)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CH4和CO2均为有机生物成因气;煤制生物气中CH4和CO2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CH4和CO2过程中,乙酸中的甲基通过加氢形成CH4,而羧基通过去氢形成CO2,造成甲基本身的轻碳同位素被分馏到CH4中,而羧基的重碳同位素被分馏到CO2中.因此总体表现出产出生物气的轻碳同位素被分馏到CH4中,而重碳同位素被分馏到CO2中,δ13C1越轻,δ13C(CO2)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.
Author 傅雪海
韩作颖
王观宏
郭晨
简阔
周丹
许小凯
茹忠亮
AuthorAffiliation 太原科技大学能源与材料工程学院,山西晋城048011;煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城048012%煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城048012;中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221008%煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城048012%太原科技大学能源与材料工程学院,山西晋城048011%中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221008%西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054
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Author_FL JIAN Kuo
ZHOU Dan
FU Xuehai
HAN Zuoying
WANG Guanhong
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GUO Chen
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Wanfang Data Journals
万方数据期刊 - 香港版
China Online Journals (COJ)
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Issue 7
Keywords 低阶煤
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产气规律
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PublicationDecade 2020
PublicationTitle 煤炭学报
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Publisher 太原科技大学能源与材料工程学院,山西晋城048011
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