基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置制造方法及图纸

基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置，包括高压供气系统、菌液注入系统、厌氧发酵系统和气体解吸系统，高压供气系统和菌液注入系统分别通过供气管和供液管与厌氧发酵系统的进口连接，厌氧发酵系统的出口与气体解吸系统连接，厌氧发酵系统连接有取液管。本实用新型专利技术操作安全简单、成本低且无污染，能够真实的呈现生物压裂液在原位储层中的厌氧发酵代谢和产气状况，为后续现场注入生物压裂液增产煤层气提供了试验依据。裂液增产煤层气提供了试验依据。裂液增产煤层气提供了试验依据。

【技术实现步骤摘要】
基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置


[0001]本技术属于微生物增产煤层气和二氧化碳资源化相结合的工程
，具体涉及一种基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置。

技术介绍

[0002]近年来，煤层气作为煤炭的伴生矿产资源，同时又是一种清洁、低碳的非常规天然气能源而吸引了一些人的关注。与常规天然气的气热值接近，1立方米纯煤层气的气热值约40兆焦耳，相当于1.26千克标准煤。而产生相同气热值时，煤炭燃烧产生的二氧化碳排放是煤层气的三倍左右。由于我国煤层气“高储低渗”的赋存特点，煤层气的开发条件不甚理想，煤层气的商业化开发一直举步不前。因此，迫切需要一种行之有效的煤层气增产技术。苏现波等在微生物增产煤层气（Microbially enhanced coalbed methane, MECBM）概念的基础上进行了升华和创新，进而提出了煤层气生物工程（Coalbed gas bioengineering, CBGB）的新技术理念。这一技术是将经过选育、驯化、改良的菌种注入地下煤层或采用地面发酵产气的方式，通过厌氧发酵把煤的部分有机组分转化为甲烷，实现煤层气增产和碳减排的双重目标，是一种高效、低成本的负碳技术。微生物是自然界最廉价的“劳动力”，只要有适宜的环境，微生物可以不间断地将二氧化碳转化为甲烷。有研究学者对不同煤阶的煤进行微生物厌氧降解实验发现，厌氧降解后的残煤孔裂隙增加，孔隙的连通性增强，吸附甲烷的的纳米孔隙得到了进一步的发育。同时，微生物作用后残煤的亲甲烷能力降低，有利于煤层中甲烷的解吸。CBGB技术的“增气、增透、增解、减排”作用已在常规的厌氧发酵中得到了证实，而在赋存煤层气的高压原位储层条件下，微生物厌氧降解煤制生物甲烷的研究还很少见。前期国内外开展的工程实验一般都是将微生物厌氧代谢所需的营养液注入地下煤层，在煤层原有菌群的作用下进行厌氧发酵制生物甲烷，而真正结合CBGB的核心理念，将本源菌群驯化改良并配制含有高效产甲烷菌群的生物压裂液注入地下煤层的现场实验还鲜有报道。

技术实现思路

[0003]本技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置, 该方法模拟原位储层条件，向厌氧发酵罐中注入菌液、二氧化碳和甲烷，利用微生物降解煤制生物甲烷和二氧化碳生物甲烷化等特点，达到煤层气增产和碳减排的目的。
[0004]为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置，包括高压供气系统、菌液注入系统、厌氧发酵系统和气体解吸系统，高压供气系统和菌液注入系统分别通过供气管和供液管与厌氧发酵系统的进口连接，厌氧发酵系统的出口与气体解吸系统连接，厌氧发酵系统连接有取液管。
[0005]厌氧发酵系统包括恒温培养箱、厌氧发酵罐、二位四通阀和温度压力表，厌氧发酵罐设置在恒温培养箱内,厌氧发酵罐顶部通过第一连接管与二位四通阀的下接口连接，温度压力表通过第二连接管与二位四通阀的上接口连接，二位四通阀的左接口同时与高压供
气系统和菌液注入系统连接, 二位四通阀的右接口与气体解吸系统连接，厌氧发酵罐内设有取液管，取液管上设有取液阀。
[0006]高压供气系统包括甲烷储气罐和二氧化碳储气罐，甲烷储气罐出气口通过第一气管与供气管的进口连接，二氧化碳储气罐出气口通过第二气管与供气管的进口连接，第一气管上设有第一阀门，第二气管上设有第二阀门，供气管上沿气流方向依次设有增压泵、气体流量计和第三阀门，供气管的出口与二位四通阀的左接口连接。
[0007]菌液注入系统包括储液罐和抽真空泵，供液管的进口与储液罐连接，供液管的出口与二位四通阀的左接口连接，供液管上沿液流方向依次设有计量泵、第四阀门、液体流量计、单向阀和第五阀门，抽真空泵通过抽真空管连接在单向阀和第五阀门之间的供液管上，抽真空管上设有真空阀。
[0008]气体解吸系统包括气水分离器和气体解吸仪，气水分离器的进口通过气液输送管连接在二位四通阀的右接口，气液输送管上设有第六阀门，气体解吸仪的进气口通过输气管连接气水分离器的出口连接，气水分离器的出口设有第七阀门。
[0009]采用上述技术方案，本技术的实验方法包括以下步骤：
[0010]（1）选定研究区域，配制生物压裂液；
[0011]（2）安装并连接好实验装置，将高压供气系统的气体组分与菌液注入系统的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，进行微生物厌氧发酵产气；
[0012]（3）待产气结束后，通过气体解吸系统排出厌氧发酵系统内的高压气体；
[0013]（4）对发酵前后的气相产物、固相产物、液相产物、菌群差异性进行分析。
[0014]步骤（1）的具体过程为：结合研究区域的地理位置，查出研究区域煤储层的气体组分、原位储层压力与温度、储层气体的临界解吸压力和煤储层水化学特征等研究要素，用研究区地下水和经过选育、驯化及改良的本源菌群配制成富含高效产甲烷菌群的生物压裂液。
[0015]步骤（2）的具体过程为：连接好实验装置后，将恒温培养箱调至储层温度，将处理好的煤样放入厌氧发酵罐中，计算出厌氧发酵罐的自由体积，打开真空阀、第五阀门，旋转二位四通阀的旋钮使右接口和下接口连通，其他阀门关闭，启动抽真空泵，对厌氧发酵罐内部空间抽真空，达到设定真空度后，关闭抽真空泵、真空阀和第五阀门；
[0016]接着启动增压泵，打开第一阀门、第二阀门和第三阀门，通过气体流量计调节注入甲烷和二氧化碳的比例，甲烷和二氧化碳的比例要与原位储层中煤层气的气体组分相同，通过增压泵将甲烷储气罐内的甲烷和二氧化碳储气罐的二氧化碳注入厌氧发酵罐，直到厌氧发酵罐内的原位煤储层的原位储层的临界解吸压力后关闭增压泵停止注入气体，同时关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门；
[0017]然后打开第四阀门和第五阀门，启动计量泵，计量泵将储液罐内的生物压裂液注入到厌氧发酵系统，通过液体流量计记录注入液体体积，通过温度压力表监测注入液体的温度和压力,使厌氧发酵罐内的压力达到原位煤储层压力时，关闭计量泵，停止注入液体，同时关闭第四阀门和第五阀门。
[0018]步骤（3）的具体过程为：微生物产气周期结束后，将二位四通阀的右接口与下接口连通，打开第六阀门，使厌氧发酵系统内的高压气体通过气水分离器，气体解吸仪内装有提前配制好的饱和碳酸氢钠溶液，高压气体缓慢通过气体解吸仪后，记录通过气体解吸仪的
气体浓度和气体体积，算出厌氧发酵前后罐内不同组分气体的体积变化和总体积的变化。
[0019]本技术可以实现一套装置同时进行多组煤层气原位储层条件的模拟，在厌氧发酵系统中的厌氧发酵罐达到储层压力后，调整预期的注气比例和煤储层温压条件并更换新的厌氧发酵罐，就可以多次进行不同原位条件下的微生物厌氧发酵的产气研究。
[0020]向厌氧发酵系统中注入与原位煤层气组分一致的高压气体，高压条件会增加驯化菌液与煤的接触面积，提高了煤的生物利用率，有利于煤层生物甲烷的产出。
[0021]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置，其特征在于：包括高压供气系统、菌液注入系统、厌氧发酵系统和气体解吸系统，高压供气系统和菌液注入系统分别通过供气管和供液管与厌氧发酵系统的进口连接，厌氧发酵系统的出口与气体解吸系统连接，厌氧发酵系统连接有取液管。2.根据权利要求1所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置，其特征在于：厌氧发酵系统包括恒温培养箱、厌氧发酵罐、二位四通阀和温度压力表，厌氧发酵罐设置在恒温培养箱内,厌氧发酵罐顶部通过第一连接管与二位四通阀的下接口连接，温度压力表通过第二连接管与二位四通阀的上接口连接，二位四通阀的左接口同时与高压供气系统和菌液注入系统连接, 二位四通阀的右接口与气体解吸系统连接，厌氧发酵罐内设有取液管，取液管上设有取液阀。3.根据权利要求2所述的基于原位储层条件煤厌氧发酵制取生物甲烷的实验装置，其特征在于：高压供气系统包括甲烷储气罐和二氧化碳储气罐，甲烷储气罐出气口通过第一气管与供气...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪露飞，苏现波，赵伟仲，夏大平，周艺璇，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：