实验室条件下褐煤生物气生成的化学影响因素

煤炭地下气化产气成分煤炭地下气化是一种将煤炭在地下进行气化反应，生成可燃性气体的技术。

与传统的煤炭开采和地面气化相比，煤炭地下气化具有更高的能源利用效率和更少的环境影响。

本文将探讨煤炭地下气化的产气成分及其相关特性。

一、煤炭地下气化的基本原理煤炭地下气化的基本原理是将煤炭与氧气、水蒸气等气化剂在地下进行部分氧化反应，生成以甲烷为主要成分的可燃性气体。

气化反应的温度和压力条件对产气成分具有重要影响。

二、煤炭地下气化的产气成分1.甲烷（CH4）甲烷是煤炭地下气化生成的主要可燃性气体，其含量通常占产气总体积的50%以上。

甲烷是一种无色、无味、无毒的气体，具有较高的热值和燃烧效率。

1.二氧化碳（CO2）二氧化碳是煤炭地下气化生成的另一种重要气体，其含量通常仅次于甲烷。

二氧化碳是一种温室气体，对气候变化具有重要影响。

在煤炭地下气化过程中，二氧化碳的排放可以通过捕获和储存技术（CCS）进行减排。

1.氢气（H2）氢气是煤炭地下气化生成的另一种可燃性气体，其含量相对较低，但具有较高的热值和燃烧效率。

氢气可以用于燃料电池等清洁能源领域，具有广泛的应用前景。

1.一氧化碳（CO）一氧化碳是煤炭地下气化过程中生成的一种有毒气体，其含量通常较低。

一氧化碳的生成与气化反应的温度和压力条件有关，可以通过优化工艺参数进行控制。

1.其他微量气体除了上述主要成分外，煤炭地下气化产气中还含有一些微量气体，如硫化氢、氮氧化物等。

这些微量气体的含量通常较低，但对环境和人体健康具有一定的影响，需要进行有效的控制和处理。

三、煤炭地下气化产气成分的影响因素1.煤炭类型：不同类型的煤炭具有不同的化学组成和结构特性，从而影响气化反应的速率和产气成分。

例如，高阶煤（如无烟煤）通常具有较低的反应活性和甲烷生成率，而低阶煤（如褐煤）则具有较高的反应活性和甲烷生成率。

2.气化剂类型：不同的气化剂（如氧气、水蒸气等）对气化反应的路径和速率具有重要影响，从而影响产气成分。

褐煤中天然产甲烷菌富集培养与生物气产出模拟王爱宽;秦勇;林玉成;兰凤娟;杨松【摘要】采用厌氧培养方法,在云南省昭通褐煤样品中成功地培养富集了活性厌氧细菌,并进一步开展了为期60天的生物气生成模拟实验,分析了生物气的生成规律、物质组成和成因机制.结果揭示:3件褐煤样品中均有活性厌氧细菌存在,以纤维素分解菌为主,活性硫酸盐还原菌极其微少,说明昭通盆地褐煤层具有较强还原性的生化环境,有利于产甲烷菌的繁盛;生物气的生成经历了生气最缓慢增长、显著增高、趋于减缓三个阶段,表明产甲烷菌在经历了第一阶段缓慢繁殖后,其数量和活性在第二阶段达到较高水平;3件煤样生气量和生气历程存在一定差别的原因,可能在于原煤中活性产甲烷菌数量以及显微组分组成方面存在差异,褐煤生物气生成过程至少存在两个以上的生气高峰阶段.模拟实验中产生的生物气几乎伞部由CH_4和CO_2组成,且CH_4占主要部分,几乎没有检测到重烃气.甲烷气体δ~(13)C_1和δD的平均值均处于生物甲烷碳、氢同位索组成的正常分布范围.【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2010(016)001【总页数】6页(P80-85)【关键词】褐煤;厌氧细菌;产甲烷菌;生物气;模拟实验【作者】王爱宽;秦勇;林玉成;兰凤娟;杨松【作者单位】中国矿业大学资源与地球科学学院,徐州221116;中国矿业大学资源与地球科学学院,徐州221116;煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,徐州221116;云南省煤田地质局,昆明650034;中国矿业大学资源与地球科学学院,徐州221116;中国矿业大学资源与地球科学学院,徐州221116【正文语种】中文【中图分类】P618.11煤层生物气起源于原生和次生两类成因。

自从Scott等（1994）明确提出煤层气的次生生物成因以来，其物质组成、判识标志、资源潜力等受到国内外研究者的广泛关注（Smith et al，1996；李明宅等，1998；Kotarba et al，2001；秦勇, 2003；张小军等，2004，2008；朱志敏等，2007；Steve et al，2008；Dariusz et al，2008；陶明信等，2008）。

煤层气又称煤层甲烷，是指自生自储于煤层中的气体，属非常规天然气。

长期以来只将其视为煤矿中的灾害气体；近20年来，才被看作是一种重要的高热值洁净燃料能源资源。

如我国埋深小于2000 m的煤田中，煤层气资源量为31×10”m3川，大约相当于我国天然气的远景资源量。

美国是首先在世界上开发煤层气并获得成功的国家，其煤层气原位资源量约有11．3万亿m3，1996年煤层气产量达295亿m3{2】。

这种巨大的价值与潜力已引起各国的重视。

由于不同成因类型的煤层气具有不同的生成机制，其组分和同位素地球化学特征都有较大的差别，这对于了解煤层气的生、储、运及其勘探和理论上都具有重要的意义。

因此，在开发和利用煤层气的研究中，人们更加注重对其成因的研究。

国际上目前将其成因类型分为生物成因和热成因两大类。

1 生物成因类型煤层气的提出及生成机理1．1 生物成因类型煤层气的提出C．T．Rightmire等‘朝在对美国含煤盆地的煤层气研究后提出了煤层甲烷产生的两种机制：生物成因和热成因。

D．D．Rice等f 4 7根据煤层气的同位素组成和煤岩尺值，也将煤层气分为生物(细菌)气和热解气两大类。

此后，A．R．Scott等人[5】在上述分类的基础上，针对煤化作用早期阶段的生物成因气，提出了次生生物成因甲烷，即次生生物成因煤层气(表1)。

表 1 生物成因和热成因煤层气生成阶段嘲Table 1 Formation stages of biogenie and thermogenie eoalbed gases 煤层气生成阶段镜质体反射率(％) 原生生物成因甲烷早期热成因最大量湿气生成强热成因甲烷开始产生凝析油开始裂解成甲烷最大量的热成因甲烷生成大量湿气生成的最后阶段大量热成因甲烷生成的最后阶段次生生物成因甲烷层中生成的以甲烷为主的气体。

其具体途径或方式有两种：一种是由CO。

还原而成；另一种由甲基类发酵(一般为醋酸发酵)而成，即：C02+4H2一CH4+2H20；CH。

煤热解反应过程及影响因素煤热解是指在缺氧或低氧条件下，煤在高温下发生化学反应，产生气体、液体和固体产物的过程。

煤热解反应过程是复杂的化学反应链，受到多种因素的影响。

本文将从煤热解反应机理、影响因素以及煤热解技术应用等方面进行探讨。

一、煤热解反应机理在缺氧或低氧条件下，煤热解反应主要包括干馏和热分解两种反应机理。

干馏是指在高温条件下煤内部分解，主要产物为气体和液体烃类化合物；热分解是指煤中的大分子化合物在高温条件下裂解成小分子化合物，主要产物为固体焦炭。

煤热解反应的总体过程可以用以下化学反应来表示：C + O2 → CO2 + HeatC + 1/2O2 → CO + HeatC + H2O → CO + H2以上反应所示，煤与氧气或水蒸气反应生成一氧化碳、二氧化碳和氢气等气体产物，并伴随着释放热能。

二、影响因素煤热解反应受到多种因素的影响，主要包括煤的性质、热解条件、反应动力学以及反应温度等。

1. 煤的性质煤的性质主要包括煤种、挥发分含量、灰分含量和固定碳含量等。

不同种类的煤在热解过程中产物组成和产率都会有所不同。

一般来说，热解性能较好的炼焦煤和无烟煤在热解过程中产生的焦炭较多，而液体和气体产物较少；而热解性能差的褐煤和煤泥在热解过程中产生的气体和液体产物较多，而产生的焦炭较少。

2. 热解条件热解条件包括反应温度、反应时间和反应压力等。

在高温条件下，煤热解产物中焦炭的产率会增加，而气体和液体产物的产率会减少；反之，在低温条件下，气体和液体产物的产率会增加，焦炭的产率会减少。

反应时间和反应压力也会对煤热解反应产物的组成和产率产生影响。

3. 反应动力学煤热解反应是一个复杂的动力学过程，受到反应速率和反应平衡的影响。

反应速率决定了反应的快慢，而反应平衡则决定了反应的终态。

通过研究煤热解反应的动力学参数，可以更好地控制煤热解反应过程，提高产物的质量和产率。

4. 反应温度反应温度是影响煤热解反应最重要的因素之一。

褐煤气化技术研究一、引言大力发展煤化工是我国未来能源发展的主要趋势，煤化工涉及煤的焦化、气化、液化以及煤化工制品等多个领域，随着科技进步和技术的不断成熟，煤的洁净化、高效燃烧、联合循环发电、干熄焦、炼焦过程自动化、煤炭气化以及环保洁净能源为主的煤化工能源技术越来越得到广泛的重视和应用。

与其它国家相比，我国的烟煤、无烟煤等优质煤炭资源储量比较丰富，但作为不可再生能源，已被充分利用，走向枯竭是必然趋势。

而褐煤是一种煤化程度仅高于泥炭的煤炭资源，据不完全统计，中国褐煤储量达2118亿t，探明储藏量达1280亿t。

对烟煤、无烟煤进行保护性开采利用，发展褐煤气化技术、拓展褐煤开发利用空间是当前我国节能技术政策优先发展的方向之一。

在我国，褐煤主要集中在内蒙古东部、黑龙江、吉林、辽宁和云贵高原等地区，其中内蒙古褐煤储量近2000亿t，云南昭通褐煤储量约81.58亿t。

褐煤占中国煤炭储量的1/8，在中国煤炭资源中占有重要地位。

国内外对褐煤利用技术的研究比较广泛和深入，涉及到褐煤初加工、褐煤燃烧、褐煤液化、褐煤热解与炼焦、褐煤非燃料利用、褐煤共伴生资源及其加工利用等方面的内容。

随着各国政府对能源和生态环境的日益重视，合理、有效、洁净地利用褐煤是褐煤利用技术的发展方向。

目前世界能源供求发生变化，人们希望从廉价的褐煤中取得洁净能源以保护环境。

在这种情况下，褐煤气化有着较广阔的发展前景。

针对水资源相对短缺的地区，如内蒙古自治区的锡林郭勒，不能满足大规模建设煤化工项目的用水。

而褐煤气化是一种最洁净的煤炭利用技术，能够避免煤直接燃烧的污染。

因此，引进褐煤地上地下气化新技术（示范项目），待试验成功后大规模推广可大大提升煤炭的清洁高效综合利用，实现“高碳能源、低碳发展”的目标，对于充分利用褐煤资源有着重要而深远的意义。

目前应用的煤气化技术有三种，即美国比克比地上闪蒸气化技术和英伦金桥、中节能地下气化技术。

试验项目有四项，分别是苏尼特碱业褐煤半焦油清洁利用（采用比克比技术）中试项目、锡市广厦比克比地上气化项目、英伦金桥地下气化项目和中节能地下气化项目。

微生物提高煤层气产量模拟实验研究陈浩;李贵中;陈振宏;庚勐;邓泽;张辉【摘要】为解决微生物对煤层产气量的影响，通过对不同煤阶煤岩进行生物气模拟实验发现，在实验室条件下煤中微生物能利用自身物质进行生物产气。

通过设置不同温度实验发现，在35℃条件下产气量要大于15℃时的产气量，说明35℃的温度更适合微生物利用煤样产气。

在进行定量实验后发现，在添加外源营养物质或外源菌类的条件下能提高煤的产气量。

在添加外源菌种的条件下，增产比例可达115%，而通过添加营养物质增产比例可达144%。

%To verify the effect of microbes on gas generation of coal beds, microbial simulation experiments have been made on different coal ranks. The result shows that microbes in coals can produce gas by themselves under laboratory conditions. With comparison of experiments under different temperatures, the gas production under 35℃ is greater than that under 15℃, indicating that it is more suitable for microbes to produce gas under 35℃. According to quantitative experiments, it is shown that the gas production is improved by adding exogenous nutrients or exogenous bacteria. Moreover, the production enhancement ratio can reach 115% by adding exogenous bacterial species and 144% by adding nutrients.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2016(044)004【总页数】5页(P64-68)【关键词】煤层气;产甲烷菌;生物气;煤层气增产【作者】陈浩;李贵中;陈振宏;庚勐;邓泽;张辉【作者单位】中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007;中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007;中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007;中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007;中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007;农业部沼气科学研究所，四川成都 610041【正文语种】中文【中图分类】P618.13生物成因煤层气被认为遵从厌氧发酵理论［8］，生物和动植物体埋藏后，首先经过喜氧微生物的耗氧降解，形成大分子有机质，由于氧气的不断被消耗，地层环境逐渐由喜氧向厌氧的环境过渡。

成煤作用的必要条件成煤作用是指在地壳深部由有机质经过一系列的物理、化学和生物作用而形成煤炭的过程。

成煤作用的发生需要满足一定的条件，这些条件可以分为物理条件、化学条件和生物条件三个方面。

物理条件对成煤作用起到了重要的影响。

温度是物理条件中最为重要的因素之一。

成煤作用发生在地壳深部，受到地温的影响。

一般来说，成煤作用需要在100℃以上的高温环境下进行，这样有机质才能发生热解、聚合等化学反应，最终形成煤炭。

此外，压力也是物理条件中的重要因素。

地壳深部的高压环境有助于有机质的聚合和压实，促进成煤作用的进行。

化学条件也是成煤作用发生的必要条件。

有机质的化学成分对成煤作用起到了重要的影响。

一般来说，富含碳、氢、氧等元素的有机质更容易发生成煤作用。

其中，碳元素是构成煤炭的主要元素，而氢、氧等元素则参与了有机质的热解、聚合等反应。

此外，有机质的含量也是化学条件中的一个重要因素。

含量较高的有机质更容易形成煤炭，而含量较低的有机质则可能形成油、气等其他烃类物质。

生物条件也对成煤作用起到了一定的影响。

成煤作用是在地壳深部进行的，而有机质的来源则来自于生物体的残骸和有机物质的沉积。

因此，生物质的存在是成煤作用发生的必要条件之一。

不同的生物质类型会对成煤作用产生不同的影响。

例如，植物残体主要来源于陆地环境，其成煤作用形成的煤炭主要为褐煤和烟煤；而藻类残体则主要来源于水生环境，其成煤作用形成的煤炭主要为褐煤和无烟煤。

成煤作用的发生需要满足一定的物理、化学和生物条件。

物理条件包括适宜的温度和压力；化学条件包括有机质的化学成分和含量；生物条件包括生物质的存在和类型。

这些条件共同作用，才能使有机质在地壳深部经过一系列的物理、化学和生物作用，最终形成煤炭。

对于了解成煤作用的必要条件，有助于我们更深入地理解煤炭的形成过程，为煤炭资源的勘探和利用提供科学依据。

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素随着全球能源需求的增加，化石燃料的消耗也不断增加，煤作为化石燃料之一，也成为了不可忽视的能源来源。

然而，煤的燃烧将产生大量的二氧化碳，对环境产生了不小的负面影响。

因此，对于煤的二氧化碳化学反应性的测定及影响因素的研究具有重要意义。

1.热重分析法热重分析法(TGA)是目前常见的测定煤样的二氧化碳化学反应性的方法之一。

该方法基于热重分析原理，通过对样品在高温条件下受到加热的过程进行实验，测定在不同温度下煤的失重率，从而得到反应动力学参数和反应活性。

这种方法准确性较高、可重复性好、时间较短，适用于煤的各类反应，包括燃烧反应、氧化反应、煤焦油加氢等。

2.微量量热法微量量热法(DSC)是利用暴露于标准气氛下的煤样，并通过对比热测量技术观察样品与标准热源之间的温差来测定反应峰。

这种方法可以用于确定煤样的发热性质和过程中的放热量，测定结果抗干扰性较强，适用于各种类型的煤炭。

1.煤种类不同种类的煤在燃烧时所释放出的二氧化碳化学反应性不同。

以褐煤和煤质石油沥青为例，在相同的燃烧条件下，煤质石油沥青所释放的二氧化碳量要少于褐煤。

2.煤品质煤的品质包括煤的含碳量、灰分、挥发分、硫分、水分等。

煤的品质对其二氧化碳化学反应性有较大的影响。

例如，含硫高的煤在燃烧时会生成大量的二氧化硫，而二氧化硫会使得燃烧产生的二氧化碳化学反应性降低。

3.煤的燃烧条件煤的燃烧条件包括燃烧的温度、气氛以及燃烧速率等。

温度和气氛是煤燃烧过程中最重要的参数之一，温度高、氧气充足条件下能够提高煤的二氧化碳化学反应性。

4.煤的处理方式煤的处理方式包括煤的洗选、炭化、加氢等。

这些处理方式能够影响煤的质量和化学结构，从而影响煤的二氧化碳化学反应性。

综上所述，了解煤的二氧化碳化学反应性的测定及影响因素对于节约能源、减缓碳排放以及环保等方面具有重要意义。

煤怎么形成的？煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。

这个转变过程叫做植物的成煤作用。

一般认为，成煤过程分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。

前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。

在泥炭化阶段，植物残骸既分解又化合，最后形成泥炭或腐泥。

泥炭和腐泥都含有大量的腐植酸，其组成和植物的组成已经有很大的不同。

煤化阶段包含两个连续的过程：第一个过程，在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。

褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。

因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。

第二个过程，是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。

在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程又叫做变质作用。

地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。

在地热和静压力的作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。

其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。

这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。

烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。

烟煤继续进行着变质作用。

由低变质程度向高变质程度变化。

从而出现了低变质程度的长焰烟、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。

它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。

温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。

随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就逐渐加深。

高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。

在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上是化学变化过程。

在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。

压力也是煤形成过程中的一个重要因素。

随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。

当地球处于不同地质年代，随着气候和地理环境的改变，生物也在不断地发展和演化。

煤的化学组成及其影响因素煤是一种重要的化石燃料，其化学组成对其性质和用途有着重要的影响。

本文将探讨煤的化学组成及其影响因素。

煤主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素组成。

其中，碳是煤的主要组成元素，其含量通常在50%至95%之间。

碳的含量越高，煤的热值越高，燃烧产生的能量也越大。

氢是煤中的次要元素，其含量在2%至5%之间。

氢与碳结合形成甲烷等气体，增加了煤的可燃性。

氧的含量较低，通常在1%以下。

氧的含量越低，煤的热值越高。

氮和硫的含量相对较低，但它们对煤的燃烧性能和环境影响有着重要的影响。

煤的化学组成受到多种因素的影响。

首先是植物的类型和成熟度。

不同类型的植物在不同的环境条件下形成煤，其化学组成也会有所不同。

例如，褐煤主要由较低成熟度的植物残骸组成，其含水量较高，热值较低。

而烟煤则是由较高成熟度的植物残骸形成，其含水量较低，热值较高。

其次是煤的地质时期和形成环境。

煤的形成可以追溯到几亿年前的古代植被，其形成环境对其化学组成也有重要影响。

例如，在湖泊或沼泽地区形成的煤通常含水量较高，而在陆地上形成的煤则含水量较低。

此外，煤的地质时期也会影响其含硫量。

早期形成的煤中硫的含量较低，而晚期形成的煤则含硫量较高。

第三个因素是煤炭的加工和处理方式。

煤炭可以通过洗选、干燥和煤气化等过程进行加工和处理，从而改变其化学组成和性质。

洗选过程可以去除煤中的杂质和硫，提高煤的纯度和热值。

干燥过程可以减少煤的含水量，提高其可燃性。

煤气化过程可以将煤转化为合成气，用于发电或化工生产。

煤的化学组成对其用途有着重要的影响。

不同类型和成分的煤适用于不同的应用领域。

褐煤由于其较低的热值和高含水量，主要用于发电和供热。

烟煤和无烟煤由于其较高的热值和较低的含水量，适用于工业生产和民用供暖。

此外，煤还可以用于制备焦炭，用于铁矿石的冶炼。

总之，煤的化学组成受到多种因素的影响，包括植物的类型和成熟度、煤的地质时期和形成环境，以及煤的加工和处理方式。

㊀第４８卷第１２期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４８㊀Ｎｏ １２㊀㊀２０２０年１２月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｄｅｃ．２０２０㊀移动扫码阅读赵国俊，郭红玉，吕璟慧，等．不同微生物预处理对煤转化生物气的促进效果对比［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（１２）：２３１－２３６ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２０ １２ ０２９ＺＨＡＯＧｕｏｊｕｎ，ＧＵＯＨｏｎｇｙｕ，ＬＹＵＪｉｎｇｈｕｉ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｎｐｒｏｍｏｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｃｏａｌｔｏｂｉｏｇａｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（１２）：２３１－２３６ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２０ １２ ０２９不同微生物预处理对煤转化生物气的促进效果对比赵国俊１，郭红玉１，２，吕璟慧２，于洪飞２，尹香菊２（１．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作㊀４５４０００；２．中原经济区煤层（页岩）气河南协同创新中心，河南焦作㊀４５４０００）摘㊀要：为了查明不同种类微生物预处理对煤转化生物气的促进效果，选用绿孢链霉菌㊁白腐菌㊁假单胞菌３类菌种分别对褐煤进行预处理和厌氧发酵试验㊂通过生物产气效果检测㊁Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程模拟和扫描电子显微镜（ＳＥＭ）方法探讨不同种类微生物预处理对产气的影响及内在原因㊂结果表明：在ＣＨ４的总产气量方面，与褐煤原煤相比绿袍链霉菌㊁白腐菌和假单胞菌预处理后的褐煤都有大幅的增加，增幅各达到了３３．８６％㊁１６５．２８％㊁６９．１８％；拟合可知绿孢链霉菌㊁白腐菌㊁假单胞菌相比褐煤的最大比产甲烷量都有增加，分别为１４．６１％㊁１５４．４９％和９６．１０％，微生物预处理对煤转化生物气的促进效果依次为白腐菌㊁绿孢链霉菌和假单胞菌㊂不同微生物的体积及其附着特征对预处理效果有重要影响，体积较小的菌种预处理效果较好，且预处理促使煤的孔－裂隙和表面粗糙度都显著增加，为后期厌氧发酵菌作用煤提供了便利条件㊂关键词：生物气；微生物预处理；Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模拟；表面结构；附着特征中图分类号：Ｘ７０３㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２０）１２－０２３１－０６ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｎｐｒｏｍｏｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｃｏａｌｔｏｂｉｏｇａｓＺＨＡＯＧｕｏｊｕｎ１，ＧＵＯＨｏｎｇｙｕ１，２，ＬＹＵＪｉｎｇｈｕｉ２，ＹＵＨｏｎｇｆｅｉ２，ＹＩＮＸｉａｎｇｊｕ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ㊀４５４０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＣｏａｌｂｅｄＭｅｔｈａｎｅａｎｄＳｈａｌｅＧａｓｆｏｒＣｅｎｔｒａｌＰｌａｉｎｓＥｃｏｎｏｍｉｃＲｅｇｉｏｎ，Ｊｉａｏｚｕｏ㊀４５４０００，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２０－０７－２５；责任编辑：王晓珍基金项目：国家自然科学基金资助项目（４１９７２１７８）；河南省科技攻关计划资助项目（１９２１０２３１０１９６，１８２１０２３１０８４５）作者简介：赵国俊（１９９４ ），男，山西大同人，硕士研究生㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｇｊ１９９４＠１２６．ｃｏｍ通读简介：郭红玉（１９７８ ），男，河南遂平人，教授，博士生导师㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｈｙ＠ｈｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｃｏａｌｂｉｏｇａｓ，ｌｉｇｎｉｔｅｗａｓｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｓｔｒａｉｎｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｖｉｒｉｄｏｓｐｏｒｕｓ，ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍａｎｄｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｆｔｅｒｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏａｌｓｅａｍｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃｆｌｏｒａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｔｏｔａｌｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏａｌｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｂｉｏｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，Ｇｏｍｐｅｒｔｚｅｑｕａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｒａｗｏｒｉｇｉｎａｌｌｉｇｎｉｔｅ，ｔｈｅｔｏｔａｌｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌｉｇｎｉｔｅｐｒｅｔｒｅａｔｅｄｂｙｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｖｉｒｉｄｏｓｐｏｒｕｓ，ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍａｎｄｐｓｅｕｄｏ⁃ｍｏｎａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ３６．８６％，１６５．２８％ａｎｄ６９．１８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｄａｔａｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｃｉｆｉｃｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｖｉｒｉｄｏｓｐｏｒｕｓ，ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍａｎｄｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｈａｖｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ１４．６１％，１５４．４９％ａｎｄ９６．１０％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｈａｎｔｈａｔｏｆｒａｗｏｒｉｇｉｎａｌｌｉｇｎｉｔｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｃｏａｌ－ｔｏ－ｂｉｏｇａｓｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｆｒｏｍｓｔｒｏｎｇｔｏｗｅａｋｉｓｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｐｈａｎ⁃ｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｔｕｍ，ｐｓｅｕｄｏｎｏｎａｓａｎｄｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｖｉｒｉｄｏｓｐｏｒｕｓ．Ｔｈｅｖｏｌｕｍｅａｎｄａｄｈｅｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｏｒｇａｎ⁃ｉｓｍｓｈａｖｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｔｈｅｓｔｒａｉｎ，ｔｈｅｂｅｔｔｅｒｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｍｏｔｅｓｔｈｅｐｏｒｅ－ｆｉｓｓｕｒｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏａｌｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｉｎｇｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｌａｔｅｒａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｂａｃｔｅｒｉａｔｏａｃｔｏｎｃｏａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｇａｓ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ｇｏｍｐｅｒｔｚｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ａｄｈｅｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ１３２２０２０年第１２期煤炭科学技术第４８卷０㊀引㊀㊀言据报道，美国粉河盆地已采出的煤层气资源总量远高于勘探阶段查明的资源总量，证明次生生物气是煤层气的一个重要补充来源［１］，这引起人们对生物甲烷资源贡献的重视㊂生物成因气源于微生物对煤的降解，煤中复杂大分子有机质经微生物转化为可溶性有机物（长链脂肪酸㊁烷烃㊁低分子量芳烃等），继续降解成乙酸㊁Ｈ２和ＣＯ２等小分子才能被产甲烷菌利用［２－３］㊂煤微生物降解体系中，温度㊁盐度㊁ｐＨ㊁氧化还原电位和微量元素含量等因素对菌群活性的影响已被多方面证实［４－７］㊂且煤经不同预处理，可实现煤制生物气试验模拟过程中产氢与产甲烷的转换［８］㊂近年来，美国多家公司已从室内模拟走向了现场试验，即通过向煤层气井中注入营养液从而提高煤转化生物气的效果［９－１１］㊂目前，众多学者主要通过化学和物理式对煤进行预处理来提高煤的生物产气效率［１２－１３］㊂其中，化学预处理是通过打断煤大分子间的化学键，减小相互之间的作用力和螯合作用来增产生物气［１４］㊂物理预处理主要是提高菌群与煤的接触面和亲和性，加快煤的溶解和降解过程㊂相关煤炭的微生物转化研究始于２０世纪８０年代，ＦＡＫＯＵＳＳＡ［１５］发现一些细菌能利用煤的有机提取液作为唯一的碳源，溶解部分天然煤㊂ＣＯＨＥＮ等［１６］发现白腐菌和真菌能使风化褐煤降解为液态物质㊂研究表明，微生物对褐煤㊁次烟煤和风化煤的降解效果较好，且不同种类的微生物（如细菌㊁真菌和放线菌等）对煤的降解机理并不相同［１７－２０］㊂相对于物理化学措施，微生物预处理具有工艺简单㊁反应条件温和㊁能耗低㊁环境污染小等诸多优点［２１－２２］，但不同种类微生物预处理对煤转化生物气的对比研究相对较少㊂笔者以内蒙古白音华煤矿褐煤为研究对象，选用绿孢链霉菌（放线菌）㊁白腐菌（真菌）㊁假单胞菌（细菌）３种微生物对煤进行预处理，之后以煤层本源菌群为菌源进行厌氧发酵产气试验，来探讨不同微生物预处理对煤转化生物气的促进效果㊂１㊀材料和方法１．１㊀样品制备１）样品处理㊂新鲜褐煤来自内蒙古白音华矿，根据ＧＢ／Ｔ３０７３２ ２０１４‘煤的工业分析方法仪器法“和ＧＢ／Ｔ３１３９１ ２０１５‘煤的元素分析“进行工业与元素分析（表１）㊂将褐煤进行灭菌处理，在真空干燥箱内５０ħ干燥２４ｈ，然后放入干燥器内密封保存备用㊂在采煤工作面采集新鲜矿井水，并在４ħ条件下密封保存以确保煤层产甲烷菌群活性㊂２）不同种类的微生物选用㊂绿孢链霉菌（Ｓｔｒｅｐ⁃ｔｏｍｙｃｅｓｖｉｒｉｄｏｓｐｏｒｕｓ，Ｓｔ）㊁白腐菌（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙ⁃ｓｏｓｐｏｒｉｕｍ，Ｐｈ）㊁假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ，Ｐｓ），菌种信息见表２㊂表１㊀煤样的基本信息Ｔａｂｌｅ１㊀Ｂａｓｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓ煤样Ｒｏ，ｒａｎ％Ｍａｄ／％Ｖａｄ／％Ａａｄ／％ＦＣａｄ／％ｗ（Ｃ）／％ｗ（Ｈ）／％ｗ（Ｏ）／％ｗ（Ｎ）／％褐煤０．４３７．４６１０．７１４４．５８３７．２５４０．４３４．４０２１．４７０．４０㊀㊀注：Ｒｏ，ｒａｎ为镜质组随机反射率㊂表２㊀选用菌种的基本信息Ｔａｂｌｅ２㊀Ｂａｓｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｅｃｔｅｄｓｔｒａｉｎｓ菌种编号门纲目科属菌种来源培养基绿孢链霉菌Ｓｔ放线菌放线菌放线菌链霉菌链霉菌ＣＧＭＣＣ４．１７７０００３８ＩＳＰ－２培养基白腐菌Ｐｈ担子菌伞菌多孔菌平革菌白腐ＢＮＣＣ３３６２５７综合马铃薯培养基假单胞菌Ｐｓ变形菌γ－变形菌假单胞菌假单胞菌假单胞菌ＧＳＩＣＣ３１６０３ＣＭ０８４１培养基㊀㊀３）菌种培养基的配制㊂００３８ＩＳＰ－２培养基：酵母提取物４ｇ㊁麦芽提取物１０ｇ㊁葡萄糖４ｇ㊁琼脂１５ｇ㊁蒸馏水１Ｌ㊁调节ｐＨ＝７．３㊂综合马铃薯培养基：２０％马铃薯汁１Ｌ㊁葡萄糖２０ｇ㊁ＫＨ２ＰＯ４为３ｇ㊁ＭｇＳＯ４㊃７Ｈ２Ｏ为１．５ｇ㊁硫胺素微量㊁琼脂１５ｇ㊁调节ｐＨ＝６㊂ＣＭ０８４１培养基：蛋白胨５．０ｇ㊁牛肉膏１０ｇ㊁酵母膏５．０ｇ㊁葡萄糖５．０ｇ㊁ＮａＣｌ５．０ｇ㊁琼脂１５．０ｇ㊁蒸馏水１Ｌ㊁调节ｐＨ＝７．２㊂４）采用１６ＳｒＲＮＡ方法鉴定出矿井水中主要产甲烷菌属为甲烷八叠球菌属（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）㊁甲烷杆菌属（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）㊁甲烷螺菌属（Ｍｅｔｈａｎｏ⁃ｓｐｉｒｌｌｕｍ）㊂为提高富集期间产甲烷菌群繁殖速度，需提供微生物生长所需的Ｃ㊁Ｎ㊁Ｐ㊁Ｓ元素以及中性盐等物质，微量元素和复合维生素也是维持厌氧微２３２赵国俊等：不同微生物预处理对煤转化生物气的促进效果对比２０２０年第１２期生物生长代谢和厌氧发酵酶系统活性的重要组成成分，按文献［２３］进行产甲烷菌群的富集培养㊂１．２㊀试验方法１．２．１㊀预处理煤样与生物产气试验１）不同微生物预处理煤样试验㊂采用２５０ｍＬ玻璃瓶，装入１０ｇ直径０．２ ０．３ｍｍ的煤颗粒，加入２０ｍＬ含有选用的不同微生物培养液进行预处理，绿袍链霉菌㊁白腐菌和假单胞菌预处理后的褐煤分别编号为Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ和Ｐｓ－Ｈ，同时用镍丝连着一煤块浸泡在微生物处理液，以方便取出㊂玻璃瓶用透气棉塞封堵，以防杂菌干扰（图１）㊂图１㊀不同微生物预处理煤样装置示意Ｆｉｇ．１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓｄｅｖｉｃｅ２）厌氧发酵产气试验㊂分别选用含有２ ３ｄ生长期的菌种对煤进行预处理１４ｄ，然后把煤样和相应的处理液一同进行厌氧发酵产气试验，厌氧发酵与气体收集的装置与文献［２４］完全相同㊂具体步骤是：将配制好的２００ｍＬ产甲烷菌富集培养基放入１２１ħ的灭菌锅中灭菌３ｈ，利用０．３ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣｌ和ＮａＯＨ调节ｐＨ至７，然后加入含有煤层本源菌群的矿井水，密封放置在３５ħ培养箱中培养４ｄ；取出加入预处理结束的玻璃瓶内，利用Ｎ２驱替至少３ ４ｍｉｎ，保证厌氧环境，之后进行产气试验㊂采用排水集气法收集气体，每３ｄ记录一次产气量，以集水瓶中无水排出时产气结束㊂１．２．２㊀试验测试方法１）菌液浓度的检测㊂采用ＵＶ－５２００型紫外可见分光光度计㊁透射比标准进行测定㊂将分装好放置有样品的试管放置于３５ħ的恒温培养箱中分别培养１７ｄ，测上清液波长为６００ｎｍ的吸光值（ＯＤ６００）㊂２）气体组分测定㊂采用安捷伦７８９０ＧＣ型气相色谱仪测定气体组分，其含热导池和氢火焰２个检测器，采用进样针手动进样，每次进样体积０．５ｍＬ，５Ａ分子筛不锈钢填充色谱柱，检测器温度１００ħ，载气为Ｈｅ，流速为３０ｍＬ／ｍｉｎ㊂３）扫描电镜（ＳＥＭ）试验：ＦＥＩＱｕａｎｔａ２５０环境扫描电子显微镜，电压３０ｋＶ，放大倍数３０ ３０００００倍，分辨率３ｎｍ，成像模式为二次电子图像和背散射电子图像㊂将制备的原煤和经过不同菌种预处理后的煤块从菌液中取出，采用２．５％戊二醛浸泡２ ４ｈ进行固定；之后用０．１ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲液清洗表面３次；样品脱水干燥剂用表面张力小的乙醇，防止样品收缩，进行乙醇梯度脱水：３０％㊁５０％㊁７０％㊁８５％㊁９５％各１次，１００％乙醇２次，每次浸泡１５ ２０ｍｉｎ，然后让其在空气中逐渐挥发干燥㊂２㊀试验结果２．１㊀菌种的生长特征分别把３种微生物菌种在固体培养基上完成活化，然后进行梯度稀释，接种等量的菌到液体培养基中，采用紫外可见分光光度计在６００ｎｍ波长条件下对上清液进行光度测试，做出菌种的相应生长曲线（图２）㊂图２㊀选用３种菌种的生长特征Ｆｉｇ．２㊀Ｇｒｏｗｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｓｅｌｅｃｔｅｄｓｔｒａｉｎｓ微生物生长曲线一般包括迟缓期㊁对数期㊁稳定期和衰亡期㊂从图２看出绿孢链霉菌㊁白腐菌与假单胞菌３种微生物在１ ２ｄ在迟缓期，２ ３ｄ为对数期生长速率最快，４ ５ｄ曲线呈现下降趋势，第６ｄ开始进入相对稳定期，１５ｄ后死亡率增加进入衰退期㊂为了提高不同微生物对煤的预处理效果，笔者选用３ｄ处于对数生长期的菌种㊂２．２㊀煤样预处理后的厌氧发酵试验结果３种菌种对煤进行预处理１４ｄ后，以煤层本源菌群为菌源进行为期２１ｄ的产气试验如图３所示㊂由图３可知，累计产气体积和阶段产气体积：Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ与Ｐｓ－Ｈ相比原煤（Ｙ）的产气效果都有不同程度增加，其中Ｐｈ－Ｈ的产气体积最大达到２８８．００ｍＬ，相比Ｙ产气体积１５１．５０ｍＬ，增幅达到９０．１０％；产气体积分数：最大为Ｐｓ－Ｈ的５１．７７％相比Ｙ的３４．５４％有明显增加，增幅达到４９．８８％；甲烷的总体积，与Ｙ相比Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ与Ｐｓ－Ｈ都有大幅３３２２０２０年第１２期煤炭科学技术第４８卷增加，增幅各达到了３６．８６％㊁１６５．２８％㊁６９．１８％㊂总体来说Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ与Ｐｓ－Ｈ组的产气体积变化趋势具有一致性，即预处理后煤的产气体积增加，且经预处理后３种微生物预处理对增加ＣＨ４体积的促进能力为Ｐｈ＞Ｐｓ＞Ｓｔ㊂图３㊀不同煤样的厌氧发酵产气结果Ｆｉｇ．３㊀Ｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓ２．３㊀Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型与数据拟合利用实验室测得的生物产气数据探讨不同微生物预处理煤样的产甲烷潜力，通常利用Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型㊂采用改进的Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程对甲烷产量进行模拟（式（１））［２５］，模拟结果如图４和表３所示㊂ｙ＝Ａｅｘｐ－ｅｘｐｅμｍＡλ－ｔ()éëêêùûúú{}（１）式中：ｙ为累积甲烷产量，ｍＬ／ｇ；Ａ为累积潜力甲烷产量，ｍＬ／ｇ；μｍ为最大比甲烷产量，ｍＬ／（ｇ㊃ｄ）；λ为滞后阶段时间，ｄ；ｔ为试验时间，ｄ㊂图４㊀煤样产甲烷潜力的Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模拟结果Ｆｉｇ．４㊀Ｇｏｍｐｅｒｔｚｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏａｌｓａｍｐｌｅｍｅｔｈａｎｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ表３㊀Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程的拟合参数Ｔａｂｌｅ３㊀ＦｉｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒＧｏｍｐｅｒｔｚｅｑｕａｔｉｏｎ样品编号最大比甲烷产量／（ｍＬ㊃ｇ－１㊃ｄ－１）累积潜力甲烷产量／（ｍＬ㊃ｇ－１）滞后阶段时间／ｄ拟合度Ｙ０．９８３５．２３２６．６６２０．９９３Ｓｔ－Ｈ１．１２６７．２３８８．３２７０．９７４Ｐｈ－Ｈ２．５００１４．３７７㊀１１．３２８０．９８８Ｐｓ－Ｈ１．９２７９．０４１７．８９３０．９９３㊀㊀由图４和表４可知，试验数据的拟合度Ｒ２接近１，可信度较高，Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ与Ｐｓ－Ｈ相比Ｙ的最大比甲烷产量都有增加，分别为１４．６１％㊁１５４．４９％和９６．１０％；累计产气潜力也有明显提高，分别增加３８．３３％㊁１７４．７８％和７２．７９％㊂可知，不同菌种促进煤产气效果：Ｐｈ＞Ｐｓ＞Ｓｔ㊂且与原煤Ｙ相比，微生物预处理煤样在厌氧发酵过程中有更大累计产气潜力和最大产甲烷率㊂３㊀煤的表面结构和菌种的附着特征分析分别将３种菌种Ｓｔ㊁Ｐｈ与Ｐｓ预处理１４ｄ后的煤块用镍丝取出，与原煤Ｙ一同按照第２．２节进行样品制备，然后进行镀膜处理，采用环境扫描电子显微镜分别在３０００倍和２００００倍观测煤的表面结构及菌种的附着状态（图５）㊂原煤Ｙ的表面光滑且平整㊁孔－裂隙较少㊂经过３种微生物预处理的煤表面粗糙度明显增加，呈凹凸不平状㊁孔－裂隙也显著增加㊂Ｓｔ以链状菌形态存在，其中菌长约为５．５２μｍ㊁直径约为０．３８μｍ㊂Ｐｈ以椭圆形态为主，其中椭圆菌长轴约为１．３２μｍ㊁短轴约为０．８４μｍ㊂Ｐｓ以杆状菌为主，杆菌长约为２．５５μｍ㊁直径约为０．６５μｍ㊂从菌种的附着状态分析，Ｓｔ聚集成菌落并基本覆盖了煤的全部表面；而Ｐｈ主要分布在煤的孔－裂隙之内㊂经Ｐｓ菌处理后的煤表面和孔－裂隙均有分布㊂从３种菌种的体积来看，Ｐｈ菌的体积最小，更容易进入煤的孔裂隙；Ｓｔ菌的体积最大，主要分布在煤的表面，Ｐｓ菌的体积处在Ｓｔ菌和Ｐｈ菌之间，附着状态也是二者兼具㊂从煤表面结构特征分析，微生物对煤表面结构具有蚕食作用，增加了煤的粗糙度，这为后期厌氧发酵过程中产甲烷菌群与煤相互作用创造了条件㊂菌种的体积和形态对其附着状态有重要影响，体积越４３２赵国俊等：不同微生物预处理对煤转化生物气的促进效果对比２０２０年第１２期图５㊀煤表面结构和菌种的附着特征Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏａｌｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｂａｃｔｅｒｉａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ小的菌种更容易通过孔－裂隙进入煤的内部，与仅在煤表面附着的较大菌种相比，前者的预处理效果更有优势，据此推断３种菌种对煤的预处理效果顺序为Ｐｈ＞Ｐｓ＞Ｓｔ，这与前述的厌氧发酵数据具有一致性㊂４㊀结㊀㊀论１）通过３种菌种的生长曲线确定预处理时间为１４ｄ㊂与原煤Ｙ相比，３种微生物Ｓｔ㊁Ｐｈ与Ｐｓ预处理后的煤样生物产气量增加，且ＣＨ４的体积分数与体积也相应增加㊂３种微生物预处理对产气的促进能力为Ｐｈ＞Ｐｓ＞Ｓｔ㊂通过改进的Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程模拟也表明经微生物预处理后煤的产甲烷潜力和最大速率均增加㊂２）微生物预处理明显增加了煤表面的粗糙度，这有助于产甲烷菌群和煤的相互作用，对提高煤转化生物气的效果有积极作用㊂菌的附着状态和大小是影响煤预处理后产气效果的因素之一，且体积越小的菌种易于进入煤的孔－裂隙，而体积越大的菌种更倾向于附着在煤的表面，前者对提高预处理效果更为有利㊂３）在ＣＨ４总产量上，Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ与Ｐｓ－Ｈ相比Ｙ都有大幅增加，增幅各达到了３６．８６％㊁１６５．２８％㊁６９．１８％；通过Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型与数据拟合可论证Ｓｔ－Ｈ㊁Ｐｈ－Ｈ与Ｐｓ－Ｈ相比Ｙ的最大比产甲烷量都有增加，分别为１４．６１％㊁１５４．４９％和９６．１０％，各微生物预处理促进煤转化生物气的效果不同㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＧＲＥＥＮＭＳ，ＦＬＡＮＥＧＡＮＫＣ，ＧＩＬＣＲＥＡＳＥＰＣ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍｅｎｒｉｃｈｅｄｆｒｏｍａｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｗｅｌｌｉｎｔｈｅＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ，Ｕ．Ｓ．Ａ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌ⁃ｏｇｙ，２００８，７６（１／２）：３４－４５．［２］㊀ＯＲＥＭＷＨ，ＶＯＹＴＥＫＭＡ，ＪＯＮＥＳＥＪ，ｅｔａｌ．Ｏｒｇａｎｉｃｉｎｔｅｒｍｅｄｉ⁃ａｔｅｓｉｎｔｈｅａｎａｅｒｏｂｉｃｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｔｏｍｅｔｈａｎｅｕｎｄｅｒｌａｂｏ⁃ｒａｔｏｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＯｒｇａｎｉｃＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１０，４１（９）：９９７－１０００．㊀［３］㊀ＦＥＲＲＹＪＧ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃｐａｔｈｗａｙｓｔｈａｔａｒｅｋｅｙｔｏｔｈｅｂｉｏｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘｂｉｏｍａｓｓ［Ｊ］．ＣｕｒｒｅｎｔＯｐｉｎｉｏｎｉｎＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，２２（３）：３５１－３５７．［４］㊀ＬＩＵＤＹ，ＴＡＧＯＫ，ＨＡＹＡＴＳＵＭ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｖａｔｅｄＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｎｏｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｎｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃａｒｃｈａｅａｌａｎｄｍｅｔｈａｎｅ－ｏｘｉｄｉｚｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｐａｄｄｙｓｏｉｌ［Ｊ］．ＭｉｃｒｏｂｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，２０１６，３１（３）：３４９－３５６．［５］㊀ＫＩＲＫＭＦ，ＷＩＬＳＯＮＢＨ，ＭＡＲＱＵＡＲＴＫＡ，ｅｔａｌ．Ｓｏｌｕｔｅｃｏｎｃｅｎ⁃ｔｒａｔｉｏｎｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓｉｎｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇｓｔｒａｔａｏｆｔｈｅＣｈｅｒｏｋｅｅＢａｓｉｎ，ＵＳＡ［Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２０１５，５１１：１－１４．［６］㊀魏国琴，何㊀环，王江泽，等．龙泉煤层气田产甲烷菌群富集的厌氧产气中试研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（７）：２４９－２５４．ＷＥＩＧｕｏｑｉｎ，ＨＥＨｕａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｚｅ，ｅｔａｌ．Ｐｉｌｏｔｓｔｕｄｙｏｎｍｅｔｈ⁃ａｎｏｇｅｎｓ－ｅｎｒｉｃｈｅｄａｎａｅｒｏｂｉｃｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎＬｏｎｇｑｕａｎＣｏａｌｂｅｄＭｅｔｈａｎｅＦｉｅｌｄ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（７）：２４９－２５４．［７］㊀张亦雯，郭红光，李亚平，等．过氧化氢预处理中／高煤阶煤增产生物甲烷研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（９）：２６２－２６７．ＺＨＡＮＧＹｉｗｅｎ，ＧＵＯＨｏｎｇｇｕａｎｇ，ＬＩＹａｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅ⁃ｄｉｕｍ／ｈｉｇｈｒａｎｋｃｏａｌ－ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｍｅｔｈａｎｅｗｉｔｈｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（９）：２６２－２６７．［８］㊀苏现波，陈㊀鑫，夏大平，等．煤发酵制生物氢和甲烷的模拟实验［Ｊ］．天然气工业，２０１４，３４（５）：１７９－１８５．ＳＵＸｉａｎｂｏ，ＣＨＥＮＸｉｎ，ＸＩＡＤａｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１４，３４（５）：１７９－１８５．［９］㊀ＲＩＴＴＥＲＤ，ＶＩＮＳＯＮＤ，ＢＡＲＮＨＡＲＴＥ，ｅｔａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ，ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌａｃ⁃ｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｒｅｍａｉｎｉｎｇｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌ５３２２０２０年第１２期煤炭科学技术第４８卷Ｇｅｏｌｏｇｙ，２０１５，１４６：２８－４１．［１０］㊀苏佳纯，肖㊀钢．利用微生物促进煤层间ＣＯ２甲烷化的新方法［Ｊ］．煤炭转化，２０１３，３６（４）：９０－９３．ＳＵＪｉａｃｈｕｎ，ＸＩＡＯＧａｎｇ．Ａｐｒｏｐｏｓｅｄｐａｔｈｗａｙｔｏｓｔｉｍｕｌａｔｅｂｉｏｇｅｎｉｃｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｃｏａｌａｎｄｉｎｊｅｃｔｅｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２０１３，３６（４）：９０－９３．［１１］㊀孙㊀斌，李金珊，承㊀磊，等．低阶煤生物采气可行性：以二连盆地吉尔嘎朗图凹陷为例［Ｊ］．石油学报，２０１８，３９（１１）：１２７２－１２７８，１２９１．ＳＵＮＢｉｎ，ＬＩＪｉｎｓｈａｎ，ＣＨＥＮＧＬｅｉ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｂｉｏｌｏｇｉ⁃ｃａｌｇａｓｒｅｃｏｖｅｒｙｉｎｌｏｗ－ｒａｎｋｃｏａｌ：ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆＪｉｅｒｇａｌａｎｇｔｕｄｅ⁃ｐｒｅｓｓｉｏｎｉｎＥｒｌｉａｎＢａｓｉｎ［Ｊ］．ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｅｉＳｉｎｉｃａ，２０１８，３９（１１）：１２７２－１２７８，１２９１．［１２］㊀ＨＡＩＤＥＲＲ，ＧＨＡＵＲＩＭＡ，ＳＡＮＦＩＬＩＰＯＪＲ，ｅｔａｌ．Ｆｕｎｇａｌｄｅｇｒａ⁃ｄａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌａｓａｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１０４（２）：７１７－７２５．［１３］㊀ＧＡＺＳＯＬＧ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｄｉａｔｉｏｎｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＦｕｅｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，５２（１／２／３）：２３９－２４５．㊀［１４］㊀ＨＵＡＮＧＺ，ＵＲＹＮＯＷＩＣＺＭＡ，ＣＯＬＢＥＲＧＰＪＳ．Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｇｅｎｉｃｍｅｔｈａｎｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｈｅｍｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈｐｏｔａｓｓｉｕｍｐｅｒｍａｎｇａｎａｔｅ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１１１（５）：８１３－８１９．［１５］㊀ＦＡＫＯＵＳＳＡＲＭ．Ｃｏａｌａｓａｓｕｂｓｔｒａｔｅｆｏｒｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ：ｉｎｖｅｓｔｉ⁃ｇａｔｉｏｎｗｉｔｈｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｎａｔｉｏｎａｌｃｏａｌ［Ｄ］．Ｂｏｎｎ：ＦｒｉｅｄｒｉｃｈＷｉｌｈｅｌｍｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９８１．［１６］㊀ＣＯＨＥＮＭＳ，ＧＡＢＲＩＥＬＥＰＤ．ＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｂｙｔｈｅｆｕｎｇｉＰｏｌｙｐｏｒｏｕｓｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒａｎｄＰｏｒｉａｍｏｎｔｉｃｏｌａ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄａｎｄＥｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉａｌ，１９８２，４４（１）：２３－２７．［１７］㊀ＤＡＡＳＳＩＤ，ＰＲＩＥＴＯＡ，ＺＯＵＡＲＩ－ＭＥＣＨＩＣＨＩＨ，ｅｔａｌ．Ｄｅｇｒａｄａ⁃ｔｉｏｎｏｆｂｉｓｐｈｅｎｏｌＡｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｕｎｇａｌｌａｃｃａｓｅｓａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｔｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢｉｏｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ＆Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，２０１６，１１０：１８１－１８８．［１８］㊀ＦＡＣＣＩＯＧ，ＫＲＵＵＳＫ，ＳＡＬＯＨＥＩＭＯＭ，ｅｔａｌ．Ｂａｃｔｅｒｉａｌｔｙｒｏｓｉｎａｓｅｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｓｓＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２，４７（１２）：１７４９－１７６０．［１９］㊀ＮＧＵＹＥＮＬＮ，ＨＡＩＦＩ，ＰＲＩＣＥＷＥ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｉｏｔｒａｎｓｆｏｒ⁃ｍａｔｉｏｎｏｆｂｉｓｐｈｅｎｏｌＡａｎｄｄｉｃｌｏｆｅｎａｃｂｙｌａｃｃａｓｅｉｎａｎｅｎｚｙｍａｔｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｒｅａｃｔｏｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢｉｏｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ＆Ｂｉｏｄｅｇｒａ⁃ｄａｔｉｏｎ，２０１４，９５：２５－３２．［２０］㊀ＷＡＮＧＣＰ，ＬＩＵＨＢ，ＬＩＪ，ｅｔａｌ．ＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＰＡＨｓｉｎｓｏｉｌｂｙＬａｓｉｏｄｉｐｌｏｄｉａｔｈｅｏｂｒｏｍａｅａｎｄｅｎｈａｎｃｅｄｂｅｎｚｏ［ａ］ｐｙｒｅｎｅｄｅｇｒａｄａ⁃ｔｉｏｎｂｙｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＴｗｅｅｎ－８０［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１４，２１（１８）：１０６１４－１０６２５．［２１］㊀ＲＡＬＰＨＪＰ，ＣＡＴＣＨＥＳＩＤＥＤＥＡ．Ｄｅｃｏｌｏｕｒｉｓａｔｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｌｙ⁃ｍｅｒｉｓａｔｉｏｎｏｆｓｏｌｕｂｉｌｉｓｅｄｌｏｗ－ｒａｎｋｃｏａｌｂｙｔｈｅｗｈｉｔｅ－ｒｏｔｂａｓｉｄｉｏ⁃ｍｙｃｅｔｅＰｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９４，４２（４）：５３６－５４２．［２２］㊀ＴＩＡＮＹＵＣ，ＳＡＮＤＲＡＲ，ＧＯＬＤＩＮＧＳＤ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｃｏａｌｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｂｉｏｇｅｎｉｃｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｖｉａｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒ⁃ｏｘｉｄｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１８，１９５：４０２－４１４．［２３］㊀ＧＵＯＨｏｎｇｙｕ，ＤＯＮＧＺｈｉｗｅｉ，ＳＵＸｉａｎｂｏ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｂｉｏ⁃ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｃｏｒｎｓｔｒａｗａｓａｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｏｍｅｔｈａｎｅａｎｄｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ，２０１８，３２（６）：７０１１－７０１６．［２４］㊀ＧＵＯＨｏｎｇｙｕ，ＬＩＹｕｎｓｏｎｇ，ＣＨＥＮＳｈａｎｌａｉ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏａｌｍａｃｅｒａｌｓｏｎｂｉｏｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ，２０１８，１７（６）：１４４９－１４５６．［２５］㊀ＨＵＡＮＧＺ，ＳＥＤＮＥＫＣ，ＵＲＹＮＯＷＩＣＺＭＡ，ｅｔａｌ．Ｌｏｗｃａｒｂｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｃｏａｌｂｅｄｓａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｃａｒｂｏｎｃａｐｔｕｒｅａｎｄｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１７，８（１）：５６８．６３２。

煤热解反应过程及影响因素煤热解是指将煤在高温和缺氧的条件下进行加热分解的过程。

在煤热解过程中，随着温度的升高，煤的结构会发生改变，从而产生各种气体、液体和固体产物。

本文将介绍煤热解的反应过程以及影响因素。

煤热解的反应过程可以分为三个阶段：干馏、气化和炭化。

在干馏阶段，煤中的挥发分开始脱除，产生气体和液体产物。

在气化阶段，煤中的碳氢化合物继续分解，产生大量的气体，包括一氧化碳、二氧化碳和氢气等。

在炭化阶段，煤中的残留物开始裂解，产生固体炭和焦炭。

1.温度：温度是影响煤热解过程的主要因素之一。

较高的温度可以加快煤的结构改变和分解反应的进行。

在不同的温度下，煤的反应产物和产率也会有所不同。

2.煤种：不同种类的煤在热解过程中具有不同的特性和反应行为。

无烟煤和褐煤在热解过程中会产生较少的焦炭和较多的气体产物。

煤种的选择对于煤热解过程的结果至关重要。

3.压力：压力可以影响煤热解过程中气体产物的生成和分布。

较高的压力可以促进气体生成的速率和产量。

4.反应时间：反应时间是指煤在热解过程中所停留的时间。

较长的反应时间可以增加煤的分解程度，产生更多的气体和液体产物。

反应时间对于煤热解的产物分布和产率具有重要影响。

5.催化剂：催化剂的添加可以改变煤热解的反应路径和产物分布。

一些催化剂可以促进煤的分解和气体产物的生成。

煤热解是一种复杂的反应过程，受到多种因素的影响。

通过对这些因素的控制和调节，可以实现对煤热解反应的控制和优化，提高对煤热解产物的利用效率。

外源产甲烷菌降解褐煤产气实验汪涵;林海;董颖博;隋梦琪;李洋子【摘要】To investigate the ability of exogenous bacteria to degrade brown coal, methanogens were enriched from anaerobic sludge and domesticated using brown coal as the single carbon source. After domestication, the lag time of initial gas production is shortened from 12 to 6 days and the CH4 production increases by 29.2% in 30 days. The generated biogas is composed of CH4 and a little CO2, no heavy hydrocarbons are detected. Experiments on gas production influencing factors demonstrate that the best initial pH for the culture medium is 7.0 and the maximum gas production is 1.9 times and 2.4 times higher than that at pH 6.4 and pH 7.4, respectively. The particle size of coal is one of factors influencing the gas production: the general trend is the smaller the particle size, the bigger the gas production, but the variation of gas production is not significant with decreasing particle size. Gas produced by the culture medium accounts for around 50% of the total gas production and it is likely caused by the addition of L-cysteine (0.5 g/L) and yeast extract (1 g/L) to the medium.%为研究外源菌降解褐煤产气能力,从厌氧消解污泥中提取产甲烷菌群,以褐煤为碳源进行菌种驯化,开展产气实验,并对驯化后菌群的产气影响因素进行实验研究.驯化实验发现:驯化后该菌群初始产气时间由驯化前的12 d缩短为6d,且30d内产气总量增加了29.2％；经检测,生成气体主要为CH4和少量CO2,未检测到重烃气.产气影响因素实验表明:该菌群最佳产气初始培养基pH值为7.0,产气量分别约为初始pH值为6.4、7.4时的1.9倍和2.4倍；煤的粒径也是影响产气量的因素之一,表现为粒径越小,产气量越大,但产气量随粒径变小变化不明显；培养基本身产气量约占总产气量的50％,原因可能是其中添加了微量L-半胱氨酸(0.5 g/L)和酵母浸出液(1 g/L).【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2012(039)006【总页数】5页(P764-768)【关键词】产甲烷菌;褐煤;外源菌;驯化;煤层气【作者】汪涵;林海;董颖博;隋梦琪;李洋子【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;北京科技大学土木与环境工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;北京科技大学土木与环境工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;北京科技大学土木与环境工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;北京科技大学土木与环境工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P618.130生物气是指沉积物中的有机质在还原环境下经厌氧微生物作用所生成的富甲烷气体[1]。

微生物降解褐煤产气实验研究赵娜;韩作颖【摘要】对内蒙古神华胜利褐煤(NM)、云南昭通露天煤矿新揭褐煤(YN)和河南义马褐煤(YM)进行了生物强化产气研究,通过检测甲烷体积分数、产甲烷量、气体组分变化探讨微生物产甲烷特征.结果表明:煤层气井产出水经过富集培养,菌群数量明显增长,产甲烷作用明显被激活,产甲烷能力显著增强.经过多次加煤驯化,富集菌群可以适应加煤条件并进行较强的产甲烷作用,为后续实验提供了稳定高产的菌源.三种褐煤均能被微生物降解产甲烷,但产甲烷高峰期出现时间不同,YN实验组有一个峰期,YM实验组有两个峰期,NM实验组有三个峰期.三种褐煤产甲烷效率由高到低的顺序为YM,NM,YN.微生物降解煤产生的生物气主要有CH4,CO2和H2.整个成气过程中CO2体积分数和CH4体积分数呈现负相关关系,H2由于消耗大在体系中几乎没有留存.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】6页(P49-54)【关键词】褐煤;生物强化;生物气;驯化;富集培养;煤层气【作者】赵娜;韩作颖【作者单位】煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,048000山西晋城;煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,048000山西晋城【正文语种】中文【中图分类】TQ5460 引言我国能源状况总体为富煤、少油、少气。

虽然近年来石油和天然气的开发利用技术逐渐多样化，但仍然无法改变能源结构，煤炭作为主要能源的状况短期内很难被改变。

因此，对煤炭清洁利用的探索一直是重要的研究方向[1]。

随着生物成因气在煤层中发现，关于微生物降解煤产甲烷的研究逐渐开展起来。

因很难实现利用勘探资料来追溯生物气产生过程，有学者利用人工方法进行现场或实验室模拟褐煤厌氧产气研究[2]。

国外学者[3-4]采用煤层水或煤层原位微生物，通过加入激活剂提高微生物的活性来降解褐煤产甲烷。

煤层产甲烷菌群的生理活性和煤厌氧降解过程的相关研究证实煤岩可以在本源菌群的作用下降解产气。

煤层气成因类型及影响因素煤层气成因类型及影响因素煤层气成因类型及影响因素摘要:煤层气已成为一种新兴的非常规天然气资源。

煤层气是成煤物质在煤化过程中生成并储集于煤层中的气体。

按其成因类型分为生物成因气和热成因气。

生物成因气有原生和次生两种类型，原生生物成因气一般在低级煤中生成，很难保存下来。

次生生物成因气常与后来的煤层含水系统的细菌活动有关。

热成因煤层气的生成始于高挥发份烟煤(Ro=0.5%～0.8%)。

与分散的Ⅰ/Ⅱ型或Ⅲ型干酪根生成的气体相比，煤层气的地球化学组成变化较大，反映了控制煤层气组成和成因的因素多而复杂，主要的影响因素包括煤岩组分、煤级、生气过程和埋藏深度及相应的温度压力条件。

此外，水动力等地质条件和次生作用等也影响着煤层气的组成。

煤层气，又称煤层甲烷(Coalbed Methane, 简称CBM) ，俗称煤层瓦斯，指自生自储于煤层中的气体，成分以甲烷为主，含少量其它气体成分。

在长期的地下采煤过程中，这种气体一直被视为有害气体。

70年代末，由于能源危机，美国政府采取税制优惠政策，鼓励煤层气的开发工作，从而推动了煤层气的研究和开发试验工作，并于80年代初取得重大突破，成为第一个进行大规模商业性生产的国家，证实了煤层气资源的巨大价值与潜力，从而引起煤层气研究的全球性热潮。

据估计，全世界煤层气的资源量可达(84.9～254.9)×1012m3。

根据美国的报告，煤层气的采收率为30%～60%，最高可达80%。

煤层气的发热量也很高，达8 000～9 000 kcal/m3，相当于常规天然气的90%以上。

煤层气属洁净能源，甲烷含量一般在80%～90%以上，燃烧时仅产生少量CO2。

因此，煤层气是一种潜力巨大的非常规天然气资源。

而且，采煤前排出煤层中的气体，也有利于地下采煤的安全和大气环境的改善。

1 煤层气的成因类型与形成机理植物体埋藏后，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭(泥炭化作用阶段) ，泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化(煤化作用阶段) 。