煤的显微组分对生物产气的控制机理

摘要

煤的生物产气过程受诸多因素的影响，为探讨煤自身显微组分对生物甲烷生成的控制效应，本论文主要采集义马千秋矿、大同泉岭矿、山西马兰矿和柳林沙曲矿新鲜煤样，通过手选+浮沉分离对其显微组分进行富集分离，利用从矿井水中提取的本源菌群，分别对相应的显微组分进行生物甲烷代谢模拟实验；并对各显微组分煤样进行元素分析、FTIR和低温液氮实验测试；然后对不同显微组分的微生物产气结果与碳氢元素含量、化学结构、官能团及其孔裂隙特征等指标进行对比分析。
　　研究结果表明：①显微组分富集与分离后，镜质组富集煤样比原煤样中的镜质组比例有一定的升高，分离后惰质组富集煤样相比于原煤样中的惰质组有大幅度的提高；惰质组的富集效果远远高于镜质组，尤其是义马和大同的惰质组富集提高比例高达150％以上；②生物甲烷代谢模拟实验后，镜质组富集煤样生物产气总量、CH4生成量、CH4浓度、反应液pH值变化幅度和质量降解率均最高，惰质组富集煤样最低，原煤居中；故镜质组相对于原煤和惰质组，更有利于被微生物降解利用转化为甲烷；③煤的各显微组分元素分析表明：H/C原子比为镜质组>原煤>惰质组，这与生物产气的效果指标具有一致性。故煤样中H/C原子比的高低是判断生物产气潜力的重要指标；④同煤阶煤样中，脂肪烃含量和氢含量为：镜质组>原煤>惰质组；芳香烃含量和芳构化程度为：镜质组<原煤<惰质组。故煤样变质程度相同时，氢元素含量和脂肪烃含量与生物产气潜力正相关，芳构化程度和芳香烃含量与生物产气潜力负相关。⑤镜质组开放性透气孔多于原煤和惰质组，故镜质组煤样的孔隙连通性比原煤和惰质组好，再者镜质组不具有细瓶颈孔，且微孔并不发育。故显微组分煤样中的微孔和微孔体积比对生物产气的贡献并不显著，且微生物产气效果与显微组分在平均孔径和比表面积两个指标上也没有明显的相关性。
　　研究为不同显微组分煤层开展生物产气现场实验提供了理论指导，丰富了煤层气生物工程的研究内涵，为我国即将开展的煤层生物产气先导试验选区提供了参考。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 论文创新性及采用技术路线

2 煤的显微组分分离与效果检测

2.1 显微组分富集与分离

2.2 显微组分分离效果检测

2.3 实验结果及分析

2.4 本章小结

3 煤的不同显微组分生物甲烷代谢实验

3.1 实验材料

3.2 实验仪器

3.3 生物甲烷代谢模拟实验过程及装置

3.4 生物甲烷代谢模拟实验结果及分析

3.5 本章小结

4 煤的显微组分对生物甲烷代谢的控制机理

4.1 显微组分H/C原子比与产气的关系

4.2 显微组分官能团特征与产气关系

4.3 显微组分的孔隙结构特征与产气关系

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

5.3 存在问题

参考文献

作者简历

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