不同煤阶煤孔隙结构与煤制生物甲烷的相互影响

摘要

为研究不同煤阶煤的孔隙差异与生物甲烷产出的相互影响。以白音华(BYH)褐煤、马兰(ML)肥煤、沙曲(SQ)焦煤、祁东(QD)贫煤为研究底物,选用古汉山矿矿井水为菌源,进行厌氧发酵产甲烷实验。采用BET比表面积分析仪测定生物降解前后不同煤阶煤的孔隙参数变化特征,借助扫描电镜观察产气后煤表面孔裂隙分布及微生物附着情况,并通过主成分分析法研究了孔隙结构参数对煤制生物甲烷的贡献度。结果表明:煤的比表面积和孔体积随煤阶增加均呈现先减小后增大的变化趋势,而煤厌氧发酵过程的生物甲烷产量却随煤阶增加依次递减;高阶煤虽孔隙发育,但煤中大分子结构趋于稳定,同样不利于微生物降解;生物产气后,不同煤阶煤样的比表面积、总孔体积以及不同孔径段的孔体积均出现不同程度减小;煤表面附着有大量微生物,以球菌和杆菌为主,且部分微生物附着在煤的孔裂隙中;主成分分析表明总孔体积(主要为大孔和中孔孔体积)、分形维数D3以及比表面积对煤制生物甲烷的贡献较大,而微孔及分形维数D1对煤制生物甲烷影响较小,微生物作用改变了煤的孔隙结构,使比表面积和微孔大量减少,导致孔隙内吸附的甲烷大量解吸,这些均有利于煤层气的增产。