[发明专利]一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法

说明书

本发明公开了一种煤炭制氢的生物‑高温气化联采方法，包括：在煤层钻位于同一水平面的两口水平井组，下套管固井；两口井同时进行水力压裂，形成临界裂隙缝网；对煤层进行碱处理，将煤基产氢微生物菌液于两口水平井注入煤层，菌株沿临界裂隙扩散，动态监测菌株温压状况防止其失活，利用煤层温压条件促进微生物剥离煤碳含氢官能团并捕捉代谢，将煤中有机组分多级降解后产生氢气、二氧化碳及小分子酸，实现煤炭原位碳氢分离并制成氢气；待井底压力达峰值保持稳定后排采氢气；对遗留煤层，通过超临界水与高温碳反应气化制氢，抽采气体后注浆填充燃空区。本发明通过生物‑高温气化多级利用颠覆煤炭传统开采技术体系，实现煤炭低碳、绿色、高效开发。

技术领域

本发明涉及煤炭地下原位制氢领域，具体涉及一种煤炭地下微生物原位发酵制氢技术与高温气化制氢联采方法。

背景技术

我国煤炭资源约有70%储存在地表千米之下，而随着社会发展对于煤炭资源的剧烈消耗，我国的煤矿开采深度正以8~12 m/a的速度增加，中东部矿区以10~ 25 m/a的速度延深，我国的浅层煤炭资源预计将在数十年内耗尽。随着开采深度的增加，深部开采面临的各种问题也越来越多，针对深部煤炭资源开采“五高两扰动”的开采环境特点，即高地应力赋存状况、高工作环境温度、高承水压力条件、高瓦斯和高冲击矿压倾向性，强开采应力扰动和邻近巷道群的工程扰动，若仍使用传统采煤方法开采深部煤炭资源，势必导致采矿领域生产效率低、安全性差、生态破坏严重、资源采出率低、地面运输/转化能量损耗大等一系列问题，严重影响未来煤炭行业的发展。

煤炭燃烧产生的二氧化碳占我国二氧化碳排放总量的70%以上，占化石能源的90%以上，传统煤炭产业链不利于我国实现碳达峰、碳中和目标，因此应加快调整优化煤炭产业结构、能源结构，尤其是针对深部煤炭应尽快变革传统煤炭资源开采的理念与模式。

相较于煤炭或甲烷等煤层气的燃烧，氢气的热值更高而且其燃烧产物只有水，对环境无任何污染，因此煤制生物氢气技术很有可能成为未来煤层气生物工程领域的主要发展方向。

煤炭地下生物气化是利用微生物在地下将煤中有机组分进行多级降解后将固态资源转化为气态资源的一种开采方法。现阶段的暗发酵产氢主要是进行的有机物发酵产氢实验，进行了影响因素和培养基优化等方面的研究，而微生物发酵煤产氢方面研究较少。现有的煤炭微生物制氢工艺发酵场所仍位于地面，产生的废水、废气、废渣排放量大，环保问题十分突出，对“三废”的处理极大增加了工艺投资，且地面发酵人为制造大量运输成本。

申请人发现：向煤层中注入营养物质和产氢菌群，通过产氢菌群的发酵作用实现煤的降解，或者利用生物技术来激活煤层本身含有的微生物菌群，使菌群实现不断增殖繁衍并把煤转化为氢气，可实现煤炭深部原位生物降解流态化开采。对于煤炭生物降解后的遗留煤层，采取高温气化作业，即通过超临界水与高温碳的氧化还原反应制得氢气，可实现煤炭生物—高温联采制氢。

在煤炭地下微生物发酵产氢过程中，空气渗流小于1%的煤体中，在兼氧菌对少量渗流空气缓冲作用影响下，裂隙发育对煤体比表面积的扩大作用是促进煤体厌氧发酵的主控因素，裂隙发育越充分，煤体比表面积越大，煤体的厌氧发酵速率提升越高。水力压裂能产生裂隙缝网，为微生物扩散及发酵提供条件和场所，增加了煤体比表面积，将进一步提升产氢效率。

发明内容

本发明的主要目的是变革现有煤炭地下气化的制气模式，利用煤基产氢微生物于煤层原位发酵与煤炭超临界水地下气化使产出氢气、二氧化碳以及小分子酸，实现煤炭地下微生物发酵及气化的增效制氢与储层增渗。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种煤炭制氢的生物-高温气化联采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：沿最小水平地应力方向向地面平行钻取两口水平井至煤层，两口水平井下套管并固井；