[发明专利]利用煤层进行碳捕集、封存和生产低碳可再生天然气方法

说明书

本发明是一种利用煤层进行碳捕集、封存和生产低碳可再生天然气方法，适用于生产天然气以及碳中和。向含有产甲烷菌的目标煤层中注入液态有机碳，目标煤层为废弃或者关闭煤矿，或者是煤矿采空区，或者是产能较低的煤层气抽采井，目标煤层中的产甲烷菌将液态有机转化为二氧化碳和甲烷气体，其中二氧化碳被吸附在煤层中从而防止被释放到大气中，而产生的甲烷则利用抽采装置抽出，实现了低碳可再生天然气生产。用过氧化氢对煤改性，增强对二氧化碳的吸附和甲烷气的抽采，可最大限度的降低生产成本，同时实现碳捕集和低碳可再生天然气的生产，达到负碳排放，解决了生物甲烷反应器受限，二氧化碳封存成本高等问题。

技术领域

本发明涉及一种可再生天然气方法，尤其适用于一种利用煤层进行碳捕集、封存和生产低碳可再生天然气方法，属于碳中和领域。

背景技术

自工业革命以来，化石燃料在推动人类文明发展的道路上起到了不可磨灭的作用。但其作为一种不可再生的能源，考虑到长远发展，人们已经在寻求各种替代能源来摆脱对化石燃料的依赖。同时，化石燃料的过度使用导致了温室气体的积累，这是导致全球变暖的重要原因，其中二氧化碳的积累对全球变暖的贡献最大。地球表面升温速率与大气二氧化碳浓度成相关性，如果全球变暖现象不加以解决，将会对物理环境、生物生态系统和人类文明造成不可估量的负面影响。目前迫切需要找寻可再生能源以及采取一系列措施来控制二氧化碳的排放。

二氧化碳捕集与封存(CCS)是一种可靠的、有前景的二氧化碳减排方法，它同时是未来我国保障能源安全、构建生态文明和实现可持续发展的重要手段。目前对二氧化碳进行捕集主要有燃烧前、燃烧后、富氧燃烧三种方法，对二氧化碳进行封存主要采取地质封存方法，即油气田储藏、煤层储藏和含盐含水层储藏。我国重视CCS技术研发和示范，率先在电力行业示范应用CCS技术，建成世界首座十万吨级燃烧前和燃烧后二氧化碳捕集示范工程。但该技术大规模应用仍受到成本、能耗、安全性和可靠性等因素制约。

煤层气是一种非常优质的清洁能源，也是当前国家大力提倡开发的新能源，根据成因可分为生物成因气、热成因气和混合成因气。生物成因气是由产甲烷功能微生物厌氧降解煤中有机质产生的以甲烷为主要成分的气体。研究表明我国新疆、准南、鄂尔多斯、美国粉河与圣胡安、澳大利亚苏拉特与鲍文等含煤盆地煤层气中生物气占比较大。通过往煤层中注入外源微生物或激活培养基可以提高煤层气产量，有关微生物促产煤层气也成为当前煤层气开发领域研究的热点。但生物煤层气的开采过程产生的煤层气受限于煤衍生化合物的生物利用度，并且该过程仍然存在碳排放。

可再生天然气是利用可再生碳源通过微生物发酵形成以甲烷为主要成分的清洁能源。目前主要在地面进行生产，受限与地面反应场所其产气潜力受限，同时由于控温也需要消耗大量能源。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种利用现有的煤层气基础设施，改善以往的碳捕集与封存方法，能够将封存并捕获二氧化碳，简单快捷成本低，能够有效降低碳排放的利用煤层进行碳捕集、封存和生产低碳可再生天然气方法。

为实现上述技术目的，本发明的利用煤层进行生产低碳可再生天然气方法，其特征在于：向含有产甲烷菌的目标煤层中注入液态有机碳，目标煤层中的产甲烷菌将液态有机转化为二氧化碳和甲烷气体，其中二氧化碳被吸附在煤层中从而防止被释放到大气中，而产生的甲烷则利用抽采装置抽出，实现了低碳可再生天然气生产。

具体步骤为：

a确定目标煤层，目标煤层中需要富含可流动的水分有利于有机质的分布扩散或者煤层有部分属于含水层，并有可封闭的煤层反应空间；

b对目标煤层进行微生物检测，判断其产甲烷菌数量是否达标，若不达标则需要人工培养后将产甲烷菌注入到煤层中进行菌群重构直至达标；

c通过气井向菌群达标的煤层中注入液态有机碳，产甲烷菌在煤层中将有机碳转化成二氧化碳并产生甲烷气体，在此过程中，产生的二氧化碳被吸附在煤层中实现二氧化碳的捕获，而甲烷气体则使用天然气抽采装置抽采出来，完成低碳可再生天然气生产。