煤系页岩总有机碳含量与成熟度对厌氧发酵产甲烷性能的影响 - 阮倩雯; 王乾; 苏现波; 赵伟仲; 高富博 (煤炭学报, 2024)
Q819%Q815; 煤系页岩气是煤系气的重要组成部分,且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质,这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性,并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充.然而,针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏,生物甲烷产出特征及其控制因素仍未清楚,限制了该方法的发展与应用.以不同地区的煤系页岩为研究对象,以煤系页岩本源菌群为试验菌群,通过厌氧发酵试验探讨其产甲烷潜力,评价总有机碳(TOC)含量、成熟度(Ro)对产甲烷效果的影响.结果表明:在本源微生物作用下煤系页岩普遍具有产甲烷能力,累计产量最高可达 1.97 mL/g.煤系页岩厌氧发酵产甲烷周期一般为 15 d,产量变化规律与煤相似,但周期明显缩短.根据微生物降解复杂有机质的代谢模型,可将煤系页岩厌氧发酵产甲烷过程划分为水解产酸、产氢产乙酸和产甲烷 3个阶段.生物甲烷产量与煤系页岩TOC含量具有明显的正相关性,尤其当TOC含量大于 10%,甲烷产量显著提升.另外,生物甲烷产量与Ro呈负相关性,当Ro增大至 3.78%,几乎不再产生.煤系页岩TOC含量与Ro主要在水解产酸阶段发挥作用,随TOC含量降低、Ro增大,微生物降解页岩有机质产生的氨基酸等代谢产物减少,使得产氢产乙酸和产甲烷阶段微生物代谢所需的底物的物质的量浓度降低,最终生物甲烷产量减少.