一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂及其应用制造技术

本发明专利技术属于煤炭资源化应用技术领域，具体涉及一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，并公开其制备方法与应用。本发明专利技术所述用于褐煤、低变质烟煤(长焰煤、不黏煤、弱黏煤)等低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，精选以安琪酿酒曲、安琪酿酒高活性干酵母、安琪香霸酿造复合功能菌、古田红曲和酿醋用醋酸菌为有效成分进行精确复配，借助于复合菌剂微生物的协同作用，从而将低阶煤特定化学键断裂、解离，并利用相应官能团转化为生物甲烷、生物氢气等绿色低碳能源，可以实现对低阶煤的有效降解，在不添加外源营养物质的条件下，实现低阶煤的高碳资源低碳转化，有助于提高生物燃料的产气量，提高低阶煤转化为清洁能源的效率，生物催化效率较高。

A Composite Microbial Agent for Biogas Production from Low-rank Coal and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂及其应用
本专利技术属于煤炭资源化应用
，具体涉及一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，并进一步公开其制备方法与应用。
技术介绍
太阳能是地球上几乎一切能量的源泉，生物质则是太阳能循环转化的载体，现代工业发展的能源基础--煤炭、石油、天然气均是古代生物质埋藏在地下，经微生物和地质化学的共同作用演变而来。在未来相当长的时期内，化石能源在中国能源结构中仍然会占据主体地位，尤其是我国以煤为主的能源结构在未来相当长的时期内不会改变。而随着保护生态环境、应对气候变化的压力日益增大，迫切需要传统能源的绿色转型。其中，以生物甲烷和生物氢气为代表的清洁能源的崛起，更是促进了清洁能源的飞速发展。经过微生物发酵可以将低阶煤转化成生物甲烷、生物氢气等能源产品，生物能源可以根据存在形式分为生物气体燃料(生物甲烷、生物氢气)和生物液体燃料(生物乙醇即燃料乙醇),在能源效率和理论能量回收率方面气体生物燃料不逊于液体生物燃料，而气体燃料在原料利用范围方面相对于液体生物燃料具有明显的优势。气体燃料中生物甲烷(生物天然气，Biogas、Biomethane)、生物氢气统称为生物燃气。现阶段我国煤炭利用方式以粗放型为主，其中，以燃煤电厂、工业锅炉、窑炉等为主的大型工业用煤再加上散烧煤消耗了80％以上的煤炭，而以直接燃烧为主的煤炭使用方式，基本上只利用了煤炭的燃料属性，不仅造成煤炭分子中大多数有用成分的浪费和经济损失，还将部分资源转变成污染环境的排放物，造成大气污染、产生雾霾问题。煤炭巨大的使用量和相对粗放的利用方式是大气污染愈演愈烈的根本原因，因此，改变煤炭的利用方式，开发多种技术相耦合，能够梯级利用煤炭资源，清洁、高效、环保的煤炭转化利用技术是当前我国新型煤化工的发展方向。根据煤化程度的不同，煤炭可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤，其中，褐煤、低变质烟煤(长焰煤、不黏煤、弱黏煤)构成低阶煤。我国已探明的低阶煤(褐煤、长焰煤、不黏煤和弱黏煤)资源储量在2000亿t以上，约占我国煤炭蕴藏量的50％(其中褐煤约占13％)，产量约占目前总量的30％。低阶煤资源大量蕴藏于西北、中北、东北地区，如新疆、陕西、内蒙古、宁夏、黑龙江等地。中国的资源禀赋决定了不可能去煤化，因此，低阶煤利用是煤炭洁净转化的一个重要基础条件和发展趋势，而如何清洁利用我国丰富的低阶煤资源，实现利用效率和经济效益最大化，是新型煤化工产业重要的课题。低阶煤是煤化初期的低变质产物，其特点为煤化程度低、发热量低、热稳定性差、粘结性差、易燃易碎、不宜直接燃烧和远距离运输，密度小和含水量高(约40％)，同时易于挥发、自燃和风化，并且具有较强的化学活性；而且，由于低阶煤中含有的有机质十分难于降解，也严重制约了低阶煤进行适合的微生物转化应用。因此，要想实现对低阶煤的高效清洁综合利用，必须要根据其自然特征及结构特点，从而制定针对性的处理对策和工艺路线，才能形成低阶煤清洁利用的可行性路径。如中国专利CN103074378A公开了一种用于沼气发酵的复合生物制剂，所述复合生物制剂组成包括：中温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、中性木聚糖酶、酸性木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、枯草芽孢杆菌剂、泡盛曲霉菌剂、康宁木霉菌剂、碳酸钙和尿素。所述复合生物制剂可有效提高沼气的产气量及甲烷的含量。又如中国专利CN104805125A公开了一种沼气工程菌剂，具体是一种以有机废弃物污泥或沼液为原料，通过混菌培养和固定化厌氧发酵微生物菌群制备沼气工程专用菌剂；与将单一菌种分别培养然后按比例混合制备菌剂的现有技术相比，利用污泥或沼液混菌培养制备的菌剂，获得的菌剂不仅微生态稳定，而且能够显著缩短沼气工程发酵周期，提高沼气得率，提高沼气工程经济效益。但是，生物甲烷和生物氢气的转化过程中涉及多菌群、多相(气相-液相-固相共存)和多反应过程。多反应过程涉及水解、产酸和产甲烷(产氢气)三个基本阶段，每个阶段涉及生存条件各异的(各自对可发酵糖、挥发性脂肪酸、氢气、乙酸、甲醇等的营养需要、pH、最适生长温度差别)微生物菌群形成的多级互营代谢网络，是由微生物主导的生物化学反应。因此，微生物菌群的构成决定其产甲烷和/或产氢气功能。菌群中微生物的生命过程是在多孔介质中发生的传热传质和生化反应的复杂热物理过程，与常见的有机底物如碳水化合物相比，由于低阶煤结构复杂且不易降解，并不是理想的微生物转化底物。因此，如何在低阶煤转化为生物甲烷和/或生物氢气等生物燃气的过程中降低成本，实现低成本高得率的规模化生产，降低对环境造成的污染，成为本领域技术人员研究的热点。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，以提高低阶煤的生物可降解性，从而实现在不添加外源营养物质的条件下，提高产气量、降低转化成本、促进工业化生产；本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于上述复合微生物菌剂实现低阶煤生产生物甲烷和/或氢气的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，包括如下质量含量的组分：安琪酿酒曲10-20wt％；安琪酿酒高活性干酵母30-40wt％；安琪香霸酿造复合功能菌15-25wt％；古田红曲10-20wt％；酿醋用醋酸菌25-35wt％。优选的，所述安琪酿酒曲包括酵母、根霉和食品添加剂，所述添加剂为诸如淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、植酸酶等酶制剂。酵母代谢产生乙醇和二氧化碳，在产甲烷菌作用下二氧化碳能够与氢气反应生成甲烷。根霉既能产糖化酶，也能产液化酶(α-淀粉酶)，但根霉菌产糖化酶的能力更强且活性高。由于低阶煤含有腐植酸，腐植酸的Stevenson结构模型，其分子结构中含有可降解的糖残基(Sugarresidue)，根霉菌产糖化酶、液化酶，能够作用在糖残基中C-O键，使腐植酸中的糖残基脱落，产生甘露糖、葡萄糖、核糖、鼠李糖等，同时根霉菌分解的糖分大大增加了其他微生物的养分，促进微生物生长旺盛，促进产气量增加。食品添加剂包含α-淀粉酶、葡糖淀粉酶、植酸酶，其中，α-淀粉酶，可从内部随机切开淀粉、糖原、寡聚或多聚糖分子的α-1,4糖苷键，主要水解产物为葡萄糖、麦芽糖、糊精；葡糖淀粉酶，能水解液态淀粉中的α-1.4糖苷键和α-1.6糖苷键。低阶煤含有腐植酸，腐植酸的Stevenson结构模型，其分子结构中含有可降解的糖残基(Sugarresidue)，α-淀粉酶、葡糖淀粉酶能够作用在糖残基中C-O键，使腐植酸中的糖残基脱落，产生甘露糖、葡萄糖、核糖、鼠李糖等被微生物利用，从而促进气体清洁能源的产生。优选的，所述安琪酿酒高活性干酵母包括酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)。酿酒酵母能够发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖及半乳糖，具有耐酸、耐渗透压和代谢效率高等特点，能够适应厌氧发酵过程中水解、产酸阶段的pH变化，酵母菌可以加速有机物的水解，应用于生物甲烷(氢气)发酵对乙酸的生成具有促进的作用，而且产甲烷菌利用乙酸、氢和二氧化碳合成甲烷，乙酸生成越多，甲烷得率越高。优选的，所述安琪香霸酿造复合功能菌包含酵母菌、霉菌和麸皮。所述安琪香霸酿造复合功能菌原本适用于以大米、高粱、玉米、小麦、薯类等为原料的酒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，其特征在于，包括如下质量含量的组分：安琪酿酒曲10‑20wt％；安琪酿酒高活性干酵母30‑40wt％；安琪香霸酿造复合功能菌15‑25wt％；古田红曲10‑20wt％；酿醋用醋酸菌25‑35wt％。

【技术特征摘要】
1.一种用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，其特征在于，包括如下质量含量的组分：安琪酿酒曲10-20wt％；安琪酿酒高活性干酵母30-40wt％；安琪香霸酿造复合功能菌15-25wt％；古田红曲10-20wt％；酿醋用醋酸菌25-35wt％。2.根据权利要求1所述的用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，其特征在于，所述安琪酿酒曲包括酵母、根霉和食品添加剂。3.根据权利要求1或2所述的用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，其特征在于，所述安琪酿酒高活性干酵母包括酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)。4.根据权利要求1-3任一项所述的用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，其特征在于，所述安琪香霸酿造复合功能菌包含酵母菌、霉菌和麸皮。5.根据权利要求1-4任一项所述的用于低阶煤生产生物燃气的复合微生物菌剂，其特征在于，所述古田红曲包括红曲霉菌(Monascussp.)。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马力通，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15