含碳地层生物转化的原位电刺激制造技术

本发明专利技术公开了对微生物菌群例如地层中的诸如包含产甲烷菌和其他细菌的微生物菌群进行刺激，用以从煤或其他含碳材料中生产甲烷和其他燃料或燃料前体的方法，还公开了用以提高含碳材料如煤向甲烷和其他有用烃类产物的生物转化方法，其中所述菌群响应物理性或化学性电刺激。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过对地下含碳地层中微生物菌群的原位电刺激，从此类地层中生产甲烷、二氧化碳、气态和液态烃类及其他有价值的产物。
技术介绍
产甲烷作用(又称为生物产甲烷)是指通过微生物来生产甲烷。产生甲烷是微生物代谢的重要和普遍形式。微生物的产甲烷作用是厌氧呼吸的一种形式，代表有机质腐解的最终反应。这些反应导致了电子受体(如氧气)的消耗，以及小分子有机物的积累，例如烃类，特别是甲烷，以及诸如氢气和二氧化碳的气体。此过程中，发酵作用破坏了较大的有机物，与此同时，产甲烷作用除去了较小的物质，如氢气、二氧化碳及有机小分子。电生物刺激(Electrical bio-stimulation)是指提供电子以刺激微生物的生长。所有的生物体都需要电子供体和受体，电子可以化学形态或通过直接的电化学方式来提供。用电刺激微生物的代谢已经有很多年。然而，尚未有出于将煤或其他含碳材料生物转化为用作燃料或燃料前体的甲烷及其他气态或液态烃类的目的，而对地下含碳地层 (formation)中的微生物进行电刺激的报道。专利技术概述 在一个方面，本专利技术涉及一种生物转化方法，包括向含碳沉积层如煤层或其他含碳沉积层中引入电能，随后从所述沉积层中移除形成的产物。在不同的实施方案中，电能来源为物理的或化学的或二者的结合(如物理和/或化学电子源)，形成的产物为燃料如甲烷或燃料前体(即易于转变为燃料的物质)。在一种应用中，此方法包括和所述电能一起或单独地向沉积层中注入流体，随后也移除所述流体，其可以和形成的产物一起，或在形成的产物被移除之前或之后进行。在一个实施方案中，注入的流体含有促进和/或维持含碳沉积层中存在的微生物生长的营养物。在另外的实施方案中，所述流体含有溶解沉积层中至少一部分含碳材料的化学品，特别是作为促进生物转化的手段。在一个可选的实施方案中，注入的流体中包含微生物，如非本源微生物，以使地层中的含碳材料通过生物转化形成甲烷或其他有用的燃料或燃料前体。在单独的实施例中，电能的传输为连续的或间断的。在其他实施例中，营养物和化学品的注入为连续的或间断的。某些情况下，电能和化学品的引入为间断但交错的方式，以使电能和营养物交替应用。在本专利技术方法优选的实施方案中，钻井孔从表层延伸至含碳沉积层。在一个实施方案中，这种钻井孔包括注入井、生产井以及电能传输井，优选地，水平地直接相互上下设置而从表层延伸至含碳沉积层。在至少一个这样的实施方案中，一个或多个钻井孔仅用于传输电能，一个或多个钻井孔用于注入和产出流体、气体、营养物和化学品。在本专利技术方法或工艺的一个实施例中，将提高向含碳沉积层中传输电能的效率的物质加入到被注入至所述含碳沉积层的流体、营养物、气体及化学品中。在另一个实施例中，注入的流体从注入井流向多个生产井，和/或通过控制注入井和生产井之间的压力差来控制从注入井向生产井的流体流动分布。也可通过地层来控制所述分布以提高甲烷及其他燃料或燃料前体的总产量。在至少一个实施方案中，将二氧化碳加入到被注入至所述含碳沉积层的水、营养物、化学品和气体中，通过地层中的本源和/或非本源的产甲烧菌群(methanogenic consortia)转化为甲烷，然后从含碳沉积层如煤层的煤中进行回收。附图说明图1显示了通过将电能引入煤层以刺激含碳材料生物转化为甲烷的的一种方式。 此处，I代表注入井，2、3、4和5为生产井。定义本文所使用的术语“生物转化”指的是，优选借助沉积层中的本源微生物或被引入至沉积层中的非本源微生物，将含碳分子(例如含碳地层，如煤层中的煤)转化为甲烷及其他有用的气态和液态产物，。这种生物转化通过应用化学或物理来源的电的刺激而发生。本文所使用的“煤”指的是任意的从褐煤到无烟煤的一系列含碳燃料。此系列中各个成员在相对湿度、所含挥发物及固定碳方面彼此不相同。煤主要由碳、氢以及夹带的水组成，主要为具有多个碳碳双键的大分子形式。低等级煤沉积物主要由煤和水组成。将含碳分子如煤或来自煤分子溶解的含碳分子燃烧可产生能量。在煤中，那些含有最大量固定碳及最小量水分和挥发物的煤最为有用。 本文所使用的术语“溶解”或“溶解的”指的是如下过程通过使用一种或多种可以使煤分子的碳键和其他化学键断裂的化学品，将包括煤或其他含碳材料的很大的碳氢化合物分子分解成更小的碳氢化合物分子或化合物，然后与所述化学品进行反应形成更小的碳氢化合物分子，其然后被生物转化为甲烷、二氧化碳和其他有用的气体。为本专利技术的目的，溶解意味着将固体含碳材料如煤转化为溶于水的碳形式，更具体地，是由溶于水并可通过O. 45微米过滤器的化合物组成的碳形式。本文所使用的术语“乙酸的盐或酯”指的是乙酸的共轭碱，其中的乙酸根离子通过乙酸的去质子化形成；或是具有通式CH3CO2R的有机化合物，其中R为有机基团。本文所使用的术语“乙酸盐/酯(acetate) ”指的是乙酸中一个或多个氢原子被一个或多个碱的阳离子所取代的盐，得到的化合物中含有负有机离子CH3COO'所述术语也指乙酸酯。按照本专利技术，所述乙酸的盐或酯任选与水进行混合。在一个优选的实施方案中，乙酸的盐或酯与水混合物使用。应理解，当以水溶液形式使用此类乙酸盐时，可形成一些乙酸 (取决于最终的PH值)并参与所述溶解过程。为本专利技术目的，当其他羧酸(如苯甲酸)的盐用作这样的用途时，应理解类似的限定。本文所使用的术语“芳族醇”指的是具有通式ROH的有机化合物，其中R为取代或未取代的芳基，所述芳基可以为单环或稠环。在一个实施方案中，所述芳基的R为未取代的。在另一个实施方案中，R被一个或多个烃基和/或一(多)个-OH基所取代。在一些实施方案中，-OH存在于芳环上，或存在于所述芳环的取代基上，或同时存在于二者之上。本文所使用的术语“生物气化(biogasifcation) ”及“产甲烷作用”基本上可互换。本文所使用的短语“微生物菌群”指的是包括自然群聚(naturalassemblage)在内的含有两种(株)或多种(株)微生物的微生物培养物，特别是其中每种或每株微生物由与其他微生物相互作用而受益的微生物培养物。本文所使用的术语“有用的产物”指的是通过生物转化从含碳材料如煤中获得的化学品，包括但不限于诸如烃类的有机物，例如甲烷和其他小分子有机物；以及用作燃料或用于生产燃料的脂肪酸；以及诸如气体的无机物，包括氢气和二氧化碳。专利技术详述本专利技术涉及一种方法，该方法用于刺激含碳地层(geologicalformation)中的微生物和/或微生物菌群，以提高存在于此地层中的含碳材料(包括被引入至该地层的外源材料)的生物转化。此类地层为典型的地下地层，例如已知的含有含碳材料的“煤层”或“煤床”，这些含碳材料可被生物转化为用作燃料的甲烷和其他气体及液体产物或燃料前体(例如，脂肪酸、烃类及任何易于转化为甲烷等的分子)，这些燃料前体再通过该行业公知的进一步反应转化为有用的燃料。 具体地，所述方法包括在有或没有同步注入流体的情况下，向含碳沉积层如煤层中引入电能(即物理或化学来源的电子)，然后从所述沉积层中移除形成的产物(以及任何注入的流体或流体)。微生物菌群，尤其是包含产甲烷菌的那些，是将含碳分子如乙酸盐和二氧化碳转化为甲烷和其他燃料及燃料前体的试剂。根据前述内容,有用的地层包括矿、河床、地平面场地(gr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.11 US 61/333,3301.一种生物转化方法，包括向含碳地层引入电能以刺激所述沉积层中的微生物或微 生物菌群，然后从所述地层中回收形成的产物，其中，所述产物为燃料或燃料前体。2.根据权利要求1的方法，其中所述微生物为所述地层的本源微生物。3.根据权利要求1的方法，其中所述微生物为在引入所述电能之前引入到所述地层的 外源微生物。4.根据权利要求1的方法，其中还向所述含碳沉积层中引入流体。5.根据权利要求4的方法，其中所述流体含有促进或维持所述含碳沉积层中存在的微 生物生长的营养物。6.根据权利要求4的方法，其中所述流体含有溶解煤的化学品。7.根据权利要求4的方法，其中所述流体含有能将含碳材料生物转化为燃料或燃料前 体的微生物。8.根据权利要求1的方法，其中所述电能的输送是连续的。9.根据权利要求1的方法，其中所述燃料为甲烷。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·A·唐尼，宋·金，威廉·J·布朗，保罗·H·法尔格林，
申请(专利权)人：克里斯能量有限公司，
类型：
国别省市：