[发明专利]用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统

说明书

本发明记载了用于提高来自含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物。所述营养组合物包含磷(P)源和气态氮(N₂)源。所述营养组合物优选基本上不含气态氧和/或气态NO_x和/或SO_x。在各个实施方案中，所述营养组合物可以包括可溶磷源(P)的溶液和气态氮(N₂)的两相混合物。本发明还描述了用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的方法。所述方法涉及将本发明的营养组合物分散遍及含碳物质一段足以生物性产生甲烷的时间，随后从所述含碳物质中收集甲烷。

技术领域

本发明涉及用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物、方法和系统。

背景技术

甲烷与大多数煤炭储量有关，其含量各不相同。可以在煤埋藏和成熟过程中生热产生形成，或者可以通过微生物的作用而生物产生。据认为细菌是煤的主要降解菌，其产生一系列的中间体，所述中间体依次降解为甲烷前体，例如氢气、二氧化碳、乙酸盐和各种其他化合物(如二甲基硫醚、甲酸盐，甲醇和甲胺)。然后这些前体通过产甲烷古生菌转化成甲烷。通过多种机制，包括CO₂还原、乙酸分解(从乙酸盐)或甲基营养过程，可以发生这种产甲烷过程。

产生生物甲烷的煤层环境是缺氧的和还原的。由于主要营养素的限制，生物甲烷产生是缓慢的，经过长时间尺度发生。来自典型的煤层甲烷(CSM)井的生产可能存在5-7年，之后生产速率变得不经济，井可能被放弃。

有可能通过引入产甲烷微生物种群延长井的生产寿命。美国公开No.2004/0033557记载了将所选的厌氧微生物的聚生体引入到用于在形成层中将有机化合物原位转化为甲烷和其他化合物的表面形成层中。

也可以通过刺激存在于煤和/或相关的水中的微生物相对迅速补充埋藏的煤层中的甲烷。已知的是，这可以通过将营养素添加到系统中来实现。例如，美国专利No.7,832,475描述了提高生物甲烷生产的方法，所述方法涉及引入不加选择的微生物种群的刺激组合物，例如玉米糖浆、乳化油和牛奶以全面促进含烃形成层的微生物种群。该方法进一步涉及通过使一种或多种微生物群体选择性饥饿以选择性供养至少一种所促进的微生物种群的微生物种群后续处理。

虽然通过增强微生物复合系的生长在提高甲烷产生方面已取得显著进展，但仍有进一步改进的余地。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了用于提高来源于含碳物质的生物甲烷生产的营养组合物，其包括磷(P)源和气态氮(N₂)源。

为了本发明的目的，术语“气态氮”指的是在大气压和25℃下为气态的氮。像这样，气态氮可包括在大气压或高于大气压的压力下溶解在水溶液中的气态的氮。

术语“碳质物质”广义地用于指能够支持并优选存在或供有一个或多个产甲烷微生物种群的任何含碳物质。含碳物质经过所述一个或多个产甲烷微生物种群的降解产生甲烷或甲烷前体。含碳物质的合适实例包括，但不限于，煤、褐煤、泥煤、钻粉、废煤、煤衍生物、油页岩、油层、沥青砂、烃污染的土壤和石油污泥。含碳物质优选在干燥无灰基底上包括至少0.5重量％N，更优选至少1.0重量％N。

含碳物质可以是原位含碳物质或非原位含碳物质。原位含碳物质可以指存在于原始来源位置，如承载含碳物质的地层或采空区的含碳物质。非原位可以指已从其原始来源位置移除的含碳物质。非原位含碳物质可以存在于反应器、生物反应器、堆积堆或可选择的地上建筑物、地坑等等。

在各种实施方案中，营养组合物可包括可溶性磷(P)源的溶液和气态氮(N₂)源的两相混合物。所述溶液可以是水溶液。