申请/专利权人：河南理工大学;中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院

申请日：2018-10-11

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN109297858B

主分类号：G01N7/16

分类号：G01N7/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.03.01#实质审查的生效;2019.02.01#公开

摘要：不同风化程度煤的生物产气模拟装置，包括温度控制系统、原位渗水模拟系统、风化煤生物产气系统和气液两相采集监控系统；原位渗水模拟系统通过供水管组件与风化煤生物产气系统连接；气液两相采集监控系统通过取气管组件与风化煤生物产气系统连接，气液两相采集监控系统通过取液管组件与原位渗水模拟系统连接。本发明还公开了不同风化程度煤的生物产气模拟装置的实验方法。本发明的原理科学，实验方法简单，装置结构紧凑，操作方便，实验结果精确度高，具有重要的科学意义和实用价值。

主权项：1.不同风化程度煤的生物产气模拟装置，其特征在于：包括温度控制系统、原位渗水模拟系统、风化煤生物产气系统和气液两相采集监控系统；温度控制系统包括箱体、温度控制器、第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板，箱体呈长方体形状且为侧开式结构，箱体由若干块保温隔层板组装成，保温隔层板内部装有发热线；温度控制器设置在保温隔层板的外侧；第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板自上而下依次水平设置在箱体内部；风化煤生物产气系统设置在第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板上；原位渗水模拟系统通过供水管组件与风化煤生物产气系统连接；气液两相采集监控系统通过取气管组件与风化煤生物产气系统连接，气液两相采集监控系统通过取液管组件与原位渗水模拟系统连接；风化煤生物产气系统包括外形均为正方体的一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱，一号密封培养箱放置在第一隔板上，二号密封培养箱放置在第二隔板上，三号密封培养箱放置在第三隔板上，四号密封培养箱放置在第四隔板上，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱的下部分别水平设置有不锈钢的第一透水滤网、第二透水滤网、第三透水滤网和第四透水滤网，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内依次装入埋层由浅到深的风化煤，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱的上侧部均开设有连通风化煤上方空间的取气口，一号密封培养箱内底部在第一透水滤网下方、二号密封培养箱内底部在第二透水滤网下方、三号密封培养箱内底部在第三透水滤网下方和四号密封培养箱内底部在第四透水滤网下方均连接有上粗下细呈圆锥状的导流支撑筒；原位渗水模拟系统包括储水箱、第一雾化喷头、第二雾化喷头、第三雾化喷头、第四雾化喷头、第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管和电脑，储水箱放置在箱体顶部，储水箱顶部开设有注水口；第一雾化喷头设置在一号密封培养箱顶部下表面，第二雾化喷头设置在二号密封培养箱顶部下表面，第三雾化喷头设置在三号密封培养箱顶部下表面，第四雾化喷头设置在四号密封培养箱顶部下表面；储水箱底部通过引流管与第一雾化喷头连接，引流管穿过箱体顶部并与箱体密封连接，引流管上沿水流方向依次设有流量开关和流量控制器，流量控制器通过控制线与电脑连接；一号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第一U形管的进水端连接，第一U形管的出水端通过第一导流管与第二雾化喷头连接；二号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第二U形管的进水端连接，第二U形管的出水端通过第二导流管与第三雾化喷头连接；三号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第三U形管的进水端连接，第三U形管的出水端通过第三导流管与第四雾化喷头连接；四号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第四U形管的进水端连接，第四U形管的出水端连接有向外伸出箱体的废液排出管，废液排出管上设置有排液阀；所述的供水管组件为第一雾化喷头、第二雾化喷头、第三雾化喷头、第四雾化喷头、第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管、第一导流管、第二导流管、第三导流管、废液排出管和四个导流支撑筒；气液两相采集监控系统包括气体分析仪、第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管、第一取气管、第二取气管、第三取气管和第四取气管；第一取液管的进口连接在第一U形管底部，第二取液管的进口连接在第二U形管底部，第三取液管的进口连接在第三U形管底部，第四取液管的进口连接在第四U形管底部，第一取液管、第二取液管、第三取液管和第四取液管上均设置有取液阀；第一取气管的进口与一号密封培养箱上侧部的取气口连接，第二取气管的进口与二号密封培养箱上侧部的取气口连接，第三取气管的进口与三号密封培养箱上侧部的取气口连接，第四取气管的进口与四号密封培养箱上侧部的取气口连接；一号密封培养箱上侧部的取气口内侧、二号密封培养箱上侧部的取气口内侧、三号密封培养箱上侧部的取气口内侧和四号密封培养箱上侧部的取气口内侧均设置有气体压力传感器；第一取气管上沿气流方向依次设有第一干燥器和第一气体流量计，第二取气管上沿气流方向依次设有第二干燥器和第二气体流量计，第三取气管上沿气流方向依次设有第三干燥器和第三气体流量计，第四取气管上沿气流方向依次设有第四干燥器和第四气体流量计；所述的取气管组件为第一取气管、第一干燥器、第一气体流量计、第二取气管、第二干燥器、第二气体流量计、第三取气管、第三干燥器、第三气体流量计、第四取气管、第四干燥器和第四气体流量计；所述的取液管组件为第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管和四个取液阀；保温隔层板的材料为硅酸铝保温板，保温隔层板接缝及接点采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封。

全文数据：不同风化程度煤的生物产气模拟装置及其实验方法技术领域本发明属于煤层气生物工程技术领域，具体涉及一种不同风化程度煤的生物产气模拟装置及其实验方法。背景技术风化煤，又称露头煤，一般是指由褐煤、烟煤和无烟煤长期经受大气、阳光、雨雪、地下水以及矿物质侵蚀等综合作用而形成的暴露于地表或者位于地表浅层的煤。我国有着非常丰富的风化煤储量，估计近千亿吨，分布于全国各地。风化煤发热量较低，水分和灰分含量较高，活性不稳定，使用价值不高。到目前为止，主要还是被用于制取腐殖酸改善土壤环境，其高度被氧化的性质，使其在煤炭行业作为燃料的利用率较低。因而其综合利用问题一直受到世界各国的关注。生物成因煤层气是煤层气的一个重要来源，有着埋藏浅、开发成本低等特点。其中的原生生物成因煤层气是在煤化作用早期以泥炭或者褐煤为底物在菌群作用下产生的以甲烷为主的气体。原生生物成因煤层气的成气基质是早期的泥炭或者褐煤，而对其发生作用的菌群是由地表水入渗带入。无论何种变质程度的煤，抬升到地表经物理化学和生物长期的风化分解，在结构组成以及环境条件上都与早期的泥炭类成煤物质基本相同，因此研究风化煤的生物产气具有一定的可行性。通过探讨在本源菌作用下风化煤的生物产气效果，不但可以提高煤层气资源量获取洁净能源，也拓宽了风化煤全新的转化利用方式。发明内容本发明提供一种不同风化程度煤的生物产气模拟装置及其实验方法，旨在模拟煤层原位渗水过程，通过采集不同风化程度的煤及其所含本源菌，评价不同风化程度煤的生物产气能力。为解决上述技术问题，本发明提供一种不同风化程度煤的生物产气模拟装置，包括温度控制系统、原位渗水模拟系统、风化煤生物产气系统和气液两相采集监控系统；温度控制系统包括箱体、温度控制器、第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板，箱体呈长方体形状且为侧开式结构，箱体由若干块保温隔层板组装成，保温隔层板内部装有发热线；温度控制器设置在保温隔层板的外侧；第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板自上而下依次水平设置箱体内部；风化煤生物产气系统设置在第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板上；原位渗水模拟系统通过供水管组件与风化煤生物产气系统连接；气液两相采集监控系统通过取气管组件与风化煤生物产气系统连接，气液两相采集监控系统通过取液管组件与原位渗水模拟系统连接。风化煤生物产气系统包括外形均为正方体的一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱，一号密封培养箱放置在第一隔板上，二号密封培养箱放置在第二隔板上，三号密封培养箱放置在第三隔板上，四号密封培养箱放置在第四隔板上，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱的下部分别水平设置有不锈钢的第一透水滤网、第二透水滤网、第三透水滤网和第四透水滤网，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内均装有从浅到深依次采集的风化煤，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱的上侧部均开设有连通风化煤上方空间的取气口，一号密封培养箱内底部在第一透水滤网下方、二号密封培养箱内底部在第二透水滤网下方、三号密封培养箱内底部在第三透水滤网下方和四号密封培养箱内底部在第四透水滤网下方均连接有上粗下细呈圆锥状的导流支撑筒。原位渗水模拟系统包括储水箱、第一雾化喷头、第二雾化喷头、第三雾化喷头、第四雾化喷头、第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管和电脑，储水箱放置在箱体顶部，储水箱顶部开设有注水口；第一雾化喷头设置在一号密封培养箱顶部下表面，第二雾化喷头设置在二号密封培养箱顶部下表面，第三雾化喷头设置在三号密封培养箱顶部下表面，第四雾化喷头设置在四号密封培养箱顶部下表面；储水箱底部通过引流管与第一雾化喷头连接，引流管穿过箱体顶部并与箱体密封连接，引流管上沿水流方向依次设有流量开关和流量控制器，流量控制器通过控制线与电脑连接；一号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第一U形管的进水端连接，第一U形管的出水端通过第一导流管与第二雾化喷头连接；二号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第二U形管的进水端连接，第二U形管的出水端通过第二导流管与第三雾化喷头连接；三号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第三U形管的进水端连接，第三U形管的出水端通过第三导流管与第四雾化喷头连接；四号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第四U形管的进水端连接，第四U形管的出水端连接有向外伸出箱体的废液排出管，废液排出管上设置有排液阀；所述的供水管组件为第一雾化喷头、第二雾化喷头、第三雾化喷头、第四雾化喷头、第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管、第一导流管、第二导流管、第三导流管、废液排出管和四个导流支撑筒。气液两相采集监控系统包括气体分析仪、第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管、第一取气管、第二取气管、第三取气管和第四取气管；第一取液管的进口连接在第一U形管底部，第二取液管的进口连接在第二U形管底部，第三取液管的进口连接在第三U形管底部，第四取液管的进口连接在第四U形管底部，第一取液管、第二取液管、第三取液管和第四取液管上均设置有取液阀；第一取气管的进口与一号密封培养箱上侧部的取气口连接，第二取气管的进口与二号密封培养箱上侧部的取气口连接，第三取气管的进口与三号密封培养箱上侧部的取气口连接，第四取气管的进口与四号密封培养箱上侧部的取气口连接；一号密封培养箱上侧部的取气口内侧、二号密封培养箱上侧部的取气口内侧、三号密封培养箱上侧部的取气口内侧和四号密封培养箱上侧部的取气口内侧均设置有气体压力传感器；第一取气管上沿气流方向依次设有第一干燥器和第一气体流量计，第二取气管上沿气流方向依次设有第二干燥器和第二气体流量计，第三取气管上沿气流方向依次设有第三干燥器和第三气体流量计，第四取气管上沿气流方向依次设有第四干燥器和第四气体流量计；所述的取气管组件为第一取气管、第一干燥器、第一气体流量计、第二取气管、第二干燥器、第二气体流量计、第三取气管、第三干燥器、第三气体流量计、第四取气管、第四干燥器和第四气体流量计；所述的取液管组件为第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管和四个取液阀。保温隔层板的材料为硅酸铝保温板，保温隔层板接缝及接点可采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封。不同风化程度煤的生物产气模拟装置的实验方法，包括以下步骤：（1）组装上述温度控制系统和原位渗水模拟系统，对保温隔层板接缝处采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封；（2）在一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内的底部分别安装不锈钢的导流支撑筒、第一透水滤网、第二透水滤网、第三透水滤网和第四透水滤网，依次在第一透水滤网上方的一号密封培养箱内、第二透水滤网上方的二号密封培养箱内、第三透水滤网上方的三号密封培养箱内和第四透水滤网上方的四号密封培养箱内装入埋层由浅到深的风化煤，然后将一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱分别放置到第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板上，接着连接第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管、第一导流管、第二导流管、第三导流管和废液排出管；最后连接气液两相采集和监测系统，并在所有接口处采用环氧树脂胶进行密封；（3）打开注水口，向储水箱内注入一定体积的地层水；打开流量开关，并通过电脑设定水流速度，储水箱内的水通过引流管流向一号密封培养箱，通过第一雾化喷头均匀喷射到一号密封培养箱内的风化煤上；（4）通过操控温度控制器将保温箱体内的温度控制在地层温度范围内，保证风化煤及其所含的本源菌在该温度下进行生物产气；（5）在一号密封培养箱内的水靠自身重力自动渗流到二号密封培养箱，二号密封培养箱内水自动渗流入到三号密封培养箱内，三号密封培养箱内水自动渗流入到四号密封培养箱内；（6）风化煤在本源菌作用下会产生生物气，气体通过第一干燥器、第二干燥器、第三干燥器和第四干燥器进行干燥，然后通过第一气体流量计、第二气体流量计、第三气体流量计和第四气体流量计的计量，气体分析仪自动记录气流量数据包括瞬时气流量和累计气流量；并对气体组分数据，包括甲烷、二氧化碳、氮气的浓度变化进行记录和分析；（7）水流经过煤层渗透作用逐级渗透进入四号密封培养箱底部第四U形管内，打开排液阀，通过废液排出管排出废液；（8）直到第一气体流量计、第二气体流量计、第三气体流量计和第四气体流量计无示数后停止实验，清理现场，回收材料，对比不同风化程度煤的生物产气能力。在风化煤及其所含的本源菌进行生物产气过程中，每隔一天打开第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管上的取液阀，取适量液体进行液相有机物等分析，以及测定反应体系的菌群活性、种类和代谢环境的菌液变化。在步骤（2）结束后、步骤（3）开始前，进行气密性检测，为保证一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内产生气体能分别被第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管密封，设置四个气体压力传感器，一旦气压超过第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管内水柱的封闭能力，就会报警，以便及时处理，避免不同风化程度的煤产生的气体混合。采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明运用一种不同风化程度煤的生物产气模拟装置，以不同风化程度的煤及其本源菌为底物，模拟原位状态下不同风化程度煤的生物产气效果。对风化煤生物产气任何阶段的液体采集，通过菌种分离、鉴定、计数和菌群活性等测试指标，分析反应体系的菌群活性变化特征；通过分析液体的有机物、碳源、氮源、无机盐、pH、Eh及微量元素等指标，监测微生物的代谢环境变化；对产气过程中的瞬时气流量和累计气流量记录分析，以及甲烷、二氧化碳、氮气等气体组分浓度的测定，从而进一步探究不同风化程度煤的生物产气效果。综上所述，本发明的原理科学，实验方法简单，装置结构紧凑，操作方便，实验结果精确度高，具有重要的科学意义和实用价值。附图说明图1为本发明的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本发明的不同风化程度煤的生物产气模拟装置，包括温度控制系统、原位渗水模拟系统、风化煤生物产气系统和气液两相采集监控系统；温度控制系统包括箱体5、温度控制器6、第一隔板7、第二隔板8、第三隔板9和第四隔板10，箱体5呈长方体形状且为侧开式结构，箱体5由若干块保温隔层板组装成，保温隔层板内部装有发热线；温度控制器6设置在保温隔层板的外侧；第一隔板7、第二隔板8、第三隔板9和第四隔板10自上而下依次水平设置箱体5内部；风化煤生物产气系统设置在第一隔板7、第二隔板8、第三隔板9和第四隔板10上；原位渗水模拟系统通过供水管组件与风化煤生物产气系统连接；气液两相采集监控系统通过取气管组件与风化煤生物产气系统连接，气液两相采集监控系统通过取液管组件与原位渗水模拟系统连接。风化煤生物产气系统包括外形均为正方体的一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4，一号密封培养箱1放置在第一隔板7上，二号密封培养箱2放置在第二隔板8上，三号密封培养箱3放置在第三隔板9上，四号密封培养箱4放置在第四隔板10上，一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4的下部分别水平设置有不锈钢的第一透水滤网15、第二透水滤网16、第三透水滤网17和第四透水滤网18，一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4内均装有从浅到深依次采集的风化煤，一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4的上侧部均开设有连通风化煤上方空间的取气口，一号密封培养箱1内底部在第一透水滤网15下方、二号密封培养箱2内底部在第二透水滤网16下方、三号密封培养箱3内底部在第三透水滤网17下方和四号密封培养箱4内底部在第四透水滤网18下方均连接有上粗下细呈圆锥状的导流支撑筒47。导流支撑筒47既起到汇集向下导流水的作用，而且起到支撑透水滤网的作用。原位渗水模拟系统包括储水箱28、第一雾化喷头11、第二雾化喷头12、第三雾化喷头13、第四雾化喷头14、第一U形管19、第二U形管20、第三U形管21、第四U形管22和电脑33，储水箱28放置在箱体5顶部，储水箱28顶部开设有注水口29；第一雾化喷头11设置在一号密封培养箱1顶部下表面，第二雾化喷头12设置在二号密封培养箱2顶部下表面，第三雾化喷头13设置在三号密封培养箱3顶部下表面，第四雾化喷头14设置在四号密封培养箱4顶部下表面；储水箱28底部通过引流管30与第一雾化喷头11连接，引流管30穿过箱体5顶部并与箱体5密封连接，引流管30上沿水流方向依次设有流量开关31和流量控制器32，流量控制器32通过控制线48与电脑33连接；一号密封培养箱1底部的导流支撑筒47（这个已经清楚限定了，不用再分别编号了）下端与第一U形管19的进水端连接，第一U形管19的出水端通过第一导流管49与第二雾化喷头12连接；二号密封培养箱2底部的导流支撑筒47下端与第二U形管20的进水端连接，第二U形管20的出水端通过第二导流管50与第三雾化喷头13连接；三号密封培养箱3底部的导流支撑筒47下端与第三U形管21的进水端连接，第三U形管21的出水端通过第三导流管51与第四雾化喷头14连接；四号密封培养箱4底部的导流支撑筒47下端与第四U形管22的进水端连接，第四U形管22的出水端连接有向外伸出箱体5的废液排出管27，废液排出管27上设置有排液阀；所述的供水管组件为第一雾化喷头11、第二雾化喷头12、第三雾化喷头13、第四雾化喷头14、第一U形管19、第二U形管20、第三U形管21、第四U形管22、第一导流管49、第二导流管50、第三导流管51、废液排出管27和四个导流支撑筒47。气液两相采集监控系统包括气体分析仪46、第一取液管23、第二取液管24、第三取液管25、第四取液管26、第一取气管34、第二取气管35、第三取气管36和第四取气管37；第一取液管23的进口连接在第一U形管19底部，第二取液管24的进口连接在第二U形管20底部，第三取液管25的进口连接在第三U形管21底部，第四取液管26的进口连接在第四U形管22底部，第一取液管23、第二取液管24、第三取液管25和第四取液管26上均设置有取液阀；第一取气管34的进口与一号密封培养箱1上侧部的取气口连接，第二取气管35的进口与二号密封培养箱2上侧部的取气口连接，第三取气管36的进口与三号密封培养箱3上侧部的取气口连接，第四取气管37的进口与四号密封培养箱4上侧部的取气口连接；一号密封培养箱1上侧部的取气口内侧、二号密封培养箱2上侧部的取气口内侧、三号密封培养箱3上侧部的取气口内侧和四号密封培养箱4上侧部的取气口内侧均设置有气体压力传感器；第一取气管34上沿气流方向依次设有第一干燥器38和第一气体流量计42，第二取气管35上沿气流方向依次设有第二干燥器39和第二气体流量计43，第三取气管36上沿气流方向依次设有第三干燥器40和第三气体流量计44，第四取气管37上沿气流方向依次设有第四干燥器41和第四气体流量计45；所述的取气管组件为第一取气管34、第一干燥器38、第一气体流量计42、第二取气管35、第二干燥器39、第二气体流量计43、第三取气管36、第三干燥器40、第三气体流量计44、第四取气管37、第四干燥器41和第四气体流量计45；所述的取液管组件为第一取液管23、第二取液管24、第三取液管25、第四取液管26和四个取液阀。保温隔层板的材料为硅酸铝保温板，保温隔层板接缝及接点可采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封。不同风化程度煤的生物产气模拟装置的实验方法，包括以下步骤：（1）组装上述温度控制系统和原位渗水模拟系统，对保温隔层板接缝处采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封；（2）在一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4内的底部分别安装不锈钢的导流支撑筒47、第一透水滤网15、第二透水滤网16、第三透水滤网17和第四透水滤网18，依次在第一透水滤网15上方的一号密封培养箱1内、第二透水滤网16上方的二号密封培养箱2内、第三透水滤网17上方的三号密封培养箱3内和第四透水滤网18上方的四号密封培养箱4内装入埋层由浅到深的风化煤，然后将一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4分别放置到第一隔板7、第二隔板8、第三隔板9和第四隔板10上，接着连接第一U形管19、第二U形管20、第三U形管21、第四U形管22、第一导流管49、第二导流管50、第三导流管51和废液排出管27；最后连接气液两相采集和监测系统，并在所有接口处采用环氧树脂胶进行密封；（3）打开注水口29，向储水箱28内注入一定体积的地层水；打开流量开关31，并通过电脑33设定水流速度，储水箱28内的水通过引流管30流向一号密封培养箱1，通过第一雾化喷头11均匀喷射到一号密封培养箱1内的风化煤上；（4）通过操控温度控制器6将保温箱体5内的温度控制在地层温度范围内，保证风化煤及其所含的本源菌在该温度下进行生物产气；（5）在一号密封培养箱1内的水靠自身重力自动渗流到二号密封培养箱2，二号密封培养箱2内水自动渗流入到三号密封培养箱3内，三号密封培养箱3内水自动渗流入到四号密封培养箱4内；（6）风化煤在本源菌作用下会产生生物气，气体通过第一干燥器38、第二干燥器39、第三干燥器40和第四干燥器41进行干燥，然后通过第一气体流量计42、第二气体流量计43、第三气体流量计44和第四气体流量计45的计量，气体分析仪46自动记录气流量数据包括瞬时气流量和累计气流量，并对气体组分数据，包括甲烷、二氧化碳、氮气的浓度变化进行记录和分析；（7）水流经过煤层渗透作用逐级渗透进入四号密封培养箱4底部第四U形管22内，打开排液阀，通过废液排出管27排出废液；（8）直到第一气体流量计42、第二气体流量计43、第三气体流量计44和第四气体流量计45无示数后停止实验，清理现场，回收材料，对比不同风化程度煤的生物产气能力。在风化煤及其所含的本源菌进行生物产气过程中，每隔一天打开第一取液管23、第二取液管24、第三取液管25、第四取液管26上的取液阀，取适量液体进行液相有机物等分析，以及测定反应体系的菌群活性、种类和代谢环境的菌液变化。在步骤（2）结束后、步骤（3）开始前，进行气密性检测，为保证一号密封培养箱1、二号密封培养箱2、三号密封培养箱3和四号密封培养箱4内产生气体能分别被第一U形管19、第二U形管20、第三U形管21、第四U形管22密封，设置四个气体压力传感器，一旦气压超过第一U形管19、第二U形管20、第三U形管21、第四U形管22内水柱的封闭能力，就会报警，以便及时处理，避免不同风化程度的煤产生的气体混合。本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

权利要求：1.不同风化程度煤的生物产气模拟装置，其特征在于：包括温度控制系统、原位渗水模拟系统、风化煤生物产气系统和气液两相采集监控系统；温度控制系统包括箱体、温度控制器、第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板，箱体呈长方体形状且为侧开式结构，箱体由若干块保温隔层板组装成，保温隔层板内部装有发热线；温度控制器设置在保温隔层板的外侧；第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板自上而下依次水平设置箱体内部；风化煤生物产气系统设置在第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板上；原位渗水模拟系统通过供水管组件与风化煤生物产气系统连接；气液两相采集监控系统通过取气管组件与风化煤生物产气系统连接，气液两相采集监控系统通过取液管组件与原位渗水模拟系统连接。2.如权利要求1所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置，其特征在于：风化煤生物产气系统包括外形均为正方体的一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱，一号密封培养箱放置在第一隔板上，二号密封培养箱放置在第二隔板上，三号密封培养箱放置在第三隔板上，四号密封培养箱放置在第四隔板上，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱的下部分别水平设置有不锈钢的第一透水滤网、第二透水滤网、第三透水滤网和第四透水滤网，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内均装有从浅到深依次采集的风化煤，一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱的上侧部均开设有连通风化煤上方空间的取气口，一号密封培养箱内底部在第一透水滤网下方、二号密封培养箱内底部在第二透水滤网下方、三号密封培养箱内底部在第三透水滤网下方和四号密封培养箱内底部在第四透水滤网下方均连接有上粗下细呈圆锥状的导流支撑筒。3.如权利要求2所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置，其特征在于：原位渗水模拟系统包括储水箱、第一雾化喷头、第二雾化喷头、第三雾化喷头、第四雾化喷头、第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管和电脑，储水箱放置在箱体顶部，储水箱顶部开设有注水口；第一雾化喷头设置在一号密封培养箱顶部下表面，第二雾化喷头设置在二号密封培养箱顶部下表面，第三雾化喷头设置在三号密封培养箱顶部下表面，第四雾化喷头设置在四号密封培养箱顶部下表面；储水箱底部通过引流管与第一雾化喷头连接，引流管穿过箱体顶部并与箱体密封连接，引流管上沿水流方向依次设有流量开关和流量控制器，流量控制器通过控制线与电脑连接；一号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第一U形管的进水端连接，第一U形管的出水端通过第一导流管与第二雾化喷头连接；二号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第二U形管的进水端连接，第二U形管的出水端通过第二导流管与第三雾化喷头连接；三号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第三U形管的进水端连接，第三U形管的出水端通过第三导流管与第四雾化喷头连接；四号密封培养箱底部的导流支撑筒下端与第四U形管的进水端连接，第四U形管的出水端连接有向外伸出箱体的废液排出管，废液排出管上设置有排液阀；所述的供水管组件为第一雾化喷头、第二雾化喷头、第三雾化喷头、第四雾化喷头、第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管、第一导流管、第二导流管、第三导流管、废液排出管和四个导流支撑筒。4.如权利要求3所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置，其特征在于：气液两相采集监控系统包括气体分析仪、第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管、第一取气管、第二取气管、第三取气管和第四取气管；第一取液管的进口连接在第一U形管底部，第二取液管的进口连接在第二U形管底部，第三取液管的进口连接在第三U形管底部，第四取液管的进口连接在第四U形管底部，第一取液管、第二取液管、第三取液管和第四取液管上均设置有取液阀；第一取气管的进口与一号密封培养箱上侧部的取气口连接，第二取气管的进口与二号密封培养箱上侧部的取气口连接，第三取气管的进口与三号密封培养箱上侧部的取气口连接，第四取气管的进口与四号密封培养箱上侧部的取气口连接；一号密封培养箱上侧部的取气口内侧、二号密封培养箱上侧部的取气口内侧、三号密封培养箱上侧部的取气口内侧和四号密封培养箱上侧部的取气口内侧均设置有气体压力传感器；第一取气管上沿气流方向依次设有第一干燥器和第一气体流量计，第二取气管上沿气流方向依次设有第二干燥器和第二气体流量计，第三取气管上沿气流方向依次设有第三干燥器和第三气体流量计，第四取气管上沿气流方向依次设有第四干燥器和第四气体流量计；所述的取气管组件为第一取气管、第一干燥器、第一气体流量计、第二取气管、第二干燥器、第二气体流量计、第三取气管、第三干燥器、第三气体流量计、第四取气管、第四干燥器和第四气体流量计；所述的取液管组件为第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管和四个取液阀。5.如权利要求4所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置，其特征在于：保温隔层板的材料为硅酸铝保温板，保温隔层板接缝及接点可采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封。6.如权利要求5所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）组装上述温度控制系统和原位渗水模拟系统，对保温隔层板接缝处采用弹性泡沫棉垫片或硅酸盐复合绝热涂料密封；（2）在一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内的底部分别安装不锈钢的导流支撑筒、第一透水滤网、第二透水滤网、第三透水滤网和第四透水滤网，依次在第一透水滤网上方的一号密封培养箱内、第二透水滤网上方的二号密封培养箱内、第三透水滤网上方的三号密封培养箱内和第四透水滤网上方的四号密封培养箱内装入埋层由浅到深的风化煤，然后将一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱分别放置到第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板上，接着连接第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管、第一导流管、第二导流管、第三导流管和废液排出管；最后连接气液两相采集和监测系统，并在所有接口处采用环氧树脂胶进行密封；（3）打开注水口，向储水箱内注入一定体积的地层水；打开流量开关，并通过电脑设定水流速度，储水箱内的水通过引流管流向一号密封培养箱，通过第一雾化喷头均匀喷射到一号密封培养箱内的风化煤上；（4）通过操控温度控制器将保温箱体内的温度控制在地层温度范围内，保证风化煤及其所含的本源菌在该温度下进行生物产气；（5）在一号密封培养箱内的水靠自身重力自动渗流到二号密封培养箱，二号密封培养箱内水自动渗流入到三号密封培养箱内，三号密封培养箱内水自动渗流入到四号密封培养箱内；（6）风化煤在本源菌作用下会产生生物气，气体通过第一干燥器、第二干燥器、第三干燥器和第四干燥器进行干燥，然后通过第一气体流量计、第二气体流量计、第三气体流量计和第四气体流量计的计量，气体分析仪自动记录气流量数据包括瞬时气流量和累计气流量，并对气体组分数据，包括甲烷、二氧化碳、氮气的浓度变化进行记录和分析；（7）水流经过煤层渗透作用逐级渗透进入四号密封培养箱底部第四U形管内，打开排液阀，通过废液排出管排出废液；（8）直到第一气体流量计、第二气体流量计、第三气体流量计和第四气体流量计无示数后停止实验，清理现场，回收材料，对比不同风化程度煤的生物产气能力。7.如权利要求6所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置的实验方法，其特征在于：在风化煤及其所含的本源菌进行生物产气过程中，每隔一天打开第一取液管、第二取液管、第三取液管、第四取液管上的取液阀，取适量液体进行液相有机物等分析，以及测定反应体系的菌群活性、种类和代谢环境的菌液变化。8.如权利要求6所述的不同风化程度煤的生物产气模拟装置的实验方法，其特征在于：在步骤（2）结束后、步骤（3）开始前，进行气密性检测，为保证一号密封培养箱、二号密封培养箱、三号密封培养箱和四号密封培养箱内产生气体能分别被第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管密封，设置四个气体压力传感器，一旦气压超过第一U形管、第二U形管、第三U形管、第四U形管内水柱的封闭能力，就会报警，以便及时处理，避免不同风化程度的煤产生的气体混合。

百度查询： 河南理工大学 中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院 不同风化程度煤的生物产气模拟装置及其实验方法

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