[发明专利]一种酸处理耦合微生物转化褐煤产生物甲烷和乳酸的方法

说明书

本发明公开了一种酸处理耦合微生物转化褐煤产生物甲烷和乳酸的方法，属于褐煤等低阶煤资源化应用技术领域，包括：粉碎、酸处理、过滤离心和厌氧发酵步骤。本发明利用褐煤的主要成分为有机质和腐植酸这一特点，将褐煤腐植酸中的糖残基解离、利用，转化褐煤为生物甲烷和乳酸等化合物，在不添加外源营养物质的条件下，实现褐煤微生物转化所需营养物质的自我供给，降低褐煤转化成本，还可促进生物甲烷和乳酸的工业化生产，对褐煤资源的高值化利用具有重大意义，开辟了储量丰富的褐煤制清洁能源和高值化学品的新途径。

技术领域

本发明属于低阶煤资源化应用技术领域，具体涉及一种酸处理耦合微生物转化褐煤产生物甲烷和乳酸的方法。

背景技术

煤炭，作为一种不可再生的能源，它的有限性和它在开采利用过程中的污染性逐步突显出来。如何能够合理有效的利用煤炭资源，已经成为一个亟待解决的问题。

现有的煤制天然气，尤其是采用碎煤加压固定床气化技术的项目，废水成分复杂，处置难度非常大，个别项目高有机物、高含盐废水每吨处理成本高达百元，是国际煤化工行业普遍面临的难题。废水处置是煤制天然气发展面临的主要环境制约因素。我国西部地区受自然环境限制，即使通过增加投资和能耗解决了废水处理的技术问题，由于缺少排污去向，不能回用废水的最终处置去向成为煤制天然气最重要的制约问题之一。

此外，煤炭资源和水资源存在逆向分布的特征，尤其是以新疆、内蒙古等为代表的煤炭资源丰富地区，大量煤制天然气及煤电项目如内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，布局于这些生态环境脆弱的地区，水资源短缺的矛盾更为突出，并有可能引发一系列区域性生态环境问题和社会问题。

褐煤是一种低阶煤，与泥炭相比，褐煤不含有未分解的植物残体，无纤维素、半纤维素、木质素和果胶质成分；与烟煤、无烟煤相比，褐煤含有腐植酸(Humic acid)。目前褐煤主要用作燃料，用于坑口发电效益不明显，并且在燃烧发电过程中产生了大量的粉尘、氮氧化物、硫氧化物和一氧化碳等有毒有害物质，造成严重的环境污染。由于褐煤水含量高(30-50％)、以褐煤为原料进行煤制天然气，经济性差。由于褐煤的煤化程度最低，其化学反应活性好、H/C比高等独特性质决定了褐煤可以作为微生物转化的原料。现阶段实验室中褐煤微生物转化还存在以下问题：首先，煤样必须进行硝酸氧化预处理，否则微生物对煤不作用或作用不明显。这种处理不仅大大增加了成本，而且在煤中引入了硝基，煤燃烧时将放出额外的NOx。其次微生物对褐煤的转化效率还是比较低的。虽然现阶段的研究还未达到工业化生产的要求，但是与褐煤液化、气化所需要的高温、高压、能耗大、污染相比较，褐煤微生物转化的优点也很明显，比如可以在常温下进行，不需要对设备有很高的要求，污染相对较少等。从能源利用、环境保护等角度来看，褐煤微生物转化前景都是很好的。

平台化合物中，乳酸是一种多用途的绿色平台化合物，以乳酸为单体合成的聚乳酸塑料被认为是石化塑料的最佳替代品之一。聚乳酸的大量需求导致降低乳酸发酵成本迫在眉睫。与太阳能、风能相比，以生物甲烷为典型代表的生物质能是唯一可存储、可作为燃料和化学原料的可再生能源。生物甲烷作为战略资源和可再生能源已在德国和瑞典等发达国家得到快速发展。以褐煤转化生产生物甲烷为例：

专利201210456311.X公开了一种利用微生物将褐煤转化为甲烷的方法，利用外源微生物驯化后将煤转化为甲烷的方法，采用污水处理厂活性污泥和沼液中的菌群，利用粒径小于0.075mm的煤粉进行逐步纯化和驯化后，将煤转化为甲烷。其中加入的营养液为市售的微生物发酵营养液，微生物营养盐配制。

专利201310237902.2公开了一种地表生物煤层气转化工艺及设备，其特点在于：把煤炭放入容器中，加入甲烷微生物和/或甲烷微生物营养液，将煤炭的挥发分转化成甲烷气体，再收取利用甲烷气体。