附聚的顆粒狀低煤階煤原料及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上設(shè)及用于制備粒度適合于在流化床反應(yīng)器和某些其它氣化反應(yīng)器 中的反應(yīng)并且特別是適合于煤氣化和燃燒應(yīng)用的附聚的顆粒狀低煤階煤（low-rank coal) 原料的工藝（方法，process)。本發(fā)明還設(shè)及包括制備和利用該樣的附聚的顆粒狀低煤階 煤原料的集成的煤氣化和燃燒工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑒于眾多因素例如較高的能源價(jià)格和環(huán)境顧慮，從較低燃料價(jià)值的碳質(zhì)原料（例 如石油焦炭（petroleum coke)、渣油（resid)、漸青質(zhì)、煤和生物質(zhì)）生產(chǎn)增值產(chǎn)品（例如 管道品質(zhì)代用天然氣、氨氣、甲醇、高級(jí)姪、氨和電力）正重新受到關(guān)注。
[0003] 可將該樣的較低燃料價(jià)值的碳質(zhì)原料在升高的溫度和壓力下氣化W生產(chǎn)合成氣 體（synthesis gas)物流，所述合成氣體物流可隨后被轉(zhuǎn)化為該樣的增值產(chǎn)品。
[0004] "常規(guī)的"氣化工藝，例如，基于碳源在升高的溫度和壓力下的部分燃燒/氧化和/ 或蒸汽氣化的那些（熱氣化），產(chǎn)生作為主要產(chǎn)物的合成氣（syngas)(-氧化碳+氨氣，低 級(jí)BTU合成氣體物流）（未直接產(chǎn)生甲燒或直接產(chǎn)生的甲燒很少）。所述合成氣可直接燃燒 用于熱能，和/或可進(jìn)一步加工W生產(chǎn)甲燒（經(jīng)由催化甲燒化，參見W下反應(yīng)（III))、氨氣 (經(jīng)由水煤氣變換，參見W下反應(yīng)（II))和/或許多其它高級(jí)姪產(chǎn)物。
[0005] -種有利的氣化工藝是加氨甲燒化化y化omethanation)，其中將碳質(zhì)原料在流化 床加氨甲燒化反應(yīng)器中在催化劑源、合成氣（一氧化碳和氨氣）和蒸汽的存在下在適度升 高的溫度和壓力下轉(zhuǎn)化W直接產(chǎn)生甲燒增濃的合成氣體物流（中級(jí)（medium)BTU合成氣體 物流）粗產(chǎn)物，其然后也可被直接燃燒，進(jìn)一步加工W使甲燒內(nèi)容物增濃（enrich),用于生 產(chǎn)氨氣和/或用于生產(chǎn)許多其它姪產(chǎn)物。
[0006] 該樣的較低燃料價(jià)值的碳質(zhì)原料可替代地被直接燃燒而用于獲得它們的熱值，典 型地用于產(chǎn)生蒸汽和電能（直接地或者經(jīng)由產(chǎn)生的蒸汽間接地）。
[0007] 在W上用途中，原始的（raw)顆粒狀原料典型地通過(guò)如下進(jìn)行加工；至少研磨至 適合于特定的流化床或其它的氣化操作的規(guī)定粒度分布曲線（輪廓，profile)(包括粒度 分布的化巧0) W及上端和下端）。典型地，粒度分布曲線將取決于床的類型、流化條件（在 流化床的情況下，例如流化介質(zhì)和速度）和其它條件例如原料組成和反應(yīng)性、原料物理性 質(zhì)（例如密度和表面積）、反應(yīng)器壓力和溫度、反應(yīng)器構(gòu)造（例如幾何結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)件）、W 及相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員普遍承認(rèn)的各種各樣的其它因素。
[000引"低煤階"煤典型地為具有暗淡的、泥±狀外觀的較軟的、易碎的材料。它們特征在 于相對(duì)較高的水分水平和相對(duì)較低的碳含量，并且因此，較低的能量含量（內(nèi)能）。低煤階 煤的實(shí)例包括泥煤、褐煤和次煙煤。"高煤階"煤的實(shí)例包括煙煤和無(wú)煙煤。
[0009] 除了它們相對(duì)低的熱值之外，低煤階煤的使用還具有其它缺點(diǎn)。例如，該樣的煤的 易碎性可導(dǎo)致在原料制備（研磨和其它加工）中和在該樣的煤的氣化/燃燒中高的細(xì)屑損 失。必須管理或者甚至除掉該樣的細(xì)屑，該通常意味著對(duì)于該樣的煤的使用而言經(jīng)濟(jì)和效 率劣勢(shì)（經(jīng)濟(jì)和加工障礙因素）。對(duì)于非常高度易碎的煤例如褐煤，該樣的細(xì)屑損失可接近 或者甚至超過(guò)最初材料的50%。換而言之，低煤階煤的加工和使用可導(dǎo)致所開采出的低煤 階煤中的碳含量的實(shí)質(zhì)（顯著）百分?jǐn)?shù)的損失（或者較不期望的使用）。
[0010]因此，期望找到有效地加工低煤階煤W減少在原料加工W及該樣的低煤階煤材料 在各種氣化和燃燒工藝中的最終轉(zhuǎn)化兩者中的細(xì)屑損失的途徑。
[001U 包含顯著量雜質(zhì)例如鋼和氯（例如，化C1)的低煤階煤由于該樣的組分的高度腐 蝕性的和結(jié)垢的性質(zhì)而可能實(shí)際上不能用在氣化/燃燒工藝中，因此需要預(yù)處理W除去該 樣的雜質(zhì)。典型地，增加該樣的預(yù)處理使得鋼和/或氯污染的低煤階煤的使用在經(jīng)濟(jì)上不 可行。
[0012] 因此，期望找到更有效地預(yù)處理該些污染的低煤階煤W除去相當(dāng)大 (substantial)部分的至少無(wú)機(jī)鋼和/或氯含量的途徑。
[0013] 低煤階煤還可具有提高的灰分水平，并且因此每單位的原始原料更低的可用碳含 量。
[0014] 因此，期望找到更有效地預(yù)處理該些低煤階煤W降低總灰分含量的途徑。
[0015] 而且，與高煤階煤相比，低煤階煤傾向于具有更低的堆積密度和在單個(gè)顆粒密度 方面更多的可變性，該對(duì)于設(shè)計(jì)和操作氣化和燃燒工藝而言可產(chǎn)生挑戰(zhàn)。
[0016] 因此，期望找到提高低煤階煤的顆粒密度和顆粒密度一致性兩者W最終改善利用 該樣的低煤階煤的工藝的操作性的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 在第一方面中，本發(fā)明提供用于制備規(guī)定粒度分布的自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低 煤階煤原料的工藝，所述工藝包括如下步驟：
[001引 （a)選擇所述自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的粒度分布的規(guī)格，所述規(guī) 格包括
[0019] (i)目標(biāo)化(50)，其為在從約100微米到約6000微米范圍內(nèi)的值，
[0020] 扣）目標(biāo)上端粒度，其為大于目標(biāo)化巧0)的值，和
[0021] (iii)目標(biāo)下端粒度，其為小于目標(biāo)化巧0)的值；
[0022] 化）提供具有初始顆粒密度的原始的顆粒狀低煤階煤原料；
[0023] (C)將所述原始的顆粒狀低煤階煤原料研磨至目標(biāo)化巧0)的從約2%到約50%的 經(jīng)研磨的化(50)，W產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料；
[0024] (d)將所述經(jīng)研磨的低煤階煤原料用水和粘合劑造粒W產(chǎn)生具有目標(biāo)化巧0)的 從約90 %到約110 %的經(jīng)造粒的化巧0)和比所述初始顆粒密度大至少約5 %的顆粒密度的 自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒，其中所述粘合劑選自水溶性粘合劑、水分散性粘合劑、及 其混合物；和
[0025] (e)從所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒除去如下的全部或一部分W產(chǎn)生自由 流動(dòng)的附聚的低煤階煤原料：
[0026] (i)大于所述上端粒度的顆粒，
[0027] 扣）小于所述下端粒度的顆粒，或 [002引 （iU) (i)和扣）兩者。
[0029] 在第二方面中，本發(fā)明提供用于將低煤階煤原料氣化為包括一氧化碳和氨氣的粗 制合成氣體物流的工藝，所述工藝包括如下步驟：
[0030] (A)制備規(guī)定粒度分布的低煤階煤原料；
[0031] 炬）將如下進(jìn)料到流化床氣化反應(yīng)器中 [00對(duì) a)步驟（A)中制備的低煤階煤原料，和
[0033] (ii)包括蒸汽和氧氣之一或兩者的氣體物流；
[0034] (C)使步驟炬）中進(jìn)料到氣化反應(yīng)器中的低煤階煤原料在升高的溫度和壓力下與 所述氣體物流反應(yīng)，W產(chǎn)生包括一氧化碳和氨氣的粗制氣體；和
[003引 做將在步驟似中在所述氣化反應(yīng)器中產(chǎn)生的所述粗制氣體的物流作為粗制合 成氣體物流除去，
[0036] 其中所述低煤階煤原料包括自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料，且步驟（A) 包括如下步驟：
[0037] (al)選擇所述自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的粒度分布的規(guī)格，所述規(guī) 格包括
[003引 （i)目標(biāo)化巧0)，其中所選擇的目標(biāo)化巧0)為在從約100微米到約6000微米范 圍內(nèi)的值，
[0039] (ii)目標(biāo)上端粒度，和
[0040] (iii)目標(biāo)下端粒度；
[0041] 化1)提供具有初始顆粒密度的原始的顆粒狀低煤階煤原料；
[0042] (cl)將所述原始的顆粒狀低煤階煤原料研磨至目標(biāo)化巧0)的從約2%到約50% 的經(jīng)研磨的化(50)，W產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料；
[0043] (dl)將所述經(jīng)研磨的低煤階煤原料用水和粘合劑造粒W產(chǎn)生具有目標(biāo)化巧0)的 從約90 %到約110 %的經(jīng)造粒的化巧0)和比所述初始顆粒密度大至少約5 %的顆粒密度的 自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒，其中所述粘合劑選自水溶性粘合劑、水分散性粘合劑、及 其混合物；和
[0044] (el)從所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒除去如下的全部或一部分W產(chǎn)生所 述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤原料：
[0045] (i)大于所述上端粒度的顆粒，
[0046] (ii)小于所述下端粒度的顆粒，或
[0047] (iii) (i)和（ii)兩者。
[0048] 在第=方面中，本發(fā)明提供用于使低煤階煤原料燃燒W產(chǎn)生熱能的工藝，所述工 藝包括如下步驟：
[0049] (A1)制備規(guī)定粒度分布的低煤階煤原料；
[0化0] 炬1)將如下進(jìn)料到流化床燃燒器中
[0051] (i)步驟（A1)中制備的低煤階煤原料，和
[005引 扣）氧氣；
[0053] (C1)用氧氣使在步驟炬1)中進(jìn)料到所述燃燒器中的低煤階煤原料在升高的溫度 和壓力下燃燒，W產(chǎn)生包括二氧化碳和熱能的燃燒氣體；和 [0化4] 值1)從所述燃燒氣體收取熱能，
[0055] 其中所述低煤階煤原料包括自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料，且步驟（Al) 包括如下步驟：
[0056] (a2)選擇所述自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的粒度分布的規(guī)格，所述規(guī) 格包括
[0化7] (i)目標(biāo)化巧0)，其中所選擇的目標(biāo)化巧0)為在從約100微米到約6000微米范 圍內(nèi)的值，
[0化引 （ii)目標(biāo)上端粒度，和
[0059] (iii)目標(biāo)下端粒度；
[0060] 化2)提供具有初始顆粒密度的原始的顆粒狀低煤階煤原料；
[0061] (c2)將所述原始的顆粒狀低煤階煤原料研磨至目標(biāo)化巧0)的從約2%到約50% 的經(jīng)研磨的化(50)，W產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料；
[0062] (d2)將所述經(jīng)研磨的低煤階煤原料用水和粘合劑造粒W產(chǎn)生具有目標(biāo)化巧0)的 從約90 %到約110 %的經(jīng)造粒的化巧0)和比所述初始顆粒密度大至少約5 %的顆粒密度的 自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒，其中所述粘合劑選自水溶性粘合劑、水分散性粘合劑、及 其混合物；和
[0063] (e2)從所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒除去如下的全部或一部分W產(chǎn)生所 述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤原料：
[0064] (i)大于所述上端粒度的顆粒，
[0065] 扣）小于所述下端粒度的顆粒，或
[0066] (iii) (i)和（ii)兩者。
[0067] 根據(jù)本發(fā)明的工藝?yán)鐚?duì)于如下是有用的；從各種低煤階煤材料W降低的資本和 操作強(qiáng)度W及更大的總體工藝效率更有效地生產(chǎn)更高價(jià)值產(chǎn)品和副產(chǎn)品。
[0068] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從閱讀W下【具體實(shí)施方式】將更容易地理解本發(fā)明的該些和 其它實(shí)施方式、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0069] 圖1為根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的工 藝的實(shí)施方式的概要圖。
[0070] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的氣化工藝的實(shí)施方式的概要圖。
[0071] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的燃燒工藝的實(shí)施方式的概要圖。
【具體實(shí)施方式】
[0072] 本發(fā)明設(shè)及從低煤階煤制備適合用于某些氣化和燃燒工藝中的原料的工藝和將 那些原料最終轉(zhuǎn)化為一種或更多種增值產(chǎn)品的工藝。W下提供進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0073] 在本說(shuō)明書的上下文中，本文中所提及的所有的出版物、專利申請(qǐng)、專利和其它參 考文獻(xiàn)，如果未另有說(shuō)明的話，則