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)明總體上涉及用于制備粒度適合于在某些氣化反應(yīng)器中的反應(yīng)并且特別是適合于煤的氣化的附聚的顆粒狀低煤階煤(low-rank coal)原料的工藝。本發(fā)明還涉及包括制備和利用這樣的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的集成的煤的氣化工藝。
【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)、澄油(resid)、瀝青質(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、氫氣、甲醇、高級(jí)烴、氨和電力)正重新受到關(guān)注。
[0003]可將這樣的較低燃料價(jià)值的碳質(zhì)原料在升高的溫度和壓力下氣化以生產(chǎn)合成氣體(synthesis gas)物流，所述合成氣體物流可隨后被轉(zhuǎn)化為這樣的增值產(chǎn)品。
[0004]某些氣化工藝，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+氫氣，低級(jí)BTU合成氣體物流)(未直接產(chǎn)生甲烷或直接產(chǎn)生的甲烷很少)。所述合成氣可直接燃燒用于熱能，和/或可進(jìn)一步加工以生產(chǎn)甲烷(經(jīng)由催化甲烷化，參見以下反應(yīng)(III))、氫氣(經(jīng)由水煤氣變換，參見以下反應(yīng)(II))和/或許多其它高級(jí)烴產(chǎn)物。
[0005]這樣的較低燃料價(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)。
[0006]在以上用途中，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氣化操作的規(guī)定粒度分布曲線(輪廓，profile)(包括粒度分布的dp (50)以及上端和下端)。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)、以及相關(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。
[0007]“低煤階”煤典型地為具有暗淡的、泥土狀外觀的較軟的、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。
[0008]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，這樣的煤的易碎性可導(dǎo)致在原料制備(研磨和其它加工)中和在這樣的煤的氣化/燃燒中高的細(xì)肩損失。必須管理或者甚至除掉這樣的細(xì)肩，這通常意味著對(duì)于這樣的煤的使用而言經(jīng)濟(jì)和效率打擊(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，這樣的細(xì)肩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)。
[0009]因此，期望找到有效地加工低煤階煤以減少在原料加工以及這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)肩損失的途徑。
[0010]包含顯著量雜質(zhì)例如鈉和氯(例如，NaCl)的低煤階煤由于這樣的組分的高度腐蝕性的和結(jié)垢的性質(zhì)而可能實(shí)際上不能用在氣化工藝中，因此需要預(yù)處理以除去這樣的雜質(zhì)。典型地，增加這樣的預(yù)處理使得鈉和/或氯污染的低煤階煤的使用在經(jīng)濟(jì)上不可行。[0011 ] 因此，期望找到更有效地預(yù)處理這些污染的低煤階煤以除去相當(dāng)大(substantial)部分的至少無(wú)機(jī)鈉和/或氯含量的途徑。
[0012]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。
[0013]因此，期望找到更有效地預(yù)處理這些低煤階煤以降低總灰分含量的途徑。
[0014]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，這對(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)。
[0015]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以最終改善利用這樣的低煤階煤的工藝的操作性的途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016]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:
[0017](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
[0018](i)約72600微米或更小的目標(biāo)上端粒度，
[0019](ii)約6350微米或更大的目標(biāo)下端粒度，和
[0020](iii)在所述目標(biāo)上端粒度和所述目標(biāo)下端粒度之間的目標(biāo)dp (50);
[0021](b)提供具有初始顆粒密度的原始的顆粒狀低煤階煤原料；
[0022](c)將所述原始的顆粒狀低煤階煤原料研磨至目標(biāo)dp (50)的從約2%到約50%的經(jīng)研磨的dp (50)，以產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料；
[0023](d)將所述經(jīng)研磨的低煤階煤原料用水和粘合劑造粒以產(chǎn)生具有目標(biāo)dp(50)的從約90 %到約110 %的經(jīng)造粒的dp (50)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
[0024](e)從所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒除去如下的約90重量％或更大以產(chǎn)生所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤原料
[0025](i)大于所述上端粒度的顆粒，和
[0026](ii)小于所述下端粒度的顆粒。
[0027]在第二方面中，本發(fā)明提供將低煤階煤原料氣化為包括一氧化碳和氫氣的粗制合成氣體物流的工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0028](A)制備規(guī)定粒度分布的低煤階煤原料；
[0029](B)將如下進(jìn)料到固定床氣化反應(yīng)器中
[0030](i)步驟(A)中制備的低煤階煤原料，和
[0031](ii)包括蒸汽和氧氣之一或兩者的氣體物流；
[0032](C)使步驟(B)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)，以產(chǎn)生包括一氧化碳和氫氣的粗制氣體；和
[0033](D)將在步驟(C)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，
[0034]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:
[0035](a)選擇所述自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的顆粒分布的規(guī)格，所述規(guī)格包括
[0036](i)約72600微米或更小的目標(biāo)上端粒度，
[0037](ii)約6350微米或更大的目標(biāo)下端粒度，和
[0038](iii)在所述目標(biāo)上端粒度和所述目標(biāo)下端粒度之間的目標(biāo)dp (50);
[0039](b)提供具有初始顆粒密度的原始的顆粒狀低煤階煤原料；
[0040](c)將所述原始的顆粒狀低煤階煤原料研磨至目標(biāo)dp (50)的從約2%到約50%的經(jīng)研磨的dp (50)，以產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料；
[0041](d)將所述經(jīng)研磨的低煤階煤原料用水和粘合劑造粒以產(chǎn)生具有目標(biāo)dp(50)的從約90 %到約110 %的經(jīng)造粒的dp (50)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
[0042](e)從所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤顆粒除去如下的至少約90重量％，以產(chǎn)生所述自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤原料:(i)大于所述上端粒度的顆粒，和(ii)小于所述下端粒度的顆粒。
[0043]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以降低的資本和操作強(qiáng)度以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。
[0044]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從閱讀以下【具體實(shí)施方式】將更容易地理解本發(fā)明的這些和其它實(shí)施方式、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0045]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。
[0046]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。
【具體實(shí)施方式】
[0047]本發(fā)明涉及從低煤階煤制備適合用于某些氣化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。以下提供進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0048]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，則明確地通過(guò)引用而全部引入本文中用于所有目的，如同其被充分闡述一樣。
[0049]除非另有定義，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。在沖突的情況下，包括定義的本說(shuō)明書將進(jìn)行支配。
[0050]除了清楚地指出以外，商標(biāo)以大寫字母顯示。
[0051]除非另有說(shuō)明，所有的百分?jǐn)?shù)、份、比率等以重量計(jì)。
[0052]除非另有說(shuō)明，以psi單位表示的壓力為表壓，和以kPa單位表示的壓力為絕對(duì)壓力。但是，壓力差是作為絕對(duì)值表示的(例如，壓力I比壓力2高25psi)。
[0053]當(dāng)量、濃度、或者其它值或參數(shù)作為范圍、或者上限值和下限值的列表給出時(shí)，這應(yīng)被理解為具體公