217575A1、US2009/0229182A1和 US2009/0217587A1。
[0071]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“基于植物的生物質(zhì)”指的是由如下得到的材料:綠色植物、農(nóng)作物、藻類、和樹(shù)木，例如，但不限于，高粱、甘蔗渣、甘蔗、竹子、雜交楊、雜交柳、合歡樹(shù)、桉樹(shù)、苜蓿、三葉草、油棕屬、柳枝稷、蘇丹草、黍(粟)、麻風(fēng)樹(shù)、和芒草(例如，巨芒(Miscanthus x giganteus))。生物質(zhì)進(jìn)一步包括來(lái)自農(nóng)業(yè)耕作、加工、和/或降解的廢棄物例如玉米棒子和殼、玉米秸桿、稻草、堅(jiān)果殼、植物油、低芥酸菜子油、菜子油、生物柴油、樹(shù)皮、木片、鋸肩、和庭院廢棄物。
[0072]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“基于動(dòng)物的生物質(zhì)”指的是由動(dòng)物養(yǎng)殖和/或利用產(chǎn)生的廢棄物。例如，生物質(zhì)包括，但不限于，來(lái)自家畜養(yǎng)殖和加工的廢棄物例如動(dòng)物糞便、鳥(niǎo)糞、家禽巢廄廢棄物(poultry litter)、動(dòng)物脂肪、和市政固體廢棄物(例如，污物)。
[0073]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“非生物質(zhì)”指的是未被如本文中定義的術(shù)語(yǔ)“生物質(zhì)”所涵蓋的那些碳質(zhì)材料。例如，非生物質(zhì)包括，但不限于，無(wú)煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤、石油焦炭、瀝青質(zhì)、液體石油殘留物(殘?jiān)?，residue)、或其混合物。例如，參見(jiàn)US2009/0166588A1、US2009/0165379A1、US2009/0165380A1、US2009/0165361A1、US2009/0217590A1 和US2009/0217586A1。
[0074]“液體重質(zhì)烴材料”是在環(huán)境條件下能流動(dòng)的或者可在升高的溫度條件下變成能流動(dòng)的粘滯性的液體或半固體材料。這些材料典型地為來(lái)自烴材料例如原油的加工的殘留物。例如，原油煉制中的第一步驟通常是蒸餾以將烴的復(fù)雜混合物分離為不同揮發(fā)性的級(jí)分(餾分)。典型的第一步驟蒸餾要求在大氣壓下加熱以在不超過(guò)約650° F(約343°C )的實(shí)際溫度的情況下使盡可能多的烴內(nèi)容物蒸發(fā)，因?yàn)檩^高的溫度可導(dǎo)致熱分解。在大氣壓下未被蒸餾的級(jí)分通常被稱為“常壓石油殘留物”?？蛇M(jìn)一步將所述級(jí)分在真空下蒸餾，使得最高達(dá)約650° F(約343°C)的實(shí)際溫度可使甚至更多的材料蒸發(fā)。剩留的不能蒸餾的液體被稱為“減壓石油殘留物”。對(duì)于本發(fā)明而言，常壓石油殘留物和減壓石油殘留物兩者被認(rèn)為是液體重質(zhì)烴材料。
[0075]液體重質(zhì)烴材料的非限制性實(shí)例包括減壓渣油；常壓渣油；重質(zhì)拔頂油(heavyand reduced petroleum crude oil);瀝青(pitch)、柏油(asphalt)和瀝青(bitumen)(天然存在的以及從石油煉制工藝得到的)；焦油砂油；頁(yè)巖油；來(lái)自催化裂化工藝的塔底物；煤液化塔底物；和包含顯著量的重質(zhì)的或者粘滯性的材料的其它烴進(jìn)料物流例如石油蠟級(jí)分。
[0076]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“瀝青質(zhì)”在室溫下為芳族碳質(zhì)固體，并且可例如從原油和原油焦油砂的加工得到。瀝青質(zhì)也可被認(rèn)為是液體重質(zhì)烴原料。
[0077]所述液體重質(zhì)烴材料可內(nèi)在地包含較少量的固體碳質(zhì)材料，例如石油焦炭和/或固體瀝青質(zhì)，其通常分散在所述液體重質(zhì)烴基質(zhì)內(nèi)并且在作為用于本工藝的進(jìn)料條件使用的升高的溫度條件下保持固態(tài)。
[0078]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“石油焦炭”和“石油焦(petcoke) ”包括⑴在石油加工中獲得的高沸點(diǎn)烴級(jí)分的固態(tài)熱分解產(chǎn)物(重質(zhì)殘?jiān)?“渣油石油焦(resid petcoke)"),和(ii)加工焦油砂的固態(tài)熱分解產(chǎn)物(瀝青砂或油砂-“焦油砂石油焦”)兩者。這樣的碳化產(chǎn)物包括，例如，綠色的(green)、經(jīng)煅燒的、針狀的和流化床石油焦。
[0079]渣油石油焦也可由原油例如通過(guò)用于提升重比重殘留原油(例如液體石油殘留物)品質(zhì)的煉焦工藝得到，所述石油焦包含作為較少組分的灰分，其典型地為基于所述焦炭的重量的約1.0重量％或更少、和更典型地約0.5重量％或更少。典型地，在這樣的較低灰分焦炭中的灰分主要包括金屬例如鎳和釩。
[0080]焦油砂石油焦可由油砂例如通過(guò)用于提升油砂品質(zhì)的煉焦工藝得到。焦油砂石油焦包含作為較少組分的灰分，其典型地在基于所述焦油砂石油焦的總重量的從約2重量％到約12重量％的范圍內(nèi)，和更典型地在從約4重量％到約12重量％的范圍內(nèi)。典型地，在這樣的較高灰分焦炭中的灰分主要包括例如二氧化硅和/或氧化鋁的物質(zhì)。
[0081]石油焦炭可包括基于石油焦炭的總重量的至少約70重量％碳、至少約80重量％碳、或至少約90重量％碳。典型地，石油焦炭包括基于石油焦炭重量的小于約20重量％的無(wú)機(jī)化合物。
[0082]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“煤”指的是泥煤、褐煤、次煙煤、煙煤、無(wú)煙煤、或其混合物。在某些實(shí)施方式中，所述煤具有基于總的煤重量的小于約85%、或者小于約80%、或者小于約75%、或者小于約70%、或者小于約65%、或者小于約60%、或者小于約55%、或者小于約50% (以重量計(jì))的碳含量。在其它實(shí)施方式中，所述煤具有范圍基于總的煤重量最高達(dá)約85%、或者最高達(dá)約80%、或者最高達(dá)約75% (以重量計(jì))的碳含量。有用的煤的實(shí)例包括，但不限于，Illinois#6、Pittsburgh#8、Beulah (ND)、Utah Blind Canyon、和Powder River Basin(PRB)煤。無(wú)煙煤、煙煤、次煙煤、和褐煤可分別含有約10重量％、從約5到約7重量％、從約4到約8重量％、和從約9到約11重量％的灰分，基于干重以所述煤的總重量計(jì)。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的，任何特定的煤來(lái)源的灰分含量將取決于煤的煤階(等級(jí)，rank)和來(lái)源。參見(jiàn)例如“Coal Data:A Reference”，EnergyInformat1n Administrat1n, Office of Coal, Nuclear, Electric and AlternateFuels, U.S.Department of Energy, D0E/EIA-0064 (93), 1995 年 2 月。
[0083]如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的，由煤的燃燒產(chǎn)生的灰分典型地包括飛灰和底灰兩者。來(lái)自煙煤的飛灰可包括基于所述飛灰的總重量的從約20到約60重量％二氧化硅和從約5到約35重量％氧化鋁。來(lái)自次煙煤的飛灰可包括基于所述飛灰的總重量的從約40到約60重量％二氧化硅和從約20到約30重量％氧化鋁。來(lái)自褐煤的飛灰可包括基于所述飛灰的總重量的從約15到約45重量％二氧化硅和從約20到約25重量％氧化鋁。參見(jiàn)例如，Meyers 等，“Fly Ash.A Highway Construct1n Material，，，F(xiàn)ederal HighwayAdministrat1n, Report N0.FHWA-1P-76-16, Washington, DC, 1976。
[0084]來(lái)自煙煤的底灰可包括基于所述底灰的總重量的從約40到約60重量％二氧化硅和從約20到約30重量％氧化鋁。來(lái)自次煙煤的底灰可包括基于所述底灰的總重量的從約40到約50重量％二氧化硅和從約15到約25重量％氧化鋁。來(lái)自褐煤的底灰可包括基于所述底灰的總重量的從約30到約80重量％二氧化硅和從約10到約20重量％氧化銷。參見(jiàn)例如，Moulton, Lyle K.“Bottom Ash and Boiler Slag，，，Proceedings of theThird Internat1nal Ash Utilizat1n Symposium, U.S.Bureau of Mines, Informat1nCircular N0.8640, Washington, DC, 1973。
[0085]材料例如甲烷取決于其起源的來(lái)源而可為在以上定義下的生物質(zhì)或非生物質(zhì)。
[0086]“非氣態(tài)(的)”材料在環(huán)境條件下基本上為液體、半固體、固體、或者混合物。例如，煤、石油焦、瀝青質(zhì)和液體石油殘留物為非氣態(tài)材料，而甲烷和天然氣為氣態(tài)材料。
[0087]術(shù)語(yǔ)“單元”涉及單元操作。當(dāng)超過(guò)一個(gè)“單元”被描述為存在時(shí)，那些單元以平行(并行)方式操作，除非另有說(shuō)明。然而，取決于上下文，單個(gè)“單元”可包括串聯(lián)或并聯(lián)的超過(guò)一個(gè)的該單元。例如，旋流器單元可包括:內(nèi)部旋流器，其后串聯(lián)地跟著外部旋流器。作為另一實(shí)例，造粒單元可包括:用于造粒至第一粒度/顆粒密度的第一造粒機(jī)，其后串聯(lián)地跟著用于造粒至第二粒度/顆粒密度的第二造粒機(jī)。
[0088]如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“自由流動(dòng)的”顆粒指的是，所述顆粒沒(méi)有由于水分含量而實(shí)質(zhì)上附聚(例如，沒(méi)有實(shí)質(zhì)上聚集、結(jié)塊(cake)或凝集(clump))，如相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分理解的。自由流動(dòng)的顆粒無(wú)需為“干燥的”，但是期望地，所述顆粒的水分含量基本上包含在內(nèi)部，使得存在最低限度的(或者不存在)表面水分。
[0089]術(shù)語(yǔ)“碳質(zhì)原料的一部分”涉及的是未反應(yīng)的原料以及部分反應(yīng)的原料、以及可全部或部分地從碳質(zhì)原料得到的其它組分(例如一氧化碳、氫氣和甲烷)的碳內(nèi)容物。例如，“碳質(zhì)原料的一部分”包括可存在于副產(chǎn)物炭和再循環(huán)的細(xì)肩中的碳內(nèi)容物，所述炭最終得自最初的碳質(zhì)原料。
[0090]本發(fā)明上下文中的術(shù)語(yǔ)“過(guò)熱蒸汽”指的是在所利用的條件下為非冷凝性的蒸汽物流，如相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的。
[0091]本發(fā)明上下文中的術(shù)語(yǔ)“干飽和蒸汽”或“干蒸汽”指的是非冷凝性的略微過(guò)熱的飽和蒸汽，如相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的。
[0092]術(shù)語(yǔ)“HGI”指的是如根據(jù)ASTM D409/D409M_llael測(cè)量的哈格羅夫可磨性指數(shù)(Hardgrove Grinding Index)。
[0093]術(shù)語(yǔ)“dp (50)”指的是如根據(jù)ASTM D4749-87 (2007)測(cè)量的粒度分布的中間粒度(mean particle size)。
[0094]術(shù)語(yǔ)“顆粒密度”指的是如根據(jù)ASTM D4284-12通過(guò)壓汞式孔隙率測(cè)定法測(cè)量的顆粒密度。
[0095]當(dāng)描述粒度時(shí)，“+ ”的使用意味著大于或等于(例如，近似最小值)，和的使用意味著小于或等于(例如，近似最大值)。
[0096]雖然在本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)踐或試驗(yàn)中可使用與本文中描述的方法和材料類似或等同的那些，但是本文中描述了合適的方法和材料。本文中的材料、方法和實(shí)例因此僅是說(shuō)明性的，并且除了具體說(shuō)明之外，不意圖為限制性的。
_7] 總的原料制備工藝信息
[0098]本發(fā)明部分地涉及用于制備適合于流化床應(yīng)用(包括氣化和燃燒工藝)以及某些其它固定/移動(dòng)床氣化工藝的自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的各種工藝。
[0099]典型地，根據(jù)本發(fā)明，用于流化床用途的這樣的原料的粒度分布將具有大致落在從約100微米到約1000微米范圍內(nèi)的dp(50)。不同的流化床工藝將具有它們自身更窄的粒度分布范圍，如以下更詳細(xì)地討論的。
[0100]本發(fā)明在步驟(A)中提供針對(duì)最終的自由流動(dòng)的附聚的顆粒狀低煤階煤原料的最終用途的期望的最終粒度分布的設(shè)置，包括目標(biāo)dp (50)、目標(biāo)上端粒度(大的或“粗大物(bigs)”)和目標(biāo)下端粒度(小的或“細(xì)肩”)。典型地，目標(biāo)上端粒度應(yīng)為目標(biāo)dp (50)的至少約200%、或者至少三倍即約300%、和在一些情況下最高達(dá)約1000%，但是小于或等于約1500微米；同時(shí)目標(biāo)下端粒度應(yīng)為目標(biāo)dp (50)的不大于約50 %、或者不大于約33 %、和在一些情況下不小于約10%，但是大于或等于約45微米(約325目)。
[0101]相關(guān)最終用途領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將容易地能夠?qū)τ谄谕淖罱K用途確定期望的粒度分布曲線。例如，以下詳述用于某些氣化和燃燒工藝的期望的粒度分布曲線。
[0102]在步驟(B)中，提供原始的顆粒狀低煤階煤原料。
[0103]術(shù)語(yǔ)“低煤階煤”為相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解。低煤階煤包括典型的次煙煤、以及褐煤和泥煤。低煤階煤通常被認(rèn)為是與高煤階煙煤和無(wú)煙煤相比“更年輕的”煤，并且與這樣的高煤階煤相比，往往具有更低的顆粒密度、更高的孔隙率、更低的固定碳含量、更高的水分含量、更高的揮發(fā)物含量、和在許多情況下更高的無(wú)機(jī)灰分含量。
[0104]在一個(gè)實(shí)施方式中，原始的“低煤階煤”具有約25重量％或更大的內(nèi)在(總)水分含量(如根據(jù)ASTM D7582-10el測(cè)量的)、約6500kcal/kg(以干重計(jì))或更少的熱值(如根據(jù)ASTM D5865-lla測(cè)量的)、和約45重量％或更少的固定碳含量(如根據(jù)ASTMD7582-10el 測(cè)量的)。
[0105]典型地，所述原始的顆粒狀低煤階煤原料將具有約50或更大的HGI。本發(fā)明中使用的低煤階煤的一個(gè)實(shí)施方式為具有約70或更大、或者從約70到約130的HGI的原煤。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述低煤階煤為褐煤。
[0106]典型地，本工藝中使用的原始的顆粒狀低煤階煤原料將基本上為低煤階煤、或者僅為低煤階煤。也可使用兩種或更多種不同的低煤階煤的混合物。
[0107]也可使用主要量的一種或多種低煤階煤與較少量的一種或多種其它非氣態(tài)碳質(zhì)原料的混合物作為所述原始的顆粒狀低煤階煤原料。這樣的其它非氣態(tài)原料包括，例如，高煤階煤、石油焦炭、液體石油殘留物、瀝青質(zhì)和生物質(zhì)。在低煤階煤與另一類型的非氣態(tài)碳質(zhì)材料的組合的情況下，為了被認(rèn)為是對(duì)于本發(fā)明而言的“原始的顆粒狀低煤階煤原料”，來(lái)自低煤階煤組分的熱值必須為所述組合的主要部分。換而言之，所述原始的顆粒狀低煤階煤原料的總熱值是有大于50%、或大于約66%、或大于約75%、或大于約90%來(lái)自低煤階煤來(lái)源的。
[0108]如以下更詳細(xì)地討論的，可在所述工藝中的各個(gè)其它步驟加入某些其它非氣態(tài)碳質(zhì)材料。例如，這樣的材料可用于輔助經(jīng)研磨的低煤階煤原料的造粒(粘合)，其例如液體石油殘留物、瀝青質(zhì)和某些生物質(zhì)例如雞糞。
[0109]步驟(B)中提供的原始的低煤階煤原料然后通過(guò)如下進(jìn)行加工:研磨至小的粒度，造粒至期望的最終粒度，然后最終分級(jí)(size)，其實(shí)施方式描繪于圖1中。
[0110]根據(jù)該實(shí)施方式，將原始的顆粒狀低煤階煤原料(10)在原料制備單元(100)中加工以產(chǎn)生經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32)，其在造粒單元(350)中與粘合劑(35)組合、造粒并且最終分級(jí)，以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的自由流動(dòng)的附聚的低煤階煤原料(32+35)。
[0111]原料制備單