元(100)利用研磨步驟，并且可利用其它任選的操作，所述其它任選的操作包括但不限于:用于從經(jīng)研磨的低煤階除去某些雜質(zhì)的洗滌步驟，和調(diào)節(jié)水含量的脫水步驟以進行后續(xù)的造粒。
[0112]在研磨步驟中，可將原始的低煤階煤原料(10)在研磨單元(110)中根據(jù)本領(lǐng)域中已知的任何方法(例如沖擊破碎以及濕法或者干法研磨)破碎、研磨和/或粉碎以產(chǎn)生粒度適合于后續(xù)造粒的粗制的經(jīng)研磨的低煤階煤原料(21)，其典型地是至dp(50)為最終的目標(biāo)dp (50)的從約2%、或者從約5%、或者從約10%最高到約50%、或者到約40%、或者到約33%、或者到約25%。
[0113]提供至研磨步驟的顆粒狀的原始的低煤階煤原料(10)可為如從礦直接獲取的那樣或者可為經(jīng)初始加工的，例如通過粗略破碎至粒度足夠大到在研磨步驟中更精細地研磨。
[0114]與典型的煤研磨工藝不同，經(jīng)研磨的低煤階煤原料(21)沒有在研磨之后立即(直接)分級來除去細肩，而是如所研磨的那樣用于后續(xù)造粒。換而言之，根據(jù)本發(fā)明，原始的顆粒狀低煤階煤原料(10)被完全研磨至較小的粒度，然后重構(gòu)(附聚)直至目標(biāo)粒度。
[0115]本工藝因此利用了顆粒狀的原始的低煤階煤原料(10)的碳內(nèi)容物的基本上全部(約90重量％或更大、或者約95重量％或更大、或者約98重量％或更大)，這與常規(guī)研磨操作中分離出細小或粗大材料(其另外需要單獨加工(或除掉))相反。換而言之，最終的自由流動的附聚的顆粒狀低煤階煤原料包含原始的顆粒狀低煤階煤原料(10)的碳內(nèi)容物的約90重量％或更大、或者約95重量％或更大、或者約98重量％或更大，并且存在引入所述工藝中的顆粒狀的原始的低煤階煤原料(10)的碳內(nèi)容物(熱值)的幾乎完全的利用。
[0116]在一個實施方式中，通過將含水介質(zhì)(40)加入到研磨工藝中而對顆粒狀的原始的低煤階煤原料(10)進行濕法研磨。用于煤原料的濕法研磨的合適方法的實例是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的。
[0117]在另一實施方式中，在濕法研磨工藝中加入酸以使可存在于顆粒狀的原始的低煤階煤原料(10)中的無機灰分的至少一部分分解，從而使得那些無機灰分組分為水溶性的，使得它們可在后續(xù)的洗滌階段(如以下討論的)中被除去。這對于制備用于加氫甲烷化和其它催化工藝的原料是特別有用的，因為灰分組分的某些(例如，二氧化硅和氧化鋁)可結(jié)合對于加氫甲烷化典型地使用的堿金屬催化劑，從而使得那些催化劑為無活性的。合適的酸包括鹽酸、硫酸和硝酸，并且典型地以足以將含水研磨介質(zhì)的pH降低至其中有害的灰分組分將至少部分地溶解的點的較少的量使用。
[0118]粗制的經(jīng)研磨的低煤階煤原料(21)可然后任選地被送至洗滌單元(120)，在洗滌單元(120)中使其與含水介質(zhì)(41)接觸以除去各種水溶性污染物，并且產(chǎn)生經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料(22)，所述水溶性污染物被作為廢水物流(42)取出。該洗滌步驟對于如下是特別有用的:處理被無機鈉和/或無機氯污染的煤(例如，具有高的NaCl含量)，因為鈉和氯兩者在氣化和燃燒工藝中均是高度有害的污染物；以及除去可能已經(jīng)經(jīng)由(如以上討論的)研磨階段中的任選的酸處理而成為水溶性的灰分成分。
[0119]合適的煤洗滌工藝的實例是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的。一種這樣的工藝涉及利用一個或一系列的真空帶式過濾器，其中將經(jīng)研磨的煤在真空帶上輸送，同時向其噴射含水介質(zhì)(典型地，從來自所述工藝的廢水物流(例如，廢水物流(42))的處理回收的再循環(huán)水)。在該階段也可施加添加劑例如表面活性劑、絮凝劑和造粒助劑。例如，可施加表面活性劑和絮凝劑以輔助在真空帶式過濾器和/或任何后續(xù)脫水階段中的脫水。
[0120]所得經(jīng)洗滌的經(jīng)研磨的低煤階煤原料(22)將典型地為具有這樣的水含量的濕濾餅或者濃淤漿的形式:其典型地需要額外的脫水階段(脫水單元(130))來除去一部分水含量和產(chǎn)生具有適合于后續(xù)的在造粒單元(350)中的造粒的水含量的經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32) ?
[0121]適合用于在該脫水階段中使?jié)竦拿簽V餅和濃的煤淤漿脫水的方法和設(shè)備為相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的并且包括例如過濾(重力或真空)、離心、液壓和熱干燥(熱空氣和/或蒸汽)方法和設(shè)備?？墒褂脤τ谒雒侯w粒具有親和性的疏水性有機化合物和溶劑來促進脫水。
[0122]從脫水階段產(chǎn)生的廢水物流(43)可例如被再循環(huán)至洗滌單元(120)和/或送去廢水處理。從廢水物流(43)的處理回收的任何水可被再循環(huán)用于工藝中的其它地方。
[0123]來自原料制備單元(100)的所得物為具有適合于在造粒單元(350)中造粒和進一步加工的適當(dāng)粒度和水分含量的經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32)。
[0124]來自其它來源的適當(dāng)粒度的另外的細肩材料(未示出)可在各種位置處加入到原料制備單元(100)中和/或可與經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32)組合。例如，可將來自其它煤和/或石油焦加工操作的細肩材料與經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32)組合以改變(例如，進一步降低)經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32)的水含量和/或提高其碳含量。作為另一實例，可將從氣化工藝的粗制氣體產(chǎn)物回收的經(jīng)部分轉(zhuǎn)化的細肩以該方式再循環(huán)到原料制備階段中(例如在以下討論的圖2中描繪的，在催化劑回收之前或之后，像回收的細肩物流(362))。
[0125]造粒單元(350)利用造粒步驟和最終的分級步驟，并且可利用其它任選操作，包括但不限于為了最終用途而調(diào)節(jié)水含量的脫水步驟。
[0126]造粒步驟利用造粒單元(140)以借助于水溶性的或水分散性的粘合劑(35)使經(jīng)研磨的低煤階煤原料(32)在含水環(huán)境中附聚。所述附聚通過相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的造粒機的任一種或組合以機械方式進行。這樣的造粒機的實例包括銷棒混合器(pinmixer)、圓盤造粒機和轉(zhuǎn)鼓造粒機。在一個實施方式中，所述造粒為通過如下進行的兩階段造粒:第一類型的造粒機，之后串聯(lián)地跟著第二類型的造粒機，例如銷棒混合器，之后跟著圓盤和/或轉(zhuǎn)鼓造粒機，該組合容許附聚的低煤階煤顆粒的最終粒度和致密化的更好控制。
[0127]合適的粘合劑也是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的并且包括有機和無機粘合劑。有機粘合劑包括，例如，各種淀粉、絮凝劑、天然和合成聚合物、生物質(zhì)例如雞糞、以及分散的/乳化的油材料例如分散的液態(tài)石油渣油。
[0128]無機粘合劑包括礦物粘合劑。在一個實施方式中，所述粘合劑材料為這樣的堿金屬:其是作為堿金屬化合物并且特別是鉀化合物例如氫氧化鉀和/或碳酸鉀提供的，其在加氫甲烷化工藝中是特別有用的，因為堿金屬起到(以下討論的)那些反應(yīng)的催化劑的作用。在其中回收和再循環(huán)堿金屬催化劑的那些加氫甲烷化工藝中，所述粘合劑可包括再循環(huán)的堿金屬化合物以及視需要的補給催化劑。
[0129]造粒步驟應(yīng)導(dǎo)致具有盡可能接近目標(biāo)dp (50)、但是通常至少在目標(biāo)dp (50)的從約90%到約110%范圍內(nèi)的dp(50)的濕的附聚的低煤階煤顆粒(23)。期望地，濕的附聚的低煤階煤顆粒(23)具有在目標(biāo)dp(50)的從約95%到約105%范圍內(nèi)的dp(50)。
[0130]取決于濕的附聚的低煤階煤顆粒(23)的水分含量，那些顆?？赡苁腔蚩赡懿皇亲杂闪鲃拥模?或可能不是結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定的，和/或可能具有對于期望的最終用途而言太高的水分含量，并且可任選地需要經(jīng)歷額外的在脫水單元(150)中的脫水階段以產(chǎn)生經(jīng)脫水的附聚的低煤階煤原料(24)。適合用于使?jié)竦母骄鄣牡兔弘A煤顆粒(32)在脫水階段中脫水的方法是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的并且包括例如，過濾(重力或真空)、離心、液壓和熱干燥(熱空氣和/或蒸汽)。在一個實施方式中，將濕的附聚的低煤階煤顆粒(23)熱干燥，其合意地用干或過熱蒸汽進行。
[0131]從該脫水階段產(chǎn)生的廢水物流(44)可例如被再循環(huán)至造粒步驟(140)(與粘合劑
(35)一起)和/或被送去廢水處理。從廢水物流(44)的處理回收的任何水可被再循環(huán)用在該工藝的其它地方。
[0132]造粒單元(350)包括在分級單元(160)中的最終分級階段，其中將高于目標(biāo)上端尺寸(大的或“粗大物”)和低于目標(biāo)下端粒度(細肩或“細小物”)的顆粒的全部或一部分除去以導(dǎo)致自由流動的附聚的低煤階煤原料(32+35)。適合用于分級的方法是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的，并且典型地包括具有適當(dāng)尺寸的(sized)篩子的篩分單元。在一個實施方式中，粗大物和細小物的任一種或兩種(期望地)的至少90重量％、或至少95重量％在該最終分級階段中被除去。
[0133]為了使碳的利用最大化和使浪費最小化，合意的是將高于目標(biāo)上端尺寸的顆粒作為物流(26)回收并且直接再循環(huán)回研磨單元(110)，和/或可將其在單獨的研磨單元
(170)中研磨以產(chǎn)生經(jīng)研磨的粗大物物流(27)，所述經(jīng)研磨的粗大物物流(27)可被直接再循環(huán)回造粒單元(140)中。同樣地，合意的是將低于目標(biāo)下端尺寸的顆粒作為物流(25)回收并且直接再循環(huán)回造粒單元(140)。
[0134]除了任何熱干燥之外，原料制備階段中的所有操作通常在環(huán)境溫度和壓力條件下進行。然而，在一個實施方式中，洗滌階段可在升高的溫度條件下(例如，使用加熱的洗滌水)進行以促進在該洗滌工藝期間除去的污染物的溶解。
[0135]所得自由流動的附聚的低煤階煤原料(32+35)將有利地具有與原始的顆粒狀低煤階原料的初始顆粒密度相比提高的顆粒密度。所得顆粒密度應(yīng)比所述原始的顆粒狀低煤階原料的初始顆粒密度大至少約5%、或者大至少約10%。
[0136]氣化和燃燒工藝
[0137]可利用根據(jù)本發(fā)明的附聚的低煤階煤原料的工藝包括，例如，各種氣化和流化床燃燒工藝。
[0138](I)氣化
[0139]作為一般概念，氣化工藝將碳質(zhì)原料中的碳轉(zhuǎn)化為這樣的粗制合成氣體物流:其通常包含一氧化碳和氫氣，并且取決于具體的氣化工藝，還可包含各種量的甲烷和二氧化碳。所述粗制合成氣體物流再一次地取決于具體的氣化工藝以及所采用的任何共反應(yīng)物和原料還可包含其它組分例如未反應(yīng)的蒸汽、硫化氫、氨和其它污染物。
[0140]所述粗制合成氣體物流是在氣化反應(yīng)器中產(chǎn)生的。合適的氣化技術(shù)是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的，并且許多可應(yīng)用的技術(shù)是可商購獲得的。這樣的氣化技術(shù)典型地利用流化床和固定(移動)床系統(tǒng)。
[0141]加氫甲烷化是一般氣化工藝中的一類。
[0142]加氫甲烷化工藝以及轉(zhuǎn)化/利用所得富含甲烷的合成氣體物流以生產(chǎn)增值產(chǎn)品例如公開于 US3998607、US4057512、US4094650、US4204843、US4243639、US4292048、US4318712、US4336034、US4558027、US4604105、US6955695、US2003/016769IAUUS2007/083072AU US2007/0277437AU US2009/0048476AU US2009/0090056AUUS2009/0090055AU US2009/0165383AU US2009/0166588AU US2009/0165379AUUS2009/0170968AU US2009/0165380AU US2009/016538IAU US2009/016536IAUUS2009/0165382AU US2009/0169449AU US2009/0169448AU US2009/0165376AUUS2009/0165384AU US2009/0217582AU US2009/0220406AU US2009/0217590AUUS2009/0217586AU US2009/0217588AU US2009/0218424AU US2009/0217589AUUS2009/0217575AU US2009/0229182AU US2009/0217587AU US2009/0246120AUUS2009/0259080AU US2009/0260287AU US2009/0324458AU US2009/0324459AUUS2009/0324460AU US2009/032446IAU US2009/0324462AU US2010/0071235AUUS2010/0071262A1、US2010/0120926AU US2010/0121125A1、US2010/0168494AUUS2010/0168495AU US2010/0179232A1、US2010/0287835AU US2010/0287836AUUS2010/0292350AU US2011/0031439A1、US2011/0062012A1、US2011/006272IAl、US2011/0062722AU US2011/0064648AU US2011/0088896AU US2011/0088897AUUS2011/0146978A1、US2011/0146979A1、US2011/0207002AU US2011/0217602AUUS2011/0262323A1、US2012/0046510AU US2012/0060417AU US2012/0102836AUUS2012/0102837AU US2012/0213680AU US2012/0271072AU US2012/0305848AUUS2013/0046124AU US2013/0042824AU W02011/029278A1、W02011/029282A1、W02011/029283AU W02011/029284AU W02011/029285AU W02011/063608A1 和 GB1599932中。另外參見 Chiaramonte 等，“Upgrade Coke by Gasificat1n，，，HydrocarbonProcessing, 1982 年 9 月，pp.255-257 ；和 Kalina 等，“Exxon Catalytic CoalGasificat1n Process Predevelopment Program, Final Report，，，Exxon Research andEngineering C0., Baytown, TX, FE236924, 1978 年 12 月。
[0143]碳源的加氫甲烷化典型地涉及三種在理論上獨立的主