[发明专利]附聚的颗粒状低煤阶煤原料及其用途

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于制备粒度适合于在流化床反应器和某些其它气化反应器中的反应并且特别是适合于煤的气化和燃烧应用的附聚的颗粒状低煤阶煤(low-rank coal)原料的工艺(方法，process)。本发明还涉及包括制备和利用这样的附聚的颗粒状低煤阶煤原料的集成的煤的气化工艺。

背景技术

鉴于众多因素例如较高的能源价格和环境顾虑，从较低燃料价值的碳质原料(例如石油焦炭(petroleum coke)、渣油(resid)、沥青质、煤和生物质)生产增值产品(例如管道品质代用天然气、氢气、甲醇、高级烃、氨和电力)正重新受到关注。

可将这样的较低燃料价值的碳质原料在升高的温度和压力下气化以生产合成气体(synthesis gas)物流，所述合成气体物流可随后被转化为这样的增值产品。

“常规的”气化工艺，例如，基于碳源在升高的温度和压力下的部分燃烧/氧化和/或蒸汽气化的那些(热气化)，产生作为主要产物的合成气(syngas)(一氧化碳+氢气，低级BTU合成气体物流)(未直接产生甲烷或直接产生的甲烷很少)。所述合成气可直接燃烧用于热能，和/或可进一步加工以生产甲烷(经由催化甲烷化，参见以下反应(III))、氢气(经由水煤气变换，参见以下反应(II))和/或许多其它高级烃产物。

一种有利的气化工艺是加氢甲烷化(hydromethanation)，其中将碳质原料在流化床加氢甲烷化反应器中在催化剂源、合成气(一氧化碳和氢气)和蒸汽的存在下在适度升高的温度和压力下转化以直接产生甲烷增浓的合成气体物流(中级(medium)BTU合成气体物流)粗产物，其然后也可被直接燃烧，进一步加工以使甲烷内容物增浓(enrich)，用于生产氢气和/或用于生产许多其它烃产物。

这样的较低燃料价值的碳质原料可替代地被直接燃烧而用于获得它们的热值，典型地用于产生蒸汽和电能(直接地或者经由产生的蒸汽间接地)。

在以上用途中，原始的(raw)颗粒状原料典型地通过如下进行加工：至少研磨至适合于特定的流化床或其它的气化操作的规定粒度分布曲线(轮廓，profile)(包括粒度分布的dp(50)以及上端和下端)。典型地，粒度分布曲线将取决于床的类型、流化条件(在流化床的情况下，例如流化介质和速度)和其它条件例如原料组成和反应性、原料物理性质(例如密度和表面积)、反应器压力和温度、反应器构造(例如几何结构和内部构件)、以及相关领域的普通技术人员普遍承认的各种各样的其它因素。

“低煤阶”煤典型地为具有暗淡的、泥土状外观的较软的、易碎的材料。它们特征在于相对较高的水分水平和相对较低的碳含量，并且因此，较低的能量含量(内能)。低煤阶煤的实例包括泥煤、褐煤和次烟煤。“高煤阶”煤的实例包括烟煤和无烟煤。

除了它们相对低的热值之外，低煤阶煤的使用还具有其它缺点。例如，这样的煤的易碎性可导致在原料制备(研磨和其它加工)中和在这样的煤的气化/燃烧中高的细屑损失。必须管理或者甚至除掉这样的细屑，这通常意味着对于这样的煤的使用而言经济和效率劣势(经济和加工障碍因素)。对于非常高度易碎的煤例如褐煤，这样的细屑损失可接近或者甚至超过最初材料的50重量％。换而言之，低煤阶煤的加工和使用可导致所开采出的低煤阶煤中的碳含量的实质(显著)百分数的损失(或者较不期望的使用)。

因此，期望找到有效地加工低煤阶煤以减少在原料加工以及这样的低煤阶煤材料在各种气化和燃烧工艺中的最终转化两者中的细屑损失的途径。

包含显著量杂质例如钠和氯(例如，NaCl)的低煤阶煤由于这样的组分的高度腐蚀性的和结垢的性质而可能实际上不能用在气化/燃烧工艺中，因此需要预处理以除去这样的杂质。典型地，增加这样的预处理使得钠和/或氯污染的低煤阶煤的使用在经济上不可行。

因此，期望找到更有效地预处理这些污染的低煤阶煤以除去相当大(substantial)部分的至少无机钠和/或氯含量的途径。

低煤阶煤还可具有提高的灰分水平，和因此每单位的原始原料更低的可用碳含量。此外，提高的二氧化硅/氧化铝水平可结合并且干扰在加氢甲烷化工艺中使用的许多碱金属催化剂，从而需要更严格的(且更高度地低效的)和提高量的催化剂回收和催化剂补给。

因此，期望找到更有效地预处理这些低煤阶煤以降低总灰分含量并且在可能的程度上减少灰分内容物的氧化铝组分的途径。

而且，与高煤阶煤相比，低煤阶煤倾向于具有更低的堆积密度和在单个颗粒密度方面更多的可变性，这对于设计和操作气化和燃烧工艺而言可产生挑战。