217575A1、US2009/0229182A1和 US2009/0217587A1。
[0071]如本文中使用的术语“基于植物的生物质”指的是由如下得到的材料:绿色植物、农作物、藻类、和树木，例如，但不限于，高粱、甘蔗渣、甘蔗、竹子、杂交杨、杂交柳、合欢树、桉树、苜蓿、三叶草、油棕属、柳枝稷、苏丹草、黍(粟)、麻风树、和芒草(例如，巨芒(Miscanthus x giganteus))。生物质进一步包括来自农业耕作、加工、和/或降解的废弃物例如玉米棒子和壳、玉米秸杆、稻草、坚果壳、植物油、低芥酸菜子油、菜子油、生物柴油、树皮、木片、锯肩、和庭院废弃物。
[0072]如本文中使用的术语“基于动物的生物质”指的是由动物养殖和/或利用产生的废弃物。例如，生物质包括，但不限于，来自家畜养殖和加工的废弃物例如动物粪便、鸟粪、家禽巢厩废弃物(poultry litter)、动物脂肪、和市政固体废弃物(例如，污物)。
[0073]如本文中使用的术语“非生物质”指的是未被如本文中定义的术语“生物质”所涵盖的那些碳质材料。例如，非生物质包括，但不限于，无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤、石油焦炭、沥青质、液体石油残留物(残渣，residue)、或其混合物。例如，参见US2009/0166588A1、US2009/0165379A1、US2009/0165380A1、US2009/0165361A1、US2009/0217590A1 和US2009/0217586A1。
[0074]“液体重质烃材料”是在环境条件下能流动的或者可在升高的温度条件下变成能流动的粘滞性的液体或半固体材料。这些材料典型地为来自烃材料例如原油的加工的残留物。例如，原油炼制中的第一步骤通常是蒸馏以将烃的复杂混合物分离为不同挥发性的级分(馏分)。典型的第一步骤蒸馏要求在大气压下加热以在不超过约650° F(约343°C )的实际温度的情况下使尽可能多的烃内容物蒸发，因为较高的温度可导致热分解。在大气压下未被蒸馏的级分通常被称为“常压石油残留物”。可进一步将所述级分在真空下蒸馏，使得最高达约650° F(约343°C)的实际温度可使甚至更多的材料蒸发。剩留的不能蒸馏的液体被称为“减压石油残留物”。对于本发明而言，常压石油残留物和减压石油残留物两者被认为是液体重质烃材料。
[0075]液体重质烃材料的非限制性实例包括减压渣油；常压渣油；重质拔顶油(heavyand reduced petroleum crude oil);沥青(pitch)、柏油(asphalt)和沥青(bitumen)(天然存在的以及从石油炼制工艺得到的)；焦油砂油；页岩油；来自催化裂化工艺的塔底物；煤液化塔底物；和包含显著量的重质的或者粘滞性的材料的其它烃进料物流例如石油蜡级分。
[0076]如本文中使用的术语“沥青质”在室温下为芳族碳质固体，并且可例如从原油和原油焦油砂的加工得到。沥青质也可被认为是液体重质烃原料。
[0077]所述液体重质烃材料可内在地包含较少量的固体碳质材料，例如石油焦炭和/或固体沥青质，其通常分散在所述液体重质烃基质内并且在作为用于本工艺的进料条件使用的升高的温度条件下保持固态。
[0078]如本文中使用的术语“石油焦炭”和“石油焦(petcoke) ”包括⑴在石油加工中获得的高沸点烃级分的固态热分解产物(重质残渣-“渣油石油焦(resid petcoke)"),和(ii)加工焦油砂的固态热分解产物(沥青砂或油砂-“焦油砂石油焦”)两者。这样的碳化产物包括，例如，绿色的(green)、经煅烧的、针状的和流化床石油焦。
[0079]渣油石油焦也可由原油例如通过用于提升重比重残留原油(例如液体石油残留物)品质的炼焦工艺得到，所述石油焦包含作为较少组分的灰分，其典型地为基于所述焦炭的重量的约1.0重量％或更少、和更典型地约0.5重量％或更少。典型地，在这样的较低灰分焦炭中的灰分主要包括金属例如镍和钒。
[0080]焦油砂石油焦可由油砂例如通过用于提升油砂品质的炼焦工艺得到。焦油砂石油焦包含作为较少组分的灰分，其典型地在基于所述焦油砂石油焦的总重量的从约2重量％到约12重量％的范围内，和更典型地在从约4重量％到约12重量％的范围内。典型地，在这样的较高灰分焦炭中的灰分主要包括例如二氧化硅和/或氧化铝的物质。
[0081]石油焦炭可包括基于石油焦炭的总重量的至少约70重量％碳、至少约80重量％碳、或至少约90重量％碳。典型地，石油焦炭包括基于石油焦炭重量的小于约20重量％的无机化合物。
[0082]如本文中使用的术语“煤”指的是泥煤、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、或其混合物。在某些实施方式中，所述煤具有基于总的煤重量的小于约85%、或者小于约80%、或者小于约75%、或者小于约70%、或者小于约65%、或者小于约60%、或者小于约55%、或者小于约50% (以重量计)的碳含量。在其它实施方式中，所述煤具有范围基于总的煤重量最高达约85%、或者最高达约80%、或者最高达约75% (以重量计)的碳含量。有用的煤的实例包括，但不限于，Illinois#6、Pittsburgh#8、Beulah (ND)、Utah Blind Canyon、和Powder River Basin(PRB)煤。无烟煤、烟煤、次烟煤、和褐煤可分别含有约10重量％、从约5到约7重量％、从约4到约8重量％、和从约9到约11重量％的灰分，基于干重以所述煤的总重量计。然而，如本领域技术人员熟悉的，任何特定的煤来源的灰分含量将取决于煤的煤阶(等级，rank)和来源。参见例如“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]如本领域技术人员熟悉的，由煤的燃烧产生的灰分典型地包括飞灰和底灰两者。来自烟煤的飞灰可包括基于所述飞灰的总重量的从约20到约60重量％二氧化硅和从约5到约35重量％氧化铝。来自次烟煤的飞灰可包括基于所述飞灰的总重量的从约40到约60重量％二氧化硅和从约20到约30重量％氧化铝。来自褐煤的飞灰可包括基于所述飞灰的总重量的从约15到约45重量％二氧化硅和从约20到约25重量％氧化铝。参见例如，Meyers 等，“Fly Ash.A Highway Construct1n Material，，，Federal HighwayAdministrat1n, Report N0.FHWA-1P-76-16, Washington, DC, 1976。
[0084]来自烟煤的底灰可包括基于所述底灰的总重量的从约40到约60重量％二氧化硅和从约20到约30重量％氧化铝。来自次烟煤的底灰可包括基于所述底灰的总重量的从约40到约50重量％二氧化硅和从约15到约25重量％氧化铝。来自褐煤的底灰可包括基于所述底灰的总重量的从约30到约80重量％二氧化硅和从约10到约20重量％氧化销。参见例如，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]材料例如甲烷取决于其起源的来源而可为在以上定义下的生物质或非生物质。
[0086]“非气态(的)”材料在环境条件下基本上为液体、半固体、固体、或者混合物。例如，煤、石油焦、沥青质和液体石油残留物为非气态材料，而甲烷和天然气为气态材料。
[0087]术语“单元”涉及单元操作。当超过一个“单元”被描述为存在时，那些单元以平行(并行)方式操作，除非另有说明。然而，取决于上下文，单个“单元”可包括串联或并联的超过一个的该单元。例如，旋流器单元可包括:内部旋流器，其后串联地跟着外部旋流器。作为另一实例，造粒单元可包括:用于造粒至第一粒度/颗粒密度的第一造粒机，其后串联地跟着用于造粒至第二粒度/颗粒密度的第二造粒机。
[0088]如本文中使用的术语“自由流动的”颗粒指的是，所述颗粒没有由于水分含量而实质上附聚(例如，没有实质上聚集、结块(cake)或凝集(clump))，如相关领域普通技术人员充分理解的。自由流动的颗粒无需为“干燥的”，但是期望地，所述颗粒的水分含量基本上包含在内部，使得存在最低限度的(或者不存在)表面水分。
[0089]术语“碳质原料的一部分”涉及的是未反应的原料以及部分反应的原料、以及可全部或部分地从碳质原料得到的其它组分(例如一氧化碳、氢气和甲烷)的碳内容物。例如，“碳质原料的一部分”包括可存在于副产物炭和再循环的细肩中的碳内容物，所述炭最终得自最初的碳质原料。
[0090]本发明上下文中的术语“过热蒸汽”指的是在所利用的条件下为非冷凝性的蒸汽物流，如相关领域的普通技术人员通常理解的。
[0091]本发明上下文中的术语“干饱和蒸汽”或“干蒸汽”指的是非冷凝性的略微过热的饱和蒸汽，如相关领域的普通技术人员通常理解的。
[0092]术语“HGI”指的是如根据ASTM D409/D409M_llael测量的哈格罗夫可磨性指数(Hardgrove Grinding Index)。
[0093]术语“dp (50)”指的是如根据ASTM D4749-87 (2007)测量的粒度分布的中间粒度(mean particle size)。
[0094]术语“颗粒密度”指的是如根据ASTM D4284-12通过压汞式孔隙率测定法测量的颗粒密度。
[0095]当描述粒度时，“+ ”的使用意味着大于或等于(例如，近似最小值)，和的使用意味着小于或等于(例如，近似最大值)。
[0096]虽然在本公开内容的实践或试验中可使用与本文中描述的方法和材料类似或等同的那些，但是本文中描述了合适的方法和材料。本文中的材料、方法和实例因此仅是说明性的，并且除了具体说明之外，不意图为限制性的。
_7] 总的原料制备工艺信息
[0098]本发明部分地涉及用于制备适合于流化床应用(包括气化和燃烧工艺)以及某些其它固定/移动床气化工艺的自由流动的附聚的颗粒状低煤阶煤原料的各种工艺。
[0099]典型地，根据本发明，用于流化床用途的这样的原料的粒度分布将具有大致落在从约100微米到约1000微米范围内的dp(50)。不同的流化床工艺将具有它们自身更窄的粒度分布范围，如以下更详细地讨论的。
[0100]本发明在步骤(A)中提供针对最终的自由流动的附聚的颗粒状低煤阶煤原料的最终用途的期望的最终粒度分布的设置，包括目标dp (50)、目标上端粒度(大的或“粗大物(bigs)”)和目标下端粒度(小的或“细肩”)。典型地，目标上端粒度应为目标dp (50)的至少约200%、或者至少三倍即约300%、和在一些情况下最高达约1000%，但是小于或等于约1500微米；同时目标下端粒度应为目标dp (50)的不大于约50 %、或者不大于约33 %、和在一些情况下不小于约10%，但是大于或等于约45微米(约325目)。
[0101]相关最终用途领域中的普通技术人员将容易地能够对于期望的最终用途确定期望的粒度分布曲线。例如，以下详述用于某些气化和燃烧工艺的期望的粒度分布曲线。
[0102]在步骤(B)中，提供原始的颗粒状低煤阶煤原料。
[0103]术语“低煤阶煤”为相关领域的普通技术人员通常所理解。低煤阶煤包括典型的次烟煤、以及褐煤和泥煤。低煤阶煤通常被认为是与高煤阶烟煤和无烟煤相比“更年轻的”煤，并且与这样的高煤阶煤相比，往往具有更低的颗粒密度、更高的孔隙率、更低的固定碳含量、更高的水分含量、更高的挥发物含量、和在许多情况下更高的无机灰分含量。
[0104]在一个实施方式中，原始的“低煤阶煤”具有约25重量％或更大的内在(总)水分含量(如根据ASTM D7582-10el测量的)、约6500kcal/kg(以干重计)或更少的热值(如根据ASTM D5865-lla测量的)、和约45重量％或更少的固定碳含量(如根据ASTMD7582-10el 测量的)。
[0105]典型地，所述原始的颗粒状低煤阶煤原料将具有约50或更大的HGI。本发明中使用的低煤阶煤的一个实施方式为具有约70或更大、或者从约70到约130的HGI的原煤。在一个实施方式中，所述低煤阶煤为褐煤。
[0106]典型地，本工艺中使用的原始的颗粒状低煤阶煤原料将基本上为低煤阶煤、或者仅为低煤阶煤。也可使用两种或更多种不同的低煤阶煤的混合物。
[0107]也可使用主要量的一种或多种低煤阶煤与较少量的一种或多种其它非气态碳质原料的混合物作为所述原始的颗粒状低煤阶煤原料。这样的其它非气态原料包括，例如，高煤阶煤、石油焦炭、液体石油残留物、沥青质和生物质。在低煤阶煤与另一类型的非气态碳质材料的组合的情况下，为了被认为是对于本发明而言的“原始的颗粒状低煤阶煤原料”，来自低煤阶煤组分的热值必须为所述组合的主要部分。换而言之，所述原始的颗粒状低煤阶煤原料的总热值是有大于50%、或大于约66%、或大于约75%、或大于约90%来自低煤阶煤来源的。
[0108]如以下更详细地讨论的，可在所述工艺中的各个其它步骤加入某些其它非气态碳质材料。例如，这样的材料可用于辅助经研磨的低煤阶煤原料的造粒(粘合)，其例如液体石油残留物、沥青质和某些生物质例如鸡粪。
[0109]步骤(B)中提供的原始的低煤阶煤原料然后通过如下进行加工:研磨至小的粒度，造粒至期望的最终粒度，然后最终分级(size)，其实施方式描绘于图1中。
[0110]根据该实施方式，将原始的颗粒状低煤阶煤原料(10)在原料制备单元(100)中加工以产生经研磨的低煤阶煤原料(32)，其在造粒单元(350)中与粘合剂(35)组合、造粒并且最终分级，以产生根据本发明的自由流动的附聚的低煤阶煤原料(32+35)。
[0111]原料制备单