Pristine-M: Geavanceerde droging van laagvochtige kool voor schonere, efficiëntere brandstof

Pristine-M proces technologie voor droging van laagwaardige kolen

Pristine-M proces technologie voor de droging van de laagwaardige kolen wordt ontwikkeld door Clean Coal Technologies, Inc. (CCTI). Het is een gepatenteerde technologie voor het converteren van rauwe laagwaardige kool in een schoner brandende, efficiëntere brandstof. Het adresseert de behoefte aan een laag vocht kool die economisch te transporteren is, stabiel in transport en geen vocht herabsorbeert. Pristine-M is een lage-kosten kool ontwateringstechnologie die geslaagd is in het drogen en stabiliseren van kool goedkoop gebruikmakend van vluchtige stof (VM) vrijgegeven door de voer rauwe kool.

Pristine-M proces verlaagt het vochtgehalte van laagwaardige kolen, terwijl het ook de behandelde kolen stabiliseert en afdicht om vocht herabsorptie en spontane verbranding te voorkomen. Het proces verhoogt ook de calorische waarde (CV) van de laagwaardige kolen tot waarden die vergelijkbaar zijn met bitumineuze kolen. Pristine-M is de derde stap in de ontwikkeling van het proces. De andere twee stappen zijn 'Pristine-SA' en 'Pristine'.

Pristine-SA is een ontwikkelingsfasetechnologie ontworpen om 100% van de VM in de voer rauwe kool te elimineren. Voor het bereiken van stabiele verbranding, moet Pristine-SA behandelde kool geco-fired worden met behandelde biomassa of aardgas. Het proces resulteert in een schone brandstof, wat de noodzaak voor emissie scrubbers en de bijbehorende productie van toxische rookgas desulphurisatie (FGD) slib elimineert. Pristine-SA geeft een veelzijdig koolproduct wat gebruikt kan worden om talloze niet-brandstof producten te produceren.

CCTI's legacy technologie, 'Pristine', is ontworpen om vocht en VM te verwijderen, volgens de vereisten. De factor die VM reductie bepaalt is ketelontwerp en de behoefte aan een bepaalde hoeveelheid VM om in de kool te blijven om correcte verbranding te garanderen. Het eindproduct is een schoner brandende, droge kool.

CCTI's Pristine-M technologie is een gepatenteerde, lage-kosten kool dehydrodatietechnologie. Het Pristine-M proces begint met de extractie van VM in vloeibare vorm uit lagere rangkolen. Eenmaal het vocht verwijderd is uit de getargette kool, worden de vloeibare vluchtige stoffen gebruikt via een 'absorptie' proces om de poriën van de kool die gedroogd zijn te vullen. Het eindresultaat is een impermeabele, stabiele kool met een opgewaardeerde CV inhoud. Deze stabiele kool kan economisch getransporteerd en gebruikt worden voor kool-gefede elektriciteitscentrales.

De Pristine-M proces technologie is ontwikkeld om de dringende behoefte aan een economische manier te adresseren om kolen te dewateren wier vochtgehalte hoog is (30% – 60%), maar waar de reductie van VM niet nodig is of, als het voorkomt, de VM te laag maakt voor de kool om verbranding in een gepulveriseerde kool (PC) kachel te onderhouden. De nieuwe technologie complementeert de bestaande Pristine-technologie. Het bouwt op de wetenschap die het Pristine-proces versterkt en combineert een uniek concept bekend als 'Vapour Phase Deposition'.

Pristine-M technologie bestaat uit een 'milde vergassing' proces dat vocht en VM verwijdert zonder pulveriseren van de kool of pelletiseren ervan. De kool blijft zeer weerstandskrachtig tegen vocht herabsorptie aangezien het natuurlijk gecoat wordt in het proces. De kool upgradering is gebaseerd op lang gevestigde benefactieprocessen en gebruikt off-the-shelf componenten en apparatuur. Het proces kan zoveel als 90% van chemische verontreinigingen uit kool verwijderen, daarbij helpend om emissieproblemen die kool-gefede elektriciteitscentrales beïnvloeden op te lossen.

CCTI heeft een faciliteit in Oklahoma, VS aangemaakt tijdens december 2015 voor de validatie van Pristine-M technologie. De tests uitgevoerd bij de faciliteit hebben bevestigd (i) succesvolle dehydrodatie van kool, (ii) succesvolle benefactie van kool (verhoging van de CV waarde), (iii) succesvolle stabilisatie van kool, en (iv) succesvolle productie van een stofvrij, stabiel eindproduct. De testfaciliteit is nu verplaatst naar Wyoming. De testfaciliteit is ontworpen en gebouwd als een prototype van het proces op ongeveer 0,1 keer de grootte van de commerciële schaal.

CCTI's procesconcepten zijn gebouwd op het raffineren van kool voor gebruik. Pristine-M technologie streeft ernaar kool te raffineren door verontreinigingen uit kool te verwijderen vóór het gebruik. Dit stelt verontreinigingen in staat om in hun zuivere, ongedilueerde staat en in veel kleinere volumes gevangen te worden voor afvalverwerking of hergebruik elders. De Pristine-M technologie elimineert dure na-verbranding verontreinigingsverwijderingstechnologieën zoals rookgasscrubbers en scrubber afval en verlaagt koolstofemissies.

Pristine-M proces adresseert drie fundamentele uitdagingen geassocieerd met de droging van de kool. Deze uitdagingen zijn (i) om een gedroogde kool te produceren die geen vocht herabsorbeert, (ii) om een gedroogde kool te produceren die geen neiging heeft om kruimelbaar te worden, wat resulteert in excessive fijnstofproductie zodat het veilig getransporteerd kan worden met minimaal risico op spontane verbranding, en (iii) het proces goedkoop en economisch haalbaar te zijn. Het proces heeft geen pulverisatie van de rauwe voerkool nodig. De behandelde kool behoudt het grootste deel van zijn initiële grootteverdeling en lijdt bijna geen degradatie. Daarom vereist het eindproduct geen brikettering of pelletisering.

Pristine-M proces is een continu proces bestaande uit drie afzonderlijke fasen. Deze zijn (i) droger, (ii) devolatilizer, en (iii) stabilizer. Het proces gebruikt een devolatilizer om gassen te produceren die gebruikt worden voor de proceswarmte alsmede om de droge kool te stabiliseren. Alleen een klein deel van de voer rauwe kool (typisch minder dan 7%) wordt devolatiliseerd. Procesparameters worden geoptimaliseerd om slechts voldoende vluchtige gassen te produceren voor de genoemde doeleinden. Vloeibare bijproducten zijn niet gewenst in dit proces. Excess devolatilised kool wordt terug gemengd met de gedroogde en gestabiliseerde kool aan het einde van het proces en is dus niet verloren.

Het processtroomdiagram dat de drie fasen toont wordt gegeven in Fig 1.

Fig 1 Stroomdiagram van Pristine-M proces

De eerste fase omvat een droger die een technologie gebruikt om optimale warmtewisseling te behouden met een minimale voetafdruk. Droging vindt plaats bij ongeveer 120 °C, een temperatuur die adequaat is om inherent vocht af te drijven met de graad van verwijdering, bijv. naar 15% of 10% of 5%, zijnde een functie van verblijftijd, beddiepte en temperatuur. Bepaalde kooltypes hebben een neiging om te degraderen in fijnstof als functie van de graad waartoe de voer rauwe kool gedroogd wordt. In dergelijke gevallen wordt de verwijdering van vocht verminderd, anders is brikettering van gedroogde kool vereist. Wanneer excessive fijnstof (kooldeeltjes met gemiddelde deeltjesgrootte <6 mm), aanwezig is in de voerkool, kan de fijnstof apart verwerkt worden of verbrand om proceswarmte te leveren, welke optie ook het meest economisch haalbaar is voor de specifieke toepassing.

In de tweede fase van het proces, wordt een slip stream van de gedroogde kool van de droger (doorgaans 5% tot 10%) uit de hoofdstroom gehaald en naar een devolatilizer gezonden. De devolatilizer werkt bij 400 °C tot 450 °C om de slipstream van kool te devolatiliseren. Alle geëvolueerde gassen worden naar de derde fase (de stabilizer) gezonden, terwijl alle niet-condenseerbare gassen verbrand worden voor proceswarmte. Het proces is geoptimaliseerd om slechts voldoende gassen en dampen te produceren voor proceswarmte en voor het stabiliseren van de gedroogde kool. Het product van de devolatilizer kan terug gemengd worden met de gedroogde en gestabiliseerde kool, indien gewenst.

In de derde fase van het proces wat de stabilisatie/Vapour Phase Deposition fase is, wordt de VM in een speciaal ontworpen vat gevoerd wat toelaat dat de VM geabsorbeerd wordt in de poriën van de gedroogde kool van de eerste fase. Vluchtige dampen penetreren in koolporiën gevacanteerd door het verlies van vocht, alsmede coaten het oppervlak van de kool. Deze actie afdicht het oppervlak van de kool, wat elke vocht herabsorptie, spontane verbranding en enige neiging tot desintegratie voorkomt. Voor het bereiken van het gewenste resultaat, worden stabilisatieparameters vastgelegd gebaseerd op het chemisch profiel van de voer rauwe kool.

Het Pristine-M proces maakt de kool impermeabel. Ook de structurele integriteit van de kool wordt behouden en de warmtewaarde kan verhoogd worden boven de waarde bereikt met alleen de verwijdering van vocht. De Hardgrove Grindability Index (HGI) van de productkool blijft hetzelfde als die van de voerkool. De gedroogde kool heeft geen neiging om in transport te breken en heeft ook een houdbaarheidsduur lang genoeg om lange oceaan- of oppervlaktetransport en lange periodes in kooloplagetes blootgesteld aan de elementen te ondersteunen. Monsters van gedroogde kool hebben meer dan 6 maanden buiten, onbeschut, zonder herabsorptie van vocht overleefd.

Het Pristine-M proces is modulair. Een commerciële module die ontworpen is om een doorvoer van 30 ton per uur te voeden en rauwe voerkool met 50% vocht te verwerken, heeft een capaciteit om ongeveer 160.000 ton droge kool per jaar te produceren. Een één miljoen ton per jaar plant gebaseerd op Pristine-M proces bestaat uit 6 dergelijke modules. Het proces is continu met verblijftijden geschat op ongeveer 15 minuten, afhankelijk van de graad van vochtverwijdering en het inherent vocht in de kool. De plant werkt bij een druk van 1 atmosfeer.

De Pristine-M proces modules zijn geconfigureerd om onafhankelijk en parallel aan elkaar te opereren, wat individuele modules toelaat om offline te gaan voor geplande/ongeplande onderhoud of onverwachte uitvallen zonder onderbreking van de andere modules. Additionele capaciteit, wanneer en waar nodig, wordt geleverd door additionele modules. Door het incorporeren van commercieel beschikbare off-the-shelf componenten, vermijdt het ontwerp de noodzaak voor custom-gebouwde apparatuur wat toevoegt aan de kapitaalkosten van de plant. De plant wordt gecontroleerd en bediend door een gesofisticeerd procescontrolsysteem.

Wanneer er significante variaties in de voerkool zijn (structureel, chemisch, of inherent vocht), is de Pristine-M drogerplant ontworpen om de verschillende kolen te hanteren. Het plant controlsysteem past automatisch aan voor verschillen, binnen een beperkt bereik. Het is ook mogelijk om kolen van verschillende kenmerken door het proces tegelijkertijd te laten lopen, gebruikmakend van afzonderlijke modules in staat om de verschillen passend aan te pakken.

Voordelen van Pristine-M proces

De volgende zijn de voordelen van het Pristine-M proces.

Procesvoordelen – Deze omvatten (i) lage verwerkingstijd wat tussen 5 minuten tot 10 minuten is, (ii) aanpasbare productspecificaties, (iii) verscheidenheid aan voerkolen kunnen verwerkt worden aangezien er procescontrole en optimalisatie is door kennis-gebaseerde programmeerbare logica controllers (PLC), (iv) geschikt voor voerkool formaat van 0 mm tot 50 mm, (v) proces werkt bij atmosferische druk, en (vi) het proces heeft modulair en schaalbaar ontwerp.

Productvoordelen – Deze omvatten (i) er is geen vocht herabsorptie, (ii) er is geen spontane verbranding van productkool, (iii) er is geen grootte degradatie, (iv) de productkool is ideale vergasser grondstof, (v) de productkool heeft optimale niveau van VM om verbranding te maximaliseren, (vi) De productkool is stofvrij dus vermindert koolstofstofverontreiniging bij het transporteren van kool, (vii) er is reducties in CO2 en gevaarlijke verontreinigingen, en (viii) lage kapitaal- en operationele kosten.