Tecnología Coldry para secado de carbón de bajo rango

Tecnología Coldry para secado de carbón de baja graduación

La tecnología Coldry está siendo desarrollada por Environmental Clean Technologies (ECT) Limited, Australia. La tecnología consiste en expulsar agua de una amplia gama de carbones de bajo rango (lignitas y carbones subbituminosos) que contienen hasta un 70 % de humedad en gránulos equivalentes de carbón negro (BCE) de alto poder calorífico (CV) con un contenido de humedad de alrededor 10 %. El BCE significa que el valor energético neto de los gránulos Coldry es similar en rango al de muchos carbones negros.

La tecnología Coldry es un proceso patentado que cambia la forma naturalmente porosa de los carbones de bajo rango para producir gránulos secos y densos mediante un proceso que se denomina "densificación del carbón marrón" (BCD). La tecnología se basa en una investigación realizada inicialmente por CRA y la Universidad de Melbourne a principios de la década de 1980. La tecnología ha sido demostrada a escala de planta piloto en la planta Bacchus Marsh Coldry. Esta planta se puso en marcha en 2004, se mejoró con un sistema de recuperación de agua en 2007 y se actualizó en 2011 para que pueda producir hasta 20 000 toneladas anuales de pellets Coldry BCE. El proceso ha sido probado y probado con éxito en una amplia gama de carbones de bajo rango.

Principio del proceso

El proceso Coldry combina dos aspectos únicos, a saber, (i) la densificación del lignito y (ii) la utilización del calor residual. El proceso estimula una reacción química natural dentro del carbón. Esta reacción polimeriza los sitios activos en los compuestos del carbón y expulsa el agua químicamente unida. La polimerización de los sitios activos colapsa la estructura porosa del carbón y expulsa el agua atrapada físicamente. El agua expulsada migra a la superficie de los gránulos de carbón. El agua superficial se evapora mediante la utilización del calor residual de una central eléctrica (PP) adyacente.

BCD es un fenómeno natural por el cual la estructura física del carbón se transforma de una materia prima húmeda, suave y friable a un material denso, seco y duro. Se necesita un tipo de procesamiento muy específico para aplicar esfuerzo cortante a lo largo del tiempo para activar BCD. El diseño del equipo de procesamiento primario y los parámetros operativos se adaptan a las características del carbón crudo.

La aplicación de la cantidad correcta de cizallamiento mecánico al carbón crudo da como resultado una "pasta" de carbón blanda y maleable, lo que permite la extrusión a baja presión de la pasta para formar gránulos. Lo fundamental aquí es que la humedad atrapada físicamente se moviliza y, a medida que esta humedad migra a la superficie de los gránulos y se evapora, la estructura porosa del gránulo colapsa y se densifica.

El control de la tasa de secado dentro de un marco de tiempo predecible es un aspecto importante del proceso Coldry. Además, dado que la generación de calor a través de métodos tradicionales es relativamente costosa, el proceso Coldry aprovecha los recursos energéticos de desecho y dirige el calor al secado a baja temperatura de los gránulos. BCD funciona idealmente en el rango de 40 °C a 70 °C.

La química de la tecnología Coldry se muestra en la figura 1.

Fig. 1 Química de la tecnología Coldry

El proceso de tecnología Coldry tiene las siguientes tres etapas de proceso distintas.

• Cizallamiento mecánico:sirve para liberar la humedad atrapada físicamente, lo que se logra mediante la destrucción de la estructura porosa del carbón. Este proceso de corte mecánico da como resultado una lechada de carbón que tiene una consistencia adecuada para la extrusión.
• Extrusión:la extrusión se lleva a cabo a partir de la lechada de carbón para producir gránulos de dimensiones óptimas para su posterior secado.
• Secado:el secado se lleva a cabo para evaporar la humedad movilizada dentro de los gránulos y así obtener un producto terminado con un contenido de humedad inferior al 15 %. Para el secado, se utiliza la energía residual de un PP adyacente. La energía residual de baja calidad de cualquier otra fuente también se puede utilizar para el secado de los gránulos.

El proceso de secado del carbón

El proceso Coldry tiene los siguientes seis pasos. El diagrama de flujo del proceso se muestra en la Fig. 2.

• Cribado y control de alimentación:el carbón crudo de bajo rango que tiene un contenido de humedad en el rango de 30 % a 70 % se muele a un tamaño inferior a 8 mm. El carbón molido de consistencia blanda y friable se introduce en un silo de compensación y se tamiza. El contenedor de compensación es una tolva de almacenamiento que tiene un controlador de alimentación automático de velocidad variable. La criba del carbón molido elimina el exceso de tamaño y los contaminantes (objetos extraños) antes de agregar una pequeña cantidad de agua. El cribado del carbón molido garantiza una alimentación uniforme en el siguiente paso del proceso. La cantidad de agua que se puede añadir depende de la humedad recibida en el carbón y puede ser de hasta un 5 %.
• Desgaste y extrusión:el carbón después de la adición de agua se alimenta a un "desgaste". En el desgaste, las caras del carbón se frotan y se cortan para formar una pasta de carbón. La mezcla intensiva durante el frotamiento de las caras del carbón inicia una reacción química exotérmica natural dentro del carbón y esto genera un proceso natural para expulsar tanto el agua atrapada químicamente como el agua absorbida físicamente dentro de la estructura porosa del carbón. La reacción se acelera cuando esta mezcla plastificada se extruye a baja presión. El carbón extruido se envía a la "unidad de acondicionamiento" a través de una cinta transportadora.
• Acondicionamiento:el acondicionamiento se realiza en una cinta de acondicionamiento donde los gránulos de pasta de carbón extruido se calientan durante aproximadamente una hora con aire caliente a 40 °C. El acondicionamiento del carbón extruido lleva a cabo el secado de la superficie del carbón para proporcionar suficiente fuerza verde para que pueda resistir su transición al siguiente paso del 'secador de lecho de paquete' (PBD). La tenacidad del carbón extruido se describe por un mayor nivel de superficie seca y firmeza. Además, con el endurecimiento, el producto se contrae y se separa en gránulos. El aire caliente necesario para evaporar el agua superficial durante el acondicionamiento, así como para el secado del lecho del paquete, se produce a través del intercambio de calor con el calor residual de un PP adyacente.
• Secado de lecho de paquete:los gránulos de carbón húmedo entrantes de la unidad de acondicionamiento se secan aún más en el PBD vertical hasta su nivel final de humedad. El aire caliente de un PP adyacente circula a través del secador para eliminar la humedad de los gránulos. La reacción de reticulación llega a su fin dentro del secador, aumentando así la fuerza a niveles suficientes para soportar el manejo y transporte a granel. La humedad final en el gránulo seco normalmente está en el rango de 10 % a 14 %. Los factores que afectan el contenido de humedad final son (i) el contenido de humedad del carbón bruto, (ii) las características del carbón de alimentación, (iii) la temperatura proporcionada por la unidad del intercambiador de calor y (iv) el tiempo de secado.
• Recuperación de agua:el aire caliente que sale del PBD está a unos 30 °C y está muy saturado. El contenido de humedad de este aire caliente saturado se condensa cuando se enfría. Este agua recuperada se recoge y se puede utilizar en el PP colindante o en cualquier otro lugar ya que no tiene contaminantes.
• El producto Gránulos Coldry:el carbón entrante de bajo rango ahora se ha convertido en un producto BCE mediante la eliminación permanente del agua estructural y físicamente atrapada. El producto BCE del proceso se conoce como pellet Coldry. Tiene un alto contenido energético, es estable y no se rehidrata. Se puede transportar para su uso. Las características típicas de los gránulos Coldry son (i) diámetro -16 mm, (ii) longitud - 45 mm, (iii) densidad aparente - alrededor de 700 kg/cu cm - 750 kg/cu cm, (iv) contenido de humedad - alrededor 12 %, y (v) poder calorífico alto:5550 kcal/kg.

Fig. 2 Diagrama de flujo del proceso Coldry

Diseño a escala comercial e integración con planta de energía

Basado en la planta piloto de Coldry, se ha preparado el diseño de la planta de Coldry a escala comercial. La planta comercial de Coldry está diseñada para ser modular y, por lo tanto, escalable. El enfoque modular significa que todas las secciones de la planta pueden fabricarse fuera del sitio, luego transportarse en contenedores y ensamblarse.

Los módulos de la planta Coldry han sido diseñados para producir (i) 340 000 toneladas anuales de pellets Coldry a partir de carbones con un 60 % de humedad, 440 000 toneladas anuales de pellets Coldry a partir de carbones con un 50 % de humedad, o 600 000 toneladas anuales de pellets Coldry a partir de un 40 % de humedad brasas.

El proceso Coldry se puede integrar con un PP. El pulverizador en el PP muele los gránulos de Coldry en polvo de carbón adecuado para inyectar en la caldera de combustión de carbón pulverizado del PP. El agua de enfriamiento del condensador de PP que está a una temperatura más alta se bombea al proceso Coldry para el intercambio de calor. El agua de retorno del intercambiador de calor Coldry está a una temperatura más baja pero aún necesita más enfriamiento. Esta agua recuperada del proceso Coldry se puede alimentar al circuito de refrigeración del PP, reduciendo así la necesidad de tomar agua de otras fuentes. La integración del proceso Coldry con un PP se muestra en la Fig. 3.

Fig. 3 Integración del proceso Coldry con la planta de energía

Beneficios del proceso Coldry

El proceso de secado en frío tiene varios beneficios. Los beneficios se describen a continuación.

Beneficios del proceso – Los beneficios del proceso Coldry son (i) aprovecha la energía residual de baja calidad como su principal fuente de energía y, por lo tanto, el proceso es económico y reduce la huella de CO2, (ii) reduce la pérdida de agua por evaporación en el PP adyacente (uno tonelada de agua recuperada en el proceso equivale a una tonelada de agua perdida por evaporación a través de las torres de refrigeración de los PP), (iii) permite recuperar hasta el 95 % del agua expulsada en el secado del carbón crudo, (iv) el proceso es simple y mecánico que brinda alta confiabilidad y mantenimiento más fácil, (v) el proceso se lleva a cabo a baja temperatura y baja presión, lo que reduce el consumo de energía y aumenta la vida útil del equipo, (vi) el proceso es modular y consta de componentes prefabricados para una instalación más fácil, y (vii) produce agua de alta calidad como subproducto que está lista para uso industrial inmediato sin un tratamiento costoso y se vuelve potable con una filtración mínima.

Beneficios del producto – Los beneficios de los gránulos Coldry son (i) los gránulos tienen un valor calorífico mejorado, (ii) los gránulos no reabsorben el agua atmosférica, (iii) los gránulos tienen un bajo riesgo de combustión espontánea y son aptos para el transporte, (iv) los gránulos retienen materia volátil de alto valor del carbón crudo, por lo tanto, materia prima ideal para procesos posteriores como gasificación, conversión de carbón en líquido y otros productos químicos derivados del carbón, y (v) bajos niveles de cenizas derivadas del carbón crudo (de manera similar con el azufre).