Tecnología de proceso Pristine-M para el secado de carbones de bajo rango

Tecnología de proceso Pristine-M para el secado de carbones de bajo rango

La tecnología de proceso Pristine-M para el secado de carbones de bajo rango está siendo desarrollada por Clean Coal Technologies, Inc. (CCTI). Es una tecnología patentada para convertir carbón crudo de bajo rango en un combustible más limpio y eficiente. Aborda la necesidad de un carbón de baja humedad que sea económico de transportar, estable en el transporte y que no reabsorba la humedad. Pristine-M es una tecnología de deshidratación de carbón de bajo costo que ha logrado secar el carbón y estabilizarlo de manera económica utilizando materia volátil (VM) liberada por el carbón crudo de alimentación.

El proceso Pristine-M reduce el contenido de humedad de los carbones de bajo rango, mientras que también estabiliza y sella los carbones tratados para evitar la reabsorción de humedad y la combustión espontánea. El proceso también aumenta el poder calorífico (CV) de los carbones de bajo rango a valores que son comparables con los carbones bituminosos. Pristine-M es la tercera etapa del desarrollo del proceso. Las otras dos etapas son 'Pristine-SA' y 'Pristine'.

Pristine-SA es una tecnología en etapa de desarrollo diseñada para eliminar el 100 % del VM en el carbón crudo de alimentación. Para lograr una combustión estable, el carbón tratado con Pristine-SA debe coencenderse con biomasa tratada o gas natural. El proceso da como resultado un combustible limpio, que elimina la necesidad de depuradores de emisiones y la consiguiente producción de lodos tóxicos de desulfuración de gases de combustión (FGD). Pristine-SA ofrece un producto de carbón versátil que se puede utilizar para producir numerosos productos no combustibles.

La tecnología heredada de CCTI, 'Pristine', está diseñada para eliminar la humedad y la VM, según los requisitos. El factor que determina la reducción de VM es el diseño de la caldera y la necesidad de que una cierta cantidad de VM permanezca en el carbón para garantizar una combustión adecuada. El producto final es un carbón seco de combustión más limpia.

La tecnología Pristine-M de CCTI es una tecnología patentada de deshidratación de carbón de bajo costo. El proceso Pristine-M comienza con la extracción de VM en forma líquida de carbones de menor rango. Una vez que se elimina la humedad del carbón objetivo, los volátiles líquidos se utilizan a través de un proceso de "absorción" para llenar los poros del carbón que se han deshidratado. El resultado final es un carbón impermeable y estable con un contenido mejorado de CV. Este carbón estable se puede transportar y utilizar económicamente para centrales eléctricas de carbón.

La tecnología de proceso Pristine-M se ha desarrollado para abordar la necesidad apremiante de una forma económica de deshidratar carbones cuyo contenido de humedad es alto (30 % - 60 %), pero donde la reducción de VM no es necesaria o, si ocurre , hace que el VM sea demasiado bajo para que el carbón mantenga la combustión en una caldera de carbón pulverizado (PC). La nueva tecnología complementa la tecnología Pristine existente. Se basa en la ciencia que refuerza el proceso Pristine y combina un concepto único conocido como "Deposición en fase de vapor".

La tecnología Pristine-M consiste en un proceso de "gasificación suave" que elimina la humedad y el VM sin pulverizar el carbón ni peletizarlo. El carbón sigue siendo muy resistente a la reabsorción de humedad, ya que se recubre de forma natural en el proceso. El proceso de mejora del carbón se basa en procesos de beneficio establecidos desde hace mucho tiempo y utiliza componentes y equipos listos para usar. El proceso puede eliminar hasta el 90 % de los contaminantes químicos del carbón, lo que ayuda a resolver los problemas de emisiones que afectan a las centrales eléctricas de carbón.

CCTI ha creado una instalación en Oklahoma, EE. UU. durante diciembre de 2015 para la validación de la tecnología Pristine-M. Las pruebas realizadas en la instalación han confirmado (i) la deshidratación exitosa del carbón, (ii) el beneficio exitoso del carbón (aumento del valor CV), (iii) la estabilización exitosa del carbón y (iv) la producción exitosa de un carbón libre de polvo. , producto final estable. La instalación de prueba ahora se traslada a Wyoming. La instalación de prueba se ha diseñado y construido como un prototipo del proceso de aproximadamente 0,1 veces el tamaño de la escala comercial.

Los conceptos de proceso de CCTI se basan en la refinación del carbón antes de su uso. La tecnología Pristine-M se esfuerza por refinar el carbón eliminando los contaminantes del carbón antes de su uso. Hacerlo permite capturar los contaminantes en su estado puro, sin diluir y en volúmenes mucho más pequeños para desecharlos o reutilizarlos en otros lugares. La tecnología Pristine-M elimina las costosas tecnologías de eliminación de contaminantes posteriores a la combustión, como los depuradores de gases de combustión y los desechos de los depuradores, y reduce las emisiones de carbono.

El proceso Pristine-M aborda tres desafíos fundamentales asociados con el secado del carbón. Estos desafíos son (i) producir un carbón seco que no reabsorba la humedad, (ii) producir un carbón seco que no tenga tendencia a volverse friable, lo que resulta en una producción excesiva de finos para que pueda transportarse de manera segura con riesgo mínimo de combustión espontánea, y (iii) que el proceso sea económico y económicamente viable. El proceso no necesita la pulverización del carbón crudo de alimentación. El carbón tratado retiene la mayor parte de su distribución de tamaño inicial y casi no sufre degradación. Por lo tanto, el producto final no requiere briqueteado ni peletizado.

El proceso Pristine-M es un proceso continuo compuesto por tres etapas separadas. Estos son (i) secador, (ii) desvolatizador y (iii) estabilizador. El proceso utiliza un desvolatizador para producir gases que se utilizan para el calor del proceso, así como para estabilizar el carbón seco. Solo una pequeña porción del carbón crudo de alimentación (típicamente menos del 7 %) se desvolatiliza. Los parámetros del proceso se optimizan para producir solo suficientes gases volátiles para los fines mencionados. Los subproductos líquidos no son deseables en este proceso. El exceso de carbón desvolatizado se vuelve a mezclar con el carbón seco y estabilizado al final del proceso y, por lo tanto, no se pierde.

El diagrama de flujo del proceso que muestra tres etapas se muestra en la Fig. 1.

Fig. 1 Diagrama de flujo del proceso Pristine-M

La primera etapa comprende un secador que utiliza una tecnología para mantener un intercambio de calor óptimo con un espacio mínimo. El secado tiene lugar a alrededor de 120 grados C, una temperatura que es adecuada para eliminar la humedad inherente con un grado de eliminación, por ejemplo, hasta 15 %, 10 % o 5 %, en función del tiempo de residencia, la profundidad del lecho y la temperatura. Ciertos tipos de carbón tienen una tendencia a degradarse en finos en función del grado en que se seca el carbón crudo de alimentación. En tales casos, la eliminación de humedad se reduce, de lo contrario, se requiere la fabricación de briquetas de carbón seco. Cuando hay un exceso de finos (partículas de carbón con un tamaño medio de partícula <6 mm) en el carbón de alimentación, los finos pueden procesarse por separado o quemarse para proporcionar calor de proceso, según la opción que resulte económicamente más factible para la aplicación específica.

En la segunda etapa del proceso, una corriente de deslizamiento del carbón deshumidificado del secador se elimina (generalmente del 5 % al 10 %) del flujo principal y se envía a un desvolatizador. El desvolatizador opera a 400°C a 450°C para desvolatizar la estela de carbón. Todos los gases emitidos se envían a la tercera etapa (el estabilizador), mientras que todos los gases no condensables se queman para obtener calor de proceso. El proceso está optimizado para producir solo suficientes gases y vapores para el calor del proceso y para estabilizar el carbón deshumidificado. El producto del desvolatizador se puede volver a mezclar con el carbón deshumidificado y estabilizado, si se desea.

En la tercera etapa del proceso, que es la fase de estabilización/deposición en fase de vapor, el VM se introduce en un recipiente especialmente diseñado que permite que el VM sea absorbido por los poros del carbón deshumidificado de la primera etapa. Los vapores volátiles penetran en los poros del carbón desocupados por la pérdida de humedad, y también recubren la superficie del carbón. Esta acción sella la superficie del carbón, evitando así la reabsorción de humedad, la combustión espontánea y la tendencia a la desintegración. Para lograr el resultado deseado, los parámetros de estabilización se establecen en función del perfil químico del carbón crudo de alimentación.

El proceso Pristine-M hace que el carbón sea impermeable. También se mantiene la integridad estructural del carbón y su valor calorífico puede mejorarse más allá del valor alcanzado con solo la eliminación de la humedad. El índice de molienda Hardgrove (HGI) del carbón producto sigue siendo el mismo que el del carbón de alimentación. El carbón seco no tiende a romperse durante el transporte y también tiene una vida útil lo suficientemente larga como para soportar el transporte marítimo o de superficie y largos períodos en depósitos de carbón expuestos a los elementos. Las muestras de carbón seco han sobrevivido durante más de 6 meses al aire libre, sin protección, sin reabsorción de humedad.

El proceso Pristine-M es modular. Un módulo comercial que está diseñado para alimentar un rendimiento de 30 toneladas por hora y manejar carbón crudo de alimentación con un 50 % de humedad tiene una capacidad para producir alrededor de 160 000 toneladas de carbón seco por año. Una planta de un millón de toneladas por año basada en el proceso Pristine-M se compone de 6 de estos módulos. El proceso es continuo con tiempos de residencia estimados en alrededor de 15 minutos, dependiendo del grado de remoción de humedad y la humedad inherente al carbón. La planta opera a la presión de 1 atmósfera.

Los módulos de proceso Pristine-M están configurados para operar de forma independiente y en paralelo entre sí, lo que permite desconectar módulos individuales para mantenimiento programado/no programado o averías no planificadas sin interrumpir a los otros módulos. La capacidad adicional, cuando sea necesario, se proporciona a través de módulos adicionales. Al incorporar componentes estándar disponibles en el mercado, el diseño evita la necesidad de equipos hechos a la medida, lo que aumenta el costo de capital de la planta. La planta se controla y opera a través de un sofisticado sistema de control de procesos.

Cuando hay variaciones significativas en el carbón de alimentación (estructural, química o humedad inherente), la planta de secado Pristine-M está diseñada para manejar los diferentes carbones. El sistema de control de la planta ajusta automáticamente las diferencias, dentro de un rango limitado. También es posible hacer funcionar carbones de diferentes características a través del proceso simultáneamente, utilizando módulos separados capaces de abordar las diferencias de manera adecuada.

Ventajas del proceso Pristine-M

Las siguientes son las ventajas del proceso Pristine-M.

Ventajas del proceso – Estos incluyen (i) tiempo de procesamiento bajo que es de 5 minutos a 10 minutos, (ii) especificaciones de producto ajustables, (iii) se puede procesar una variedad de carbones de alimentación ya que hay control y optimización del proceso a través de controladores lógicos programables basados ​​en el conocimiento (PLC). ), (iv) adecuado para carbón de alimentación de tamaño de 0 mm a 50 mm, (v) el proceso opera a presión atmosférica y (vi) el proceso tiene un diseño modular y escalable.

Ventajas del producto – Estos incluyen (i) no hay reabsorción de humedad, (ii) no hay combustión espontánea del carbón producto, (iii) no hay degradación del tamaño, (iv) el carbón producto es la materia prima ideal del gasificador, (v) la el carbón producto tiene un nivel óptimo de VM para maximizar la combustión, (vi) el carbón producto está libre de polvo, lo que reduce la contaminación por polvo de carbón cuando se transporta carbón, (vii) hay reducciones en CO2 y contaminantes peligrosos, y (viii) bajos costos operativos y de capital .