Pristine-M: Secado Avanzado de Carbón de Baja Humedad para Combustible Más Limpio y Eficiente

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

La tecnología del 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 de combustión más limpio y eficiente. Aborda la necesidad de un carbón de baja humedad que sea económico de transportar, estable en el transporte y no reabsorba humedad. Pristine-M es una tecnología de deshidratación de carbón de bajo costo que ha tenido éxito en secar carbón y estabilizarlo barato usando materia volátil (MV) liberada por el carbón crudo de alimentación.

El proceso Pristine-M reduce el contenido de humedad de los carbones de bajo rango, mientras también estabiliza y sella los carbones tratados para prevenir re-absorción de humedad y combustión espontánea. El proceso también aumenta el valor 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 % de la MV en el carbón crudo de alimentación. Para lograr combustión estable, el carbón tratado Pristine-SA debe ser co-combustionado con biomasa tratada o gas natural. El proceso resulta en un combustible limpio, eliminando la necesidad de depuradores de emisiones y la producción correlativa de lodos tóxicos de desulfurización de gases de combustión (FGD). Pristine-SA da un producto de carbón versátil que puede ser usado para producir numerosos productos no combustibles.

La tecnología heredada de CCTI, «Pristine», está diseñada para remover humedad y MV, según los requerimientos. El factor que determina la reducción de MV es el diseño de la caldera y la necesidad de una cierta cantidad de MV que permanezca en el carbón para asegurar 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 MV en forma líquida de carbones de menor rango. Una vez que la humedad es removida del carbón objetivo, los volátiles líquidos son usados a través de un proceso de «absorción» para llenar los poros del carbón que han sido deshidratados. El resultado final es un carbón impermeable, estable con un contenido de CV mejorado. Este carbón estable puede ser transportado económicamente y usado para plantas de energía de carbón.

La tecnología del proceso Pristine-M ha sido desarrollada 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 MV no es necesaria o, si ocurre, hace que la MV sea demasiado baja para que el carbón sostenga 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 remueve humedad y MV sin pulverizar el carbón o pelletizarlo. El carbón permanece altamente resistente a la re-absorción de humedad ya que está naturalmente recubierto en el proceso. El proceso de mejora del carbón se basa en procesos de beneficiación establecidos desde hace tiempo y utiliza componentes y equipos comerciales estándar. El proceso puede remover hasta el 90 % de contaminantes químicos del carbón, ayudando así a resolver problemas de emisiones que afectan a las plantas de energía 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) deshidratación exitosa del carbón, (ii) beneficiación exitosa del carbón (aumento del valor CV), (iii) estabilización exitosa del carbón, y (iv) producción exitosa de un producto final estable, libre de polvo. La instalación de prueba ahora se ha movido a Wyoming. La instalación de prueba ha sido diseñada y construida como un prototipo del proceso a alrededor de 0.1 veces el tamaño de la escala comercial.

Los conceptos de proceso de CCTI están basados en refinar el carbón antes del uso. La tecnología Pristine-M se esfuerza por refinar el carbón removiendo contaminantes del carbón antes de su uso. Hacer esto permite que los contaminantes sean capturados en su estado puro, sin diluir y en volúmenes mucho menores para disposición o re-uso en otro lugar. La tecnología Pristine-M elimina costosas tecnologías de remoción de contaminantes post-combustión como depuradores de gases de combustión y desechos de depuradores y reduce 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 re-absorba humedad, (ii) producir un carbón seco que no tenga tendencia a volverse friable, resultando en producción excesiva de finos para que pueda ser transportado con seguridad con riesgo mínimo de combustión espontánea, y (iii) el proceso sea barato y económicamente viable. El proceso no necesita pulverización del carbón crudo de alimentación. El carbón tratado retiene la mayor parte de su distribución de tamaño inicial y sufre casi ninguna degradación. Por tanto, el producto final no requiere briqueteado o pelletizado.

El proceso Pristine-M es un proceso continuo compuesto de tres etapas separadas. Estas son: (i) secador, (ii) desvolatilizador, y (iii) estabilizador. El proceso utiliza un desvolatilizador para producir gases que son usados para el calor de proceso así como para estabilizar el carbón seco. Solo una pequeña porción del carbón crudo de alimentación (típicamente menos del 7 %) es desvolatilizada. Los parámetros del proceso son optimizados para producir solo suficientes gases volátiles para los propósitos mencionados. Los subproductos líquidos no son deseables en este proceso. El carbón desvolatilizado en exceso es mezclado de nuevo con el carbón seco y estabilizado al final del proceso y, así, no se pierde.

La hoja de flujo del proceso mostrando las tres etapas se da en la Fig. 1.

La primera etapa comprende un secador usando una tecnología para mantener un intercambio de calor óptimo con una huella mínima. El secado tiene lugar a alrededor de 120 °C, una temperatura que es adecuada para expulsar la humedad inherente con el grado de remoción, ej., hasta 15 % o 10 % o 5 %, siendo una función del tiempo de residencia, profundidad de cama y temperatura. Ciertos tipos de carbón tienen una tendencia a degradarse en finos como una función del grado al cual el carbón crudo de alimentación es secado. En tales casos, la remoción de humedad es reducida, de lo contrario se requiere briqueteado del carbón seco. Cuando hay finos excesivos (partículas de carbón con tamaño medio de partícula <6 mm) presentes en el carbón de alimentación, los finos pueden ser procesados por separado o combustidos para proveer calor de proceso, cualquiera que sea la opción que resulte económicamente más factible para la aplicación específica.

En la segunda etapa del proceso, una corriente derivada del carbón deshumidificado del secador (generalmente 5 % a 10 %) es removida del flujo principal y enviada a un desvolatilizador. El desvolatilizador opera a 400 °C a 450 °C para desvolatilizar la corriente derivada de carbón. Todos los gases evolucionados son enviados a la tercera etapa (el estabilizador), mientras que todos los gases no condensables son combustidos para calor de proceso. El proceso es optimizado para producir solo suficientes gases y vapores para calor de proceso y para estabilizar el carbón deshumidificado. El producto del desvolatilizador puede ser mezclado de nuevo 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, la MV es alimentada en un recipiente especialmente diseñado que permite que la MV sea absorbida en los poros del carbón deshumidificado de la primera etapa. Los vapores volátiles penetran en los poros del carbón vaciados por la pérdida de humedad, así como recubren la superficie del carbón. Esta acción sella la superficie del carbón, previniendo así cualquier re-absorción de humedad, combustión espontánea y cualquier tendencia a desintegrarse. Para lograr el resultado deseado, los parámetros de estabilización son establecidos basados en el perfil químico del carbón crudo de alimentación.

El proceso Pristine-M hace el carbón impermeable. También la integridad estructural del carbón es mantenida y su valor calorífico puede ser mejorado más allá del valor logrado con solo la remoción de humedad. El Índice de Molienda Hardgrove (HGI) del carbón producto permanece el mismo que el del carbón de alimentación. El carbón seco no tiene tendencia a romperse en el transporte y también tiene una vida de anaquel lo suficientemente larga para sostener transporte marítimo o terrestre largo y períodos largos en patios de carbón expuestos a los elementos. Muestras de carbón seco han sobrevivido por bien más de 6 meses al aire libre, sin refugio, sin re-absorción 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 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 está compuesta por 6 de tales 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 en el carbón. La planta opera a la presión de 1 atmósfera.

Los módulos del proceso Pristine-M están configurados para operar independientemente y en paralelo entre sí, permitiendo así que módulos individuales sean puestos fuera de línea para mantenimiento programado/no programado o averías no planificadas sin interrupción a los otros módulos. Capacidad adicional, según sea requerida, es provista a través de módulos adicionales. Al incorporar componentes comerciales estándar disponibles, el diseño evita la necesidad de equipo construido a medida que añade al costo de capital de la planta. La planta es controlada y operada a través de un sofisticado sistema de control de proceso.

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

Ventajas del proceso Pristine-M

Las siguientes son las ventajas del proceso Pristine-M.

Ventajas del proceso

Estas incluyen: (i) bajo tiempo de procesamiento que está entre 5 minutos a 10 minutos, (ii) especificaciones de producto ajustables, (iii) variedad de carbones de alimentación pueden ser procesados ya que hay control y optimización de proceso a través de controladores lógicos programables (PLC) basados en conocimiento, (iv) adecuado para tamaño de carbón de alimentación de 0 mm a 50 mm, (v) el proceso opera a presión atmosférica, y (vi) el proceso tiene diseño modular y escalable.

Ventajas del producto

Estas incluyen: (i) no hay re-absorción de humedad, (ii) no hay combustión espontánea del carbón producto, (iii) no hay degradación de tamaño, (iv) el carbón producto es materia prima ideal para gasificador, (v) el carbón producto tiene nivel óptimo de MV para maximizar la combustión, (vi) el carbón producto es libre de polvo, reduciendo así la contaminación por polvo de carbón al transportar carbón, (vii) hay reducciones en CO2 y contaminantes peligrosos, y (viii) bajos costos de capital y operación.