Pristine-M: Fortschrittliche Niedrigfeuchte-Kohletrocknung für saubereren, effizienteren Brennstoff

Pristine-M Prozesstechnologie für die Trocknung von Niedrigrangkohlen

Die Pristine-M Prozesstechnologie für die Trocknung von Niedrigrangkohlen wird von Clean Coal Technologies, Inc. (CCTI) entwickelt. Es ist eine patentierte Technologie zur Umwandlung von roher Niedrigrangkohle in einen sauberer brennenden, effizienteren Brennstoff. Sie adressiert den Bedarf an einer niedrigfeuchten Kohle, die wirtschaftlich zu transportieren ist, stabil im Transport und keine Feuchtigkeit wieder aufnimmt. Pristine-M ist eine kostengünstige Kohle-Entwässerungstechnologie, die es geschafft hat, Kohle zu trocknen und sie günstig zu stabilisieren, indem sie die von der Rohkohle freigesetzten flüchtigen Bestandteile (VM) nutzt.

Der Pristine-M Prozess reduziert den Feuchtegehalt von Niedrigrangkohlen, während er die behandelten Kohlen auch stabilisiert und versiegelt, um Feuchtigkeitswiederaufnahme und Selbstentzündung zu verhindern. Der Prozess erhöht auch den Heizwert (CV) der Niedrigrangkohlen auf Werte, die mit Steinkohlen vergleichbar sind. Pristine-M ist die dritte Stufe der Prozessentwicklung. Die anderen beiden Stufen sind "Pristine-SA" und "Pristine".

Pristine-SA ist eine Entwicklungstechnologie, die darauf ausgelegt ist, 100 % der VM in der Rohkohle zu eliminieren. Für stabile Verbrennung muss Pristine-SA behandelte Kohle mit behandeltem Biomasse oder Erdgas mitverbrannt werden. Der Prozess resultiert in einem sauberen Brennstoff, der die Notwendigkeit für Emissionswäscher und die korrespondierende Produktion von toxischem Rauchgasentschwefelungsschlamm (FGD) eliminiert. Pristine-SA gibt ein vielseitiges Kohleprodukt, das zur Herstellung zahlreicher Nicht-Brennstoffprodukte verwendet werden kann.

CCTIs Legacy-Technologie "Pristine" ist darauf ausgelegt, Feuchtigkeit und VM nach Bedarf zu entfernen. Der Faktor, der die VM-Reduktion bestimmt, ist der Kesseldesign und der Bedarf an einer bestimmten Menge VM, die in der Kohle verbleiben muss, um ordnungsgemäße Verbrennung zu gewährleisten. Das Endprodukt ist ein sauberer brennender, trockener Kohle.

CCTIs Pristine-M Technologie ist eine patentierte, kostengünstige Kohledehydrierungstechnologie. Der Pristine-M Prozess beginnt mit der Extraktion von VM in flüssiger Form aus niedrigrangigen Kohlen. Sobald die Feuchtigkeit aus der Zielkohle entfernt ist, werden die flüssigen Volatilen durch einen "Absorptions"-Prozess verwendet, um die Poren der Kohle zu füllen, die dehydriert wurden. Das Endergebnis ist eine impermeable, stabile Kohle mit aufgewertetem CV-Gehalt. Diese stabile Kohle kann wirtschaftlich transportiert und für Kohlekraftwerke verwendet werden.

Die Pristine-M Prozesstechnologie wurde entwickelt, um den dringenden Bedarf an einer wirtschaftlichen Methode zur Entwässerung von Kohlen anzusprechen, deren Feuchtegehalt hoch ist (30 % – 60 %), aber wo die Reduktion von VM nicht nötig ist oder, falls sie auftritt, sie die VM zu niedrig macht, damit die Kohle die Verbrennung in einem Staubkohle (PC) Kessel aufrechterhalten kann. Die neue Technologie ergänzt die bestehende Pristine-Technologie. Sie baut auf der Wissenschaft auf, die den Pristine-Prozess verstärkt, und kombiniert ein einzigartiges Konzept, bekannt als "Vapour Phase Deposition" (Dampfphasenabscheidung).

Pristine-M Technologie besteht aus einem "milden Vergasungs" (Mild Gasification) Prozess, der Feuchtigkeit und VM ohne Pulverisierung der Kohle oder Pelletisierung entfernt. Die Kohle bleibt hochresistent gegen Feuchtigkeitswiederaufnahme, da sie im Prozess natürlich beschichtet wird. Der Kohleaufwertungsprozess basiert auf lang etablierten Aufbereitungsprozessen und nutzt handelsübliche Komponenten und Ausrüstung. Der Prozess kann bis zu 90 % der chemischen Schadstoffe aus der Kohle entfernen, wodurch Emissionsprobleme, die Kohlekraftwerke betreffen, gelöst werden helfen.

CCTI hat im Dezember 2015 in Oklahoma, USA, eine Anlage zur Validierung der Pristine-M Technologie erstellt. Die am Standort durchgeführten Tests haben bestätigt: (i) erfolgreiche Dehydrierung der Kohle, (ii) erfolgreiche Aufbereitung der Kohle (Erhöhung des CV-Werts), (iii) erfolgreiche Stabilisierung der Kohle, und (iv) erfolgreiche Produktion eines staubfreien, stabilen Endprodukts. Die Testanlage wurde nun nach Wyoming verlegt. Die Testanlage wurde als Prototyp des Prozesses bei ca. 0,1-facher kommerzieller Größe entworfen und gebaut.

CCTIs Prozesskonzepte basieren auf der Raffination von Kohle vor der Verwendung. Pristine-M Technologie strebt an, Kohle durch Entfernung von Schadstoffen vor ihrer Verwendung zu raffinieren. Dies ermöglicht, Schadstoffe in ihrem reinen, unverdünnten Zustand und in viel kleineren Volumen für Entsorgung oder Wiederverwendung anderswo zu erfassen. Die Pristine-M Technologie eliminiert kostspielige nachverbrennungsbasierte Schadstoffentfernungstechnologien wie Rauchgaswäscher und Wäscherabfälle und reduziert Kohlenstoffemissionen.

Der Pristine-M Prozess adressiert drei fundamentale Herausforderungen, die mit der Kohletrocknung verbunden sind. Diese Herausforderungen sind: (i) eine getrocknete Kohle zu produzieren, die keine Feuchtigkeit wieder aufnimmt, (ii) eine getrocknete Kohle zu produzieren, die nicht dazu neigt, bröckelig zu werden, was zu übermäßiger Feinproduktion führt, damit sie sicher mit minimalem Risiko der Selbstentzündung transportiert werden kann, und (iii) der Prozess kostengünstig und wirtschaftlich tragfähig zu sein. Der Prozess benötigt keine Pulverisierung der rohen Zufuhrkohle. Die behandelte Kohle behält den Großteil ihrer ursprünglichen Größenverteilung bei und leidet unter fast keiner Degradation. Daher erfordert das Endprodukt keine Brikettierung oder Pelletisierung.

Der Pristine-M Prozess ist ein kontinuierlicher Prozess, der aus drei separaten Stufen besteht. Diese sind: (i) Trockner, (ii) Entflüchtiger (Devolatizer), und (iii) Stabilisator. Der Prozess nutzt einen Entflüchtiger, um Gase zu produzieren, die für die Prozesswärme sowie zur Stabilisierung der trockenen Kohle verwendet werden. Nur ein kleiner Teil der rohen Zufuhrkohle (typischerweise weniger als 7 %) wird entflüchtigt. Prozessparameter werden optimiert, um nur genügend flüchtige Gase für die genannten Zwecke zu produzieren. Flüssige Nebenprodukte sind in diesem Prozess nicht erwünscht. Überschüssige entflüchtigte Kohle wird am Ende des Prozesses mit der trockenen und stabilisierten Kohle vermischt und geht somit nicht verloren.

Das Fließschema mit den drei Stufen ist in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1 Fließschema des Pristine-M Prozesses

Die erste Stufe umfasst einen Trockner, der eine Technologie verwendet, um optimalen Wärmeaustausch mit minimalem Platzbedarf aufrechtzuerhalten. Die Trocknung erfolgt bei ca. 120 °C, einer Temperatur, die ausreicht, um die inhärente Feuchtigkeit abzutreiben, wobei der Entfernungsgrad, z. B. auf 15 % oder 10 % oder 5 %, eine Funktion der Verweilzeit, Betttiefe und Temperatur ist. Bestimmte Kohletypen haben die Tendenz, in Abhängigkeit vom Grad, zu dem die rohe Zufuhrkohle getrocknet wird, in Feinteile zu degradieren. In solchen Fällen wird die Feuchteentfernung reduziert, andernfalls ist Brikettierung der getrockneten Kohle erforderlich. Wenn übermäßige Feinteile (Kohlepartikel mit mittlerer Partikelgröße < 6 mm) in der Zufuhrkohle vorhanden sind, können die Feinteile separat verarbeitet oder verbrannt werden, um Prozesswärme bereitzustellen, je nachdem, welche Option für die spezifische Anwendung wirtschaftlich am machbarsten ist.

In der zweiten Stufe des Prozesses wird ein Teilstrom der entfeuchteten Kohle aus dem Trockner (generell 5 % bis 10 %) aus dem Hauptstrom entfernt und einem Entflüchtiger zugeführt. Der Entflüchtiger arbeitet bei 400 °C bis 450 °C, um den Teilstrom der Kohle zu entflüchtigen. Alle entwickelten Gase werden zur dritten Stufe (dem Stabilisator) gesendet, während alle nicht-kondensierbaren Gase zur Prozesswärme verbrannt werden. Der Prozess ist optimiert, um nur genügend Gase und Dämpfe für Prozesswärme und für die Stabilisierung der entfeuchteten Kohle zu produzieren. Das Produkt aus dem Entflüchtiger kann, wenn gewünscht, mit der entfeuchteten und stabilisierten Kohle vermischt werden.

In der dritten Stufe des Prozesses, die die Stabilisierungs-/Dampfphasenabscheidungsphase ist, wird die VM in ein speziell entworfenes Gefäß eingespeist, das es der VM ermöglicht, in die Poren der entfeuchteten Kohle aus der ersten Stufe absorbiert zu werden. Flüchtige Dämpfe dringen in Kohleporen ein, die durch den Feuchtigkeitsverlust freigeworden sind, und beschichten auch die Oberfläche der Kohle. Diese Aktion versiegelt die Oberfläche der Kohle, wodurch jede Feuchtigkeitswiederaufnahme, Selbstentzündung und jede Tendenz zur Disintegration verhindert wird. Für das Erreichen des gewünschten Ergebnisses werden Stabilisierungsparameter basierend auf dem chemischen Profil der rohen Zufuhrkohle festgelegt.

Der Pristine-M Prozess macht die Kohle impermeabel. Auch die strukturelle Integrität der Kohle wird beibehalten und ihr Heizwert kann über den Wert erhöht werden, der nur durch Feuchteentfernung erreicht wird. Der Hardgrove Grindability Index (HGI) des Produktkohles bleibt gleich wie der der Zufuhrkohle. Die getrocknete Kohle neigt nicht dazu, im Transport zu brechen und hat auch eine ausreichend lange Haltbarkeit, um langfristigen See- oder Landtransport und lange Perioden in Kohlelägern, den Elementen ausgesetzt, zu überstehen. Proben getrockneter Kohle haben weit über 6 Monate im Freien, ungeschützt, ohne Feuchtigkeitswiederaufnahme überlebt.

Der Pristine-M Prozess ist modular. Ein kommerzielles Modul, das für einen Zufuhrdurchsatz von 30 t/h ausgelegt ist und rohe Zufuhrkohle mit 50 % Feuchte handhabt, hat die Kapazität, ca. 160.000 t trockene Kohle pro Jahr zu produzieren. Eine 1 Million Tonnen pro Jahr Anlage basierend auf dem Pristine-M Prozess besteht aus 6 solchen Modulen. Der Prozess ist kontinuierlich mit Verweilzeiten, die auf ca. 15 Minuten geschätzt werden, abhängig vom Grad der Feuchteentfernung und der inhärenten Feuchte in der Kohle. Die Anlage arbeitet bei 1 Atmosphäre Druck.

Die Pristine-M Prozessmodule sind so konfiguriert, dass sie unabhängig und parallel zueinander betrieben werden, wodurch einzelne Module für geplante/ungeplante Wartung oder ungeplante Ausfälle offline genommen werden können, ohne die anderen Module zu unterbrechen. Zusätzliche Kapazität, wann und wie erforderlich, wird durch zusätzliche Module bereitgestellt. Durch die Einbindung handelsüblicher Standardkomponenten vermeidet das Design die Notwendigkeit für maßgeschneiderte Ausrüstung, die die Kapitaleinsätze der Anlage erhöht. Die Anlage wird durch ein fortschrittliches Prozessleitsystem gesteuert und betrieben.

Wenn es signifikante Variationen in der Zufuhrkohle gibt (strukturell, chemisch oder inhärente Feuchte), ist die Pristine-M Trocknungsanlage so ausgelegt, dass sie die verschiedenen Kohlen handhabt. Das Anlagenleitsystem passt automatisch für Unterschiede an, innerhalb eines begrenzten Bereichs. Es ist auch möglich, Kohlen unterschiedlicher Charakteristika gleichzeitig durch den Prozess zu führen, indem separate Module verwendet werden, die die Unterschiede angemessen adressieren können.

Vorteile des Pristine-M Prozesses

Die folgenden sind die Vorteile des Pristine-M Prozesses.

Prozessvorteile

Diese umfassen: (i) niedrige Verarbeitungszeit zwischen 5 Minuten bis 10 Minuten, (ii) einstellbare Produktspezifikationen, (iii) Vielfalt an Zufuhrkohlen verarbeitbar, da es Prozesssteuerung und Optimierung durch wissensbasierte programmierbare Logiksteuerungen (SPS) gibt, (iv) geeignet für Zufuhrkohlegröße von 0 mm bis 50 mm, (v) Prozess arbeitet bei atmosphärischem Druck, und (vi) der Prozess hat modulares und skalierbares Design.

Produktvorteile

Diese umfassen: (i) keine Feuchtigkeitswiederaufnahme, (ii) keine Selbstentzündung des Produktkohles, (iii) keine Größenverschlechterung, (iv) das Produktkohle ist ideales Vergaser-Rohmaterial, (v) das Produktkohle hat optimales VM-Niveau zur Maximierung der Verbrennung, (vi) das Produktkohle ist staubfrei, was Kohlenstaubverschmutzung beim Kohletransport reduziert, (vii) Reduktionen bei CO₂ und gefährlichen Schadstoffen, und (viii) niedrige Kapital- und Betriebskosten.