Технология Pristine-M: передовое сушение низковлажного угля для чистого, эффективного топлива

Технология процесса Pristine-M для сушки низкокачественных углей

Технология процесса Pristine-M для сушки низкокачественных углей разрабатывается Clean Coal Technologies, Inc. (CCTI). Это запатентованная технология для превращения сырого низкокачественного угля в более чистое горящее, более эффективное топливо. Она отвечает потребности в низковлажном угле, который экономичен для транспортировки, стабилен в транспортировке и не ресорбирует влагу. Pristine-M — низкозатратная технология обезвоживания угля, которая успешно сушит и стабилизирует уголь дешево, используя летучие вещества (ЛВ), выделяемые сырой кормовой уголь.

Процесс Pristine-M снижает содержание влаги низкокачественных углей, одновременно стабилизируя и герметизируя обработанные угли для предотвращения повторного поглощения влаги и самовозгорания. Процесс также увеличивает калорийность (CV) низкокачественных углей до значений, сравнимых с битуминозными углями. Pristine-M — третья стадия развития процесса. Другие две стадии — «Pristine-SA» и «Pristine».

Pristine-SA — технологическая стадия разработки, предназначенная для устранения 100 % ЛВ в сырой кормовой уголь. Для достижения стабильного сгорания Pristine-SA обработанный уголь должен ко-факелироваться с обработанной биомассой или природным газом. Процесс приводит к чистому топливу, устраняя необходимость в очистителях выхлопных газов и сопутствующем производстве токсичных осадков флюгазодесульфуризации (FGD). Pristine-SA дает универсальный угольный продукт, который может использоваться для производства многочисленных не-топливных продуктов.

Наследие технологии CCTI, «Pristine», предназначена для удаления влаги и ЛВ по требованиям. Фактор, определяющий снижение ЛВ — дизайн котла и необходимость определенного количества ЛВ оставаться в угле для обеспечения правильного сгорания. Конечный продукт — более чистое горящее, сухое уголь.

Технология Pristine-M CCTI — запатентованная, низкозатратная технология обезвоживания угля. Процесс Pristine-M начинается с извлечения ЛВ в жидкой форме из низкокачественных углей. После удаления влаги из целевого угля жидкие летучие вещества используются через процесс «абсорбции» для заполнения пор угля, обезвоженного. Конечный результат — непроницаемый, стабильный уголь с улучшенным содержанием CV. Этот стабильный уголь может быть экономично транспортирован и использован для угольных электростанций.

Технология процесса Pristine-M разработана для решения насущной потребности в экономичном способе обезвоживания углей, чье содержание влаги высоко (30–60 %), но где снижение ЛВ не нужно или, если оно происходит, оно делает ЛВ слишком низким для удержания сгорания в пульверизированном угольном (ПУ) котле. Новая технология дополняет существующую технологию Pristine. Она строится на науке, укрепляющей процесс Pristine, и сочетает уникальную концепцию, известную как «Фазовое осаждение пара».

Технология Pristine-M состоит из процесса «мягкой газификации», который удаляет влагу и ЛВ без пульверизации угля или пеллетизации его. Уголь остается высоко устойчивым к повторному поглощению влаги, так как он естественным образом покрывается в процессе. Процесс улучшения угля основан на давно установленных обогатительных процессах и использует стандартные компоненты и оборудование. Процесс может удалять до 90 % химических загрязнителей из угля, тем самым помогая решать проблемы выбросов, затрагивающие угольные электростанции.

CCTI создала объект в Оклахоме, США в декабре 2015 года для валидации технологии Pristine-M. Тесты, проведенные на объекте, подтвердили: (i) успешное обезвоживание угля, (ii) успешное обогащение угля (повышение значения CV), (iii) успешную стабилизацию угля, и (iv) успешное производство беспыльного, стабильного конечного продукта. Тестовый объект теперь перемещен в Вайоминг. Тестовый объект спроектирован и построен как прототип процесса примерно в 0,1 раза от коммерческого масштаба.

Процессные концепции CCTI построены на очистке угля перед использованием. Технология Pristine-M стремится очистить уголь, удаляя загрязнители из угля перед его использованием. Это позволяет захватывать загрязнители в их чистом, неразбавленном состоянии и в гораздо меньших объемах для утилизации или повторного использования в другом месте. Технология Pristine-M устраняет дорогие пост-сгорания технологии удаления загрязнителей, такие как флюгазовые скрубберы и отходы скрубберов и снижает углеродные выбросы.

Процесс Pristine-M решает три фундаментальных проблемы, связанные с сушкой угля. Эти проблемы: (i) произвести сушеный уголь, который не ресорбирует влагу, (ii) произвести сушеный уголь, который не имеет тенденции становиться рассыпчатым, результатом в избыточном производстве мелких фракций, чтобы его можно было безопасно транспортировать с минимальным риском самовозгорания, и (iii) процесс должен быть недорогим и экономически целесообразным. Процесс не требует пульверизации сырой кормовой угля. Обработанный уголь сохраняет большую часть своего начального распределения размеров и страдает почти никакой деградации. Следовательно, конечный продукт не требует брикетирования или пеллетизации.

Процесс Pristine-M — непрерывный процесс, состоящий из трех отдельных стадий. Это: (i) сушилка, (ii) деволатилизатор, и (iii) стабилизатор. Процесс использует деволатилизатор для производства газов, которые используются для процессного тепла, а также для стабилизации сухого угля. Только небольшая часть сырой кормовой угля (обычно менее 7 %) деволатилизируется. Процессные параметры оптимизированы для производства только достаточного количества летучих газов для упомянутых целей. Жидкие побочные продукты нежелательны в этом процессе. Избыточный деволатилизированный уголь смешивается обратно с сухим и стабилизированным углем в конце процесса и, таким образом, не теряется.

Технологическая схема, показывающая три стадии, приведена на рис. 1.

Рис. 1 Технологическая схема процесса Pristine-M

Первая стадия включает сушилку, использующую технологию для поддержания оптимального теплообмена с минимальным отпечатком. Сушка происходит при около 120 °C, температура, достаточная для удаления присущей влаги со степенью удаления, например, до 15 %, 10 % или 5 %, являющейся функцией времени пребывания, глубины слоя и температуры. Некоторые типы угля имеют тенденцию деградировать в мелкие фракции как функция степени, до которой сырой кормовой уголь сушен. В таких случаях удаление влаги снижается, иначе требуется брикетирование сушеного угля. Когда избыточные мелкие фракции (угольные частицы со средним размером частицы <6 мм) присутствуют в кормовом угле, мелкие фракции могут обрабатываться отдельно или сжигаться для обеспечения процессного тепла, в зависимости от того, какой вариант оказывается экономически наиболее целесообразным для конкретного применения.

На второй стадии процесса, скользящий поток обезвоженного угля из сушилки (обычно 5–10 %) отводится от основного потока и отправляется в деволатилизатор. Деволатилизатор работает при 400–450 °C для деволатилизации скользящего потока угля. Все выделенные газы отправляются на третью стадию (стабилизатор), в то время как все неконденсационные газы сжигаются для процессного тепла. Процесс оптимизирован для производства только достаточного количества газов и паров для процессного тепла и для стабилизации обезвоженного угля. Продукт из деволатилизатора может быть смешан обратно с обезвоженным и стабилизированным углем, если желательно.

На третьей стадии процесса, которая является стабилизацией/фазовым осадением пара, ЛВ подаются в специально спроектированный сосуд, позволяющий ЛВ абсорбироваться в поры обезвоженного угля с первой стадии. Летучие пары проникают в угольные поры, освобожденные потерей влаги, а также покрывают поверхность угля. Это действие герметизирует поверхность угля, тем самым предотвращая любое повторное поглощение влаги, самовозгорание и любую тенденцию к распаду. Для достижения желаемого результата параметры стабилизации устанавливаются на основе химического профиля сырой кормовой угля.

Процесс Pristine-M делает уголь непроницаемым. Также структурная целостность угля сохраняется и его тепловая ценность может быть улучшена за пределами значения, достигнутого только удалением влаги. Индекс размолоспособности Hardgrove (HGI) продуктового угля остается таким же, как у кормового угля. Сушеный уголь не имеет тенденции ломаться в транспорте и также имеет срок хранения достаточно длинный для поддержания длительных океанских или наземных перевозок и длительных периодов на угольных площадках, экспонированных стихиям. Образцы сушеного угля выживали более 6 месяцев на открытом воздухе, без укрытия, без повторного поглощения влаги.

Процесс Pristine-M модульный. Коммерческий модуль, спроектированный для пропускной способности 30 т/ч и обработки сырой кормовой угля с 50 % влажностью, имеет способность производить около 160 000 тонн сухого угля в год. Завод мощностью 1 млн т/год на основе процесса Pristine-M состоит из 6 таких модулей. Процесс непрерывный с временем пребывания, оцениваемым около 15 минут, в зависимости от степени удаления влаги и присущей влаги в угле. Завод работает при давлении 1 атмосфера.

Модули процесса Pristine-M сконфигурированы для независимой и параллельной работы друг с другом, позволяя отдельным модулям выводиться из строя для планового/непланового обслуживания или неожиданных поломок без прерывания других модулей. Дополнительная мощность, как и когда требуется, обеспечивается через дополнительные модули. Включая коммерчески доступные стандартные компоненты, дизайн избегает необходимости в индивидуально изготавливаемом оборудовании, которое добавляет к капитальным затратам завода. Завод контролируется и эксплуатируется через сложную систему процессного управления.

Когда есть значительные вариации в кормовом угле (структурные, химические или присущие влаги), завод сушки Pristine-M спроектирован для обработки разных углей. Система управления заводом автоматически регулирует различия в ограниченном диапазоне. Также возможно прогонять угли разных характеристик через процесс одновременно, используя отдельные модули, способные адресовать различия соответствующим образом.

Преимущества процесса Pristine-M

Ниже приведены преимущества процесса Pristine-M.

Процессные преимущества

— Включают: (i) низкое время обработки, которое между 5–10 минутами, (ii) регулируемые спецификации продукта, (iii) разнообразие кормовых углей может быть обработано, так как есть процессный контроль и оптимизация через знания на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК), (iv) подходит для размера кормового угля 0–50 мм, (v) процесс работает при атмосферном давлении, и (vi) процесс имеет модульный и масштабируемый дизайн.

Преимущества продукта

— Включают: (i) нет повторного поглощения влаги, (ii) нет самовозгорания продуктового угля, (iii) нет деградации размера, (iv) продуктовый уголь идеальное сырье для газификатора, (v) продуктовый уголь имеет оптимальный уровень ЛВ для максимизации сгорания, (vi) продуктовый уголь безпыльный, тем самым снижая угольную пыль при транспортировке угля, (vii) снижение CO₂ и опасных загрязнителей, и (viii) низкие капитальные и эксплуатационные расходы.