Technologie de procédé Pristine-M pour le séchage des charbons de rang inférieur

Technologie de procédé Pristine-M pour le séchage des charbons de rang inférieur

La technologie de procédé Pristine-M pour le séchage des charbons de rang inférieur est en cours de développement par Clean Coal Technologies, Inc. (CCTI). Il s'agit d'une technologie brevetée pour convertir le charbon brut de rang inférieur en un combustible plus propre et plus efficace. Il répond au besoin d'un charbon à faible humidité qui soit économique à transporter, stable dans le transport et ne réabsorbe pas l'humidité. Pristine-M est une technologie de déshydratation du charbon à faible coût qui a réussi à sécher le charbon et à le stabiliser à moindre coût en utilisant des matières volatiles (VM) libérées par le charbon brut d'alimentation.

Le procédé Pristine-M réduit la teneur en humidité des charbons de rang inférieur, tout en stabilisant et en scellant les charbons traités pour empêcher les réabsorptions d'humidité et la combustion spontanée. Le procédé augmente également le pouvoir calorifique (CV) des charbons de rang inférieur à des valeurs comparables aux charbons bitumineux. Pristine-M est la troisième étape du développement du procédé. Les deux autres étapes sont « Pristine-SA » et « Pristine ».

Pristine-SA est une technologie en phase de développement conçue pour éliminer 100 % de la VM dans le charbon brut d'alimentation. Pour obtenir une combustion stable, le charbon traité Pristine-SA doit être co-combustible avec de la biomasse traitée ou du gaz naturel. Le processus aboutit à un combustible propre, éliminant le besoin d'épurateurs d'émissions et la production corollaire de boues toxiques de désulfuration des gaz de combustion (FGD). Pristine-SA donne un produit de charbon polyvalent qui peut être utilisé pour fabriquer de nombreux produits non combustibles.

La technologie héritée de CCTI, « Pristine », est conçue pour éliminer l'humidité et la VM, conformément aux exigences. Le facteur déterminant la réduction de VM est la conception de la chaudière et la nécessité qu'une certaine quantité de VM reste dans le charbon pour assurer une combustion correcte. Le produit final est un charbon sec et à combustion plus propre.

La technologie Pristine-M de CCTI est une technologie brevetée de déshydratation du charbon à faible coût. Le procédé Pristine-M commence par l'extraction de VM sous forme liquide à partir de charbons de rang inférieur. Une fois que l'humidité est éliminée du charbon ciblé, les volatils liquides sont utilisés par un processus «d'absorption» pour remplir les pores du charbon qui ont été déshydratés. Le résultat final est un charbon imperméable et stable avec un contenu CV amélioré. Ce charbon stable peut être transporté de manière économique et utilisé pour les centrales électriques au charbon.

La technologie de procédé Pristine-M a été développée pour répondre au besoin pressant d'un moyen économique de déshydrater les charbons dont la teneur en humidité est élevée (30% - 60%), mais où la réduction de VM n'est pas nécessaire ou, si elle se produit , cela rend le VM trop bas pour que le charbon puisse entretenir la combustion dans une chaudière à charbon pulvérisé (PC). La nouvelle technologie complète la technologie Pristine existante. Il s'appuie sur la science qui renforce le processus Pristine et combine un concept unique connu sous le nom de "dépôt en phase vapeur".

La technologie Pristine-M consiste en un processus de « gazéification douce » qui élimine l'humidité et le VM sans pulvériser le charbon ni le granuler. Le charbon reste très résistant à la réabsorption d'humidité car il est naturellement enrobé au cours du processus. Le processus de valorisation du charbon est basé sur des processus d'enrichissement établis de longue date et utilise des composants et des équipements prêts à l'emploi. Le processus peut éliminer jusqu'à 90 % des polluants chimiques du charbon, contribuant ainsi à résoudre les problèmes d'émissions affectant les centrales électriques au charbon

CCTI a créé une installation dans l'Oklahoma, aux États-Unis, en décembre 2015 pour la validation de la technologie Pristine-M. Les tests effectués dans l'installation ont confirmé (i) la déshydratation réussie du charbon, (ii) l'enrichissement réussi du charbon (augmentation de la valeur CV), (iii) la stabilisation réussie du charbon et (iv) la production réussie d'un charbon exempt de poussière. , produit final stable. L'installation d'essai est maintenant déplacée au Wyoming. L'installation d'essai a été conçue et construite comme un prototype du processus à environ 0,1 fois la taille de l'échelle commerciale.

Les concepts de processus de CCTI reposent sur le raffinage du charbon avant son utilisation. La technologie Pristine-M s'efforce de raffiner le charbon en éliminant les polluants du charbon avant son utilisation. Cela permet de capturer les polluants dans leur état pur et non dilué et dans des volumes beaucoup plus petits pour être éliminés ou réutilisés ailleurs. La technologie Pristine-M élimine les technologies coûteuses d'élimination des polluants post-combustion telles que les épurateurs de gaz de combustion et les déchets d'épurateur et réduit les émissions de carbone.

Le procédé Pristine-M répond à trois défis fondamentaux associés au séchage du charbon. Ces défis sont (i) de produire un charbon séché qui ne réabsorbe pas l'humidité, (ii) de produire un charbon séché qui n'a pas tendance à devenir friable, entraînant une production excessive de fines afin qu'il puisse être transporté en toute sécurité avec risque minimal de combustion spontanée, et (iii) le procédé soit peu coûteux et économiquement viable. Le processus n'a pas besoin de pulvérisation du charbon d'alimentation brut. Le charbon traité conserve la majeure partie de sa distribution granulométrique initiale et ne subit pratiquement aucune dégradation. Par conséquent, le produit final ne nécessite ni briquetage ni granulation.

Le procédé Pristine-M est un procédé continu composé de trois étapes distinctes. Ce sont (i) le sécheur, (ii) le dévolatilisant et (iii) le stabilisant. Le procédé utilise un dévolatilisateur pour produire des gaz qui sont utilisés pour la chaleur du procédé ainsi que pour stabiliser le charbon sec. Seule une petite partie du charbon brut d'alimentation (généralement moins de 7 %) est dévolatilisée. Les paramètres du processus sont optimisés de manière à ne produire que suffisamment de gaz volatils pour les objectifs mentionnés. Les sous-produits liquides ne sont pas souhaitables dans ce procédé. L'excès de charbon dévolatilisé est mélangé au charbon sec et stabilisé à la fin du processus et n'est donc pas perdu.

Le schéma de procédé montrant les trois étapes est donné dans la figure 1.

Fig 1 Organigramme du processus Pristine-M

La première étape comprend un sécheur utilisant une technologie permettant de maintenir un échange de chaleur optimal avec un encombrement minimal. Le séchage a lieu à environ 120 °C, une température qui est suffisante pour chasser l'humidité inhérente avec le degré d'élimination, par exemple jusqu'à 15 % ou 10 % ou 5 %, étant fonction du temps de séjour, de la profondeur du lit et de la température. Certains types de charbon ont tendance à se dégrader en fines en fonction du degré auquel le charbon brut d'alimentation est séché. Dans de tels cas, l'élimination de l'humidité est réduite, sinon le briquetage du charbon séché est nécessaire. Lorsque des fines excessives (particules de charbon d'une taille moyenne <6 mm) sont présentes dans le charbon d'alimentation, les fines peuvent être traitées séparément ou brûlées pour fournir de la chaleur de procédé, selon l'option qui s'avère la plus économiquement réalisable pour l'application spécifique.

Dans la deuxième étape du processus, un sillage du charbon déshumidifié du sécheur est (généralement 5 % à 10 %) retiré du flux principal et envoyé vers un dévolatilisateur. Le dévolatilisateur fonctionne entre 400 deg C et 450 deg C pour dévolatiliser le sillage de charbon. Tous les gaz dégagés sont envoyés au troisième étage (le stabilisateur), tandis que tous les gaz non condensables sont brûlés pour la chaleur du procédé. Le processus est optimisé pour produire uniquement suffisamment de gaz et de vapeurs pour la chaleur du processus et pour stabiliser le charbon déshumidifié. Le produit du dévolatilisateur peut être mélangé avec le charbon déshumidifié et stabilisé, si désiré.

Dans la troisième étape du processus qui est la phase de stabilisation/dépôt en phase vapeur, le VM est introduit dans un récipient spécialement conçu qui permet au VM d'être absorbé dans les pores du charbon déshumidifié dès la première étape. Les vapeurs volatiles pénètrent dans les pores du charbon libérés par la perte d'humidité et recouvrent la surface du charbon. Cette action scelle la surface du charbon, empêchant ainsi toute réabsorption d'humidité, combustion spontanée et toute tendance à la désagrégation. Pour obtenir le résultat souhaité, des paramètres de stabilisation sont établis en fonction du profil chimique du charbon brut d'alimentation.

Le procédé Pristine-M rend le charbon imperméable. De plus, l'intégrité structurelle du charbon est maintenue et sa valeur calorifique peut être améliorée au-delà de la valeur obtenue avec la seule élimination de l'humidité. L'indice de broyabilité Hardgrove (HGI) du charbon produit reste le même que celui du charbon d'alimentation. Le charbon séché n'a pas tendance à se casser pendant le transport et a également une durée de conservation suffisamment longue pour supporter un long transport maritime ou de surface et de longues périodes dans les parcs à charbon exposés aux éléments. Des échantillons de charbon séché ont survécu pendant plus de 6 mois à l'extérieur, sans abri, sans réabsorption d'humidité.

Le procédé Pristine-M est modulaire. Un module commercial conçu pour alimenter un débit de 30 tonnes par heure et traiter du charbon brut d'alimentation avec 50 % d'humidité a une capacité de production d'environ 160 000 tonnes de charbon sec par an. Une usine d'un million de tonnes par an basée sur le procédé Pristine-M est composée de 6 de ces modules. Le processus est continu avec des temps de séjour estimés à environ 15 minutes, en fonction du degré d'élimination de l'humidité et de l'humidité inhérente au charbon. L'usine fonctionne à la pression de 1 atmosphère.

Les modules de processus Pristine-M sont configurés pour fonctionner indépendamment et en parallèle les uns des autres, permettant ainsi aux modules individuels d'être mis hors ligne pour une maintenance planifiée/non planifiée ou des pannes imprévues sans interruption des autres modules. Une capacité supplémentaire, selon les besoins, est fournie par des modules supplémentaires. En incorporant des composants prêts à l'emploi disponibles dans le commerce, la conception évite le besoin d'un équipement sur mesure qui s'ajoute au coût d'investissement de l'usine. L'usine est contrôlée et exploitée par un système de contrôle de processus sophistiqué.

Lorsqu'il y a des variations importantes dans le charbon d'alimentation (humidité structurelle, chimique ou inhérente), l'installation de séchage Pristine-M est conçue pour traiter les différents charbons. Le système de contrôle de l'usine s'ajuste automatiquement aux différences, dans une plage limitée. Il est également possible de faire passer simultanément des charbons de caractéristiques différentes dans le processus, en utilisant des modules séparés capables de traiter les différences de manière appropriée.

Avantages du processus Pristine-M

Voici les avantages du procédé Pristine-M.

Avantages du processus - Ceux-ci incluent (i) un faible temps de traitement qui se situe entre 5 minutes et 10 minutes, (ii) des spécifications de produit ajustables, (iii) une variété de charbons d'alimentation peut être traitée car il y a un contrôle et une optimisation du processus grâce à des contrôleurs logiques programmables basés sur la connaissance (PLC ), (iv) adapté à une taille de charbon d'alimentation de 0 mm à 50 mm, (v) le processus fonctionne à la pression atmosphérique, et (vi) le processus a une conception modulaire et évolutive.

Avantages du produit – Ceux-ci incluent (i) il n'y a pas de réabsorption d'humidité, (ii) il n'y a pas de combustion spontanée du charbon produit, (iii) il n'y a pas de dégradation de la taille, (iv) le charbon produit est une matière première idéale pour le gazéificateur, (v) la le charbon produit a un niveau optimal de VM pour maximiser la combustion, (vi) le charbon produit est exempt de poussière, ce qui réduit la pollution par la poussière de charbon lors du transport du charbon, (vii) il y a des réductions de CO2 et de polluants dangereux, et (viii) de faibles coûts d'investissement et d'exploitation .