Węgiel zagęszczony

Węgiel zagęszczony jest produktem technologii uszlachetniania węgla Coldry Process , która usuwa wilgoć z węgli o niskiej zawartości węgla, takich jak węgiel subbitumiczny i węgiel brunatny / brunatny . Proces zagęszczania podnosi wartość kaloryczną niskowęglowego do poziomu równego lub przewyższającego wiele węgli kamiennych eksportowych. Węgiel zagęszczony powstały w procesie Coldry jest uważany za ekwiwalent lub zamiennik węgla kamiennego .

Proces Coldry to opatentowana technologia uszlachetniania węgla , opracowywana w Victorii w Australii przez firmę Environmental Clean Technologies Limited w oparciu o „zagęszczanie węgla brunatnego”. Został opracowany specjalnie w celu ulepszenia węgla brunatnego o niskiej zawartości węgla brunatnego ( lignitu ) i niektórych form węgla subbitumicznego poprzez usunięcie większości naturalnie występującej wilgoci; utwardzać i zagęszczać węgiel; podnieść kaloryczność węgla; i przekształcić węgiel w stabilny (o niższym ryzyku samozapłonu), nadający się na eksport ekwiwalent węgla kamiennego do wykorzystania przez generatory opalane węglem kamiennym do produkcji energii elektrycznej lub jako surowiec do dalszych procesów, takich jak przeróbka węgla na gaz, ropę naftową i inne wysokowartościowe chemikalia.

Przegląd

Coldry Process ewoluował od prac teoretycznych i testowych na Wydziale Chemii Organicznej Uniwersytetu w Melbourne, Victoria, we współpracy z CRA Advanced Technical Development, Melbourne w 1989 roku. Praca ta była oparta na wcześniejszych pracach teoretycznych dotyczących zagęszczonego węgla, przeprowadzonych przez Departament Chemia Organiczna, Uniwersytet w Melbourne w latach 1980-81. Możliwość tworzenia zagęszczonego węgla została zidentyfikowana na podstawie obserwacji dokonanych w Maddingley Mine niedaleko Bacchus Marsh , Victoria . Operator kopalni zauważył, że utwardzone, podobne do bitumu nawierzchnie drogowe tworzyły się naturalnie wkrótce po opadach deszczu, kiedy ciężarówki wjeżdżały do kopalni i wyjeżdżały z niej. W dniach następujących po deszczu nawierzchnia dróg w kopalni twardniała jak asfalt i nie wchłaniała już wody. Dr Johns i współpracownicy stwierdzili, że proces ścinania mechanicznego o niskim poziomie miał miejsce, gdy węgiel brunatny zmieszany z niewielką ilością wilgoci i poddany działaniu ścinania mechanicznego o niskim poziomie, zasadniczo zniszczył porowatą strukturę węgla i zapoczątkował łagodną naturalną reakcję egzotermiczną w obrębie węgla, co prowadzi do mobilizacji, a następnie odparowania zawartej w nim wilgoci. Proces niskiego ścinania mechanicznego zasadniczo zmienia fizyczną porowatą strukturę węgla iw różnym stopniu wiązania mikrochemiczne w węglu, zmniejszając zawartość wilgoci do 10-14 procent; podniesienie kaloryczności powyżej 5200 kcal/kg; oraz stworzenie nowego produktu „zagęszczonego węgla”, który jest hydrofobowy, nie jest już podatny na samozapłon, jest łatwy w transporcie iz komercyjnego i środowiskowego punktu widzenia jest odpowiednikiem węgla kamiennego.

Zasada

Zasadniczo węgiel brunatny jest ścinany i ścierany, zmniejszając średni rozmiar cząstek i uwalniając wodę naturalnie zatrzymywaną w porowatej mikrostrukturze węgla, tworząc plastyczną masę. To rozproszenie powierzchniowej i fizycznie uwięzionej wilgoci nadaje się do usuwania przez odparowanie w temperaturze otoczenia lub zbliżonej do niej. Ścinanie otwiera również świeże powierzchnie węgla, odsłaniając reaktywne formy molekularne, które uczestniczą w nowych reakcjach tworzenia wiązań i uwalniają część chemicznie uwięzionej wilgoci. W miarę zagęszczania peletów nowo utworzona struktura kurczy się, co skutkuje znacznie bardziej zwartą mikrostrukturą w porównaniu z pierwotnym węglem. Ta nowa struktura znacznie zmniejsza skłonność do samonagrzewania się do typowego węgla kamiennego . W przypadku węgla brunatnego i niektórych węgli subbitumicznych proces Coldry wytwarza surowiec w postaci sprasowanych granulek, które znacznie zmniejszają emisje CO 2 w porównaniu _z pierwotnym stanem węgla brunatnego, gdy są spalane w celu wytworzenia energii elektrycznej. Kluczową cechą tej technologii jest wykorzystanie niskiej jakości „ ciepła odpadowego ” z kolokowanej elektrowni w celu zapewnienia energii suszenia przez odparowanie. Zazwyczaj elektrownie zrzucają tę energię za pośrednictwem wież chłodniczych, pobierając znaczne ilości wody z lokalnych systemów rzecznych. Instalacja Coldry ma działać jako radiator dla elektrowni, kompensując lub zastępując wodę pobieraną z otoczenia do chłodzenia. Zakres temperatur suszenia wynosi od 35°C do 45°C. Stanowi to podstawę synergii z istniejącymi elektrociepłowniami kopalnianymi i pozwala uniknąć konieczności ponoszenia zwiększonych kosztów operacyjnych poprzez wytwarzanie wysokiej jakości ciepła technologicznego lub poprzez wykorzystanie wysokiej jakości ciepła z innych procesów, które mogą mieć większą wartość w innych Aplikacje.

Przegląd procesu

Schematyczny układ zintegrowanej elektrowni opalanej na zimno

Sąsiednie zdjęcie ilustruje schematyczny układ zintegrowanej elektrowni opalanej przez Coldry.

1. Wsad węgla surowego Węgiel surowy jest przesiewany w celu usunięcia naddatków i zanieczyszczeń oraz sortowany w celu zapewnienia równomiernego wsadu do następnego etapu procesu.

2. Ścieranie i wytłaczanie Niewielką ilość wody dodaje się do młyna ścierającego, w którym węgiel jest ścinany w celu utworzenia pasty węglowej. To intensywne mieszanie inicjuje naturalną reakcję chemiczną w węglu, która wyrzuca zarówno chemicznie uwięzioną wodę, jak i fizycznie wchłoniętą wodę w strukturze porów węgla. Pasta węglowa jest następnie dalej mastykowana, a na koniec wytłaczana na peletki.

3. Kondycjonowanie Granulki pasty węglowej są suszone powierzchniowo na taśmie kondycjonującej, aby zapewnić wystarczającą wytrzymałość w stanie surowym, aby wytrzymać przejście do następnego etapu, suszarki ze złożem upakowanym.

4. Wymiana ciepła Ciepło odpadowe z kolokowanej elektrowni jest odzyskiwane za pomocą wymiany ciepła. Ten niskoenergetyczny strumień energii jest wykorzystywany do dostarczania strumieni ciepłego powietrza wymaganego do odparowania wody powierzchniowej z peletów węglowych.

5. Suszarnia z ubitym złożem Przychodzące wilgotne granulki węgla z taśmy kondycjonującej są dalej suszone do ostatecznego poziomu wilgoci w suszarce z ubitym złożem. Ciepłe powietrze z wymienników ciepła usuwa wilgoć odrzuconą z peletów węglowych. Reakcje sieciowania dobiegają końca w suszarce, zwiększając wytrzymałość peletów węglowych do poziomu wystarczającego do wytrzymania transportu masowego.

6. Pelety Coldry Przychodzący węgiel brunatny został teraz przekształcony w ekwiwalent węgla kamiennego (BCE) poprzez trwałe wyeliminowanie strukturalnej i fizycznej uwięzionej wody. Te wysokoenergetyczne pelety są dostępne do zastosowań termicznych, jak również do innych zastosowań.

7. Rozdrabniacz Rozdrabniacz rozdrabnia pelety na drobno zmielony pył węglowy, odpowiedni do wtrysku do kotła pyłowego.

8. Kocioł Węgiel jest spalany w nadmiarze powietrza, wytwarzając strumień gazu o wysokiej temperaturze. Ta wysoka temperatura podgrzewa wodę w kotle, wytwarzając parę potrzebną do wytwarzania energii.

9. Turbina Strumień o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu jest wtryskiwany do turbiny parowej, która jest połączona z generatorem. Produktem końcowym tej operacji jest energia elektryczna wysokiego napięcia.

10. Skraplacz Para odprowadzana z turbiny jest kierowana do skraplacza, gdzie jest schładzana do postaci wody w stanie ciekłym. Ta ciekła woda jest pompowana z powrotem do kotła, aby ponownie uruchomić cykl pary. Woda chłodząca ze skraplacza ma teraz podwyższoną temperaturę i musi zostać schłodzona. Jest pompowana do instalacji Coldry w celu wymiany ciepła (krok 4).

11. Wieża chłodnicza Woda powracająca z wymiennika ciepła Coldry ma teraz niższą temperaturę, ale nadal wymaga dalszego chłodzenia. Woda ta jest teraz pompowana do wieży chłodniczej, gdzie część odparowuje, schładzając pozostałą część do temperatur odpowiednich do pracy skraplacza. Woda uzupełniająca jest dodawana w celu zastąpienia wody utraconej w wyniku odparowania.

Charakterystyka zagęszczonego węgla

Chemiczne i kaloryczne wartości zagęszczonego węgla pochodzącego z typowego wiktoriańskiego węgla brunatnego o naturalnej średniej zawartości wilgoci 60 procent wagowych dobrze wypadają w porównaniu z typowym wysokiej jakości węglem kamiennym eksportowanym z Tarong Queensland i Newcastle w Nowej Południowej Walii w Australii.

Skład chemiczny

Nazwa	% węgla	% wodoru	% azotu	% tlenu	% siarki
Wiktoriański węgiel brunatny (brunatny)	26,6	1,93	0,21	9.4	0,39
Zagęszczony węgiel brunatny (na zimno)	59	4.24	0,46	21	0,85
Węgiel kamienny QLD (eksport)	52	2,59	0,74	11	0,25
Węgiel kamienny NSW (eksport)	48,9	3.29	1.19	10.1	0,81

Porównanie kaloryczności

Nazwa	Wilgotność %	Substancje lotne %	Stały % węgla	Popiół %	% siarki	Energia właściwa wagi netto
Węgiel brunatny Morwell (brunatny)	59,3% wag	20,0% wag	19,86% wag	0,9% wag	0,3% db	2006 kcal/kg ar 8,4 MJ/kg ar
Tarong Black Coal (węgiel eksportowy)	15,5% przysł	22,5% wag	44,1% wag	17,9% wag	0,42% wag	4800 kcal/kg przysł 20,1 MJ/kg przysł
Węgiel brunatny zagęszczony (na zimno)	12,0% przysł	48,9% wag	49,1% wag	2,4% wag	0,3% wag	5874 kcal/kg przysł 24,6 MJ/kg przysł
Procent wagowy

adb = jako sucha podstawa. ar = jak otrzymano. db = sucha baza. wb = mokra baza.

Historia

Kopalnia Maddingley przez kilka lat dostarczała węgiel brunatny do sąsiedniego zakładu produkującego płyty pilśniowe, znajdującego się na obrzeżach Bacchus Marsh. Zakład wraz z kopalnią zlikwidowano pod koniec lat 80. W 1990 roku firma transportowa Calleja Group nabyła kopalnię i teren przemysłowy i zapoznała się z koncepcją zagęszczonego węgla. Firma nabyła prawa własności intelektualnej do procesu zagęszczania węgla około 1994 roku. Pod kierownictwem Davida Calleja i Davida Wilsona firma zainwestowała w rozwój metodologii zagęszczania węgla i pomyślnie przeszła testy laboratoryjne do 1997 roku. W tym czasie proces technologiczny stał się znany jako proces Coldry'ego. Przez pewien czas firma bezskutecznie starała się włączyć Coldry Process jako technologię godną przeglądu, inwestycji i rozwoju przez finansowany przez rząd program Cooperative Research Centre (CRC) dla węgla brunatnego. Następnie Grupa Calleja zainwestowała w utworzenie w lutym 2004 zakładu pilotażowego w celu dalszego rozwoju procesu. W kwietniu 2004 r. instalacja Coldry szybko stała się potencjalną komercyjną metodą odwadniania węgla brunatnego bez wytwarzania niebezpiecznych produktów ubocznych. Eksploatacja instalacji pilotażowej została powierzona firmie Asia Pacific Coal & Steel Pty Ltd (APCS) w czerwcu 2004 r., kiedy APCS uzyskała licencję na komercjalizację technologii. W marcu 2006 roku firma APCS została przejęta przez notowaną na giełdzie spółkę ASX Environmental Clean Technologies Limited (ASX:ESI), która przejęła odpowiedzialność za komercjalizację Coldry Process. Zakład pilotażowy był stopniowo rozwijany w miejscu Bacchus Marsh, a testowanie rodzajów węgla z całego świata pomogło scharakteryzować i zweryfikować przydatność węgla do wykorzystania w procesie.

Oś czasu

Zakład pilotażowy Coldry, zlokalizowany w Bacchus Marsh, Victoria, Australia, był centrum badań i rozwoju procesu.
Zakład pilotażowy, pierwotnie oddany do użytku jako podstawowy proces wsadowy w 2004 r., aby przetestować proces w następnej logicznej skali, został dalej zmodernizowany w 2007 r. przy wsparciu Departamentu Zrównoważonego Rządu Wiktorii. Modernizacja do procesu ciągłego, która obejmowała również dodanie technologii odzyskiwania wody, zakończyła się sukcesem i doprowadziła do zaangażowania firmy inżynieryjnej Arup w 2008 r. w dalsze kierowanie komercjalizacją procesu poprzez wstępne studia wykonalności.
Na początku 2011 r. ECT rozpoczęło próby sprzętu o krytycznym znaczeniu i zbieranie szczegółowych danych w celu opracowania projektu instalacji na skalę komercyjną.
W październiku 2011 r. ECT zleciła firmie inżynieryjnej Arup rozpoczęcie szczegółowego projektu przetargowego (DFT) dla następnej logicznej skali w górę; Zakład demonstracyjny o wydajności 20 ton na godzinę. Budowa komercyjnego zakładu demonstracyjnego (CDP) ma zostać zakończona w 2014 r., z zastrzeżeniem finansowania i rządowych zatwierdzeń planistycznych.
2018: w Indiach ma powstać komercyjna elektrownia wykorzystująca węgiel zagęszczony.

Zobacz też

Linki zewnętrzne