Förtätat kol

Förtätat kol är produkten av Coldry Process- koluppgraderingstekniken som tar bort fukt från lågklassiga kol som subbituminöst och brunkol . Förtätningsprocessen höjer värmevärdet för lågklassigt kol till att vara lika med eller överträffa det för många svarta kol av exportkvalitet. Förtätat kol som härrör från Coldry Processen betraktas som en motsvarighet till svart kol eller som ersättning för svart kol .

Coldry Process är en patenterad koluppgraderingsteknik som utvecklas i Victoria, Australien av Environmental Clean Technologies Limited baserad på "bruntkolsförtätning". Det har utvecklats specifikt för att förbättra låggradigt brunkol ( brunkol ) och vissa former av subbituminöst kol genom att ta bort majoriteten av den naturligt förekommande fukthalten; härda och förtäta kolet; höja kolets värmevärde; och omvandla kolet till en stabil (lägre risk för självförbränning), exporterbar svartkolekvivalent produkt för användning av koleldade kraftgeneratorer för att producera elektricitet eller som råvara för nedströmsprocesser såsom kol-till-gas, olja och annat högvärdigt kemikalier.

Översikt

The Coldry Process utvecklades från teoretiskt arbete och testarbete vid Institutionen för organisk kemi, University of Melbourne, Victoria, i samarbete med CRA Advanced Technical Development, Melbourne 1989. Detta arbete baserades på tidigare teoretiskt arbete kring förtätat kol utfört av Institutionen för Organisk kemi, University of Melbourne 1980-81. Möjligheten att skapa förtätat kol identifierades efter observationer som gjordes vid Maddingley-gruvan nära Bacchus Marsh , Victoria . Gruvoperatören observerade att härdade bitumenliknande vägytor bildades naturligt kort efter regnhändelser när lastbilar hade skurat upp brunkolsfiner med fukt när de gick in i och lämnade gruvan. Dagarna som följde efter ett regnhändelse skulle vägytorna vid gruvan hårdna som asfalt och inte längre absorbera vatten. Dr Johns och kollegor identifierade att en process av lågmekanisk skjuvning hade inträffat där brunkol blandat med en liten mängd fukt och utsatt för mekanisk skjuvning på låg nivå avsevärt hade förstört kolets porösa struktur och utlöst en mild naturlig exoterm reaktionsprocess inom kol som leder till mobilisering och efterföljande avdunstning av dess fukthalt. Processen med låg mekanisk skjuvning förändrar i grunden kolets fysiska porösa struktur och i varierande grad de mikrokemiska bindningarna i kolet, vilket minskar fukthalten till mellan 10 och 14 procent; höja värmevärdet över 5200 kcal/kg; och skapa en ny "förtätad kol"-produkt som är hydrofob, inte längre benägen för självantändning, lätt att transportera och ur kommersiell och miljömässig synvinkel, en motsvarighet till svart kol.

Princip

I huvudsak skärs och slits brunkol, vilket minskar medelpartikelstorleken och frigör vatten som naturligt hålls i den porösa kolmikrostrukturen och bildar en plastisk massa. Denna spridning av ytan och fysiskt instängd fukt lämpar sig för avdunstning vid eller nära omgivningstemperaturer. Skjuvning öppnar också färska kolytor och exponerar reaktiva molekylarter, som deltar i nya bindningsbildande reaktioner och frigör en del kemiskt instängd fukt. När pelletsen förtätas krymper den nybildade strukturen, vilket resulterar i en betydligt mer kompakt mikrostruktur jämfört med det ursprungliga kolet. Denna nya struktur minskar avsevärt benägenheten att självuppvärmas till den hos ett typiskt bituminöst kol . När den appliceras på brunkol och vissa subbituminösa kol, producerar Coldry-processen ett råmaterial i form av förtätade pellets som avsevärt minskar CO ₂ -utsläppen jämfört med dess ursprungliga brunkolstillstånd, när den förbränns för att generera elektricitet. En nyckelfunktion i tekniken är dess användning av lågvärdig " spillvärme " från ett samlokaliserat kraftverk för att tillhandahålla den förångande torkningsenergin. Vanligtvis tappar kraftverk den energin via kyltorn och drar betydande vatten från lokala flodsystem. Coldry-anläggningen är utformad för att fungera som en kylfläns för kraftverket, kompensera eller ersätta vatten som tas från miljön för kylning. Temperaturområdet för torkning är mellan 35°C och 45°C. Detta utgör grunden för synergin med befintliga kraftverk i gruvmynningen och undviker behovet av ökade driftskostnader genom att generera högvärdig processvärme eller genom att använda högvärdig värme från andra processer, som kan ha högre värde i andra applikationer.

Processöversikt

Schematisk layout av integrerat Coldry Eld kraftverk

Den intilliggande bilden illustrerar den schematiska layouten av ett integrerat Coldry-eldat kraftverk.

1. Råkolsfoder Råkol siktas för att ta bort överdimensionerade och föroreningar, och dimensioneras för att säkerställa en enhetlig inmatning till nästa processsteg.

2. Attrition & Extrudering En liten mängd vatten tillsätts till kvarnen attriter, där kolet skärs för att bilda en kolpasta. Denna intensiva blandning initierar en naturlig kemisk reaktion i kolet som sprutar ut både kemiskt instängt vatten, såväl som fysiskt absorberat vatten i kolets porstruktur. Kolpastan masticeras sedan ytterligare och strängsprutas slutligen till pellets.

3. Konditionering Kolpastapelletsen yttorkas på konditioneringsbandet för att ge tillräcklig grönstyrka för att klara övergången till nästa steg, Packed Bed Dryer.

4. Värmeväxling Spillvärme från det samlokaliserade kraftverket återvinns med hjälp av värmeväxling. Denna låggradiga energiström används för att tillhandahålla de varma luftströmmar som krävs för att förånga ytvatten från kolpellets.

5. Torktumlare för packad bädd Inkommande fuktiga kolpellets från konditioneringsbandet torkas ytterligare till sin slutliga fuktnivå i torktumlaren för packad bädd. Varm luft från värmeväxlarna tar bort den fukt som kasseras inifrån kolpelletsen. Tvärbindningsreaktionerna fullbordas i torken, vilket ökar kolpelletsens styrka till nivåer som är tillräckliga för att motstå bulktransport.

6. Coldry Pellets Det inkommande brunkolet har nu omvandlats till en Black Coal Equivalent (BCE) genom permanent eliminering av strukturellt och fysiskt instängt vatten. Dessa högenergipellets är tillgängliga för termiska tillämpningar, såväl som andra användningsområden.

7. Pulveriserare Pulveriseraren reducerar pelletsen till finmalet koldamm, lämpligt för insprutning i en Pulverized Coal Combustion-panna.

8. Panna Kolet förbränns i överskottsluft, vilket ger en gasström med hög temperatur. Denna höga temperatur värmer vattnet i pannan och genererar den ånga som behövs för elproduktion.

9. Turbin Hög temperatur, högtrycksström sprutas in i ångturbinen, som är ansluten till generatorn. Högspänningsel är den färdiga produkten från denna operation.

10. Kondensor Ånga som kommer ut från turbinen leds in i kondensorn, där den kyls för att återigen bilda flytande vatten. Detta flytande vatten pumpas tillbaka in i pannan för att starta ångcykeln igen. Kylvattnet från kondensorn har nu förhöjda temperaturer och behöver kylas. Den pumpas till Coldry-anläggningen för värmeväxling (steg 4).

11. Kyltorn Returvatten från Coldrys värmeväxlare har nu en lägre temperatur, men kräver fortfarande ytterligare kylning. Detta vatten pumpas nu in i kyltornet, där en del avdunstar, vilket kyler ner resten till lämpliga temperaturer för kondensordriften. Tillsatsvatten tillsätts för att ersätta det som gick förlorat vid avdunstning.

Egenskaper för förtätat kol

De kemiska och värmevärdena för förtätat kol som härrör från typiskt viktorianskt brunt kol med en naturlig genomsnittlig fukthalt på 60 viktprocent jämför väl med typiskt högkvalitativt svart kol som exporteras från Tarong Queensland och Newcastle New South Wales Australien .

Kemisk sammansättning

namn	C kol %	H Väte %	N kväve %	O Syre %	S Svavel %
Viktoriansk brunkol (brunkol)	26.6	1,93	0,21	9.4	0,39
Förtätad brunkol (Coldry)	59	4.24	0,46	21	0,85
QLD Black Coal (Export)	52	2,59	0,74	11	0,25
NSW Black Coal (Export)	48,9	3,29	1.19	10.1	0,81

Jämförelse av värmevärden

namn	Fukt %	Flyktiga ämnen %	Fast kol %	Ask %	Svavel %	Nettoviktspecifik energi
Morwell Brown Coal (brunkol)	59,3 % vikt	20,0 % vikt	19,86 % vikt	0,9 % vikt	0,3 % db	2006 kcal/kg ar 8,4 MJ/kg ar
Tarong Black Coal (Export kol)	15,5 % adb	22,5 % vikt	44,1 % vikt	17,9 % vikt	0,42 % vikt	4800 kcal/kg adb 20,1 MJ/kg adb
Förtätad brunkol (Coldry)	12,0 % adb	48,9 % vikt	49,1 % vikt	2,4 % vikt	0,3 % vikt	5874 kcal/kg adb 24,6 MJ/kg adb
Viktprocent

adb = som torr basis. ar = som mottaget. db = torr basis. wb = våt bas.

Historia

Under några år försåg Maddingley-gruvan brunkol till en intilliggande fabrik för träfiberskivor som ligger i utkanten av Bacchus Marsh. Anläggningen och gruvan avvecklades i slutet av 1980-talet. 1990 förvärvade Calleja Groups transportföretag gruvan och industriområdet och blev medvetna om konceptet förtätat kol. Företaget förvärvade immateriella rättigheter för den förtätade kolprocessen runt 1994. Under ledning av David Calleja och David Wilson investerade företaget i utvecklingen av en förtätad kolmetodik och lyckades med bänktester 1997. Vid denna tidpunkt blev den tekniska processen känd som Coldry Process. Under en tid försökte företaget utan framgång att inkludera Coldry Process som en teknik värd att granskas, investeras och utvecklas av det statligt finansierade programmet Cooperative Research Center (CRC) för brunkol. Därefter investerade Calleja-gruppen i etableringen i februari 2004 av en pilotanläggning för att vidareutveckla processen. I april 2004 etablerade sig Coldry-anläggningen snabbt som en potentiell kommersiell metod för att avvattna brunkol utan att producera farliga biprodukter. Driften av pilotanläggningen tilldelades Asia Pacific Coal & Steel Pty Ltd (APCS) i juni 2004 när APCS fick licens för att kommersialisera tekniken. I mars 2006 förvärvades APCS av det ASX-noterade företaget Environmental Clean Technologies Limited (ASX:ESI), som tog ansvar för kommersialiseringen av Coldry-processen. Pilotanläggningen har utvecklats stegvis på Bacchus Marsh-anläggningen och testning av koltyper från hela världen har hjälpt till att karakterisera och validera kolets lämplighet för användning i processen.

Tidslinje

Coldrys pilotanläggning, belägen i Bacchus Marsh, Victoria, Australien har varit centrum för forskning och utveckling av processen.
Pilotanläggningen, som ursprungligen togs i drift som en grundläggande batchprocess 2004 för att bevisa processen i nästa logiska skala, uppgraderades ytterligare 2007, med stöd av Victorian Governments Department of Sustainability. Uppgraderingen till en kontinuerlig process, som också inkluderade tillägg av vattenåtervinningsteknik, var framgångsrik och ledde till att ingenjörsfirman Arup engagerades 2008 för att ytterligare driva kommersialiseringen av processen, genom förstudier.
I början av 2011 påbörjade ECT tester av kritisk utrustning och detaljerade datainsamlingsaktiviteter för att informera om designen för en anläggning i kommersiell skala.
Under oktober 2011 gav ECT ingenjörsfirman Arup i uppdrag att påbörja detaljprojekteringen för anbud (DFT) för nästa logiska uppskalning; 20 ton per timme demonstrationsanläggning. Målet för den kommersiella demonstrationsanläggningen (CDP) är att slutföra bygget under 2014, med förbehåll för finansiering och statliga planeringsgodkännanden.
2018: kommersiell anläggning som använder förtätat kol ska utvecklas i Indien.

Se även

externa länkar