저급 석탄 건조를 위한 저온건조 기술

저급 석탄 건조를 위한 냉각 기술

Coldry 기술은 호주 ECT(Environmental Clean Technologies) Limited에서 개발 중입니다. 이 기술은 최대 70%의 수분을 함유한 다양한 저급 석탄(갈탄 및 아역청탄)에서 수분 함량이 10%. BCE는 Coldry 펠릿의 순 에너지 값이 많은 흑탄의 에너지 값 범위와 유사하다는 것을 의미합니다.

Coldry 기술은 '갈색탄 치밀화'(BCD)라고 불리는 공정에 의해 건조하고 조밀한 펠릿을 생성하기 위해 천연 다공성 형태의 저급탄을 변화시키는 특허 공정입니다. 이 기술은 1980년대 초 CRA와 University of Melbourne에서 처음 수행한 연구를 기반으로 합니다. 이 기술은 Bacchus Marsh Coldry 공장의 파일럿 공장 규모에서 시연되었습니다. 이 공장은 2004년에 시운전되어 2007년에 물 회수 시스템으로 개선되었으며 2011년에 업그레이드되어 Coldry BCE 펠릿을 연간 최대 20,000톤까지 생산할 수 있습니다. 이 공정은 다양한 저급 석탄에서 테스트를 거쳐 성공적인 것으로 입증되었습니다.

프로세스 원칙

Coldry 공정은 (i) 갈탄 고밀도화 및 (ii) 폐열 활용이라는 두 가지 고유한 측면을 결합합니다. 이 과정은 석탄 내에서 자연적인 화학 반응을 자극합니다. 이 반응은 석탄 화합물의 활성 부위를 중합하고 화학적으로 결합된 물을 배출합니다. 활성 부위의 중합은 탄공 구조를 붕괴시키고 물리적으로 갇힌 물을 배출합니다. 분출된 물은 석탄 펠릿의 표면으로 이동합니다. 지표수는 인접한 발전소(PP)의 폐열을 이용하여 증발됩니다.

BCD는 석탄의 물리적 구조가 젖고 부드럽고 부서지기 쉬운 원료에서 조밀하고 건조하며 단단한 물질로 변형되는 자연 현상입니다. BCD를 촉발시키기 위해 시간이 지남에 따라 전단 응력을 적용하려면 매우 특정한 유형의 처리가 필요합니다. 1차 처리 장비 설계 및 작동 매개변수는 원탄의 특성에 맞게 조정됩니다.

원탄에 적절한 양의 기계적 전단력을 적용하면 부드럽고 가단성 있는 석탄 '페이스트'가 생성되며, 이를 통해 페이스트를 저압 압출하여 펠릿을 형성할 수 있습니다. 여기서 기본은 물리적으로 갇힌 수분이 동원되고 이 수분이 펠릿의 표면으로 이동하여 증발하면서 펠릿의 다공성 구조가 무너지고 조밀화된다는 것입니다.

예측 가능한 시간 내에 건조 속도를 제어하는 ​​것은 Coldry 공정의 중요한 측면입니다. 또한, 전통적인 방법을 통한 열 발생은 상대적으로 비용이 많이 들기 때문에 Coldry 공정은 폐 에너지 자원을 활용하고 열을 펠릿의 저온 건조로 유도합니다. BCD는 섭씨 40도에서 섭씨 70도 사이에서 이상적으로 진행됩니다.

Coldry 기술의 화학 반응은 그림 1에 나와 있습니다.

Coldry 기술의 그림 1 화학

Coldry 기술 공정에는 다음과 같은 세 가지 공정 단계가 있습니다.

• 기계적 전단 - 석탄의 다공성 구조를 파괴하여 물리적으로 갇힌 수분을 방출하기 위한 것입니다. 이 기계적 전단 공정은 압출에 적합한 일관성을 갖는 석탄 슬러리로 귀결됩니다.
• 압출 – 석탄 슬러리를 압출하여 후속 건조를 위한 최적의 크기의 펠렛을 생산합니다.
• 건조 – 건조는 펠릿 내 이동된 수분을 증발시켜 수분 함량이 15% 미만인 완제품을 제공하기 위해 수행됩니다. 건조는 인접한 PP의 폐에너지를 활용한다. 다른 출처의 저등급 폐기물 에너지도 펠릿 건조에 사용할 수 있습니다.

석탄 건조 과정

Coldry 프로세스는 다음 6단계로 구성됩니다. 공정 흐름도는 그림 2에 나와 있습니다.

• 선별 및 공급 관리 – 수분 함량이 30~70% 범위인 저급 원료탄을 8mm 미만의 크기로 분쇄합니다. 연약하고 부서지기 쉬운 일관성의 갈탄은 서지 통에 공급되어 선별됩니다. Surge bin은 자동 가변 속도 공급 컨트롤러가 있는 저장 호퍼입니다. 분쇄된 석탄의 스크리닝은 소량의 물을 추가하기 전에 대형 및 오염 물질(이물질)을 제거합니다. 갈은 석탄의 스크리닝은 다음 공정 단계로 균일한 공급을 보장합니다. 추가할 수 있는 물의 양은 석탄에 수용된 수분에 따라 다르며 최대 5%까지 가능합니다.
• 마멸 및 압출 – 물을 첨가한 석탄은 '소실자'에게 공급됩니다. 마모기에서는 석탄의 표면을 문지르고 전단하여 석탄 페이스트를 형성합니다. 석탄 표면을 문지르는 동안 집중적인 혼합은 석탄 내에서 자연적인 발열 화학 반응을 시작하고 이것은 석탄 기공 구조 내에서 화학적으로 갇힌 물과 물리적으로 흡수된 물을 모두 배출하는 자연적인 과정을 생성합니다. 이 가소화된 혼합물이 낮은 압력에서 압출될 때 반응이 가속화됩니다. 압출된 석탄은 컨베이어 벨트를 통해 '컨디셔닝 장치'로 보내집니다.
• 컨디셔닝 – 컨디셔닝은 압출된 석탄 페이스트 펠릿이 40℃의 따뜻한 공기로 약 1시간 동안 가열되는 컨디셔닝 벨트에서 수행됩니다. 압출된 석탄의 컨디셔닝은 충분한 공급을 위해 석탄의 표면 건조를 수행합니다. '팩베드건조기'(PBD)의 다음 단계로의 이행을 견딜 수 있도록 친환경적입니다. 압출 석탄의 인성은 건조 표면의 증가된 수준과 견고함으로 설명됩니다. 또한 경화되면 제품이 수축하여 펠릿으로 분리됩니다. 컨디셔닝 시 지표수 증발 및 팩 베드 건조에 필요한 따뜻한 공기는 인접한 PP의 폐열과 열교환을 통해 생성됩니다.
• 포장층 건조 – 컨디셔닝 장치에서 유입되는 습탄 펠릿은 수직 PBD에서 최종 수분 수준까지 추가로 건조됩니다. 인접한 PP의 따뜻한 공기는 펠릿에서 수분을 제거하기 위해 건조기를 통해 순환됩니다. 가교 반응은 건조기 내에서 완료되어 대량 취급 및 운송을 견디기에 충분한 수준으로 강도를 증가시킵니다. 건조된 펠릿의 최종 수분은 일반적으로 10% ~ 14% 범위입니다. 최종 수분 함량에 영향을 미치는 요인은 (i) 폐석탄의 수분 함량, (ii) 공급 석탄의 특성, (iii) 열교환기에 의해 제공되는 온도 및 (iv) 시간 건조.
• 물 회수 - PBD를 떠나는 따뜻한 공기는 약 30℃이며 포화 상태입니다. 이 포화된 따뜻한 공기의 수분 함량은 차가워지면 응축됩니다. 이렇게 회수된 물은 수거되어 오염물질이 없으므로 인접한 PP 또는 기타 장소에 사용할 수 있습니다.
• 제품 Coldry pellet – 유입되는 저급 석탄은 이제 구조적 및 물리적으로 갇힌 물을 영구적으로 제거하여 BCE 제품으로 전환되었습니다. 공정의 BCE 제품은 Coldry 펠릿으로 알려져 있습니다. 에너지 함량이 높고 안정적이며 재수화되지 않습니다. 운반하여 사용할 수 있습니다. Coldry 펠릿의 일반적인 특성은 (i) 직경 -16mm, (ii) 길이 - 45mm, (iii) 부피 밀도 - 약 700kg/cu cm - 750kg/cu cm, (iv) 수분 함량- 12% 및 (v) 높은 발열량 – 5550kcal/kg.

그림 2 Coldry 프로세스의 순서도

상업적 규모의 설계 및 발전소와의 통합

Coldry 파일럿 플랜트를 기반으로 상업용 규모의 Coldry 플랜트 설계가 준비되었습니다. Coldry 상업용 플랜트는 모듈식으로 설계되어 확장 가능합니다. 모듈식 접근 방식은 공장의 모든 섹션이 오프사이트에서 제작된 다음 컨테이너로 운송되어 조립될 수 있음을 의미합니다.

Coldry 공장의 모듈은 (i) 60% 수분 석탄에서 연간 340,000톤의 Coldry 펠릿, 50% 수분 석탄에서 440,000톤의 Coldry 펠릿 또는 40% 수분 석탄에서 600,000톤의 Coldry 펠릿을 생산하도록 설계되었습니다. 석탄.

Coldry 프로세스는 PP와 통합될 수 있습니다. PP의 분쇄기는 Coldry 펠릿을 PP의 미분탄 연소 보일러에 주입하기에 적합한 석탄 분말로 분쇄합니다. 고온에 있는 PP의 콘덴서에서 나온 냉각수는 열교환을 위해 Coldry 공정으로 펌핑됩니다. Coldry 열교환기에서 반환되는 물의 온도는 더 낮지만 여전히 냉각이 더 필요합니다. Coldry 공정에서 회수된 물은 PP의 냉각 회로에 공급될 수 있으므로 다른 출처에서 물을 가져와야 할 필요성을 줄일 수 있습니다. Coldry 공정과 PP의 통합은 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 Coldry 공정과 발전소의 통합

Coldry 공정의 이점

Coldry 공정에는 몇 가지 이점이 있습니다. 이점은 아래에 설명되어 있습니다.

프로세스 혜택 – Coldry 공정의 공정 이점은 (i) 저등급 폐기물 에너지를 주요 에너지원으로 활용하므로 공정이 경제적이고 CO2 발자국을 줄입니다. (ii) 인접한 PP에서 증발 수분 손실을 줄입니다. 공정에서 회수된 1톤의 물은 PP의 냉각탑을 통한 1톤의 증발 수분 손실과 동일합니다. (iii) 원탄 건조에서 배출되는 물의 최대 95%를 회수할 수 있습니다. 높은 신뢰성과 쉬운 유지보수를 제공하는 간단하고 기계적, (v) 프로세스가 낮은 온도와 낮은 압력에서 발생하여 에너지 소비를 줄이고 장비 수명을 연장합니다. (vi) 프로세스가 모듈식이며 더 쉬운 설치를 위해 사전 제작된 구성 요소로 구성 (vii) 고가의 처리 없이 즉시 산업용으로 사용할 수 있는 고품질의 물을 부산물로 생성하고 약간의 여과로 음용 가능합니다.

제품 혜택 – Coldry 펠릿의 장점은 (i) 펠릿의 발열량이 향상되었다는 점, (ii) 펠릿이 대기 중 수분을 재흡수하지 않음, (iii) 펠릿이 자연 발화 위험이 낮고 운송에 적합하다는 점, (iv) 펠릿이 원료 석탄의 고가치 휘발성 물질 따라서 가스화, 석탄에서 액체로의 석탄 및 기타 석탄 유래 화학 물질과 같은 다운스트림 공정에 이상적인 공급원료, (v) 원료 석탄에서 유래한 낮은 회분 수준(유황과 유사)