Pristine-M: Secagem Avançada de Carvão de Baixa Umidade para Combustível Mais Limpo e Eficiente

A tecnologia de processo Pristine-M para secagem de carvões de baixo teor é desenvolvida pela Clean Coal Technologies, Inc. (CCTI). Tecnologia patenteada para converter carvão bruto de baixo teor em combustível mais limpo e eficiente. Atende necessidade de carvão de baixa umidade econômico para transporte, estável no transporte e que não reabsorve umidade. Pristine-M é tecnologia de desidratação de carvão de baixo custo que conseguiu secar e estabilizar carvão barato usando matéria volátil (MV) liberada pelo carvão bruto de alimentação.

Processo Pristine-M reduz teor de umidade de carvões de baixo teor, estabilizando e selando carvões tratados para prevenir reabsorção de umidade e combustão espontânea. Também aumenta valor calorífico (CV) de carvões de baixo teor a valores comparáveis a carvões betuminosos. Pristine-M é terceiro estágio de desenvolvimento. Outros dois: "Pristine-SA" e "Pristine".

Pristine-SA: tecnologia em desenvolvimento para eliminar 100% da MV no carvão bruto. Para combustão estável, carvão tratado deve ser co-queimado com biomassa tratada ou gás natural. Resulta em combustível limpo, eliminando necessidade de lavadores de emissões e produção correlata de lodo tóxico de desulfurização (FGD). Produto versátil para inúmeros produtos não combustíveis.

Tecnologia legada "Pristine": projetada para remover umidade e MV conforme requisitos. Fator determinante da redução de MV: projeto da caldeira e necessidade de certa MV para garantir queima adequada. Produto final: carvão seco, queima mais limpa.

Tecnologia Pristine-M: patenteada, desidratação de carvão de baixo custo. Inicia com extração de MV em forma líquida de carvões de baixo teor. Após remoção de umidade do carvão alvo, voláteis líquidos usados em processo de "absorção" para preencher poros do carvão desidratado. Resultado: carvão impermeável, estável, com CV aumentado. Carvão estável pode ser transportado economicamente e usado em usinas termelétricas a carvão.

Desenvolvido para atender necessidade premente de forma econômica de desidratar carvões com alta umidade (30-60%), onde redução de MV não é necessária ou, se ocorre, torna MV muito baixa para sustentar combustão em caldeira de carvão pulverizado (PC). Nova tecnologia complementa Pristine existente. Baseia-se na ciência que reforça processo Pristine e combina conceito único "Deposição em Fase de Vapor" (Vapour Phase Deposition).

Pristine-M consiste em processo de "gaseificação branda" (mild gasification) que remove umidade e MV sem pulverizar ou pelotizar o carvão. Carvão permanece altamente resistente à reabsorção de umidade por ser naturalmente revestido no processo. Processo de melhoria do carvão baseado em processos de beneficiamento estabelecidos e utiliza componentes e equipamentos prontos (off-the-shelf). Pode remover até 90% de poluentes químicos do carvão, ajudando a resolver problemas de emissões em usinas a carvão.

CCTI criou instalação em Oklahoma, EUA (dezembro 2015) para validação. Testes confirmaram: (i) desidratação bem-sucedida, (ii) beneficiamento bem-sucedido (aumento CV), (iii) estabilização bem-sucedida, (iv) produção bem-sucedida de produto final sem poeira e estável. Instalação movida para Wyoming. Projetada e construída como protótipo a ~0,1x escala comercial.

Conceitos de processo CCTI baseados em refino de carvão antes do uso. Pristine-M busca refinar carvão removendo poluentes antes do uso. Permite captura de poluentes em estado puro, não diluído, em volumes menores para disposição ou reuso. Elimina tecnologias caras de remoção pós-combustão como lavadores de gases de chaminé, resíduos de lavadores e reduz emissões de carbono.

Três Desafios Fundamentais Abordados

1. Produzir carvão seco que não reabsorva umidade
2. Produzir carvão seco que não se torne friável, gerando finos excessivos, para transporte seguro com risco mínimo de combustão espontânea
3. Processo barato e economicamente viável

Não precisa pulverização do carvão bruto. Carvão tratado retém maior parte da distribuição de tamanho inicial e sofre quase nenhuma degradação. Produto final não requer briquetagem ou pelotização.

Processo Contínuo em Três Estágios

Fluxograma na Fig. 1.

1. Secador: Tecnologia para troca de calor ótima com pegada mínima. Secagem a ~120 °C, adequada para remover umidade inerente (até 15%, 10% ou 5%, função de tempo de residência, profundidade do leito e temperatura). Certos carvões tendem a degradar em finos em função do grau de secagem; nesses casos, remoção de umidade reduzida ou briquetagem necessária. Se finos excessivos (partículas < 6 mm) na alimentação, processados separadamente ou queimados para calor de processo, o que for economicamente viável.
2. Desvolatilizador: Corrente lateral do carvão desumidificado (geralmente 5-10%) removida do fluxo principal e enviada ao desvolatilizador. Opera a 400-450 °C para desvolatilizar corrente lateral. Todos gases evoluídos enviados ao terceiro estágio (estabilizador); gases não condensáveis queimados para calor de processo. Otimizado para produzir apenas gases/vapores suficientes para calor de processo e estabilização do carvão desumidificado. Produto do desvolatilizador pode ser misturado de volta ao carvão desumidificado e estabilizado, se desejado.
3. Estabilizador / Deposição em Fase de Vapor: MV alimentado em vaso especialmente projetado que permite absorção nos poros do carvão desumidificado do primeiro estágio. Vapores voláteis penetram nos poros vazios pela perda de umidade e revestem superfície do carvão. Ação sela superfície, prevenindo reabsorção de umidade, combustão espontânea e tendência a desintegrar. Parâmetros de estabilização estabelecidos baseados no perfil químico do carvão bruto de alimentação.

Processo torna carvão impermeável. Integridade estrutural mantida e valor calorífico pode ser aumentado além do valor com apenas remoção de umidade. Índice Hardgrove de Moabilidade (HGI) do produto permanece igual ao da alimentação. Carvão seco não tende a quebrar no transporte e tem vida de prateleira longa para sustentar transporte oceânico/terrestre longo e longos períodos em pátios expostos a intempéries. Amostras sobreviveram > 6 meses ao ar livre, sem abrigo, sem reabsorção de umidade.

Design Modular e Escalável

Módulo comercial para vazão de 30 t/h com carvão 50% umidade produz ~160.000 t/ano de carvão seco. Planta de 1 milhão t/ano = 6 módulos. Processo contínuo com tempos de residência ~15 min (depende de grau de remoção de umidade e umidade inerente). Opera a 1 atmosfera.

Módulos configurados para operar independentemente e em paralelo, permitindo módulos individuais offline para manutenção programada/não programada ou falhas sem interrupção dos outros. Capacidade adicional via módulos adicionais. Incorporando componentes comerciais prontos, evita equipamentos customizados que aumentam CAPEX. Planta controlada e operada por sistema sofisticado de controle de processo.

Variações significativas no carvão de alimentação (estrutural, químico, umidade inerente): planta projetada para lidar com diferentes carvões. Sistema de controle ajusta automaticamente diferenças dentro de faixa limitada. Também possível processar carvões de características diferentes simultaneamente, usando módulos separados para abordar diferenças apropriadamente.

Vantagens do Processo Pristine-M

Vantagens do Processo

• Baixo tempo de processamento: 5-10 minutos
• Especificações de produto ajustáveis
• Variedade de carvões de alimentação processáveis (controle e otimização via CLPs baseados em conhecimento)
• Adequado para tamanho de alimentação 0-50 mm
• Opera a pressão atmosférica
• Design modular e escalável

Vantagens do Produto

• Sem reabsorção de umidade
• Sem combustão espontânea do carvão produto
• Sem degradação de tamanho
• Matéria-prima ideal para gaseificadores
• Nível ótimo de MV para maximizar combustão
• Produto sem poeira: reduz poluição por poeira de carvão no transporte
• Reduções em CO₂ e poluentes perigosos
• Baixos custos de capital e operacionais