プリスティン-M：低水分石炭乾燥技術によるクリーンで効率的な燃料

低品位炭の乾燥のためのプリスティン-Mプロセス技術は、Clean Coal Technologies, Inc.（CCTI）によって開発されています。これは、生の低品位炭をよりクリーンに燃焼し、より効率的な燃料に変換するための特許技術です。経済的に輸送可能で、輸送中に安定し、水分を再吸収しない低水分炭のニーズに対応します。プリスティン-Mは、供給原料炭から放出される揮発分（VM）を使用して、安価に石炭を乾燥・安定化することに成功した低コスト石炭脱水技術です。

プリスティン-Mプロセスは、低品位炭の水分含有量を減らすとともに、処理された炭を安定化・密封して水分の再吸収と自然発火を防止します。また、低品位炭の発熱量（CV）を瀝青炭と同等の値に向上させます。プリスティン-Mはプロセス開発の第3段階です。他の2段階は「プリスティン-SA」と「プリスティン」です。

プリスティン-SAは、供給原料炭のVMを100%除去するために設計された開発段階技術です。安定燃焼のために、プリスティン-SA処理炭は処理済みバイオマスや天然ガスと共焼する必要があります。このプロセスはクリーン燃料となり、排ガス脱硫（FGD）スラッジの随伴生成と排ガススクラバーの必要性を排除します。プリスティン-SAは、多数の非燃料製品を生産するために使用できる多用途な石炭製品を提供します。

CCTIのレガシー技術「プリスティン」は、要件に応じて水分とVMを除去するように設計されています。VM削減の決定要因はボイラー設計と、石炭に一定量のVMを残して適切な燃焼を確保する必要性です。最終製品はよりクリーンに燃焼する乾燥石炭です。

CCTIのプリスティン-M技術は、特許取得済みの低コスト石炭脱水技術です。プリスティン-Mプロセスは、低品位炭から液体形態でVMを抽出することから始まります。対象石炭から水分が除去されると、液体揮発分が「吸収」プロセスを通じて脱水された石炭の細孔を埋めるために使用されます。最終結果は、アップグレードされたCV含有量を持つ不透過性で安定した石炭です。この安定した石炭は経済的に輸送可能で、石炭火力発電所で使用できます。

プリスティン-Mプロセス技術は、水分含有量が高い（30〜60%）石炭を脱水する経済的な方法への差し迫ったニーズに対応するために開発されました。しかし、VMの削減は必要ではなく、もし起こっても、石炭中のVMが粉砕石炭（PC）ボイラーでの燃焼維持に必要なレベルまで低くなりすぎる場合です。この新技術は既存のプリスティン技術を補完します。プリスティンプロセスを強化する科学に基づき、「蒸気相堆積」として知られるユニークな概念を組み合わせています。

プリスティン-M技術は、「マイルドガス化」プロセスで構成され、石炭を粉砕またはペレタイズすることなく水分とVMを除去します。石炭はプロセスで自然にコーティングされるため、水分再吸収に対して高い耐性を持ちます。石炭アップグレードプロセスは、長年確立された選鉱プロセスに基づき、市販のコンポーネントと設備を利用します。このプロセスは石炭から最大90%の化学汚染物質を除去でき、石炭火力発電所に影響を与える排出問題の解決に貢献します。

CCTIは、2015年12月に米国オクラホマ州でプリスティン-M技術の検証のための施設を建設しました。この施設で実施されたテストは、(i) 石炭の脱水成功、(ii) 石炭の選鉱成功（CV値の向上）、(iii) 石炭の安定化成功、(iv) 粉塵フリーで安定した最終製品の生産成功を確認しました。テスト施設は現在ワイオミング州に移転しています。テスト施設は、商業規模の約0.1倍のサイズでプロセスのプロトタイプとして設計・建設されています。

CCTIのプロセス概念は、使用前に石炭を精製することに基づいています。プリスティン-M技術は、石炭使用前に汚染物質を石炭から除去することで石炭を精製することを目指しています。これにより、汚染物質を純粋で希釈されていない状態で、はるかに小さな体積で回収し、廃棄または他所で再利用することが可能になります。プリスティン-M技術は、高価な燃焼後汚染物質除去技術（排ガススクラバーとスクラバー廃棄物）を排除し、炭素排出を削減します。

プリスティン-Mプロセスは、石炭乾燥に関連する3つの根本的な課題に対応します。これらは、(i) 水分を再吸収しない乾燥石炭を生産すること、(ii) 過度な微粉生成につながる脆化傾向のない乾燥石炭を生産し、自然発火の最小リスクで安全に輸送できること、(iii) プロセスが安価で経済的に実行可能であること、です。このプロセスは原料炭の粉砕を必要としません。処理された石炭は初期粒度分布の大部分を保持し、ほとんど劣化しません。したがって、最終製品にはブリケッティングやペレタイズは不要です。

プリスティン-Mプロセスは、3つの別個の段階で構成される連続プロセスです。(i) ドライヤー、(ii) 脱揮発装置、(iii) 安定化装置。このプロセスは、プロセス熱として、および乾燥石炭の安定化のためにガスを生成するために脱揮発装置を利用します。供給原料炭のごく一部（通常7%未満）のみが脱揮発されます。プロセスパラメータは、前述の目的のために十分な揮発性ガスのみを生成するように最適化されます。液体副生成物はこのプロセスでは望ましくありません。過剰に脱揮発された石炭はプロセス末端で乾燥・安定化された石炭とブレンドバックされ、失われません。

3段階を示すプロセスフローシートは図1に示されています。

図1 プリスティン-Mプロセスのフローシート

第1段階は、最小フットプリントで最適な熱交換を維持する技術を使用するドライヤーで構成されます。乾燥は約120℃で行われ、これは固有水分を駆逐するのに適切な温度で、除去度（例：15%、10%、5%まで）は滞在時間、床深さ、温度の関数です。特定の石炭タイプは、供給原料炭が乾燥される程度の関数として微粉に劣化する傾向があります。このような場合、水分除去を減らすか、そうでなければ乾燥石炭のブリケッティングが必要です。供給炭に過剰な微粉（平均粒子径<6mmの石炭粒子）が存在する場合、微粉を別途処理するか、プロセス熱として燃焼させるか、どちらか経済的に最も実行可能なオプションを選択します。

プロセスの第2段階では、ドライヤーからの脱水石炭のスリップストリーム（一般的に5〜10%）がメインフローから取り出され、脱揮発装置に送られます。脱揮発装置は400〜450℃で動作し、石炭のスリップストリームを脱揮発させます。進化したすべてのガスは第3段階（安定化装置）に送られ、すべての非凝縮性ガスはプロセス熱として燃焼されます。プロセスは、プロセス熱と脱水石炭の安定化のために十分なガスと蒸気のみを生成するように最適化されます。脱揮発装置からの製品は、希望すれば脱水・安定化された石炭とブレンドバックできます。

第3段階である安定化/蒸気相堆積フェーズでは、VMが特別に設計された容器に供給され、第1段階からの脱水石炭の細孔にVMが吸収されるようになっています。揮発性蒸気が水分損失によって空いた石炭細孔に浸透し、石炭表面もコーティングします。この作用により石炭表面が密封され、水分再吸収、自然発火、崩壊傾向を防止します。所望の結果を達成するために、安定化パラメータは供給原料炭の化学プロファイルに基づいて設定されます。

プリスティン-Mプロセスは石炭を不透過性にします。また、石炭の構造的完全性が維持され、その熱価は単なる水分除去で達成される値を超えて向上可能です。製品炭のハードグローブ粉砕性指数（HGI）は供給炭と同じままです。乾燥石炭は輸送中に破損する傾向がなく、長距離海上輸送や陸上輸送、野外の石炭ヤードでの長期保管に耐える十分な保存寿命を持ちます。乾燥石炭サンプルは、屋外で無防備な状態で6ヶ月以上、水分再吸収なしで生存しています。

プリスティン-Mプロセスはモジュラーです。50%水分の供給原料炭を処理するように設計された30トン/時スループットの商業モジュールは、年間約16万トンの乾燥石炭を生産する能力を持ちます。プリスティン-Mプロセスベースの年間100万トンプラントは、6つのこのようなモジュールで構成されます。プロセスは連続で、滞在時間は水分除去度と石炭の固有水分に依存して約15分と推定されます。プラントは1気圧で運転されます。

プリスティン-Mプロセスモジュールは、互いに独立かつ並列に動作するように構成されており、個々のモジュールを計画/非計画メンテナンスや予期せぬ故障でオフラインにしても、他のモジュールへの影響なしに対応できます。必要に応じて追加モジュールで追加能力を提供します。市販のオフザシェルフコンポーネントを組み込むことで、プラントの資本コストを増やすカスタムビルド設備の必要性を回避します。プラントは高度なプロセス制御システムによって制御・運転されます。

供給炭に大きな変動（構造的、化学的、固有水分）がある場合、プリスティン-M乾燥プラントは異なる炭を処理するように設計されています。プラント制御システムは、限定された範囲内で違いを自動的に調整します。また、別々のモジュールを使用して、違いに適切に対応しながら、異なる特性の炭を同時にプロセス通すことも可能です。

プリスティン-Mプロセスの利点

以下はプリスティン-Mプロセスの利点です。

プロセス利点

これらには、(i) 5〜10分の短い処理時間、(ii) 調整可能な製品仕様、(iii) 知識ベースのプログラマブルロジックコントローラ（PLC）によるプロセス制御と最適化により多様な供給炭を処理可能、(iv) 0〜50mmの供給炭サイズに適応、(v) 大気圧でプロセス動作、(vi) モジュラーで拡張可能な設計、が含まれます。

製品利点

これらには、(i) 水分再吸収なし、(ii) 製品炭の自然発火なし、(iii) サイズ劣化なし、(iv) 製品炭が理想的なガス化原料、(v) 燃焼を最大化する最適レベルのVM、(vi) 製品炭が粉塵フリーで石炭輸送時の粉塵公害を削減、(vii) CO₂と有害汚染物質の削減、(viii) 低資本コストと運転コスト、が含まれます。