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Este documento explora los procesos de transformación del carbón, incluyendo la coquización, gasificación y licuefacción. Se analizan las propiedades plásticas del carbón, las etapas de la coquización y los diferentes tipos de reactores utilizados en la gasificación. También se abordan los aspectos cinéticos de la licuefacción primaria y los procesos directo e indirecto.
Tipo: Diapositivas
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El carbón es uno de los recursos energéticos más antiguos y utilizados en diversas industrias, debido a su abundancia y capacidad de generar energía. A lo largo del tiempo, su aprovechamiento ha evolucionado, adoptando diferentes procesos de conversión térmica para mejorar su eficiencia y adaptabilidad a las necesidades industriales actuales.
Las propiedades plásticas del carbón se refieren a su capacidad de ablandarse, volverse pegajoso y luego endurecerse cuando se calienta sin oxígeno. Esta plasticidad es clave en la formación de coque, ya que asegura que el material tenga la resistencia y porosidad necesarias para su uso en la industria siderúrgica.
Las propiedades plásticas del carbón están determinadas por varios factores interrelacionados, entre los cuales se destacan la composición química, el contenido de volátiles, el grado de carbonización, la temperatura, la presión, la estructura interna y la presencia de impurezas.
CAPÍTULO II: Carbonización 1
La carbonización a baja temperatura se desarrolló originalmente para proporcionar gas de ciudad para el alumbrado público y residencial y para la producción de un combustible sin humo para la calefacción doméstica e industrial. 2
Ocurre en un rango de aproximadamente 500- 800°C y se caracteriza por una desvolatilización parcial del material carbonoso, resultando en un producto con mayor contenido de volátiles y menor carbono fijo en comparación con la carbonización a alta temperatura (>1000°C). 3
El objetivo principal de la carbonización a alta temperatura es la producción de coque metalúrgico para su uso en altos hornos y fundiciones con una temperatura por encima de 1000°C.
Coquización Propiedades Coquizantes del Carbón Los carbones coquizantes poseen propiedades químicas específicas, que permiten la obtención de coque de excelente calidad; sin embargo, estos carbones son costosos y escasos, por lo que es común en la industria del coque metalúrgico el uso de mezclas de carbones de diferente rango y origen geológico, sin que esto conlleve a una reducción de la calidad del producto obtenido. Etapas de la Coquización Es un proceso termoquímico en el que el carbón metalúrgico se calienta en ausencia de oxígeno a temperaturas de 900-1100 °C para eliminar compuestos volátiles y obtener coque. Se desarrolla en varias etapas: primero, el secado (hasta 200 °C) donde se elimina la humedad; luego, la descomposición térmica (200-500 °C) donde los compuestos volátiles comienzan a liberarse; después, la fase de plasticidad (350-550 °C) en la que el carbón se vuelve pastoso y se reorganizan sus estructuras moleculares; sigue la etapa de endurecimiento (500-1100 °C) donde se solidifica formando una estructura porosa; Finalmente, el enfriamiento controlado evita la fracturación del coque, obteniendo un material resistente y con alto contenido de carbono, esencial para la industria siderúrgica.
Variables que Influyen en la Coquización
La temperatura de carbonización debe mantenerse entre 900- 1100 °C para eliminar volátiles y lograr una estructura porosa adecuada.
El tiempo de residencia debe ser el óptimo para evitar un coque mal formado o excesivamente reactivo.
La presión dentro del horno debe controlarse para asegurar una correcta expulsión de gases sin defectos estructurales en la carcasa.
La atmósfera del horno debe mantenerse libre de oxígeno para evitar la combustión del carbón.
CAPÍTULO III: Gasificación del Carbón
Se elimina la humedad libre y adsorbida mediante difusión.
Se liberan compuestos como CO, CO₂, CH₄, H₂ y alquitranes pesados, con una cinética de primer orden dependiente de la activación de enlaces químicos.
Combustión controlada para generar calor.
Formación del gas de síntesis.
Licuefacción del Carbón
Describe la velocidad y los mecanismos de conversión del carbón sólido en líquidos mediante la ruptura de enlaces químicos en presencia de hidrógeno y un catalizador, bajo altas temperaturas (350-450 °C) y presiones elevadas (10-20 MPa).
La licuefacción directa se refiere a la conversión del carbón en líquidos mediante la hidrogenación directa del carbón. La licuefacción indirecta, por otro lado, implica la gasificación del carbón para generar gas de síntesis, que luego se convierte en líquidos mediante el proceso Fischer-Tropsch.
La hidrogenación del carbón enfrenta varios problemas técnicos y económicos. Uno de los principales desafíos es el alto consumo de hidrógeno, ya que se requieren grandes cantidades para romper la estructura del carbón y estabilizar los productos líquidos.
