Coquización y Combustión
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8/18/2019 Coquización y Combustión
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESDPTO DE PROCESOS Y SISTEMAS
PS5216: TECNOLOGÍA DEL CARBÓN
Problemas Propuestos
Por:
Freddy Rondón 07-41498
Profesor:
Alejandro Requena
Sartenejas, Junio de 2016
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Coquización
Problema 1
a) Dependiendo de las propiedades aglutinantes de cada Carbón. Esto dependerá de cómo
estén clasificados según el SIT (Sistema de clasificación internacional). El carbón número434 pertenece al grupo número 3, tiene un índice de hinchamiento libre mayor a 4, lo cual
indica que tiene mejores propiedades aglutinantes. El carbón número 423 pertenece al grupo
número 2 y tiene un índice de hinchamiento libre que varía entre (2 – 4). Por lo tanto el carbón
número 434 va a producir un coque mejor aglutinado que el 423, y en el serían más notorios
los efectos de la baja de temperatura.
Al disminuir la temperatura de pared (1250 °C a 1100°C) se disminuye la velocidad de
coquización lo cual afectarán los valores de M40. Además, al disminuir la velocidad decalentamiento, disminuirá el gradiente de temperatura, y disminuirá la fisuración. También
aumentaran los valores de M10, la cual disminuirá la resistencia a la abrasión.
b) Se recomienda modificar la granulometría del carbón para poder cambiar la plasticidad
del carbón y emplear la utilización de materiales aglomerantes como alquitranes, que son
sustancias líquidas bituminosas, que se obtienen de la destilación de materias orgánicas,
como la hulla, el petróleo, la turba. Es importante tener en cuenta que a mayor velocidad de
calentamiento se incrementa la temperatura de máxima fluidez y se amplía el intervalo plástico. Con el aumento del ancho de la celda se obtiene menores fuerzas por unidad de
volumen con lo que disminuye las tensiones y la fisuración si se mantiene constantes las
condiciones restantes. Los antifisurantes son sustancias que se incorporan a los carbones que
se coquizan y que presentan menor contracción que los carbones. Suelen emplearse polvillo
de coque, semicoques o carbones de muy alto rango (semiantracitas y antracitas), los cuales
se incorporan en baja proporción y cuidando su granulometría para evitar tamaños superiores
a 0,6 mm. Cuando están presente en la proporción y granulometría adecuada actúan como
refuerzos absorbiendo las tensiones y evitando la propagación de las grietas por lo que
disminuyen la fisuración.
http://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n
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Problema 2
A partir de un mismo carbón sometido a distintos procesos de % de humedad, densidad de
carga, temperatura de pared y tiempo (h) que duró el proceso, se obtuvieron diferentes
Coques con cantidades de M40 y M10 diferentes. Debido a la disminución de la temperaturade pared, ocurrió un aumento sistemático de M10 y M40, sin embargo, debido a las
propiedades de densidad de carga y el % de humedad, se puede decir que el Coque 2 resultó
del proceso B. Cabe recordar que M40 es una medida de partículas mayores a un tamaño,
mientras más alto es este número, mayor será la integración del carbón, por lo tanto es
recomendable que los valores de M40 sean mayores al momento de escoger el mejor carbón.
Mientras que M10 es una medida de fisura en el carbón, mientras más alto este número,
menor será la resistencia de abrasión del carbón y esto ayuda al momento de generar mayor
cantidad de finos.
Las condiciones ideales para tener un mejor coque deben cumplir: densidades de carga
relativamente altas, bajas temperaturas y % de humedad relativamente bajos. Los valores de
M40 tienen que ser altos, y los valores de M10 tienen que ser bajos.
Problema 3
Los carbones A y B están sometidos a la técnica de ahornamiento (carga húmedo por
gravedad sometido a distintas temperaturas de pared). El mejor Coque sería el producido porel carbón A, sometido a 1180 °C que tiene altos valores de M40. Sin embargo, cabe destacar
y hay que tomar en cuenta, que el carbón que está sometido a 1310 °C tiene bajos valores de
M10. En el carbón A, se observa que al disminuir la temperatura de pared, se produjo un
aumento significativo de M40 y un aumento no tan destacable de M10. Lo cual podría indicar
que este carbón tiene buenas propiedades aglutinantes. Se recomienda disminuir la
temperatura de pared para mejorar el M40 sin afectar significativamente el M10.
En el carbón B, C y D, se observa un aumento significativo de M40 y M10. (Se considerasignificativo de M10 cuando el aumento es mayor o igual a 0,9 %). Estas variaciones de
aumento de M40 se debe a las diferentes temperaturas de re solidificación de los carbones, y
las de M10 se debe a las propiedades aglutinantes. Para mejorar el M40 se recomiendo
agregar antifisurantes (polvillo de coque) sin embargo se tiene que tomar en cuenta que este
carbón sea un buen aglomerante.
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Problema 4
Se tienen dos carbones con diferentes rangos (343 y 633). Mientras mayor numero del
rango del carbón, mayor será la temperatura de re solidificación y mejores valores de
propiedades de M40. Por lo tanto el carbón 633 está relacionado con el coque A, que tienevalores de M40 de 83. Para el carbón relacionado con el coque B, tenemos valores de 69 para
M40 y valores de 12,5 de M10, lo cual se considera como carbón de baja calidad. Debido a
su alto contenido de M10, no puede ser utilizado como fundición (alto contenido de finos).
El uso que se le podría encontrar es en un horno de arco eléctrico, el cual es utilizado para la
industria siderúrgica.
Combustión
1. La investigación bibliográfica dio con un artículo titulado “Comparación de laspropiedades que influyen en la combustión entre el Fly ash, carbón y diferentes
derivados del Petróleo” de Analí Machado y Cesar García de La Universidad del Zulia
(LUZ)
En el observaron que el contenido de azufre (0,64%) en el carbón estudiado, ofrece una
ventaja en los procesos de combustión, ya que permite la formación de anhídrido sulfuroso
durante la combustión y eventualmente de ácido sulfúrico lo cual puede dar lugar a graves
problemas de corrosión y de contaminación.
Por condiciones reductoras en que se producen la gasificación, el azufre del carbono no se
convierte en SO2, sino en H2S y COS. De forma similar al nitrógeno del carbón se transforma
en NH3 y HCN. Estas especies contaminantes se pueden eliminar con facilidad mediante
procesos de lavado con agua y absorción con disolventes, obteniéndose así un gas de síntesis
limpio.
Las medidas para corregir estos inconvenientes dependerán de la tecnología de
gasificación que se esté utilizando:
También se menciona que el “fly ash es un subproducto de la combustión primaria “fuel
oil” residual No 6 y se utiliza en la generación de vapor de agua en las plantas termoeléctricas.
Sin embargo, cada año se producen alrededor de 1000 toneladas de fly ash que son
depositados en un relleno sanitario convirtiéndose en un problema de salud social.
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Ejemplos documentados:
Mónica Aineto Goñi. “Escorias y cenizas volantes de gasificación de carbón
Aplicación a la producción de áridos ligeros expandidos” 2009.
En su artículo mencionan que las escorias y cenizas volantes resultantes del proceso de
gasificación en la central térmica GICC de ELCOGAS S.A., presentan una composición
química en el rango de composiciones de las cenizas volantes bajas en cal y poseen actividad
puzolánica, característico en las cenizas que no contienen CaO libre en su composición. Las
principales diferencias entre escorias y cenizas en lo que a composición química se refiere se
observan en la concentración de elementos traza volátiles, que, como cabe esperar, se hallan
presentes en mayor proporción en las cenizas volantes, por ser en ellas donde quedan
englobadas las fases condensadas producidas durante el enfriamiento de los gases salientes.
Manuel F. Fernández M. y Agustín M. Alcaraz C. “Gasif icación in tegrada a ciclos
combinados ” 2001.
Hablan sobre el desarrollo de La gasificación del carbón y de otros combustibles sólidos y
líquidos como una alternativa ideal para la generación eficiente y limpia de electricidad en
sistemas de cogeneración y para la generación de gas de síntesis empleado en la elaboración
de productos petroquímicos. Cuando el combustible tiene bajos contenidos de cenizas es
necesario utilizar aditivos para proteger los interiores de los reactores; estos aditivos se les
conoce como flux.
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2. Cuadro Sinóptico de principales procesos de combustión empleados en el carbón mineral
Procesos decombustión
Características Ventajas Desventajas
LechoFluidizado
La combustión en lecho fluido (Fluidized bedcombustion, FBC en inglés) es una tecnología de
combustión usada en centrales eléctricas.Esta tecnología permite una mayor flexibilidad en el
uso de combustible: carbón, biomasa, basura etc,además de un mayor aprovechamiento del combustibley una mejor transferencia del calor producido durantela combustión. Los distintos tipos de lechos fluidos se clasifican en
función del parámetro R que indica la cantidad dematerial que recircula entre el material que se introduceen el lecho. Si 0
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Lecho Fijo
Los más comunes son el el updraft y el downdraft. Enun gasificador updraft el aire y la biomasa van acontracorriente, a diferencia de este, latecnología downdraft, o de corriente descendente, losflujos de biomasa y agente gasificante van en la mismadirección. El aire entra en el gasificador a una ciertaaltura por debajo de la parte superior del reactor y vadirectamente a la zona de combustión. La sección
transversal se reduce normalmente mediante untroncocono en la garganta a partir de la cual el área delcono empieza a aumentar nuevamente. El gas producidofluye hacia abajo al igual que la biomasa (de allí elnombre de downdraft) y sale por la parte inferior dellecho de residuo carbonoso.
Fácil arranque y operación.
Conveniente para operación intermitente
No produce agua de desecho
Altas superficies de contacto gas-líquido.
Bajos costos de inversión
Soporta periodos sin alimentación
Baja adaptación a altasfluctuaciones de flujo de gas
Grandes volúmenes de reactor
Poco control sobre fenómenos de
reacción.
No conveniente para tratamiento decontaminantes cuyos subproductosson compuestos ácidos.
LechoPulverizado
Se usa cuando el carbón tiene un tamaño muypequeño. Tiene la ventaja de que al estar el carbón muypulverizado, la superficie de contacto va a ser muchomayor. Va a presentar su combustión una llama larga,casi como la que presentan los gases. Sin embargo, lacombustión es más lenta. Se necesitan cámaras decombustión más grandes. Presenta su combustión unrendimiento alto y es fácil de regular
Alto rendimiento.
Altas temperaturas.
Aplicable a gran variedad de carbones.
Exceso de aire bajo.
Velocidad de alimentación y suministro de airefácilmente regulable.
Cuando el carbón tiene ceniza,ésta es difícil de eliminar.
La instalación inicial es cara (hayque efectuar una serie de procesosprevios: molido, tamizado,transporte).
Tiene tendencia a escorificar enlas paredes refractarias. Estorequerirá un mayor mantenimiento
Mayor cantidad de cenizas porquemados.Es necesaria una cámara de
combustión más grande.Para carbones húmedos es
necesario mayor gasto en lapreparación previa.
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3. Para El carbón I, se recomienda utilizar lecho fluidizado. Con valores de 2 g/g Ca/S,
tiene mayor cantidad de solventes con respecto a los otros. Lo cual quiere decir que se podría
trabajar con mayor eficiencia en un lecho fluidizado que en un lecho pulverizado, ya que la
transferencia de masa y calor entre el gas fluidizado y las partículas sólidas, es
extremadamente eficiente.
Para el carbón II, se sugiere utilizar lecho fijo, debido a que a pesar de la poca cantidad de
solventes que tiene (0 g/g Ca/S), las temperaturas de fusión de cenizas es relativamente alta.
Para el carbón III, se sugiere emplear el lecho fluidizado, queda descartado el lecho fijo
debido a las bajas temperaturas de fusión de cenizas.
Para el carbón IV, se sugiere utilizar en un sistema de carbón pulverizado por la poca
cantidad de solventes que contiene. Se recomienda tomar en cuenta ensayos de poder
calorífico para asegurar si se podría usar en un sistema de lecho fluidizado o no.