COQUIZACIONES

5/14/2018 COQUIZACIONES - slidepdf.com

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1.- ANTECENDENTES

El petróleo crudo, se extrae cuando mucho un 18% de gasolina. El vertiginosocrecimiento de la industria automotriz, para satisfacer las necesidades de la cada

vez mayor población, provocó que las refinerías se orientaran a la obtención de

mayores rendimientos de gasolina para motores, lo que hizo necesario que se

idearan métodos para satisfacer la demanda en aquel entonces. A principios del

siglo pasado, surge como una alternativa el cracking térmico con la cuales

obtienen buenos rendimientos de gasolina.

Este se practico hasta los años siguientes al 1930para la fabricación de aceites

lubricantes de la clase conocida como aceites de parafina. Este proceso se usa

aún para la preparación de productos de carga destilados para otras operaciones,

y ha sido reemplazada por el craking catalítico. Antes de la introducción de los

procesos catalíticos, la unidad de craqueo térmico tipo Dubbs (1924 a 1930) de

dos serpentines era lo más común. Pero este proceso producía una gran cantidad

de depósitos indeseables en los calentadores.

La evolución gradual de la ciencia fue consiguiendo que los calentadores

pudieran diseñarse para alcanzar temperaturas por encima del punto de coquéo,

sin formación significativa de coque en los mismos. Para ello era necesario alta

velocidad (tiempos de retención mínimos) en los calentadores. Así, con el paso de

los años, surge la coquización como un proceso de craqueo térmico donde se

obtenían mayores conversiones de fracciones de petróleo, y se disminuía la

presencia de metales pesados en la alimentación del proceso de craqueo

catalítico, aumentando así la vida útil del catalizador. A pesar de la utilidad de la

coquización, entre sus desventajas se encontraba la producción de coque que no

era el producto deseado, pero gracias a estudios de mejoramiento y los

desarrollos paulatinos, se ha hecho posible que este proceso se mantenga vigente

y se hayan diseñado una gran variedad de procesos de coquización. Entre ellos la



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coquización retardada (1940), coquización de contacto continuo y fluidcoquización

(1949 a 1955), y más recientemente, la flexicoquización (1974 y 1975).Todos

estos procesos, proveen una gran flexibilidad en el manejo de una gran diversidad

de alimentaciones a una alta eficiencia, asegurando a la refinería un retorno

óptimo de los productos de fondo durante el proceso.

2.- COQUIZACIÓN

La coquización es un proceso de conversión que se fundamenta en diferentes

reacciones de desintegración o craqueo térmico de los compuestos hidrocarburos

que constituyen la carga, en condiciones de alta temperatura. El rendimiento de

este proceso va a depender del tipo de alimentación; es decir, las características

de los productos obtenidos van a depender de las propiedades que tenga la

corriente de fondo de la torre de vacío.

Saturados Aromáticos Resinas Asfáltenos

Cuando las alimentaciones son ricas en compuestos aromáticos el coque que

se va a producir como subproducto es un coque con bajo contenidosdilatométricos, siendo utilizado principalmente para la generación de electrodos de

aluminio. En el caso de que las alimentaciones sean ricas en compuestos

asfaltenicos, el coque producido es un coque tipo promedio. A continuación se

puede observar como son las alimentaciones típicas de varios crudos pesados, y

extra pesados de varios pozos venezolanos, indicándose así el compuesto que

constitúyela mayor concentración de estas corrientes La coquización es

un proceso el cual a pesar de tener como desventaja principal la formación de

coque del petróleo, que es considerado como un subproducto indeseado, tiene

como gran ventaja brindar la posibilidad de obtener los máximo rendimientos

posibles de una corriente depesados que antes era considerada como desecho, y

debido al gran progreso que introdujo en la industria de la refinación es que se

desarrollaron dos procesos de coquización considerados como principales como lo



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son la coquización retardada y la flexicoquización así como varios proceso

alternativos de la coquización como lo son:

3.- COQUIZACIÓN RETARDADA

3.1.- Propósito de la Unidad

El propósito de la Unidad de Coquización Retardada (CRAY) es aumentar la

producción de destilados, y la corrida de crudos pesados, disminuyendo la

producción de residual de altoazufre. La unidad de Coquización Retardada

(CRAY) fue diseñada por Foster Wheeler con la finalidad de transformar un

hidrocarburo pesado en gas, nafta, gasóleos y coque. Este es un proceso térmico

en el cual el hidrocarburo pesado (brea) se calienta a alta velocidad en un horno y

luego se envía a una zona de reacción (tambores de coque) en donde bajo

condiciones apropiadas de presión y temperatura, se craquea térmicamente y se

convierte en productos de mayor valor comercial. Esta unidad entró en servicio en

la Refinería de Amuay el 30 de octubre de 1994, sin mayores desviaciones a los

procedimientos elaborados por el grupo multidisciplinario de arranque. La unidadde Coquización Retardada (CRAY), está compuesta por las siguientes secciones:-

Sección de coquización y recuperación de vapores- Sección de fraccionamiento y

precalentamiento de la alimentación

En este proceso, cerca del 5% de la producción de coque se quema en un lecho de

coquefluidizado, para secar las partículas de coque y para calentarlo

(aproximadamente de 1100 a1200ºF) y ser introducido en la cámara de reacción la

cual también se mantiene en un estado fluidizado. El reactor opera de 900 a

1050ºF. Los productos de la reacción se separan en un sistema de

fraccionamiento ubicado en la parte superior del reactor. No se requieren paradas

periódicas para remover el coque, y el reactor es más pequeño que para



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la coquización retardada. Descripción del Procésala alimentación se precalienta y

se inyecta al lecho de coque caliente fluidizado que se forma en el proceso. Estas

partículas de coque presentan una configuración esferoidal, con un tamaño

bastante pequeño, lo cual provee una mayor área de contacto por pie cúbico de

lecho. Esto favorece una transferencia de calor rápida. A medida que el coque

se inyecta en el reactor, se va calentando rápidamente. A la temperatura del

reactor la viscosidad del residuo es tan baja que su distribución a lo largo de las

partículas fluidizadas es rápida y uniforme. En la zona de reacción las fracciones

pesadas de la alimentación son parcialmente vaporizadas; la mayoría de las

reacciones de cracking se dan en la fase líquida. Sin embargo, los productos más

volátiles se evaporan rápidamente de la superficie del coque, por lo que los

productos obtenidos consisten en vapor de tope seco y coque seco. Los productos

vaporizados del lecho fluido se extraen por el tope y se llevan a un separador de

ciclón localizado en la zona superior del recipiente de reacción. La mayoría de los

sólidos que entran se separan en este punto y retornan al lecho. Los productos de

tope, con pequeñas cantidades de polvo de coque, se pasan por equipos de

refinación convencionales; los productos de fondo se recirculan al reactor para

recuperar parte del coque que escapa por el ciclón, y para permitir el recraqueo de

los productos de fondo y transformarlos al rango de ebullición de los gasóleos.

4.- COQUE

4.1.- Definición

El coque del petróleo es definido como residuos sólidos negros provenientes de

la destilación de materiales del petróleo, los cuales poseen un contenido

principalmente de carbón (90 a 95 %),un porcentaje de ceniza bajo, y una mayor

proporción de los metales, azufres y cualquier otro material de residuo. Estos son

residuos de componentes de cadenas pesadas de petróleo crudo, los cuales son

usados como alimentación en procesos de craqueo térmico conocido como

coquización, con la finalidad de producir productos más livianos. El coque es



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calentado entre 475°C a 520°C en un horno, para luego ser descargado en un

tambor de coque.

5.- TIPOS Y CARACTERISTICAS DEL COQUE

5.1.- Coque Aguja

Su nombre deriva de su estructura cristalina alongada. Se produce a partir de

las alimentaciones altamente aromáticas y recalcitrantes, cuando las unidades de

coquización operan a altas presiones (100 psig) y relaciones de reciclo elevadas

(1:1). Este tipo de coque se está produciendo recientemente en mayores

cantidades. Es uno de los más empleados debido a su menor resistividad y a su

menor coeficiente de dilatación. Es usado preferiblemente para la fabricación de

electrodo

5.2.- Coque Esponjosos

Se denomina así debido a su apariencia. Se produce como pedazos sólidos,

porosos, irregulares, cuyo tamaño abarca desde las 20 pulgadas hasta polvo fino,

con estructura amorfa debido a que contiene gran cantidad de enlaces cruzados.

Proviene de alimentaciones asfa ténicas y resinas. Representa el coque promedio.

5.3.- Coque Perdigón

Se conoce por ese nombre debido a las agrupaciones de bolitas del tamaño de

un perdigón que lo caracterizan. Es un coque no deseable que se produce

involuntariamente, generalmente durante desajustes operacionales,



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probablemente como resultado de temperaturas bajas en el tambor de coque o de

bajas presiones.

6.- ETAPAS DEL PROCESO.

El proceso de reducción del mineral de Hierro cuyo objetivo es la obtención de

arrabio, se inicia desde la explotación y tratamiento de las materias primas,

posteriormente éstas se someten a procesos de adecuación como la coquización

y sinterización. Finalmente, el equipo característico del proceso es el Alto Horno,en el cual mediante la sucesión de reacciones químicas a altas temperaturas

ocurre la reducción de los óxidos del mineral.

El Diagrama General de las etapas del proceso se observa en la siguiente gráfica.

Diagrama General del Proceso.



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Diagrama del Proceso de Coquización.

6.1.- Etapa de Coquización .

Cuando un carbón es pirolizado térmicamente o destilado destructivamente (a

altas temperaturas) sin entrar en contacto con el aire, se convierte en una gran

variedad de productos sólidos, líquidos y gaseosos. La eliminación de la fase

gaseosa hace que el proceso se denomine desgasificación de carbones, mientras

que la obtención final del coque da origen al término carbonización o coquización.

La planta de Coquería tiene por objeto producir el coque metalúrgico mediante

una destilación a altas temperaturas de la hulla o carbón mineral en hornos, sin

presencia del aire.

La planta de Coquería está compuesta básicamente por :



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La batería de hornos.

La planta de Subproductos.

6.2.- Batería de Hornos .

El objetivo de la Batería es producir el coque para el alto horno denominado

"Coque Metalúrgico" y de los gases obtener algunos subproductos.

El carbón óptimo para coquizar tiene aproximadamente 31% de materias

volátiles y se obtiene de una mezcla de carbones.

Los carbones se reciben de tres clases con el fin de obtener un carbón

apropiado:

40% de Carbón Alto Volátil (38-41% materia volátil)

20% de Carbón Medio volátil (30-33% materia volátil)

40% de Carbón Bajo Volátil (23-27% materia volátil).

La coquización se practica en hornos verticales tipo Koppers - Becker , en un

proceso de calentamiento de dos tiempos. Esta batería posee dos partes

denominadas lado coque y lado máquina, construidos en alto sílice y ladrillo silico -

aluminoso en su mampostería refractaria ; ladrillo común y material aislante en su

mampostería estructural y soportados por una estructura metálica.

6.3.- Sistema de Calentamiento de la Batería. La batería se calienta con gas de

coque que es el mismo que ha sido depurado o limpiado en la planta de

subproductos y que se recircula para ser utilizado como combustible y dador de la

carga térmica que necesita la batería.



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El gas entra por un sistema de tuberías hasta unos inyectores colocados en las

cámaras de combustión para que se mezcle con aire que ha sido previamente

precalentado en unos ductos con empaquetados de anillos llamado regenerador.

Luego de que se ha producido la mezcla gas - aire se produce una combustión

formándose humos que tienen la función de calentar los hornos de manera

uniforme. En este calentamiento los gases circulan de un lado hacia el otro del

horno por medio de una máquina llamada Torno de Inversión el cual se encarga

de abrir y cerrar las boquillas de entrada del aire en un ciclo que dura 40 minutos (

20 minutos en cada sentido ) . Este torno de inversión trabaja con un reloj

temporizado que cada 20 minutos hace un cambio en el sentido de la combustión,

permitiendo que los hornos de la batería estén calentados uniformemente de ladoy lado ofreciendo un buen aprovechamiento de la temperatura o capacidad

calorífica del gas y el humo por eficiencia térmica.

La reacción de destilación destructiva que ocurre en el proceso de coquización es

la siguiente:

C357H281O39 C280H26O8 + C27H22O2 + 5C10H41O3 + 14 H2O

( hulla ) ( coque) ( alquitrán ) ( gases)

7.- Descripción del Proceso de Coquización .

Los carbones son traídos a la planta de coque en camiones de donde se

descarga a una tolva. El carbón es conducido en transportadores de banda a un

triturador de rodillos de donde sale con un tamaño inferior a 1 Pulg. El carbón de

tamaño inferior de 1 pulg es conducido por una banda transportadora al silo de

mezclas. Este, está dividido en cuatro silos y acondicionados individualmente en



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su parte inferior con un dosificador de carbón automático, que suministra en forma

constante la misma cantidad en peso, sin importar las condiciones en que vengan

(humedad, granulometría, etc).

Se hacen las mezclas de los diferentes carbones y después se les adiciona

agua de acuerdo al estado de humedad en que se encuentre ya que un carbón

demasiado seco produce polvo que afecta las partes eléctricas y mecánicas así

como también hay mayor propensión a incendios en los cargues y producción de

grafito. También a la mezcla de carbones se le adiciona ACPM con el fin de

aumentar la densidad del carbón y por consiguiente la calidad de producción del

coque en la Batería. El carbón en estas condiciones pasa a una criba vibratoria

con mallas de 3mm, donde pasa a un molino de martillos que pulveriza y mezcla elcarbón dando un producto cuya granulometría no debe pasar del 10 % por encima

de 3mm, que es el tamaño más adecuado y apropiado para cargar en los hornos y

obtener un coque de buena calidad.

Los carbones que salen de la criba y del molino de martillos caen a un

transportador y pasan a los silos de la Batería. Los silos de batería son cuatro con

capacidad de 400 Ton cada uno. Esos silos en su parte inferior tienen compuertas

movibles que son a condicionadas con el fin de cargar el carbón al horno.

Los Hornos tienen cuatro aberturas de cargue y una para evacuación del gas

producido por la destilación del carbón al igual que dos compuertas para facilitar el

deshorne y descarga del coque. La maquina Deshornadora es la que se encarga

de retirar el coque de los hornos. Esta máquina tiene translación propia y

fundamentalmente: quita las puertas, deshorna y nivela los hornos. La máquina

Guía de Coque que sirve de puente entre el horno a deshornar y el vagón de

apagado; tiene translación propia y sus funciones son: quitar las puertas y guiar el

coque durante el deshorne.

Luego de 20 horas, el coque se encuentra listo para deshornarlo y trasladarlo a

un vagón de apagado el cual lo transporta inmediatamente a la torre de apagado,

para evitar que el coque entre en combustión con el aire , en donde se le vierte



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una cantidad de agua durante 90 segundos desprendiéndose una gran nube de

vapor de agua (templado del coque ) . Luego el coque apagado se descarga en

una rampa para su reposo con el fin de que el agua se evapore completamente y

apagar los que estén encendidos. Esta rampa está revestido en ladrillo prensado.

A continuación viene un proceso de estabilización en el cual el coque se tritura

para reducirlo de tamaño y se criba para separar la fracción menor de 1 pulgada y

la fracción mayor de 3 pulgadas y dejarlo del tamaño de 1- 3 pulgadas para que

sea utilizado en el Alto Horno. El diagrama de flujo de este proceso se muestra en

la gráfica.

Etapa de Sintonización. Durante los procesos de extracción de minerales,

transporte y manipulación de las materias primas, se producen grandes

cantidades de material, de una granulometria excesivamente fina que no permite

el adecuado flujo de gases calientes a través de la carga, impidiendo llevar a cabo

la fundición de la misma, por lo que se aglomera a un tamaño que permita su

utilización.

Las materias primas de esta etapa son: Caliza, mineral de Hierro, Coquesillo, y

finos del mismo Sinter.

Caliza: Llega entre 6-120 mm de grosor; se le hace un cribado para una

granulometria inferior de 3.36 mm.

Mineral de hierro. Debe tener una granulometria menor de 9.5 mm.

Coquesillo: Son los finos de la planta de Coqueria y se debe obtener a una

granulometría menor a 3,36 mm.



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Diagrama del proceso de Sintonización.

Para mezclar estas materias primas se encuentran dos mesas de aglomeración

del material llamadas pilas. Las materias primas llegan por bandas a un apilador

que empieza a exparsirlas en la pila en una relación de 550 Ton de Caliza, 1000

Ton de mineral de Hierro y 60 Ton de Sinter.

El coquesillo llega húmedo pasa por molinos y va a una tolva de almacenamiento

donde debe presentar alrededor del 8 al 9% de humedad. En otras dos tolvas se

almacena la mezcla de la pila, en otra los finos de Sinter fríos de granulometría a

inferior de 6 mm y en una última tolva se encuentran los finos de Sinter Caliente.

Todos los compuestos que se encuentran en estas cinco tolvas de

almacenamiento pasan a un mezclador que homogeneiza la mezcla y también se

les adiciona agua permitiendo la micropeletización (hacer grumos para que las

partículas finas se adhieran permitiendo una mejor permeabilidad en el proceso).

Esta mezcla entra en una tolva que sirve como ducto y pasa a un rodillo que

coloca la mezcla en unas cajas de acero herméticas unidas entre si para formar

una pasta uniforme, luego pasa por un horno con una temperatura de 1000ºC



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alimentado con gas de Coquería, el coquesillo entra en combustión y el calor

desprendido convierte la mezcla en una torta porosa.

Luego se pasa por un triturador de aspas y un cribado donde las partículas que

tengan una granulometría inferior a 6 mm se recirculan a la tolva de finos de Sinter

Calientes y los mayores pasan a unos ventiladores y un cribado donde los

menores de 6.4 mm pasan a la tolva de finos de "Sinter Fríos" y los otros pasan

por bandas transportadoras a las tolvas de almacenamiento del alto horno. En la

Figura se ilustra el proceso de sinterización.

8.- Reducción de Mineral de Hierro en Alto Horno.

Descripción del Alto Horno. Un horno alto está formado por dos troncos de

cono unidos por su base mayor. El cono superior que es el de mayor altura y se

denomina cuba, tiene forma cónica para facilitar el descenso de la carga en el

curso de la operación. El cono inferior se denomina etalaje. La unión tiene lugar

por medio de una sección redondeada o cilíndrica que se denomina vientre.

El horno termina en su parte inferior en un cuerpo de sección cilíndrica cuya

parte superior se denomina obra y la parte inferior crisol. En la obra están situadas

las toberas para inyectar el aire que activa la combustión del horno. En el crisol,

que es donde se recoge el arrabio fundido y las escorias que flotan sobre él, hay

uno o dos orificios denominados bigoteras o escoriales por donde sale la escoria

fundida y otro más abajo denominado piquera, por donde sale el arrabio fundido.

Los grandes hornos están provistos de un cañón de arcilla, para tapar la piquera al

terminar la colada.

Todo el alto horno está recubierto interiormente por ladrillos refractarios con unrevestimiento de espesor variable según la sección y la capacidad del horno. Las

paredes de los etalajes, obra y crisol, están refrigerados por medio de agua para

prolongar la vida del refractario.



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Una envolvente de chapa de acero con aros de refuerzo constituye la estructura

del horno. La carga se realiza por la parte superior, que se denomina tragante, y

que está provista de un dispositivo de cierre formado por dos campanadas para

evitar la salida a la atmósfera de los gases. La campana pequeña se abre cada

vez que sube la cubeta del Skip descargando encima de la campana grande. Un

distribuidor reparte la carga automáticamente. Cuando el nivel de la carga de los

hornos ha bajado una altura determinada (2 ó 3 metros en los grandes hornos) se

para el suministro de aire, lo que ayuda al descenso de la carga, y con la campana

pequeña en posición de cerrado se abre la campana grande cayendo la carga

completa.

En el tragante están también situadas las tuberías de salida de los gases quelos conducen a los depuradores y después a las estufas de caldeo del aire, a los

motores de gas, etc.

La gran altura de los hornos que supera los 30 metros, tiene por objeto facilitar

a los gases ascendentes la cesión de su calor sensible y facilitar también al óxido

de Carbono (CO) la reducción indirecta del mineral.

Carga del Alto Horno. Los altos hornos se cargan con capas alternadas demineral, coque y fundente. A veces estos fundentes van mezclados con el mineral.

Si se dispone de instalaciones de sinterizado, como es normal en las grandes

factorías, se carga también sinterizado.

La carga del horno va descendiendo a medida que transcurre la operación y se

hacen coladas de arrabio y escorias, tardando de 8 a 10 horas en obtenerse el

metal, desde que se carga el mineral. En cuanto el nivel desciende de una altura

determinada (de 2 a 3 m), se introduce una carga de relleno, que se había ido

situando sobre la campana grande de cierre del tragante.

El mineral debe ser de tamaño comprendido entre 8 y 50 milímetros para que su

superficie sea lo mayor posible y facilitar así su reducción indirecta con el óxido de

carbono (C O).



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El sinterizado se compone de polvo de mineral y de coke y de cenizas

procedente de la tostación de piritas y carbonatos de hierro si los hay. El

combustible empleado es el coke metalúrgico. Dada la altura de los hornos altos,

el coke debe tener buena resistencia mecánica del orden de los 160 Kg. por cm2

para resistir grandes cargas sin pulverizarse. No debe contener materias volátiles

que podrían aglomerar los materiales en el horno. Debe ser poroso para facilitar

su combustión. El poder calorífico del coke metalúrgico es del orden de 7000 Kcal.

por kg. Conteniendo alrededor de 15% de cenizas generalmente siliciosas. Su

densidad es de 0,5 aproximadamente. El tamaño más empleado es de 25 a 80

mm.

Los fundentes tienen por objeto dar a la escoria fluidez necesaria. Una escoriaviscosa cuela difícilmente y en cambio una escoria demasiado fluida corroe las

paredes del horno. La fluidez depende de la fusibilidad, y ésta de la proporción en

que se encuentren los principales elementos que componen la escoria: la sílice, la

alúmina y la cal.

Si en la ganga predomina la sílice, como generalmente ocurre, se dice que es

ácida, y entonces el fundente empleado es la caliza o castina (Ca CO 3), y la

dolomía (CaCO3, MgCO3).

La caliza (CaCO3) contiene teóricamente 56% de cal (CaO) y teniendo en cuenta

las impurezas, la cantidad de caliza que se cargará aproximadamente será doble

peso del de la cal necesaria. Una composición típica de caliza es la siguiente:

CaO = 53,74%,, P= 0,010%,, S= 0,096%,, H2O= 0,20%

Residuo insoluble = 1,40%

La dolomíta se emplea menos como fundente que como revestimiento refractario

de carácter básico. A veces se añade, sin embargo, a la carga del horno alto para

dar más fluidez a la escoria.



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Si la ganga de fusión es básica y por tanto el lecho de fusión resulta demasiado

básico se agrega anhídrido silícico, de ser posible en forma de escorias ácidas de

horno de acero, lo que permite recuperar el metal que contenga. También puede

añadirse la sílice en forma de cuarzo o arena.

Funcionamiento del Alto Horno. El oxígeno del aire que sale por las toberas

atraviesa la masa de coque incandescente y dada su gran velocidad al principio se

forma sólo anhídrido carbónico, como se expresa en la siguiente ecuación.

C + O2 ® C O2

Aproximadamente a un metro de distancia de la boca de las toberas se habrá

acabado el oxígeno y el gas estará formado íntegramente por CO2 que al contacto

con el carbón incandescente, queda reducido con arreglo a la siguiente reacción:

C O2 + C ® 2 C O

En su marcha ascendente a través del horno, el CO, reacciona con los óxidos de

hierro:

3 Fe2O3 + CO ® 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO ® 3 FeO + CO2

FeO + CO ® Fe + CO2

Estas reacciones constituyen la denominada reducción indirecta y tiene lugar

entre los 400º y 700º aproximadamente. La reducción indirecta reduce

aproximadamente del 85 al 90% del oxígeno del mineral en una marcha de

fundición básica.

Además, los óxidos de hierro son también reducidos al contacto con el carbón

sólido incandescente, entre las temperaturas de 700º a 1.350º con arreglo a las

siguientes reacciones, que constituyen la denominada reducción directa:



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3 Fe2O3 + C ® 2 Fe3O4 + CO

Fe3O4 + C ® 3 FeO + CO

FeO + C ® Fe + CO

La reducción directa constituye aproximadamente el 10 al 15% del proceso total

de reducción del mineral. En esta misma zona de reducción directa, tiene lugar

también la descomposición del carbonato de cal, que empieza a unos 800ºC,

según la reacción siguiente:

CO3Ca ® CaO + CO2

El anhídrido carbónico (CO2) formado es reducido por el carbón:

CO2 +C ® 2 CO

Y el monóxido de carbono (CO) asciende a las capas superiores para contribuir a

la reducción indirecta del mineral. Parte del hierro formado se carbura desde

temperaturas de 800ºC, según la reacción:

3 Fe + 2 CO ® Fe3C + CO2

El carburo de hierro se diluye en el resto del metal.

La formación de carburo es muy útil para bajar la temperatura de fusión del hierro ,

que puro es de 1.539º, hasta la de fundición de hierro, que es de unos 1.200º.

Sin embargo, la temperatura en la zona de fusión es de unos 1.500ºC en marcha

básica, debido a que las escorias necesitan esta temperatura como mínimo paraque cuelen libremente.

Además de las reacciones anteriores, que son las principales, tienen lugar otras

secundarias como las de desulfuración del arrabio, del azufre aportado



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principalmente por el coke, por medio de la cal, con arreglo a las siguientes

reacciones:

SFe + CaO + C ® CaS + Fe + CO

SFe + CaO + CO ® CaS + Fe + CO2

Como el sulfuro de calcio (SCa) es insoluble en la fundición, pasa a la escoria.

También tiene lugar la desfosforación del arrabio con arreglo a un proceso similar.

En resumen, teóricamente puede dividirse verticalmente, de arriba a abajo, un

horno alto en funcionamiento en 7 zonas:

1. Zona de deshidratación, cuyas temperaturas están comprendidos entre los 200º

y 400º aproximadamente, donde tiene lugar la desecación de la carga.

2. Zona de reducción indirecta, desde 400º a 700º, donde tiene lugar a reducción

de oxígeno del mineral, por medio de monóxido de carbono (CO).

3. Zona de reducción directa, de 750º a 1.350º, en la que tiene lugar la reducción

del oxígeno del mineral directamente por el carbón incandescente.

4. Zona de fusión y carburación, donde tiene lugar la fusión y carburación de hierro

formado.

5. Zona de combustión y desulfuración, en la que se alcanzan temperaturas

cercanas a los 2.000º y es la zona donde se encuentran las toberas.

6. Zona de colado de escorias, donde se encuentran éstas flotando sobre el metal.

7. Zona de colada de arrabio, por donde sale el material de forma líquida.

Las reacciones expuestas dan una idea bastante aproximada de la marcha del

horno alto. Sin embargo, se ha de advertir que la marcha real no se ajusta



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exactamente a ningún esquema determinado. En primer lugar no puede dividirse

realmente el horno en zonas como se ha hecho, ya que en un mismo plano

horizontal existen distintas fases, entre otras razones porque las temperaturas son

más elevadas en el centro del horno que en la periferia.

Además, las reacciones de reducción, tanto directa como indirecta, son todas

reversibles y se verifican en un sentido o en otro, según la temperatura y

concentración de los diversos elementos.

9.- Equipos Auxiliares del Alto Horno.

A continuación se describe el funcionamiento de los principales equipos

accesorios del alto horno.

Estufas para Precalentamiento del Aire .El calentamiento del aire soplado al

Alto Horno presenta las siguientes ventajas:

- Aumento de la temperatura de combustión en la nariz de la tobera, por lo cual se

mejora la marcha.

- Disminución del consumo de coque y de los combustibles en general.

Se estima que, por un aumento de la temperatura de soplo de 100ºC, la

disminución del consumo de combustibles es del 1.5 al 2% para una marcha con

60% de sinter.

- Aumento de la producción del Alto Horno.

Se ha constatado un aumento de la producción de arrabio cuando se diminuye el

consumo de combustible por tonelada de arrabio.

- Posibilidad de inyectar combustibles auxiliares:

El calentamiento del aire permite la inyección de combustibles auxiliares

líquidos, sólidos o gaseosos, manteniendo una temperatura suficientemente alta



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en la zona de combustión. La inyección de estos combustibles provoca un efecto

refrigerante en la zona adyacente a la tobera.

Hay tres estufas para precalentar el aire de soplo. Cada estufa es un

intercambiador de calor revestido con ladrillo refractario y envuelto por una lámina

de acero. La base es plana y la parte superior tiene forma de domo. Las estufas

calientan el aire para el soplo antes de que este entre en el Alto Horno.

La estufa típica tiene dos partes: (1) la cámara de combustión donde se quema

el gas del Alto Horno, y (2) un amplio sistema de intercambio de calor constituido

por pilares de ladrillos huecos (Checkers) los cuales se colocan unos encima de

otros, formando un gran enrejado refractario. La eficiencia de la estufa se mide por

la temperatura de los gases que salen de ella, la cual debe encontrarse cercana a

los 1200°C.

El gas del Alto Horno es lavado para remover la mayor parte del material sólido

en suspensión, antes de ser quemado en las estufas. El gas pasa hacia arriba a

través de la cámara de combustión en donde se quema; los gases calientes

producidos por la combustión del gas pasan entonces hacia abajo a través de los

ladrillos recuperadores (Checker bricks), transmitiéndoles su calor sensible y luegosalen a la atmósfera. El aire frío de soplo que entra, pasa hacia arriba a través de

los recuperadores en donde se calienta, luego voltea hacia abajo por la cámara de

combustión y sale al ducto principal de aire caliente, habiendo alcanzado una

temperatura aproximadamente 900ºC, gracias al calor extraído de los ladrillos

(Checkers) recuperadores de calor. Con tres estufas disponibles para el Alto

Horno, dos pueden estar en calentamiento con gas y una podrá estar soplando en

cualquier momento.

Las estufas utilizan aproximadamente del 25 al 30% del gas producido por el

Alto Horno, para calentar el aire de soplo y tener así una eficiencia térmica de

aproximadamente 25%.



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Montacargas.

El montacargas en los hornos es del tipo skip de plano inclinado, dotado de

vagonetas volcables, o cubos desfondables, que abren automáticamente sobre el

tragante. En los hornos modernos no es necesario personal en la plataforma de

carga, lugar muy peligroso por los gases que se desprenden, pues la totalidad de

la maniobra de carga se dirige desde abajo y se realiza casi automáticamente

cuando desciende el nivel de la carga en el horno a una altura determinada.

Maquinas suplantes.

El aire de soplo que se introduce por la toberas después de ser precalentado a

mas o menos 800ºC en las estufas, es suministrado por una máquina denominada

"soplador", la cual es accionada por una turbina de vapor y un ventilador

centrífugo de tipo axial o radial.

El coque de petróleo es un producto residual de elevado contenido en carbono,

resultante de la pirólisis de las fracciones pesadas obtenidas en el refino del

petróleo, que ha pasado a través de un estado líquido cristalino (también

denominado mesofase) durante el proceso de carbonización y que está constituido

por carbono no grafítico pero grafitizable. Básicamente, se pueden clasificar los

distintos tipos de coque de petróleo en cuatro calidades distintas:

coque de petróleo de combustión

coque de petróleo regular

coque de petróleo de aguja

coque de petróleo de recarburación

La obtención de uno u otro depende, en parte, de las variables operativas,

pero sobre todo de las características de los residuos de partida, los cuales tienen

distinta procedencia.



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25

El crudo, previamente acondicionado, se somete a una destilación a presión

ligeramente superior a la atmosférica en la que se obtienen, además de gases,

naftas y otros destilados más pesados, un residuo que contiene la mayor parte del

azufre, nitrógeno, metales pesados y fracciones pesadas del petróleo (asfaltenos,

resinas, etc) denominado crudo reducido.

Este crudo reducido suele alimentar una columna de destilación a vacío en la

cual se obtienen una serie de fracciones y un nuevo residuo denominado Residuo

de Vacío. Estos dos residuos van a dar lugar, dependiendo de las características

del crudo de partida, bien al coque de combustión, o bien al regular.

En muchas refinerías, con el fin de aumentar el rendimiento en determinadas

fracciones ligeras (gasolinas, gas-oil, etc) existe otra serie de procesos como el

craqueo catalítico o la pirolisis, los cuales dan lugar a otros residuos, con menos

impurezas que los anteriores, denominados Aceite Decantado (el primero) y Fuel-

Oil de Pirolisis (el segundo).

Estos residuos una vez coquizados dan lugar al coque de aguja y al de

recarburación, respectivamente.

Los residuos anteriormente mencionados se someten a un tratamiento térmico

entre 400 y 600 ºC, obteniéndose un producto sólido primario, con un contenido

en materia volátil entre un 6 y un 20%, que se denomina coque de petróleo

verde.

La técnica de carbonización, o coquización, de residuos de petróleo empleada

por casi el 90% de la industria se conoce como coquización retardada. También

existe la coquización en lecho fluidizado pero es menos utilizada.



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El coque verde obtenido en el proceso de coquización no es,

generalmente, utilizable en estas condiciones. Sólo para el coque

combustible es suficiente este tratamiento térmico. El coque regular, utilizado

en la fabricación de electrodos para la producción de aluminio por medios

electrolíticos, debe ser tratado a una temperatura superior (1350 ºC

aproximadamente) debido a su tendencia a contraerse cuando se le somete

a un tratamiento térmico. El coque de aguja utilizado para la fabricación de

electrodos de grafito se debe someter a una temperatura de 2600-2800 ºC

para conseguir un material con las características apropiadas. Este

tratamiento térmico más enérgico, a que son sometidos los coques verdes,

se denomina calcinación y da lugar al denominado coque de petróleo

calcinado. La calidad final del producto calcinado depende además de la

propia calidad del material verde, de las condiciones de calcinaciónutilizadas, como son la velocidad de producción, la temperatura del horno, el

tiempo de residencia y el procedimiento de enfriamiento, que a su vez

dependen del equipo de calcinación que se utilice. Los dos equipos

utilizables en la calcinación comercial del coque verde son el horno rotatorio

y el horno de solera, siendo este último el más utilizado.

Horno rotatorio empleado para calcinar el coque verde



27

Los coques que presentan un mayor valor añadido son: el coque de

recarburación, utilizado para ajustar el contenido en carbono del acero y por tanto

con unas especificaciones muy restrictivas en cuanto al contenido en impurezas, y

el coque de aguja, que debido a sus altas exigencias requiere de materias primas

especiales (aceites de decantado) y una selección muy rigurosa de las variables

de coquización y calcinación que optimicen la calidad del mismo.

En un lugar intermedio se encontraría el coque regular, utilizado en la

fabricación de ánodos para la producción de aluminio y con menores exigencias

que los anteriores. El coque combustible es el más barato de todos, ya que

además de ser el de más baja calidad no se somete al proceso de calcinación y

se comercializa en su estado de coque verde. Este coque de petróleo es el demayor producción a nivel mundial, lo que unido al descenso en la demanda que

está experimentando por parte de sus consumidores tradicionales (centrales

térmicas, industrias cementeras, etc.) hace necesario buscar nuevos campos de

aplicación para dicho tipo de coque.

10.- UNIDADES DE COQUIZACIÓN EN VENEZUELA

En Venezuela existen varias unidades de coquización retardada, ya que

estas son capaces de procesar fondos de vacíos con alto contenido de carbón

Conradson, y son capaces de producir gran cantidad de coque para la

comercialización. Anteriormente, este tipo de coquización no era muy rentable

debido a que el coque era visto como un subproducto no deseado del proceso, en

estos días la demanda de coque se ha visto en alza y por consiguiente haconllevado a los refinadores a reconsiderar la implantación de este tipo de

coquización.



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Las plantas instaladas de coquización retardada están ubicadas en el

estado Falcón y en el oriente del país. En el Centro Refinador Paraguaná,

ubicado en el estado Falcón se encuentran ubicadas dos unidades de coquización

retardada, específicamente en la refinería de Amuay y en la refinería de Cardón,

respectivamente. La unidad de la refinería de Amuay inició sus operaciones en

1994 y tiene una capacidad de 34MBD. La unidad de Cardón inició sus

operaciones en 1996 y tiene una capacidad de 60MBD. En el oriente del país, las

cuatro empresas mixtas mejoradoras de crudo, Sincor, Ameriven, Petrozuata y

Operadora Cerro Negro poseen unidades de coquización retardada.

En este país solo se tiene instalada una unidad de flexicoking. Esta se

encuentra ubicada en el Centro Refinador Paraguaná, en la refinería de Amuay.

Inició sus operaciones en 1982 y tiene una capacidad de 64MBD.

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