El Carbón

Formulación del problema

El carbón es un combustible fósil, al igual que el gasnatural y el petróleo. Está constituido por rocas carbonosas, su valor calorífico es mayor cuanto más carbono ehidrogeno posee es muy abundante y promete ser uno de los combustibles más importantes de este siglo, ya que muchas de las demandas energéticas que requiere nuestra sociedad se pueden satisfacer con el uso apropiado de este recurso. Sin embargo, su explotación con tecnología convencional ha provocado cuantiosos problemas ambientales; en la actualidad, se utiliza casi exclusivamente para obtener energíaeléctrica mediante combustión directa. Este proceso genera abundantes emisiones de gases de efecto invernadero y otros compuestos tóxicos.

Búsqueda de solución alternativa

Una alternativa a la combustión del carbón mineral es el proceso de gasificación, por medio del cual se produce un gas, constituido principalmente por hidrogeno y monóxido de carbono que se conoce como gas de síntesis (gas-sin) o syngas. EI gas-sin puede utilizarse en sistemas de cogeneración de energía eléctrica tales como en celdas de combustible y plantas de ciclo combinado. Además, con el proceso de gasificación es posible separar diferentes componentes que son materia primapara la síntesis de productos químicos de alto valor agregado.

México es un productor de carbón mineral y ocupa el segundo lugar en América Latina en extracción: sin embargo, su uso es exclusivamente como combustible en el termo eléctricas y como materia prima. en la industria siderúrgica. Además de las demandas eléctricas e Industrial es importante empezar a abrir otros horizontes con perspectivas a largo plazo y muchomás ambiciosas. En este contexto, es necesario analizar los potenciales del carbón en industrias que permitan incrementar su valor utilizando procesos no convencionales. Por ejemplo, la gasificación, pirolisis y licuefacción del carbón son procesos con un gran potencial energético y ofrecen la posibilidad de generar una serie de derivados tales como productos químicos, fertilizantes y combustibles limpios. Sin embargo, esta es una industria poco atendida en nuestro país.

Fase de decisión

El proceso de gasificación

La gasificación consiste en transformar mediante reacciones termo químicas un combustible sólido en un gas de alto valor energético, partiendo de un agente gasificado normalmente oxígeno, aire o vapor de agua. Loscombustibles sólidos pueden ser biomasa, coque o carbón mineral. En este trabajo concentraremos nuestra atención en la gasificación del carbón mineral; el proceso consiste en alimentar con carbón unos recipientespresión y temperatura altas; donde se llevan a cabo las reacciones bajo condiciones controladas. De esta manera.el combustible se convierte principalmente en gas-sin mezclado con nitrógeno (N2) dióxido de carbono (C02) sulfuros y agua (H20) entre otros; los residuos tales como cenizas vitrificadas, pueden emplearse, en la industria de la construcción.

La gasificaci6n utiliza normalmente vapor de agua y oxigeno; la relación de ambos agentes gasificantes, junto con la temperatura de reacción y la presión, determinan la composición de equilibrio del gas. Para que el proceso de gasificación se lleve a cabo se requiere de temperaturas altas, 800 a 1800 °C., dependiendo de las características de la materia prima. Es importantecontrola la temperatura para que seefectuaran las diferentes reacciones químicas que tienen lugar en el proceso; las cuales incluyen al carbón, monóxido de carbono (CO), CO2 , hidrogeno (H2). H2O (vapor) y metano (CH4):

C(s) + ½ O2(G) CO(G) ∆H°298 = -111 kj/Kmol

C(s) + H2O(G) CO(g) + H2(G) ∆H°298 = +131 KJ/Kmol

C(s) + CO2(G) 2CO(G) ∆H°298 = +173 kj/Kmol

Identificación del factor que determine la solución

La gasificación difiere de la combustión convencional en el hecho de que, en la primera los convenientes en el hecho de que, en la primera los subproductos formados que pueden contaminar se separan ante de la combustión. Debido a que el proceso se lleva a cabo en condiciones reductoras, en el azufre contenido en el carbón se convierte en sulfuro de hidrogeno, este es más fácil de eliminar que el dióxido de azufre obtenido en los procesos de combustión y se puede transformar en productos valiosos como el azufre o ácido sulfúrico. Los óxidos de nitrógeno y otros contaminantes potenciales no se forman con la cantidad por medio de las reacciones entre los subproductos de nitrógeno.

Aprovechamiento integral del carbón

Como se ha visto, el proceso de gasificación ofrece una vía más limpia y versátil, en la que se aprovecha de manera integral y eficiente, las reservas de carbón y simultáneamente se reduce el impacto ambiental: la materia prima el gasificado, la etapa de purificación, la de congelación de electricidad y las aplicaciones finales. Es importante mencionar que esta etapa es válida también para otro tipo de combustible sólido.

La materia prima

La composición petrográfica del carbón mineral es muy compleja; algunas propiedades como la edad, el contenido de agua y de cenizas son de gran influencia en el proceso se gasificación. Sin embargo, todos los tipos de carbón se pueden gasificar en términos económicos se prefieren aquellos que generan bajos niveles de ceniza. Dependiendo de la tecnología disponible, se define el tipo de carbón que se utilizara .la tabla presenta las características de algunas clases de carbono mineral

Los reactores de gasificación

A diferencia de los combustibles los gasificadores controlan la cantidad de aire u oxigeno disponible, de modo que solo una pequeña porción de combustible se quema por completo, elevadoasí la temperatura del reactor. Además, se lleva a cabo múltiples reacciones químicas, las cuales originan la transformación del carbón mineral y posteriormente su gasificación. Los gasificadores se pueden agrupar de arrastre de lecho fijo y de lecho fluorizado.

a). Gasificación de flujo de arrastre. Son apropiados para combustible seco pulverizado o líquidos atomizados. La relación de gasificación se lleva a cabo en una nube densa de partículas muy finas a temperaturas superiores a los 1400°C y presiones entre 20 y 30 atm, por lo que el tiempo de residencia del combustible en el gasificado es del orden de segundos. El empleo de altas temperaturas y presiones implica que pueden alcanzar más altos rendimientos; sin embargo, la eficiencia térmica es baja, ya que el gas se debe enfriar antes de que se pueda purificar y utilizarse.con las tecnologías

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