Coquización y Combustión

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.

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