caso de carbones bituminosos y mas del 40% en Iignitos. la pasta

'~
..­
I
I
I
Liquido claro
Entrada del
cata Ii za dor
NjveJ solido
fl'quidO
Liquido solido
Nivel dtl
cctafizador
Tubo de
recircu laelan
IIIIlKI
f.f
Ni veJ de
sedimentaCion del
catalizador
Entrada del
solido
Entrada del
gas
Entrada del
I(quido
Salida del
eatalizador
FIGURA 60. Carb6n-H reactor de lecho ebullated (Johnson et all.971)
Con carbones adecuados, la produccion de gasolina motor puede ser del 50% en el
caso de carbones bituminosos y mas del 40% en Iignitos.
En el proceso, un slurry compuesto de carbon fino un catalizador basado en hierro y
una pasta de aceite se bombea atraves de un reactor bajo presion de hidrogeno. La
composicion de los productos de hidrogenaci6n dependen de la masa de hidrogeno
transferida a el carbon (Figura 61.), Y este a su vez depende de la presion, la
temperatura
y el tiempo de reaccion, tambien como el catalizador y la composicion de
la
pasta de aceite.
Una comparacion de las propiedades de la gasolina y del diesel elaborado a partir de
carbones
Tabla
19. bitwninosos y lignitos por el proceso de hidrogenacion se presenta en la
EI carbon bitwninoso produce gasolina de mejor calidad y el lignito produce
combustible diesel de mejor calidad. En el caso de los carbones bituminosos, la
integracion de la sintesis Fischer-Topsch con la hidrogenacion podria probablemente
necesitarse para producir gasolina y combustible diesel a las especificaciones normales.
153
T
..,•
..g 100
j
c:
•
e
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•
'\: 80
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Do .. 0
4
3
2
0
5
6
8
7
9
Cons.lllo de hldrogl1lo (KG/IOO Kc, CQrbono en .. carbon)
.',
t·
FIGURA 61. Produccion de productos de hidrogenacion en funcion de la masa
de hidrogeno consumida en el proceso LG. Faben (Kronig, 1.977).
TABLA 19.
Datos caracteristicos del combustible motor obtenido de la
..... c:::7 .....
,
."'. --
-
......
......
---
~.
~
-
Gasolina Gravedad eSQecifica(glmI) Aromaticos(% en peso) Numero octano investigadoO.15 ml tetraetil plomo 1-1 Aceite diesel obtenido de carbonebituminosos: datos lurgi Gravedad especifica(g/ml) Aromaticos(% en peso) Naftenos(% en peso) Parafinas(% en peso) Numero octano ­
-- ..... _.. -
, _....__........ -
- --- ..... -..... -- - '-
--- -
'-'
- _.. -- ..........- --- '-
. -- ......._.
-
-,
Carbon bituminoso Carbon
subbituminoso
0,82 - 0.85 70 -75 98 - 100 0.81 - 0.82
== 70
97 -100
I
I
I
,
0.855 8
56 36 44-46 0.83 - 0.85 < 10 50-60 40-30 50 4.9.3.5. Proceso Synthoil para la conversion del carbon en combustoleo no
contaminante
Ventajas de la licuefaccion
Aun cuando elcarbon se puede convertir en combustibles no contaminantes mediante
la Iicuefaccion 0 la gasificacio~ el metoda de la licuefaccion tiene una eficiencia
termica mas elevada, requiere de menos agua para el proceso, y un impacto menos
grave en el ambiente. Por otra parte, los combustibles Uquidos tienen una densidad de
energia mas elevada que los combustibles gaseosos, y por 10 tanto son mas baratos en
cuanto a su almacenamiento y transporte. Las plantas de licuado brindaran igualmente
la base para desarrollar la energia de conversion del carbon en gasolina, consideraci6n
154
,...,.. J
imponante, ya que las reservas conocidas de petroleo del pais se agotanin mucho
antes que las reservas de carbon
I
(
£';
EI proceso Synthoil
En la Figura 62. Aparece un diagrama de flujo del proceso Synthoil. EI hidrogeno, y
una suspension de carbon pulverizado en una parte del aceite producido, se introducen
2- 203. EI
simultaneamente en un reactor lIeno de bolas de catalizador CO-Mo/
Si0 A1
flujo del producto se conduce a un separador de gas, en donde se separa de los gases
los Jiquidos y los solidos no que no reaccionan. EI f1ujo Jiquido pasa por una
centrifuga para eliminar los solidos que no reaccionan, tales como los fonnados por
materia mineral y refractaria del carbon. EI producto Jiquido centrifugado constituye
un petroleo combustible no contaminante.
.. J
Carbon Mezclador
Ac:efte recicfable
--­
•
Suspension
~
,.
..
-iIo.
~
Hz de
repos/cion
I Hz
reciclable
t
H2 0.Oz -..
Fluio alimentador
Reactor
Gasificador 'J
convertidor por
despJazam ienfo
••
t
...
Ceniza
Gases de
hidrocarburos
Flujo de
productos
Gases
Separador
de gas
NH 3 ,H z S t H z O
Residuos
Liquidos 'J
sOlidos
. reaccionados
~r\.
carbonosos
Solid os
Separadar
de solidos
t
Uquidos .
Combustoleo no contaminante
...
CombustoJeo no contaminante
FlGURA 62. Elementos principales del proceso Synthoil, (Akhtur S. Y Yavorsky, 1.986) ISS
..
T
Los solidos de lei centrifuga van a un pirolizador~ el cual entrega una cantidad adicional
de petroleo combustible no contaminante, y un. residuo fonnado principalmente por
materia mineral con algun material carbonoso. Este residuo se alimenta a un
gasificador para preparar hidrogeno para el proceso. Puede agregarse al gasificador
algun carbon para preparar suficiente hidrogeno para las necesidades del proceso.
Los gases del separador de gas se llevan a 10 largo de un tren de purificacion para
eliminar el amo~iaco (NH3), el sulfuro de hidrogeno, el agua, el metana (CH4), el
etano (C2H6) y otros compuestos gaseosos fonnados durante la licuefaccion del
carbon; el hidrogeno purificado se recicla hacia el reactor.
~
.
La purificacion del gas se lleva a cabo a la presion de la planta, para reducir al minima
el costa de reciclado del hidrogeno purificado. Algunas de las impurezas separadas
del gas reciclado resultan utHes coino subproductos: NH3 y H2S se pueden convertir
en sulfato de amonio para el mercado de fertilizantes, y el CH4 y el C2H6 pueden
venderse a los distribuidores de gas natural, 0 convertirse en hidrogeno mediante
reforma por vapor para su uso en la pro pia planta. La ceniza del gasificador se puede
utilizar como relleno de minas.
4.9.4. Calidad del Carbon e hidrogenacion Producida
EI porcentaje de conversion de carbon seco libre de ceniza a productos de licuefaccion
en la hidrogenacion depende en gran medida del range y del tipo de carbon utilizado.
De acuerdo a Cudmore, 1.977, las conversiones mas significativas (mayores del 60%
en carbon seco libre de cenizas) se obtienen de carbones con las siguientes
.,
caracteristicas:
,
•
•
•
•
•
Retlectancia de la vitrinita menor del 0,8%
Contenido de vitrinita + liptinita mayor que el 60%.
Materia volatil (seca libre de ceniza) mayor que e135%.
Relacion atomica hidrogeno/carbono (seeo libre de cenizas) mayor que 0,75.
Una baja concentracion de heteroatomos (nitrogeno, sulfuro, oxigeno, cloro).
Consiste en licuificar completamente el carbon en productos destilables para obtener
eficiencias mas altas porque los productos organicos residuales disminuyen la
produccion de aceite y hacen su manejo tedioso.
EI total de inertes, incluyendo las dos terceras partes de simifusinitas, se cree que son
muy dificiles de licuificar
Resultados recientes indican que una significante porcion de los inertes totales en muy
pocos carbones se convierte en al menos THF soluble. Las condiciones donativas de
hidrogeno son favorables para modificar los macerales inertes fusibles.
156
T
\
1
.
~)
Los autores han report ado que el pretratamiento para remover mineral y los grupos
funcionales oxigeno son tambien efectivos para licuificar con los macerales inertes en
algunos carbones. La no reactividad de algunas inertinitas se sugiere que proviene de
los enlaces intennoleculares, Mochida et al 1.994.
Heng y Shibaoka encontraron que los macerales inertiniticos contribuyen en gran
medida en la producci6n de aceite. Given y otros y Krevelen han mostrado que los
carbones de bajo rango son mas susceptibles a la licuefacci6n.
La licuefacci6n del carb6n es controlada por los microlitotipos. Los microlitotipos
reactivos son susceptibles a la licuefaccion mientras los no reactivos la inhiben. Parece
ser que la reactividad de duro clarita, vitrinertita, trimacerita es mayor que la clarita,
vitrinertita y a su vez mayor que la vitrita durante la Iicuefacci6n del carbon .
Los carbones paraIicos son mas susceptibles a la licuefaccion que los limnicos, Atul
Kumar Varma, 1.994.
4.10. OTROS USOS
4.10.1. Subproductos de los procesos de conversion del carbon
La industria del acero esta estrechamente relacionada a la industria quimica. Hacer
hierro en si es una reaccion quimica a gran escala donde se producen subproductos en
grandes volumenes para utilizaci6n quimica. La manufactura del coque, necesaria para
producir hierro en los altos homos produce alquitran de carbon y gas del homo de
coque los cuales son importantes fuentes de una familia de subproductos quimicos del
carbon. Las escorias del alto homo, un subproducto de la elaboraci6n del hierro, es
tambien un material inorgaruco valioso.
La explotacion comercial de materias primas quimicas aprovechables de las industrias
de elaboracion de hierro y de coque tienen una muy larga historia; de cualquier modo,
los potenciales de esos quimicos no se han aprovechado aun totalmente. Par ejemplo,
la materia prima para producir triptofan, un amino acido esencial y vitaminas E y K
ocurren en el alquitran de carbon. Ademas, el gas de los homos de coque podna
potencialmente contribuir al desarrollo de la quimica del C 1 con ventajas econ6micas.
El carbon asumira mas importancia como una fuente de energia y de materia prima
para soportar el progreso de la humanidad a 10 amplio del mundo cuando decline la
disponibilidad de aceite.
157 T
4.10.1.1. Principales productos
\
lj
I. Materiales de coque y carbono
• Coque metalurgico
• Cisco de coque
• Brea de coque
• LPC-U (para electrodos artificiales)
• LPC-UH (para electrodos artificiales)
• LPC-S 1 (para placas de electrodos)
• LPC-A (para refineria del aluminio)
• Aditivo de carbono para hacer el acero
Nippon Steel Chemical opera una de las plantas de coque mas grandes y mas
modemas del mundo en donde los carbones importados se convierten en coques de
alta calidad y se envian a los altos homos. El alquitran de carbon y el aceite liviano del
homo de coque recuperados en las plantas de coquizacion son las materias primas para
los quimicos del carbon.
• Coque
Pretratamientos tales como el proceso de coquizacion de briquetas desarrollado por
la Nippon Steel convierten los carbones de baja calidad en un coque fuerte de alta
calidad. Ademas de la adopcion del secado de coque y otros metodos ahorra
recursos y energia. Esto se retleja en la alta calidad del acero producido por
Nippon Steel.
• La brea
se hace a partir del alquitran de carbon y es posteriormente procesada para hacer
varios tipos de materiales de carbono. UItimamente, los materiales de carbo no son
mirados como materiales promisorios para cumplir los requerimientos severos de la
industria electronica, aeroespacial e industrias relacionadas.
• Brea de coque
La brea de coque se usa para hacer electrodos para la refinacion del aluminio.
Las agujas de coque de alta cali dad es el primer material basado en carbono de esta
clase en el mundo, el cual se usa para la elaboracion de electrodos artificiales de
grafito en la elaboracion del acero electrico.
2. Quimicos del carbon y petroquimicos
• Benceno y productos relacionados
Benceno, tolueno y xileno materiales basicos indispensables para la industria
quimica hallan su aplicacion en una variedad de productos tales como fibras
sinteticas y phisticas.
158
T
\
La compania Nippon Steel Chemical tiene la capacidad de destilacion de alquitranes de
carbon mas grande del mundo.
;.,
• Productos de aiquitran de carbon
de naftalina
N aftalina refinada
Metilnaftalina
Aceite creosota
p
N aftalina, metilnaftalina y otros quimicos se recuperan del alquitran de carbon por
destilacion. La naftalina se usa como repelente de insectos 0 como materia prima en la
La
elaboracion del anhldrido ftalico, colorantes intermedios y surfactantes.
metilnaftalina se usa como un portador de colorantes y un solvente de alto punto de
ebullicion, y este se puede usar como materia prima para quimicos finos.
• Fenol y productos relacionados
Los acidos de alquitran (fenol, o-cresol, acido m-cresilico y xilenoles) se usan como
materia prima para la industria plastica, electrica, electronica, farmaceutica,
quimicos agricolas y colorantes. Tambien se usa para la obtencion de fenol
trinitado, acido pirico y melmita (explosivo militar).
• Piridina y productos relacionados
Las bases de alquitran encontrada en el alquitran de carbon y el gas de los homos
de coque incluyen la piridina, picolina y quinolina. Esos se usan en la fabricaci6n
de productos fannaceuticos, quimicos agricolas y surfactantes.
• Productos sinteticos
El anhldrido ftaIico producido a partir de la naftalina se usa para hacer plastificantes
para c1oruro de polivinilo, pinturas y plasticos.
Anhidrido maleico
Antraquinona
Metanol
Amonio
Monomero estireno
Bifenil, es sintetizado a partir del benceno, se usa como portador de colorantes.
Este material es producido por muy pocas comparuas.
Terfenil
Arocizer (solvente de alto punto de ebullici6n)
Cic1ohexano
• Medio de transferencia de calor
Therm-s
• Resina Cumarona
Escuron (solidolliquido)
159
Este material se produce de una fraccion pesada del aceite de alquitnin de carbon y
se usa como un aditivo del caucho y como aderezo de pinturas, tintas y otros
productos.
• Fertilizantes
Sulfato de amonio
Silicato de calcio
• Gases ind ustriates
Hidrogeno de alta pureza
Argon de alta pureza
Oxigeno de alta pureza
Nitrogeno de alta pureza
EI proceso de fabricacion del acero no solamente usa gases sino que tambien produce
gases como subproductos. En el presente se produce hidrogeno de alta pureza para la
elaboracion de semiconductores, lamparas industriales y aditivos de alimentos, y argon
de alta pureza para la manufactura del acero y soldadura.
3. Pinturas anti-corrosivas
• Pinturas resinas epoxicas de alquitrim Cubierta NB
• Pinturas resinas epoxicas de alquitnin color Cubierta color NB
• Pintura de resina sintetica
NB COAT (pinturas resinas epoxicas de alquitrim) NB coat es una familia de pinturas
anticorrosivas elaboradas de materiales basados en alquitnln a prueba de agua y resinas
epoxicas, las cuales tienen excelentes propiedades adhesivas y resistencia fisica. Color
NB coat~--~~ontiene alquitran blanco sintetizado del aceite liviano del alquitrim de
carbon el cual se puede colorear y requiere solamente una minima preparacion de la
superficie. Tiene muchas aplicaciones en tanques de almacenamiento y barcos.
• Esmalte de alquitran de carbon
Esmalte Nippon Steel
Cubierta a prueba de agua
CubiertaKN
Los esmaltes de alquitran de carbon se producen de un subproducto del aceite en la
elaboracion de la brea de coque, y son a prueba de agua y no se afectan por el
ataque de las bacterias. Esas pinturas anticorrosivas se usan en tuberias de acero
subterraneas y debajo del agua.
4. Phisticos
• Estireno (polistireno)
• Estireno GP, MI, HI, As, Ms, Se y Fr 160 El POlistireno es Ii viano, fuerte y facil para colorear y moldear. Existen las siguientes
variedades: GP (proposito general); HI y MI (alto y medio impacto); AS(copolimero
estireno aCrilonitrilo, altamente resistente a los productos qufmicos); SE (self­
extinguishing, ampliamente usado para moldear los albergues de las aplicaciones
electricas de acuerdo a los estandares UL de los Estados Unidos); FR (polistireno, AS
y ABS reforzados
electrica
y similares).con fibras de vidrio para aplicacion en la industria automotriz,
La compaiiia Nippon Steel Chemical produce monomero estireno y poifmeros y la
resina cumarona. A1 mismo tiempo trabaja desarroIJando resinas de alta calidad y
agentes reforzantes orglinicos e inorglinicos. El alquitnin se usa en la fabricacion de
muchos tipos de pinturas anticorrosivas.
• Resina K
Esall (resina de lustre perla)
Esteria (placa de extrusion de resina Ms)
5. Cemento
• Cemento portland de escorias de alto homo
• Cemento port1and de hierro Nippon Steel
• Cemento portland de escoria de alto homo Nippon Steel
• Cemento resistente al sulfato Nippon Steel
Cemento portland de escorias de alto horno
Este tipo de cemento se produce al mezcJar el cemento portland con escoria granulada
de alto homo. Varias c1ases se hacen a diferentes relaciones de mezcJas. Todas las
cJases muestran mayor resistencia fisica y quimica y bajo calor de bidratacion. Este
cemento se usa ampliamente en construccion de represas, runeles, estructuras de
puertos y rios, sUministro de agua y trabajos de alcantaril1ado.
Suelo-cemento Solstar • lmpermeabilizantes
.-;
Materiales para impermeabilizar SD
Materiales para impermeabiIizar MS
6. Escoria de alto homo
• Escoria granulada
• Esmente (escoria molida)
• Eslaf(escoria granulada)
• Escoria enfriada con aire
161
7. materiales inorganicos y materiales de construccion
~
Cemento, materiales inorganicos y materiales de construcci6n Las escorias de altos
homos, subproductos del proceso de fabricaci6n del hierro, se utilizan efectivamente
para producir materiales inorganicos de valor econ6mico.
.
• Fibras S (Lana de roca) Fibra S (materialesles que aislan el calor) Sunmat (materiales aislantes termicos para la casal Spray-ace (fibra rociadora) La lana de roca es una fibra inorganica hecha de escoria de alto homo y tiene muchas
aplicaciones como aislante del calor y del ruido de edificios y plantas industriales. Los
productos de lana de roca son disponibles en lana sueIta ligados a T ABLAs y fieltros
de pendiendo del uso final. Ramajes de lana hechos al mezclar lana de roca con un no
combustible, refi"actario, ligante inorganico se usa para estructuras de acero
refract arias en edificios.
• Fibras S SC (fibras ceramicas) Fibras-S SC Bloque Z. (Bloque aislado prefabricado) Protecci6n de los cables electricos contra la dispersion del fuego
Cabcoat
Cabseal
Las fibras cenlmicas se hacen de alumina y silice resistente al calor por encima de
1.600°C Y se usan principalmente como revestimiento de homos industriales.
Ademas, las fibras de alumina se pueden usar a temperaturas por encima de
1.600°C.
8. Productos especiales (parcialmente en desarrollo)
• Gases especiales
• Pinturas de alta calidad
• Resinas fenolicas especiales
....
Esfenor (ligante industrial, materiales demoldeo y otros)
Esfoam (Resina de fenol foam)
Mientras esta es una de las resinas sinteticas mas viejas conocida por el hombre,
todavia llama la atenci6n en los mercados de alta tecnologia por su desempefio
electrico superior.
162
T
• MateriaJes eJectronicos
Estabron (materiales utilizados para semiconductores)
Esquatz (Silice sintetica de alta pureza)
'/
Las necesidades de nuevos materiales que nacen de la revolucion tecnologica que
se presenta en la industria electronica hoy; ha hecho que las empresas desarrollen
materiales electronicos orgarucos e inorganicos para elaborar semiconductores.
• Quimicos especiales
fngredientes activos e intennedios para la industria fannaceutica y de quimicos
agricolas
• Lubricantes sinteticos de alta calidad
Synfluid (PoliaIfaolefinas) Esfluid (aceite base para lubricantes) Shinlube (Iubricantes) Nuevos lubricantes de alto desempeiio pronto emergenin de Sustancias halladas en el
a1quitnin de carbon. Ellos tendnin propiedades de lubricantes excepcionales y una
larga vida de Servicio a a1tas temperaturas y presiones; tambien se emplearan en el
movimiento de traccion, la transmision de potencia del futuro.
• Fibras de carbono y composites de alta calidad
Esbrid (compuestos) Esalloy (poIimero ligante) Laminas composite • Productos especiales de carbono Grafito de alta densidad • Fibras inorganicas Super resistentes al calor
• Lana de roca para cultivo de plantas
EspIan
Acemat (esterilla de semillas de arroz)
Se estan desarroUando sistemas de cUltivo, usando lana de roca.
tambien sera apIicado en el crecimiento de vegetales y flores.
Este sistema
...
9. Otros usos
• Mezcla de materiales
La compania Nippon Steel Chemical esta empeilada en desarrollar mezcla de
materiales avanzados para una variedad de industrias que producen mercancias
163
T
\
comodas, carretas de varas de pescar, robots industriales, antenas de television,
materiales permeables a los rayos x, aeronaves, naves espaciales, automoviles,
bicicletas, celdas solares y muchos otros.
\
I
1,
• Especialidades quimicas
a. Farmaceuticos, quimicos agricoias, aditivos de alimentos y sus intermedios
b. Resinas flexibles y resistentes al calor y resinas a prueba de radiacion
c. Colorantes y pigmentos intermedios.
• Carbonos especiales
Hoy la demanda esta creciendo para materiales de carbono de alta calidad que
poseen excelente resistencia mecimica, conductividad electrica y propiedades
resistentes al calor para materiales y componentes de las industrias de alta
tecnologia. Dichos materiales de carbono derivados de la brea se usan en los
siguientes campos: Comodidades generales, industria electrica y electronica,
maquinaria, metalurgica, electroquimica, energia atomica e industria aerospacial.
410.1.2. Quimica del alquitran de carbon
Las materias prirnas que contienen carbono que la industria quimica utiliza, provienen
de la produccion de compuestos orgimicos tales como el alquitnin de carbon, aceite y
gas natural como tambien de otras fuentes. En la seleccion de una materia prima, la
disponibilidad y la naturaleza quimica son factores decisivos. Los quimicos olefinicos
y alifaticos se producen desde las fracciones de aceite crudo y el gas natural, mientras
los compuestos aromaticos polinucleares tales como el naftaleno, antraceno se
recuperan casi exclusivamente del alquitran de carbon. Aromaticos mononucleares
tales como benceno, tolueno y xileno (B. T. X.) se obtienen del aceite y del alquitnin
de carbon.
La demanda a 10 amplio del mundo de la industria quimica para materias prim as que
contienen carbono es de alrededor de 245 millones de toneladas de aceite equivalente.
La fuente es el aceite crudo, seguido por el gas natural, el alquitran de carbon y otros.
EI alquitran de carbon es una mezcla compleja consistente casi exclusivamente de
compuestos aromaticos. Los principales componentes del alquitnin de carbon son la
naftalina, fenatreno, fluoreno, acenafteno, bases de alquitran y acidos de alquitran. EI
numero total de constituyentes se estima en 10.000.
,
EI alquitran de carbon se obtiene como un subproducto durante la carbonizacion del
carbon en la elaboracion del co que. EI coque se usa principalmente en el proceso de
produccion de hierro en el alto homo. EI proposito de la produccion de alquitran de
carbon es para hacer el acero y el gas domiciliario.
164
T
i
\
La produccion de acero crudo en el mundo se muestra en la TABLA 20. Japon
disfruta del tope de la produccion de acero. Pero China, Brasil y especialmente Corea
estan haciendo recientemente un esfuerzo energetico para levantar la produccion de
acero.
\
LI
.'"
TABLA 2U. Produccion de acero crudo (1000 Ua), (Komoto T., 1.994
Pais
CIS
Japan
Estados Unidos
China
Alemania
Corea
It alia
Brasil
Francia
Total
1.988
163.037
105.681
90.649
59.175
41.023
19.118
23.760
24.675
18.598
778.915
1.989
160.096
107.908
88.852
61.241
41.073
21.873
25.216
25.055
18.692
784.418
1.990
154.333
110.339
88.918
66.038
38.594
23.125
25.472
20.569
18.947
769.036
1.991
133.643
109.657
79.206
70.573
38.899
26.002
25.084
22.615
18.407
732.800
Caracteristicas de la quimica del alquitran de carbon
"
Las caracteristicas generales de los compuestos aromaticos en relacion a su aplicacion
se resume en la TABLA 21. Una de las mas importantes propiedades es su alta
susceptibilidad a las reacciones sustituyentes. Esto los habilita a dar una amplia
variedad de derivados utiles. En el caso de los compuestos aromaticos polinucleares,
esto se volveria dificil para efectuar la preparacion selectiva de compuestos deseables
debido a sus multiples posiciones disponibles para la reaccion de sustitucion. La
proxima es la alta sensibilidad ala luz. Esta propiedad se ha utilizado en el desarrollo
de drogas, pigmentos y materiales fluorescentes. Recientemente, se han hecho
muchos esfuerzos para desarrollar compuestos nuevos para fotoconductores
orgarucos. La tercera propiedad es que los compuestos aromaticos tienen un fuerte
poder disolvente. Ademas, muchas clases de solventes aromaticos se han utilizado en
varios campos de la industria. Corrientemente, solventes especiales, tales como
sensibilizadores para papel de registro termico y un solvente para gel hilado se ha
comerciaIizado. La proxima caracteristica de los compuestos aromaticos es su alto
contenido de carbono. Se pueden producir muchos de los productos de carbo no tales
como brea de coque y ligantes de brea. La otra caracteristica es una fuerte asociacion
intermolecular. Esta propiedad es particularmente importante en el campo de cristal
liquido. La ultima es una fuerte resistencia al calor proveniente de la estructura
conjugada de los aromaticos.
165 .~
.
~
.
I
I
('
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- - - - - - - - - - - - .................:r
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"".., • • • 1-1------.-
--- ------- __
v, , ..... v
••• v .. "
..... ,
"·'--L
Proj!iedad
Aplicacion
Alta actividad a las reacciones de sustitucion Una g_ran cantidad de derivados
Alta sensibilidad a la luz
Drogas, pigmentos, fotoconductor
Fuerte solubilidad
Solventes
Alto contenido de carbono
Productos de carbono
Fuerte asociacion intermolecular
Materiales de cristal liquido
Fuerte resistencia al calor
PoHmeros resistentes al calor, aceites que
transfieren el calor
Utilidad de los productos provenientes del alquitran de carbon
Hoy la participacion de benceno del alquitran de carbon ha bajado a menos que el
10%, pero el suministro de compuestos policiclicos tales como la naftalina y el
antraceno, aun dependen del alquitran de carbon. La Figura 63 ~uestra el uso de los
productos destilados del alquitran de carbon en Japon. Breas, aceite creosota son los
productos principales seguidos por la brea de coque y la naftalina. La brea, fraccion
mas pesada, se usa como brea ligante para electrodos de grafito y brea de coque. El
aceite creosota, una mezcla de aceites relativamente pesados, se usa principalmente
como la materia prima del negro de carbono.
La naftalina es uno de los principales constituyentes del alquitran de carbon
En el proceso de refinado del alquitran de carbon, la recristalizacion se usa para
producir naftalina.
La naftalina se usa principalmente para la produccion de anhidrido ftaIico Aunque su
uso ha disminuido en favor del o-xileno atraves de los afios 70, se espera que la
naftalina mantenga su participacion presente en este mercado. El anhidrido ftaIico se
usa en la elaboracion de plastificantes, poliesteres insaturados y resinas aikido EI
catalizador de naftalina es una mezcla de oxido de vanadio y sulfato metalico alcalino
sobre un so porte de silice.
Otra uso importante de la naftalina es para la elaboracion del 2-naftol el cual es un
paso intennedio en la produccion de una gran' variedad de drogas, pigmentos y
quimicos procesantes del caucho.
EI sulfonato de naftalina representa otro uso de la naftalina. Los productos se usan
como agentes humectantes y dispersantes en pinturas y revestimientos. Usos
miscehmeos incluyen varios compuestos organicos e intermedios tales como I-naftol,
I-naftilamina, 1, 2, 3, 4-tetrahidronaftalina y naftalina clorinada.
166
I
.~
FIGURA 63. Uso de los productos destilados del alquitran de carbon en Japon,
(Komoto T., 1.994)
Coq ues de brea EI residuo de la fraccion aromatica producida en la refinacion del alquitran de carbon, son materias primas adecuadas para la elaboracion de productos de carbono debido a su alta relacion CIH. Residuos no destilables, los cuales tienen puntos de ebullicion por encima de los
340°C, se les llama brea blanda. La brea es la mayor proporcion del a1quitran de
carbon. Esta es la materia prima adecuada para la elaboracion de productos de
carbono, tales como la brea de coque y elligante de brea.
La compafiia Nippon Steel Chemical esta produciendo tres c1ases de coque de brea,
por ejemplo: isotropico, regular y en agujas a partir del mismo alquitnln de carbon
controlando el tamafio de la textura. La textura del coque isotr6pico y el coque
regular son esferas pequefias, de otro Iado, las del coque en agujas es como agujas. La
esfera en el coque isotropico es mas pequefia que en el regular. La textura como
agujas juega un importante papel, ya que el coeficiente de expansion termica es bajo
debido a la textura como agujas.
EI co que isotropico y regular son la materia prima del grafito isotropico y el coque en
agujas es adecuado para electrodos de grafito de los homos electricos hechos de
hierro.
167
~1
Derivados de aromaticos polinucleares
Los compuestos heterociclicos se usan principalmente en el campo medico y
agroquimico, pero la carbazola y la acridina se investigan no solamente para medicina
sino tambien para aplicaciones como. resinas y materiales electronicos.
En el campo medico y agroqulnUCO, se emplean frecuentemente compuestos
heterociclicos que contienen nitrogeno tales como quinolina e indola, como materiales
de inicio. Su estructura esqueletica se halla en muchos compuestos fisiologicamente
activos.
En el campo de la resina funcional y materiales electronicos, se utiliza el indeno,
fluoreno, antraceno carbazola, acridina y sus derivados. Los derivados de la piridina
se usan como drogas y pigmentos aprovechando su naturaleza fluorescente.
2,6-NDCA de la naftalina
Entre los nuevos polimeros derivados de la naftalina, el PEN (polietileno naftalato) es
particularmente notable como un nuevo poliester. Las peliculas del PEN se han
aplicado para registro magnetico, aislante eIectrico y como una tinta plastica para
imprimir.
Cardo polimero de tluoreno
EI fluoreno es un ejemplo tipico de compuestos adecuados para carda monomero
entre los compuestos del alquitran del carbon. Esos polimeros tienen muy alta
temperatura de descomposicion yalta temperatura de transicion al vidrio, al igual que
buena permeabilidad selectiva para la separacion del gas.
Resina COPNA de compuestos aromaticos polinucleares
Esta resina podna tener una amplia aplicacion, por ejempl0, como resina termoplastica
y termosensible
Drogas de compuestos que contienen nitrogeno
Los quimicos del alquitran de carbon, especialmente los constituyentes que contienen
nitrogeno se usan como materiales de base de medicinas y drogas.
Una variedad de solventes ampliamente usados incluyen muchas clases de derivados
aromaticos debido a su fuerte poder disolvente.
4.10.2. Carbon activado. El carbon activado es un carbono amorfo que se caracteriza por su gran capacidad de adsorcion de gases y solidos coloidales. La alta estructura porosa que se desarrolla durante la activaci6n proporciona la gran
area superficial del carbon activo, de la cual depende su utilidad como un adsorbente.
168
T
El range de aplicaciones del carbon activo es muy amplio en el campo de tratamiento
de aguas potables y residuaies, control' de polucion del aire y ciertos casos en donde
los materiales se pueden re-usar (ejemplo: recuperacion de solventes), Wilson 1. 1.981.
;¥
Debido al reciente perfeccionamiento en el conocimiento de la polucion ambiental
causada por vapores orgimicos, en especial, los compuestos halogenados, ha hecho
que el carbon activo adquiera una mayor importancia para adsorber dichas sustancias,
(Bradley R. H. Y Rand B. 1.993)
f·
La estructura submicroscopica del carbon activado no se conoce con exactitud, pero
esta probablemente compuesta por particuias amorfas distribuidas al azar formando
una red de poros irregulares, parcialmente conectados entre enos, dan do un area
superficial que puede variar entre 200 y 2000 m2/gr. EI carbon normal a diferencia
del activado, solo presenta un area superficial en promedio de 100 m2/gr.
4.10.2.1. Obtencion de carbon activado
El carbon activado se puede obtener de una gran variedad de materiales vegetales,
entre los mas comunes estan: cascaras de coco, cascaras de arroz, aserrin, madera,
cuescos de palma y bagazo de cafia. Tambien se puede producir a partir de carbones
de diferente rango tales como lignitos, carbones sub-bituminosos, bituminosos y
antracita, igualmente se puede activar coque derivado de la carbonizacion del carbon y
del coque de petroleo.
Los carbones bituminosos producen carbones activos con grandes areas totales y
adsorben mejor compuestos de moleculas pequefias, ya que de por si elIos presentan
inicialmente poros mas pequefios; en cambio los carbones activos que provienen de
lignitos y carbones sub-bituminosos se comportan mejor frente a las moleculas grandes
ya que sus poros son mayores. Por 10 anterior se puede deducir que dependiendo del
tamano de las moleculas que se qui era adsorber se deben utiliz3:r para la activacion
carbones originales con predominio de poros grandes 0 pequefios de acuerdo a las
circunstancias. 19ualmente se debe tener en cuenta que los carbones preferiblemente
no deben ser aglomerantes aunque mediante pretratamientos se puede llegar a inhibir
estas propiedades (Schwabe P. H. 1.970, Cunningham A. C. 1.963 Y Jenkins G. I,
1.956) Ydeben tener bajos contenidos de azufre y cenizas.
Luego de seleccionado el carbon este se muele y tamiza hasta el tamano promedio
deseado. Una via altema es molerIo finamente y posteriormente briquetearlo.
Posteriormente se procede a la pirolisis y activacion en homos rotatorios 0 fluidizados.
EI metodo de activacion consta esencialmente de dos etapas: carbonizacion y
activaci6n. La carbonizacion se realiza en ausencia de aire y a temperatura superior a
600°C; en esta etapa se eliminan las materias volatiles pennitiendo la formacion de una
mejor estructura porosa. La activacion tiene como objetivo, incrementar el area
superficial y ayudar a la formacion de la estructura porosa.
169
T
Carbones activados con sustancias quimicas
."
Se basa en la accion de compuestos inorganicos incorporados a la materia prima, los
cuales producen una degradacion 0 deshidratacion de las moleculas orgarucas, cuando
la mezc1a se so mete a temperaturas entre 500 y 900°C. Los compuestos que han dado
mejores resultados en la activacion son el acido fosforico y el cloruro de zinc.
En la activacion con productos quimicos, la materia prima se lleva al tamano deseado,
luego se impregna con una soIucion acuosa concentrada del activante seleccionado; el
objetivo de fa impregnacion es lograr un contacto intimo entre las particulas de carbon
y el activante, asi si el tiempo de activacion es corto, la calidad del carbon activado es
menor.
&
EI carbon impregnado se seca y se somete en ausencia de aire a temperaturas que
varian entre 500 y 900°C. El producto obtenido se trata con acido para eliminar las
cenizas y los materiales solubles; luego se lava con agua y se seca. As! los carbones
activos producidos de esta forma se caracterizan por ser buenos decolorantes.
Carbones activados con gases y vapores
Consiste en la oxidacion selectiva de materia prima con gases 0 vapores a alta
temperatura, 0 con aire a baja temperatura. Las principales sustancias utilizadas son
vapor de agua y dioxido de carbono. La oxidacion es endotermica (temperatura entre
800 y 1.000°C). El producto de la oxidacion 0 activacion posteriormente se trata con
acido y se lava.
EI proceso con gases oxidantes se puede llevar a cabo en lecho fijo, 0 en lecho
fluidizado, para 10 cual la velocidad del flujo gaseoso debe ser tal que permita dichas
condiciones.
Carbones activados en forma mixta
En algunas ocasiones se utiliza la combinacion de las dos tecnicas anteriores, 0 sea que
la materia prima impregnada con sustancias qui micas se somete a la accion de gases y
vapores.
De esta manera, la activacion es una especie de gasificacion parcial del carbono fijo en
el residuo carbonoso, buscando desarrollar fundamentalmente la porosidad y el area
superficial.
Otro factor que influye en la obtencion del carbon activado es la granulometria. El
carbon activado en polvo es aquel cuyo tamano de grana es mas pequeno que el
pasante de la malla 80 y el granular esta definido como aquel cuyo tamafio de particula
es mayor que el pasante de la malla 80.
Tipos de activantes
La capacidad adsorbente de los carbones activos depende tambien de fa clase de
agentes quimicos presentes en la activacion; es asi como la activacion con gases
170
~
I
1
I
produce diferente actividad del carbon que la obtenida con agentes quimicos. En
general, cada compuesto ejerce una influencia especifica sobre la superficie del carbon.
l
Temperatura y tiempo de activacion
Estas dos variables estan relacionadas entre SI y son las que controlan
fundamentalmente el proceso de activacion. Se ha encontrado que tiempo y
temperatura de activacion se comportan inversamente.
La calidad del carbon activado se ve afectada por estas dos variables, de fonna tal que
para altas temperaturas y tiempos grandes, el poder adsorbente aumenta. Este efecto
no es ilimitado, puesto que despues de un tiempo y temperatura de activacion, el
carbon activado puede perder su poder de adsorcion 0 al menos disminuirlo.
~.
Por 10 general en los procesos se toman como constantes los siguientes parametros:
La materia prima, la concentracion de activantes quimicos y el tiempo de
impregnacion.
4.10.2.2. Forma y caracteristicas
La fonna y caracteristica de los carbones activados varia notablemente dependiendo
de: la materia prima utilizada, el proceso de produccion y del equipo industrial
utilizado.
En general los carbones activados son blandos, negros y brillantes.
De acuerdo a su forma ellos son granulados 0 pulverizados. Los granulados son
mecanicamente resistentes, relativamente densos y muy activos; se utilizan en Ia
adsorcion industrial de gases y vapores, especificamente en procesosde recuperacion
de disolventes organicos vohltiles. Los carbones activados pulverizados se usan de
una fonna mas variada, tienen aplicaciones que se orientan hacia los procesos de
purificacion de diversos productos para adsorcion en fase liquida tales como:
decoloracion, desodorizacion y eliminacion de sabores.
En cuanto a las caracteristicas quimicas son neutros, acidos 0 alcalinos.
La caracteristica mas importante del carbon activado es la enonne area superficial de
su estructura de poros internos, 0 sea su relacion superficie volumen y su afinidad
selectiva con determinados componentes de la mezcla liquida 0 gaseosa al contacto
con elIos.
171 T
4.10.2.3. Adsorcion y sus caracteristicas en el carbon activado
La adsorcion es un fenomeno fisico-quimico de retencion superficial de molE~culas y/o
atomos presentes en mezclas fluidas~ se logra poniendo en contacto un solido (carbon
activado) con la mezcla fluida (liquido 0 gas).
La superficie correspondiente a un grana de adsorbente se llama superficie especifica.
Los adsorbedores activos, es decir, aquellos que tienen buena capacidad de adsorcion
poseen superficies es~ecificas que varian dependiendo del tamaijp de la molecula a
adsorber, entre 200 m-/gr. (abundancia de macroporos) y 2000 m..../gr. (abundancia de
microporos).
La adsorcion en el carbon activado es selectiva, siendo mayor con las sustancias
pol ares que con las no polares; Ademas es mal adsorbente de electrolitos inorgarucos
con excepciones importantes en la recuperacion de oro, mientras que adsorbe bien
compuestos aromaticos y alifaticos insaturados
La adsorcion del carbon esta influenciada por:
solvente, el pH y el tiempo de contacto.
la temperatura, la naturaleza del
4.10.2.4. Ensayos basicos que se Ie efectuan al carbon activo:
Area especifica. El valor comercial de un carbon activo depende tanto de su
estructura porosa intema como de su area superficial 0 superficie especifica, la cual
esta directamente relacionada con la capacidad de adsorcion.
Porosidad. Se define como el volumen de los poros con respecto al volumen total de
solido.
Se clasifica en los siguientes rangos:
Distribucion de tamafios de poros.
Microporos (poros con diametro menor de 40A), macroporos (poros con diametro
mayor de SOOOA) y mesoporos (poros de tamaiio intermedio entre los dos anteriores).
Ensayos industriales. La calidad de un carbon activado se evalua mediante pruebas
que indican la capacidad de adsorcion de sustancias quese encuentran en solucion 0
en medio gaseoso. Estas son:
indice de yodo. Proporciona un buen indicativo de la habilidad de un carbon activado
en la remocion de sabores y olores, ya que la mole cuIa de yodo, por su tamaiio se
asenieja a las anteriores, siendo por 10 tanto representativas de moleculas pequenas, 0
sea que se tiene idea ~e la estructura de microporos del carbon activado.
indice de azul de metileno. Esta prueba tiene por objeto determinar la capacidad del
carbon activado para adsorber moIeculas grandes, las cuales son representativas de los
colorantes tal como el azul de metileno. Asi un carbon activo que decolore en alto
grade una solucion patron de azul de metileno, se considera buen adsorbente de
sustancias coloreadas.
172
T
I
Numero de melaza. Se usa para determinar la capacidad de un carbon activado para
decolorar los licores resultantes en la industria azucarera y es un indicio de la
estructura de macroporos del carbon activado.
Otras caracteristicas. Densidad aparente. Se refiere a la masa de carbon activo por
unidad de volumen, incluyendo los poros.
Densidad relativa.
volumen minimo.
3
Signitica el peso en libras/pie ; cuando el carbon se Ileva al
Los carbones con alta densidad relativa, tienen grandes ventajas debido a que hay
mayor cantidad de libras en menos espacio y por 10 tanto ocuparia menos espacio para
su almacenamiento.
Filtrabilidad. Depende del tamano y Ia forma de las particulas de carbon. Buena
filtrabilidad significa: que el liquido pasa nipidamente a traves de (a torta del tiltro de
carbon.
Que se obtiene un tiltrado claro nlpidamente
Tamaiio de particula. Es una propiedad importante que puede influenciar las
caracteristicas de flujo, la adsorcion cinetica y el comportamiento catalitico.
EI carbon activo puede ser en polvo cuando el tamano de particula es menor de malla
80 y granular si es mayor a dicha malla.
PH. EI carbon activado lleva consigo grupos inorganicos y quimicamente activos en
su superficie, 10 cual puede alterar el ph de las sustancias adsorbidas 0 de la solucion
que pasa a traves del carbon.
Contenido de cenizas. La pureza del carbon activado es muy importante para evitar
que materias minerales que contiene el carbon contaminen el producto al cua! se desea
eliminar otros tipos de contaminantes. Por 10 tanto es importante saber el contenido
de solubles en el carbon activado.
ContenidO. de humedad. Dependiendo del uso que se vaya a dar al carbon es
necesario tenerla en cuenta, ya que el contenido de humedad puede ser critico cuando
se usa en sistemas no acuosos, pues en algunos casos se puede catalogar como
impureza.
Numero de abrasion. En general hay dos especies de carb6n activado: Carbon adsorbente de gas. Se caracteriza por tener una estructura porosa muy tina tal que la mayor parte de su area intema esta conformada por poros con un diametro menor de 25 A. Carb6n decolorante 0 carbon de fase liquida. Se caracteriza porque los poros de su
area intema tienen un diametro mayor de 25 A.
173
~
Los carbones adsorbentes de gases son malos decolorantes porque sus poros son
demasiado pequenos para admitir por difusion los entes moleculares asociados con el
color, y los carbones decolorantes son malos adsorbentes de gas porque sus poros son
demasiado largos para lograr una eficiente retencion de adsorcion de gases y vapores
por condensacion capilar.
La estructura porosa del carbon depende principalmente de la materia prima
seleccionada y del control de las condiciones de activacion.
Casi siempre la adsorcion sobre carbon activado es el resuItado de las llamadas fuerzas
de dispersion 0 fuerzas de Van der Waals; esta es una adsorcion fisica; estas fuerzas
exist en dentro de todas las molt!culas 0 ~itomos, esten 0 no en combinacion quimica.
Las mismas fuerzas son responsables de la condensacion 0 licuefaccion de vapores.
Las fuerzas de atraccion que ejerce el carbon activo sobre moleculas en su vecindad se
pueden comparar con las fuerzas gravitacionales que ejerce la tierra sobre los cuerpos
cercanos a ella. Como regIa se puede decir que las moleculas con peso molecular alto
son mas fuertemente atraidas por el carbon que los materiales de bajo peso molecular.
Un gninulo de carbon activo situado en contacto con una mezcla de gases de
diferentes pesos moleculares adsorbeni una gran proporcion de gases de mayor peso
molecular. Cuando un granulo de carbon activo se pone en contacto con una mezcla
liquid a hay una tendencia similar a adsorber sustancias de peso molecular alto. En
sistemas liquidos casi siempre, el carbon activado tiende a preferir no solo sustancias
de peso molecular alto, sino tambien sustancias no polares~ asi hay afinidad por
adsorber moleculas org8.nicas no polares de los solventes polares tales como el agua.
La estructura del poro del. carbon activado es extremadamente importante en la
determinacion de su propiedad de adsorcion. Si el poro es mas pequeno que la
sustancia que se va a adsorber esta no entra 0 la capacidad de adsorcion hacia estas
moleculas se ve ampliamente reducida, 0 sea que entre mas cerca sea el tamano del
poro al dicimetro de la molecula, la atraccion 0 la capacidad de adsorcion sera mucho
mayor.
La presencia de otros elementos puede tener una influencia considerable sobre la
propiedad adsorbente del carbon. Uno particularmente importante es el oxigeno, el
cual puede existir combinado en forma quimica con los atomos en las superficies de las
particulas; este grupo oxigeno aparece para incrementar la adsorcion del carbon por
los compuestos polares.
En algunas circunstancias la ceniza inorganica del carbon activado tambien puede ser
importante en la determinacion de las propiedades adsorbentes.
EI carbon activado usualmente se clasifica de acuerdo a su forma· fisica (pulverizado 0
granular) y de acuerdo a sus usos (grado de agua, decolorantes, de fase liquida 0 de
fase gaseosa).
Para determinar las caracteristicas del carbon granular existen dos tipos de ensayo:
174
~
1. Cuantificar las caracteristicas de adsorci6n
2. Describir las propiedades fisicas
oj
La manera usual de expresar la capacidad de adsorci6n de un absorbente es la
adsorci6n isotermica. Esta es la relaci6n a temperatura con stante, entre la cantidad de
sustancia adsorbida y su concentracion en los alrededores del fluido.
EI carbon granular se usa en sistemas dimimicos, donde no solo el equilibrio de las
propiedades de adsorci6n del carbon es importante, sino tambien la tasa de adsorci6n.
EI potencial de adsorcion se mide como la energia libre de adsorcion liberada cuando
una molecula es adsorbida en la superficie del adsorbente. Este potencial esta en
funcion de la estructura y de la masa molecular, y generalmente cuando mas elevada es
la masa molecular, mas importante es el potencial.
En la elaboracion de carbon activo pulverizado se utiliza principalmente lignito; y para
hacer carbon activado granular 0 en pelets, es mas adecuado usar carbones de mas alto
rango. Sinembargo en algunos casos se produce al mismo tiempo carbon activado
pulverizado y granular, (Wilson J., 1.981)
Los precios del carbon activo pulverizado es mas bajo que los del granular, pero la
diferencia de precio se compensa por la mayor eficiencia de regenracion y de uso del
carbon activo granulado. Sinembargo, en el mercado, el carbon pulverizado tiene una
ligeramente mayor demanda que el granular y el resto 10 abastecen las formas
peletizadas, Wilson J. 1.981.
4.10.2.5. Usos
El carbon activado es uno de los materiales mas utilizados en los procesos de
adsorcion selectiva de gases y liquidos, habilitando su aplicacion a nivel industrial,
pero ningun tipo de carbon puede utilizarse universalmente, ni es eficaz para todos los
fines.
En Colombia se utiliza especial mente en:
• La industria de las gaseosas.
(agua y jarabe de azUcar).
Se usa para purificar el liquido que la constituye
• La industria del azUcar. Se emplea para eIiminar olores, colores y sustancias
extraiias que resultan de la refinacion.
• Industrias de aceites y grasas comestibles. Se utiliza para purificar aceites y grasas
de tipo animal y vegetal.
175
~
• Industria de bebidas alcoh6Iicas. Se usa para eliminar colores y olores no
deseados en la elaboracion de cerveza~ sidra, jugos de fiutas y vinos, para mejorar
su aroma y presentacion. Tambien se usa para eliminar bacterias por adsorcion
• Tratamiento de aguas industriales. Se emplea en forma de polvo
fiItros para aguas turbias y para eliminar el exceso de cloro.
0
granular en los
Es empleado para remover sustancias
• Industria qUlmlca y farmaceutica.
contaminantes en vitaminas, agua, jabones, glucosa, antibi6ticos y otros.
• Seguridad industrial. Se usa en mascaras protectoras contra gases toxicos y en
fiItros industriales.
• Recuperaci6n de solventes. Es eficiente y no present a riesgo de explosion.
• purificacion del aire. Se utiliza en sistemas de aire acondicionado para la
purificacion de ambientes internos y en aire comprimido utilizado para el
procesamiento de alimentos.
• Industria de pinturas. Se usa para purificar sus componentes liquidos.
• Otros usos. En reactores nucleares para adsorcion de gases radiactivos; para
recuperacion de oro y plata y como catalizador 0 soporte catalitico. En la
eliminacion de impurezas en la fabricaci6n de gelatinas, vinagre, manteca de cacao,
zumo de frutas y en la fabricacion de filtros para cigarrillos.
• Produccion de acidos y esteres. Se utiliza como purificador de estos productos
quimicos
4.10.2.6. Descripcion del proceso de la planta piloto de la Facultad de Minas
El sistema consiste basicamente de dos reactores en lecho fluidizado conectados en
serie y en los cuales se lleva a cabo las operaciones de pirolisis y activacion del carb6n;
y de una camara de combustion en la cual se genera una corriente de humos necesaria
en la fluidizaci6n de los reactores.
Considerando que ambas operaciones se· realizan a altas temperaturas (alrededor de
600 a 900°C) los fenomenos son endotennicos, se debe disponer de un medio de
suministro de energia a cada reactor, en este caso es con energia eIectrica.
EI carbon molido y clasificado seglin la granulometria determinada se carga en la tolva
para alimentar el pirolizador por medio de un tornillo sin fin. AlIi se lleva a cabo el
proceso de pir6lisis 0 carbonizaci6n y luego las particulas de semicoque fluyen por
rebose hacia el activador donde se someten a una gasificacion parcial (activaci6n
propiamente dicha). El activador descarga en la tolva hermetica el producto
incandescente.
176
T
!"
5. CARACTERiSTICAS QUiMICAS, TECNOLOGICAS Y
PETROGRAFICAS DE ALGUNOS CARBONES COLOMBIANOS
5.1. CARBONES DEL CERREJON, ZONA NORTE
!-i Los siguientes resultados corresponden a muestras de canal de 5 mantos de carbon,
por 10 tanto se deben tomar solamente como indicativos parciales de la calidad de los
carhones de Ia zona en mencion, (Blandon A., 1.995).
5.1.1. AOJilisis proximos
La humedad residual en general es baja (menor de 5,0%) como se aprecia en los
siguientes resultados:
Humedad (3,3 - 4,4)
Rango Porcentaje
< 4,0 40,0
>4,0 60,0
Las cenizas intIinsecas en el 80,0% de las muestras son inferiores al 5,0010, 10 cual
permite que cuando el manto se extrae sin contaminantes del techo y piso, este se
pueda utilizar directamente sin necesidad de lavarse mediante cualquier tecnologia
convencionaI.
Cenizas (2,3 - 6,5)
Rango
< 3,0
3,0 - 5,0 > 5,0 Porcentaje
40,0 40,0 20,0
Las materias volatiles indican la alta reactividad de estos carbones e igualmente
confirman el rango como se puede apreciar a continuacion:
Materia volatil (37,5 - 38,8) Rango
Porcentaje < 38,0
40,0 > 38,0
60,0 Con respeeto al azufre el 600/0 de las muestras presentan valores inferiores al 1,00/0, 10
eua) hace que sean poco eontaminantes del medio ambiente. En euanto a los que
tienen mas del 1,00/0 es necesario tener cuidado de utilizar sistemas adecuados de
limpieza de los gases de combusti6n para que estos no contaminen el ambiente.
Azufre (0,45 - 2,05)
Rango
< 0,5
0.5 - 1,0
> 1,0
Porcentaje
20,0
40,0
40,0
5.1.2. Analisis elemental
Con respeeto a contenido de carbona, el 60% de los earbones tiene porcentajes
menores al 75%, 10 cual verifica el bajo rango de los carbones y por ende su alta
reaetividad.
Carbono (71,29 - 75,68)
Rango
Porcentaje
< 75.,0
60,0
> 75,0
40,0
EI contenido de hidr6geno en general es mayor de 5,0% y varia entre 5,13 - 5,47
Nitrogeno (1,26 - 1,87)
Rango
Porcentaje
60,0
< 1,5
> 1,5
40,0
En el 60,0% de las muestras el contenido de nitr6geno es inferior a 1,5%, esto haee
que estos carbones posiblemente no formen 6xidos nitrosos contaminantes del medio
ambiente.
Oxigeno (13,44 - 15,57)
Rango
Porcentaje
< 15,0
60,0
> 15,0
40,0
Con respecto a1 oxigeno, este esta en un rango adecuado para que se presente una
buena combustion.
178
5.1.3. Analisis petrograficos
En el 80,0% de las muestras el contenido de vitrinita es Superior al 80,0%, 10 cual
indica que estos carbones son esencialmente vitriniticos como se aprecia a
continuacion:
Vitrinita (67,1 - 85,8) Rango
Porcentaje < 70,0
20,0 70,0 - 80,0
0,0 > 80,0
80,0 EI 60,0% de las muestras presenta contenidos de Iiptinitas inferiores al 10,0% 0 sea
que son relativamente pobres en este grupo maceral.
Liptinita (8,5 - 19,0) Rango
Porcentaje < 10,0
60,0 10,0 - 15,0
20,0 > 15,0
20,0 Con respecto al porcentaje de inertinitas, en el 60,0% de las muestras es inferior al
10,0%, indicando esto que tambien son relativamente pobres en este grupo maceral.
Inertinita (4,1 - 13,9) RangoPorcentaje < 5,0
20,0 5,0 - 10,0
40,0 >1~0
2~0
EI poder reflector de la vitrinita (PRV) indica que las muestras analizadas corresponden a carbones sub-bituminosos A. Poder reflector de la vitrinita (0,51 - 0,60)
Rango
Porcentaje < 0,55
60,0 > 0,55
40,0 De acuerdo a las caracteristicas petrognificas los carbones del Cerrejon Norte son
diferentes a los de las otras zonas del pais.
En conclusion, teniendo en cuenta los anaJisis proximos, elementales y petrognificos,
se puede decir que los carbones del Cerrejon Norte se pueden emplear directamente
sin un lavado previo y sin riesgos mayores de contaminacion ambiental en calderas ya
sea de carbon pulverizado que son las mas exigentes 0 bajo otros procesos de
179
T
combustion como lecho fluidizado, mezc1as agua carbon; tambien serian adecuados
para efectuar carbon activado, briquetas 0 para someterlo a gasificacion, licuefaccion
debido a su alta reactividad.
!'"
Debido al bajo contenido de cenizas intrinsecas en algunos mantos, estos de podrian
utilizar como carbones ultralimpios en algunos usos especiales Como de hecho ya 10
hacen en algunos paises desarrollados.
Bajo ciertas circunstancias se podrian utilizar en la reduccion directa de rninerales de
hierro yen la elaboracion de coque formado y sustituir parte del carbon coquizable en
Ia inyeccion de carbon pulverizado en eI alto homo.
\;
5.2. CARBONES DEL PROYECTO OREGANAL CERREJON
ZONA CENTRO
Teniendo en cuenta 42 muestras de nuc1eos de perforacion correspondientes a los
principales mantos de carbon de la zona se llega a las siguientes conclusiones en
cuanto a la calidad de dichos carbones. Esta se puede resumir como sigue:
5.2.1. Anruisis proximos
En general el 85,7% de las muestras tienen humedad residual por debajo del 10,0"/0,
como se puede observar de los siguientes intervaIos:
Humedad (2,91 ..13,12%)
Rango
< 5,0
5,0 - 10,0
>10,0
Porcentaje
35,7
50,0
14,3
p~r debajo del 5,0%, 10 cual indica que
estos carbones de por sl son muy limpios y por 10 tanto no necesitarian lavarse si se
explotan adecuadamente, garantizando de otro lado ahorro de dinero en los sistemas
de pulverizacion, limpieza, transporte y en el uso final del carbon.
Las cenizas en el 69,0"/0 de las muestras estin
Cenizas (1,68 - 20,15%)
Rango
< 5,0
5,0 - 10,0 > 10,0
Porcentaje
69,0 19,0
11,9
EI contenido de materia volatil esta entre 30,0 y 40,0%, 10 cual indica el bajo rango de
dichos carbones.
180
T
~-,
Materia vohitiJ (31,44 - 39,40%) Rango
Porcentaje
30,0 - 35,0
33) 35,0 - 40,0
66,6 Mas del 75,00/0 de las muestras presentan contenidos de azufre total por debajo del
1,0% 10 cual indica que dichos carbones se podrian utilizar sin mayores problemas
ambientaIes, en cualquier proceso de transformaci6n.
F
Azufre (0,34 - 2,40%)
Rango
< 0,5
0,5 - 1,0
> 1,0
Porcentaje
21,4
54,8
23,8
EI poder calorifico en el 90,0% de las muestras varia entre 5.077 y 7.538 calfgr., 10
cual indica que estos carbones son adecuados para utilizacion en la generacion de
energia.
Poder calorifico (5.077 - 7.538 cal/gr.)
Rango
Porcentaje
< 5.556
2,4
5.556 - 6.111
11,9
6.111 - 6.667
38:0 1
6.667 - 7.222
40:0 5 7,1 > 7.222
5.2.2. Composicion quimica de las cenizas
Con respecto a la composici6n quimica de las cenizas se tiene 10 siguiente:
Si02
Raf!goj %
<40
16,6
40-50
33,3
50-60
23,8
60-70
21,4
>70
4,8
Rango de
variacion
17,3 - 85,9
AI203
Ran~oj %
<5
7,1
5-10
2,4
10-20
64,3
>20
26,2
Rango de
varia cion
1,7-27,0
Fe203
CaO
RanKoj %
RanKoj %
<5
2:04 5-10
47,6
5-10
26,9 5-10
47,6
10-20
61,9 10-20
4,8
>20
9,5 >20
4,8
Rango de
variacion
3,6 - 25:04
181
Rango de
variacion
2,0 - 28,6
NazO
RaJ!goj %
0,5
14,3
0,5-1,0 23,3
1,0·2,0 26,2
>2,0
35,7
Rango de
variacion
0,2 - 5,8
EI 76,2% de las cenizas del carbon se clasifican como bituminosas y el 23,8 como
Iigniticas.
Los factares de depasitacion y encastramienta son Jos siguientes:
Depositacion
Encostramiento
Muyalta
Alta
Media
Baja\
\
14,3
28,6
23,8
33,3
Alto
Media
Bajo
2,4
19,0
78,6
En conclusion la mayona de estos carbones no presentaran problemas de
encostramienta pero en cuanto a Ia depositaci6n si, 10 cual los haria un tanto
peligrosos en especial por su alto contenido de Na20, el cual podna diluirse
mezclanda los carbones con alto cantenido con los de bajos porcentajes.
En comparacion con las cenizas de los carbones de la Jagua, SOn mas pobres en Si0 ,
3
2
Ah0 Y mas ricas en CaD y Na2D, 10 que las hace que tengan puntos de fusion mas
bajos y mayores posibilidades de depositacion y encostramiento, por 10 cual se debena
tener especial cuidado con el mantenimiento de las calderas en donde se utilicen estos
carbones.
5.2.3. Otros analisis
El indice de molienda Hardgrove, indica que dichos carbones no son blandos pero
tampoco demasiado duros, quedando en un rango intennedio de dureza que pennite
pulverizarlos adecuadamente si es necesario sin mayor desgaste de los molinos.
Indice de molieoda Hardgrove (47 - 64)
Raogo
Porceotaje 45-50
7,1 50 - 55
83,3 55-60
7,1
> 60
2,4
5.2.4. Caracteristicas petrograficas
Los mantos se caracterizan por ser en su mayoria ahos en vitrinita e inertinita, ya que
el 70,00;(. de las muestras tienen mas del 70,00/0 de vitrinita y mas del 10,0% de
inertinita, como se puede apreciar en los siguientes resultados (Blandon A., 1996):
182
~
to Vitrinita (52,0 - 91,10/0)
Rango
50.,0 - 60,0
60.,0 - 70,0
70,0 - 80,0
80,0 - 90,0
90,0
Porcentaje
4,0
27,0
47,0
21,0
1,0
Inertinita (2,2 - 24,20/0)
Rango
<5,0
5,0 - 10,0
10,0 - 15,0
15,0 - 20,0
20,0 - 25,0
Porcentaje 5,0 18,0
35,0 34,0 8,0 Liptinita (2,3 - 19,80/0)
Rango
< 5,0
5,0 - 10,0
10,0 - 15,0
15,0 - 20,0
Porcentaje 27,0 40,0 27,0 6,0 Mas 0 menos el 33,0% de las muestras tienen mas del 10,0% de liptinitas y un poco
menos del 30,0% presentan porcentajes inferiores al 5,0%.
De otro lado, .son relativamente limpios, pues mas del 75,0% tienen menos del 5,0%
de mineral y solo el 7,0% tienen mas del 10,0%. Unicamente existen dos muestras con
un porcentaje de minerales mayor del 20,0% y este corresponde al manto 800, pero es
necesario saber que dentro de este valor, existe un porcentaje de materia organica
representada por macerales liptiniticos que estan mezclados con los minerales.
Minerales (0,2 - 36,00/0) Rango .
<5.0 5.0 - 10.0 10.0 - 15.0 15.0 - 20.0
>20.0
Porcentaje 82.0
12.0
3.0
1.0 2.0 En general, los carbones de la zona son de bajo rango, lignitos, Sub-bituminosos B y A
a Bituminosos altos en volatiles C, como 10 demuestra los resultados de PRY.
183
Poder reflector de la vitrinita (PRV 0,34 _ 0,73)
Rango
Porcentaje
0,34 - 0,40
3,0
Lignitos
0,40 - 0,60
87,0 Sub-bituminosos B y A
> 0,60
10,0 Bituminosos altos en volatiles C
En conclusion los mantos de carbon son pobres en ceniza y azufre y present an el poder
calorifico variable, pero en mas del 80% es relativamente alto.
Teniendo en CUenta que en algunos casos se pueden presentar problemas de
depositacion y encostramiento, estos carbones Son aptos para la generacion de
energia.
Debido a su bajo rango en general se pueden emplear en casi todos los procesos de
transfonnacion, excepto para la fabricacion directa de coque, pero posiblemente si se
podrian utilizar parcialmente en mezclas, inyeccion de carbon pulverizado y en la
elaboracion de coque fonnado.
5.3. CARBONES DE LA JAGUA
Los amiJisis corresponden a 1I muestras representativas de iguaJ numero de mantos de
la zona en mencion.
5.3.1. Analisis pr6ximos
La humedad total en general esta por debajo del 8,0% como se puede apreciar a
continuacion:
Humedad (5,42 -7,94)
Rango
Porcentaje
5,4 - 6,0
18,2
6,0 - 6,5
9,1
6,5 - 7,0
18,2
7,0 - 7,5
27,3
> 7,5
27,3
Mas del 70,0% de las muestras tienen por debajo del 5,0% de cenizas inltinsecas, 10
cual hace que estos carbones no necesiten lavarse y presentan muy buen
comportamiento durante la combustion; aI iguaJ que se ahorraria dinero en los
sistemas de Iimpieza, en el transporte y en la molienda, ademas se disminuirian los
efectos ambientales.
.
184 Cenizas (1,95 - 8,71)
Rango
1,95 - 3,0
3,0 - 5,0
5,0 - 7,0
> 7,0
Porcentaje
18,2
54,5
9,1
18,2
Las materias vohitiles indican una alta reactividad de los carbones e igualmente el
rango, 10 cual los haria utiles en muchos de los procesos de transfonnacion del carbon
Materia vohitil (34,45 - 38,93)
Rango
Porcentaje
34,0 - 35,0
9,1
35,0 - 36,0
9,1
36,0 - 37,0
54,1
>3~0
2~3
Mas de180,0% de las muestras presentan contenidos de azufre por debajo del 1,0%, 10
cual hace que estos carbones no contaminen el ambiente cuando se utilicen en los
diferentes procesos de transfonnacion.
Azufre total (0,4 - 1,62)
Rango
Porcentaje
0,4 - 0,6
36,4
0,6 - 0,8
27,3
0,8 - 1,0
18,2
> 1,0
18,2
En general los carbones presentan un poder calorifico alto debido a que el contenido
de humedad y cenizas son bajos, 10 cual los hace aptos para combustion y mezclas
agua-carbon.
Poder calorifico (6.667 - 6.944 cat/g)
Rango
Porcentaje
6.667 - 6.944
27,3
6.944 - 7.222
63,6
> 7.222
9,1
5.3.2. Analisis elemeotales
El contenido de carbo no esta por debajo del 76,42%, 10 cual corrobora el rango de los
carbones.
185
Zgl¥l*~'~:~-"
Carbono (65,45 - 76,42) Rango
Porcentaje 65,0 - 70,0
18,2 70,0 - 75,0
45,4 > 75,0
36,4 En general
del
5,5%. estos carbones son ricos en hidrogeno ya que mas del 60% esta por encima
~
Hidrogeno (5,0 - 6,0)
Rango
Porcentaje
5,0 - 5,5
36,4
5,5 - 6,0
63,6
En cuanto al nitrogeno mas del 60,0% esta por debajo del 1,5%, esto favoreee su
utilizacion ya que dichos carbones tendrian menores posibilidades de generar gases
venenosos contaminantes del medio ambiente.
Nitrogeno (1,28 - 1,59) Rango
Porcentaje 1,0 - 1,5
63,6 > 1,5
36,4 5.3.3. Composicion quimica de las cenizas
En cuanto ala composicion de las cenizas se puede decir que son ricas en Sio" 0 sea
que esto ayuda a que las temperaturas de fusion sean altas, 0 sea que se pueden utilizar
en calderas de carbon pulverizado de fonda seeo sin ningtin problema, ya que no
presentaria encostramiento
Si02• (50,21 - 82,39) Rango
50,0 - 60,0
60,0 - 70,0
70,0 - 80,0
> 80,0
Porcentaje 40,0 30,0 20,0 10,0 19ualmente el contenido de A120 3 se considera alto y por 10 tanto tambien ayuda a que
los puntos de fusion de las cenizas sean altos, favoreciendo igua1mente su utilizacion
en calderas de carbon pulverizado de fondo seco.
186
Ah03 (8,84 - 33,54)
Rango
8,0 - 12,0
12,0 - 20,0
20,0 - 30,0
> 30,0
Porcentaje
10,0
30,0
50,0
10,0
En el 90,0% de las muestras el Fe203 esta por debajo del 10,0%, 10 cual favorece la
alta temperatura de fusion de estas cenizas.
Fe 2 03 (2,89 - 20,28)
Rango
Porcentaje
2,89 - 5,0
30,0
5,0 - 10,0
60,0
10,0 - 20,0
0,0
> 20,0
10,0
En el 70,0% de las muestras los porcentajes de CaO son inferiores al 3%, asi se
favorece mucho el alto punto de fusion de las cenizas.
CaO (1,75 - 4,37)
Rango
1,75 - 2,0
2,0 - 3,0
3,0 - 4,0
>4,0
Porcentaje
20,0
50,0
20,0
10,0
EI 90,0% de las muestras tiene contenidos de Na20 por debajo del 1,0%, 10 cual
garantiza que las cenizas de estos carbones no sean corrosivas ni que presenten
depositacion en las calderas cuando se utilizan en combustion.
Na 20 (0,25 - 1,17)
Rango
0,25 - 0,5
0,5 - 0,75
0,75 - 1,0
> 1,0
Porcentaje
70,0
20,0
0,0
10,0
La temperatura de fusion de las cenizas es homogenea y en ning(tn caso supero los
1.467°C. En el anaIisis quimico de cenizas se comprobo que los indices de
depositacion y encostramiento inferiores a 0,2, habilitan a los carbones de la Jagua
como muy aptos para la combustion en calderas de generacion de energia.
187
~
El indice de molienda Hardgrove esta indicando que en su gran mayoria estos
carbones son relativamente duros y por 10 tanto se deben usar molinos de mtlior
caUdad, ya que el desgaste puede ser mayor.
5.3.4. Otros anaJisis
indice de molienda
Rango
43,0 - 46,0
46,0 - 49,0
Hardgrove (43 _ 49)
Porcentaje 72,7 27,3 El indice de hinchamiento para mas del 90% de las muestras es inferior a 2,5, 10 cual
indica que estos carbones por si solos no sirven para hacer coque, pero si se pueden
emplear en mezclas con carbones de mejor calidad para este fin 0 inyectarse de fonna
pulverizada 0 emplearse en la elaboracion de coque fonnado.
indice de hinchamiento (1,5 _3,5)
Rango
Porcentaje 1,5 - 2,0
54,5 2,0 - 2,5
36,4 2,5 - 3,0
0,0 > 3,0
9,1
5.2.5. Analisis petrograficos
En
A., cuanto
1.996): al porcentaje por grupo de macerales se puede decir 10 siguiente (Blandon
Los carbones son esencialmente vitriniticos, ya que en la mayoria de ellos el porcentaje de· vitrinita es superior al 65%, excepto una muestra, la cual presenta una menor proporcion de dicho maceral.
Vitrinita (51,08 - 78,67)
Rango
Porcentaje
50,0 - 60,0
9,0
60,0 - 70,0
27,3
70,0 - 75,0
36,4
> 75,0
27,3
Con respecto a las liptinitas, estas se encuentran en cantidades inferiores al 10%; solo
en dos muestras eI porcentaje es mayor.
188 Liptinitas (3,01 - 19,52)
Rango
Porcentaje
< 5,0
18,0
5,0 - 10,0
63,6
10,0 - 15,0
9,0
> 15,0
9,0
En mas del 63% de las muestras el contenido de inertinita supera el 150/0 y en general
esta por encima del 10%.
Inertinitas (10,27 - 23,95)
Rango
Porcentaje
10,0 - 15,0
36,4
15,0 - 20,0
36,4
20,0 - 25,0
27,3
En el 73% de las muestras el porcentaje de minerales es menor del 5%, al igual que el
de materia orgaruca revuelto con materia mineral, solo en tres muestras tienen
porcentajes mayo res.
Minerales (0,4 - 7,45)
Rango
Porcentaje
< L,O
18,2
1,0 - 5,0
54,5
> 5,0
27,3
De acuerdo a la c1asificacion americana y teniendo en cuenta la reflectancia de la
vitrinita, estos carbones se c1asificarian como sub-bituminosos A.
Poder reflector de la vitrinita (0,53 - 0,61)
Rango
Porcentaje
0,53 - 0,55
18,2
0,55 - 0,60
54,5
> 0,60
26,3
En conclusion los mantos de carbon se pueden considerar pobres en cenizas y azufre
con altos poderes calorificos e indices de molienda Hardgrove nonnales.
Los carbones son aptos para combustion en la produccion de energia electrica.
En cuanto a los contenidos de cenizas y azufre son aptos para gasificacion y al mismo
tiempo mover turbinas y generar calor para producir vapor de agua que mueven otras
turbinas.
189
5.4. CARBONES DEL MEDIO MAGDALENA
Los siguientes resultados corresponden a 14 muestras de igual numero de mantos de
los denominados carbones de San Luis (Blandon A. y Giraldo B., 1.989).
5.4.1. Analisis proximo
Humedad (0,6 - 2,3%)
Rango
<1,0
1,0 ­1,5
1,5 - 2,0
> 2,0
Porcentaje
7,1
64,3
21,4
7,1
EI general mas del 90,0"/0 de las muestras presentan valores de humedad residual
menor del 2,0%, 10 cual beneficia el manejo del carbon y ahorro de dinero en los
sistemas de Iimpieza y pulverizacion.
Cenizas (1,7 - 27,7%)
Rango
<5,0
5,0 - 10,0
10,0 - 20,0
>20
Porcentaje
7,1
35,7
35,7
21,4
EI contenido de cenizas solo en el 43,0"/0 de las muestras es menor del 10,0%, 10 cual
indica que estos carbones en algunos casos se hace necesario lavarlos, si se utilizan
Con tecnologias convencionales de transfonnacion.
Materia volatil (26,1 -45,7%) Rango
Porcentaje
25,0 - 30,0
7,1
30,0 - 35,0
50,0
35,0 - 40,0
21,4
40,0 - 45,0
21,4
En mas del 78,0% de las muestras el porcentaje de materia vohitil esta por debajo del
40,0%,10 cual evidencia el rango de los carbones y su reactividad frente a procesos de
transfonnacion tales como la gasificacion y licuefaccion.
190 Azufre (0,38 - 4,]2fYo) Rango <0,5
0,5 - 1,0 1,0 - 2,0 2,0 - 3,0 > 3,0
Porcentaje 7,1
42,8
28,6
14,3
7,1
Solamente el 50,0% de las muestras tiene porcentajes de azufre por debajo del 1,0"/0,
indicando esto que es necesario lavar los carbones si se van a usar para generar energia
mediante Sistemas tecnol6gicos convencionales 0 en mezclas para elaborar Coque.
Poder caJorifico (5.907 - 8.006 Callgr.) Rango
Porcentaje < 6.000
7,1
6.000 - 7.000
28,6
7.000 - 8.000
57, I > 8.000
7,1 EI poder calorifico a pesar de que los carbones tienen porcentlijes de ceniza altos en el
64,0% de las muestras es superior a 7.000 ca1Jgr.
5.4.2. Otros anaJisis
indice de hinchamiento (1,0 _9,0) Rango
Porcentaje < 4,5
28,6 4,5 - 6,0
35,7 6,0 - 7,5
28,6 >7,5
7,1 EI Indice de hinchamiento me indica que el 64,0% de las muestras tienen valores inferiores a 6,0 10 cual significa que dichos carbones se pueden utilizar en mezclas para hacer coque,
coque
fannada.inyecci6n de carbOn pulverizado en alto homo 0 en la elaboraci6n de 5.4.3. Analisis petrograficos
Vitrinita (40,7 - 84,7%) Rango 40,0 - 50,0
50,0 - 60,0
60,0 - 70,0
70,0 - 80,0
< 80,0
Porcentaje
21,4
7,1
28,6
35,7
7,1
191 Mas del 70,00/0 de las muestras presentan contenidos de vitrinitas superiores al 60,00/0,
el resto corresponde a carbones sapropelicos a parcial mente sapropelicos.
Liptinitas (5,7 - 45,9 0/0) Rango
5,0 - 10,0
10,0 - 20,0
20,0 - 30,0
30,0 - 40,0
>40
Porcentaje 7,1
42,9
21,4
14)
14,3
Mas del 90,00/0 de las muestras tienen porcentajes superiores al 10,0%, pero en
general se puede decir que el 30,0% de las muestras son muy ricos en liptinitas
indicando que estos carbones son sapropelicos.
Inertinita (4,9 - 20,3 0/0)
Rango
4,9 - 10,0
10,0 - 15,0
15,0 - 20,0
> 20
Porcentaje
35,7
50,0
7,1
7,1
Mas 0 menos eI65,0% de las muestras son ricas en inertinitas.
De acuerdo a la composici6n maceral, estos carbones son ricos en liptinitas, 10 que
hace que sean muy duros, y por 10 tanto dificiles de pulverizar. Ademas debido a su
alto porcentaje de vitrinitas y liptinitas dichos carbones son muy reactivos y se
considera que se podrian utilizar para extraer hidrocarburos liquidos ya que se ha
demostrado que naturalmente dichos carbones serian las rocas fuentes de gran parte
del petr61eo explotado en la cuenca del Medio Magdalena. 19ualmente dichos
carbones se podrian utilizar en la elaboraci6n de coque.
5.5. CARBONES DE CHECUA-LENGUAZAQUE
Los siguientes resultados' correspond en a 83 muestras de la zona en mencion
(INGEOMINAS, 1.983).
5.5.1. Analisis proximo
Los carbones estudiados presentan valores de humedad relativamente bajos asi por
ejemplo:
Humedad (0,3 -2,3%)
Rango
< 1,0%
1,0 - 2,0
> 2,0
Porcentaje
72,3
26,5
1,2
192
Estos valores de humedad permiten prever que los carbones no presenten problemas
de manejo y presentarian un efecto favorable sobre la cohesion del coque, por 10 tanto,
serian ventajosos en el proceso de coquizacion.
Los contenidos de cenizas varian en la siguiente forma:
Cenizas (3,5 - 26,10/0)
Rango
Porcentaje
< 5,0
5,0 - 10,0
10,0 - 15,0
15,0 - 20,0
> 20,0
20,5
49,4
19,3
7,2
3,6
Como se puede observar de los resultados, mas del 70,0% de los carbones tienen cernzas por debajo del 10,0%, 10 cual es muy favorable para la utilizacion de dichos carbones en los procesos de coquizacion. La materia volatil para los carbones varia en los siguientes rangos: Materia vobitil (15~4 - 37,70/0) Rango
Porcentaje 15,0 - 25,0
25,0 - 35,0
> 35,0
45,8 45,8 8,4 Esto indica que mas del 90,0% de los carbones se encuentran en el rango de carbones coquizantes. En cuanto al poder calorifico libre de agua y ceniza, el 83,1 % de las muestras tienen por encima de 8.500 caI/g. Mientras que solo el 16,9% esta entre 8.000 y 8.500. 5.5.2. Analisis elemental
Los carbones estudiados tienen alto contenido de carbono, este varia asi:
Carbono (82,51 - 90,760/0)
Porcentaje
Rango
80,0 - 85,0
85,0 - 90,0
> 90,0
7,2
81,9
10,8
Dichos resultados confirman las caracteristicas coquizantes de mas del 90% de los
carbones.
193
Con respecto al contenido de hidrogeno se tiene 10 siguiente:
Hidrogeno (4,37 - 6,240/0)
Rango
Porcentaje
4,4 - 5,0
5,0 - 5,5
> 5,5
26,5
39,8
33,7
En general se puede decir que los carbones son ricos en hidr6geno ya que mas del
70,0% esta por encima del 5,0%.
EI 83,10/0 de los carbones tienen porcentajes de nitrogeno entre 1,6 y 2,0 Y s610 el
16,9% esta por debajo del 2,0.
S610 un 26,0% de las muestras presentan niveles relativamente altos en azufre (mayor
del 1,00/0), 10 cual es muy favorable en la utilizacion final del carbon.
Azufre (0,44 - 2,380/0)
Rango
<0,5
0,5 - 1,0
1,0 - 2,0
> 2,0
Porcentaje
19,3
54,2
20,5
6,
5.5.3. Composicion quimica de las cenizas
En las cenizas de los carbones de la zona, se encuentran principalmente compuestos de
silicio, aluminio, hierro y calcio y menores cantidades de magnesio, sodio, potasio y
titanio. La cantidad presente de estos varia en rangos amplios y no sigue un patron
regular, concluyendose la heterogeneidad del aporte mineral en el deposito,
dependiendo de la localizacion del manto muestreado en cada caso.
Los contenidos de elementos mayores (expresados como 6xidos) para la zona son:
SiO:!
Rango
<50
50-60
60-70
I
Ah03
0/0
1,2
21,7
65,0
12,0
>70 Rango de
variacion
42,8 - 83,5
Rango I %
<20
1,2
20-25 28,9
25-30 57,8
12,0
>30
Rango de
variacion
12,1 - 34,9
Fe203
I
%
78,3
12,0
8,4
1,2
>20
Rango de
variacion
0,7 .. ~:1-,~
Rango
0-5
5-10
10-20
CaO
I
%
84,3
12,0
1,2
2,4
>5
Rango de
variacion
0,2 - 6,0
Rango
0-1
1-3
3-5
Na20
Rango
0-1
1-2
I
°Al
95,2
4,8
I
Rango de
variacion
0,1-1,4
i
i
De las 83 muestras analizadas, 75 se clasifican como cenizas bituminosas y las 8
restantes como ligniticas.
194
M"Jl'f¥Etf~V" U,*:"' '~'"'7
En cuanto a los factores de encostramiento y depositacion, se encuentra que para
todas las muestras de cenizas de tipo bituminosas, estos factores son bajos, a
excepcion de una muestra. En las cenizas ligniticas dichos factores son tambien bajos,
exceptuando dos muestras que tienen factor de encostramiento medio. Por 10 anterior
los carbones de la zona no presentaran problemas de formacion masiva de escoria, ni
depositos destructivos, cuando se sometan a procesos de combustion. Aunque
preferiblemente dichos carbones deberian emplearse en la elaboracion de coque, ya
que
las reseIVas de carbones tennicos son mucho mas abundantes y tienen menor
precio.
Entre los parametros calculados para propositos de caracterizar las propiedades de
fusibiJidad y viscosidad de Ia escoria se tienen:
El contenido de bases varia entre 1,38 y 31,18, Yla relacion base!acido entre 0,01 y
0,49. Esta ultima con mayor frecuencia de valores entre 0,01 y 0,06; estos son valores
b~os, que permiten predecir temperaturas de fusion altas.
La relacion silicio/aluminio
varia entre 1,66 y 6,9; en las muestras en que esta relacion es mayor que 3 indica que
se
presenta
silice libre y por 10 tanto se produciria abrasion de las tuberias par donde
pase
el carb6n.
Respecto a los ensayos de fusibilidad se encuentra que las temperaturas de fusion de
las cenizas Son altas. Asi, la temperatura de defonnaci6n inicial tiene mayor frecuencia
entre 1450 y 1500·C, concluyendose que las cenizas de los carbones no presentanin
problemas de acurnulaci6n de escoria parcialmente fundida, y pueden emplearse en un
sistema de remocion de cenizas s6lidas.
Los bajos Contenidos de S03, P20S Y rucaIis en las cenizas de carbones anaIizados,
hacen posible la utilizacion de estas en homos de cemento.
5.5.4. Otros anaIisis
indice de hinchamiento
Mas del 95,0% de los carbones presentan indices de hinChamiento por encima de 5,0 10 cual indica que dichos carbones son adecuados para hacer coque; los porcent~es en
general varian de la siguiente fonna:
Rango
>
6
6,0 - 5,0
< 5,0
Porcentaje
81,9
13,3
4,8
Mas del 54,0% de las muestras presentan dilataciones mayores del 100%, 10 cual
permite supaner que podrian fonnar coque de resistencia aceptable. Y esto se da
principaImente en los carbones medios en volatiles.
195 En conclusion, la mayoria de los carbones estudiados se clasifican como buenos
coquizantes, ya que estan en el grado de carbonificaci6n apropiado (Bituminosos altos
en volatiles A - 15,70/0; bituminosos medios en volatiles - 43~40/o y bituminosos bajos
en volatiles - 40,9%), tienen bajos contenidos de humedad, cenizas y azufre; y en
general, los que present an relativamente alto porcentaje de materia mineral, poseen
buenas caracteristicas de lavabilidad. Las propiedades plasticas de estos carbones, en
especial la dilatometria, pennite predecir buenas calidades de coques para algunos, y
posibilidad de mezclas para otros. Ademas~ los contenidos de S03 y P20S en las
cenizas, indican que los coques obtenidos, cumplirian con los requisitos, en cuanto a
estos factores. Ademas de obtener coque de buena calidad, se puede recuperarlos
siguientes subproductos resultantes del proceso de coquizacion los cuales podrian
tener gran aplicacion industrial como 10 que se describe en el aparte de subproductos
del carbon.
EI hecho de que en estos momentos la obtencion de subproductos a partir del carbon
no sea rentable en el pais porque tambien la mayo ria de ellos se puede obtener a partir
del petroleo, no indica que en el futuro inmediato esta industria tenga que desarrollarse
como ya se ha hecho en algunos paises desarrollados.
Una de las caracteristicas de los carbones analizados, que puede ser desventajosa, es
su alto indice de molienda Hardgrove; este implica gran facilidad para Ia produccion
de fin~s, 10 cual es inconveniente en varlas operaciones tales como manejo, transporte,
almacenamiento etc.; pero puede causar a la vez un ahorro de energia consumida en
los molinos, en el caso de requerirse carbon pulverizado en el proceso industrial.
5.5.5. Anruisis petrografico
En cuanto a la composici6n maceral correspondiente a 24 muestras, se destaca 10
siguiente (Blandon A., 1994):
EI contenido de vitrinita varia entre 62,0 y 81,0%, siendo en mas del 90,0% de las
muestras inferior al 80,0%.
Rango
62 -70
70 - 80
>80
Porcentaje
41,7%
50,0%
8,3%
EI contenido de Iiptinitas esta entre 2,0 y 12,0%, pero en el 83,0% de las muestras es
inferior al 10,0%, ademas hay que destacar que en su gran mayoria dichas liptinitas
corresponden a exsudatinitas de color naranja que estan rellenando las celulas lumen
de .inertinitas y en otros casos se encuentra intimamente mezclada con la materia
mineral por 10 cual se hace dificil cuantificarla exactamente.
196
Rango
2-5
5 - 10
>10
Porcentaje
37,5%
45,80/0
16,7%
EI porcentaje de inertinitas varia entre 7,0 y 28,0%, sin embargo, mas del 87,00/0 de las
muestras presentan contenidos superiores al 10,0%, pero dichas inertinitas en la
mayoria de Jos casos presentan sus celulas lumen rellenas de material fluorescente que
corresponde a exsudados~ por 10 tanto cuando se hace el conteo maceral es necesario
primero mirar las muestras en luz fluorescente para cuantificar exactamente estos
componentes.
Rango
7 - 10
10 - 20
>20
Porcentaje
12,5%
70,8%
16,7%
EI poder reflector de la vitrinita varia entre 0,82 y L,OO confirmando el rango
intennedio de estos carbones y su caracter coquizante.
De otro lado hay que destacar que en otras zonas de Cundinamarca se encuentran
carbones de mas bajo rango en donde sus propiedades varian mucho de un lugar a
otro. Y en otros casos se observan carbones oxidados en donde se han perdido todas
las propiedades plasticas caracteristicas de muchos carbones de la zona en mencion.
5.6. CARBONES DE AMAGA Y PUERTO LmERTADOR
Los resultados que se mencionan a continmicion corresponden a 50 muestras de las
cuales 44 son del sector de Amaga (Antioquia) y 6 de Puerto Libertador (Cordoba),
Blandon A. y Rey 1., 1.998
5.6.1. Analisis proximos
En los carbones del area de Amaga, el contenido de humedad es mas bien bajo y varia
entre 1,04 y 11,36%. De todas formas podria decirse que se distinguen dos grupos de
carbones: Bajos en humedad (1,04 - 4,70%) Y altos en humedad (5,67 - 11,36%),
aunque en general mas del 84,0% de las muestras tienen humedades residuales
menores all0,0% y solo eI16,0% presentan humedades mayores all0,0%.
Humedad
Rango
1,0 - 5,0
5,0 - 10,0
> 10
Porcentaje
38,6
45,5
15,9
197
Las cenizas son variables (1,86 - 10,900/0) en base como se recibiO. Los carbones con
altos contenidos de cenizas est{m relacionados con la presencia de calcita y/o pirita y
tal vez silicatos. De todas maneras las cenizas en general Son bajas ya que mas del
93,00/0 presentan cantidades inferiores al 10,0% •
Cenizas
Rango
Porcentaje
1,0 - 5,0
5,0 - 10,0
> 10,0
61,4
31,8
6,8
La materia volatil varia entre 8,48 y 50,61% (en base como se analizo) indicando la
presencia de diferentes rangos del carbon.
Materia volatil
Rango
Porcentaje
8,5 - 20
20,0 - 30,0
30,0 - 40,0
40,0 - 50,0
2,3
4,5
25,0
68,2
EI poder calorifico de los carbones estudiados esta entre 4812 Y 8041 callgr. en base
como se analizo, es decir, que el poder calorifico es relativamente bueno, pues mas 0
menos el 80,0% de las muestras presentan poder calorifico entre 6000 y 8000 calorias
por gramo.
Poder calorifico
Rango
< 5.500
5.500 - 6.000
6.000 - 6.500
6.500 - 7.000
7.000 - 7.500
7.500 - 8.000
> 8.000
Porcentaje
2,4
12,2
41,5
22,0
17,0
2,4
2,4
Los Carbones de Amaga muestran una variacion en el contenido de azufre (0,31 ­
3,62%) sin embargo, el 76,0% de las muestras de carbon presentan cantidades de
azufre menores del 1%.
Azufre
Rango
Porcentaje
0,3 - 0,5
0,5 - 1,0
1,0 - 2,0
2,0 - 3,0
> 3,0
39,5
36,8
13,2
7,9
2,6
198
5.6.2. Analisis petrograficos
Teniendo en cuenta los resultados del amilisis maceral de los carbones de Amaga, se
puede decir, que estos son vitriniticos predominando en ellos la collodetrinita, ya que
la mayoria de las muestras tienen porcentajes de vitrinita entre 70,0 y 85,0%, en
segundo lugar aparecen las liptinitas con contenidos que varian entre 10,0 Y 20,0% y
en general la inertinitas. se presentan s610 en cantidades inferiores al 5,0%. EI
contenido de materia mineral va desde 1,0% a 15,0%, aunque el 84,0% de los
carbones analizados tienen contenidos menores de 8,0%.
Vitrinita (45,59 - 99,0)
Rango
45,0 - 50,0
50,0 - 60,0
60,0 - 70,0 70,0 - 80,0 80,0 - 90,0 > 90,0 Liptinita (1,0 - 40,7) Rango Porcentaje
9,1
2,3
4,5
22,7
47,7
13,6
Porcentaje
1,0 - 5,0 5,0 - 10,0 10,0 - 20,0 20,0 - 30,0 > 30,0 4,9
22,0
58,5
12,2 2,4 Inertinita (0,18 - 6,4) Rango Porcentaje
0,18 - 1,0 1,0 - 2,0 2,0 - 3:10
3,0 - 4,0
4,0 - 5,0
> 5,0
9,3
20,9
23,3
14,0
20,9
11,6
Minerales (0,28 - 16,97)
Rango
0,28 - 1,0
1,0 - 5,0
5,0 - 10,0
10,0 - 15,0
> 15,0
Porcentaje
7,0
67,4
11,6
7,0
7,0
Con respecto al anaIisis del poder reflector de la vitrinita se pudo determinar que mas
o menos el 75,0% de las muestras se clasifican como carbones de bajo rango (Rm
199
menor de 0,6%), el 18% a carbones de rango intermedio (Rm entre 0,6 y 1,0) Y el
7,0% restantes corresponde a carbones de mayor rango.
Poder reflector de fa vitrinita (0,38 - 3,89)
Rango
Porcentaje
0,38 - 0,5
31,8
0,,5 - 1,0
61,4
1,0 - 2,0
4,5
>2,0
2,3
En cuanto a los contenidos de macerales para los carbones de Puerto Libertador, se
ve que estos conservan mas 0 menos las mismas proporciones que los carbones de
Amaga, ya que los contenidos de vitrinita tambien son mayores del 70,00/0, el
porcentaje de liptinitas es superior al 10,0% Y las inertinitas estan por debajo del 5,00/0.
El poder reflector de la vitrinita en todas las muestras es inferior al 0,5%.
Las muestras estudiadas en la zona de Amaga se clasifican en seis gropos:
a.
b.
c.
d.
e.
f
Lignitos (Rm = 0,38 - 0,39%);
Sub-bituminosos (Rm = 0,40 - 0,49%);
Bituminosos altos en volatiles (Rm = 0,49 - 1,1%);
Bituminosos medios en volatiles (Rrn = 1,1 - 1,5);
Bituminosos bajos en volatiles (Rm = 1,5 - 1,9)~
Antracitas (Rm = 2,8 - 3,89%).
Los carbones de Puerto Libertador se agropan en dos:
a. Lignitos (Rm = 0,36%),
b. Sub-bituminosos (Rm = 0,44 - 0,45%).
La humedad en los carbones de Puerto Libertador es relativamente alta pero no es
muy variable (12,10 - 16,20%).
De otro lado el porcentaje de cenizas esta por encima del 5,0010 en la mayoria de las
muestras.
EI porcentaje de azufre se encuentra en estos carbones en proporciones variables
desde 0,52 hasta 1,70, sin embargo la cantidad de azufre en mas del 60,0 % de las
muestras es inferior al 1%
El poder calorifico es menor de 6.000 cal/gramo para el 100% de las muestras.
De acuerdo a los resultados obtenidos en la caracterizacion, podemos afirmar que mas
del 80% de los carbones analizados correspondientes a la zona de Amagapresentan
buenas caracteristicas para ser utilizados como materia prima en la generacion de
200
_____________.--;;1!!l.
----_
~!!i'.,:~}1~.~~:~~.'~~'
..
energia termica, y en procesos tales como para hacer cemento, briquetas,
transformarlo en carbon activo, 0 utilizarlo en la generacion de gas e hidrocarburos
liquidos etc. Ademas debido a su relativamente bajo contenido de cenizas y azufre no
contaminan el ambiente, pero sin embargo, de acuerdo a los resultados de amilisis
quimico y fusibilidad de cenizas, Diaz J. F y Garcia L, 1.998, es necesario tener
cuidado porque en muchos casos se presenta depositacion y encostramiento de las
cenizas.
EI mas bajo rango de los carbones de Puerto Libertador y el mayor contenido de
humedad y cenizas hacen que dichos carbones sean de menor calidad en cuanto a
generacion de calor se refiere, pero con respecto a los demas usos anteriormente
descritos se podrian emplear casi de igual manera que los de Amaga, pero con un
mayor efecto ambiental.
5.7. COMENTARIOS GENERALES
En general los carbones Colombianos se dividen en 3 grandes grupos de acuerdo a
todas sus caracteristicas, estos son:
J
Los de la Cordillera Oriental que se caracterizan por ser de edad Maestrichtiano­
Paleoceno de ambiente marino a transicional, poseen un grado de carbonificaci6n mas
alto y mayor porcentaje de macerales liptiniticos ricos en hidrogeno tales como
exsudatinita, bituminita y fluorinita. Estas caracteristicas hacen que estos carbones
presenten las mejores propiedades plasticas y en algunos casos se puede producir
co que por si mismo y en general son adecuados para hacer mezclas para elaborar
coque, y si el range es menor (PRV < 0,7), se tienen evidencias de que sirvieron como
rocas fuentes del petr61eo que se produce en la cuenca del Medio Magdalena y
posiblemente de muchodel que se encuentra en los Llanos Orientales y el altiplano
Cundi-boyacence.
Debido a que carbones de este tipo son escasos en el mundo, no se considera
conveniente utilizarlos para generaci6n de energia porque se esta desperdiciando no
solamente dinero, porque elIos son mas caros, sino que se esta derrochando el recurso
en usos que podrian ser satisfechos por carbones de la calidad adecuada para ello.
De otro lado, cuando se elabora coque en el pais no se hacen las mezclas adecuadas
con carbones de menor calidad para asi optimizar el recurso.
Como se mencion6 antes, la mayona de los carbones de Cundinamarca producen
muchos fin~s, los cuales se deberian usar para hacer briquetas que saldrian econ6micas
porque no habria necesidad de adicionar aglomerantes y ademas se beneficiaria el
medio ambiente.
201
En segundo lugar se tienen los carbones del Cesar y La Guajira, los cuales son
relativamente mas jovenes que los de la Cordillera Oriental, y, se formaron en
ambientes deltaicos principalmente. Dichos carbones se caracterizan porque son de un
menor grado de carbonificacion, y la composicion maceral es un tanto distinta, ya que
los componentes liptiniticos caracteristicos ya no son tan ricos en hidrogeno a
excepcion de algunos mantos sapropelicos. Estos carbones en general son adecuados
para generar energia, pero debido a que su contenido de minerales intrinsecos es bajo,
podrian venderse como carbones ultralimpios, ya que en el mundo es dificil encontrar
este tipo de carbon; igualmente como 10 que se busca es producir energia sin
contaminar el ambiente, los carbones en mencion son adecuados no solamente en
combustion sino que servirian para gasificacion, licuefaccion, obtencion de carbon
activado, mezclas agua-carbon etc.
En tercer lugar se tienen los carbones de la Cordillera Central que son un poco mas
jovenes, Eoceno y Mioceno de ambiente transicional a continental, en general de mas
bajo grado de carbonificacion (PRV < 0,7), en los cuales los macerales antes
mencionados, aunque se observan son escasos. En este caso la utilidad de los
carbones seria como termicos 0 para licuefaccion y gasificacion, industria del cemento
, elaborar briquetas y carbon activado.
5.8.PosmLES USOS DE LOS CARBONES COLOMBIANOS
Los carbones de bajo rango (Lignitos y sub-bituminosos), como los de Puerto
Libertador y algunos de Arnaga debido a su alto contenido de humedad son
ineficientes como generadores de energia, ademas presentan alto riesgo de combustion
espontanea en su manejo, transporte y almacenaje; por esta razon este tipo de carbon
podria utilizarse en la fabricacion de briquetas puesto que de esta manera se mejoraria
la eficiencia termica y su manejo:
Entre las propiedades requeridas en ia manufactura del cemento estan la humedad
<12,0%, cenizas <15,0%, azufre <2,0% y un poder calorifico adecuado de acuerdo
con las especificaciones del cliente; por 10 tanto los carbones de Arnaga cumplen con
estas especificaciones, sin embargo los carbones de Puerto Libertador a pesar de su
bajo poder calorifico tambien podrian utilizarse en esta industria.
A partir de estudios realizados en la planta piloto de carbon activo en la F~cu1tad de
Minas se ha demostrado que los carbones ligniticos y sub-bituminosos de la zona de
Amaga dan muy buenas especificaciones como materia prima (no aglomerantes, bajos
en humedad, cenizas y rango) para la fabricacion de carbon activo de buena calidad; de
la misma manera los de Puerto Libertador y algunos de Cesar y la Guajira cumplen
estas caracteristicas.
De acuerdo con Cudmore, 1.977, las conversiones de carbon a hidrocarburos liquidos
mas significativas, es decir, mayores del 60% en carbon seco libre de cenizas se
202
obtienen de los carbones con las siguientes caracteristicas: Rm <0,,8%, contenido de
vitrinita mas liptinita >60%; Materia volatil (lac) >35%; luego tanto los carbones de
Amaga como los de Puerto Libertador, Guajira, Cesar, Medio Magdalena y algunos de
Cundinamarca, son adecuados para los procesos basados en hidrogenacion.
"'Los estudios de produccion de gas a partir de carbon por pirolisis primaria (Sandoval,
1.993), muestran que los carbones con humedades de 30%, cenizas de 4,3%~ materia
volatil de 43,1%, Carbono fijo de 49,6 son excelentes para la produccion de gas. De
acuerdo con estas caracteristicas muchos de los carbones de Amaga y Puerto
,; Libertador, Guajira, Cesar y Medio Magdalena, satisfacen estos requerimientos.
Con base en estudios experimentales sobre gasificacion y reactividad de combustion de
carbones Furinsky et al, 1.990 han mostrado que la ignicion en gasificacion y las tasas
de reactividad en combustion estan directamente relacionadas con la reflectancia del
maceral vitrinitico colotelinita.
En la preparacion de combustibles formados a partir de la mezcla agua-carbon, la clase
de carbon es una variable importante ya que este debe tener un alto poder calorifico,
ignicion estable y reactividad quimica para superar los efectos de una alta humedad de
la combustion. Ademas sus propiedades fisicas y quimicas deben permitir la formacion
de una suspension bien dispersa en el agua con un alto contenido de solidos. Estas
condiciones se encuentran en los carbones bituminosos (Wall, 1.987) con alto
contenido de volatiles 10 cual les da una ignicion estable, reactividad quimica y alto
poder calorifico. Las antracitas aunque tienen mayor poder calorifico poseen un menor
contenido de materias volatiles y macerales menos reactivos. Los lignitos y los
carbones sub-bituminosos aunque poseen alto contenido de volatiles y buena
reactividad tienen un poder calorifico bajo debido a su alto contenido de humedad.
Los carbones bituminosos son general mente los optimos para la preparacion de la
mezcla agua-carbon, sin embargo los carbones de bajo rango no se deben descartar ya
que sus propiedades se pueden mejorar a partir de pretratamientos. De acuerdo a 10
anterior los carbones de la Guajira, y" algunos del Cesar, de Amaga, Cundinamarca y
Medio Magdalena, serian adecuados para preparar mezclas agua-carbon.
La combustion del carbon es un proceso fisico-quimico que esta afectado por muchos
factores que dependen entre otros de la caracterizacion del carbon, del tipo de agua
utilizada, del tipo de caldera, del diseiio de la parrilla, de la seleccion del proceso de
combustion, de la presion del aire y de las condiciones de la atmosfera en la cual se
realiza la combustion.
En los procesos tradicionales de combustion se requieren carbones de mejor calidad,
es decir, poder calorifico alto, humedades <15,0%, cenizas <20,0% y azufre <1,0%;
sin embargo las tecnologias modernas aceptan carbones de menor calidad porque sus
sistemas son mas eficientes y estan diseiiados para tener un mejor control ambiental.
De acuerdo con 10 anterior los carbones de Puerto Libertador y Amaga, Guajira,
203
Cesar, Medio rvlagdalena y algunos de Cundinamarca se pueden utilizar eficientemente
en la generacion de energia.
Aunque la petrografia del carbon no ha sido muy aplicada en los procesos de
combustion, se conoce que los macerales individuales se comportan de una manera
diferente durante este proceso por ejemplo Shibaoka et al, 1.979, han indicado que las
particulas ricas en vitrinitas de carbones bituminosos y sub-bituminosos se expanden
fonnando estructuras celulares y presentan una mayor tasa de quemado, mientras que
las particulas ricas en fusinitas muestran poca 0 ninguna expansion y menor tasa de
quemado. Las antracitas se comportan como el maceral rico en fusinita, es decir no
hinchan durante la combustion pero tienden a formar fisuras las cuales proporcionan
superficies adicionales para que se presente fa combustion; ademas como las antracitas
son muy poco reactivas es necesario pulverizarlas a tamafio muy fino y adicionarles
mayor porcentaje de oxigeno para que la combustion se realice. Esto implica contar
con pulverizadores mas eficientes ocasionando con ello mayores costos.
De acuerdo con 10 anterior los carbones de Puerto Libertador, Amaga, Cesar, Guajira
y algunos del Medio Magdalena y Cundinamarca, se pueden utilizar eficientemente en
la generacion de energia, ya que debido a su alto contenido de vitrinitas y liptinitas son
mas reactivos, mas blandos, y a pesar de su bajo rango tienen un poder calorifico
relativamente alto.
,...
204
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