USOS Y TRANSFORMACIONES DEL CARBÓN

1.3.1 APLICACIÓN DIRECTA: COMBUSTIÓN

Los parámetros más importantes en la combustión son el rango, el contenido en cenizas, en azufre y en humedad, ya que todos ellos están relacionados con el poder calorífico y la facilidad de quemado.Existen básicamente dos métodos de combustión del carbón: combustión en lecho fijo y combustión en suspensión (lecho fluidizado). Se empezó a desarrollar éste último con el objetivo de obtener mayores tasas de transferencia de calor, controlar el azufre y disminuir la emisión de óxidos de nitrógeno, gracias a las menores temperaturas que se alcanzan en la zona de combustión.

1.3.2 CARBONIZACIÓN

Es un proceso industrial que utiliza la descomposición térmica para la obtención de un residuo sólido carbonoso a partir del carbón, además de líquidos y gases combustibles.Carbón à Residuo sólidos + líquidos + gasesSe puede realizar a baja (500-700ºC) y a alta temperatura(900-1500ºC). Los cuatro principales productos que se obtiene en el proceso de carbonización a baja temperatura son: (1) carbón tostado o coque, (2) alquitranes orgánicos complejos, (3) gases y (4) licor acuoso. Las proporciones vienen determinadas, en parte, por la tasa y el tiempo de calentamiento o residencia. Los carbones que se suelen utilizar en baja temperatura son lignitos y subbituminosos y uno de los carbonizadores más utilizado es el de Lurgi-Spülgas.Cuando hablamos de alta temperatura estos procesos se emplean básicamente para la producción de coque.El carbón tostado sufre posteriormente una serie de tratamientos secundarios, en función del uso posterior (metalurgia, centrales térmicas, …), y se manufactura en forma de briquetas o bolas.A partir de los alquitranes del carbón, por destilación fraccionada se pueden obtener aceites ligeros (<220ºC) que se pueden reprocesar para obtener gasolinas, medios (220-375ºC) keroseno, gasoil etc; y pesados (450-550ºC) que sirven para la obtención de hidrocarburos como antraceno.

1.3.3 LICUEFACCIÓN

Licuefacción es la producción de combustibles líquidos a partir del carbón. Se pueden dividir en:

(a) Pirólisis

Consiste en calentar, en una atmósfera deficiente de oxígeno, el carbón a temperaturas superiores a 400ºC. El carbón se convierte en gases, líquidos (con “acumulación” de hidrógeno) y un compuesto sólido deficiente en hidrógeno. El residuo sólido representa más del 45% en peso del carbón inicial. Si se realiza en presencia de hidrógeno: hidrocarbonización.

(b) Extracción por disolventes

El carbón se mezcla con un disolvente capaz de transferir hidrógeno del disolvente al carbón a altas temperaturas y altas presiones. Generalmente se utilizan líquidos (a menudo derivados del carbón) como disolventes donantes.

USOS Y TRANSFORMACIONES DEL PETROLEO

El petróleo, tal y como sale de los pozos, es siempre combustible. Pero para obtener diversos productos derivados del petróleo, es necesario pasar por un tratamiento que lo convierte en los productos adecuados. Por tanto, es siempre necesario refinar el petróleo crudo, lo cual implica dos procesos fundamentales:

• División en fracciones de volatilidad distinta.
• Alteración física o química de algunas de esas fracciones.

El craking o craqueo produce la rotura de las grandes moléculas para dar otras más pequeñas. Aumenta la calidad y el rendimiento de las fracciones de gasolina. Craking térmico: calor + presión. Craking catalítico: menor calor y presión pero en presencia de un catalizador.

En el refinado, la destilación es el proceso más utilizado. El crudo puede ser separado en distintas fracciones según sus niveles de volatilidad: gases, líquidos y semi-sólidos. Para cada fracción se requiere un tratamiento posterior que las convierta en aptas para el consumo. En las columnas de destilación el petróleo calentado se introduce en la torre (a media altura). A medida que el líquido desciende por la torre, entra en contacto con el vapor ascendente de la parte inferior de la columna. El líquido arrastra la fracción más pesada de los gases ascendentes. Como resultado, las fracciones más volátiles van hacia arriba y las más pesadas hacia abajo. A las fracciones obtenidas se les aplica una segunda destilación o tratamientos adicionales:

• El hidrocraking añade hidrógeno en la operación de craqueo.
• El reforming o conversión catalítica produce hidrógeno al eliminarlo de las naftas.
• Extracción mediante disolventes.

3.4 USOS Y TRANSFORMACIONES DEL GAS NATURAL

El gas natural puede utilizarse directamente como combustible o como gas de síntesis para la industria petroquímica. Las transformaciones y productos que se pueden obtener son los mismos que se obtienen a partir del gas de síntesis obtenido en el refino del petróleo crudo.El gas natural es el combustible natural más limpio, desde el punto de vista de polución, ya que produce la menor cantidad de CO2 por unidad energética de todos los combustibles fósiles. Pero es más difícil de almacenar y transportar que los combustibles sólidos y líquidos.Al mezclarse mejor con el aire, el gas natural necesita menor cantidad de éste para conseguir la combustión completa. Esto permite el ahorro de energía, así como una mejor regulación y transmisión del calor. Además, permite el control de la forma de la llama y, por tanto, un mejor control de la temperatura del proceso y de la potencia específica.Al ser el gas natural menos denso que el aire, las posibles fugas tienden a dispersarse en la atmósfera y no es posible que se acumule en lugares bajos, con la posibilidad de inflamabilidad en lugares peligrosos.En la industria, el gas natural se recibe en condiciones de uso inmediato, por lo que no son necesarias instalaciones de bombeo o calentamiento, ni uso de aditivos. Tampoco hacen falta conducciones aisladas térmicamente.

Las principales ventajas que tiene el gas natural como combustible, respecto al

resto de los combustibles fósiles, son:

1. Los productos de combustión tienen bajos contenidos en compuestos de azufre, esto permite bajar la temperatura de emisión de aquellos, mejorando el rendimiento y eliminando la corrosión en el circuito de humos.

2. Los productos de la combustión, no tienen efectos nocivos sobre los productos a calentar, por lo que es posible utilizarlo directamente sobre productos alimenticios, esmaltes cerámicos, etc. Además, prolonga la vida de los refractarios.

3. La ausencia de cenizas permite mantener limpias las superficies de intercambio, mejorando el rendimiento y reduciendo el mantenimiento.

Por otra parte, el rendimiento de una caldera de gas es del orden del 71%, muy alto comparado con el que se obtiene al utilizar el gas natural para producir electricidad (40%). Si luego utilizamos esta electricidad para producir calor, el rendimiento aun baja más. Lo adecuado sería utilizar el gas natural como calefacción en el ámbito doméstico y para producir calor y electricidad (cogeneración) en la industria.

4.1 CENTRALES DE GASIFICACIÓN INTEGRADA EN CICLO COMBINADO

estas centrales están formadas por dos plantas principales:

– La planta de gasificación, donde se produce el gas sintético.

– La planta de ciclo combinado, donde se produce electricidad en una turbina de gas y en una turbina de vapor.Se utiliza como combustible, para una turbina de gas, el producto resultante de la gasificación de otros combustibles – generalmente carbón o coque de petróleo – que se lleva a cabo en la propia central; y, a continuación, aprovechan el calor residual para, mediante una caldera de recuperación, alimentar una turbina de vapor. La energía eléctrica final que se produce es, por lo tanto, la suma de la generada en el ciclo de vapor y de la generada en el grupo de gas.Las ventajas de este proceso van desde una mejora del rendimiento de la conversión (alrededor del 45% frente al 38% típico), que reduce no solo el coste de la electricidad producida, sino también la cantidad de dióxido de carbono emitido por cada kWh producido.En las centrales de gasificación integrada en ciclo combinado, el carbón es transportado y descargado por camiones en el parque de carbones de la central. Desde el parque, una cinta transportadora envía el carbón de mina a la planta de preparación de combustibles donde éstos son pulverizados y secados. En dicha planta, se limpia y enfría el aire para obtener oxígeno, que se utiliza para la gasificación del carbón, y nitrógeno, que se emplea en aumentar el rendimiento del grupo de gas.El gasificador recibe el combustible pulverizado procedente de la planta de preparación; y se produce en su parte inferior, mediante la inyección de oxígeno y vapor de agua, un gas sintético a muy alta temperatura. El calor de este gas es aprovechado para aportarlo al agua de ciclo y generar parte del vapor que se expandirá en la turbina de vapor. Una vez enfriado el gas sintético, las cenizas existentes solidifican y pueden ser separadas. El gas obtenido en el gasificador, antes de ser quemado, pasa por la unidad de desulfuración, en la que se extrae el azufre; una vez limpio, el gas es enviado al grupode gas. El grupo de gas se compone de un compresor, que toma aire exterior y lo adapta a las condiciones necesarias para que la combustión sea óptima; una cámara de combustión, donde es quemado el gas; y la propia turbina de gas, en la que los gases decombustión se expanden y mueven un generador eléctrico. La energía eléctrica generada en éste es enviada a los transformadores del parque de alta tensión para adaptar sus condiciones de tensión e intensidad a las de la red de transporte de alta tensión.En la caldera de recuperación, se aprovecha el calor residual de los gases de combustión procedentes de la turbina de gas para, antes de liberarlos a la atmósfera, producir vapor a diferentes presiones. Este vapor es enviado a la turbina de vapor. Como antes se ha mencionado, en la caldera del gasificador también se produce vapor, aprovechando la alta temperatura a la que se genera el gas sintético para vaporizar agua precalentada en la caldera de recuperación.Al igual que en el caso de la turbina de gas, la turbina de vapor mueve un generador que produce energía eléctrica; ésta es enviada a continuación al parque de alta tensión y de este a la red de transporte.El vapor de agua a la salida de la turbina es condensado mediante el intercambio de calor con el agua del circuito de refrigeración. Esta agua es enviada a la torre de refrigeración para que libere el calor recibido.Los residuos líquidos de la central son tratados en la planta de tratamiento de efluentes.

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