φ2.0-3Q Gas de carbón de una etapa 1900-2800NM3 / H Carbón bituminoso antiadherente, antracita, coque

φ2.0-3Q Gas de carbón de una etapa 1900-2800NM3 / H Carbón bituminoso antiadherente, antracita, coque

1. Descripción

La gasificación del carbón es el proceso de producción de gas de síntesis: una mezcla que consiste principalmente en monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y vapor de agua (H2O) –de carbón y agua , aire y / o oxígeno.

Históricamente, el carbón se gasificó utilizando tecnología temprana para producir gas de carbón (también conocido como "gas de ciudad"), que es un gas combustible tradicionalmente utilizado para la iluminación y calefacción municipal antes del advenimiento de la producción a escala industrial de gas natural.

En la práctica actual, los casos a gran escala de gasificación de carbón son principalmente para la generación de electricidad, como en las centrales de ciclo combinado de gasificación integrada , para la producción de materias primas químicas o para la producción de gas natural sintético. El hidrógeno obtenido de la gasificación del carbón se puede utilizar para diversos fines , como hacer amoníaco , impulsar una economía de hidrógeno o mejorar los combustibles fósiles.

Alternativamente, el gas de síntesis derivado del carbón se puede convertir en combustibles para el transporte como la gasolina y el diesel a través de un tratamiento adicional a través del proceso Fischer-Tropsch o en metanol, que se puede usar como combustible para el transporte o como aditivo para el combustible, o que el gas puede convertir en gasolina. Proceso de metanol a gasolina . El metano de la gasificación del carbón se puede convertir en GNL para su uso como combustible en el sector del transporte.

2.proceso

Durante la gasificación, el carbón se sopla con oxígeno y vapor (vapor de agua) mientras se calienta (y en algunos casos se presuriza). Si el carbón se calienta mediante fuentes de calor externas, el proceso se denomina "alotérmico", mientras que el proceso "autotérmico" supone que el carbón se calienta a través de reacciones químicas exotérmicas que ocurren dentro del propio gasificador. Es esencial que el oxidante suministrado sea insuficiente para la oxidación completa (combustión) del combustible. Durante las reacciones mencionadas, las moléculas de oxígeno y agua oxidan el carbón y producen una mezcla gaseosa de dióxido de carbono (CO ₂ ), monóxido de carbono (CO), vapor de agua (H ₂ O) e hidrógeno molecular (H ₂ ). (Algunos subproductos como el alquitrán, los fenoles, etc. también son posibles productos finales, dependiendo de la tecnología de gasificación específica utilizada). Este proceso se ha llevado a cabo in situ dentro de las vetas de carbón natural (denominada gasificación subterránea del carbón ) y en carbón. refinerias El producto final deseado suele ser gas de síntesis (es decir, una combinación de H2 + CO), pero el gas de carbón producido también se puede refinar para producir cantidades adicionales de H2:

3C (es decir, carbón) + O ₂ + H ₂ O → H ₂ + 3CO

Si el refinador quiere producir alcanos (es decir, los hidrocarburos presentes en el gas natural , la gasolina y el combustible diesel ), el gas de carbón se recolecta en este estado y se envía a un reactor Fischer-Tropsch. Sin embargo, si el hidrógeno es el producto final deseado, el gas de carbón (principalmente el producto de CO) sufre la reacción de cambio de gas de agua donde se produce más hidrógeno por reacción adicional con vapor de agua:

CO + H ₂ O → CO ₂ + H ₂

Aunque actualmente existen otras tecnologías para la gasificación del carbón, todas emplean, en general, los mismos procesos químicos. Para los carbones de bajo grado (es decir, "carbones pardos") que contienen cantidades significativas de agua, existen tecnologías en las que no se requiere vapor durante la reacción, siendo el carbón (carbono) y el oxígeno los únicos reactivos. Además, algunas tecnologías de gasificación de carbón no requieren altas presiones. Algunos utilizan carbón pulverizado como combustible, mientras que otros trabajan con fracciones relativamente grandes de carbón. Las tecnologías de gasificación también varían en la forma en que se suministra el soplado.

El "soplado directo" asume que el carbón y el oxidante se suministran desde los lados opuestos del canal del reactor. En este caso, el oxidante pasa a través del coque y (lo más probable) ceniza hacia la zona de reacción donde interactúa con el carbón. El gas caliente producido luego pasa combustible nuevo y lo calienta mientras absorbe algunos productos de destrucción térmica del combustible, como los alquitranes y los fenoles. Por lo tanto, el gas requiere una refinación significativa antes de ser utilizado en la reacción de Fischer-Tropsch. Los productos del refinamiento son altamente tóxicos y requieren instalaciones especiales para su utilización. Como resultado, la planta que utiliza las tecnologías descritas debe ser muy grande para ser económicamente eficiente. Una de esas plantas, llamada SASOL, está situada en la República de Sudáfrica (RSA). Fue construido debido al embargo aplicado al país que le impide importar petróleo y gas natural. RSA es rica en carbón bituminoso y antracita y pudo organizar el uso del conocido proceso de gasificación "Lurgi" de alta presión desarrollado en Alemania en la primera mitad del siglo XX.

El "soplado invertido" (en comparación con el tipo anterior descrito que se inventó primero) supone que el carbón y el oxidante se suministran desde el mismo lado del reactor. En este caso, no hay interacción química entre el carbón y el oxidante antes de la zona de reacción. El gas producido en la zona de reacción pasa productos sólidos de gasificación (coque y cenizas), y el CO2 y el H2O contenidos en el gas se restauran adicionalmente químicamente a CO y H2. En comparación con la tecnología de "soplado directo", no hay subproductos tóxicos presentes en el gas: estos están inhabilitados en la zona de reacción. Este tipo de gasificación se desarrolló en la primera mitad del siglo XX, junto con el "soplado directo", pero la tasa de producción de gas en él es significativamente más baja que en el "soplado directo" y no hubo más esfuerzos para desarrollar el procesos de "soplado inverso" hasta la década de 1980, cuando un centro de investigación soviético KATEKNIIUgol '(Instituto de Investigación y Desarrollo para el desarrollo del campo de carbón Kansk-Achinsk) inició actividades de Investigación y Desarrollo para producir la tecnología ahora conocida como proceso "TERMOKOKS-S". La razón para reavivar el interés en este tipo de proceso de gasificación es que es ecológicamente limpio y capaz de producir dos tipos de productos útiles (simultánea o por separado): gas (combustible o gas de síntesis) y coque de temperatura media. El primero se puede usar como combustible para calderas de gas y generadores de diesel o como gas de síntesis para producir gasolina, etc. El último se usa como combustible tecnológico en metalurgia, como absorbente de químicos o como materia prima para las briquetas de combustible domésticas. La combustión del gas producto en calderas de gas es ecológicamente más limpia que la combustión del carbón inicial. Por lo tanto, una planta que utiliza tecnología de gasificación con el "soplado inverso" puede producir dos productos valiosos de los cuales uno tiene un costo de producción relativamente bajo, ya que el último está cubierto por el precio competitivo del mercado de la otra. A medida que la Unión Soviética y su KATEKNIIUgol 'dejaron de existir, la tecnología fue adoptada por los científicos individuales que la desarrollaron originalmente y ahora se está investigando en Rusia y se distribuye comercialmente en todo el mundo. Las plantas industriales que lo utilizan ahora se sabe que funcionan en Ulaan-Baatar (Mongolia) y Krasnoyarsk (Rusia).

Tecnología de gasificación de lecho de flujo de aire a presión creada a través del desarrollo conjunto entre Wison Group y Shell (Hybrid). Por ejemplo: Híbrido es una tecnología avanzada de gasificación de carbón pulverizado, esta tecnología combinada con las ventajas existentes de la caldera de calor residual SCGP de Shell, incluye algo más que un sistema de transporte, una disposición de quemador de gasificación presurizado de carbón pulverizado, pared de agua tipo membrana de quemador de chorro lateral y la descarga intermitente se ha validado completamente en la planta de SCGP existente, como una tecnología madura y confiable, al mismo tiempo, eliminó las complicaciones del proceso existente y en los filtros de enfriamiento de gas de síntesis (bandeja de residuos) y [cenizas volantes] que fallaron fácilmente, y Combinó la tecnología actual de gasificación existente que se usa ampliamente en el proceso de enfriamiento de gas sintético. No solo conserva la caldera de calor residual de Shell SCGP original con características de carbón de gran capacidad de adaptación y capacidad de escalar fácilmente, sino que también absorbe las ventajas de la tecnología de enfriamiento existente.