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La pirólisis es una técnica de conversión del carbón muy significativa e importante ya que permite una diversificación de sus usos que van desde la obtención de productos de base para la industria hasta la producción de combustibles líquidos.
Gas de Coquería
Dicho gas contiene hidrógeno en cantidades mayores cuanto más elevada es la temperatura a la que se produce la carbonización. Este gas se emplea como combustible y, en casos de alta riqueza en hidrógeno, tiene la posibilidad de ser empleado en procesos de hidrotratamiento.
Este gas, antes de su uso, debe de realizarse un pretratamiento para la eliminación de amoniaco, sulfuro de hidrógeno y agua, así como ciertas cantidades de hidrocarburos.
Alquitrán de Hulla
El alquitrán es sometido a una destilación primaria que tiene como objetivo la obtención de una brea con un punto de ablandamiento adecuado y la producción de una serie de fracciones más ligeras. Se puede distinguir los siguientes intervalos de destilación:
Tabla 1. Fracciones Intervalos de destilación
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Fracción |
Rango de ebullición |
Porcentaje en peso |
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Aceite ligero |
Hasta 190 ºC |
0,5 -1,0 |
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Aceite de Naftaleno |
190 – 230 ºC |
10 – 15 |
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Aceite de creosota |
230 – 290 ºC |
4 – 6 |
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Aceite ligero de antraceno |
260 – 310 ºC |
20 – 25 |
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Aceite pesado de antraceno |
Más de 300 ºC |
20 – 25 |
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Brea |
Residuo |
50 - 60 |
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El aceite ligero está compuesto por hidrocarburos aromáticos mononucleares, hidrocarburos insaturados y cierta cantidad de compuestos parafínicos. El naftaleno es el compuesto individual más abundante en el alquitrán de hulla y se recoge concentrado en la fracción conocida como aceite de naftaleno. El aceite de creosota contiene fundamentalmente naftalenos y ácidos y bases de elevado peso molecular. No se somete a etapas de purificación, se emplea como tal para preservar maderas de construcción o en la composición del alquitrán para la construcción de carreteras.
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La pirólisis se define como la descomposición térmica del carbón en una atmósfera exenta de oxígeno. Como consecuencia de la destilación destructiva del carbón, se obtienen gases combustibles, aceites y residuos.
En todos los procesos de utilización y conversión del carbón, tiene lugar algún tipo de pirólisis. Por ejemplo, la gasificación está relacionada con la pirólisis. La pirólisis es una técnica muy antigua, data del siglo XVIII, donde se permitía ya la separación de los fueles hidrocarbonados.
Etapas del proceso
El proceso consta de 3 etapas claramente diferenciadas:
- En esta primera etapa se produce una descomposición lenta con producción de pequeñas cantidades de agua, óxidos de carbono, hidrógeno y metano. Esto es consecuencia de la ruptura de enlaces debido a alta temperatura a la que se lleva el proceso y consecuencia también de la liberación de gases retenidos en el carbón.
- Esta segunda etapa se conoce como descomposición térmica activa. La temperatura aumenta y se produce una fragmentación más profunda de la molécula de carbón con la formación de hidrocarburos condensables y alquitranes. Esta etapa comienza alrededor de los 360 ºC y finaliza cuando se han alcanzado temperaturas alrededor de los 560 ºC aproximadamente.
- La última etapa, que transcurre a temperaturas superiores a los 600 ºC, se caracteriza por la eliminación gradual de hidrógeno y otros heteroátomos.
Factores que influyen en la pirólisis
Durante el proceso, la cantidad de componentes tantos gaseosos como líquidos puede variar desde un 25 a un 70% en peso aproximadamente. Esta cantidad depende de una serie de factores y variables que se mencionan a continuación:
Temperatura y velocidad de calentamiento
El carbón sufre una gran variedad de cambios tanto físicos como químicos cuando se incrementa la temperatura desde la ambiente hasta el final de la última fase, 1000 ºC aproximadamente. Si la temperatura de reacción es demasiado baja, las reacciones de descomposición no se producirán con la extensión debida y la obtención de gases y alquitranes será incompleta y, por tanto, el rendimiento en estos productos será bajo. A temperaturas de reacción altas, se producirán rupturas térmicas de los alquitranes y será por tanto pequeño el rendimiento en líquidos.
Así pues, existe una temperatura idónea a la cual se produce el máximo rendimiento. A continuación se muestra una tabla con los cambios y reacciones que se llevan a cabo según rangos de temperatura:
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Temperatura |
Cambios |
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100 ºC |
Se libera el agua fisisorbida |
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100 – 250 ºC |
Descarboxilación térmica de carbones de bajo rango |
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200 – 400 ºC |
Pérdida de especies de bajo peso molecular |
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375 – 700 ºC |
Destrucción térmica de la estructura del carbón. Formación de metano y otros alcanos, aromáticos y compuestos con nitrógeno. |
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1000 ºC |
La pirólisis se completa. |
Tipo de carbón
El tipo de carbón influye fuertemente en el comportamiento de la pirólisis. Los carbones de bajo rango (lignitos) contienen oxígeno que durante el proceso de pirólisis se desprenden como agua y óxidos de carbono. Los carbones con alto rango (bituminosos) contienen una menor cantidad de oxígeno y, por tanto, producen un menor volumen de agua y de óxidos de carbono que hidrocarburos gaseosos cuando se pirolizan.
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He aquí una idea: el futuro de la ingeniería química pasa por la biotecnología.
Bueno, quizá sea un poco exagerado. La ingeniería química "tradicional" aún tiene mucho que decir: nos quedan años para dejar de depender el petróleo, para no basar nuestra capacidad productiva en los fertilizantes; nos queda mucho trabajo que hacer en la optimización de procesos químicos o en la síntesis de catalizadores más eficientes. Hay posibilidades que aún se están empezando a explorar en cuanto al aprovechamiento de residuos y la recreación de procesos bajo un punto de visto más eficiente.
Sin embargo, si habéis tenido algún contacto con la ingeniería bioquímica os habréis dado cuenta del increíble potencial con el que contamos: procesos más limpios, más rápidos y eficientes; reducción en el uso de disolventes y ahorro más que sustancial en los consumos energéticos son solo algunas de las ventajas que esta rama nos ofrece.
Pero ¿de qué estamos hablando? ¿Qué es la ingeniería bioquímica?
Un proceso biotecnológico es complejo, pues puede comprender todas las etapas desde que se identifica genoma útil y se diseña un organismo mediante ingeniería genética hasta que éste se utiliza en la producción a escala industrial. La ingeniería bioquímica es indispensable en este proceso y a lo largo de la serie de artículos que comienza aquí intentaremos entender por qué.
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El gas natural es una fuente de energía no renovable formada por una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en depósitos de carbón.
El endulzamiento o desacidificación del gas se hace con el fin de eliminar el H2S y el CO2 del gas natural. El H2S y el CO2 son gases que pueden estar presentes en el gas natural, son altamente corrosivos en presencia de agua, y especialmente el H2S puede ocasionar problemas en el manejo y procesamiento del gas. El H2S y el CO2 se conocen como gases ácidos, porque en presencia de agua forman dichos ácidos.
Los procesos más usados para el endulzamiento de gas natural son aquellos donde se usan soluciones acuosas de alcanolaminas. Entre las más utilizadas se encuentra la dietanolamina (DEA). Aunque también con el objetivo de aumentar la absorción y reducir el gasto energético se han utilizado mezclas de alcanolaminas primarias (monoetanolamina, MEA) con alcanolaminas secundarias (DEA), o con alcanolaminas terciarias.
El diagrama de flujo de dicho es proceso es el siguiente:
Figura 1. Diagrama de flujo sobre la desacidificación de gas natural
El gas contaminado (corriente 1) entra por la parte inferior de la columna (absorber, “amine contactor”) y fluye hacia la parte superior de la torre donde sale como gas limpio o gas dulce, sin H2S ni CO2, (corriente 3). En la torre los gases ácidos se absorben con la solución líquida de alcanolaminas que entra en contracorriente. La solución líquida de alcanolaminas pasa hacia la parte superior de la torre como amina pobre y sale por la parte inferior como amina rica en gases ácidos (“Rich Amine”).
