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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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:  

 

Temperatura

Cambios

100 ºC

Se libera el agua fisisorbida

100 – 250 ºC

Descarboxilación térmica de carbones de bajo rango

200 – 400 ºC

Pérdida de especies de bajo peso molecular

375 – 700 ºC

Destrucción térmica de la estructura del carbón. Formación de metano y otros alcanos, aromáticos y compuestos con nitrógeno.

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.

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.

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:

 

Diagram_of_the_Gas_Sweetening_Process

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”).

El steam reforming es un proceso para la obtención de hidrógeno a partir de hidrocarburos, principalmente a partir de gas natural. Es el más extendido a nivel industrial para la producción de H2 en refinería y petroquímica.

Este proceso consta de una serie de etapas, donde ocurre la reacción básica de reformado con vapor. El hidrocarburo reacciona con vapor de agua a alta temperatura para dar monóxido de carbono  (CO) e hidrógeno (H2). En sucesivas etapas, el CO será convertido a dióxido de carbono  (CO2) y la correspondiente separación de H2 de la corriente de salida.

La unidad de H2 mediante steam reforming, se divide en las siguientes secciones:

  • Pretratamiento de la carga. HDS (Hidrodesulfuración)
  • Reacción de reformado
  • Conversión de CO
  • Recuperación de calor residual y generación de vapor
  • Purificación del gas. Unidad de PSA

Su distribución puede verse en el siguiente diagrama de bloques:

 

Figura 1. Diagrama de bloques proceso de producción de hidrógeno mediante steam reforming. [Elaboración Propia]

 

El gas de carga, que como se ha comentado anteriormente suele ser normalmente Gas Natural, puede contener azufre, el cual es un serio contaminante de los catalizadores de la zona de reacción. Para evitar el envenenamiento de dichos catalizadores, el azufre es eliminado mediante un pre-tratamiento previo a la entrada del proceso. El gas natural se mezcla con H2 de reciclo y mediante un proceso de hidrodesulfuración se elimina el posible azufre contaminante que pueda tener la corriente de entrada al proceso.