Clasificación de gasificadores

En función de la temperatura, existen diversos tipos de gasificadores. A continuación se enumeran los más importantes:

  • Lecho fijo
  • Lecho fluidizado
  • Flujo volante
  • Baño férrico

 

De Lecho Fijo

Se pueden distinguir dos tipos, reactor a presión atmosférica y reactor a presión.

El reactor a presión atmosférica presenta una camisa de agua en la parte inferior y un revestimiento refractario en la parte superior. En este caso, el carbón desciende en un lecho en contracorriente con los gases y reacciona con el vapor y el aire, produciéndose así un gas pobre. Este tipo de reactor se utiliza cuando se dispone de carbones no aglutinantes, cuando el gas puede consumirse caliente o cuando la capacidad del proceso es relativamente pequeña.

El reactor a presión se utiliza cuando la capacidad del proceso es mayor. Permite aumentar la capacidad máxima del reactor, el índice de metano y el poder calorífico del gas. El carbón se introduce en el reactor a través de una esclusa que funciona de forma cíclica. El carbón cae por la parte superior y desciende por gravedad en el reactor. Una vez introducido el carbón, se calienta, se seca y se coquiza. La cantidad de vapor introducido depende de las características del carbón.

 

De Lecho Fluidizado

Este tipo de gasificador se utiliza para tamaños intermedios de partículas de carbón. Se consiguen altas velocidades relativas e intensos movimientos de mezcla entre el gas y el sólido.

Se suele conseguir una reacción rápida. La alimentación requiere de una preparación previa cuyo alcance depende del tipo de material a tratar. Por ejemplo, si se trata de biomasa como madera o cualquier residuo forestal, se suele someter previamente a una trituración y en algunos casos se hace pasar por un secador. Si por el contrario, se trata de carbón, sólo se somete a un proceso de molienda. El material a secar se puede llevar a través de un sistema cerrado de transporte y almacenamiento intermedio directamente a la tolva de alimentación.

A continuación se muestra un esquema de un gasificador de lecho fluidizado:

 

Figura 1. Gasificador de lecho fluidizado [fao.org]

 

De flujo volante

Estos gasificadores actúan sobre carbones muy fusibles, como por ejemplo los carbones pulvurentos. En este caso, la materia en transformación sigue un camino ascendente y, al descender agotado, eleva la transmisión de calor. Se produce un buen rendimiento.

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Gasificación

El proceso de gasificación convierte la materia carbonosa en CO y materia combustible mediante una serie de reacciones químicas. La mayoría de los carbones son gasificables, aunque interesan más aquellos que no se desintegran en el proceso o se puedan hinchar.

El proceso de gasificación se puede clasificar en varios tipos, según se lleve a cabo. Estos procesos son los siguientes:

  • Endotérmicos. La gasificación se lleva a cabo con vapor de agua para obtener gas de síntesis.
  • Exotérmicos. En este caso la gasificación se lleva a cabo con O2 para obtener CO, o con aire para obtener gas pobre.
  • Mixtos. Cuando se realiza con aire y vapor de agua para obtener CO + H2 + N2. Estos procesos mixtos se pueden subdividir a su vez en:
  • Procesos simultáneos. Cuando se soplan al mismo tiempo sobre el carbón incandescente el aire u oxígeno y el vapor de agua.
  • Sucesiva. Primero se sopla el aire y cuando el lecho alcanza una determinada temperatura, se sustituye la inyección de aire por vapor de agua hasta que la temperatura desciende a un nivel inferior. Posteriormente vuelve a inyectarse aire y así sucesivamente, de ahí su nombre.

Los factores que influyen al resultado de la gasificación son aquellos que afectan al equilibrio, a la velocidad de reacción, así como al comburente utilizado. Estos factores son la temperatura del proceso, la reactividad del sólido y su tamaño de grano, el tiempo de contacto comburente-combustible  y el comburente de gasificación empleado.

El tamaño de los gránulos de carbón condiciona la homogeneidad del lecho. A medida que aumenta el tamaño del grano, la altura del lecho debe ser mayor para conseguir una buena gasificación. Comentar que al aumentar la altura del lecho, crece la dificultad de la homogeneización así como la pérdida de carga. Los finos además de contribuir a la pérdida de carga de los gases, dan compacidad al lecho y originan la formación de canales y escorias que dificultan la marcha del proceso. La presencia de un amplio espectro de tamaños de granos origina la formación de puentes en la carga, con la consiguiente complicación de la descarga de cenizas y escorias.

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La Licuefacción del Gas Natural: almacenado y transporte

El Gas Natural se licua para reducir su volumen y, por tanto, poder trabajar mejor con él. Se produce una disminución de volumen de hasta 600 veces, con lo que se consigue un mejor manejo y una mayor capacidad de almacenaje y transporte.

El principal componente del Gas Natural es el metano, el cual tiene un punto de ebullición a presión atmosférica cercano a los -160 ºC. Esta licuefacción se consigue enfriando el Gas Natural a -160 ºC y a presión atmosférica. Normalmente, las plantas que realizan este proceso se encuentran situadas cerca de la costa.

Existen diversos procesos de licuefacción. Los principales son: en cascada, donde se tiene una cascada de refrigerantes en los cuales se alcanzan diferentes niveles de temperatura. El proceso de mezcla de todos los refrigerantes es otro de los procesos, en este caso el rendimiento energético es mayor debido a la mejora de equipos y en los que se pueden mezclar todos los refrigerantes en una solo etapa. Después están los procesos de refrigerantes mezclados, que son una combinación de los dos anteriores y, por último, los procesos de Peak-Shaving, que se tratan de procesos de expansión.

El almacenado de Gas Natural Licuado (GNL) se realiza en tanques diseñados especialmente para ello, cerca de los núcleos de consumo. Con esto se intenta evitar que en un determinado momento de gran consumo, se produzca una bajada de presión en la red de distribución produciendo un bloqueo en las válvulas.

Se trata de un depósito de doble integridad, un tanque metálico interior y un tanque de hormigón exterior. El tanque exterior suele estar recubierto en su interior por un revestimiento de chapa de acero al carbono. El espacio comprendido entre las paredes cilíndricas de los tanques exterior e interior está relleno de aislante y forma parte del espacio anular. La tapa del depósito interior la constituye un techo suspendido mediante tirantes. Esto permite la comunicación entre los vapores en equilibrio termodinámico con el GNL, presentes sobre la superficie del líquido y el gas contenido en el espacio anular bajo la cúpula. Todas las conexiones de entrada y de salida del líquido y gas en el tanque, así como las conexiones auxiliares para nitrógeno y tomas de instrumentación, se hacen a través de la cúpula, ya que es una medida primordial de seguridad evitar conexiones con el fondo del depósito que pudiesen dar lugar a fugas de GNL.

En la siguiente figura, se muestra un corte transversal de dicho tanque:

 

Figura 1. Tanque de almacenamiento de GNL [Diplomado Avanzado de Gas Natural. Profesor Jorge Barrientos. Ecopetrol-UIS. 2010]

 

La manera más común de transportar el Gas Natural es mediante bombeo en redes de gaseoductos. De esta forma el gas puede ser transportado fácilmente hasta el domicilio propio del usuario por dichas canalizaciones. Existen numerosas y extensas redes de distribución por todo el mundo.

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UREA: procesos de obtención.

La urea es un compuesto químico cristalino e incoloro. Como principales características se pueden destacar que es fácil de granular y se suele transportar fácilmente a granel o en bolsas, sin ningún tipo de explosión. Otra característica importante es que se disuelve fácilmente en agua y no deja residuos de sales después de su uso. Tiene el máximo contenido disponible en un fertilizante sólido. También puede usarse como complemento proteínico en alimentos para rumiantes, en la producción de melanina o de resinas.

 

Reacción de Síntesis

La reacción de síntesis para la producción de urea consiste en combinar amoniaco con CO2 a presión para formar carbamato de amonio, que se descompone en urea y agua. El CO2 sin reaccionar se recircula.

Existen diversos procesos para la producción de urea. Las diferencias se basan principalmente en los métodos empleados para manejar el efluente del convertidor, en la forma de descomponer el carbamato, en como recuperar la urea o el CO2, etc.

 

Tipos de procesos para la producción de urea

Entre los principales procesos se pueden destacar los siguientes:

Stamicarbon

Utiliza el CO2 para recuperar el NH3 del efluente del reactor de forma continua. El carbonato se descompone a medida que el NH3 es extraído por el CO2La reacción se suele producir a unos 140 bar aproximadamente. Los gases separados avanzan hacia el reactor junto con el NH3La mayor parte del gas de salida del reactor se condensa y, los gases inertes son purgados del sistema antes de regresar el condensado al reactor.

Thermo-Urea

Se usan compresores centrífugos que recirculan el CO2, el NH3 y el vapor de agua al reactor. El efluente líquido en la primera unidad de descomposición entra a la segunda unidad de descomposición de baja presión. En ella se separan las últimas trazas de CO2, NH3 y gases inertes.

El amoniaco y el CO2 se absorben en agua para ser recirculados al compresor. El gas inerte se extrae por la parte superior del absorvedor. La urea en solución acuosa, se extrae de la última unidad de descomposición a baja presión.

A continuación se muestra el diagrama de flujo de dicho proceso:

Figura 1. Diagrama de Flujo Thermo-Urea [Chemico]

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Nitrato de Amonio

El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado con un alto  contenido de nitrógeno, alrededor del 33%. Su sencillez y bajo coste de producción le hacen ser uno de los compuestos nitrogenados más importantes. Uno de sus inconvenientes es que tiene tendencia a formar tortas al estar almacenado. Este problema se ha ido minimizando con el paso del tiempo con una granulación adecuada, la adición de agentes anti-higroscópicos y un mejor envasado.

Aparte de su uso como fertilizante, el nitrato de amonio centra sus aplicaciones como parte de explosivos comerciales y militares. Es difícil de detonar, pero si se utiliza con aceite o con otros materiales explosivos puede llevarse a cabo su detonación. Se suele usar en minas y canteras. El nitrato de amonio mezclado con TNT forma el amatol, principal explosivo militar convencional.

 

Reacción de Síntesis

Su producción se realiza a partir de ácido nítrico acuoso y amoniaco gaseoso. Se debe tener en cuenta que la reacción es muy peligrosa debido al carácter explosivo comentado anteriormente. Este aspecto se ve reflejado en su reacción exotérmica de descomposición, con una entalpía aproximada de -25,5 Kcal/g·mol.

El nitrato de amonio es muy soluble en agua, por lo que si se usa como fertilizante hay que tener muy controlado la presencia de humedad durante su almacenamiento para evitar los problemas de formación de tortas citados anteriormente.

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