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QUIMICA ANALITICA APLICADA Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos Tema 11. Carbones y derivados. Clasificación de los Carbones y sus.

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1 QUIMICA ANALITICA APLICADA Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos Tema 11. Carbones y derivados. Clasificación de los Carbones y sus derivados. Componentes mayoritarios y minoritarios. Contenido en azufre. Contenido en elementos traza.

2 Carbones Combustible sólido con más de un 50% en peso de carbono (70% en volumen) resultante de la descomposición lenta de grandes cantidades de materia vegetal durante las épocas geológicas pretéritas. Principales usos La industria siderúrgica. Generación de energía eléctrica en centrales térmicas. CARBONES Y DERIVADOS Componentes de los Carbones Los carbones están constituidos, por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre: -El carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno proceden de los vegetales originales. -El azufre puede ser de origen orgánico o inorgánico (proveniente de minerales que han impurificado el lecho de carbón durante su formación).

3 CARBONES Y DERIVADOS Teorías sobre la formación de los carbones. Hickling Existe una continuidad en la formación y las diferencias se basan al tiempo que ha durado el proceso de carbonización: madera turba lignito hulla antracita Hilt La carbonización se acentúa con la profundidad debido a los efectos de la presión y temperatura. Mackenzie-Taylor Cada tipo de carbón es el final de un proceso diferente según las condiciones de carbonización. Mackenzie-Taylor Propiedades y composición

4 CARBONES Y DERIVADOS Obtención del coque. Calentamiento de las hullas en recipientes cerrados hasta temperaturas de unos 1000ºC con lo que se obtienen gases de coquería (H 2, CH 4, CO, C n H 2n, N 2 y CO 2 ), líquidos (alquitrán de hulla y amoníaco) y un residuo sólido que se denomina coque (65-80%). Proceso de coquización. 100ºC: Desorción de O 2, N 2, CH 4 y H 2 O. 100ºC: Desorción de O 2, N 2, CH 4 y H 2 O ºC: Desorción de SH 2, CO, CO 2 y olefinas ºC: Desorción de SH 2, CO, CO 2 y olefinas. 310ºC: Aparecen porciones líquidas. 310ºC: Aparecen porciones líquidas ºC: Se inicia la fusión ºC: Se inicia la fusión 550ºC: Fin de la fusión.Desprendi- miento de H 2.550ºC: Fin de la fusión.Desprendi- miento de H ºC: Craqueo ºC: Craqueo. >1000ºC: Procesos de grafitización.>1000ºC: Procesos de grafitización.

5 ANALISIS INMEDIATO DE CARBONES Esquema del análisis inmediato de carbones Determinación de humedad Se determinan sometiendo la muestra en una mufla a 110 ºC durante una hora Determinación de cenizas Se determina pesando el residuo inorgánico (3-15%) que perma- nece tras la combustión del carbón en presencia de oxígeno bajo unas condiciones específi- cas (950 ºC). No corresponde exactamente al contenido real de materia inorgánica ya que algunos compuestos inorgánicos se transforman: 4FeS 2 +4O 2 2Fe 2 O 3 +8SO 2 4FeS 2 +4O 2 2Fe 2 O 3 +8SO 2 CaCO 3 CaO+CO 2 CaCO 3 CaO+CO 2

6 Determinación de materiales volátiles. Productos de descomposición de las sustancias orgánicas (2-45%) que se desprenden como gases o vapores al calentar el carbón en ausencia de aire. El residuo que queda se denomina coque. Fórmula empírica de Hülsbrusch Rendto. práctico de coquización=Rendto. de coque en el crisol x 0, Determinación del poder calorífico Calorías producidas en la combustión de 1 g de carbón. Su valor es directamente proporcional al contenido en carbono e hidrógeno e inversamente proporcional al contenido en oxígeno. Métodos Directos: Calorímetro. Métodos Indirectos: Fórmulas empíricas. A) Fórmula de Doulong: Poder Calorífico=81 x %C (%H - % O/8) + 25 %S B) Fórmula de Gouthal: Poder Calorífico=82 x Carbono Fijo + x Materias Volátiles Carbono Fijo = Coque – Cenizas El coeficiente representa el nivel calorífico dividido por 100 de las materias volátiles. Su valor varía con el contenido de materia volátil referida al carbón seco exento de cenizas M´: ANALISIS INMEDIATO DE CARBONES

7 CombustiónReducción Volumen de mezclado Volumen de muestra Detectores de Conductividad Térmica HCNEntrada de muestra Trampa de H 2 OTrampa de CO 2 Purificadores O2O2 He Trampa de H 2 O = Perclorato de Magnesio Trampa de CO 2 = Sosa-Asbesto Trampa de SO 2 = Óxido de Plata ANALISIS ELEMENTAL AUTOMATIZADO DE CARBONES


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