La industria del carbón Dr. David Bell Profesor asociado Departamento de Ingeniería Química y Petróleo Universidad de Wyoming Laramie, Wyoming, EE.UU. Mina de carbón en el Powder River Basin, Wyoming, EE.UU

Análisis de carbón Carbón es biomasa fosilizada que ha cambiado por la acción del calor y la presión durante millones de años. El calor de la combustión: – HHV poder calorífico superior de mayor valor (English: higher heating value) Incluye el calor de condensación del vapor – LHV poder calorífico inferior de menor valor (English: lower heating value) No incluye el calor de condensación del vapor

El análisis inmediato: – (1) se seca el carbón. – (2) se calienta el carbón secado sin aire para producir volátiles (el gas + el alquitrán) y el coque sólido. – (3) El coque es quemado, dejando cenizas. – Carbono fijo se obtiene por diferencia (producción de coque – producción de cenizas). El análisis elemental: – Composición elemental – C, H, 0, N, S (los elementos más comunes)

Clasificación de carbón Basado principalmente en el valor del poder calorífico. GRADOComentario AntracitaRaro Bituminosocomún, comercio internacional Sub-bituminosocomún, comercio doméstico Lignito (el carbón marrón) Yacimientos grandes, no hay mucho minería mayor menor

Las reservas y la producción de carbón Producción 2006, millones de toneladas Reservas 2003, millones de toneladas Reservas/ Producción, años América del Norte EE.UU América del Sur Colombia Europa (sin Rusia) Rusia Asia China África Australia EL MUNDO

Comercio internacional El carbón bituminoso es el más común en el comercio internacional. Los carbones de menor grado tienen mayor densidad, y mayor costo de flete por la misma cantidad de energía. Indonesia exporta carbón sub-bituminoso a las naciones asiáticas. Los precios están aumentando debido al crecimiento económico en Asia.

El carbón Powder River Basin (PRB) es carbón sub-bituminoso y es el de mayor producción en los EE.UU. (400 millones de toneladas/año). Isla RiescoPRBLignito Freedom, EE.UU. El carbón marrón Loy Yang, Australia HHV, kcal/kg (como recibido) LHV, kcal/kg (como recibido) El análisis inmediato (como recibido) humedad, %22,325,836,162 volátiles, %31,530,326,519,5 carbono fijo, %26,035,727,517,9 cenizas, %20,28,29,90,6

Las cenizas tiene bajo contenido de alcalinos, y tienen un punto de fusión muy alto. El análisis elemental (como recibido) Isla RiescoPRBLignito Freedom, EE.UU. El carbón marrón Loy Yang, Australia Carbono42,050,139,625,5 Hidrógeno5,93,46,711,6 Oxígeno31,111,142,662 Nitrógeno0,50,70,6 Azufre0,30,70,60,1 Cenizas20,28,29,90,6

Combustión del carbón pulverizado

Las plantas de combustión de carbón pulverizado recientes usan el diseño supercrítico. Diseño Subcrítico (diseño actual) Diseño Supercrítico (nuevo diseño) El punto crítico del agua presión de la caldera, MPa 16,524,121,94 temperatura de la caldera, °C HHV eficiencia, %36,839,1

Los contaminantes regulados en los EE.UU. CO – Controlado por la razón aire / carbón NO x (óxidos de nitrógeno) – El diseño de quemadores de baja emisión de NO x – SCR (reactor catalítico) después de la caldera: NO x + NH 3 → N 2 + H 2 O Partículas – PM 10 : menos de 10 micrones – PM 2.5 : menos de 2.5 micrones – Filtro de manga o precipitador electrostático

SO 2 – Lavado con piedra caliza: SO 2 + CaCO 3 → CaSO 3 + CO 2 Mercurio (nuevo) – Inyectar carbonos bromados aguas abajo del SCR para recolectar en filtro de manga. CO 2 – Todavía no es regulada. – Hay intenso debate político.

CCS CCS Captura y secuestro de carbono (English: carbon capture and sequestration): – Separa CO 2, comprime, y dispone bajo tierra para mantenerlo fuera de la atmósfera. EOR Recuperación aumentada de petróleo (English: Enhanced oil recovery): – Supercrítico CO2 utilizado para disolver el petróleo que queda en antiguos reservorios de petróleo. Acuífero salino – Rocas porosas llenas de solución salina. – Roca no porosa superior para evitar la pérdida de fluido (parecido a la reserva de petróleo y gas). – Reemplaza el agua con CO 2

Después de la combustión - Captura de carbono MEA monoetanol amina

Combustión de carbón pulverizado Carbón bituminoso de Illinois Sin CCSCon CCS El Potencia total, MW550 Alimentación de carbón, t/hr Eficiencia, HHV36,8 %24,9 % Costo del capital, miles millones CH$ Costo de la electricidad, CH$/kW-hour3462 Costo de CO 2 (emisiones evitadas), CH$/tonelada El CO 2 de los gases de combustión tiene baja presión parcial y requiere una gran cantidad de energía para removerlo. Hay gran interés en la investigación para remover CO 2 de los gases de combustión.

Oxicombustión Quemar el carbón en oxígeno, no en el aire. Temperatura de llama sería muy alta para los materiales de la caldera. Se diluye el oxígeno con los gases de combustión reciclados. Los gases de combustión contiene principalmente el CO 2 y el agua. Se comprimen y se enfrían para eliminar el agua. La separación de CO 2 no es necesaria. Planta de demostración FutureGen 2.0 en Illinois, USA. – Una planta de energía convencional convertida.

Ciclo de conferencias (1) Esta conferencia: La industria del carbón. (2) Gasificación del carbón: La conversión del carbón a una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono (gas de síntesis). (3) Aplicaciones de la gasificación: – La conversión de gas de síntesis a electricidad. – sustituir el gas natural. – producción de amoniaco, metanol y combustibles líquidos.