Coquización

Es un proceso de desintegración térmica para romper las moléculas grandes en otras más pequeñas con la generación de coque de petróleo.

En el presente capítulo se describen tecnologías de transformación del carbón, incluidos los procesos de coquización y destilación lenta. El fin de estos procesos es la obtención de coque y gas, así como de productos derivados del alquitrán y de otras materias químicas brutas.

Las plantas requeridas para estas actividades pueden construirse y explotarse independientemente, o bien en combinación con instalaciones de industrias afines (véanse los capítulos "Planificación de emplazamientos industriales" y "Ordenación del espacio y planificación regional").

En caso de una explotación combinada, las instalaciones transformadoras pueden construirse, por ejemplo, cerca de minas de carbón o de plantas siderúrgicas.

En el primer caso, el producto a procesar (carbón) puede ser transportado por vía directa a la instalación transformadora. La cercanía de plantas siderúrgicas, en cambio, brinda la posibilidad de utilizar el coque directamente en éstas, acortando las distancias de transporte y facilitando el suministro del gas de coque al consumidor mediante una red de baja presión. El gas de tragante de la planta siderúrgica, por su parte, es pobre en azufre y puede aprovecharse como combustible (por ejemplo, en una coquería).

Las plantas transformadoras de carbón que funcionan independientemente y que no cuentan con instalaciones afines cercanas precisan amplias obras de infraestructura para transportar, cargar, descargar y almacenar los insumos de producción, las materias auxiliares y los productos finales (véanse también los capítulos "Circulación vial", "Planificación del tráfico", "Puertos interiores", "Vías férreas y servicio de ferrocarriles").

Además, el gas producido en ellas debe ser comprimido y depurado para el suministro a distancia.

La destilación lenta y la coquización del carbón, descritas en este capítulo, se refieren siempre al calentamiento con exclusión de aire en reactores adecuados.

Los procesos se clasifican en función de la temperatura a la que tienen lugar, pudiéndose distinguir entre:

- destilación a baja temperatura (450 - 700°C);

- coquización a mediana temperatura (700 - 900°C);

- coquización a alta temperatura (más de 900°C).

Si bien es cierto que todos los procesos arriba mencionados se basan en el mismo principio, las diferencias de temperatura implican diferentes productos y condiciones de operación. Por consiguiente, existen diferentes sistemas de reactores.

a) Destilación lenta

En el proceso de destilación lenta, empleado comúnmente para procesar el lignito, se emplean primordialmente reactores de carbón a granel, reactores de lecho fluidizado o reactores de corriente ascensional.

El calentamiento de los reactores puede realizarse mediante:

- aprovechamiento de coque caliente circulatorio como portador de calor o

- suministro directo de calor al material de carga, mediante gases de reciclaje calientes (gases de circulación).

El gas producido en el proceso de destilación lenta es enfriado (condensado), desalquitranado, comprimido y depurado antes de ser conducido al consumidor.

El coque residual es enfriado mediante apagado en húmedo o gas frío antes de ser suministrado a la instalación consumidora.

La destilación lenta se usa principalmente para obtener derivados del alquitrán, sustancias químicas brutas y gas de destilación lenta. El coque obtenido de esta forma es de baja calidad y no puede ser utilizado en la industria siderúrgica. Sin embargo, puede utilizarse para otros fines (por ejemplo, para procesos que no requieren coque de alta resistencia).

b) Coquización

La coquización del carbón mineral se realiza en hornos regenerativos de cámara horizontal que funcionan en grupos de retortas. Los hornos funcionan con material suelto o apisonado, dependiendo de si el carbón es apto o no para la producción de coque resistente de alta calidad con aptitud para altos hornos.

Los hornos de coque son calentados con gas; el calor generado se transfiere al material de carga (carbón) mediante paredes de calefacción. La calefacción puede realizarse con gas de coquería parcialmente depurado, gas de tragante o mezclas de distintos gases combustibles. Incluso al calentar exclusivamente con gas de coquería, siempre quedan excedentes de gas con valores caloríficos de aprox. 16.000 - 20.000 kJ/m³, los cuales son depurados para el suministro a consumidores.

Los hornos de coque son cargados y descargados por medios mecánicos; además, disponen de sistemas que transfieren el coque a recipientes de apagado (vagonetas o coqueras) y lo transportan en estado caliente a las instalaciones de apagado en húmedo o de enfriamiento en seco.

En el proceso de coquefacción a temperatura mediana (750 a 900°C), el gas de coquería se acumula sobre la carga y pasa a un colector por una tubería ascensional. A continuación, es rociado con agua de circulación a fin de enfriarlo y condensarlo parcialmente. Durante esta fase se precipita gran parte del alquitrán bruto.

En la etapa siguiente, el gas es enfriado nuevamente hasta alcanzar una temperatura de 25°C, aproximadamente. Luego se procede al desalquitranado fino en filtros electrostáticos y a la extracción de los componentes gaseosos, mediante absorción (sulfuro de hidrógeno, amoniaco, ácido cianhídrico, dióxido de carbono, benceno y naftaleno).

Estos componentes, a su vez, pueden ser tratados para obtener otros productos, tales como:

- sulfato de amoniaco (después de transformar el sulfuro de hidrógeno en ácido sulfúrico);

- sulfuro recuperado (procedimiento de Claus con craqueado simultáneo del amoniaco);

- benceno bruto y

- alquitrán bruto.

Si los gases sobrantes de la coquería no pueden ser llevados a una red de distribución de baja presión, se procede a su compresión y depuración complementaria, a fin de bajar el punto de rocío y de extraer benceno bruto/naftaleno y sulfuro de hidrógeno.

Las aguas residuales producidas durante la condensación del gas o durante la extracción de sulfuro de hidrógeno y amoniaco son tratadas en pasos múltiples; los tratamientos empleados incluyen la destilación en copelas y la desfenolización (mediante extracción, procedimientos biológicos, etc.).

El volumen de procesamiento de una coquería moderna suele ser de unas 6.000 a 10.000 toneladas de carga de carbón por día, lo cual equivale a una producción de coque de 4.500 a 7.500 toneladas diarias.

Con este volumen de producción, se generan unos 80.000 a 150.000 m³/h de gas y unos 80 a 150 m³/h de aguas residuales.

c) Clasificación de los procesos

La destilación lenta y la coquización requieren medidas técnicas de protección ambiental similares.

Sin embargo, debido a la mayor capacidad de producción instalada y a las aplicaciones tecnológicas más amplias, la coquización desempeña un papel más importante que la destilación lenta. Esto se refleja en el hecho de que, actualmente, las leyes, directrices y reglamentos sobre emisiones contemplan primordialmente los procesos de coquización; no obstante, las plantas de destilación lenta deberían evaluarse en base a las mismas premisas.

http://ces.iisc.ernet.in/energy/HC270799/HDL/ENV/envsp/Vol222.htm

El crudo, previamente acondicionado, se somete a una destilación a presión ligeramente superior a la atmosférica en la que se obtienen, además de gases, naftas y otros destilados más pesados, un residuo que contiene la mayor parte del azufre, nitrógeno, metales pesados y fracciones pesadas del petróleo (asfaltenos, resinas, etc) denominado crudo reducido. Este crudo reducido suele alimentar una columna de destilación a vacío en la cual se obtienen una serie de fracciones y un nuevo residuo denominado Residuo de Vacío. Estos dos residuos van a dar lugar, dependiendo de las características del crudo de partida, bien al coque de combustión, o bien al regular. En muchas refinerías, con el fin de aumentar el rendimiento en determinadas fracciones ligeras (gasolinas, gas-oil, etc) existe otra serie de procesos como el craqueo catalítico o la pirólisis, los cuales dan lugar a otros residuos, con menos impurezas que los anteriores, denominados Aceite Decantado (el primero) y Fuel-Oil de Pirólisis (el segundo). Estos residuos una vez coquizados dan lugar al coque de aguja y al de recarburación, respectivamente.

Los residuos anteriormente mencionados se someten a un tratamiento térmico entre 400 y 600 ºC, obteniéndose un producto sólido primario, con un contenido en materia volátil entre un 6 y un 20%, que se denomina coque de petróleo verde. La técnica de carbonización, o coquización, de residuos de petróleo empleada por casi el 90% de la industria se conoce como coquización retardada. También existe la coquización en lecho fluidizado pero es menos utilizada.

El coque verde obtenido en el proceso de coquización no es, generalmente, utilizable en estas condiciones. Sólo para el coque combustible es suficiente este tratamiento térmico. El coque regular, utilizado en la fabricación de electrodos para la producción de aluminio por medios electrolíticos, debe ser tratado a una temperatura superior (1350 ºC aproximadamente) debido a su tendencia a contraerse cuando se le somete a un tratamiento térmico. El coque de aguja utilizado para la fabricación de electrodos de grafito se debe someter a una temperatura de 2600-2800 ºC para conseguir un material con las características apropiadas. Este tratamiento térmico más enérgico, a que son sometidos los coques verdes, se denomina calcinación y da lugar al denominado coque de petróleo calcinado. La calidad final del producto calcinado depende además de la propia calidad del material verde, de las condiciones de calcinación utilizadas, como son la velocidad de producción, la temperatura del horno, el tiempo de residencia y el procedimiento de enfriamiento, que a su vez dependen del equipo de calcinación que se utilice. Los dos equipos utilizables en la calcinación comercial del coque verde son el horno rotatorio y el horno de solera, siendo este último el más utilizado.

Los coques que presentan un mayor valor añadido son: el coque de recarburación, utilizado para ajustar el contenido en carbono del acero y por tanto con unas especificaciones muy restrictivas en cuanto al contenido en impurezas, y el coque de aguja, que debido a sus altas exigencias requiere de materias primas especiales (aceites de decantado) y una selección muy rigurosa de las variables de coquización y calcinación que optimicen la calidad del mismo. En un lugar intermedio

se encontraría el coque regular, utilizado en la fabricación de ánodos para la producción de aluminio y con menores exigencias que los anteriores. El coque combustible es el más barato de todos, ya que además de ser el de más baja calidad no se somete al proceso de calcinación y se comercializa en su estado de coque verde. Este coque de petróleo es el de mayor producción a nivel mundial, lo que unido al descenso en la demanda que está experimentando por parte de sus consumidores tradicionales (centrales térmicas, industrias cementeras, etc.) hace necesario buscar nuevos campos de aplicación para dicho tipo de coque.

http://www.oviedocorreo.es/personales/carbon/coque/coque%20de%20petroleo.htm

Diagrama del Proceso de Coquización.

Etapa de Coquización. Cuando un carbón es pirolizado térmicamente o destilado destructivamente (a altas temperaturas) sin entrar en contacto con el aire, se convierte en una gran variedad de productos sólidos, líquidos y gaseosos. La eliminación de la fase gaseosa hace que el proceso se denomine desgasificación de carbones, mientras que la obtención final del coque da origen al término carbonización o coquización.

La planta de Coquería tiene por objeto producir el coque metalúrgico mediante una destilación a altas temperaturas de la hulla o carbón mineral en hornos, sin presencia del aire.

La planta de Coquería está compuesta básicamente por :

* La batería de hornos.

* La planta de Subproductos.

Batería de Hornos. El objetivo de la Batería es producir el coque para el alto horno denominado "Coque Metalúrgico" y de los gases obtener algunos subproductos.

El carbón optimo para coquizar tiene aproximadamente 31% de materias volátiles y se obtiene de una mezcla de carbones.

Los carbones se reciben de tres clases con el fin de obtener un carbón apropiado:

40% de Carbón Alto Volátil (38-41% materia volátil)

20% de Carbón Medio volátil (30-33% materia volátil)

40% de Carbón Bajo Volátil (23-27% materia volátil).

La coquización se practica en hornos verticales tipo Koppers - Becker , en un proceso de calentamiento de dos tiempos. Esta batería posee dos partes denominadas lado coque y lado máquina, construidos en alto sílice y ladrillo silico - aluminoso en su mampostería refractaria ;

ladrillo común y material aislante en su mampostería estructural y soportados por una estructura metálica.

Sistema de Calentamiento de la Batería. La batería se calienta con gas de coque que es el mismo que ha sido depurado o limpiado en la planta de subproductos y que se recircula para ser utilizado como combustible y dador de la carga térmica que necesita la batería.

El gas entra por un sistema de tuberías hasta unos inyectores colocados en las cámaras de combustión para que se mezcle con aire que ha sido previamente precalentado en unos ductos con empaquetados de anillos llamado regenerador.

Luego de que se ha producido la mezcla gas - aire se produce una combustión formándose humos que tienen la función de calentar los hornos de manera uniforme.

En este calentamiento los gases circulan de un lado hacia el otro del horno por medio de una máquina llamada Torno de Inversión el cual se encarga de abrir y cerrar las boquillas de entrada del aire en un ciclo que dura 40 minutos ( 20 minutos en cada sentido ) . Este torno de inversión trabaja con un reloj temporizado que cada 20 minutos hace un cambio en el sentido de la combustión, permitiendo que los hornos de la batería estén calentados uniformemente de lado y lado ofreciendo un buen aprovechamiento de la temperatura o capacidad calorífica del gas y el humo por eficiencia térmica.

La reacción de destilación destructiva que ocurre en el proceso de coquización es la siguiente :

C357H281O39 C280H26O8 + C27H22O2 + 5C10H41O3 + 14 H2O

( hulla ) ( coque) ( alquitrán ) ( gases)

Descripción del Proceso de Coquización. Los carbones son traídos a la planta de coque en camiones de donde se descarga a una tolva. El carbón es conducido en transportadores de banda a un triturador de rodillos de donde sale con un tamaño inferior a 1 Pulg. El carbón de tamaño inferior de 1 pulg es conducido por una banda transportadora al silo de mezclas. Este, está dividido en cuatro silos y acondicionados individualmente en su parte inferior con un dosificador de carbón automático, que suministra en forma constante la misma cantidad en peso, sin importar las condiciones en que vengan (humedad, granulometría, etc).

Se hacen las mezclas de los diferentes carbones y después se les adiciona agua de acuerdo al estado de humedad en que se encuentre ya que un carbón demasiado seco produce polvo que afecta las partes eléctricas y mecánicas así como también hay mayor propensión a incendios en los cargues y producción de grafito. También a la mezcla de carbones se le adiciona ACPM con el fin de aumentar la densidad del carbón y por consiguiente la calidad de producción del coque en la Batería.

El carbón en estas condiciones pasa a una criba vibratoria con mallas de 3mm, donde pasa a un molino de martillos que pulveriza y mezcla el carbón dando un producto cuya granulometría no

debe pasar del 10 % por encima de 3mm, que es el tamaño mas adecuado y apropiado para cargar en los hornos y obtener un coque de buena calidad.

Los carbones que salen de la criba y del molino de martillos caen a un transportador y pasan a los silos de la Batería. Los silos de batería son cuatro con capacidad de 400 Ton cada uno. Esos silos en su parte inferior tienen compuertas movibles que son a condicionadas con el fin de cargar el carbón al horno.

Los Hornos tienen cuatro aberturas de cargue y una para evacuación del gas producido por la destilación del carbón al igual que dos compuertas para facilitar el deshorne y descarga del coque.

La maquina Deshornadora es la que se encarga de retirar el coque de los hornos. Esta máquina tiene translación propia y fundamentalmente: quita las puertas, deshorna y nivela los hornos. La máquina Guía de Coque que sirve de puente entre el horno a deshornar y el vagón de apagado; tiene translación propia y sus funciones son: quitar las puertas y guiar el coque durante el deshorne.

Luego de 20 horas, el coque se encuentra listo para deshornarlo y trasladarlo a un vagón de apagado el cual lo transporta inmediatamente a la torre de apagado, para evitar que el coque entre en combustión con el aire , en donde se le vierte una cantidad de agua durante 90 segundos desprendiéndose una gran nube de vapor de agua (templado del coque ) . Luego el coque apagado se descarga en una rampa para su reposo con el fin de que el agua se evapore completamente y apagar los que estén encendidos. Esta rampa está revestido en ladrillo prensado.

A continuación viene un proceso de estabilización en el cual el coque se tritura para reducirlo de tamaño y se criba para separar la fracción menor de 1 pulgada y la fracción mayor de 3 pulgadas y dejarlo del tamaño de 1- 3 pulgadas para que sea utilizado en el Alto Horno. El diagrama de flujo de este proceso se muestra en la gráfica.

Etapa de Sinterización. Durante los procesos de extracción de minerales, transporte y manipulación de las materias primas, se producen grandes cantidades de material, de una granulometria excesivamente fina que no permite el adecuado flujo de gases calientes a través de la carga, impidiendo llevar a cabo la fundición de la misma, por lo que se aglomera a un tamaño que permita su utilización.

Las materias primas de esta etapa son: Caliza, mineral de Hierro, Coquesillo, y finos del mismo Sinter.

Caliza: Llega entre 6-120 mm de grosor; se le hace un cribado para una granulometria inferior de 3.36 mm.

Mineral de hierro. Debe tener una granulometria menor de 9.5 mm.

Coquesillo: Son los finos de la planta de Coqueria y se debe obtener a una granulometría menor a 3,36 mm.