Una fábrica de coquización o una planta de coquización es donde el coque y el gas manufacturado se sintetizan a partir del carbón mediante un proceso de destilación en seco . Los componentes volátiles del carbón pirolizado , liberados por el calentamiento a una temperatura de entre 900 °C y 1.400 °C, generalmente se extraen y se recuperan. También hay plantas de coquización donde los componentes liberados se queman: esto se conoce como un proceso de recuperación de calor. Luego se forma una capa de ceniza en la superficie del coque resultante. [1] La desgasificación del carbón le da al coque una porosidad muy buscada. Los gases se descomponen por condensación fraccionada en alquitranes de hidrocarburos , ácido sulfúrico , amoníaco , naftaleno , benzol y gas de coque; luego estos productos se purifican en otros reactores químicos . Alemania todavía tiene cinco plantas de coquización en funcionamiento (a partir de 2010) para satisfacer las necesidades de su industria nacional. [2]
El coque se utiliza principalmente para producir hierro fundido en altos hornos , que sigue siendo su principal uso en la actualidad. La desgasificación reduce considerablemente su contenido de azufre, lo que permite a la industria siderúrgica producir hierro fundido de mayor calidad con menores emisiones. Aparte de esto, la ceniza de coque tiene más o menos la misma composición que el carbón duro común. [3]
En los primeros tiempos de la metalurgia ferrosa , el carbón vegetal se utilizaba exclusivamente en la producción de minerales . [4] Los carbones fósiles crudos ( lignito y carbón negro ) o la madera no carbonizada no son adecuados para la metalurgia del hierro , ya que su contenido de impurezas les impide alcanzar una temperatura lo suficientemente alta como para producir buen hierro fundido. La demanda de carbón vegetal , extraído de hornos de coque que funcionaban de forma muy similar a las plantas de coque modernas, provocó talas masivas que desfiguraron permanentemente regiones enteras (por ejemplo, el bosque de Ashdown en Inglaterra). No fue hasta el siglo XVIII cuando se concibió la idea de purificar el carbón natural en plantas de coque. El nuevo combustible pronto desplazó por completo al carbón vegetal, lo que hizo posible la producción en masa de hierro fundido y, por lo tanto, los ferrocarriles. [5] [6]
Calentando carbón en ausencia de aire se obtiene coque, un combustible especialmente rico en carbono , más puro y de mayor calidad que el carbón natural. Controlando el proceso se pueden conseguir niveles de rendimiento específicos en cuanto a las siguientes propiedades: [7]
El coque se utiliza con mayor frecuencia en los altos hornos y fundiciones . Una de las propiedades más importantes del coque de alto horno es su dureza, que conserva incluso a altas temperaturas: así, al tiempo que sirve como combustible, asegura la estabilidad de la pila de minerales de hierro y fundente , mientras que el carbón duro común se cocería y obstaculizaría la oxigenación de la mezcla. [8]
El horno de coque es el elemento central de una planta de coque. Los hornos horizontales, que son los más utilizados (son adecuados para controlar las distintas etapas de extracción), tienen la forma de compartimentos estrechos (aproximadamente 50 cm de ancho), pero de varios metros de alto y varios metros de profundidad. Los compartimentos modernos tienen un volumen de hasta 100 m3 (por ejemplo, 0,5 × 6 × 32 m). Por regla general, estos hornos están dispuestos en una batería, separados por inyectores para los gases quemados a entre 1.200 y 1.400 °C, lo que garantiza el mantenimiento de la temperatura interna. Estos gases provienen de los extractores de humos, que también garantizan la recuperación de calor. Si se encuentra en el sitio de una planta siderúrgica, el gas de alto horno también se puede utilizar para calentar los pisos inferiores, donde se mezcla con el gas del tostador de carbón. Cada media hora, el calentamiento de la batería de hornos se alterna entre los lados y la parte superior, para garantizar la tostación isotrópica del carbón. [9]
Tras una fase inicial de unos tres meses tras la puesta en servicio, el sistema de calefacción de una planta de coquización funciona de forma continua. Un calentamiento demasiado rápido o una parada demasiado brusca se acompañan de tensiones térmicas que provocan daños irreparables en los hornos. [9]
Los hornos, al igual que los altos hornos, están revestidos internamente con capas refractarias de chamota o silicato . Cada horno tiene tres aberturas: las puertas delantera y trasera, que son aproximadamente tan anchas como el propio horno, y la trampilla de llenado/vaciado en la parte superior. Un rastrillo oleohidráulico ajusta las capas de carbón horizontalmente dentro del horno. [10] [11]
El techo no es sólo la losa de cierre de la batería de hornos: es también el lugar donde la grúa aérea que lleva el cubo de carbón llega para cargar cada horno individual. Para el trabajador encargado de esta operación, la exposición al riesgo es máxima: el polvo, el calor y las llamas hacen que la tarea sea extremadamente peligrosa. [11]
Dependiendo del tipo de horno, los depósitos de carbón se ubican en la parte superior de la batería de hornos o en un extremo. Cada depósito contiene la cantidad de carbón necesaria para llenar un horno. Estos depósitos contienen una mezcla de carbones especialmente seleccionados para la calidad del coque a producir, y previamente tamizados o pulverizados. [11]
La reja de barrido es un carro móvil sobre raíles, situado a lo largo de un lado de la batería de hornos. Está diseñado para sacar las briquetas de coque de los hornos y transportarlas al lugar de procesamiento. Está equipado con un brazo articulado, que a menudo comprende dos articulaciones, capaz de barrer toda la longitud de la batería de hornos. La unidad de potencia hidráulica está ubicada en la base de este brazo articulado. El pasillo delante de los hornos a lo largo de los raíles se llama pasillo maestro; debe permitir el paso simultáneo del trabajador encargado de cerrar las puertas y del capataz. [11]
Una vez que el horno está lleno, el alimentador del horno regresa a la tolva de carbón y carga el siguiente horno. Los ciclos se cronometran de modo que se pueda poner en marcha un nuevo horno cada dos minutos. Las paredes del horno se calientan continuamente. Dependiendo de las propiedades de los ladrillos de coque y del tamaño del horno, la cocción demora entre 15 y 30 horas. [5]
El coque debe enfriarse con especial rapidez, ya que, tan pronto como entra en contacto con el aire ambiente, su temperatura extremadamente alta hace que comience a arder. [12]
Hay dos formas de enfriar el coque:
En 1986, durante el enfriamiento se encontraron entre 200 g y 2 kg de impurezas sólidas por tonelada de coque. Gracias al moderno proceso de enfriamiento por estabilización del coque, esta cantidad se ha reducido a entre 10 y 15 g/t. [12]
Esto generalmente se lleva a cabo con nitrógeno líquido , elegido como gas inerte .
A mediados del siglo XIX, los industriales se dieron cuenta del valor de los gases de escape para la industria química . Los destiladores utilizados para lavar los gases y separar sus componentes a menudo se montaban en la base de la batería de hornos y se conectaban mediante tuberías estancas. Los gases se extraen mediante ventiladores, que deben mantener una sobrepresión de entre 2 mbar y 5 mbar, para evitar cualquier riesgo de explosión en el horno como resultado de la entrada de aire exterior. Si el ventilador está bloqueado, se crea una antorcha de rutina. [14]
El gas de carbón se enfría y se lava en un depurador ; luego los productos de condensación se separan y se envían a varias plantas. [15]
Los precios mundiales del coque se han disparado. [ ¿Cuándo? ] Entre 2002 y 2004, la demanda de acero hizo que el precio del coque producido en China se disparara de 80 dólares a casi 350 dólares, más del cuádruple del precio y tres veces más alto que el aumento simultáneo del precio del propio acero. [16]
Al mismo tiempo, los chinos desmantelaron la moderna planta de coquización Kaiserstuhl en Dortmund , en el Ruhr , y la reconstruyeron en China. [17] La última planta de enfriamiento en seco de Alemania no pudo compensar la falta de capacidad, ya que el grupo ThyssenKrupp consolidó sus plantas de hierro y acero en Dortmund y Duisburg . [16]
Las tres últimas plantas de coquización en funcionamiento en la cuenca del Ruhr – la planta de coquización Prosper de ArcelorMittal en Bottrop , la planta de coquización Carbonaria/ ThyssenKrupp en Duisburg -Schwelgern y la planta de coquización de la central térmica de Duisburg-Huckingen – han estado al límite de su capacidad desde 2010. El 3 de junio de 2005, las autoridades del distrito de Düsseldorf aprobaron la ampliación de la planta de coquización de Duisburg-Huckingen para HKM (Hüttenwerke Krupp Mannesmann) por ser de interés público, y esto fue confirmado el 13 de enero de 2006. La planta de coquización fue inaugurada el 29 de marzo de 2014. [18]
En diciembre de 2005 se aprobó la modernización de la central de coquización del Sarre (Zentralkokerei Saar GmbH) en Dillingen. Para ello se construirá una tercera batería de hornos completamente nueva. Esto permitirá, en última instancia, interrumpir el funcionamiento de la batería de hornos 1, que será reconstruida. La batería 2 se irá desmantelando progresivamente. [19]
En Francia, en noviembre de 2000, estaban en funcionamiento 6 plantas de coquización: 3 propiedad del grupo siderúrgico Usinor en Serémange , Dunkerque y Fos-sur-Mer , 2 propiedad de Charbonnages de France en Drocourt y Carling , y la planta suspendida de Pont-à-Mousson [20] [21] . En mayo de 2020, tras el cierre de la planta de coquización de Serémange, solo permanecerán en funcionamiento las plantas de Dunkerque y Fos-sur-Mer. [22]
La planta de coquización de Carling se cerró en octubre de 2009 debido a la contaminación por policlorobifenilo y fue demolida por completo en 2014. [23]
En vista del aumento sostenido del precio del coque, varios partidarios de la industria han manifestado a las autoridades alemanas que sería rentable reabrir algunas minas de carbón. Por ejemplo, existe un proyecto financiado enteramente con fondos privados para abrir una mina al norte de Hamm , pero la magnitud de la inversión lo hace imposible. [24] Los escépticos temen que la inversión en este sector durante el ciclo económico actual pueda tener consecuencias para las finanzas públicas en caso de escasez. [25]
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