En química industrial , la gasificación del carbón es el proceso de producción de gas de síntesis (una mezcla que consiste principalmente en monóxido de carbono (CO), hidrógeno ( H 2 ), dióxido de carbono ( CO 2 ), metano ( CH 4 ) y vapor de agua ( H 2 O )) a partir de carbón y agua , aire y/o oxígeno.
Históricamente, el carbón se gasificaba para producir gas de hulla , también conocido como "gas de ciudad". El gas de hulla es combustible y se utilizaba para calefacción e iluminación municipal, antes de la llegada de la extracción a gran escala de gas natural de los pozos de petróleo.
En la práctica actual, las instalaciones de gasificación de carbón a gran escala se utilizan principalmente para la generación de electricidad (tanto en centrales térmicas convencionales como en centrales eléctricas con pilas de combustible de carbonato fundido ) o para la producción de materias primas químicas. El hidrógeno obtenido de la gasificación del carbón se puede utilizar para diversos fines, como la fabricación de amoníaco , la alimentación de una economía basada en el hidrógeno o la mejora de los combustibles fósiles .
Como alternativa, el gas de síntesis derivado del carbón se puede convertir en combustibles para el transporte, como gasolina y diésel , mediante un tratamiento adicional , o en metanol , que a su vez se puede utilizar como combustible para el transporte o aditivo de combustible, o que se puede convertir en gasolina .
El gas natural procedente de la gasificación del carbón se puede enfriar hasta que se licúe para su uso como combustible en el sector del transporte. [1]
En el pasado, el carbón se convertía para producir gas de carbón, que se enviaba por tuberías a los clientes para que lo quemaran para iluminación, calefacción y cocina. Los altos precios del petróleo y el gas natural llevaron a un mayor interés en las tecnologías de "conversión de BTU", como la gasificación , la metanización y la licuefacción. La Synthetic Fuels Corporation era una corporación financiada por el gobierno de los EE. UU. establecida en 1980 para crear un mercado de alternativas a los combustibles fósiles importados (como la gasificación del carbón). La corporación se disolvió en 1985.
El científico flamenco Jan Baptista van Helmont utilizó el nombre de «gas» en su obra Orígenes de la medicina ( c. 1609 ) para describir su descubrimiento de un «espíritu salvaje» que escapaba de la madera y el carbón calentados y que «se diferenciaba poco del caos de los antiguos». Experimentos similares fueron llevados a cabo en 1681 por Johann Becker de Múnich y en 1684 por John Clayton de Wigan , Inglaterra. Este último lo llamó «Espíritu del carbón». William Murdoch (más tarde conocido como Murdock) descubrió nuevas formas de fabricar, purificar y almacenar gas. Entre otras cosas, iluminó su casa en Redruth y su cabaña en Soho, Birmingham en 1792, la entrada a las instalaciones de la Comisión de Policía de Manchester en 1797, el exterior de la fábrica de Boulton y Watt en Birmingham y una gran fábrica de algodón en Salford , Lancashire en 1805. [2]
El profesor Jan Pieter Minckeleers iluminó su sala de conferencias en la Universidad de Lovaina en 1783 y Lord Dundonald iluminó su casa en Culross , Escocia, en 1787, el gas se transportaba en recipientes sellados desde las plantas de alquitrán locales. En Francia, Philippe le Bon patentó un fuego de gas en 1799 y demostró el alumbrado público en 1801. Otras demostraciones siguieron en Francia y en los Estados Unidos, pero, en general, se reconoce que la primera planta de gas comercial fue construida por la London and Westminster Gas Light and Coke Company en Great Peter Street en 1812 colocando tuberías de madera para iluminar el puente de Westminster con luces de gas en la víspera de Año Nuevo de 1813. En 1816, Rembrandt Peale y otros cuatro establecieron la Gas Light Company de Baltimore , la primera compañía de gas manufacturado en Estados Unidos. En 1821, el gas natural se usaba comercialmente en Fredonia, Nueva York . La primera planta de gas alemana se construyó en Hannover en 1825 y en 1870 ya había 340 plantas de gas en Alemania que producían gas ciudad a partir de carbón, madera, turba y otros materiales.
Las condiciones de trabajo en la planta de Horseferry Road Works de la Gas Light and Coke Company en Londres, en la década de 1830, fueron descritas por una visitante francesa, Flora Tristan, en sus Promenades Dans Londres :
Se encendieron dos hileras de hornos a cada lado; el efecto no era muy distinto del de la fragua de Vulcano , salvo que los cíclopes estaban animados por una chispa divina, mientras que los oscuros sirvientes de los hornos ingleses estaban tristes, silenciosos y entumecidos... El capataz me dijo que los fogoneros eran seleccionados entre los más fuertes, pero que, sin embargo, todos se enfermaron de tuberculosis después de siete u ocho años de trabajo y murieron de consunción pulmonar. Eso explicaba la tristeza y la apatía en los rostros y en cada movimiento de los desventurados hombres. [3]
El primer suministro público de gas por tuberías se realizó mediante 13 farolas de gas , cada una con tres globos de vidrio, a lo largo de Pall Mall , Londres, en 1807. El mérito de esto se debe al inventor y empresario Fredrick Winsor y al fontanero Thomas Sugg, quienes fabricaron y colocaron las tuberías. La excavación de calles para colocar tuberías requirió legislación y esto retrasó el desarrollo del alumbrado público y el gas para uso doméstico. Mientras tanto, William Murdoch y su alumno Samuel Clegg estaban instalando iluminación de gas en fábricas y lugares de trabajo, sin encontrar tales impedimentos.
En la década de 1850, todas las ciudades y pueblos pequeños y medianos contaban con una planta de gas para el alumbrado público. Los clientes abonados también podían disponer de tuberías hasta sus casas. En esa época, el alumbrado a gas se había vuelto aceptado. La luz a gas llegó a la clase media y, más tarde, llegaron las cocinas y estufas a gas. [4]
La década de 1860 fue la época dorada del desarrollo del gas de carbón. Científicos como Kekulé y Perkin descifraron los secretos de la química orgánica para revelar cómo se produce el gas y su composición. De ahí surgieron mejores plantas de gas y los tintes púrpura de Perkin, como la mauvena . En la década de 1850, se desarrollaron procesos para producir gas de producción y gas de agua a partir del coque. El gas de agua no enriquecido puede describirse como gas de agua azul (BWG).
El gas Mond , desarrollado en la década de 1850 por Ludwig Mond , era un gas pobre elaborado a partir de carbón en lugar de coque. Contenía amoníaco y alquitrán de hulla y se procesaba para recuperar estos valiosos compuestos.
El gas de agua azul (GAU) arde con una llama no luminosa, lo que lo hace inadecuado para fines de iluminación. El gas de agua carburado (GAC), desarrollado en la década de 1860, es GAU enriquecido con gases obtenidos al rociar aceite en una retorta caliente. Tiene un poder calorífico superior y arde con una llama luminosa.
El proceso de gas de agua carburado fue mejorado por Thaddeus SC Lowe en 1875. El gasóleo se fijaba en el BWG mediante termocraqueo en el carburador y el sobrecalentador del grupo electrógeno CWG. La CWG fue la tecnología dominante en los EE. UU. desde la década de 1880 hasta la década de 1950, reemplazando a la gasificación del carbón. La CWG tiene un CV de 20 MJ/m 3, es decir, un poco más de la mitad del del gas natural.
La llegada de la iluminación incandescente a gas en las fábricas, los hogares y las calles, que sustituyó a las lámparas de aceite y las velas por una luz clara y constante, casi igual en color a la luz del día , convirtió la noche en día para muchos, lo que hizo posible el trabajo en turnos nocturnos en industrias en las que la luz era muy importante: hilado , tejido y confección de prendas, etc. La importancia social de este cambio es difícil de apreciar para las generaciones que se criaron con la iluminación después del anochecer disponible con solo tocar un interruptor. No solo se aceleró la producción industrial, sino que las calles se volvieron más seguras, se facilitó el intercambio social y se generalizó la lectura y la escritura. Se construyeron plantas de gas en casi todas las ciudades, las calles principales se iluminaron brillantemente y el gas se transportó por tuberías a la mayoría de los hogares urbanos. La invención del contador de gas y del contador de prepago a fines de la década de 1880 desempeñó un papel importante en la venta de gas de ciudad a clientes domésticos y comerciales.
La educación y la formación de la gran fuerza de trabajo, los intentos de estandarizar las prácticas de fabricación y comerciales y la moderación de la rivalidad comercial entre las empresas de suministro impulsaron la fundación de asociaciones de gerentes de gas, primero en Escocia en 1861. Una Asociación Británica de Gerentes de Gas se formó en 1863 en Manchester y esto, después de una historia turbulenta, se convirtió en la fundación del Instituto de Ingenieros de Gas (IGE). En 1903, la reconstruida Institución de Ingenieros Civiles (ICE) inició cursos para estudiantes de fabricación de gas en el Instituto de la Ciudad y los Gremios de Londres . El IGE recibió la Carta Real en 1929. Las universidades tardaron en responder a las necesidades de la industria y no fue hasta 1908 que se fundó la primera Cátedra de Industrias de Gas y Combustibles de Carbón en la Universidad de Leeds . En 1926, la Gas Light and Coke Company abrió Watson House adyacente a las plantas de Nine Elms Gas. [5] Al principio, este era un laboratorio científico . Más tarde incluyó un centro de formación de aprendices , pero su principal contribución a la industria fueron sus instalaciones de prueba de aparatos de gas, que se pusieron a disposición de toda la industria, incluidos los fabricantes de aparatos de gas. [5] Gracias a estas instalaciones, la industria estableció no solo normas de seguridad sino también de rendimiento, tanto para la fabricación de aparatos de gas como para su mantenimiento en los hogares y locales comerciales de los clientes.
Durante la Primera Guerra Mundial , los subproductos de la industria del gas, el fenol , el tolueno , el amoníaco y los compuestos sulfurosos, eran ingredientes valiosos para los explosivos . Gran parte del carbón para las plantas de gas se enviaba por mar y era vulnerable a los ataques enemigos. La industria del gas era un gran empleador de oficinistas, principalmente hombres antes de la guerra. Pero la llegada de la máquina de escribir y de la mecanógrafa provocó otro cambio social importante que, a diferencia del empleo de mujeres en la industria en tiempos de guerra, tuvo efectos duraderos.
Los años de entreguerras estuvieron marcados por el desarrollo de la retorta vertical continua que reemplazó a muchas de las retortas horizontales alimentadas por lotes. Hubo mejoras en el almacenamiento, especialmente el gasómetro sin agua , y la distribución con la llegada de tuberías de acero de 2 a 4 pulgadas para transportar gas a hasta 50 psi (340 kPa) como tuberías principales de alimentación en comparación con las tuberías de hierro fundido tradicionales que funcionan a un promedio de 2 a 3 pulgadas de columna de agua (500-750 Pa ). El benzol como combustible para vehículos y el alquitrán de hulla como principal materia prima para la emergente industria química orgánica proporcionaron a la industria del gas ingresos sustanciales. El petróleo suplantó al alquitrán de hulla como materia prima principal de la industria química orgánica después de la Segunda Guerra Mundial y la pérdida de este mercado contribuyó a los problemas económicos de la industria del gas después de la guerra.
A lo largo de los años se ha desarrollado una amplia variedad de aparatos y usos para el gas: estufas de gas , cocinas de gas , refrigeradores , lavadoras , planchas de mano , atizadores para encender fuegos de carbón, baños calentados a gas, grupos de luces de gas controlados a distancia , motores de gas de varios tipos y, en años posteriores, calefacción central y aire acondicionado de agua caliente a gas , todos los cuales hicieron enormes contribuciones a la mejora de la calidad de vida en ciudades y pueblos de todo el mundo. La evolución de la iluminación eléctrica disponible a través del suministro público extinguió la luz de gas, excepto donde se practicaba la combinación de colores, como en las mercerías .
Durante la gasificación, el carbón se insufla con oxígeno y vapor (vapor de agua) mientras se calienta (y en algunos casos se presuriza). Si el carbón se calienta con fuentes de calor externas, el proceso se denomina "alotérmico", mientras que el proceso "autotérmico" supone el calentamiento del carbón mediante reacciones químicas exotérmicas que ocurren dentro del propio gasificador. Es esencial que el oxidante suministrado sea insuficiente para la oxidación completa (combustión) del combustible. Durante las reacciones mencionadas, las moléculas de oxígeno y agua oxidan el carbón y producen una mezcla gaseosa de dióxido de carbono (CO 2 ), monóxido de carbono (CO), vapor de agua (H 2 O) e hidrógeno molecular (H 2 ). (Algunos subproductos como el alquitrán, los fenoles, etc. también son posibles productos finales, dependiendo de la tecnología de gasificación específica utilizada). Este proceso se ha llevado a cabo in situ dentro de vetas de carbón natural (denominado gasificación subterránea de carbón ) y en refinerías de carbón. El producto final deseado suele ser gas de síntesis (es decir, una combinación de H 2 + CO), pero el gas de carbón producido también puede refinarse aún más para producir cantidades adicionales de H 2 :
Si la refinería desea producir alcanos (es decir, hidrocarburos presentes en el gas natural , la gasolina y el combustible diésel ), el gas de carbón se recoge en este estado y se envía a un reactor Fischer-Tropsch . Sin embargo, si el hidrógeno es el producto final deseado, el gas de carbón (principalmente el producto CO) experimenta la reacción de desplazamiento del gas de agua , donde se produce más hidrógeno mediante una reacción adicional con vapor de agua:
Aunque actualmente existen otras tecnologías para la gasificación del carbón, todas emplean, en general, los mismos procesos químicos. Para carbones de baja calidad (es decir, lignito u otros "carbones pardos") que contienen cantidades significativas de agua, existen tecnologías en las que no se requiere vapor durante la reacción, siendo el carbón (carbono) y el oxígeno los únicos reactivos. Asimismo, algunas tecnologías de gasificación del carbón no requieren altas presiones. Algunas utilizan carbón pulverizado como combustible, mientras que otras trabajan con fracciones relativamente grandes de carbón. Las tecnologías de gasificación también varían en la forma en que se suministra el soplado.
El "soplado directo" supone que el carbón y el oxidante se alimentan entre sí desde lados opuestos del canal del reactor. En este caso, el oxidante pasa a través del coque y (más probablemente) las cenizas hasta la zona de reacción donde interactúa con el carbón. El gas caliente producido pasa entonces al combustible nuevo y lo calienta mientras absorbe algunos productos de la destrucción térmica del combustible, como alquitranes y fenoles. Por lo tanto, el gas requiere un refinado significativo antes de ser utilizado en la reacción de Fischer-Tropsch. Los productos del refinado son altamente tóxicos y requieren instalaciones especiales para su utilización. Como resultado, la planta que utiliza las tecnologías descritas tiene que ser muy grande para ser económicamente eficiente. Una de estas plantas, llamada SASOL, está situada en la República de Sudáfrica (RSA). Se construyó debido al embargo aplicado al país que le impedía importar petróleo y gas natural. RSA es rica en carbón bituminoso y antracita y pudo organizar el uso del conocido proceso de gasificación de alta presión "Lurgi", desarrollado en Alemania en la primera mitad del siglo XX.
El "soplado inverso" (en comparación con el tipo descrito anteriormente, que se inventó primero) supone que el carbón y el oxidante se alimentan desde el mismo lado del reactor. En este caso, no hay interacción química entre el carbón y el oxidante antes de la zona de reacción. El gas producido en la zona de reacción pasa a través de productos sólidos de gasificación (coque y cenizas), y el CO2 y el H2O contenidos en el gas se restituyen químicamente a CO y H2 . En comparación con la tecnología de "soplado directo", no hay subproductos tóxicos presentes en el gas: estos se desactivan en la zona de reacción. Este tipo de gasificación se desarrolló en la primera mitad del siglo XX, junto con el "soplado directo", pero la tasa de producción de gas en él es significativamente menor que en el "soplado directo" y no hubo más esfuerzos para desarrollar los procesos de "soplado inverso" hasta la década de 1980, cuando un centro de investigación soviético KATEKNIIUgol' (Instituto de investigación y desarrollo para el desarrollo del yacimiento de carbón de Kansk-Achinsk) comenzó las actividades de investigación y desarrollo para producir la tecnología ahora conocida como proceso "TERMOKOKS-S". La razón para revivir el interés en este tipo de proceso de gasificación es que es ecológicamente limpio y puede producir dos tipos de productos útiles (simultáneamente o por separado): gas (combustible o gas de síntesis) y coque de temperatura media. El primero puede usarse como combustible para calderas de gas y generadores diésel o como gas de síntesis para producir gasolina, etc., el segundo, como combustible tecnológico en metalurgia, como absorbente químico o como materia prima para briquetas de combustible doméstico. La combustión del gas de producto en calderas de gas es más limpia desde el punto de vista ecológico que la combustión del carbón original. De este modo, una planta que utilice la tecnología de gasificación con "soplado inverso" puede producir dos productos valiosos, uno de los cuales tiene un coste de producción relativamente nulo, ya que el segundo se cubre con el precio de mercado competitivo del otro. Cuando la Unión Soviética y su KATEKNIIUgol' dejaron de existir, la tecnología fue adoptada por los científicos individuales que la desarrollaron originalmente y ahora se está investigando más en Rusia y se distribuye comercialmente en todo el mundo. Ahora se sabe que existen plantas industriales que la utilizan en Ulaan-Bator (Mongolia) y Krasnoyarsk (Rusia).
Tecnología de gasificación de lecho de flujo de aire presurizado creada a través del desarrollo conjunto entre Wison Group y Shell (Hybrid). Por ejemplo: Hybrid es una tecnología avanzada de gasificación de carbón pulverizado, esta tecnología combinada con las ventajas existentes de la caldera de calor residual SCGP de Shell, incluye más que solo un sistema de transporte, disposición del quemador de gasificación presurizada de carbón pulverizado, pared de agua tipo membrana del quemador de chorro lateral y la descarga intermitente ha sido completamente validada en la planta SCGP existente como tecnología madura y confiable, al mismo tiempo, eliminó las complicaciones del proceso existente y en el enfriador de gas de síntesis (bandeja de desechos) y los filtros [de cenizas volantes] que fallaban fácilmente, y combinó la tecnología de gasificación existente actual que se usa ampliamente en el proceso de enfriamiento de gas sintético. No solo conserva las características de la caldera de calor residual SCGP de carbón original de Shell de fuerte adaptabilidad y capacidad de escalar fácilmente, sino que también absorbe las ventajas de la tecnología de enfriamiento existente.
La gasificación subterránea de carbón (UCG) es un proceso de gasificación industrial que se lleva a cabo en vetas de carbón no explotadas. Implica la inyección de un agente oxidante gaseoso , normalmente oxígeno o aire, y llevar el gas resultante a la superficie a través de pozos de producción perforados desde la superficie. El gas resultante se puede utilizar como materia prima química o como combustible para la generación de energía . La técnica se puede aplicar a recursos que de otro modo no serían económicos de extraer. También ofrece una alternativa a los métodos convencionales de extracción de carbón . En comparación con la extracción y la gasificación de carbón tradicionales, la UCG tiene un menor impacto ambiental y social, aunque existen preocupaciones ambientales, incluida la posibilidad de contaminación de los acuíferos.
La captura, utilización y secuestro (o almacenamiento) de carbono se utiliza cada vez más en los proyectos modernos de gasificación de carbón para abordar el problema de las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con el uso de carbón y combustibles carbonosos. En este sentido, la gasificación tiene una ventaja significativa sobre la combustión convencional de carbón extraído, en la que el CO2 resultante de la combustión se diluye considerablemente por el nitrógeno y el oxígeno residual en los gases de combustión a presión cercana a la ambiente, lo que hace que sea relativamente difícil, costoso y de alto consumo de energía capturar el CO2 ( esto se conoce como captura de CO2 "poscombustión" ).
En la gasificación , por otro lado, normalmente se suministra oxígeno a los gasificadores y se quema solo el combustible suficiente para proporcionar el calor necesario para gasificar el resto; además, la gasificación a menudo se realiza a presión elevada. El gas de síntesis resultante suele estar a mayor presión y no se diluye con nitrógeno, lo que permite una eliminación mucho más fácil, eficiente y menos costosa del CO 2 . La capacidad única del ciclo combinado de gasificación y gasificación integrada para eliminar fácilmente el CO 2 del gas de síntesis antes de su combustión en una turbina de gas (lo que se denomina captura de CO 2 "precombustión" ) o su uso en la síntesis de combustibles o productos químicos es una de sus ventajas significativas sobre los sistemas convencionales de utilización de carbón.
Todos los procesos de conversión basados en la gasificación de carbón requieren la eliminación de sulfuro de hidrógeno (H2S ; un gas ácido) del gas de síntesis como parte de la configuración general de la planta. Los procesos típicos de eliminación de gas ácido (AGR) empleados para el diseño de la gasificación son un sistema de solvente químico (por ejemplo, sistemas de tratamiento de gas de amina basados en MDEA, por ejemplo) o un sistema de solvente físico (por ejemplo, Rectisol o Selexol ). La selección del proceso depende principalmente de los requisitos y costos de limpieza del gas de síntesis. Los procesos AGR químicos/físicos convencionales que utilizan MDEA, Rectisol o Selexol son tecnologías probadas comercialmente y pueden diseñarse para la eliminación selectiva de CO2 además de H2S de una corriente de gas de síntesis. Para una captura significativa de CO2 de una planta de gasificación (por ejemplo, > 80%), el CO en el gas de síntesis primero debe convertirse en CO2 e hidrógeno (H2 ) a través de un paso de cambio de agua-gas (WGS) aguas arriba de la planta AGR.
En el caso de las aplicaciones de gasificación, o ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC), las modificaciones necesarias en la planta para añadir la capacidad de capturar CO2 son mínimas. El gas de síntesis producido por los gasificadores debe tratarse mediante diversos procesos para la eliminación de las impurezas que ya se encuentran en la corriente de gas, por lo que todo lo que se requiere para eliminar el CO2 es añadir el equipo necesario, un absorbedor y un regenerador, a este tren de procesos.
En aplicaciones de combustión, se deben realizar modificaciones en la chimenea de escape y, debido a las menores concentraciones de CO2 presentes en el escape, se requieren procesar volúmenes mucho mayores de gas total, lo que requiere equipos más grandes y más costosos.
El proyecto Kemper de Mississippi Power fue diseñado como una planta de gas de ciclo combinado integrado (IGCC) que utiliza lignito como combustible, generando una potencia neta de 524 MW a partir de gas de síntesis, mientras captura más del 65% del CO2 generado mediante el proceso Selexol . La tecnología de la planta de Kemper, la gasificación integrada en el transporte (TRIG), fue desarrollada y tiene licencia de KBR. El CO2 se enviará por tuberías a los yacimientos petrolíferos agotados de Mississippi para operaciones de recuperación mejorada de petróleo . La planta no alcanzó ninguno de sus objetivos y los planes de generación de "carbón limpio" se abandonaron en julio de 2017. Se espera que la planta siga adelante quemando solo gas natural.
Hydrogen Energy California (HECA) será una planta de poligeneración de gas natural comprimido (IGCC) de 300 MW netos alimentada con carbón y coque de petróleo (que producirá hidrógeno tanto para la generación de energía como para la fabricación de fertilizantes). El noventa por ciento del CO2 producido se capturará (utilizando Rectisol ) y se transportará al campo petrolífero de Elk Hills para su recuperación mejorada de petróleo, lo que permitirá recuperar 5 millones de barriles adicionales de petróleo nacional por año. El 4 de marzo de 2016, la Comisión de Energía de California ordenó que se cancelara la solicitud de HECA.
El Texas Clean Energy Project (TCEP) de Summit será un proyecto de poligeneración de energía de 400 MW basado en IGCC alimentado con carbón (que también produce fertilizantes de urea), que capturará el 90% de su CO2 en la precombustión mediante el proceso Rectisol . El CO2 que no se utilice en la fabricación de fertilizantes se utilizará para la recuperación mejorada de petróleo en la cuenca pérmica del oeste de Texas.
Plantas como el Proyecto de Energía Limpia de Texas, que emplean captura y almacenamiento de carbono, han sido promocionadas como una solución parcial o provisoria a los problemas de regulación, siempre que se las pueda hacer económicamente viables mediante un mejor diseño y una producción en masa. Ha habido oposición por parte de los reguladores de servicios públicos y los contribuyentes debido al aumento de los costos, y por parte de ambientalistas como Bill McKibben , que consideran que cualquier uso continuado de combustibles fósiles es contraproducente. [6]
Los subproductos de la fabricación de gas de hulla incluyen coque , alquitrán de hulla , azufre y amoníaco ; todos ellos productos útiles. Por lo tanto, del gas de hulla se derivan colorantes , medicamentos, incluidas las sulfamidas, sacarina y muchos compuestos orgánicos.
El coque se utiliza como combustible sin humo y para la fabricación de gas de agua y gas de gas pobre . El alquitrán de hulla se somete a una destilación fraccionada para recuperar diversos productos, entre ellos
El azufre se utiliza en la fabricación de ácido sulfúrico y el amoníaco se utiliza en la fabricación de fertilizantes .
Según el Consejo de Tecnologías de Gasificación y Gas de Síntesis, una asociación comercial, en todo el mundo hay 272 plantas de gasificación en funcionamiento con 686 gasificadores y 74 plantas con 238 gasificadores en construcción. La mayoría de ellas utilizan carbón como materia prima. [7]
En 2017, la expansión a gran escala de la industria de gasificación de carbón se estaba produciendo únicamente en China, donde los gobiernos locales y las empresas energéticas promueven la industria para generar empleo y un mercado para el carbón. En su mayor parte, las plantas están ubicadas en áreas remotas y ricas en carbón.
El gobierno central es consciente de los conflictos con los objetivos medioambientales: además de producir una gran cantidad de dióxido de carbono, las plantas utilizan una gran cantidad de agua en zonas donde el agua es escasa. [8]
Desde su desarrollo original hasta la adopción a gran escala del gas natural, sólo en Estados Unidos existían más de 50.000 plantas de gas manufacturado . El proceso de fabricación de gas solía generar una serie de subproductos que contaminaban el suelo y las aguas subterráneas en las plantas de fabricación y sus alrededores, por lo que muchas de las antiguas plantas de gas de ciudad constituyen un grave problema medioambiental y los costes de limpieza y remediación suelen ser elevados. Las plantas de gas manufacturado (MGP, por sus siglas en inglés) solían estar situadas cerca o junto a vías fluviales que se utilizaban para transportar carbón y para el vertido de aguas residuales contaminadas con alquitrán, amoníaco o aceites de goteo, así como alquitranes residuales y emulsiones de alquitrán y agua.
En los primeros días de las operaciones de MGP, el alquitrán de hulla se consideraba un residuo y a menudo se eliminaba al medio ambiente dentro y alrededor de las ubicaciones de las plantas. Si bien los usos del alquitrán de hulla se desarrollaron a fines del siglo XIX, el mercado del alquitrán variaba y las plantas que no podían vender alquitrán en un momento dado podían almacenarlo para uso futuro, intentar quemarlo como combustible para calderas o verterlo como residuo. Comúnmente, los alquitranes residuales se eliminaban en viejos gasómetros, galerías o incluso pozos de minas (si estaban presentes). Con el tiempo, los alquitranes residuales se degradan con fenoles , benceno (y otros monoaromáticos, BTEX ) e hidrocarburos aromáticos policíclicos liberados como columnas contaminantes que pueden escapar al medio ambiente circundante. Otros desechos incluían " blue billy ", [9] que es un compuesto de ferroferricianuro; el color azul proviene del azul de Prusia , que se usaba comercialmente como tinte . El blue billy es típicamente un material granular y a veces se vendía localmente con el lema "conducciones libres de malezas garantizadas". La presencia de cianuro azul puede dar a los desechos de las plantas de gas un olor característico a almendras amargas o mohosas o a mazapán , que se asocia con el gas cianuro .
El cambio al proceso de gas de agua carburado inicialmente resultó en una producción reducida de alquitrán de gas de agua en comparación con el volumen de alquitranes de hulla. La llegada de los automóviles redujo la disponibilidad de nafta para el aceite de carburación, ya que esa fracción era deseable como combustible para motores. Las plantas de beneficio de petróleo que cambiaron a grados más pesados de petróleo a menudo experimentaron problemas con la producción de emulsiones de alquitrán y agua, que eran difíciles, llevaban mucho tiempo y eran costosas de descomponer. (La causa de las emulsiones de agua de cambio de alquitrán es compleja y estaba relacionada con varios factores, incluido el carbono libre en el aceite de carburación y la sustitución del carbón bituminoso como materia prima en lugar de coque). La producción de grandes volúmenes de emulsiones de alquitrán y agua llenó rápidamente la capacidad de almacenamiento disponible en las plantas de beneficio de petróleo y la administración de la planta a menudo vertía las emulsiones en pozos, de los que podían o no haber sido recuperadas más tarde. Incluso si las emulsiones se recuperaban, el daño ambiental causado por colocar alquitranes en pozos sin revestimiento permanecía. El vertido de emulsiones (y otros residuos alquitranados, como lodos de alquitrán, fondos de tanques y alquitranes fuera de especificación) en el suelo y las aguas alrededor de las MGP es un factor significativo en la contaminación que se encuentra en las antiguas plantas de gas manufacturado (conocidas como "FMGP" en remediación ambiental ) en la actualidad.
Los contaminantes comúnmente asociados con los FMGP incluyen:
El alquitrán de hulla y los lodos de alquitrán de hulla con frecuencia son más densos que el agua y están presentes en el medio ambiente como un líquido denso en fase no acuosa .
En el Reino Unido, se han rehabilitado varios emplazamientos de antiguas plantas de gas para usos residenciales y de otro tipo (incluido el Millennium Dome ), ya que se consideran terrenos urbanizables de primera calidad dentro de los límites de la ciudad. Esas oportunidades de desarrollo están generando ahora problemas asociados con la planificación y el Régimen de Tierras Contaminadas y han sido objeto de debate recientemente [¿ cuándo? ] en la Cámara de los Comunes.
Los procesos de gasificación de carbón requieren controles y medidas de prevención de la contaminación para mitigar las emisiones contaminantes. [10] [11] [ se necesita una mejor fuente ] Los contaminantes o emisiones preocupantes en el contexto de la gasificación de carbón incluyen principalmente: [ cita requerida ]
Los gasificadores sin formación de escoria producen cenizas secas similares a las que se producen con la combustión convencional de carbón, lo que puede ser un riesgo ambiental si las cenizas (que normalmente contienen metales pesados) son lixiviables o cáusticas, y si deben almacenarse en estanques de cenizas. Los gasificadores con formación de escoria, que se utilizan en muchas de las principales aplicaciones de gasificación de carbón en todo el mundo, tienen una ventaja considerable porque los componentes de las cenizas se fusionan en una escoria vítrea, capturando trazas de metales pesados en la matriz vítrea no lixiviable, lo que hace que el material no sea tóxico. Esta escoria no peligrosa tiene múltiples usos beneficiosos, como agregado en hormigón, agregado en asfalto para la construcción de carreteras, granalla en limpieza abrasiva, gránulos para techos, etc. [12]
El CO 2 es de suma importancia en el cambio climático global.
La ceniza se forma en la gasificación a partir de impurezas inorgánicas presentes en el carbón. Algunas de estas impurezas reaccionan para formar sólidos microscópicos que pueden quedar suspendidos en el gas de síntesis producido por la gasificación.
El carbón contiene típicamente entre un 0,2 y un 5 por ciento de azufre en peso seco, que se convierte en H2S y COS en los gasificadores debido a las altas temperaturas y los bajos niveles de oxígeno. Estos "gases ácidos" se eliminan del gas de síntesis producido por los gasificadores mediante equipos de eliminación de gases ácidos antes de que el gas de síntesis se queme en la turbina de gas para producir electricidad o antes de su uso en la síntesis de combustibles.
(NO x ) se refiere al óxido nítrico (NO) y al dióxido de nitrógeno (NO 2 ). El carbón suele contener entre un 0,5 y un 3 por ciento de nitrógeno en peso seco, la mayor parte del cual se convierte en gas nitrógeno inocuo. Se producen pequeñas cantidades de amoníaco y cianuro de hidrógeno, que deben eliminarse durante el proceso de enfriamiento del gas de síntesis. En el caso de la generación de energía, el NO x también puede formarse aguas abajo mediante la combustión del gas de síntesis en turbinas.
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del Departamento de Energía de los Estados Unidos .
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)