Coca-Cola (combustible)
El coque es un combustible a base de carbón gris, duro y poroso con un alto contenido de carbono y pocas impurezas, que se obtiene calentando carbón o aceite en ausencia de aire, un proceso de destilación destructivo. Es un producto industrial importante, utilizado principalmente en la fundición de mineral de hierro, pero también como combustible en estufas y forjas cuando la contaminación del aire es una preocupación.
El término no calificado "coque" generalmente se refiere al producto derivado del carbón bituminoso bajo en cenizas y bajo en azufre mediante un proceso llamado coquización. Un producto similar llamado coque de petróleo, o coque de petróleo, se obtiene del petróleo crudo en las refinerías de petróleo. El coque también se puede formar naturalmente por procesos geológicos.
Historia
China
Fuentes históricas que datan del siglo IV describen la producción de coque en la antigua China. Los chinos usaron coque por primera vez para calentar y cocinar a más tardar en el siglo IX. En las primeras décadas del siglo XI, los herreros chinos en el valle del río Amarillo comenzaron a alimentar sus hornos con coque, resolviendo su problema de combustible en esa región escasa de árboles.
China es el mayor productor y exportador de coque en la actualidad. China produce el 60% del coque del mundo. Las preocupaciones sobre la contaminación del aire han motivado cambios tecnológicos en la industria del coque mediante la eliminación de tecnologías de coque obsoletas que no son energéticamente eficientes.
Gran Bretaña
En 1589, se concedió una patente a Thomas Proctor y William Peterson para fabricar hierro y acero y fundir plomo con "tierra-carbón, mar-carbón, césped y turba". La patente contiene una clara alusión a la preparación del carbón por "cocción". En 1590, se otorgó una patente al Decano de York para "purificar el carbón de mina y liberarlo de su olor desagradable". En 1620, se otorgó una patente a una empresa compuesta por William St. John y otros caballeros, mencionando el uso de coque en la fundición de minerales y la fabricación de metales. En 1627, se otorgó una patente a Sir John Hacket y Octavius de Strada para un método de hacer que el carbón marino y el carbón de pozo sean tan útiles como el carbón para quemar en las casas, sin ofender por el olor o el humo.
En 1603, Hugh Plat sugirió que el carbón podría carbonizarse de manera análoga a la forma en que se produce el carbón a partir de la madera. Este proceso no se empleó hasta 1642, cuando se usó coque para tostar malta en Derbyshire; anteriormente, los cerveceros habían usado madera, ya que el carbón sin coque no se puede usar en la elaboración de cerveza porque sus vapores sulfurosos le darían un mal sabor a la cerveza. Se consideró una mejora en la calidad y provocó una "alteración que toda Inglaterra admiró": el proceso de coque permitió un tueste más ligero de la malta, lo que llevó a la creación de lo que a fines del siglo XVII se llamaba pale ale.
En 1709, Abraham Darby I estableció un alto horno alimentado con coque para producir hierro fundido. La fuerza de trituración superior del coque permitió que los altos hornos se hicieran más altos y más grandes. La consiguiente disponibilidad de hierro barato fue uno de los factores que llevaron a la Revolución Industrial. Antes de este tiempo, la fabricación de hierro usaba grandes cantidades de carbón vegetal, producido al quemar madera. Como el rebrote de bosques se volvió incapaz de satisfacer la demanda, la sustitución del carbón vegetal por coque se hizo común en Gran Bretaña, y el coque se fabricaba quemando carbón en montones en el suelo de modo que solo se quemara la capa exterior, dejando el interior de la pila. en estado carbonizado. A fines del siglo XVIII, se desarrollaron hornos de colmena de ladrillo, lo que permitió un mayor control sobre el proceso de quemado.
En 1768, John Wilkinson construyó un horno más práctico para convertir carbón en coque. Wilkinson mejoró el proceso construyendo montones de carbón alrededor de una chimenea central baja construida con ladrillos sueltos y con aberturas para que entren los gases de combustión, lo que resultó en un mayor rendimiento de mejor coque. Con una mayor habilidad en la cocción, cubrimiento y enfriamiento de los montones, los rendimientos aumentaron de alrededor del 33% al 65% a mediados del siglo XIX. La industria siderúrgica escocesa se expandió rápidamente en el segundo cuarto del siglo XIX, mediante la adopción del proceso de chorro caliente en sus yacimientos de carbón.
En 1802, se instaló una batería de hornos de colmena cerca de Sheffield para coquear la veta de carbón Silkstone para su uso en la fundición de acero al crisol. Para 1870, había 14.000 hornos de colmena en funcionamiento en las cuencas carboníferas de West Durham, que producían 4.000.000 de toneladas largas de coque al año. Como medida de la expansión de la fabricación de coque, los requisitos de la industria del hierro en Gran Bretaña eran de alrededor de 1.000.000 de toneladas por año a principios de la década de 1850, aumentando a alrededor de 7.000.000 de toneladas en 1880. De estos, alrededor de 5.000.000 de toneladas se produjeron en el condado de Durham, 1.000.000 toneladas en la cuenca carbonífera de Gales del Sur y 1.000.000 de toneladas en Yorkshire y Derbyshire.
En los primeros años de las locomotoras de vapor, el coque era el combustible habitual. Esto fue el resultado de una de las primeras leyes ambientales; cualquier locomotora propuesta tenía que "consumir su propio humo". Esto no era técnicamente posible de lograr hasta que se empezó a usar el arco de la cámara de combustión, pero se consideró que la quema de coque, con sus bajas emisiones de humo, cumplía con el requisito. Esta regla se abandonó silenciosamente y el carbón más barato se convirtió en el combustible normal, a medida que los ferrocarriles ganaban aceptación entre el público. La columna de humo producida por una locomotora en movimiento parece ahora ser una marca de un ferrocarril de vapor, y así se conserva para la posteridad.
Las llamadas "obras de gas" coque producido calentando carbón en cámaras cerradas. El gas inflamable que se desprendía se almacenaba en gasómetros, para su uso doméstico e industrial para cocinar, calentar e iluminar. El gas se conocía comúnmente como "gas ciudad" ya que las redes subterráneas de tuberías atravesaban la mayoría de las ciudades. Fue reemplazado por "gas natural" (inicialmente de los campos de petróleo y gas del Mar del Norte) en la década posterior a 1967. Otros subproductos de la producción de coque incluían alquitrán y amoníaco, mientras que el coque se usaba en lugar de carbón en cocinas y para proporcionar calor en locales domésticos antes del advenimiento de centrales calefacción.
Estados Unidos
En EE. UU., el primer uso de coque en un horno de hierro se produjo alrededor de 1817 en el horno de charcos y laminador Plumsock de Isaac Meason en el condado de Fayette, Pensilvania. A finales del siglo XIX, las cuencas carboníferas del oeste de Pensilvania proporcionaban una rica fuente de materia prima para la coquización. En 1885, Rochester and Pittsburgh Coal and Iron Company construyó la cadena de hornos de coque más larga del mundo en Walston, Pensilvania, con 475 hornos en una longitud de 2 km (1,25 millas). Su salida alcanzó 22.000 toneladas por mes. Los hornos de coque de Minersville en el condado de Huntingdon, Pensilvania, se incluyeron en el Registro Nacional de Lugares Históricos en 1991.
Entre 1870 y 1905, la cantidad de hornos de colmena en los EE. UU. aumentó de aproximadamente 200 a casi 31 000, lo que produjo casi 18 000 000 de toneladas de coque solo en el área de Pittsburgh. Un observador se jactó de que si se cargaba en un tren, "la producción del año haría que el tren fuera tan largo que la locomotora que iba delante iría a San Francisco y regresaría a Connellsville antes de que el furgón de cola hubiera llegado". ¡Empezó en los patios de Connellsville!" La cantidad de hornos de colmena en Pittsburgh alcanzó su punto máximo en 1910 con casi 48,000.
Aunque produjo un combustible de primera calidad, el coque envenenó el paisaje circundante. Después de 1900, el grave daño ambiental causado por la coquización de la colmena atrajo la atención nacional, aunque el daño había afectado al distrito durante décadas. "El humo y el gas de algunos hornos destruyen toda la vegetación alrededor de las pequeñas comunidades mineras", señaló W. J. Lauck de la Comisión de Inmigración de EE. UU. en 1911. Pasando por la región en tren, el presidente de la Universidad de Wisconsin, Charles Van Hise, vio & #34;largas filas de hornos de colmena de los que brotan llamas y densas nubes de humo que oscurecen el cielo. Por la noche, la escena se vuelve indescriptiblemente vívida por estos numerosos pozos ardientes. Los hornos de colmena hacen de toda la región de fabricación de coque una de cielo opaco: triste e insalubre."
Hornos de cocción de carbón en Cokedale, Colorado, molinos de acero suministrados en Pueblo, CO
The 200 Cherry Valley Coke Cuervos construidos alrededor de 1866
Hornos de coque Dunlap
Minersville Coque Ovens
Redstone Coke Oven Historic District
Sydney Tar Ponds
Producción
Hornos industriales de coque
La producción industrial de coque a partir del carbón se denomina coquización. El carbón se cuece en un horno sin aire, un "horno de coque" u "horno de coquización", a temperaturas tan altas como 2000 °C (3600 °F), pero por lo general entre 1000 y 1100 °C (1800–2000 °F). Este proceso vaporiza o descompone las sustancias orgánicas del carbón, expulsando los productos volátiles, incluida el agua, en forma de gas de hulla y alquitrán de hulla. El coque es el residuo no volátil de la descomposición, el carbono cementado y el residuo mineral de las partículas de carbón originales en forma de un sólido duro y algo vítreo.
Algunas instalaciones tienen "subproductos" hornos de coque en los que los productos de descomposición volátiles se recogen, purifican y separan para su uso en otras industrias, como combustible o materias primas químicas. De lo contrario, los subproductos volátiles se queman para calentar los hornos de coque. Este es un método más antiguo, pero todavía se usa para nuevas construcciones.
El carbón bituminoso debe cumplir con un conjunto de criterios para su uso como carbón coquizable, determinados por técnicas particulares de análisis de carbón. Estos incluyen contenido de humedad, contenido de cenizas, contenido de azufre, contenido volátil, alquitrán y plasticidad. Esta mezcla tiene como objetivo producir un coque de la fuerza apropiada (generalmente medida por la fuerza del coque después de la reacción), mientras se pierde una cantidad apropiada de masa. Otras consideraciones de mezcla incluyen asegurarse de que el coque no se hinche demasiado durante la producción y destruya el horno de coque debido a presiones excesivas en las paredes.
Cuanto mayor sea la materia volátil en el carbón, más subproductos se pueden producir. En general, se considera que los niveles de 26 a 29 % de materia volátil en la mezcla de carbón son buenos para la coquización. Así, diferentes tipos de carbón se mezclan proporcionalmente para alcanzar niveles aceptables de volatilidad antes de que comience el proceso de coquización. Si la gama de tipos de carbón es demasiado amplia, el coque resultante tiene una fuerza y un contenido de cenizas muy variables y, por lo general, no se puede vender, aunque en algunos casos se puede vender como combustible de calefacción ordinario. Como el coque ha perdido su materia volátil, no se puede volver a coquear.
El carbón coquizable es diferente del carbón térmico, pero surge del mismo proceso básico de formación del carbón. El carbón de coque tiene diferentes macerales del carbón térmico, es decir, diferentes formas de materia vegetal comprimida y fosilizada que componen el carbón. Los diferentes macerales surgen de diferentes mezclas de las especies de plantas y variaciones de las condiciones bajo las cuales se ha formado el carbón. El carbón de coque se clasifica según su porcentaje de cenizas en peso después de la combustión:
- Grado de acero I (Contenido de ceniza no superior al 15%)
- Grado de acero II (Excelente 15% pero no superior al 18%)
- Grado de lavado I (Excelente 18% pero no superior al 21%)
- Grado de lavado II (Excelente 21% pero no superior al 24%)
- Grado de lavado III (Excelente 24% pero no superior al 28%)
- Grado de lavado IV (Excelente 28% pero no superior al 35%)
El "hogar" proceso
El "hogar" el proceso de fabricación de coque, utilizando carbón en trozos, era similar al de la quema de carbón vegetal; en lugar de un montón de leña preparada, cubierta con ramitas, hojas y tierra, había un montón de brasas, cubiertas con polvo de coque. El proceso de solera continuó usándose en muchas áreas durante la primera mitad del siglo XIX, pero dos eventos disminuyeron en gran medida su importancia. Estos fueron la invención del chorro caliente en la fundición de hierro y la introducción del horno de coque de colmena. El uso de una ráfaga de aire caliente, en lugar de aire frío, en el horno de fundición fue introducido por primera vez por Neilson en Escocia en 1828. El proceso de solera para hacer coque a partir del carbón es un proceso muy largo.
Horno de coque de colmena
.jpg)
Se utiliza una cámara de ladrillos refractarios con forma de cúpula, comúnmente conocida como horno colmena. Por lo general, mide 4 metros (13,1 pies) de ancho y 2,5 metros (8,2 pies) de alto. El techo tiene un agujero para cargar el carbón u otra leña desde la parte superior. El orificio de descarga se proporciona en la circunferencia de la parte inferior de la pared. En una batería de hornos de coque, varios hornos se construyen en fila con paredes comunes entre los hornos vecinos. Una batería constaba de muchos hornos, a veces cientos, en fila.
El carbón se introduce desde la parte superior para producir una capa uniforme de unos 60 a 90 centímetros (24 a 35 pulgadas) de profundidad. Inicialmente se suministra aire para encender el carbón. Comienza la carbonización y produce materia volátil, que se quema dentro de la puerta lateral parcialmente cerrada. La carbonización procede de arriba hacia abajo y se completa en dos o tres días. El calor es suministrado por la materia volátil en combustión, por lo que no se recuperan subproductos. Se permite que los gases de escape escapen a la atmósfera. El coque caliente se apaga con agua y se descarga manualmente a través de la puerta lateral. Las paredes y el techo retienen suficiente calor para iniciar la carbonización de la siguiente carga.
Cuando el carbón se quemaba en un horno de coque, las impurezas del carbón que aún no se habían expulsado en forma de gases se acumulaban para formar escoria, que era efectivamente un conglomerado de las impurezas eliminadas. Dado que no era el producto de coque deseado, la escoria inicialmente no era más que un subproducto no deseado y se desechaba. Más tarde, sin embargo, se descubrió que tenía muchos usos beneficiosos y desde entonces se ha utilizado como ingrediente en la fabricación de ladrillos, cemento mixto, tejas cubiertas de gránulos e incluso como fertilizante.
Seguridad laboral
Las personas pueden estar expuestas a las emisiones de los hornos de coque en el lugar de trabajo por inhalación, contacto con la piel o contacto con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA, por sus siglas en inglés) ha establecido el límite legal para la exposición a las emisiones de los hornos de coque en el lugar de trabajo en 0,150 mg/m3 fracción soluble en benceno durante una jornada laboral de ocho horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,2 mg/m3 fracción soluble en benceno durante una jornada laboral de ocho horas.
Usos
El coque se utiliza como combustible y como agente reductor en la fundición de mineral de hierro en un alto horno. El monóxido de carbono producido por la combustión del coque reduce el óxido de hierro (hematita) para producir hierro:
- .
La coca cola se usa comúnmente como combustible para la herrería.
La coca cola se usó en Australia en la década de 1960 y principios de la de 1970 para calentar las casas, y se incentivó para el uso doméstico en el Reino Unido (para desplazar al carbón) después de la Ley de Aire Limpio de 1956, que se aprobó en respuesta a la Gran Niebla Conmovedora. de Londres en 1952.
Dado que los componentes que producen humo se eliminan durante la coquización del carbón, el coque constituye un combustible deseable para estufas y hornos en los que las condiciones no son adecuadas para la quema completa del carbón bituminoso. El coque puede quemarse produciendo poco o nada de humo, mientras que el carbón bituminoso produciría mucho humo. El coque se utilizó ampliamente como combustible sin humo sustituto del carbón en la calefacción doméstica tras la creación de "zonas sin humo" en el Reino Unido.
La destilería Highland Park en Orkney tuesta cebada malteada para utilizarla en su whisky escocés en hornos que queman una mezcla de coque y turba.
El coque se puede usar para producir gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno.
- Syngas; gas de agua: una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, hecha por el paso de vapor sobre la coca caliente (o cualquier carbón basado en carbono). El hidrocarbonato (gas) es idéntico, aunque surgió a finales del siglo XVIII como una inhalación terapéutica desarrollada por Thomas Beddoes y James Watt categorizados bajo aires fácticos
- Gas productor; gas de madera; gas generador; gas sintético: una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno, hecha por el aire que pasa sobre el coque rojo (o cualquier carbon-based char)
- El gas de horno de coque generado a partir de hornos de coque es similar a Syngas con un 60% de hidrógeno por volumen. El hidrógeno se puede extraer del gas de horno de coque económicamente para diversos usos (incluida la producción de acero).
Subproductos fenólicos
Las aguas residuales de la coquización son altamente tóxicas y cancerígenas. Contiene compuestos orgánicos e inorgánicos fenólicos, aromáticos, heterocíclicos y policíclicos, incluidos cianuros, sulfuros, amonio y amoníaco. En los últimos años se han estudiado varios métodos para su tratamiento. El hongo de la pudrición blanca Phanerochaete chrysosporium puede eliminar hasta el 80 % de los fenoles de las aguas residuales de coque.
Propiedades
La gravedad específica a granel del coque suele ser de alrededor de 0,77. Es altamente poroso. Tanto la composición química como las propiedades físicas son importantes para la utilidad del coque en los altos hornos. En términos de composición, es deseable un bajo contenido de cenizas y azufre. Otras características importantes son los índices de trituración de prueba M10, M25 y M40, que transmiten la fuerza del coque durante el transporte a los altos hornos; Dependiendo del tamaño de los altos hornos, no se debe permitir el ingreso de piezas de coque finamente trituradas en los altos hornos porque impedirían el flujo de gas a través de la carga de hierro y coque. Una característica relacionada es el índice de fuerza de coque después de la reacción (CSR); representa la capacidad del coque para soportar las condiciones violentas dentro del alto horno antes de convertirse en partículas finas. Los trozos de coque se denominan con la siguiente terminología: "coque de campana" (30 - 80 mm), "coque de nuez" (10 - 30 mm), "brisa de coque" (< 10 mm).
El contenido de agua en el coque es prácticamente cero al final del proceso de coquización, pero a menudo se enfría con agua para que pueda transportarse a los altos hornos. La estructura porosa del coque absorbe algo de agua, normalmente del 3 al 6% de su masa. En las plantas de coque más modernas, un método avanzado de enfriamiento del coque utiliza enfriamiento por aire.
El carbón bituminoso debe cumplir con un conjunto de criterios para su uso como carbón coquizable, determinados por técnicas particulares de análisis de carbón.
Otros procesos
El residuo sólido que queda del refinado del petróleo por el "craqueo" proceso es también una forma de coque. El coque de petróleo tiene muchos usos además de ser un combustible, como la fabricación de celdas secas y de electrodos electrolíticos y de soldadura.
Las plantas de gas que fabrican gas de síntesis también producen coque como producto final, llamado coque de gas doméstico.
La coquización fluida es un proceso que convierte el crudo residual pesado en productos más livianos, como nafta, queroseno, combustible para calefacción y gases de hidrocarburo. El "fluido" El término se refiere al hecho de que las partículas sólidas de coque se comportan como un sólido fluido en el proceso de coquización fluida continua en comparación con el proceso de coquización retardada por lotes más antiguo en el que se acumula una masa sólida de coque en el tambor de coque con el tiempo.
Debido a la falta de petróleo o carbón de alta calidad en Alemania Oriental, los científicos desarrollaron un proceso para convertir el lignito de baja calidad en coque llamado coque de lignito de alta temperatura.
Contenido relacionado
Dilitio
Ácido benzoico
Quilate (masa)