Gasificación del carbón

En química industrial, la gasificación del carbón es el proceso de producción de gas de síntesis, una mezcla compuesta principalmente de monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H₂), dióxido de carbono (CO₂< /span>), metano (CH₄) y vapor de agua (H₂O): a partir de carbón y agua, aire y/u oxígeno.

Históricamente, el carbón se gasificaba para producir gas de hulla, también conocido como "gas ciudad". El gas de carbón 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 petroleros.

En la práctica actual, las instalaciones de gasificación de carbón a gran escala se destinan principalmente a la generación de electricidad (tanto en centrales térmicas convencionales como en centrales eléctricas de 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 producir amoníaco, impulsar la economía del hidrógeno o mejorar los combustibles fósiles.

Alternativamente, 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 para combustible, o que se puede convertir en gasolina.

El gas natural procedente de la gasificación del carbón se puede enfriar hasta licuar para su uso como combustible en el sector del transporte.

Historia

En el pasado, el carbón se convertía para producir gas de hulla, que se canalizaba hasta los clientes para quemarlo para iluminación, calefacción y cocina. Los altos precios del petróleo y el gas natural generaron un mayor interés en la "conversión de BTU" tecnologías como la gasificación, la metanación y la licuefacción. La Synthetic Fuels Corporation era una corporación financiada por el gobierno de Estados Unidos establecida en 1980 para crear un mercado para alternativas a los combustibles fósiles importados (como la gasificación del carbón). La corporación se discontinuó en 1985.

Historia temprana de la producción de gas de carbón por carbonización

El científico flamenco Jan Baptista van Helmont utilizó el nombre "gas" en su Orígenes de la medicina (c. 1609) para describir su descubrimiento. de un "espíritu salvaje" que escapaba de la leña 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 Munich 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 producir, purificar y almacenar gas. Entre otros, iluminó su casa en Redruth y su cabaña en Soho, Birmingham en 1792, la entrada a las instalaciones del Comisionado de Policía de Manchester en 1797, el exterior de la fábrica de Boulton and Watt en Birmingham y una gran fábrica de algodón en Salford. Lancashire en 1805.

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 fábricas de alquitrán locales. En Francia, Philippe le Bon patentó una chimenea de gas en 1799 y demostró el alumbrado público en 1801. Siguieron otras demostraciones en Francia y Estados Unidos, pero en general se reconoce que la primera planta comercial de gas fue construida por London and Westminster Gas. Light and Coke Company en Great Peter Street en 1812 colocando tubos 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 fundaron la Gas Light Company de Baltimore, la primera empresa fabricada Compañía de gas en Estados Unidos. En 1821, el gas natural se utilizaba comercialmente en Fredonia, Nueva York. La primera planta de gas alemana se construyó en Hannover en 1825 y en 1870 había 340 plantas de gas en Alemania que fabricaban gas ciudad a partir de carbón, madera, turba y otros materiales.

Las condiciones de trabajo en Horseferry Road Works de Gas Light and Coke Company, Londres, en la década de 1830, fueron descritas por una visitante francesa, Flora Tristan, en sus Promenades Dans Londres:

Dos filas de hornos en cada lado fueron despedidos; el efecto no era diferente a la descripción de la forja de Vulcan, excepto que los Ciclopes fueron animados con una chispa divina, mientras que los sirvientes oscuros de los hornos ingleses eran alegres, silenciosos y doblados.... El capataz me dijo que los stokers fueron seleccionados entre los más fuertes, pero que sin embargo todos se convirtieron en consumibles después de siete u ocho años de trabajo y murieron de consumo pulmonar. Eso explicaba la tristeza y la apatía en los rostros y cada movimiento de los hombres del agrado.

El primer suministro público de gas por tubería fue a 13 lámparas de gas, cada una con tres globos de vidrio, a lo largo de Pall Mall, Londres, en 1807. El mérito de esto es para el inventor y empresario Fredrick Winsor y el fontanero Thomas Sugg, quienes Hizo y tendió las tuberías. Excavar las calles para tender 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.

Historia temprana de la producción de gas de carbón mediante gasificación

En la década de 1850, todos los pueblos y ciudades pequeños y medianos tenían una planta de gas para proporcionar alumbrado público. Los clientes suscriptores también podrían tener tuberías hasta sus casas. En esta época, la iluminación a gas pasó a ser aceptada. La luz del gas llegó a la clase media y más tarde llegaron las cocinas y estufas de gas.

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 tintes morados de Perkin, como el Mauveine. En la década de 1850, se desarrollaron procesos para producir gas de producción y gas de agua a partir de 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 de producción elaborado a partir de carbón en lugar de coque. Contenía amoníaco y alquitrán de hulla y se procesó para recuperar estos valiosos compuestos.

El gas de agua azul (BWG) arde con una llama no luminosa, lo que lo hace inadecuado para fines de iluminación. El gas agua carburado (CWG), desarrollado en la década de 1860, es un BWG enriquecido con gases obtenidos pulverizando aceite en una retorta caliente. Tiene un mayor poder calorífico y arde con una llama luminosa.

El proceso de gas agua carburado fue mejorado por Thaddeus S. C. Lowe en 1875. El gasóleo se fijó en el BWG mediante termocraqueo en el carburador y el sobrecalentador del grupo electrógeno CWG. La CWG fue la tecnología dominante en Estados Unidos desde la década de 1880 hasta la de 1950, reemplazando a la gasificación del carbón. El CWG tiene un CV de 20 MJ/m³, es decir, algo más de la mitad que el del gas natural.

Desarrollo de la industria del gas de carbón en el Reino Unido

La llegada de la iluminación de gas incandescente en las fábricas, los hogares y las calles, reemplazando las lámparas de aceite y las velas con una luz clara y constante, casi igualando el color de la luz del día, convirtió la noche en día para muchos, haciendo posible el trabajo nocturno en industrias donde la luz era muy importante: al hilar, tejer y confeccionar prendas, etc. La importancia social de este cambio es difícil de apreciar para las generaciones que crecieron con iluminación disponible después del anochecer con solo tocar un interruptor. No sólo se aceleró la producción industrial, sino que se hicieron más seguras las calles, se facilitaron las relaciones sociales y se generalizó la lectura y la escritura. Se construyeron plantas de gas en casi todas las ciudades, las calles principales se iluminaron intensamente y se canalizó gas por las calles a la mayoría de los hogares urbanos. La invención del contador de gas y del contador de prepago a finales de la década de 1880 jugó un papel importante en la venta de gas urbano a clientes domésticos y comerciales.

La educación y formación de la gran fuerza de trabajo, los intentos de normalizar las prácticas manufactureras y comerciales y la moderación de la rivalidad comercial entre las empresas de suministro impulsaron la creación de asociaciones de directores 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 City and Guilds of London Institute. The IGE was granted the Royal Charter in 1929. Las universidades fueron lentas para responder a las necesidades de la industria y no fue hasta 1908 que se fundó la primera cátedra de Gas de Carbón e Industrias de Combustible en la Universidad de Leeds. En 1926, la compañía Gas Light and Coke abrió Watson House adyacente a Nueve plantas de gas Elms. Al principio era un laboratorio científico. Posteriormente incluyó un centro de capacitación de aprendices, pero su importante contribución a la industria fue sus instalaciones de prueba de gas, que se pusieron a disposición de toda la industria, incluidos los fabricantes de gas. Utilizando esta instalación, la industria estableció no sólo estándares de seguridad sino también estándares de rendimiento tanto para la fabricación de electrodomésticos de gas y su servicio en hogares de clientes y locales comerciales.

Durante la Primera Guerra Mundial, los subproductos de la industria del gas, fenol, tolueno, amoníaco y compuestos sulfurosos, eran ingredientes valiosos para los explosivos. Gran parte del carbón para las plantas de gas se enviaba por mar y era vulnerable al ataque enemigo. La industria del gas era un gran empleador de empleados, principalmente hombres antes de la guerra. Pero la llegada de la máquina de escribir y de las mecanógrafas supuso otro cambio social importante que, a diferencia del empleo de mujeres en la industria en tiempos de guerra, tendría 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 en el depósito de gas sin agua, y en la distribución con la llegada de tuberías de acero de 2 a 4 pulgadas para transportar gas a una presión de hasta 50 psi (340 kPa) como alimentador. La red eléctrica en comparación con las tuberías tradicionales de hierro fundido funciona a un promedio de 2–3 pulgadas 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 sustituyó 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. Chimeneas de gas, cocinas de gas, refrigeradores, lavadoras, planchas, atizadores para encender fuegos de carbón, baños calentados por gas, grupos de luces de gas controlados remotamente, motores de gas de diversos tipos y, en años posteriores, centrales de aire y agua caliente a gas. calefacción y aire acondicionado, todo lo cual hizo inmensas contribuciones a la mejora de la calidad de vida en ciudades y pueblos de todo el mundo. La evolución del alumbrado eléctrico disponible en el suministro público extinguió la luz de gas, excepto donde se practicaba la combinación de colores, como en las mercerías.

Proceso

Durante la gasificación, el carbón es soplado con oxígeno y vapor (vapor de agua) mientras también se calienta (y en algunos casos se presuriza). Si el carbón se calienta mediante fuentes de calor externas, el proceso se denomina "alotérmico", mientras que el proceso "autotérmico" se denomina "autotérmico". El proceso supone el calentamiento del carbón mediante reacciones químicas exotérmicas que ocurren dentro del propio gasificador. Es esencial que el oxidante suministrado sea insuficiente para una oxidación (combustión) completa del combustible. Durante las reacciones mencionadas, las moléculas de oxígeno y agua oxidan el carbón y producen una mezcla gaseosa de dióxido de carbono (CO₂), monóxido de carbono (CO), vapor de agua (H₂ O) e hidrógeno molecular (H₂). (Algunos subproductos como alquitrán, 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 naturales (lo que se conoce como gasificación de carbón subterránea) y en depósitos de carbón. refinerías. El producto final deseado suele ser gas de síntesis (es decir, una combinación de H₂ + CO), pero el gas de carbón producido también se puede refinar aún más para producir cantidades adicionales de H₂. :

3C (es decir, carbón) + O₂ + H₂O → H₂ + 3CO

Si el refinador quiere producir alcanes (es decir, hidrocarburos presentes en gas natural, gasolina y diesel), el gas de carbón se recoge en este estado y se dirige a un reactor Fischer-Tropsch. Si, sin embargo, el hidrógeno es el producto final deseado, el gas de carbón (principalmente el producto CO) sufre la reacción del cambio de gas de agua donde se produce más hidrógeno por reacción adicional con vapor de agua:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Aunque existen otras tecnologías para la gasificación de carbón, todas emplean, en general, los mismos procesos químicos. Para los carbones de bajo grado (es decir, lignito u otros "carbones rotos") que contienen cantidades significativas de agua, hay tecnologías en las que no se requiere vapor durante la reacción, con carbón (carbono) y oxígeno siendo los únicos reaccionantes. Además, algunas tecnologías de gasificación de carbón no requieren altas presiones. Algunos utilizan carbón pulverizado como combustible, mientras que otros trabajan con fracciones relativamente grandes de carbón. Las tecnologías de gasificación también varían en la forma en que se suministra el soplado.

"Soplado directo" supone que el carbón y el oxidante se suministran 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 luego por combustible nuevo y lo calienta mientras absorbe algunos productos de destrucción térmica del combustible, como alquitranes y fenoles. Por tanto, el gas requiere un refinamiento significativo antes de utilizarse en la reacción de Fischer-Tropsch. Los productos del refinamiento 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 esas plantas, llamada SASOL, está situada en la República de Sudáfrica (RSA). Fue construido debido al embargo aplicado al país que le impedía importar petróleo y gas natural. RSA es rica en carbón bituminoso y antracita y pudo disponer del uso del conocido sistema de alta presión "Lurgi" Proceso de gasificación desarrollado en Alemania en la primera mitad del siglo XX.

"Soplo inverso" (en comparación con el tipo anterior descrito, que se inventó primero) supone que el carbón y el oxidante se suministran 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 transforman químicamente en CO y H₂. En comparación con el "soplado directo" Gracias a esta tecnología, el gas no contiene subproductos tóxicos: éstos 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 es significativamente menor que la del "soplado directo". ; y no hubo más esfuerzos para desarrollar el sistema de "soplado invertido" procesos hasta la década de 1980, cuando un centro de investigación soviético KATEKNIIUgol' (Instituto de I+D para el desarrollo del yacimiento de carbón de Kansk-Achinsk) inició actividades de I+D para producir la tecnología ahora conocida como "TERMOKOKS-S" proceso. El motivo para reactivar el interés por este tipo de proceso de gasificación es que es ecológicamente limpio y capaz de producir dos tipos de productos útiles (simultáneamente o por separado): gas (ya sea combustible o gas de síntesis) y coque de media temperatura. Los primeros pueden utilizarse como combustible para calderas de gas y generadores diésel o como gas de síntesis para la producción de gasolina, etc., los segundos como combustible tecnológico en metalurgia, como absorbente químico o como materia prima para briquetas de combustible domésticas. La combustión del gas producto en calderas de gas es ecológicamente más limpia que la combustión del carbón inicial. Por lo tanto, una planta que utilice tecnología de gasificación con "soplado invertido" es capaz de producir dos productos valiosos, uno de los cuales tiene un costo de producción relativamente nulo, ya que el segundo está cubierto por el precio competitivo del otro en el mercado. Como la Unión Soviética y su KATEKNIIUgol' dejó 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. Actualmente se sabe que funcionan plantas industriales que lo utilizan en Ulaan-Baatar (Mongolia) y Krasnoyarsk (Rusia).

Tecnología de gasificación en lecho de flujo de aire presurizado creada mediante el desarrollo conjunto entre Wison Group y Shell (Hybrid). Por ejemplo: Híbrido es una tecnología avanzada de gasificación de carbón pulverizado; esta tecnología, combinada con las ventajas existentes de la caldera de calor residual Shell SCGP, incluye algo más que un sistema de transporte, una disposición de quemador de gasificación presurizada de carbón pulverizado, una pared de agua tipo membrana de 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 existentes 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 actualmente que se usa ampliamente en el proceso de enfriamiento con gas sintético. No solo conserva las características originales de gran adaptabilidad y capacidad de ampliación de la caldera de calor residual de carbón Shell SCGP, sino que también absorbe las ventajas de la tecnología de enfriamiento existente.

Gasificación subterránea del carbón

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, generalmente oxígeno o aire, y llevar el gas producto resultante a la superficie a través de pozos de producción perforados desde la superficie. El gas producto 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 minería y la gasificación del carbón tradicionales, la UCG tiene menos impacto ambiental y social, aunque existen preocupaciones ambientales, incluida la posibilidad de contaminación de los acuíferos.

Tecnología de captura de carbono

La captura, utilización y secuestro (o almacenamiento) de carbono se utilizan cada vez más en proyectos modernos de gasificación de carbón para abordar la preocupación por las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con el uso de carbón y combustibles carbonosos. A este respecto, 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 con nitrógeno y oxígeno residual en los gases de escape de la combustión a presión cercana a la ambiental, lo que la hace relativamente La captura de CO₂ es difícil, requiere mucha energía y es costosa (esto se conoce como captura de CO₂ por “postcombustión”).

En la gasificación, por otro lado, normalmente se suministra oxígeno a los gasificadores y se quema sólo suficiente combustible para proporcionar el calor necesario para gasificar el resto; además, la gasificación se realiza frecuentemente a presión elevada. El gas de síntesis resultante suele tener una presión más alta y no está diluido con nitrógeno, lo que permite una eliminación del CO₂ mucho más fácil, eficiente y menos costosa. La capacidad única del ciclo combinado de gasificación y gasificación integrada para eliminar fácilmente el CO₂ del gas de síntesis antes de su combustión en una turbina de gas (llamada "precombustión" CO₂ captura) o su uso en combustibles o síntesis de productos químicos es una de sus importantes ventajas sobre los sistemas convencionales de utilización del carbón.

Opciones de tecnología de captura de CO2

Todos los procesos de conversión basados en la gasificación del carbón requieren la eliminación del 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 gases ácidos (AGR) empleados para el diseño de gasificación son un sistema de disolvente químico (por ejemplo, sistemas de tratamiento de gases de amina basados en MDEA, por ejemplo) o un sistema de disolvente 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 comercialmente probadas 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 del gas de síntesis debe convertirse primero en CO₂ e hidrógeno (H ₂) a través de un paso de transferencia de agua-gas (WGS) aguas arriba de la planta AGR.

Para aplicaciones de gasificación, o Ciclo Combinado de Gasificación Integrada (IGCC), las modificaciones de la planta necesarias para agregar la capacidad de capturar CO₂ son mínimas. El gas de síntesis producido por los gasificadores necesita ser tratado mediante varios procesos para eliminar las impurezas que ya se encuentran en la corriente de gas, por lo que todo lo que se requiere para eliminar el CO₂ es agregar el equipo necesario, un absorbente y regenerador, a este tren de proceso.

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 volúmenes mucho mayores de gas total, lo que requiere procesamiento más grande y más costoso. equipo.

Proyectos basados en IGCC (Ciclo Combinado de Gasificación Integrada) en Estados Unidos con captura y uso/almacenamiento de CO2

El proyecto Kemper de Mississippi Power fue diseñado como una planta IGCC de combustible de lignito, que genera 524 MW netos de energía a partir de gas de síntesis y captura más del 65 % del CO₂ generado con el Selexol. proceso. La tecnología de la instalación de Kemper, Gasificación Integrada en el Transporte (TRIG), fue desarrollada y tiene licencia de KBR. El CO₂ se enviará por oleoducto a los yacimientos petrolíferos agotados de Mississippi para mejorar las operaciones de recuperación de petróleo. La planta no cumplió con todos sus objetivos y planes de producción de "carbón limpio" La generación de energía se abandonó en julio de 2017. Se espera que la planta siga adelante quemando únicamente gas natural.

Hydrogen Energy California (HECA) será una planta de poligeneración 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 será capturado (usando Rectisol) y transportado al campo petrolífero de Elk Hills para su EOR, lo que permitirá la recuperación de 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 HECA.

El Proyecto de Energía Limpia de Texas (TCEP) de la Cumbre será un proyecto de poligeneración/energía de 400 MW basado en IGCC alimentado con carbón (que también producirá fertilizante de urea), que capturará el 90% de su CO_{2< /sub> en precombustión mediante el proceso Rectisol. El CO2 que no se utilice en la fabricación de fertilizantes se utilizará para mejorar la recuperación de petróleo en la Cuenca Pérmica del Oeste de Texas.}

Plantas como el Proyecto de Energía Limpia de Texas, que emplean la captura y almacenamiento de carbono, han sido promocionadas como una solución parcial o provisional a los problemas regulatorios si pueden volverse económicamente viables mediante un mejor diseño y una producción en masa. Ha habido oposición de los reguladores de servicios públicos y de los contribuyentes debido al aumento de los costos; y de ambientalistas como Bill McKibben, que consideran contraproducente cualquier uso continuo de combustibles fósiles.

Subproductos

Los subproductos de la fabricación de gas de hulla incluían coque, alquitrán de hulla, azufre y amoníaco; todos los productos útiles. 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 productor. El alquitrán de hulla se somete a destilación fraccionada para recuperar diversos productos, entre ellos

• tar, para hacer surf
• benzole, combustible motor
• creosota, conservante de madera
• fenol, utilizado en la fabricación de plásticos
• cresols, desinfectantes

El azufre se utiliza en la fabricación de ácido sulfúrico y el amoníaco en la fabricación de fertilizantes.

Comercialización

Según el Consejo de Tecnologías de Gasificación y Syngas, 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 ellos utilizan carbón como materia prima.

A partir de 2017, la expansión a gran escala de la industria de gasificación del carbón se estaba produciendo solo en China, donde los gobiernos locales y las empresas de energía promueven la industria para generar empleos y un mercado para el carbón. En su mayor parte, las plantas están ubicadas en zonas 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.

Impacto ambiental

Impacto ambiental de la industria del gas de carbón manufacturado

Desde su desarrollo original hasta la adopción a gran escala del gas natural, solo en Estados Unidos existieron más de 50.000 plantas de gas manufacturado. El proceso de fabricación de gas generalmente producía una serie de subproductos que contaminaban el suelo y el agua subterránea dentro y alrededor de la planta de fabricación, por lo que muchas antiguas plantas de gas urbano son una seria preocupación ambiental y los costos de limpieza y remediación suelen ser altos. Las plantas de gas manufacturado (MGP) generalmente estaban ubicadas cerca o adyacentes a vías fluviales que se usaban para transportar carbón y para la descarga de aguas residuales contaminadas con alquitrán, amoníaco y/o aceites de goteo, así como alquitranes de desecho y emulsiones de agua y alquitrán.

En los primeros días de las operaciones de MGP, el alquitrán de hulla se consideraba un desecho 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 finales 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 tirar el alquitrán como residuo. . Comúnmente, los residuos de alquitrán se eliminaban en viejos depósitos de gas, túneles o incluso pozos de minas (si los había). Con el tiempo, los alquitranes residuales se degradan con fenoles, benceno (y otros monoaromáticos (BTEX) e hidrocarburos aromáticos policíclicos liberados como columnas de contaminantes que pueden escapar al medio ambiente circundante. Otros desechos incluyeron el "billy azul", que es un compuesto de ferroferricianuro; el color azul proviene del azul de Prusia, que se usaba comercialmente como tinte. El billy azul suele ser un material granular y, en ocasiones, se vendía localmente con el lema "unidades libres de malezas garantizadas". La presencia de blue billy puede dar a los desechos de las plantas de gas un característico olor a almendras amargas o a mazapán, asociado 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 alquitrán 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 MGP que cambiaron a grados de petróleo más pesados a menudo experimentaron problemas con la producción de emulsiones de alquitrán y agua, que eran difíciles, lentas y costosas de romper. (La causa del cambio de alquitrán en las emulsiones de agua 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 del coque). La producción de grandes volúmenes de emulsiones de alquitrán y agua llenó rápidamente La capacidad de almacenamiento disponible en los MGP y la dirección de la planta a menudo arrojaban las emulsiones en pozos, de los que podrían o no haber sido recuperadas posteriormente. Incluso si se recuperaran las emulsiones, el daño ambiental causado por la colocación de alquitrán en pozos sin revestimiento persistía. 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 importante en la contaminación encontrada en las antiguas plantas de gas manufacturado (conocidas como " FMGP" en la remediación ambiental) hoy.

Los contaminantes asociados con los FMGP son:

• BTEX
  • Difundido de depósitos de carbón/gas de alquitrán
  • Líderes de aceite de carburante / aceite de luz
  • Leaks from drip pots, that collected condensible hydrocarbons from the gas
• Desechos de alquitrán de carbón
  • Típicamente se encuentra en sumideros de gas y estanques de decantación.
  • El lodo de alquitrán de carbón no tiene valor de reventa y siempre fue abandonado.
• Compuestos orgánicos volátiles
• Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH)
  • Presentar en alquitrán de carbón, alquitrán de gas y lanzar en concentraciones significativas.
• Metales pesados
  • Vendedor de gas, tubería de plomo, cenizas de carbón.
• Cyanide
  • Los residuos purificadores tienen grandes cantidades de ferrocianides complejos en él.
• Lampblack
  • Sólo se encontró donde el petróleo crudo se utilizó como materia prima de gasificación.
• Emulsiones de tar

Los alquitranes de hulla y los lodos de alquitrán de hulla son frecuentemente más densos que el agua y están presentes en el medio ambiente como un líquido denso en fase no acuosa.

En el Reino Unido, una serie de antiguas plantas de gas han sido remodeladas para usos residenciales y de otro tipo (incluido el Millennium Dome), considerándose terrenos urbanizables de primera calidad dentro de los límites de la ciudad. Estas oportunidades de desarrollo ahora están generando problemas asociados con la planificación y el régimen de tierras contaminadas y recientemente han sido debatidas en la Cámara de los Comunes.

Impacto ambiental de la gasificación moderna del carbón

Los procesos de gasificación del carbón requieren controles y medidas de prevención de la contaminación para mitigar las emisiones contaminantes. Los contaminantes o emisiones preocupantes en el contexto de la gasificación del carbón incluyen principalmente:

• Slag

Los gasificadores sin escoria producen cenizas secas similares a las producidas por la combustión de carbón convencional, lo que puede ser un riesgo ambiental si las cenizas (que normalmente contienen metales pesados) son lixiviables o cáusticas, y si las cenizas deben almacenarse en estanques de cenizas. Los gasificadores 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, haciendo que el material no sea tóxico. Esta escoria no peligrosa tiene múltiples usos beneficiosos, como agregado en concreto, agregado en asfalto para la construcción de carreteras, arena en granallado abrasivo, gránulos para techos, etc.

• Dióxido de carbono (CO₂)

CO₂ es de suma importancia en el cambio climático global.

• Mercurio
• Arsenic
• Particulate matter (PM)

La ceniza se forma en la gasificación a partir de impurezas inorgánicas del carbón. Algunas de estas impurezas reaccionan para formar sólidos microscópicos que pueden suspenderse en el gas de síntesis producido por la gasificación.

• Dióxido de azufre (SO)₂)

Normalmente el carbón contiene entre 0,2 y 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 gas ácido 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.

• Óxidos de nitrógeno (NO_x)

(NO_x) se refiere al óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO)₂). El carbón generalmente contiene entre 0,5 y 3 por ciento de nitrógeno sobre una base de peso seco, la mayoría de los cuales se convierte en gas nitrógeno inofensivo. Se producen pequeños niveles de amoníaco y cianuro de hidrógeno, y deben eliminarse durante el proceso de enfriamiento de singas. En el caso de la generación de energía, NO_x También se puede formar aguas abajo por la combustión de singas en turbinas.