PLANTA DE GAS SINTTICO A PARTIR DE CARBN

SUMARIO

El Per a pesar de tener ndices de crecimiento econmico positivos sigue siendo un pas en vas de desarrollo que est abocado a la tarea de incentivar la industria nacional y reducir su dependencia de la industria extranjera; dentro de este contexto el presente proyecto pretende, demostrar la posibilidad y factibilidad de disear, construir, optimizar y poner en marcha una planta qumica para producir gas sinttico a base de carbn, con en nico y primordial fin de encaminar la industria nacional a la elaboracin de productos con mayor valor agregado y mayor numero de aplicaciones. El contenido del proyecto abarca el Estudio de Mercado, localizacin de la planta y diseo de la planta. Un factor determinante para la eleccin del proyecto, radica en que el producto concuerda con la poltica gubernamental de la sustitucin de importaciones la cual implicara un gran impulso para la industria nacional. Impulsar la industria nacional, nos conlleva a que los productos sean terminados o que ofrezcan la mxima satisfaccin al consumidor-usuario, dicho de otra manera un producto de alta calidad, De mltiples aplicaciones con precio razonable encierran lo mas importante en la industria la competitividad y a ello apunta una investigacin como la que precede.

INDICE SUMARIO I INDICE II INTRODUCCIN III I. ESTUDIO DE MERCADO 4

I.1 Datos histricos 5 1.2 Usos ltimos 6 1.3 Productos competitivos 6 1.4 Tasa de aumento 6 1.5 Estimacin de demanda futura 9 1.6 Capacidad estimada para la instalacin de una planta 12 1.7 Precio de venta 12 1.8 Tamao y ubicacin de los consumidores 14 1.9 Productores actuales, sus ubicaciones y capacidades de 14 Planta II. LOCALIZACIN DE LA PLANTA 2.1 Factores primarios II.1.1 Proximidad Geogrfica a los recursos de 16 Materias primas II.1.2 Accesibilidad a los mercados 16 II.1.3 Suministro de energa elctrica 17 II.1.4 Suministro de agua 17 II.1.5 Condiciones climatricas 17 II.2 Factores secundarios II.2.1 Transporte II.2.2 Mano de obra 18

18

II.2.3 Disposicin de desperdicio 18 II.3 Eleccin final del lugar para la instalacin de la planta 19

III. SELECCIN Y DISEO DEL PROCESO III.1Descripcin de los diferentes procesos para la elaboracin del producto III.2Seleccin del proceso III.2.1 Especificacin de los principales componentes del proceso III.2.2 Especificacin y necesidades de los servicios en la planta III.3Descripcin breve de los principales equipos III.4Diagrama de bloques III.5Diagrama de equipos III.6Balances de materia III.7Balances de materia con balances de bloque

ANEXOS

I.

ESTUDIO DE MERCADO 1.1. Datos histricos

La produccin mundial del carbn en 1994 refleja la crisis de la minera en la Unin Europea (la produccin baj un 17,4%) y en Rusia (decay en un 6,2%). En cambio se produjo un dinamismo en la industria carbonfera de Estados Unidos, China, India, Colombia y Australia entre otros pases. La produccin total en el mundo ese ao fue 2.158,3 millones de toneladas, de las cuales China produjo un 27,4%, Estados Unidos un 5,5% y la Repblica de Surfrica un 4,8%. El carbn es la ms importante fuente de energa en la Comunidad Europea ya que proporciona casi el 40% de las necesidades de generacin elctrica. Con unas reservas mundiales que se calcula durarn ms de 200 aos. Son cinco veces superiores a las de gas y las de petrleo, adems de estar distribuidas ms uniformemente por el planeta y ser ms accesibles. En la Comunidad Europea se queman ms de 300 millones de toneladas de carbn y 200 millones de toneladas de lignito (o carbn bituminoso) y turba por ao. Se prev que esa cantidad aumentar hasta en un tercio en los prximos aos dependiendo de cmo vaya incrementndose el coste del petrleo y gas. En la actualidad en Europa se estn desarrollando una serie de tecnologas que convierten el carbn en un combustible ms limpio que sus competidores el gas y el petrleo. 1.2. Usos ltimos 1.2.1. Aplicaciones domesticas. En cuanto a aplicaciones domesticas podemos decir que se suele utilizar mezclado con otros gases para formar el gas natural o el gas ciudad el cual se puede utilizar, como muchos ya conocemos, para el calentador de agua, mantener nuestros hogares calientes en invierno mediante la calefaccin de gas natural. La distribucin de este en la ciudad es mediante tuberas que llegan a las casas. Con las colocaciones de seguridad necesarias y los procedimientos oportunos podemos tener una instalacin de gas natural, el cual ha sustituido al butano, casi por completo, ya que su bajo costo y no tener que pedir las bobonas cada vez que se te acaban lo hace ms til. Ahora est en competicin de la electricidad. 1.2.2. Aplicaciones automovilsticas. Aqu no tenemos muchas aplicaciones ya que el hidrogeno es el combustible que esta abarcando esta industria pero si es cierto que se estn haciendo pruebas. Una de ellas es el Panda -Panda, con motor Natural Power que se trata de un automvil de bajo impacto medioambiental equipado con el motor 1.2 8v con doble alimentacin gasolina/metano. Solo con el motor de metano tiene una autonoma de 300 km. 1.2.3. Aplicaciones espaciales.

El 16 de Enero del 2007 se hizo un test con motores (turbinas) alimentados con metano en el desierto Mojave. No fue una prueba ms ya que la mayora de los cohetes de la NASA son alimentados por medio de oxigeno liquido e hidrogeno o combustible slido qumico. Esto es solo una prueba por que todava no est preparado para volar en el espacio. Pero la tecnologa est disponible, y los motores de metano como este, podran ser la clave para la exploracin espacial. El metano es muy abundante en muchos lugares diferentes del Sistema Solar exterior. Puede ser extrado de Marte, Titan, Jpiter y muchos otros planetas y lunas. En las atmosferas de Jpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen metano, y Plutn esta helado con hielo de metano en su superficie. Nuevos tipos de misiones pueden ser concebidos utilizando el metano. Siendo un combustible esperando en el destino, un cohete podra necesitar menos combustible a la hora del lanzamiento y de esta forma reducir el coste y peso de las misiones. Adems otra ventaja a considerar de llevar este combustible es: el hidrogeno liquido utilizado por el trasbordador espacial tiene que ser almacenado a -252,9C, casi en el cero absoluto, mientras que el metano liquido, sin embargo, puede ser almacenado a temperaturas ms altas, concretamente a -161.6C. Esto significa que los tanques de metano no necesitaran tanto aislamiento, hacindolos ms ligeros y ms baratos para su lanzamiento. Adems los tanques serian ms pequeos porque el metano es ms denso que el hidrogeno, ahorrando todava ms dinero en peso. Otra ventaja mas es el metano es un elemento menos toxico, se le considera un combustible verde. No necesitas ponerte un traje HAZMAT (hazardous materials) (Elementos peligrosos) cuando manejas combustible de este tipo. Increblemente, este gas inflamable nunca ha impulsado una nave anteriormente. Pero ahora los cientficos y los ingenieros en Marshall, estn desarrollando un motor LOX/metano como una opcin de futuro. Este trabajo est financiado por el Programa de Desarrollo de Tecnologa y Exploracin de la NASA y muestra como hay tecnologas que estn siendo desarrolladas ahora y que algn da se utilizaran en misiones espaciales El metano tiene tantas ventajas. Es posible que los motores de LOX-metano sean utilizados en los cohetes y sondas en el futuro. La llamarada blanca en el desierto fue solo el primer paso. 1.2.4. Aplicaciones industriales. En cuanto a las aplicaciones industriales podemos distinguir dos tipos de producciones que son la produccin nica de energa elctrica y la produccin conjunta de energa en forma de calor y en forma de energa elctrica. Adems de estas podemos obtener que en la industria tambin podemos utilizar el gas metano como sustituto de combustibles como el diesel, carbn, madera, keroseneetc. Ahora pasaremos a proponer los distintos tipos de industria que aprovechan el metano: Industria qumica.- El metano es la materia prima elegida para la produccin de hidrogeno, metanol, acido actico, anhdrido actico. Cuando se emplea para producir cualquiera de estos productos qumicos, el metano se transforma primero en gas de sntesis, una mezcla de monxido de carbono e hidrogeno,

mediante reformacin por vapor de agua utilizando catalizador de nquel a temperaturas entre 700 y 1000C Industria del vidrio.- Las propiedades fisicoqumicas del gas natural han hecho posible la construccin de quemadores que permiten una llama que brinda la luminosidad y la radiacin necesaria para conseguir una optima transmisin de la energa calrica en la masa de cristal. Asimismo es importante mencionar que con el gas natural el producto final (vidrio) sale limpio. Industria de los alimentos.- En la produccin de alimentos el gas natural se utiliza en los procesos de cocimiento y secado. El gas natural es el combustible que permite cumplir las exigencias de calidad ISO, que son requerimientos para ciertos productos de exportacin. Industria textil.- El gas natural permite el calentamiento directo por conveccin en sustitucin del tradicional sistema de calentamiento mediante fluidos intermedios, con el consiguiente ahorro energtico (entre el 20 y el 30%). Industria de cermicas.- El uso del gas natural en esta industria es muy ventajoso debido a que se consigue un ahorro econmico y permite la obtencin de productos de mejor calidad. Cabe indicar que los productos acabados de esta industria requieren de mucha limpieza y con el gas natural se consigue esta exigencia. Industria del cemento.- Los hornos de las cementeras que utilizan gas natural son ms eficientes y tienen mayor vida til; no requieren de mantenimiento continuo y los gases de combustin no contaminan el ambiente como los dems combustibles. Fundicin de metales.- El gas natural ofrece a la industria metalrgica variadas aplicaciones. Sus caractersticas lo hacen apto para todos los procesos de calentamiento de metales, tanto en la fusin como en el recalentamiento y tratamientos trmicos.

1.1.

Productos competitivos 1.1.1. Gas natural licuado El gas natural se transporta generalmente utilizando gasoductos pero, para grandes distancias, resulta ms econmico usar buques. Para transportarlo as es necesario licuarlo, dado que a la temperatura ambiente y a la presin atmosfrica ocupa un volumen considerable. El proceso de licuefaccin reduce el volumen del gas natural 600 veces con respecto a su volumen original. Aproximadamente la mitad de las reservas de hidrocarburos conocidas hoy son yacimientos de gas natural. Con frecuencia se encuentran ubicadas en regiones con poca demanda de gas. Sin embargo, al licuarlo, puede transportarse con total seguridad hasta su mercado de destino utilizando buques, de manera similar al petrleo crudo.

1.1.2. Butano La principal aplicacin del gas butano es la de combustible en hogares para la cocina y agua caliente, y en los mecheros de gas. No suele consumirse en grandes cantidades debido a sus limitaciones de transporte y almacenaje. No es adecuado para su transporte va gasoductos ya que por su alta temperatura de licuefaccin se podra condensar en las conducciones. De hecho se eliminan los restos de butano y propano del gas natural por este motivo.

1.2.

Tasa de aumento

El gas sinttico (metano) compite directamente con el gas natural el cual en el pas se exporta, pero existe una creciente demanda en el mercado extranjero y la cantidad de reservas en el pas no cubriran esta demanda. Entonces existe la posibilidad que el gas sinttico sea una alternativa viable. TABLA 1 resume la cantidad de gas natural (principalmente metano) que export el PERU en un periodo de 5 aos. TABLA 1N aos 1 2 3 4 5 TOTAL Tiempo (aos) 2007 2008 2009 2010 2011 Consumo (Kg.) 23 392 495 1630105454 2222086558 3852192922 Aumento %i

369 94.1 103 20.8 163010495 9 100.0 591981104 26.6 222208653 5 241.581

Fuente: SUNAT Tasa de crecimiento= = =60.4

%in 1Consumo Promedio =

241.6 5 1

=

= 770438584

consumon

3852192922 5

Aumento Promedio =

=

= 444417307

aumentonTasa de Crecimiento =

2222086535 5

AumentoPr omedio 100 ConsumoPr omedio

=

444417307 100 770438584= 57.7 % 1.2.1. DEMANDA ACTUAL El consumo promedio es de 770438584 kg o 770.44 TM de metano al ao, lo que tomaremos como demanda total del producto, para evaluar nuestro proyecto. Demanda de metano en Per = 770.44 TM 1.2.2. OFERTA. Los registros de SUNAT, nos marca claramente que hay una tendencia al crecimiento de la demanda de metano con una produccin nacional limitada, como este producto es nuevo en el mercado su oferta es cero, y tomara parte de la demanda actual de gas metano de origen natural. Oferta de gas sinttico en Per = 0

1.2.3. DEMANDA POTENCIAL INSATISFECHA (DPI). La resta de los datos de demanda y oferta, nos mostrarn la Demanda Potencial Insatisfecha, es decir, el mercado del producto por cubrirse en el pas actualmente. DPI =770.44 TM 0= 770.44 TM

En esta demanda potencial con referencia a los 5 ltimos aos nos percatamos que la demanda va ir subiendo con respecto a la tasa de aumento calculada con anterioridad para proyectarla hemos realizado una estimacin de demanda futura de nuestro producto.

1.3.

Estimacin de demanda futura La capacidad de la planta, se determina en base a la demanda para el ao 2021, en lo que se refiere a la produccin de gas. En la TABLA 2 se muestra el anlisis por el mtodo de linearizacin para obtener la ecuacin de la recta que gobernara los siguientes aos TABLA 2N aos Tiempo (aos) 2007 2008 2009 2010 2011 Consumo (Kg.)

X 0 1 2 3 4 10

Y 0 1 4 9 16 30

XY 0.0 0.4 1.0 4890316.4 8888346.2 13778664.0

1 2 3 4 5

Total

0.02 0.39 0.50 1630105.45 2222086.56 3852192.92

Y = a+ bx Y = n (a) + b X 3852192.92=7 (a) + 10 (b) XY = a X + b X 2 13778664 = 10 (a) + 30(b) 2 a = -444417 b = 607428 Y= -444417+607428 xTABLA 3 AO 2012 2013

1

X 5 6

Y 2592723 3200151

2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

7 8 9 10 11 12 13 14

3807579 4415007 5022435 5629863 6237291 6844719 7452147 8059575

1.4.

Capacidad estimada para la instalacin de una planta La capacitacin estimada para la planta, est calculada para satisfacer la creciente demanda internacional y cubrir alguna parte de la demanda interna, evitando de esta manera su importacin y la fuga de divisas. La demanda estimada para el ao 2021 es de 8059575 TM (VER TABLA 3), en base a esto, se ha fijado la capacidad de la planta en el 40% del total sea 3223830 TM, cabe sealar que este anlisis no tiene una confiabilidad alta pero es una buena base a seguir, y el proyecto podra cambiar en estos trminos dependiendo de los cambios que pudiesen aparecer en su desarrollo.

1.5.

Precio de venta

El precio de venta para el presente producto se ha considerado igual al precio CIF promedio siendo este $ 0.32/Kg. De gas. Al ser el producto en su mayora para exportacin, los precios estn en dlares preferentemente, aunque se puede expresar en la moneda del pas, y variaran de acuerdo al mercado. 1.6. Tamao y ubicacin de los consumidores Al introducir gas sinttico al mercado, este sera internacional y de consumo interno, todos esos sectores sern aquellos mencionados en los usos ltimos. 1.7. Productores actuales, sus ubicaciones y capacidades de Planta.

En el Per no existe una planta alguna de produccin de gas sinttico, siendo sta la nica planta a instalarse.

I.

LOCALIZACIN DE LA PLANTA

Este captulo tiene como objetivo, describir cada uno de los factores de mayor importancia que permiten seleccionar el rea geogrfica para ubicar la planta, con el fin de localizarla en el lugar econmicamente ms favorable, de lo contrario pueden perderse las ventajas del proceso. Se analizan todos los factores que deben considerarse en la seleccin del lugar ptimo, de tal manera se asegurar la operatividad de la planta. El estudio de emplazamiento consiste en analizar las variables, que se pueden llamar fuerzas locacionales, con el fin de buscar la localizacin en el que la resultante de estas fuerzas conduzca a una mxima tasa de ganancia o a un mnimo costo unitario de produccin. Los factores que se consideran generalmente dentro de los aspectos econmicos y de operatividad de la localizacin de la planta se clasifican en dos grandes grupos. Los factores primarios que son los que ms influyen en la determinacin de una mejor ubicacin y permitirn establecer la regin donde se localizar; para el anlisis consideraremos: suministro de materia prima, mercado, combustible, energa elctrica, agua, etc.; los factores secundarios o especficos que deciden el lugar de ubicacin

exacto dentro de la regin. Todos los factores son importantes para la seleccin del lugar. Para analizar esta serie de factores, se considera el territorio peruano dividido en cuatro zonas: norte, centro, sur, oriente.

2.1.

FACTORES PRIMARIOS 2.1.1.PROXIMIDAD GEOGRFICA A LOS RECURSOS DE MATERIAS PRIMAS La accesibilidad a las materias primas es el factor de mayor incidencia para la ubicacin de una planta. La fuente de energa proveniente del carbn producido en el norte de nuestro pas est siendo aprovechada por las siguientes industrias: fbricas de cemento, siderrgicas, ladrilleras, briquetas para calefaccin y uso domstico. Para realizar el presente estudio se ha tomando datos de minas de carbn en la serrana de los departamentos de La Libertad, Ancash y Amazonas, a fin de tomar conocimiento de la forma cmo se vienen explotando las minas de carbn actualmente en el rea estudiada. De todas las minas visitadas y estudiadas, la nica que est operando con las tcnicas debidas y haciendo una explotacin racional, es la Ca. Black Hill Co. Las dems, son trabajadas por mineros artesanales o informales quienes vienen explotando los afloramientos de carbn, por estar emplazados en sus respectivos terrenos superficiales. A los acopiadores no les interesan las formas ni los mtodos de produccin del carbn, propicindose as el trabajo en condiciones totalmente deplorables, sin un pice de seguridad y racionalidad.

Cabe destacar que lo ideal sera que la materia prima este cerca a un puerto por lo que tambin se considerara la zona de talara, que tambin sera un buen centro para las ventas. 2.1.2.ACCESIBILIDAD DE MERCADOS La localizacin del mercado sirve para determinar los costos de comercializacin del producto; as como la proximidad de la planta a los mercados es una ventaja deseable que debe tratarse de obtener en la seleccin del lugar donde se ubicara esta. Los consumidores de gas seran todas las industrias de alto consumo de calor, Lima es un punto atractivo, aunque hoy en da las vas terrestres estn ampliadas y mejoradas en el pas, as que todos los lugares donde haya acceso es bueno, siempre teniendo en cuenta que unos sern ms atractivos que otros.

2.1.3.SUMINISTRO DE ENEGIA ELECTRICA (EEEE) En Lima la energa elctrica puede ser suministrada por HIDRANDINA, que cuenta con plantas generadoras , tambin est funcionando la CENTRAL HIDROELECTRICA DEL MANTARO lo que hace que aumente la facilidad de satisfacer la demanda de energa elctrica de lima metropolitana y de su zona industrial asegurando un suministro mejor y a bajo costo. En talara no se cuenta con plantas generadoras de energa elctrica que puedan satisfacer la demanda industrial. En la actualidad la demanda de energa elctrica en talara es suministrada por grupos electrgenos de la compaa Petrleos del Per, por lo que para instalar la planta sera necesario tener un generador propio lo cual permitira disponer de fluido elctrico a un costo probablemente mayor que en Lima. 2.1.4.SUMINISTRO DE AGUA Antes de emprender las obras de construccin de una planta de procesos qumicos, uno de los problemas que deben resolverse es asegurar para la planta un adecuado suministro de agua, tanto para sus necesidades industriales (generacin de vapor de agua, etc.), as como para las necesidades humanas. Antes de contar con el suministro de agua de los ros Chira en talara y Rmac en lima, cuyos caudales varan con el tiempo, es mejor que la planta tenga un pozo para abastecerse de agua del subsuelo, en este caso los terrenos de Lima presentan mejores condiciones hidrolgicas que los de la zona de Talara y Arequipa. 2.1.5.CONDICIONES CLIMATRICAS

Todos los proyectistas aceptan como hecho que la eficiencia del ser humano est ligada a su ambiente, especialmente el clima. Esta influye en la conservacin del equipo. Pese a que tanto Lima como Talara se encuentran ubicadas en la costa, las condiciones climticas en ambos lugares son diferentes, En Lima la acentuada humedad durante la mayor parte del ao obliga a tener en cuenta medios de proteccin para evitar el deterioro del equipo por corrosin. En talara, el clima es un poco ms seco siendo menos excesiva la corrosin del equipo. En el caso de la serrana nortea el clima es frio y la experiencia indica que no es una buena zona para el funcionamiento de equipos.

2.2.

FACTORES SECUNDARIOS O ESPECFICOS 2.2.1.TRANPORTE Los puertos de Talara y el Callao (lima) permiten una conexin directa con otros pases, en este aspecto no hay prioridad de uno sobre otro, la carretera Panamericana une Lima con Talara y estas ciudades con otras importantes del pas como: Arequipa, Chiclayo, Trujillo, Tacna, etc. Lima por su misma situacin central permite una mejor distribucin del producto, adems cuenta con mejores medios de transporte interno y externo lo que facilitara el desarrollo industrial. 2.2.2.MANO DE OBRA La influencia de la mano de obra en la seleccin de la ubicacin especfica de una planta, se evala principalmente desde el punto de vista de disponibilidad y aptitudes; y en grado mucho menor, por el nivel de los salarios. Lima cuenta con una infraestructura educativa ms desarrollada que Talara y Arequipa, posee el personal tcnico y calificado ms idneo, y adems en l se conjugan: disponibilidad de mano de obra, personal de mando medio y calificado con aptitudes de investigacin y desarrollo, aunque los salarios son ms altos que en las otras ciudades, debido al mayor costo de vida.

2.2.3.DISPOSICION DE DESPERDICIOS Este aspecto es muy importante, pues la disposicin de desperdicios adecuada es de por s una ciencia. Actualmente los controles sanitarios de este tipo son cada vez ms estrictos. Debe considerarse l contaminacin del aire, agua, y zonas agrcolas. En el caso tendremos en cuenta solo la contaminacin del aire, ya que el proceso no presenta mayores problemas por contaminacin de agua y suelo, para ello se utilizaran equipos que cumplan con ser totalmente hermticos para evitar que los vapores txicos que resultan de reacciones no escapen. En Lima, existen muchos problemas, debido a las numerosas plantas instaladas y por su cercana a la poblacin pero es necesario recalcar que la instalacin adecuada de la planta no presentara ningn problema ambiental.

2.3.

ELECCIN FINAL DEL LUGAR PARA INSTALAR LA PLANTA

La tabla presenta la evaluacin para establecer la ubicacin de la planta, en ella se han dado a los factores un valor de 100 como mximo y 10 como mnimo. Hemos estudiado tres zonas: serrana nortea, Talara y Lima; de acuerdo a nuestro estudio de localizacin hemos descartado temporalmente la serrana nortea por no cumplir con varios factores principales; por lo que la tabla de evaluacin por el mtodo de balanceo solo mencionaremos Talara y Lima. De acuerdo con esto, Talara resulta como el lugar ms adecuado para la ubicacin de la planta. EVALUACION POR EL METODO DE BALANCEO TABLA 4 FACTOR MATERIA PRIMA 100 MERCADO TRANSPORTE ENERGA ELECTRICA 50 AGUA 40 45 30 45 35 2250 1200 2250 1400 90 60 90 80 50 95 75 47 9000 7200 3000 9500 6750 2820 VALOR FACTOR EVALUACION LIMA TALARA CUENTA LIMA TALARA

MANO

DE OBRA 30 25 15 13 25 20 18 750 375 260 24035 750 500 360 24330 25 20 TOTAL

CLIMAS DESPERDICIOS

I.

SELECCIN Y DISEO DEL PROCESO

En el presente captulo, se tiene por finalidad seleccionar el proceso ms conveniente para obtencin de la anilina. Este captulo tiene por objeto exponer el diseo, seleccin y especificacin del equipo de proceso. Para lo cual, primero se determin en cada seccin las condiciones de operacin, incluyendo flujos y propiedades fsicas y qumicas de los materiales manipulados. Luego se dise las unidades respectivas haciendo uso de los procedimientos de clculo recomendados para cada unidad, teniendo en cuenta limitaciones al empleo de materiales y factores de seguridad. Los clculos detallados y resultados obtenidos se muestran en el apndice y en las hojas de especificaciones respectivamente. En esta seccin propondremos distintas tecnologas que han demostrado tener factibilidad tcnica, y que pueden ser consideradas como posibles alternativas que se construirn en el pas.

3.1. DESCRIPCIN DE LOS DIFERENTES PROCESOS PARA LA ELABORACIN DEL PRODUCTO APROVECHAMIENTO TECNOLOGICO DEL CARBON El carbn sale de la mina en trozos de diferente tamao mezclados con una buena cantidad de otros productos minerales y con un contenido variable de agua. Ser necesario eliminar la ganga y el agua, para evitar en transporte de materia intil hasta el lugar de empleo y tambin se realizar una separacin por tamaos para que elimine materias estriles y facilite las labores posteriores. En la separacin por tamaos aparecen unos finos, de difcil manejo, que se pueden mejorar por aglomeracin, y un cribado, que es el producto de mejor calidad. Para la preparacin previa del carbn hay que hacer unas operaciones mecnicas de clasificacin, lavado y secado y en algunas circunstancias la de aglomeracin (briqueteado). La clasificacin se realizar en seco. La primera separacin nos proporcionar el producto cribado, el menudo y el polvo. En la fase de lavado el cribado se somete a una corriente de agua que hace una nueva separacin por densidades o por tamao. El secado mejora las condiciones de utilizacin del carbn en todos los procesos.

El briqueteado se realiza mezclando los finos con un aglomerante y calentando hasta plasticidad para despus prensar la mezcla, debiendo reunir unas condiciones definidas de poder calorfico y resistencia. Procedimientos Sintticos: Proceso Bergius: se hidrogena carbn en presencia de catalizadores a altas temperaturas y presiones. Proceso Fischer-Tropsch: se parte de gas de agua enriquecido con hidrogeno y se le hace pasar por un catalizador en caliente. Destilacin Seca: de esta forma se obtiene metano de muchas sustancias orgnicas, como la madera, turba, hulla, rocas bituminosas, etc. Sntesis Directa: se hace actuar el hidrogeno sobre el carbono a 1200C. CH4 > 1200C > C + 2H2

Las tcnicas posibles para el aprovechamiento con fines qumicos son: La destilacin o pirogenacin, calentando el carbn en recipientes cerrados, hasta unos 1000C, con lo que el carbn se descompone en gases y lquidos que destilan; en este proceso queda un residuo slido, el coque, en proporcin de un 65-80%. La hidrogenacin consiste en hacer reaccionar en caliente carbn con H2 para romper su estructura y obtener hidrocarburos lquidos que se podrn beneficiar como petrleos artificiales. La gasificacin consiste en transformar en gases toda la materia carbonosa, mediante reaccin del carbn con O2, aire, vapor de agua, SO2, CO, etc., con lo que, segn el agente gasificante, aparecen gases de composicin diversa que pueden utilizarse como combustible, en unos casos, y como materia prima qumica en otros. PIROGENACION DEL CARBON El calentamiento del carbn origina en la materia carbonosa una serie de fenmenos que son funcin de la temperatura de calefaccin. Hasta 100C: se desorben oxgeno, nitrgeno, metano, aire y vapor de agua retenidos en las partculas de carbn. Entre 100-300C: contina la desorcin de gases ya exentos de vapor de agua; abunda SH2, CO, CO2 y olefinas de molcula corta.

Alrededor de los 310C: empiezan a aparecer las primeras porciones lquidas. Entre 400-450C: se inicia la fusin acompaada de una contraccin de volumen. 550C: acaba la fusin, dejando el carbn de ser plstico; se produce una dilatacin que en los carbones que proporcionan coque metalrgico alcanza el 85%. Entre 500-600C: se inicia la despolimerizacin, para producir partculas independientes formadas por 12 carbonos (partcula C12), con desprendimiento abundante de hidrgeno que acompaa a los gases hidrocarburados ya poco abundantes. De 700-1000C: ya no hay combinados esenciales, excepto craqueo.

El componente fundamental de los gases es el hidrgeno que, por su pequeo volumen, escapa a travs de los poros que deja la estructura del coque proporcionndole gran esponjosidad sin disminuir su resistencia mecnica. Disminuye la proporcin de lquidos destilados, porque los destruye y transforma en gases que el propio craqueo deshidrogena convirtindolos en productos insaturados en incluso en carbono libre. El rendimiento en productos slidos (coque), lquidos (alquitrn) y gases vara con la temperatura.

HIDROGENACION DE LA MATERIA CARBONOSA Comparando las composiciones cuantitativas de distintas materias primas hidrocarbonadas frente algunos hidrocarburos producto de fraccionamiento de petrleos se observ que las diferencias entre ambos grupos de productos son: a) Los primeros tienen pequeas cantidades de N, O y S b) Tienen ms proporcin H/C c) Tienen pesos moleculares mucho menores Se pens que por craqueo trmico e hidrogenacin simultnea se degradaran los edificios moleculares hasta el tamao deseado, se saturaran con H2 la molculas producidas y el N, O y S pasaran a la fase gaseosa en forma de NH3, H2O y SH2, fcilmente separables. Las materias primas vlidas para hidrogenacin son: los carbones de cualquier tipo, los aceites destilados de pizarras bituminosas, los alquitranes los aceites que constituyen el extracto de materia carbonosa e incluso los petrleos naturales brutos o sus fracciones pesadas de destilacin, que as pueden, adems, reformar su estructura.

Para favorecer la hidrogenacin de carbn interesa que un vehculo mantendr en suspensin las partculas. Con este fin se utilizan aceites que, a su vez, actan a las temperaturas de trabajo como disolventes de los productos primarios de despolimerizacin de la materia prima y del H2. Se prefieren aceites de carcter polar, como fenoles y aminas, habindose obtenido los mejores resultados con mezclas de tetrahidronaftaleno con naftaleno, toluidina, cresol o quinolena.

GASIFICACION En un principio el objetivo era producir un gas natural que pudiese transformarse en productos qumicos (incluyendo combustibles lquidos). En los ltimos tiempos, ha aumentado la disponibilidad del gas natural. La gasificacin del carbn, se ha centrado en el suministro de un combustible gaseoso limpio y flexible para la alimentacin de plantas industriales, aisladas de suministros de gas natural y para centrales generadoras de energa de ciclo combinado. Aunque se hayan desarrollado una gama de pequeos gasificadores de lecho fijo y lecho fluidizado con inyeccin de aire, su explotacin se ha visto limitada por el precio relativamente bajo de los combustibles alternativos lquidos y gaseosos que se ofrecen en la actualidad.

3.2. SELECCIN DEL PROCESO Para la seleccin del proceso se debe tener en cuenta: La calidad del producto a obtener, el rendimiento, las condiciones a las que se lleva a cabo, las facilidades de operacin, la disponibilidad de la informacin requerida, etc. Para los fines de estudio la ruta de mayor atraccin es la de gasificacin, ya que la meta es obtener gas sinttico, lo ms puro posible, minimizando la contaminacin. GAS NATURAL SUSTITUTO (GNS) El syngas de bajo y medio calor producido a partir del carbn puede convertirse en un gas de alto contenido calorfico (30 A 37 MJ/m3) similar al gas natural, por las siguientes reacciones: C+H20 CO+ H2 (1) gasificacion.

CO+H20 CO2+ H2 (2) reaccion de sustitucion de gas de agua, controlada para dar CO: H2 = 1:3 C+CO2 2 CO (3) Reaccion de Boudeuard

A presiones suficientemente altas, el hidrogeno de las reacciones (1) y (2), hidrogena parte del carbn formando metano. C+2H2 CH4 (4)

CO+3H2 CH4+H2O (5) Metanacin El gas as producido se conoca, originalmente, como gas natural sinttico, pero los puristas del lenguaje arguyeron que lo sinttico no poda ser natural, por lo que ahora se llama gas natural sustituto. El azufre y el dixido de carbono se eliminan del gas antes de ser metanado. La presin de operacin en el gasificador, dependiendo del proceso, puede ser desde a atmosfrica hasta ms de 6.9 MPa, y la temperatura puede variar desde 800C hasta cerca de 1650C. Una presin ms alta y una temperatura ms baja dan por resultado la formacin de una cantidad mayor de metano.

3.4. DIAGRAMA DE FLUJO - PRODUCCION DE GAS SINTETICO

3.5. DIAGRAMA DE BLOQUES

LEYENDA A-1 : MEZCLADOR A-2 : MEZCLADOR B : REACTOR DE SINTESIS C-1 : DESALQUITRANIZADOR C-2 : DESALQUITRANIZADOR D : COLUMNA DE LAVADO E : ENFRIADOR TUBULAR F : DESACEITADOR 3.5. DIAGRAMA DE BLOQUES CON BALANCE DE MATERIA SISTEMA DE PREPARACION DE MATERIA PRIMA Y SISTEMA DE REACCION PRODUCCION ANUAL: 3223830 TM

Component e 1 2 3 Carbn 330 Agua 1,1 1,1 Oxigeno CO2 vapor 70 Ceniza 0,7 Alquitrn Aceite Gas limpio Impurezas 9,3 TOTAL 341,1 1,1 70 TODOS LOS FLUJOS EN TM/DIA SISTEMA DE PURIFICACION DE LOS PRODUCTOS

4

5

6 330 2,2

7 0,1

8

20

20 70 0,7 0,7 22,1 20,4 239,2

20

9,3 90 342,2

0,8

281,7

Componen te Carbn Agua CO2 vapor Ceniza Alquitrn

9

10

11

12

13

14

15 50, 4 0,2

16

17

18

19

20

21

22

0,4 0,2

50

14,1

8

8,0

26, 1 10,9 20,4 9 1 11,4 128, 239, 8 2 368 9,3 59, 50 9 139, 259, 379, 8 6 4 11, 20 4 31, 4 368 11, 4 31, 4 368

10,9 Aceite 9 20,4 128, 239, Gas limpio 8 2 Impurezas 9,3 149, 267, 22, TOTAL 7 14,1 6 8,0 1 TODOS LOS FLUJOS EN TM/DIA

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