TECNOLOGIAS LIMPIAS DEL CARBONTENDENCIAS Juan Manuel Barraza Burgos, Ing. Qco., M.Sc., Ph.D. Escuela de Ingeniería Química - Universidad del Valle Cali-Colombia Colombian Coal Conference 2017 Barranquilla-Colombia 23-24 Febrero de 2017
Agenda
Abrebocas Introducción Tecnologías Limpias del Carbón- Tendencias Conclusiones
Abrebocas
Reacciones en contra del carbon mineral !!!
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Las plantas a carbón emiten contaminación que causa el calentamiento global !!!
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Las explotaciones mineras son responsables por la devastación del paisaje !!
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La explotación minera de carbón produce contaminación del agua !!
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Las plantas a carbón emiten mercurio y hollín peligroso !!!
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Los peces están contaminados con mercurio del carbón !!!
Carbón: Protagonista energético del futuro !!!
(IEA – World Energy Outlook 2016)
Problema ???
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Tecnología ?
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Inversión ?
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Hombre ?
Solución:
Cualquier acción es necesaria !!!
Introducción
Porque se ha usado, se usa y se usará carbón ? • Seguridad energética • Grandes reservas • Energía versátil asequible en forma sólida, líquida o gaseosa • Fuente de electricidad más grande del mundo • Gran fuente de empleo para el desarrollo económico y social mundial
Importancia en el futuro !!
La demanda de electricidad en el año 2030 será 39% mayor que hoy
La demanda requerirá al menos 159 Gw de capacidad
La electricidad generada por carbón se incrementará a 57%
Fuente: Annual Energy Outlook 2016
Algunas Estadísticas del carbón • 30% de las necesidades energéticas primarias mundial • Genera el 41% de la electricidad mundial • Se usa en la producción del 70% de acero mundial
Los 10 mayores productores de carbón
Carbón en la generación eléctrica
Tecnologías Limpias del Carbón
Tecnologías Limpias del Carbón Tecnologías Limpias del Carbón: Procesos que reducen las emisiones de aire y otros contaminantes de la tierra y fuentes de agua, a lo largo del ciclo de vida del carbón.
Tecnologías Limpias del Carbón
Antes del tubo
Durante el tubo
Después del tubo
Tecnologías Limpias del carbón Antes del Tubo
Minería
• Gasificación en lecho de carbón subterráneo
Preparación
• Beneficio en Húmedo • Beneficio en Seco
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
• Carbón, Agua, O2 -->>> CO, H2, CH4 • Gas de síntesis (GS), in-situ • GS: para generación eléctrica o materia prima de producción de químicos
• Gasificación subterránea
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
Reacciones en zona oxidación
• Gasificación subterránea
Reacciones en zona de reducción
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
• Gasificación subterránea
Potencial de producción de gas de síntesis a nivel mundial
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
• Gasificación subterránea
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
Beneficios económicos : • No se necesita: • Minar el carbón • Manejo del carbón • Transportar el carbón para alimentarse a un reactor • Disposición de ceniza y escorias • Menor costo significativo de capital para el desarrollo del proyecto que las plantas localizadas sobre el suelo
• Gasificación subterránea
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
• Gasificación subterránea
Beneficios ambientales : • Uso mínimo de la tierra • Uso reducido de agua subterránea o fresca • Uso subterráneo de agua salina • No impacto ambiental asociado con minería y manejo de carbón • Los lechos de carbón a gasificar están bajo las corrientes de agua fresca • Reducción significante de contaminantes del aire • Porción significante de agua permanece en el subsuelo • Cualquier azufre o metales que se lleven a la superficie está reducido y son fáciles de remover • No se requiere rellenos de disposición de cenizas y escorias
Tecnologías Limpias en la Minería Minería
• Gasificación subterránea
Barreras: • No todos los lechos de carbón pueden estar disponibles • La economía del proyecto puede ser incierta • La selección del lecho necesita hacerse apropiadamente Esos temas se pueden mitigar a través del diseño del proyecto, selección del lecho y monitoreo.
Tecnologías Limpias en la Preparación Preparación
• Separación Física en Humedo
Tecnologías Limpias en la Preparación Preparación
• Separación Física en Húmedo
Aproximadamente 2 billones de toneladas/año se procesan en plantas de beneficio de carbones a nivel mundial
Tecnologías Limpias en la Preparación Preparación
• Separación Física en Seco
https://www.youtube.com/watch?v=qFxQRe3txG8
Tecnologías Limpias del carbón durante el Tubo
Gasificación Ciclos Combinados
Oxy-Combustión Valoración
Tecnología Limpia por Gasificación de carbón
• Conversión de un material carbonaceo a un gas (Syngas) de mayor poder calorífico • Alimentación: líquido (crudo ligero o pesado) o sólido (coque de petróleo, carbón o biomasa)
Tecnología Limpia por Gasificación de carbón
Tecnología Limpia por Gasificación de carbón
Tecnología Limpia por Gasificación de carbón
Tecnología Limpia por Gasificación de carbón • La gasificación de carbón busca cero emisiones • Decrece las emisiones de SO2 y NOx • Eficiencias hasta el 45% • Singas producido se limpia a alta temperaturas.
Tecnología Limpia de Ciclos Combinados
Tecnología Limpia de Ciclos Combinados
Tampa Electric Integrated Gasification Combined Cycle Plant
Tecnología Limpia de Ciclos Combinados
Tecnología Limpia de Oxy-Combustión
• Usa oxígeno puro en vez de aire, eliminando la presencia de N2 en el gas de combustión • Oxy-fuel produce CO2 relativamente puro. Ej: usarlo en recuperación mejorada de petróleo • Altas temperaturas de operación • Las plantas tienen un separador de aire y un sistema de compresión y purificación de gases
Tecnología Limpia de Valoración de Carbón
Materiales del carbón
Materiales derivados de líquidos del carbón
Carbones activados adsorbentes
Fibras de carbono
Grafitos
Electrodos de carbono
Materiales compuestos (carbón/polímeros)
Fibras de carbono reforzadas con plásticos
Nanotubos de carbón
Filamentos de carbón
Nano-cebollas
Pegantes de breas de carbono
Materiales intercalados
Derivados de ácidos húmicos
Fuente: H. Schobert, C., Song. Chemicals and materials from coal in the 21st century, Fuel 81 (2002), 15-32
Tecnología Limpia de Valoración de Carbón
Carbón Activado • Se usan principalmente como adsorbentes para aplicaciones en fase líquida y gas • En líquidos • Purificación aire y agua • Decolorizante • Procesamiento de alimentos • Recuperación de metales, (Au, Cr). •
En gases • Purificación de aire • Tratamiento de gases • Recuperación de solventes
Tecnología Limpia de Valoración de Carbón
Tamices de Carbono molecular • Tienen gran fracción de microporos • Se usan principalmente en la separación de gases con alta presión
• Aplicaciones en • Purificación de aire • Separación de gases • Separación de aire
Tecnología Limpia de Valoración de Carbón
Grafito • Antracita: posible reemplazo como relleno en la fabricación de grafitos especiales • Aplicación en • Hornos eléctricos como electrodos • Deposición química con vapor
Tecnología Limpia de Valoración de Carbón
Fibras de carbono y Microperlas de mesocarbono • Materia prima: Breas de carbón • Aplicaciones de fibras • Materiales de autos, aviones, ciclas • Aplicaciones de fibras • Aplicaciones de microperlas • Ánodo de baterías de Li y Na de larga duración
Tecnologías Limpias de Carbón después del Tubo Remoción de captura de partículas finas Reducción de NOx
Desulfurización de gases
Valoración de cenizas volantes y escorias
Tecnología Limpia de captura de partículas finas • Precipitadores electrostáticos remueven hasta el 99% de las cenizas volantes (finas) de los gases de combustión. • Tecnología comprobada ampliamente usada
y
Tecnología Limpia de reducción de NOx
• Quemadores de bajo NOx : reducen las emisiones de óxidos de nitrógeno hasta el 40% en sistemas de combustión de carbón. • Acoplados con técnicas de requemado, los NOx se reducen 70%; y con reducción catalítica selectiva hasta el 90%.
Tecnología Limpia de Desulfurización de gases
Eastman Company's High Temperature Desulfurization System
Tecnologías Limpias de valoración de cenizas volantes
• Cenizas volantes: Co-producto generado en la combustión de carbón
• Usos: • Producción de cemento clinker • Reclamación de minas • Estabilización de suelos blandos • Base para construcción de carreteras • Material substituto de agregados • Relleno en concreto asfaltico
Conclusiones
Conclusiones
1. Las tecnologías limpias del carbón son significantemente más eficientes y menos contaminantes en comparación con las tecnologías antiguas. 2. Esas tecnologías limpias están disponibles comercialmente y en desarrollo y son capaces de suplir la demanda existente a nivel mundial.
3. Se requiere combinar la experiencia y la capacidad técnica, económica y social para explotar el potencial de las tecnologías limpias del carbón
Conclusiones
El contaminante NO es el carbón mineral ……...... El contaminante es el hombre y las prácticas que aplica !!!!!
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION !!!
