TECNOLOGIAS LIMPIAS DEL CARBON-

TENDENCIAS

Juan Manuel Barraza Burgos, Ing. Qco., M.Sc., Ph.D.

Escuela de Ingeniería Química - Universidad del Valle

Cali-Colombia

Colombian Coal Conference 2017

Barranquilla-Colombia23-24 Febrero de 2017

Agenda

Abrebocas

Introducción

Tecnologías Limpias del Carbón- Tendencias

Conclusiones

Abrebocas

Reacciones en contra del carbon mineral !!!

• Las plantas a carbón emiten contaminación que causa el calentamiento

global !!!

• Las explotaciones mineras son responsables por la devastación del

paisaje !!

• La explotación minera de carbón produce contaminación del agua !!

• Las plantas a carbón emiten mercurio y hollín peligroso !!!

• Los peces están contaminados con mercurio del carbón !!!

Carbón: Protagonista energético del futuro !!!

(IEA – World Energy Outlook 2016)

Problema ???

• Tecnología ?

• Inversión ?

• 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 Gwde capacidad

La electricidad generada por

carbón se incrementará a

57%

Fuente: Annual Energy Outlook 2016

Algunas Estadísticas del carbón

Los 10 mayores productores de carbón

Carbón en la generación eléctrica

• 30% de las necesidades energéticas primarias mundial

• Genera el 41% de la electricidad mundial

• Se usa en la producción del 70% de acero mundial

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

• Gasificación en lecho de carbón subterráneoMinería

• Beneficio en Húmedo

• Beneficio en SecoPreparación

Tecnologías Limpias en la Minería

• Gasificación subterráneaMinería

• Carbón, Agua, O2 -->>> CO, H2, CH4

• Gas de síntesis (GS), in-situ

• GS: para generación eléctrica o materia prima de producción de químicos

Tecnologías Limpias en la Minería

• Gasificación subterráneaMinería

Reacciones en zona oxidación Reacciones en zona de reducción

Tecnologías Limpias en la Minería

• Gasificación subterráneaMinería

Potencial de producción de gas de síntesis a nivel mundial

Tecnologías Limpias en la Minería

• Gasificación subterráneaMinería

Tecnologías Limpias en la Minería

• Gasificación subterráneaMinería

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

Tecnologías Limpias en la Minería

• Gasificación subterráneaMinería

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

• Gasificación subterráneaMinería

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

• Separación Física en HumedoPreparación

Tecnologías Limpias en la Preparación

• Separación Física en HúmedoPreparación

Aproximadamente 2 billones de

toneladas/año se procesan en

plantas de beneficio de

carbones a nivel mundial

Tecnologías Limpias en la Preparación

• Separación Física en SecoPreparación

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 podercalorífico

• 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 IntegratedGasification 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 electrostáticosremueven hasta el 99% de lascenizas volantes (finas) de losgases de combustión.

• Tecnología comprobada yampliamente usada

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 re-quemado, los NOx se reducen 70%; y con reducción catalítica selectiva hasta el 90%.

Tecnología Limpia de Desulfurización de gases

Eastman Company's High TemperatureDesulfurization 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

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 !!!!!

Conclusiones

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION !!!