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UNIVERSIDAD DE LA SABANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
SEMINARIO DE INGENIERÍA QUÍMICA
2016-1
Tema:
Industria Carboquímica
Yesica Natalia López
Juan Camilo Franco
Juliana Marcela Vásquez
Docente:
Néstor Sánchez
Chía, 6 de Marzo del 2016
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TABLA DE CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 4
2 PRODUCTOS ............................................................................................................. 4
3 CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS Y MATERIAS PRIMAS SEGÚN
NORMAS ........................................................................................................................... 5
3.1 Características del Carbón .................................................................................. 5
3.2 Carateristicas de los productos………………………………………………………..…12
3.2.1 Coque………………………………………………………………………..……....12
4 PROCESOS DE PRODUCCIÓN .............................................................................. 14
4.1 Gas de síntesis .................................................................................................. 14
4.2 Coque, Gas, Alquitrán y Aceites ligeros ............................................................. 17
4.3 Gases, aceite ligero y aceite pesado ................................................................. 18
5 CONSERVACIÓN, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE CARBON: .............. 19
6 RENDIMIENTOS GLOBALES DE PROCESO .......................................................... 20
6.1 Conversiones ..................................................................................................... 21
7 TAMAÑO DE PLANTAS TIPICAS EN EL PAIS…………………………………………….21
8 ASPECTOS DE CONSUMO ENERGETICO………………………………………………..25
9 GESTION DE CALIDAD……………………………………………………………………….26
10 IMPACTO AMBIENTAL Y REGLAMENTACION APLICADA…………………………….27
11 SEGURIDAD INDUSTRIAL Y REGLAMENTACION APLICADA………………………..29
12 AVANCES TECNOLOGICOS EN EL SECTOR…………………………………………...29
13 ANEXOS……………………………………………………………………………………….31
13.1 Diagrama de flujo de proceso de gasificación…………………………………..……31
13.2 Diagrama de flujo de proceso de coquización……………………………………….33
13.3 Diagrama de flujo de proceso de hidrogenación…………………………………….34
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………37
3
4
1 INTRODUCCIÓN
La industria carboquímica es un subsector de la industria química básica, que utiliza el
carbón para la producción de materias primas que son posteriormente utilizadas en la
industria química orgánica, cubriendo tres líneas principales: preparación de gas de
síntesis, obtención de productos de base aromática y producción de acetileno. A pesar de
que esta industria a empezado a pasar a segundo plano debido al incremento de la
industria petroquímica (debida principalmente a la tecnología que se ha desarrollado y a
sus bajos costos), aún se encuentra muy bien posicionada en el mundo (José, Rosa,
Mariano, & Jesús, 2015); de hecho debido a su larga historia y a que es económico sigue
siendo la principal fuente de energía del mundo, proporcionando un cuarto de nuestra
energía primaria y más del 40% de nuestra electricidad.(“Gasificación del carbón: ¿la
energía limpia del futuro? - BBC Mundo,” n.d.)
2 PRODUCTOS
5
Figura 1. Principales productos de la industria carboquÍmica
La clasificación de los productos obtenidos en la industria carboquimica se realizó a partir
del proceso principal por el que pasa para su obtención
3 CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS Y MATERIAS PRIMAS SEGÚN
NORMAS
3.1 Características de las materias primas: Carbón
Para poder comercializar un producto, toda industria debe seguir una reglamentación
especifica antes de lanzarlo al mercado, el carbón también tiene su respectiva
normatividad en cuestión de calidad de las materias primas y del producto final, aunque
la calidad de este mineral viene dada de gran manera por las características del suelo de
donde se va a extraer el material, los procesos que se le aplican luego de esto, no
cambian de gran manera las características o la calidad para poder ser comercializada.
En el cerrejón, la mina de carbón más grande de Colombia, aproximadamente el 70% del
carbón extraído es triturado y despachado en tren, mientras que el 30% restante es
almacenado. Este carbón luego se llevar a ser triturado para luego después unirlo al flujo
normal con el fin de ajustar la calidad del carbón despachado en un momento dado. En
cerrejón, la calidad del carbón triturado se mide mediante el análisis de muestras tomadas
por un muestreado automático en un punto específico, que es antes de cargar el carbón
en el tren, luego se determina la calidad del carbón por medio de análisis rápidos en un
laboratorio. Una vez en el puerto, el carbón es apilado y reclamado de tal forma que se
evite la variabilidad de la calidad del carbón en cada embarque. Una estación previamente
aprobada de muestreo, operada por un inspector independiente, es utilizada para
certificar la calidad de cada embarque. (Cerrejón, 2015)
También, para la recolección de una muestra bruta de carbón, el ICONTEC dicta algunas
normas para determinar si el producto en bruto tiene la calidad requerida para ser tratada
y posteriormente llevada a la venta, la norma técnica 2347 habla sobre la importancia de
los datos obtenidos de las muestras de carbón, ya que estos se usan para fijar precios,
controlar las operaciones en minas y plantas de lavado de carbón, asignar costos de
producción y determinar la eficiencia de la planta o de los productos extraídos. La tarea de
obtener una muestra de peso razonable que represente un lote entero presenta varios
problemas. El carbón es uno de los materiales más difíciles de llevar a pruebas de
muestreo, debido a su composición variable, que depende también del terreno a explotar,
que incluye desde partículas no combustibles hasta partículas que totalmente volátiles.
Esta tarea se complica aún más si se considera el uso que van a tener los resultados
analíticos, el equipo para la realización del estudio, la cantidad que va a estar
representada en la muestra y el grado de precisión deseado. Esta norma dicta los
procedimientos para la recolección de una muestra de carbón bajo diferentes condiciones
de muestreo, también, se incluyen procedimientos para cuartear muestras grandes antes
de su trituración. La norma incluye la descripción los procedimientos de muestreo de
6
carbones para propósitos generales y especiales, por tamaño y condición de preparación)
y por características de muestreo. (ICONTEC, 2011)
Tipos de carbón:
Carbón térmico: Tiene más menor contenido de carbono y una mayor humedad
con respecto al carbón metalúrgico. Este tipo carbón se utiliza principalmente
como combustible en las empresas de servicios públicos para generar energía
eléctrica, cementeras, ladrilleras etc. Los consumidores de carbón exigen distintas
características al mineral, según las formas y tecnologías que estén utilizando. Los
carbones térmicos que se tienen a disposición en el país provienen del interior de
Colombia, estos presentan unos mayores índices de poder calorífico que los
carbones que se encuentran en las costas colombianas.
Carbones coquizables: Estos tienen bajos contenidos de azufre y fósforo, y al ser
relativamente escasos, generalmente son más caros que los carbones térmicos. El
carbón coquizable es el utilizado en la industria siderúrgica y metalúrgica para la
fabricación de hierro y acero.
Antracita: es el carbón mineral de más alto índice de pureza, con concentraciones
de carbón más grandes por unidad de volumen debido a su bajo contenido en
materia volátil, la antracita presenta una ignición dificultosa. Arde dando una corta
llama azul y sin humos. Su poder calorífico varía entre 23 y 69 MJ/kg, ligeramente
inferior al de los carbones bituminosos. Se usa para quemar en las centrales
térmicas, ideal para usarse en calefacciones se emplea en la producción de gas
para alumbrado, también se utiliza para la fabricación de goma sintéticas y
colorantes.
La calidad de los carbones está referida a las propiedades físicas y químicas, que son las
que finalmente determinarán el uso final del material y enlistadas a continuación:
Humedad: Se presenta como humedad total, inherente o de equilibrio, superficial, agua de
hidratación o agua de descomposición. Tiene importancia en contratos de compraventa,
en evaluación y control de procesos industriales y en manejo y pulverización del carbón.
Cenizas (Cz): Residuo no combustible de origen orgánico e inorgánico.
Materias volátiles (Mv): Su contenido determina los rendimientos del coque y sus
productos y es criterio de selección del carbón para gasificación y licuefacción.
Carbono fijo (CF): Es una medida de material combustible sólido y permite clasificar los
carbones y definir los procesos de combustión y carbonización.
Azufre total (St): Parámetro en la definición de gases tóxicos de los procesos de
gasificación y licuefacción.
Poder calorífico (PC): Representa la energía de combustión del carbono e hidrógeno y del
azufre. Es el parámetro más importante en la definición de los contratos de compraventa
de carbones térmicos y en la clasificación de los carbones por rango, se expresa en
BTU/lb, Cal/ gr, etc.
En la Tabla 1, se presenta la calidad de los carbones colombianos reportada por
INGEOMINAS y discriminada por regiones:
7
Tabla 1: Calidad de los carbones colombianos reportada y discriminada por
regiones
8
9
De acuerdo con los estudios de caracterización adelantados en las zonas de alto indice
carbonífero del país, en la cordillera Oriental se encuentran los mejores carbones
bituminosos para uso térmico y metalúrgico, junto con carbones antracíticos, tanto para el
consumo interno como de exportación; en la cordillera Occidental, se hallan carbones
bituminosos y subbituminosos en Córdoba, norte de Antioquia, Valle del Cauca y Cauca.
En la cordillera Central existen carbones bituminosos en las zonas carboníferas de
Antioquia y Antiguo Caldas y, menos conocidos, en Huila y Tolima. (Ministerio de minas y
energía, 2012)
También, el ministerio de minas y energía, dicta una normatividad sobre el muestreo y
análisis del carbón, llamada normas generales sobre el muestreo de análisis y carbones,
dando una guía del paso a paso del análisis de las muestras que hay que realizar para
determinar la caracterización y la calidad del carbón obtenido, Un muestreo correcto
permite reconocer obtener resultados como: características físicas y químicas de los
carbones, variabilidad de los diferentes parámetros de calidad analizados, planificar las
etapas de producción del proyecto minero, identificar problemas de tipo ambiental durante
todo el proceso de extracción y tratamiento el carbón. Este indica variedad de tipos de
muestreo, como por ejemplo el muestreo de columna, muestreo de canal y muestreo de
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perforación, explicando sus pasos a seguir y en qué ocasiones debe ser utilizado cada
uno de estos, también indica sobre tomo tomar y analizar las muestras tomadas en
bandas transportadoras, en volquetas, en pilas y barcos. Anexa un ejemplo del formato
que debe ser llenado al realizar un análisis de una muestra y explica lo que debe ir en
cada casilla. Muestra los equipos necesarios para la toma y el análisis de las muestras
tomadas y los errores comunes que pueden ocurrir al realizar este procedimiento, habla
sobre los diferentes tipos de carbones y las diferencias entre ellos. (Ministerio de minas y
energía, 1995)
El carbón, generalmente es usado como combustible, por esto, el ministerio del medio
ambiente, por medio de la resolución 623 de 1998 dictó cual es la calidad del carbón
mineral o sus mezclas para su uso como combustible. Los carbones o sus mezclas que
se utilicen como combustible, deberán cumplir con los requisitos de calidad citados en la
resolución En la tabla 4 de la resolución. Para medir el contenido de azufre en el carbón o
demás componentes, se realizarán muestreos como previamente se había planteado con
la normatividad del ministerio de minas y energía. El sitio de muestreo se debe encontrar
después de los procesos de mezcla y preparación del carbón a quemar. Los
procedimientos y técnicas para realizar la toma, preparación y análisis de laboratorio, para
las muestras de carbón mineral o sus mezclas, son los establecidos por las normas ASTM
o ISO, identificadas como: Para muestreo y preparación, la norma ASTM D2234 y D2013
o la norma ISO 1988M; para análisis de azufre total, la norma ASTM D3177 y D4239 o la
norma ISO 334M y 351 M. El Ministro del Medio Ambiente, revisa cada dos años, desde
1o. de agosto de 1998, las normas de calidad sobre el contenido de azufre en el carbón
que es utilizado como combustible. Dicha revisión tendrá en cuenta, los resultados de los
estudios técnicos que se adelanten y la evolución de la información sobre la explotación y
calidades, mercado interregional y avances sobre investigación y desarrollo tecnológico.
(Ministerio de medio ambiente, 1998)
Tabla 2: Contenido de azufre total (% peso) del carbón mineral o sus mezclas, en
base como se recibe a la entrada del sistema de combustión.
REGIÓN CONTENIDO DE AZUFRE TOTAL (% PESO)
Atlántica 1.5
Orinoquia y Central, excepto Boyacá 1.7
Boyacá 2.5
Pacífica y Amazonía 3.3
Región Atlántica: Atlántico, Bolívar, Cesar, Córdoba, Guajira, Magdalena, Sucre, san
Andrés y providencia.
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Región de la Orinoquia y Central, excepto Boyacá: Antioquia, Caldas, Norte de
Santander, Santander, Quindío, Risaralda, Tolima, Cundinamarca, Meta, Arauca,
Casanare, Vichada, Guaviare y Guainía.
Región de Boyacá: Departamento de Boyacá.
Región Pacífica y Amazonia: Cauca, Chocó, Nariño, Valle del Cauca, Huila, Caquetá,
Amazonas, Putumayo y Vaupés.
Adicionalmente en las tablas 3,4 y 5 se presentan las características físico químicas del
carbón como materia prima en la transformación por diferentes procesos a gas de
síntesis, aceites, líquidos (como gasolina) y sólidos tomados a partir de las Normas ASTM
creado en 1898 por ASTM International la cual es una organización sin ánimo de lucro,
que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias por consenso,
aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios (ASTM International, n.d)
Tabla 3: Limites según Normas ASTM.
Norma Análisis Rango
D3173 Humedad residual <5%
D3174 Cenizas >12%
D3176 Azufre <2%
D2492 Azufre piritico <2%
D1857 Fusión de las cenizas 100-150°F
D3682 Elementos de las cenizas:
CaO
MgO
Na2O
SO2
SO3
<2%
<2%
<5%
1-5%
10-20%
D2798 Reflectancia 0,02%
(ECOCARBON, 1995)
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Tabla 4: Tipos y litotipos de los carbones bituminosos
Tipos de carbón Litotipo Características
reconocibles
macroscópicamente
Carbón húmico Vitreno
Clareno
Dureno
Fuseno
Brillante, negro, quebrado,
frecuentemente fisurado,
rompe en forma de
pequeños cubos, fractura
concoidea.
Semibrillante, negro,
finamente estratificado
Mate, negro o gris, duro,
superficie rugosa,
apariencia grasosa
Mate, negro, fibroso,
quebradiso y friable
Sapropelico Carbón cannel
Carbón oghead (Torbanitas)
Negro, homogéneo sin
estratificación, muy duro, de
factura concoidea, trazo
negro
Como el cannel, pero de
apariencia parda, trazo café
(ECOCARBON, 1995)
Tabla 5: Especificaciones Poder calorífico del carbón según norma ASTM D-388-77
Clase Grupo Carbono
fijo %
Poder
calorífico
(Cal/g)
Carácter
Aglomerante
Antracita Meta antracita
Antracita
Semi antracita
>98
92-98
86-92
NO
Bituminoso Bituminoso Bajo volátil
Bituminoso medio
78-86
69-78
13
volátil
Bituminoso alto volátil
A
Bituminoso alto volátil
B
Bituminoso alto volátil
C
<69 7780
7220-7780
6380-7220
Aglomerante
Aglomerante
Sub-
bituminoso
Sub-bituminoso A
Sub-bituminoso B
Sub-bituminoso C
5830-6380
5280-5830
4610-5280
NO
Aglomerante
Lignito Lignito A
Lignito B
3500-4610
<3500
NO
Aglomerante
(ECOCARBON, 1995)
3.2 Características de los productos:
3.2.1 Coque: Desarrolla un papel importante en la permeabilidad del alto horno,
siendo de la granulometría y solidez parámetros esenciales en este proceso,
por lo tanto se desea obtener un coque grueso y que conserve esta
característica a pesar de los esfuerzos mecánicos a los cuales es sometido.
Las pruebas que determinan la resistencia mecánica, abrasividad y estabilidad
del coque son: Micum 40 (M40) y Micum 10 (M10) contemplados en las normas
ISO R552 y la norma ASTM 3402
Tabla 6: Calidad del coque según sus características mecánicas
Calidad del coque M40 M10
Mala <63 >10
Mediocre 63-72 9-7.8
Mediana 72-78 7.8-7.2
Buena 78-82 7.2-6
Excelente 82-85 <6
14
(Ardila, n.d)
Tabla 7: Características del coque metalúrgico
Parámetro Rango Norma ASTM
Humedad 2-4% D 3173
Materia volátil 1-2% D 3175
Carbono fijo 85-87% -
Cenizas 8-10% D 2795
M40 78-84% D 3402
M10 7-10% D3402
CRI (Reactividad del coque en CO2) 22-25% D 5341-93 a
CSR(Índice de resistencia después de
reacción del coque)
58-69% D 5341-93 a
(Ardila, n.d)
4 PROCESOS DE PRODUCCIÓN
4.1 Gas de síntesis
El gas de síntesis consiste principalmente en mezclas de hidrógeno, monóxido de
carbono y otros productos formados en reacciones secundarias, incluyendo el dióxido de
carbono y el vapor de agua. La proporción entre los distintos componentes depende tanto
de las materias primas empleadas como del proceso de obtención.(Botas, J.A. y C alles,
n.d.)
15
Imagen1 : esquema simplificado del proceso de gas de síntesis (para obtención de
amoniaco) con reformador secundario (“HIDROGENO, GAS DE SINTESIS Y
DERIVADOS,” n.d.)
El proceso que se lleva a cabo para la obtención de gas de síntesis dependerá del uso
que se le proporcionara a dicho gas, sea obtención de hidrogeno, metanol, amoniaco
entre otros; sin embargo hoy en día existen equipos que facilitan la realización de dicho
proceso como un gasógeno tipo Winkler, el cual puede utilizarse para producir gas,
mezclas de nitrógeno e hidrogeno para síntesis de amoniaco, gas de agua casi
completamente libre de nitrógeno para la fabricación de metanol y bencinas, etc.; de este
modo que para la obtención de cualquiera de estos productos, solo se requiere modificar
el medio gasificante; por lo general estos equipos suelen tener integrados recuperadores
de calor y dispositivos para la limpieza del gas y depuración del azufre (Suarez, n.d.)
Al principio del proceso general de gasificación se cuenta con los agentes gasificantes,
como el oxígeno, aire y vapor de agua, los cuales son mezclados y posteriormente
calentados, por lo general en intercambiadores de calor con resistencia, hasta alcanzar
temperaturas promedio de 500, posteriormente estos agentes gasificantes, acompañados
de la materia prima principal, para el caso de esta industria el carbón, ingresan al
gasificador (específico para la obtención de los subproductos ej. amoniaco, metanol etc.)
dando lugar a un residuo carbonoso o char, formado principalmente por carbono y gases
condensables (hidrocarburos ligeros y pesados) y no condensables (metano, vapor de
agua, monóxido de carbono, hidrógeno y dióxido de carbono)(CTC, CSIC, AGRUPAL, &
WASTE, n.d.); Cuando la temperatura del char supera los 700 °C, tienen lugar las
reacciones propias de gasificación, que se dividen en reacciones heterogéneas (el char
reacciona con oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono e hidrógeno) y homogéneas
16
(los gases reaccionan entre sí). Aquí se produce la mezcla del gas final. Para evitar
problemas técnicos debidos a la fusión y la aglomeración de cenizas, se suele trabajar a 2
temperaturas entre 800 y 1.400°C, pero no por encima de 1500 °C porque aparecerían
problemas técnicos. El margen de presiones puede oscilar entre 1 y 30 atmósferas. (CTC et
al., n.d.)Las reacciones principales se resumen en:
(“HIDROGENO, GAS DE SINTESIS Y DERIVADOS,” n.d.), pero se dan otras reacciones
como:
(“GASIFICACIÓN DEL CARBON,” n.d.)
Una vez los procesos de reacción terminan, los productos de la reacción pasan por una
serie de ciclones que retiran cualquier impureza que pudo haber quedado en el gas
Tabla 8: composición del gas de síntesis obtenido dependiendo del agente
gasificante utilizado en el proceso
(SANCHEZ BASTARDO, 2014)
17
Como subproductos de este proceso se obtiene escorias y cenizas volantes que pueden
ser utilizadas en múltiples aplicaciones como en la producción de hormigón, cementos,
abrasivos cerámicos, entre muchos otros(Aineto Goñi, 2013)
4.2 Coque, Gas, Alquitrán y Aceites ligeros
El coque es el residuo sólido, duro y poroso que resulta después de la destilación
destructiva de determinados carbones minerales, como carbones bituminosos o hulla; el
proceso de calentamiento de material orgánico en ausencia de aire se llama pirolisis o
carbonización, por lo general, se utiliza el termino pirolisis cuando el proceso es enfocado
a la obtención de los gases y aceites que se produces y carbonización cuando es dirigido
a la obtención del solido resultante,(“El Carbon Vegetal,” n.d.) si este es enfocado en el
coque el proceso pasara a llamarse coquización
La coquización se diferencia de la carbonización en que durante el proceso de
calentamiento en atmósfera inerte de los carbones, se pasa por un estado fluido
transitorio, llamado etapa plástica, durante un determinado intervalo de temperaturas, en
el caso de los carbones entre los 350 y 500 ºC; una vez se pasa la etapa plástica se forma
el semicoque y al seguir aumentando la temperatura sigue el desprendimiento de gases
hasta que finalmente se forma el coque. (Pardo, n.d.)
Las cámaras de los hornos en los que se realiza este proceso en la actualidad se
calientan por la combustión del gas que fluye entre los hornos adyacentes, calentándose
hasta 1.500 °C durante unas 17 horas. Mientras, los gases procedentes del horno se
recogen por otra abertura en la parte superior. El alquitrán de carbón se condensa al
contacto con el agua de la tubería principal, y el gas, después de depurarse con agua
para eliminar el amoníaco y con aceite para eliminar el benceno, se emplea para calentar
los hornos. Al final del proceso de coquización, un pistón saca del horno el coque al rojo
vivo y lo deposita directamente en una vagoneta que lo lleva a la campana de extinción,
donde se rocía con agua. El proceso de vaciado sólo dura unos 3 minutos, con lo que el
horno puede ser recargado con pocas pérdidas de calor; debido a que esta técnica es
altamente contaminante, los gases procedentes de la campana de extinción son tratados
mediante conducción y filtrado.(Pardo, n.d.)
El proceso general de coquización se inicia cuando el carbón es conducido en
transportadores de banda a un triturador de rodillos de donde sale con un tamaño inferior
a 1 Pulg, el cual es conducido por una banda transportadora al silo de mezclas, el cual
contiene en la parte inferior un dosificador de carbón automático, que suministra en forma
constante la misma cantidad en peso, sin importar las condiciones en que vengan
(humedad, granulometría, etc); una vez salen las mezclas de carbón se les adiciona agua
y ACPM, con el fin de evitar la producción de polvo y aumentar la densidad del carbón
para que la calidad del coque sea más alta; una vez se termina esta parte del proceso el
carbón pasa a una criba vibratoria con mallas de 3mm, donde pasa a un molino de
martillos que pulveriza y mezcla el carbón dando un producto cuya granulometría no debe
pasar del 10 % por encima de 3mm, que es el tamaño más adecuado y apropiado para
18
cargar en los hornos y obtener un coque de buena calidad. Los carbones que salen de la
criba caen a un transportador y pasan a los silos de batería, los cuales se encargan de
cargar al horno
Luego de 20 horas, el coque se encuentra listo para deshornarlo y trasladarlo a un vagón
de apagado el cual lo transporta inmediatamente a la torre de apagado, para evitar que el
coque entre en combustión con el aire, en donde se le vierte una cantidad de agua
durante 90 segundos desprendiéndose una gran nube de vapor de agua (templado del
coque ) . Luego el coque apagado se descarga en una rampa para su reposo con el fin de
que el agua se evapore completamente y apagar los que estén encendidos. A
continuación viene un proceso de estabilización en el cual el coque se tritura para
reducirlo de tamaño y se criba para separar la fracción menor de 1 pulgada y la fracción
mayor de 3 pulgadas y dejarlo del tamaño de 1- 3 pulgadas para que sea utilizado en el
Alto Horno. (“ETAPAS DEL PROCESO DE COQUIZACION,” n.d.)
La reacción principal del proceso es
C357H281O39 C280H26O8 C27H22O2 + 5C10H41O3 + 14 H2O
Hulla coque alquitrán gases
Durante este proceso se desprende gas de coque crudo que está formado por una mezcla
de gases y vapores que se forman por la descomposición térmica del carbón, los cuales
son tratados por una planta de subproductos para obtener Alquitrán crudo, Amoniaco en
forma de sulfato de amonio, Benzol crudo y Gas depurado, y en el caso de una
siderúrgica también se recupera Naftalina(“Subproductos de coquizacion,” n.d.). Gases,
Aceites ligeros y pesados
4.3 Gases, aceite ligero y aceite pesado
Los gases, aceites ligeros y pesados obtenidos del carbón son utilizados como
combustibles
19
Imagen 2: diagrama de la fase primaria de la hidrogenación del carbón(Aiztmuño
Jauregui, Gonzales Roman, & Risueño Vilches, n.d.)
En el proceso de la hidrogenación del carbón, este se pulveriza finamente y se amasa
con el catalizador, también pulverizado, y el aceite pesado. A la mezcla homogénea
anterior se incorpora el hidrógeno y el conjunto se comprime hasta 400 atm y se calienta
500ºC, que se mantiene durante todo el tiempo de residencia en la columna de
hidrogenación. El producto de reacción se somete a destilación, de la cual se obtienen
como productos de cola masa carbon, aceite y catalizador, de esta etapa se separan el
aceite por centrifugación, el cual suele ser recirculado. El carbón sin reaccionar y el
catalizador envenenado se desechan. Los productos de cabeza son hidrocarburos de baja
magnitud molecular que, antes de beneficiarse por separado, pasan por dos columnas
regadas con etanolaminas y ácido sulfúrico diluido, respectivamente, para separar los
componentes ácidos y básicos que contienen y posteriormente son llevados a hidrogenar
en la segunda etapa, en la que se produce el reformado catalítico en presencia de los
óxidos o sulfuros, En condiciones más suaves de temperatura en la segunda etapa, se
consigue elevar los rendimientos de aceites (lubricantes) respecto a los de gasolina. El
aumento de presión favorece esta variante. (Aiztmuño Jauregui et al., n.d.)
5 CONSERVACIÓN, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE CARBON:
De acuerdo a (“PREPARACIÓN Y MANIPULACIÓN DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS,”
n.d.)
Generalmente el carbón se almacena en grandes cantidades debido a que es un material
muy utilizado a nivel industrial; Los grandes almacenamientos de carbón se llaman
parques o pilas y se suelen situar al aire libre, estando por ello expuestos a las
inclemencias meteorológicas, que pueden llegar a influir en las propiedades del carbón;
20
para realizar la adecuación de determinada área destinada a este fin debe tenerse en
cuenta; el análisis de las características del suelo utilizado, La estructura de las rocas
subyacentes, El esquema del drenaje local que se proyecte y La posibilidad de
inundación de la parcela
El carbón bituminoso, el subituminoso y el lignito se apilan en capas múltiples
horizontales. Para reducir la posibilidad de una combustión espontánea, las pilas de
carbón se compactan con el fin de minimizar las diversas canalizaciones que la masa de
la pila ofrece al aire, que se comportan como chimeneas, y que pueden provocar un
mayor flujo de aire a través de la pila cuando el carbón se calienta al entrar en combustión
espontánea
A pesar de que el almacenamiento en pila es el más utilizado el carbón también puede
almacenarse en tolvas o silo; por ejemplo en plantas industriales pequeñas, el
almacenamiento en silo se prefiere al almacenaje en pila, con ventajas que incluyen el
abrigo frente a los agentes atmosféricos y la facilidad de recuperación. Comercialmente
existen tanques y silos prefabricados, con capacidades que alcanzan 2700 m3 y que
pueden contener del orden de 2200 Tn de carbón
Las tolvas facilitan un almacenaje a corto plazo, arriba de los pulverizadores o de otros
equipamientos propios para la alimentación del carbón hacia la zona de combustión. Las
tolvas de almacenamiento tienen que estar lo más lejos posible de: La salida de humos,
Los conductos de aire caliente, Las tuberías de vapor y Otras fuentes externas de calor
que podrían contribuir a la ignición y combustión espontánea del carbón. En algunos
casos se necesita aislar la tolva y proveerla de una ventilación adecuada, que reduzca la
posible transferencia de calor desde las tuberías de vapor o desde los conductos de aire o
humos. Las tolvas se diseñan para conseguir un vaciado completo del carbón en el caso
de una prolongada indisponibilidad de la unidad.
El carbón se entrega en vagones de ferrocarril, con descarga automática por el fondo de
los mismos a una pila grande; un sistema automático de recuperación recoge el carbón de
la pila para su troceado y posterior distribución a los silos de almacenamiento del
gasificador
6 RENDIMIENTOS GLOBALES DE PROCESO
El rendimiento en productos sólidos (coque), líquidos (alquitrán) y gases de la coquización
varía con la temperatura. El rendimiento en coque se puede calcular por diferencias (un
5% es agua). En la coquerías se suele obtener un 73% de coque, del que un 88% es de
tamaño siderúrgico y otro 12% es “fino”(Aiztmuño Jauregui et al., n.d.); Una tonelada de
hulla sometida a coquización da unos 300m3 de gas de coquería, unos 10 kg de benzol y
unos 36 kg de alquitrán, de este último pueden obtenerse los aceites de alquitrán, unos
21
3,5 kg de fenoles, 4 kg de naftalina y 200 gramos de antraceno todo referido a una
tonelada de carbón (Suarez, n.d.) Asimismo estudios recientes han demostrado que el
rendimiento de los productos de coquización también varía con la cantidad de sustancias
volátiles, obteniendo un rendimiento de 4 kg de amonio, 0,2 kg de bases de piridina
usadas como disolventes y como reactivos en la síntesis de fármacos, insecticidas, entre
otros y 10 kg de hidrocarburos fenólicos por tonelada de carbón (Pavlovich et al, 2013)
En la hidrogenación el rendimiento por tonelada de carbón es de 620 kg de gasolina, 13
kg de gases y 11 de aceites residuales (Suarez, n.d.) Un estudio realizado por Qader y
colaboradores demuestra que el rendimiento por cada 100 toneladas de carbón que
reaccionan con 6 toneladas de hidrogeno producen 5,25 m3 de aceite Diesel, 28
toneladas de alquitrán, 6,32 m3 de agua, 1 tonelada de amonio y 589 m3 de sulfuro de
hidrogeno (Qader etal, n.d).
En la gasificación del carbón se lleva a cabo la síntesis de Fischer-Tropsch en la cual se
obtienen hidrocarburos que pueden contener desde uno a cincuenta átomos de carbono
con diferentes grados de saturación. Estos productos son principalmente parafinas y
olefinas. Los rendimientos por tonelada de carbón para esta síntesis son de 270Kg de
gasolina, 52 Kg de aceites diésel, 50 Kg de aceites pesados y 60 Kg de parafinas
(Suarez, n.d.).
6.1 Conversiones
Se realizaron estudios para verificar que catalizador empleado en la hidrogenación del
carbón tenía un mayor efecto en cuanto al aumento de la velocidad de reacción,
obteniendo como resultado una conversión del 75% para el cloruro de estaño (Tabla 2).
(Qader etal, n.d)
Tabla 9: Comparación de diferentes tipos de catalizadores en el proceso de
hidrogenación del carbón
Catalizador Conversión
total (%)
Aceites Gas Material
carbonizado
Cloruro de
estaño
75 43 32 25
Molibdato de
aluminio
69 39 30 31
Cloruro de
níquel
71 41 30 29
Cloruro ferroso 65 38 27 35
Cloruro de zinc 55 29 26 45
22
(Qader etal, n.d)
De igual manera, en el proceso de gasificación del carbón fueron evaluados diferentes
catalizadores con los cuales se determinó la conversión de metano (CH4) y dióxido de
carbono (CO2) obteniendo el valor máximo para el catalizador compuesto por niquel,
rodio y oxido de aluminio. Las conversiones para los diferentes catalizadores evaluados
se muestran en la tabla 3 (Ocsachoque M, 2012).
Tabla 10: conversión del metano y dióxido de carbono en el proceso de gasificación
del carbón
Catalizador XCH4 XCO2
Rh/Al2O3 24 18
Ni/ Al2O3 53 23
Ni-Rh/ Al2O3 63 14
(Ocsachoque M, 2012).
Adicionalmente se analizó el efecto catalítico del carbonato de potasio a diferentes
concentraciones obteniendo la conversión global más alta en el proceso de gasificación a
12% de K2CO3 con un valor del 95% después de 5,5 horas de reacción (Zhang et al,
2016). Este resultado es corroborado en un estudio realizado con diferentes tipos de
carbón y empleando 10% de K2CO3 obteniendo una conversión global del 90% en un
perido de tiempo de 8 horas. De igual manera se comprobó que el exceso de catalizador
(50% K2CO3) genera saturación y baja notablemente la conversión (Islam et al, 2016).
La conversión obtenida para producir coque metalúrgico corresponde aproximadamente a
un 58%, siendo este el menor valor en los tres procesos evaluados (Luo et al, 2014).
7. TAMAÑOS TÍPICOS DE PLANTAS EN EL PAÍS:
Colombia es uno de los países en América del Sur con mayores reservas de carbón,
cuenta con un 0,7% de las reservas mundiales y ocupa el puesto 14 en el escalafón
mundial. Los primeros entes gubernamentales en realizar investigaciones con carbón
fueron Ingeominas y el Instituto de Investigaciones Tecnológico y Laboratorio Químico
Nacional (liquidado), los cuales se relacionaron con la exploración geológica y calidades
del carbón. En la universidad nacional de Colombia se trabajó carbonización a baja
temperatura con la construcción de una planta piloto en 750 Kg/d por el proceso Rexco,
una segunda planta piloto de LTC (low temperatura carbonization) fue diseñada y
construida por TECSOL y CANDICON (Centro Andino de Consultorías) para una
carbonización de 250 kg. (Centro Andino de Consultorías) para una carbonización de 250
kg (ANH et al, 2007).
23
En el 2007 la agencia nacional de hidrocarburos (ANH) en compañía de otras
organizaciones, diseñaron una planta para la obtención de combustibles liquidos a partir
de la hidrogenación del carbón con el fin de promover la independencia energética
generando un 20% adicional de nafta para ser usado como materia prima en refinerías.
Esta planta entraría en funcionamiento en el año 2018 en San Luis Santander (ANH et al,
2007).
El diagrama de flujo es observado en la figura 3 y describe transformación del carbón
desde la pulverización hasta la obtención aceites, gases y combustibles.
Una de las técnicas involucradas en la transformación del carbón en esta planta es la
carbonización a baja temperatura, técnica más antigua utilizada para obtener líquidos a
partir del carbón, e incluye el Proceso Parker o coalite que consiste en un calentamiento
indirecto a 650°C obteniendo la máxima cantidad de líquidos y un carbonizado de alta
reactividad. En Colombia, las compañías TECSOL y CANDICON diseñaron y
construyeron una planta piloto en la Universidad Tecnológica de Tunja, con una
capacidad de procesamiento de carbón 250 kg/cochada (ANH et al, 2007).
A nivel tecnológico se decide implementar la licuefacción indirecta para la cual se realiza
primero el proceso de gasificación y a partir del gas de síntesis se obtienen los
hidrocarburos líquidos mediante la reacción de Fisher-Tropsch (ANH et al, 2007).
24
Imagen 3: Diseño de una planta de obtención de combustibles líquidos a partir del
carbón(ANH, UPME, & CTL, 2007)
En Colombia se han realizado diferentes estudios en cuanto a la gasificación del carbón
pero su gran mayoría a nivel investigativo tal es el caso del proyecto realizado por la
Universidad Nacional- sede Medellín, Universidad de Antioquia y la Universidad Pontifica
Bolivariana el cual pretendía evaluar técnicamente la producción de gas combustible
limpio a partir de carbones colombianos utilizando un reactor en lecho fluidizado a presión
atmosférica financiado por COLCIENCIAS, MINERCOL y las tres universidades. En este
proyecto se construyó una planta piloto (imagen 4) que consiste de un reactor
gasificador/combustor en lecho fluidizado para generar aire caliente, una cámara de
mezclado, una cámara de secado. El funcionamiento de los gasificadores de lecho
fluidizado consiste básicamente en alimentar el agente gasificante a través de un lecho de
partículas sólidas a velocidad suficiente para mantenerlas suspendidas. Estos
gasificadores tienen una alta flexibilidad en cuanto al material de alimentación puesto que
se facilita el control de la temperatura al mantenerse por debajo del punto de fusión de las
cenizas. Adicionalmente se evaluaron diferentes tipos de carbón, el flujo entre 7,2 y 10,5
kg/h, flujo de aire entre 17 y 24 kg/h y flujos de vapor de 4 y 4,7 kg/h, obteniendo un
rendimiento inferior al experimento realizado con oxígeno puro en lugar de aire (
Espinosa, 2011).
25
Imagen 4: Diseño de un sistema de gasificación del carbón. ( Espinosa, 2011)
En cuanto a las plantas de coquización en Colombia se encuentra CARBONES ANDINOS
es el cuarto productor de coque de alta calidad en el país, está situada en el
Departamento de Boyacá en la cual se produce coque metalúrgico, coquecillo y finos de
coque. Cuenta con 390 hornos, produce 150000 TM/año de coque (Toneladas métricas al
año), realizan un tipo de minería subterránea en donde se extraen carbones de
volatilidades medias y bajas (CARBONES ANDINOS, n.d).
La planta de coquización Yildirim Holding Colombia S.A.S ubicada en el predio Buenos
Aires, Vereda San Isidro, en el municipio de San Cayetano en el departamento de Norte
de Santander está constituida por tres etapas: en la primera y segunda etapa, hay 240
hornos tipo colmena que requieren 14400 toneladas de carbón y alcanzan una producción
de 10080 toneladas de coque metalúrgico por mes; y en la tercera etapa hay 160 hornos
tipo colmena que requieren 9600 toneladas de carbón y alcanzan una producción de 6720
toneladas de coque metalúrgico por mes, obteniendo una producción máxima de coque
de 26880 toneladas/mes. En el proceso de coquización se emplean hornos tipo colmena,
cerrados y conectados mediante ductos y cámaras precipitadoras a las chimeneas. Se
26
emplean además trituradoras de rodillos con motor eléctrico, zarandas y mallas eléctricas
de diferentes diámetros y bandas transportadoras para desplazar el carbón y coque a las
tolvas alimentadoras y de cargue (CORPONOR, 2013)
8. ASPECTOS DE CONSUMO ENERGÉTICO:
Tabla 11: consumo energético general por equipo utilizado en cada proceso de la
industria carboquimica
EQUIPO CONSUMO ENERGETICO
Mezclador 75 Kw/h
Caldera 175 Kw/h
Bomba Depende de los diámetros de tubería
Molino 95 Kw/h
Intercambiador de calor con resistencia
37,7 kW
Pulverizador 130kW/h
Ciclón 0,25- 1,5 Kw/h
Horno 1120Kw/h
Reactor 9.23 kW
(Baker et al, 2005) (Emis, 2015) (Chatterjee, 1994)
Imagen 5: esquema de consume energético del proceso de gasificación (Garcia
Fernandez, 2011)
27
Tabla 12: Requerimientos energéticos de una planta de hidrogenación (“Evolucion de
produccion ,” n.d.)(“PRODUCCIÓN DE ACEITE HIDROGENADO,” n.d.)
426.16 MJ Calentamiento
149.155 MJ
Calentamiento en Hidrogenación
100 Kwh Generación de hidrogeno
402.48 MJ Enfriamiento
Tabla 13 : requerimiento energetico de una planta de coquización(PETRONOR, 2008)
144,8 MWth Cogeneración con postcombustión
83,46 MWth (60 Gcal/h)
Horno de coquización
2,1 MWth (1,2 Gcal/h) Horno de HDT de nafta de coquización
12,5 MWth Equipos de combustión
9. GESTION DE CALIDAD:
La calidad se define como un sistema de organización enfocado a los distintos procesos
que se pueden plantear y desarrollar en una empresa, para este caso, específicamente,
la industria carboquímica. Teniendo en cuenta que una explotación y exploración minera,
al igual que todo proceso industrial, se encuentra formada por un conjunto relacionado de
variedad de subprocesos, si calidad se desarrolla con la idea de hacer las cosas según lo
previamente establecido, se obtendrá un aumento directamente proporcional en la
seguridad de los procesos, los trabajadores y en la seguridad global de la explotación
minera.
La aplicación de los conceptos de calidad a la industria del carbón afecta directamente en
la seguridad de las labores mineras. El tradicional enfoque de calidad pensado como la
satisfacción al cliente se replantea y es reemplazado por un sistema de organización
enfocado a los procesos y subprocesos, ya que la geología de un yacimiento indica, o por
lo menos da una idea desde un primer momento de la calidad obtenida del mineral a
extraer, esto significa que una organización que se desarrolle en la industria del carbón
que implemente un sistema de calidad pensando en la percepción del cliente hacia el
producto, no va a conseguir una mayor satisfacción por parte del cliente al completar la
transacción, ya que independientemente de las mejoras físicas, químicas, técnicas y
organizativas que se introduzcan en el producto neto como tal, la calidad del material es
dependiente en un gran porcentaje por el comportamiento aleatorio de la geología del
yacimiento a explotar. (Méndez, 2010)
Siguiendo lo anterior, la calidad va de la mano con la responsabilidad social,
sostenibilidad, estándares y desempeño de la empresa. La mina de carbón del Cerrejón,
ubicada en la cuenca del río Ranchería, al sureste del Departamento de La Guajira, está
en la obligación de cumplir la legislación nacional y los derechos laborales de seguridad
28
social de los trabajadores, incluyendo los principios establecidos en los Instrumentos
Internacionales relacionados con la norma SA8000. Se considera esencial el
cumplimiento de la legislación nacional e internacional con respecto a: trabajo infantil,
libertad de asociación y derecho de negociación colectiva, salud y seguridad en el medio
de trabajo, trabajos forzados, discriminación, remuneración, horario de trabajo y medidas
disciplinarias.
La SA8000 es una certificación voluntaria la cual fue creada por una organización
estadounidense llamada Responsabilidad Social Internacional (Social Accountability
International - SAI), con el propósito de promover mejores condiciones laborales. La
certificación SA8000 se basa en varios acuerdos internacionales sobre las condiciones
laborales, los cuales incluyen temas tales como justicia social, los derechos de los
trabajadores, etc. (Social Accountability International, 2008) Esta certificación
básicamente establece condiciones mínimas para asegurar un ambiente de trabajo
seguro y saludable; la libertad de asociación y negociación colectiva; y una estrategia
empresarial para tratar los aspectos sociales relacionados con el trabajo. Además,
contiene reglas respecto a la duración de la jornada laboral, los salarios, la lucha a la
discriminación y al trabajo infantil o forzado.
10. IMPACTO AMBIENTAL:
En un entorno donde cada vez más se es consciente sobre los problemas ambientales
actuales, con una tendencia de los agentes económicos privados hacia la autorregulación,
como esquema de desempeño seguro y sostenible para sus diversas actividades, surge la
idea de reglamentar esta gestión y que contribuyan a mejorar las necesarias relaciones
entre regulados y reguladores. De tiempo atrás, la industria minera ha dedicado esfuerzos
al manejo de la dimensión ambiental en cada uno de los sectores de la industria
carboquímica, desde la exploración hasta su uso final. Permanentemente, reúne
información y busca soluciones con beneficios ambientales en el desarrollo de los
proyectos del sector carbonífero; todo ello con el fin de contribuir a generar una nueva
cultura ambiental y un cambio de imagen de este subsector minero frente a la comunidad.
(Ministerio de Minas y Energia, 2004).
Durante los últimos años se han desarrollado variedad de estudios sobre el entorno a
trabajar antes de iniciar una explotación para definir las condiciones existentes e identifi-
car posibles problemas potenciales. Los estudios se centran en el impacto de la
explotación en el terreno y en el agua, en los suelos, en el uso local de la tierra y en las
poblaciones nativas de vegetación y fauna. Se realizan simulaciones virtuales para crear
modelos de impacto medioambiental en la zona. Las conclusiones se revisan como parte
del proceso que lleva a otorgar el permiso de explotación por parte de las autoridades
competentes.
Uno de los problemas ambientales que más afecta hoy en día al entorno ambiental son
los hundimientos, en los que el nivel del suelo empieza a bajar como resultado de la
extracción hecha en el subsuelo. Cualquier actividad de uso de la tierra que pueda poner
en riesgo una propiedad pública o privada supone un problema. Un estudio profundo de
29
los patrones de subsistencia en una zona concreta permite cuantificar los efectos de una
explotación subterránea en la superficie.
El agua extraída de la mina es rica en variedad de metales formada a partir de una
reacción generada entre el agua y las rocas que contienen minerales y azufre. El flujo
formado suele ser ácido y proviene de zonas en las que las actividades de extracción de
carbón o de mineral de hierro están expuestas a rocas de pirita, un mineral cargado de
azufre. Este flujo de ácido disuelve los metales pesados como el cobre, el plomo y el
mercurio en la tierra y las aguas de la superficie. Existen métodos de extracción que
pueden minimizar este problema, como por ejemplo: Un diseño adecuado y riguroso del
sistema de explotación puede mantener alejada el agua de los materiales generadores de
ácido y ayudar a evitar este fenómeno.
Durante las operaciones de extracción, la contaminación del aire y del ruido en los
trabajadores y en las comunidades aledañas puede minimizarse mediante diversas
técnicas de extracción. Gran cantidad de material particulado puede generarse por los
camiones circulando por caminos no pavimentados, operaciones de trituración del carbón,
perforaciones y corrientes de viento. Los niveles de polvo pueden controlarse mediante el
riego de agua en las carreteras, la plantación de árboles en estas zonas como barrera
también puede minimizar el impacto visual de las operaciones de extracción, además de
ser una solución altamente efectiva con respecto a la contaminación auditiva y también
ayuda a detener el material particulado, reduciendo así, posibles amenazas de
enfermedades para las comunidades locales. (Federación nacional de empresarios de
mina de carbón, 2013)
El ministro de ambiente, vivienda y desarrollo territorial establece las normas y estándares
de emisión admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y se rigen otras
disposiciones, establece según la resolución 0909 del 5 de junio de 2008 las normas y los
estándares de emisión admisibles de contaminantes al aire para fuentes fijas, adopta los
procedimientos de medición de emisiones para fuentes fijas y reglamenta los convenios
de reconversión a tecnologías limpias, en los cuales se incluyen variedad de
contaminantes que se presentan a la hora del extracción del carbón, además, el artículo 6
del mismo habla sobre las actividades industriales y contaminantes a monitorear por
actividad industrial, entre estas, está la maquinaria de producción de carbón: “Cualquier
instalación que prepare carbón por fraccionamiento, trituración, tamizaje, limpieza
húmeda, seca o secado térmico. Aplica a secadores térmicos, equipos de limpieza de
carbón neumáticos, procesamiento de carbón y equipos de transporte (incluyendo
fraccionadores y trituradores), sistemas de almacenamiento de carbón y a sistemas de
carga y transferencia de carbón.”
El artículo 97 del mismo, menciona la debida legalidad del lugar del origen del carbón:”
Las fuentes fijas y generadoras de emisiones contaminantes que utilicen carbón como
combustible, deben garantizar la legal procedencia del mismo, llevando el registro de
consumo de combustibles según lo establecido en el artículo 2 de la resolución 623 de
1998 o la que la adicione, modifique o sustituya, las autorizaciones mineras de
explotación, la licencia o plan de manejo ambiental, los permisos de uso,
30
aprovechamiento o afectación de recursos naturales y los registros de compra”.
(Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, 2008)
11. SEGURIDAD INDUSTRIAL:
La minería de carbón en Colombia se ha caracterizado por la buena rentabilidad generada
principalmente a las multinacionales, también propiciada por los bajos costos laborales,
ventajas tributarias y baja renta minera; paralela a las pésimas condiciones de seguridad y
salubridad en los puestos donde los trabajadores se tienen que desempeñar. Según
Supersociedades de 346 empresas mineras en 2010, 95 de ellas reportaron utilidades
operacionales superiores al 30% de sus ingresos: 12 presentaron rentabilidad del 100%,
33 presentaron rentabilidad mayor al 50% y 50 una rentabilidad operacional superior al
30%. Debido al alto índice de accidentes en las minas en Colombia, el Gobierno ha
llevado a cabo proyectos para disminuir la tasa de accidentalidad por medio de
normatividad y otros mecanismos judiciales. La normatividad vigente a pesar de proponer
niveles de gestión frente al cumplimiento de requerimientos para la formalización, aún
está lejos de exigir de manera de alta calidad las posibilidades financieras, tecnológicas,
físicas y humanas de los empresarios mineros, por lo que ello ha llevado a un
entendimiento de la formalización como la ventaja para las empresas y/o multinacionales.
(Perez, 2015)
Para el Ministerio de Minas y Energía, las actividades de explotación minera, deben
obedecer al concepto integral de sostenibilidad y esta es asimilada como la
implementación de buenas prácticas en los aspectos técnico, ambiental, social y de
seguridad para los trabajadores y el personal minero. Para el cumplimiento de esto, el
ministerio anteriormente nombrado estableció la Política nacional de seguridad minera,
este documento busca establecer los pilares para el mejoramiento de la seguridad minera
en el país, y definir lineamientos técnicos y operativos para prevenir al máximo la
ocurrencia de accidentes y la muerte de trabajadores mineros en los mismos.
Esta política, se basa en el artículo 97 de la ley 685 de 2001, también conocida como
código de minas, la cual decreta que se deberán adoptar y mantener las medidas y
disponer del personal y de los medios materiales necesarios para preservar la vida e
integridad de las personas vinculadas a la empresa y eventualmente de terceros.
También, este menciona el decreto 1335 de 1997, el cual habla del reglamento de
seguridad a seguir en labores subterráneas, el decreto 2222 de 1993 sobre el reglamento
de higiene y seguridad en las labores mineras en cielo abierto. También plantea la
realización de visitas técnicas de seguimiento a las áreas de explotación, presentación de
reportes semestrales de los titulares de las minerías y toda la información que se
considere necesaria por parte del estado o por INGEOMINAS. (Ministerio de minas y
energía, 2011)
12. AVANCES EN EL SECTOR:
En Colombia, la minería no cuenta con grandes avances tecnológicos. Se presenta una
falta de conocimientos a fondo para dar valor agregado a los productos primarios de la
31
extracción minera. Los sistemas de información están desactualizados. El uso de residuos
requiere una mayor atención. Se requiere mayor investigación y desarrollos tecnológicos
para tecnificar la explotación, usar tecnologías limpias, aprovechar residuos y aguas
ácidas, comercialización de gas metano y otros subproductos. La secretaria de industria,
comercio y turismo de Duitama plantea buscar nuevas tecnologías, llevar a cabo alianzas
con centros de investigación y desarrollo especialmente para el aprovechamiento de
residuos, aprovechamiento de aguas ácidas y la comercialización de gas metano.
(Secretaria de industria, comercio y turismo de Duitama, 2011)
La universidad pedagógica y tecnológica de Colombia en conjunto con la empresa C.I.
MILPA S.A. en la Mina San Miguel, ubicada en Samacá en el departamento de Boyacá,
han puesto en operación un tajo mecanizado, el arranque es producido por martillo
neumático, el sostenimiento se realiza con mampostas hidráulicas y el descargue del
carbón dentro del tajo se lleva a cabo con una transportadora de cadena Panzer. La
evolución del tajo responde a un estudiado proceso de secuencia operativa que garantiza
la producción y el control sistemático del derrumbe. El carbón es transportado por las
galerías principales mediante trenes de vagonetas haladas por locomotoras a batería,
hasta los pozos internos de almacenamiento temporal y desde allí, a través de una red de
bandas las cuales lo evacuan a superficie. En el control y medición de gases, se cuenta
con 80 multidetectores, además, se ha implementado en varios sectores de la mina, un
sistema de monitoreo continuo de gases (CH4 y CO), con lecturas permanentes,
registradas mediante un software instalado en la superficie, con reserva de energía en
precaución a un corte de energía eléctrica. (Rivera & Burbano, 2012)
Este proyecto es uno de los más avanzados y desarrollados en el país, mejorando la
seguridad y la calidad del entorno de trabajo y optimizando la producción del carbón de
una manera notable comparado con otras minas, ya que muchas no cuentan con la
reglamentación adecuada, o sus sistemas de extracción están obsoletos y en muchas
ocasiones, colocando en peligro a sus trabajadores.
32
13. ANEXOS
13.1 Diagrama de flujo de proceso de gasificación
33
Tabla 14: Nombre de los equipos y nomenclatura
Tabla15: Nomenclatura de las corrientes de servicio utilizadas en el proceso
Nomenclatura Corriente de servicio
fg gas de combustión
aire aire para combustión
el Energía eléctrica
NOMENCLATURA EQUIPO P operación T operación(°C)
P-101 soplador 101.32 KPa 25
P-102 bomba 1.02 bar 50
E-101 intercambiador de calor con resistencia
1.02 bar 200
E-102 intercambiador de calor con resistencia
1.02 bar 50
E-103 boiler 1.02 bar 105-110
E-104 intercambiador de calor con resistencia
1.02 bar 550
T-101 tanques de oxigeno 101.32 KPa 25
T-102 plenum 25
T-103 tanque de almacenamiento 101.32 KPa 25
R-201 gasificador de lecho fluidizado
1.02 bar 550
S-201 ciclón 101.32 KPa 400
S-202 ciclón 101.32 KPa 400
H-301 cámara de combustión 101.32 KPa 800
34
13.2 Diagrama de flujo de proceso de coquizacion
Tabla 16: Nombre de los equipos y nomenclatura
Tabla 17: Nomenclatura de las corrientes de servicio utilizadas en el proceso
Nomenclatura Corriente de servicio
fg gas de combustión
aire aire para combustión
NOMENCLATURA EQUIPO P operación T operación(°C)
V-101 Silo de mezcla de carbones 101.32 KPa 25
V-102 Silo de horno 101.32 KPa 25
T-101 Torre de apagado 101.32 KPa 440
S-101 Triturador 101.32 KPa 25
M-101 Mezclador 101.32 KPa 25
S-102 Molino de martillos 101.32 KPa 25
H-101 cámara de combustión 101.32 KPa 500
35
13.3 Diagrama de flujo de proceso de hidrogenacion
36
Tabla 18: Nombre de los equipos y nomenclatura
Tabla 19: Nomenclatura de las corrientes de servicio utilizadas en el proceso
Nomenclatura Corriente de servicio
hps Vapor de alta presión
fg gas de combustión
NOMENCLATURA EQUIPO P operación T operación(°C)
V-101 Columna de almacenamiento 101.32 KPa 25
PU-101 Pulverizador 101.32 KPa 400
S-101 Ciclón 101.32 KPa 400
H-101 Horno 101.32 KPa 350
M-101 Mezclador 101.32 KPa 400
P-101 Bomba 10000psi 400
R-101 Reactor 101.32 KPa 550
S-102 Separador en caliente 101.32 KPa 550
S-103 Separador en frio 101.32 KPa 200
S-104 Separador de sólidos 101.32 KPa 150
S-105 Separador 101.32 KPa 150
R-102 Absorbedor 400 psi 50
R-103 Absorbedor 400 psi 50
37
BIBLIOGRAFIA
Aineto Goñi, M. (2013). LOS SUBPRODUCTOS DE LA GASIFICACIÓN Y SU VALORIZACIÓN. Retrieved March 8, 2016, from https://www.uclm.es/organos/vic_empresas/pdf/catedras/jornada/4a.pdf
Aiztmuño Jauregui, A., Gonzales Roman, F., & Risueño Vilches, A. (n.d.). EL CARBÓN COMO MATERIA PRIMA. Retrieved March 9, 2016, from http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/industrial/libro-10.PDF
ANH, UPME, & CTL, U. T. (2007). RESUMEN EJECUTIVO, ANÁLISIS Y EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA PRODECCION DE COMBUSTIBLE LIQUIDO A PARTIR DE CARBÓN PARA EL CASO COLOMBIANO. Retrieved March 12, 2016, from http://www.sipg.gov.co/sipg/documentos/estudios_recientes/Informe_Final_CTL.pdf
Ardila M (n.d) Carbones y Coques. Retrieved March 13, 2016, from https://steelgoood.files.wordpress.com/2013/05/cartilla-carbones-y-coques.pdf
ASTM International (n.d) Normas ASTM. Retrieved March 12, 2016, from
http://www.astm.org/FAQ/index-spanish.html#anchor1
Baker C, McKenzie A (2005) Energy Consumption of Industrial Spray Dryers. Drying
Technology: an International Journal. 23; 365-386
Botas, J.A. y C alles, J. A. y D. J. (n.d.). LA ECONOMÍA DEL HIDRÓGENO- UNA VISIÓN GLOBAL SOBRE LA REVOLUCIÓN ENERGÉTICA DEL SIGLO XXI. Retrieved March 5, 2016, from http://www.asemfo.org/empresas/aecientificos/documentos/LAECONOMIADELHIDROGENO.pdf
Cerrejón. (septiembre de 2015). Calidad de el producto. Obtenido de
http://www.cerrejon.com/site/nuestra-empresa/calidad-del-producto.aspx
CARBONES ANDINOS (n.d) Plantas de coquización. Retrieved March 11, 2016, from
http://carbonesandinos.com/web/index.php?option=com_content&view=article&id=16
&Itemid=18&lang=es
Chatterjee A (1994) Beyond the blast furnace. CRSPress. Tokyo, Pag: 149
CORPONOR (2013) Planta de coquización Yildirim Holding Colombia S.A.S. Retrieved March 12, 2016, from http://www.corponor.gov.co/ACTOSJURIDICOS/RESOLUCIONES/2013/Acuerdo%20002%20de%202013_031.pdf
CTC, CSIC, AGRUPAL, & WASTE, A. (n.d.). GASIFICACIÓN. Retrieved March 6, 2016, from http://www.agrowaste.eu/wp-content/uploads/2013/02/GASIFICACI%C3%93N.pdf
38
Federación nacional de empresarios de mina de carbón. (2013). EL CARBÓN Y EL
MEDIO AMBIENTE. Obtenido de
http://www.carbunion.com/panel/carbon/uploads/carbon_medioambiente_5.pdf
ECOCARBON (1995) Normas generales de muestreo y análisis. March 12, 2016, from
http://www.simco.gov.co/Portals/0/publicaciones/Muestreo%20y%20Analisis_wcocarb
on0001.pdf
El Carbon Vegetal. (n.d.). Retrieved March 8, 2016, from http://pagines.uab.cat/ace/sites/pagines.uab.cat.ace/files/el carb%C3%B3n vegetal_0.pdf
Emis (2015) Cyclone. Retrieved March 13, 2016, from http://emis.vito.be/en/techniekfiche/cyclone
Espinosa J (2011) Evaluación de la cadena productiva para la potencial implementación y
fabricación de sistemas de gasificación de carbón a escala industrial en Colombia.
Retrieved March 11, 2016, from
http://www.bdigital.unal.edu.co/4762/1/98700583._2011.pdf
ETAPAS DEL PROCESO DE COQUIZACION. (n.d.). Retrieved March 8, 2016, from http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/371002/371002_ee.htm
Evolucion de produccion . (n.d.).
Garcia Fernandez, L. E. (2011). OBTENCIÓN DE GAS COMBUSTIBLE A PARTIR DE LA GASIFICACION EN UN REACTOR DE LECHO FIJO. Retrieved March 13, 2016, from http://www.bdigital.unal.edu.co/4133/1/291461.2011.pdf
GASIFICACIÓN DEL CARBON. (n.d.). Retrieved March 5, 2016, from http://files.pfernandezdiez.es/CentralesTermicas/PDFs/17CT.pdf
Gasificación del carbón: ¿la energía limpia del futuro? - BBC Mundo. (n.d.). Retrieved March 5, 2016, from http://www.bbc.com/mundo/noticias/2014/04/140415_economia_carbon_energia_limpia_aa
HIDROGENO, GAS DE SINTESIS Y DERIVADOS. (n.d.). Retrieved March 5, 2016, from http://www.diquima.upm.es/old_diquima/docencia/tqindustrial/docs/cap2_hidrogeno.pdf
ICONTEC. (2011). NTC 2347: STANDARD PRACTICE FOR COLLECTION OF A GROSS
SIMPLE OF COAL. West Conshohocken, United States: ICONTEC.
Islam s, Kopyscinski J, Liew S, Hill J (2016) impact of K2CO3 catalyst loading on the CO2-
gasification of Genesse raw coal and low ash product. Powder Technology. 290; 141-
147
José, C. P. M., Rosa, G. A. M., Mariano, M. M., & Jesús, S. H. (2015). QUÍMICA APLICADA A LA INGENIERÍA. Editorial UNED. Retrieved from
39
https://books.google.com/books?id=3l-KCAAAQBAJ&pgis=1
Luo S, Bayham S, Zeng L, McGiveron O, Chung E, Majumder A, Fan L (2014) Conversion
of metallurgical coke and coal using a coal direct chemical looping (CDCL) moving
bed reactor. Applied Energy. 118; 300-308
Méndez, L. A. (2010). Calidad y seguridad en explotaciones mineras de carbón. . Oviedo,
España: Carbonar S.A.
Ministerio de medio ambiente. (9 de Julio de 1998). Resolución 623. Obtenido de Alcaldía
de Bogotá: http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=15719
Ministerio de minas y energía. (1995). Normas básicas sobre muestreo y análisis de
carbones. Bogotá D.C.: Ecocarbón.
Ministerio de minas y energía. (2012). Cadena del carbón. Bogotá D.C. : Unidad de
planeación mineroenergética (UPME).
Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial. (5 de Junio de 2008). Resolución
#0909. Bogotá D.C., Cundinamarca, Colombia.
Ministerio de Minas y Energia. (2004). Guía ambiental del transporte de carbón. Medellín,
Colombia: PROCOLOMBIA.
Ministerio de minas y energía. (Agosto de 2011). Política nacional de seguridad minera.
Bogotá D.C., Cundinamarca, Colombia: Republica de Colombia.
Ocsachoque M (2012) “Desarrollo de catalizadores metálicos soportados para la
obtención de gas de síntesis”. [Tesis Doctoral]. Universidad Nacional de La Plata,
Facultad de Ciencias Exactas, Argentina.
Pardo, R. G. (n.d.). Coque.
Pavlovich L, Strakhov M (2013) Production hydrocarbons by the underground gasification
of coal. Coke and chemistry. 56 (9); 349-355
Perez, D. (2015). Condiciones de seguridad industrial y proceso de formalización en
minas de carbón en el municipio de Guachetá, Cundinamarca, Colombia. Bogotá
D.C.: Facultad de relaciones internacionales, estrategia y seguridad, Universidad
militar nueva granada.
PETRONOR. (2008). PROYECTO: NUEVAS UNIDADES PARA REDUCIR LA PRODUCCIÓN DE FUEL-OIL. Retrieved March 13, 2016, from http://www.euskadi.eus/gobierno-vasco/contenidos/informe_estudio/esia_urf_petronor/eu_doc/adjuntos/esia_urf.pdf
PREPARACIÓN Y MANIPULACIÓN DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS. (n.d.). Retrieved March 6, 2016, from http://files.pfernandezdiez.es/CentralesTermicas/PDFs/10CT.pdf
40
PRODUCCIÓN DE ACEITE HIDROGENADO. (n.d.). Retrieved March 13, 2016, from http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/311507/311507_eca.htm
Qader S, Haddadin A, Anderson L, Hill G (n.d) Production of synthetic fuels from coal by
hydrogenation under medium pressures. University of Utah. Retrieved March 9, 2016,
from
https://web.anl.gov/PCS/acsfuel/preprint%20archive/Files/12_3_ATLANTIC%20CITY_
09-68_0164.pdf
Rivera, A., & Burbano, A. (2012). Avances tecnologicos en la explotación de minas bajo
tierra. Tunja, Boyacá: UPTC.
SANCHEZ BASTARDO, N. (2014). OBTENCION DE GAS DE SINTESIS A PARTIR DE BIOMASA UTILIZANDO CATALIZADORES DE NIQUEL. Retrieved March 5, 2016, from file:///C:/Users/acer/Downloads/TFG-I-189.pdf
Secretaria de industria, comercio y turismo de Duitama. (Diciembre de 2011). Sector
minería del carbón. Duitama, Boyacá, Colombia.
Social Accountability International. (2008). RESPONSABILIDAD SOCIAL 8000. Obtenido
de IQNET: http://www.iqnet-ltd.com/userfiles/SA8000/2008StdSpanish.pdf
Suarez, J. A. P. (n.d.). Carboquimica. Retrieved March 3, 2016, from http://digital.csic.es/bitstream/10261/108255/1/Carboquimica_Perez_Suarez.pdf
Subproductos de coquizacion. (n.d.). Retrieved March 8, 2016, from http://es.slideshare.net/feracevedodiaz/subproductos-25863976
Zhang J, Zhang R, Bi J (2016) Effect of catalyst on coal char structure and its role in
catalytic coal gasification. Catalysis Communications. 70;1-5
