captura de postcombustión se refiere a la remoción de CO2 de la combustión en una central de energía a gas, antes de su compresión, transporte y almacenaje en formaciones geológicas aptas, como parte de la captura y almacenamiento de carbono. Se aplican un número de diferentes técnicas, la mayoría adaptaciones de los procesos de remoción en el gas natural ácido usados en la industria química y petroquímica. Muchas de esas técnicas existían de antes de la segunda guerra mundial y, consecuentemente, la captura de postcombustión es de las más desarrolladas en las metodologías varias de captura de carbono.
Tecnologías de captura de CO2
La primera fase en la tecnología CAC es la captura de CO2 – procedente de los procesos de combustión de combustibles fósiles o como resultado de un proceso industrial.
Estas tecnologías se pueden agrupar en tres principales grupos:
- Captura de CO2 antes de la combustión
- Captura de CO2 durante la combustión
- Captura de CO2 posterior a la combustión
Carbonación es el proceso de disolver dióxido de carbono en agua. El procedimiento usualmente envuelve el uso de dióxido de carbono bajo alta presión. Cuando la presión se reduce, el dióxido de carbono es liberado desde la disolución como pequeñas burbujas, que causa el efecto de efervescencia. Este efecto es visto por ejemplo en las gaseosas.
La carbonación puede describir también una reacción química, un ejemplo de lo que es un paso clave en la fotosíntesis.
Química[editar]
El dióxido de carbono es poco soluble en agua, y por tanto suele estar separado como gas. El proceso de dióxido de carbono efervesciendo desde una disolución es representado por la siguiente reacción química, en la cual el ácido carbónico acuoso se convierte a dióxido de carbono y agua:
H2CO3 → H2O + CO2
Bioquímica[editar]
La carbonación describe también la incorporación de dióxido de carbono en compuestos químicos. Nuestra vida basada en carbono se origina de una reacción de carbonación que es a menudo catalizada por la enzima RuBisCO. Tan importante es este proceso de carbonación que una significante fracción de la masa de una hoja consiste en esta enzima carbonante.
Carbonización o carbonificación es el término para la conversión de una sustancia orgánica en carbono o un residuo que contiene carbono mediante pirólisis o destilación destructiva, es el proceso en virtud del cual restos orgánicos acumulados en estratos de la corteza terrestre en épocas pasadas, van perdiendo hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y aumentando su proporción de carbono.1 A menudo se utiliza en química orgánica con referencia a la generación de gas de hulla y alquitrán de hulla de carbón bruto. Los combustibles fósiles son generalmente los productos de la carbonización de la materia vegetal. El término carbonización se aplica también a la pirólisis del carbón para producir coque. La carbonización es también una etapa en el proceso de fabricación del carbón, y se considera el paso más importante de todos, ya que tiene tal poder para influir en todo el proceso desde el árbol en crecimiento hasta la distribución final de carbón vegetal a diversas fuentes.
Complejidad en la carbonización[editar]
Puesto que la carbonización es una reacción pirolítica, se considera un proceso complejo en el que muchas reacciones tienen lugar simultáneamente, tales como deshidrogenación, condensación, transferencia de hidrógeno e isomerización.
La carbonización difiere de la coalificación en que se produce mucho más rápido, debido a que su velocidad de reacción es más rápida en muchos órdenes de magnitud.
Para la temperatura final de la pirólisis, la cantidad de calor aplicado controla el grado de carbonización y el contenido residual de elementos extraños. Por ejemplo, a T ~ 1200 K el contenido de carbono del residuo supera una fracción de masa de 90% en peso, mientras que a T ~ 1600 K se encuentra más de 99% en peso de carbono. 3 La carbonización es a menudo exotérmica, lo que significa que en principio podría hacerse autosostenible y utilizarse como fuente de energía que no produce dióxido de carbono. (Ver.4) En el caso de la glucosa, la reacción libera aproximadamente 237 calorías por gramo.
Cuando el biomaterial está expuesto a un calor abrasador repentino (como en el caso de una explosión de bomba atómica o flujo piroclásticode un volcán, por ejemplo), puede ser carbonizado muy rápidamente, convirtiéndolo en carbono sólido. En la destrucción de Herculano por un volcán, muchos objetos orgánicos como muebles fueron carbonizados por el calor intenso.
Cómo se transforma la madera en carbón[editar]
La carbonización de la madera en un entorno industrial suele requerir una temperatura por encima de los 280 ° C, lo que libera energía y por lo tanto se dice que esta reacción es exotérmica. Esta carbonización, que también puede ser vista como una ruptura espontánea de la madera, continúa hasta que sólo permanece el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400 ° C. Este carbón, sin embargo, todavía contendrá cantidades apreciables de residuo de alquitrán, junto con las cenizas de la madera original.
Seguridad industrial en la carbonización[editar]
La carbonización produce sustancias que pueden resultar perjudiciales y deben tomarse simples precauciones para reducir los riesgos.
El gas producido por carbonización tiene un alto contenido de monóxido de carbono que es venenoso cuando se respira. Por lo tanto, cuando se trabaja alrededor del horno o pozo durante el funcionamiento y cuando el horno se abre para la descarga, se debe tener cuidado de que se proporcione una ventilación adecuada para permitir que el monóxido de carbono, que también se produce durante la descarga por encendido espontáneo del combustible caliente. Estar dispersos.
Los alquitranes y el humo producido por la carbonización, aunque no directamente venenosos, pueden tener efectos perjudiciales a largo plazo en el sistema respiratorio. Las áreas de la vivienda deberían situarse, cuando sea posible, de modo que los vientos predominantes expulsen el humo de las operaciones de carbón y que las baterías de los hornos no se ubiquen cerca de las áreas de la vivienda.
Los alquitranes y el ácido pirolenoso pueden ser irritantes para la piel y se debe tener cuidado para evitar el contacto prolongado con la piel, proporcionando ropa protectora y adoptando procedimientos de trabajo que minimizan la exposición.
Los alquitranes y los licores pirógenos también pueden contaminar seriamente los arroyos y afectar el suministro de agua potable para los seres humanos y los animales. Los peces también pueden verse afectados negativamente. Los efluentes líquidos y las aguas residuales de las operaciones de carbón vegetal de mediana y gran escala deberían quedar atrapados en grandes estanques de sedimentación y dejarse evaporar para que esta agua no pase al sistema de drenaje local y contamine las corrientes. Afortunadamente, los hornos y pozos, a diferencia de las retortas y otros sistemas sofisticados, normalmente no producen efluentes líquidos - los subproductos se dispersan en su mayor parte en el aire como vapores. Las precauciones contra la contaminación atmosférica del medio ambiente son de mayor importancia en este caso. 5
Carbonización y biodiésel[editar]
En un estudio, 6 la carbonización se utilizó para crear un nuevo catalizador para la generación de biodiésel a partir de etanol y ácidos grasos. El catalizador se creó por carbonización de azúcares simples tales como glucosay sacarosa. Los azúcares se procesaron durante 15 horas a 400 ° C bajo un flujo de nitrógeno hasta un residuo de carbono negro que consistía en una mezcla compleja de láminas de carbono aromático policíclico. Este material se trató entonces con ácido sulfúrico, que funcionalizó las láminas con sitios catalíticos de sulfonita, carboxilo e hidroxilo.
Carbonización industrial[editar]
La fase de la carbonización puede ser decisiva en la fabricación de carbón vegetal, si bien no se trata de la más costosa. A menos que se complete lo más eficientemente posible, puede crear un riesgo para la operación global de la producción de carbón, puesto que los bajos rendimientos en la carbonización repercuten a lo largo de toda la cadena de producción, en la forma de mayores costos y desperdicios de los recursos.
PROCESOS DE CARBONIZACION
4.1 Cómo la madera se transforma en carbón vegetal
La fase de la carbonización puede ser decisiva en la fabricación de carbón vegetal, si bien no se trata de la más costosa. A menos que se complete lo más eficientemente posible, puede crear un riesgo para la operación global de la producción de carbón, puesto que los bajos rendimientos en la carbonízación repercuten a lo largo de toda la cadena de producción, en la forma de mayores costos y desperdicios de los recursos.La madera consiste de tres componentes principales: celulosa, lignina y agua. La celulosa, la lignina y algunas otras materias están fuertemente ligadas entre sí y constituyen el material denominado madera. El agua es absorbida o retenida como Moléculas de agua en la estructura celulosa/lignina. La madera secada al aire o "estacionada" contiene todavía 12-18% de agua absorbida. La madera en crecimiento, recientemente cortada o "no estacionada", contiene además agua líquida, llevando el contenido total de agua a alrededor del 40-100%, expresado en porcentaje del peso de la madera seca al horno.
Antes de que la carbonización ocurra, el agua en la madera tiene que ser totalmente eliminada como vapor. Se necesita una gran cantidad de energía para evaporar el agua, por lo que, si se usa lo más posible al sol para el presecado de la madera antes de la carbonización, se mejora mucho la eficiencia. El agua que queda en la madera que tiene que ser carbonizada, deberá ser evaporada o en la fosa o en el horno, y esta energía deberá proporcionarse quemando parte de la misma madera, que podría ser en vez transformada en carbón vegetal aprovechable.
El primer paso, en la carbonización en el horno, es secar la madera a 100° C, o menos, hasta un contenido cero de humedad se aumenta luego la temperatura de la madera secada al horno a alrededor de 280°C. La energía para estas etapas viene de la combustión parcial de parte de la madera cargada en el horno o en la fosa, y es una reacción que absorbe energía o endotérmica.
Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de 280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, mañanas, ácido acético y compuestos químicos más complejos, fundamentalmente en la forma de alquitranes y gases no condensables, que consisten principalmente en hidrógeno, monóxido y bióxido de carbono. Se deja entrar aire en el horno o fosa de carbonización para que parte de la madera se queme, y el nitrógeno de este aire estará también presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de 280°C. libera energía, por lo que se dice que esta reacción es exotérmica.
Este proceso de fraccionamiento espontáneo o carbonización, continúa hasta que queda sólo el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón contiene todavía apreciables cantidades de residuos alquitranosos, junto con las cenizas de la madera original. El contenido de cenizas en el carbón es de alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y descomponiendo aún más los alquitranes. Una temperatura de 500°C da un contenido típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un contenido de materia volátil de cerca del 10%. A esta temperatura, el rendimiento del carbón es de aproximadamente el 33% del peso de la madera secada al horno carbonizada, sin contar la madera que ha sido quemada para carbonizar la remanente. Por lo tanto, el rendimiento teórico del carbón vegetal varía con la temperatura de carbonización, debido al cambio de contenido de material volátil alquitranado (24, 26, 31). En el Cuadro 4 se muestra el efecto de la temperatura final de carbonización sobre el rendimiento y composición del carbón vegetal.
Cuadro 4.Efecto de la temperatura de carbonizaci6n sobre rendimientos y composición del carbón vegetal
| % carbono fijo | |||
El rendimiento del carbón muestra también cierta variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta evidencia de que el contenido de lignina en la madera tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del carbón; un alto contenido de lignina da un elevado rendimiento de carbón vegetal. Una madera densa tiende también a dar un carbón denso y fuerte, la que es también deseable. Sin embargo, madera muy densa produce a veces carbón friable puesto que la madera tiende a desmenuzarse durante la carbonizaci6n. La friabilidad del carbón aumenta con el aumento de la temperatura de carbonizaci6n y el contenido de carbono fijo aumenta mientras que el contenido de substancias volátiles decrece. Una temperatura de 450 - 500°C ofrece un equilibrio óptimo entre friabilidad y el deseo de un elevado contenido de carbono fijo.
Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n rinden difícil especificar un procedimiento óptimo generalmente pueden obtenerse los mejores resultados usando latifoliadas sanas, de densidad media a elevada. La madera deberá ser lo más seca posible y por lo general bien hendida, para eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar la carbonizaci6n de la remanente, puede ser de inferior calidad y de sección menor. Su única función es la de producir calor para secar y calentar la remanente a la temperatura de carbonizaci6n. Debería tratarse de alcanzar una temperatura final de alrededor de 500°C en el interior de toda la carga, lo que con las fosas se hace difícil, puesto que la circulación del aire y los efectos de enfriamiento son irregulares y se producen puntos fríos, obteniéndose tizones o madera no carbonizada. Por tratar de alcanzar una temperatura final general de 500°C en una fosa u horno, donde la circulación del aire es pobre o irregular, puede resultar que parte del carbón se quema en cenizas, dejando otras partes de la carga carbonizadas sólo parcialmente. De allí la importancia de usar hornos bien diseñados, hechos funcionar correctamente para una producción eficiente de carbón vegetal. En las referencias bibliográficas 6 y 7 se hallará más información sobre los aspectos técnicos de la carbonización.
4.2 Higiene industrial en la carbonización
La carbonización produce substancias que pueden ser dañinas y deben tomarse simples precauciones para reducir el peligro.El gas producido por la carbonizaci6n tiene un elevado contenido de monóxido de carbono, que es venenoso cuando se lo respira. Por lo tanto, cuando se trabaja en la vecindad del horno o de la fosa durante su funcionamiento o cuando se abre el horno para su descarga, debe tenerse cuidado de asegurar una correcta ventilación para permitir que se disperse el monóxido de carbono, que también se produce durante la descarga por ignición expontánea del carbón vegetal caliente.
Los alquitranes y el humo producidos por la carbonización, si bien no son directamente venenosos pueden tener efectos perjudiciales a largo plazo sobre el sistema respiratorio. Las zonas con viviendas deberían, en lo posible, estar ubicadas donde los vientos predominantes alejen de ellas el humo de la fabricación de carbón, y las baterías de hornos no deberán ser emplazadas muy cerca de las áreas habitadas.
Los alquitranes de la madera y el ácido piroleñoso pueden irritar la piel y debe tenerse cuidado de evitar su contacto prolongado con la piel proporcionando trajes protectivos y adoptando procedimientos de trabajo que reduzcan al mínimo la exposición.
Los alquitranes y los licores piroleñosos contaminan en forma grave los cursos de agua y afectar los depósitos de agua potable para el hombre y los animales; también los peces pueden ser afectados negativamente. Los efluentes líquidos y el agua, de descarga de las operaciones carboneras de media y gran escala deberán ser retenidas en grandes piletas de sedimentación, haciendo que se evaporen para que esta agua no pase al sistema local de drenaje y contaminen los arroyos.
Por suerte los hornos y las fosas, contrariamente a las retortas y a otros sistema sofisticados, normalmente no producen efluvios líquidos; los subproductos se dispersan en su mayor parte en el aire, como gases. En este caso son mucho más importantes las precauciones contra la contaminación del ambiente por el aire.
4.3 Incentivos y manejo del personal
El quemado del carbón vegetal es una operación de responsabilidad que requiere capacidad, paciencia, experiencia y prontitud en seguir métodos de trabajo correctos, en todo momento y estaciones. El rendimiento que se obtiene durante la etapa del quemado afecta la economía de toda la estación. Por lo tanto, se justifica pagar a la cuadrilla que quema el carbón un incentivo adicional al sueldo sobre la base de la calidad y cantidad de carbón vegetal que producen. Este esquema exige mediciones correctas de la madera que entra y del carbón que quita el sistema. las mediciones pueden ser por volumen o por peso pero, de todos modos, tiene que ser efectuada con seriedad si tiene que funcionar correctamente y satisfacer a todos.La fabricación de carbón vegetal es a menudo una actividad estacional. La estación de lluvias puede interrumpir las operaciones, o la mano de obra puede, por tradición ser empleada en cierta épocas en prácticas agrícolas de cosecha o de plantación. Ello puede crear dificultades en atraer y retener la mano de obra bien entrenada y motivada, pero los buenos resultados dependen de equipos de trabajo estables y afirmados. Por lo tanto, es importante tratar de desarrollar un régimen estable de trabajo en la producción de carbón vegetal. Se observará que este hecho es una característica de toda operación carbonera exitosa en gran escala.
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