Sugerencias para mejorar el nivel de la tecnología de gasificación del carbón

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Sugerencias para mejorar el nivel tecnológico de la gasificación del carbón. Autor/Fuente: Wang Shoujian, ingeniero jefe de China National Chemical Engineering Corporation. Fecha: 03-08-2016. Número de visitas: 17. Aunque las tecnologías de gasificación del carbón en forma de polvo, slurry de carbón y carbón triturado bajo presión han sido objeto de investigación, desarrollo e innovación durante aproximadamente 15 años, 30 años y 40 años respectivamente, y su nivel tecnológico ya es bastante alto, la gasificación del carbón sigue siendo el proceso con mayor inversión y mayor consumo energético en los proyectos relacionados con la química del carbón. Además, presenta la mayor cantidad de problemas. Debido a las características propias de la tecnología de gasificación y a los problemas que surgen durante su operación, esta tecnología aún tiene mucho margen para mejorar. Mejorar aún más el nivel de producción nacional y reducir la inversión en las instalaciones. En comparación con las tecnologías de gasificación introducidas por Shell, GSP, GE y Corning, las tecnologías de gasificación nacionales requieren una inversión mucho mayor. Las principales razones son: primero, los altos costos relacionados con los software (costos de patentes + costos de PDP + costos de servicios técnicos); segundo, la necesidad de adquirir equipos patentados o equipos esenciales; tercero, el hecho de que algunos procesos y sistemas de control sean demasiado complejos o poco razonables, lo cual también contribuye a los altos costos de inversión. Por lo tanto, al introducir tecnologías de gasificación extranjeras, debemos reducir aún más la adquisición de equipos patentados o equipos clave (es decir, equipos fabricados por determinados fabricantes), y optimizar aún más los procesos y el control, a fin de disminuir las inversiones. Aumentar la presión de gasificación y la cantidad de carbón que se introduce en cada horno. Según los diferentes procesos de gasificación existentes, aparte de la gasificación con slurry de carbón, donde la presión de gasificación alcanza los 6,5–8,7 MPa, las presiones en los demás procesos están entre 1,0 y 4,0 MPa. Esto no solo hace que los equipos sean más grandes y aumente la inversión necesaria, sino que también es una de las principales causas del alto consumo energético en los proyectos de química del carbón. Por lo tanto, aún hay margen para aumentar la presión de gasificación; por ejemplo, la empresa Lurgi ya ha elevado la presión de gasificación en su proceso de gasificación de gas de carbón MK+ a 6,0 MPa (aún no se ha implementado a escala industrial). La baja capacidad de gasificación por unidad también es una de las principales causas de que la inversión en proyectos de química del carbón sea elevada y que ocupen grandes áreas. Actualmente, aparte del proceso de gasificación de gas de polvo de carbón de Shell y del proceso de gasificación de lechada de carbón con múltiples inyectores, donde la cantidad máxima de carbón que puede procesarse por unidad es de 3000 t/d, en los demás procesos de gasificación esa cantidad está entre 1000 y 2200 t/d. Aunque algunos procesos pueden alcanzar las 3000 t/d, aún no se han puesto en práctica a nivel industrial. Reducción integral de las inversiones y mejora del nivel de eficiencia. Según los proyectos de química del carbón que ya están en funcionamiento o en construcción, parece que la gasificación del carbón se ha visto atrapada en un círculo vicioso: o bien las inversiones en las instalaciones son altas y el nivel de eficiencia también lo es, o bien las inversiones son bajas y el nivel de eficiencia también es bajo. Por ejemplo, la gasificación de SHELL cuenta con un enfriador de gas sintético, capaz de producir vapor a presión media de 5,2 MPa; su energía potencial es alta, pero la inversión también es elevada ； Por ejemplo, los procesos de gasificación como GSP, horno espacial o Collin tienen un costo de inversión menor que el proceso de gasificación de Shell. Sin embargo, las paredes refrigeradas por agua generan vapor saturado a baja presión, lo cual implica una energía potencial baja y dificulta su uso. El gas generado en el horno de gasificación, a una temperatura de 1350 °C, se enfría directamente, lo que hace que contenga una gran cantidad de vapor de agua. Esto es adecuado para proyectos de química del carbón que requieren una transformación profunda del carbono (como en la producción de amoníaco). Pero en proyectos de química del carbón que no requieren tal transformación (como en la producción de gas o petróleo a partir del carbón), el exceso de vapor de agua en el gas no solo provoca una disminución en la energía potencial y pérdidas de energía, sino que también obliga a utilizar más intercambiadores de calor y separadores para recuperar esa energía. Esto prolonga el proceso, aumenta la resistencia y eleva los costos de inversión ； La gasificación de la lecha de carbón acuosa se realiza casi siempre mediante un proceso de enfriamiento rápido, y también existe este problema ； La gasificación a presión de carbón pulverizado y la conversión de CO también generan grandes cantidades de vapor saturado a baja presión, lo que dificulta su uso. Por lo tanto, la elección del proceso de gasificación debe considerarse en conjunto con el proyecto de química del carbón; es necesario reducir las inversiones y, al mismo tiempo, mejorar el valor energético, de modo que el proyecto sea en su conjunto razonable y eficiente. Reducir el consumo de energía y agua: Los proyectos de química del carbón son proyectos con alto consumo de energía y agua. Por lo tanto, es necesario reducir aún más dicho consumo. También existe margen para mejorar las técnicas de gasificación del carbón. Por ejemplo, en el proceso de gasificación de Shell se utiliza gas de ciclo comprimido para enfriar el gas sintético hasta aproximadamente 900 °C, lo que también conlleva un desperdicio de energía. ¿Sería posible utilizar otros medios o métodos para lograr la refrigeración y la eliminación de polvo? Ya hay empresas de ingeniería en el país que están intentando mejorar este proceso ； El proceso de gasificación de Shell utiliza un sistema de eliminación de polvo en seco, lo que requiere una gran cantidad de gas de purga y provoca un aumento en el consumo; también se podría considerar su mejora. Actualmente, en los grandes proyectos de química del carbón se considera la combinación de varios tipos diferentes de procesos de gasificación del carbón, con el fin de abordar el problema de la proporción entre el carbón en polvo y el carbón triturado como materia prima. Se puede explorar el uso de métodos de acoplamiento para tratar de forma conjunta los diferentes problemas que surgen en cada uno de estos procesos de gasificación. Por ejemplo, en los grandes proyectos de producción de gas natural a partir del carbón, se utiliza principalmente una combinación de gasificación a presión de carbón pulverizado y gasificación en lecho fluidizado (gasificación con slurry de carbón o gasificación de carbón en polvo). Si se emplea esta combinación de procesos, es posible utilizar las grandes cantidades de aguas residuales tóxicas generadas por la gasificación a presión de carbón pulverizado para la preparación del slurry de carbón. De este modo, no solo se ahorra agua, sino que también se reducen las inversiones y costos relacionados con el tratamiento de aguas residuales, además de disminuir la contaminación ambiental. Optimizar el sistema de tratamiento de aguas residuales para reducir la cantidad de polvo que se elimina. Actualmente, algunos dispositivos de gasificación presentan un alto contenido de polvo en el gas, lo que provoca obstrucciones en los intercambiadores de calor de los dispositivos de conversión de CO y la inactivación del catalizador en la parte superior del primer horno de conversión. Además, existe un problema relacionado con la gran cantidad de aguas residuales que se descargan, así como con el alto volumen de agua residual que se recicla. Por lo tanto, es necesario estudiar más a fondo cómo optimizar los procesos de lavado del gas y el reciclaje de las aguas residuales.