China Chemical Industry News: La química del carbón gana aún más fuerza al trascender sus límites tradicionales

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China Chemical Industry News: La química basada en el carbón gana aún más fuerza. Autor/Fuente: Fecha: 08-08-2016. Número de visitas: 6. 4 años de esfuerzos arduos dan sus frutos al final. Los días 26 y 27 de julio, cuatro nuevas tecnologías desarrolladas por el Centro de Investigación en Tecnologías para el Uso Eficiente de Hidrocarburos del Grupo Petroquímico Yanchang fueron sometidas a evaluación en Xi’an, por parte de la Federación de la Industria Petrolera y Química de la provincia de Shaanxi. Se trata de la pirólisis a presión de carbón en lecho fluidizado, la pirólisis conjunta de biomasa y carbón, la conversión directa de metano en aromáticos con producción simultánea de hidrógeno, y catalizadores eficientes para la hidrocraqueo en lecho suspendido. Los expertos consideraron que estas tecnologías se encuentran en un nivel líder a nivel internacional o nacional. ¿Cuáles son exactamente los puntos fuertes de estas tecnologías? ¿Qué significado tiene el desarrollo integrado transversal de la industria química del carbón? ¿Es posible superar los obstáculos técnicos relacionados con el desarrollo integrado de la química del carbón y otras industrias? Un periodista del periódico China Chemical Industry realizó la entrevista. Pirolisis rápida de carbón pulverizado: generación de energía verde a bajo costo. Li Dapeng, experto en química del carbón y director del Centro de Hidrocarburos del grupo petrolero, señala que la tecnología de pirolisis rápida bajo presión en lecho fluidizado utiliza carbón pulverizado como materia prima. En este proceso, se emplea un reactor de lecho fluidizado para producir alquitrán de carbón mediante pirolisis rápida en condiciones de hidrogenación y presión. Dado que el tiempo de reacción de pirólisis de esta tecnología es muy breve, se reducen al mínimo las reacciones secundarias de los productos de pirólisis primarios, con el fin de maximizar el rendimiento de líquidos. Según se informa, una de las innovaciones de esta tecnología es el reactor de pirólisis de tipo tubular con lecho fluidizado, en el cual el gas y la sustancia sólida actúan como portadores de calor. Gracias a la pirólisis bajo presión en un ambiente de hidrógeno, se logra obtener altas tasas de recuperación de alquitrán, al mismo tiempo que aumenta la carga operativa del sistema. Esto facilita la separación y recuperación de los productos resultantes, mejorando así la eficiencia energética general del equipo. Al mismo tiempo, se desarrolló una tecnología y equipo para la separación eficiente del gas y aceite de pirólisis del polvo de coque, lo que reduce el contenido de polvo en el alquitrán de carbón y satisface las condiciones de procesamiento posteriores. El equipo de pruebas establecido en el Centro de Hidrocarburos de Yanchang Petroleum (1,0 MPa, 10 kilogramos/hora) permitió realizar 20 pruebas de alimentación en estado frío, 26 pruebas con moldes en estado frío y 134 pruebas de alimentación en estado caliente, en un total de 4 fases. De esta manera, se obtuvieron datos y patrones básicos relacionados con el proceso de pirólisis. Los resultados mostraron que el rendimiento del alquitrán de carbón supera el nivel actual del sector, que es del 6–8%. Bajo condiciones de proceso optimizadas, el rendimiento del alquitrán de carbón puede alcanzar hasta el 18,27%, con un promedio del 15,14%, lo que representa el nivel más alto hasta la fecha. Sobre esta base, el Centro de Hidrocarburos de Yanchang Petroleum construyó un dispositivo experimental a escala industrial para la tecnología integrada de extracción de alquitrán de carbón y gas sintético, con una capacidad de 36 toneladas al día (CCSI). Este dispositivo combina de manera única la pirólisis del carbón en polvo con la gasificación del semicarbón, permitiendo su transformación y optimización en un único reactor. Los productos obtenidos son alquitrán de carbón, gas sintético y sus productos derivados, lo que permite obtener “petróleo en ambos procesos”. Hasta el momento, se han realizado 3 pruebas de funcionamiento, y la tasa de recuperación del alquitrán de carbón es de más del 15%. Si se procesan 100 millones de toneladas de carbón pulverizado al año, se obtendrán 15 millones de toneladas de alquitrán de carbón de alta calidad, lo que equivale a la creación de otro yacimiento petrolero de diez millones de toneladas. Si el gas sintético se procesa para convertirlo en productos químicos de alta calidad, su valor agregado aumenta aún más. “La importancia de esta tecnología va mucho más allá de esto. El gas sintético bruto producido por el CCSI (con aire como agente de gasificación) también puede utilizarse para generar energía eléctrica. Al integrarse con las tecnologías de generación de energía verde, se puede crear un nuevo modelo de producción integrada que combine la conversión limpia y eficiente del carbón, el procesamiento avanzado del alquitrán de carbón y la generación de energía verde. ”Li Dapeng dijo a los periodistas que en nuestro país, las centrales eléctricas que utilizan carbón representan más del 70% del total. Según los cálculos, si se realizara una transformación de las calderas a carbón de las plantas eléctricas existentes, utilizando la tecnología de generación de energía a partir de gas subcrítico de 300 MW, el costo de dicha transformación sería de aproximadamente 50 millones de yuanes. La eficiencia energética general llegaría al 42,99%, mientras que el consumo de carbón por unidad de energía generada disminuiría a 293,16 gec/kWh. Además, los contaminantes presentes en los gases de escape se reducirían significativamente. Si se instala un nuevo dispositivo CCSI junto con un grupo generador de turbinas de gas de 350 MW, la inversión necesaria será de aproximadamente 6000-7000 yuanes/kWh. La eficiencia energética total será del 46,85%, mientras que el consumo de carbón equivalente para la generación de energía disminuirá a 264,62 gec/kWh. Los gases emitidos cumplirán directamente con los estándares de emisiones muy bajas establecidos para las turbinas de gas. Dado que el costo del gas sintético producido por CCSI es bajo, equivalente aproximadamente al precio del gas natural, de unos 0,74 yuanes/Nm3, su competitividad y rentabilidad aumentan significativamente. Si el 60% de las centrales eléctricas que utilizan carbón se conecta a la tecnología CCSI, se podría producir 180 millones de toneladas adicionales de alquitrán de carbón, lo cual superaría la mitad de las importaciones de petróleo crudo de nuestro país. El comité de evaluación, presidido por He Yongde, experto del Comité Especial de Química del Carbón de la Federación China de Petroquímica y presidente honorario de la Sociedad Química de la provincia de Shaanxi, consideró que esta nueva tecnología de pirólisis del carbón es innovadora y original, y se encuentra a un nivel líder a nivel nacional. Tiene una gran importancia para mejorar el uso eficiente y limpio del carbón de baja calidad. Se recomienda acelerar los ensayos industriales integrados de pirólisis y gasificación del carbón pulverizado, para lograr lo antes posible la transformación y difusión de los avances tecnológicos. “La combinación de la pirólisis rápida a presión del carbón pulverizado con la gasificación del semicohque no solo permite obtener altas tasas de recuperación de alquitrán de carbón, sino que también se aprovechan al máximo los recursos de hidrógeno presentes en dicho alquitrán. Este producto puede utilizarse tanto en la síntesis de aceites por proceso FTO como para la generación de energía eléctrica. La inversión necesaria es significativamente menor que en las tecnologías IGCC, lo que reduce considerablemente el costo de generación de energía. Es, sin duda, una solución que ofrece beneficios dobles. ”Li Junfa, ingeniero jefe del Instituto de Planificación de la Industria Petrolera y Química, también expresó una alta valoración de esta tecnología. Biomasa y pirólisis conjunta: maximización de los efectos sinérgicos. En los últimos años, la investigación sobre la pirólisis conjunta de biomasa y carbón ha recibido mucha atención. Sin embargo, debido a las grandes diferencias en las temperaturas de pirólisis de ambos materiales, aún existe controversia respecto a la existencia de efectos sinérgicos. El Centro de Hidrocarburos de Yanchang Petroleum, basándose en la pirólisis a presión del carbón pulverizado, propuso un nuevo enfoque de pirólisis en dos etapas que combina la biomasa y el carbón. Asimismo, desarrolló productos patentados como un dispositivo de alimentación continua a presión y un reactor de lecho fluidizado con acoplamiento térmico para la pirólisis conjunta de biomasa y carbón. Li Dapeng dijo que esta técnica de pirólisis rápida conjunta de biomasa y carbón en lecho fluidizado representa un nuevo método de bajo costo para aumentar la tasa de obtención de alquitrán. Mediante el uso de un dispositivo de alimentación en espiral para biomasa, diseñado de forma independiente, se resuelven problemas como los enredos y puentes que ocurren debido a la baja fluidez de la biomasa, lo que permite una transferencia continua y estable de los materiales. Dado que la biomasa y el carbón se pirólisis por separado en etapas dentro de un reactor integrado, ambas experimentan la temperatura de reacción óptima. Además, la pirólisis de la biomasa genera H2, así como elementos metálicos como K, Ca y Na, los cuales actúan como agentes de hidrogenación y catalizadores en la pirólisis del carbón. Al mismo tiempo, la pirólisis del carbón genera una cantidad suficiente de radicales libres. Las reacciones secundarias del aceite de biomasa, así como las reacciones de reducción del semicohque, liberan H2 y CO. Esto proporciona al carbón una cantidad suficiente de donantes de hidrógeno. Cuando los radicales libres y los donantes de hidrógeno alcanzan un equilibrio óptimo, se logra una complementariedad entre el aceite de biomasa y el alquitrán del carbón, lo que aumenta el rendimiento del aceite obtenido por pirólisis y maximiza el efecto sinérgico de la pirólisis conjunta. Según se informa, el dispositivo de pirólisis rápida en lecho fluidizado, con una capacidad de 10 kilogramos por hora, desarrollado por el Centro de Hidrocarburos de Yanchang Petroleum, tras 77 pruebas repetidas, permitió seleccionar los tipos adecuados de residuos biomásicos y carbón. Se determinó que la mejor proporción de mezcla entre la biomasa y el carbón es de 70%:30% (en peso). El rendimiento en la obtención de alquitrán mediante esta técnica fue del 16–20%, mientras que el efecto sinérgico alcanzó entre el 20% y el 40%. Además, según el análisis de la calidad del aceite, dado que en el aceite obtenido por pirólisis conjunta hay pocos compuestos fenólicos y compuestos heterocíclicos que contienen O, N y S, mientras que el contenido de compuestos aromáticos es alto, esto indica que la hidrogenación de la biomasa es significativa. Por lo tanto, este aceite es adecuado como materia prima para la industria química, así como para la producción de gasolina y diésel mediante hidrogenación. Según las estadísticas, en 2015 la producción de residuos agrícolas en nuestro país fue de aproximadamente 800 millones de toneladas, lo que equivale a unos 400 millones de toneladas de carbón estándar. De esta cantidad, el 60% se utilizó como fuente de energía. Si se utiliza esta valiosa riqueza verde y renovable, junto con el carbón, para su pirólisis y producción de alquitrán, se obtendrán enormes beneficios económicos y notables ventajas ambientales. He Yongde considera que existe un efecto sinérgico evidente entre la pirólisis rápida y eficiente de la biomasa y del carbón, lo cual mejora la eficiencia de la pirólisis y el rendimiento del alquitrán. Además, esto también contribuye a mejorar la calidad del aceite obtenido. Este logro tecnológico se encuentra en un nivel líder a nivel nacional, y es de gran importancia para mejorar el uso eficiente y limpio del carbón de baja metamorfización y de la biomasa. Se recomienda fortalecer la investigación para la conversión dirigida, mediante pirólisis conjunta de carbón y biomasa, en productos químicos de alta calidad. Producción de aromáticos a partir del metano con generación simultánea de hidrógeno: ambos recursos son valiosos. La tecnología que permite convertir directamente el metano en aromáticos y, al mismo tiempo, generar hidrógeno, utiliza recursos ricos en metano y otros alquenos de bajo peso molecular, como el gas natural, el gas de esquisto y el gas de yacimientos de carbón. Bajo condiciones anaeróbicas, se logra la conversión directa en productos aromáticos como benceno, tolueno y naftaleno, que son escasos en el país. Al mismo tiempo, se genera hidrógeno, lo que permite maximizar el uso de los recursos y el valor de los productos. Además, esta tecnología puede desarrollarse en conjunto con la industria petroquímica y la industria del carbón. “La mayor ventaja de esta tecnología es que permite obtener aromáticos y, al mismo tiempo, generar hidrógeno como subproducto; esto la hace compatible con el desarrollo de la industria del carbón. ”El comité de evaluación, presidido por Men Cungui, experto del Centro de Consultoría de CNPC y ex ingeniero jefe de la Oficina de Refinación y Química de CNPC, considera que, aunque existe investigación sobre la tecnología para producir aromáticos a partir de metano tanto a nivel nacional como internacional, el nuevo proceso de ciclo de regeneración en lecho fluidizado desarrollado por el Centro de Hidrocarburos de Yanchang Petroleum es único. Además, el tamaño de los equipos utilizados en las pruebas es el mayor que existe hasta la fecha; por lo tanto, este logro se encuentra en una posición líder a nivel internacional. Para abordar problemas como la baja tasa de conversión en una sola etapa en la reacción de aromatización anaeróbica del metano, la rápida inactivación del catalizador y la dificultad para llevar a cabo de forma continua las operaciones de reacción y regeneración, se construyó un dispositivo experimental de ciclo de reacción y regeneración por flujo para la aromatización anaeróbica del metano (con un diámetro interno de 50 milímetros para el reactor y el regenerador, y una capacidad máxima de carga de catalizador de 300 gramos). Este dispositivo permite un funcionamiento continuo y estable. Los resultados de los experimentos con el dispositivo de flujo circulante muestran que la tasa de conversión del metano se mantiene por encima del 15%, la selectividad para el benceno es de alrededor del 45%, mientras que la selectividad para los aromáticos supera el 55%. Esto sienta las bases para su escalado a nivel piloto. Catalizadores eficientes: Impulsan la producción nacional. Los catalizadores eficientes para la hidrocracking en lechos suspendidos, elaborados mediante métodos de oxidación, precipitación y carga en un solo paso, son catalizadores compuestos de estructura micro-nanométrica. Se utilizan principalmente en la licuefacción directa del carbón, la refinación de queroseno, la transformación de aceites pesados y de mala calidad en aceites ligeros, así como en la hidrogenación del alquitrán de carbón. Estos catalizadores aumentan la tasa de conversión y el rendimiento de los productos líquidos, reducen el riesgo de formación de coque y contribuyen a la difusión de la tecnología de hidrocracking en lechos suspendidos. Además, facilitan el uso limpio del carbón y la utilización eficiente de los aceites pesados y de mala calidad. En el ámbito de la producción de petróleo a partir del carbón, estos catalizadores podrán reemplazar a los catalizadores importados que se utilizan actualmente, acelerando así el proceso de producción nacional de tecnologías de alta calidad. “La innovación de este catalizador a base de hierro radica en la combinación eficaz del componente activo α-FeOOH a nivel nanométrico con un soporte de material de carbono a nivel micrométrico, que presenta una gran superficie específica. Su producción se caracteriza por ser un proceso breve, con buena controlabilidad y bajo costo. En cuanto a sus propiedades, no solo ofrece altas tasas de conversión y recuperación de líquidos, sino que también tiene la capacidad de reducir la formación de coque. ”Men Cungui dijo a los periodistas que este logro está a un nivel internacionalmente avanzado, y recomendó acelerar la escala industrial del catalizador para su aplicación generalizada. Según se sabe, el Centro de Hidrocarburos de Yanchang Petroleum ya ha logrado producir catalizadores a nivel de kilogramos. Se han realizado pruebas continuas para evaluar su rendimiento en un dispositivo de hidrocraqueo en lecho suspendido con una capacidad de 150 kilogramos al día. En comparación con los catalizadores comerciales que se utilizan actualmente en el dispositivo de demostración industrial para la refinación de queroseno de Yanchang Petroleum, se ha logrado reducir el consumo de catalizadores en un 45%, además de aumentar el rendimiento en términos de líquidos obtenidos