Análisis completo de las vías de innovación tecnológica en los dispositivos de gasificación del carbón

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Análisis completo de las vías de innovación tecnológica en los dispositivos de gasificación del carbón. Autor/Fuente: Fecha: 11-08-2016. Número de clics: 10. La tecnología y los equipos para la gasificación del carbón constituyen una base fundamental para su transformación y uso eficiente y limpio. Gracias a la innovación continua y al mejoramiento tecnológico en los últimos años, los hornos de gasificación en el país han alcanzado un alto nivel de desarrollo. Comprender las tendencias de desarrollo de la tecnología de gasificación del carbón, y elegir equipos y tecnologías que sean adecuados para el tipo de carbón utilizado, que se ajusten a las necesidades de los productos finales, que requieran un bajo consumo energético y una inversión reducida, además de ser tecnologías maduras, fiables y respetuosas con el medio ambiente, es una dirección importante para el desarrollo saludable de la industria química basada en el carbón. En la Conferencia sobre el Desarrollo de Innovaciones Tecnológicas en la Gasificación de Gas de Nueva Generación en China, celebrada en Pekín el 29 de julio de 2016, los expertos presentes ofrecieron tales opiniones y recomendaciones. Existen todo tipo de hornos de gasificación. “Los diversos hornos de gasificación son los elementos esenciales y fundamentales para la gasificación del carbón. Se utilizan ampliamente en nuestro país, con un alto nivel de madurez industrial y una gran variedad de tecnologías. Hay muchos hornos de gasificación en total”. El número de hornos de gasificación por presión con lecho de flujo gaseoso avanzados en el país ya supera las 300 unidades en funcionamiento. ”Lo explicó Han Hongmei, subdirectora del Departamento de Energía y Química del Instituto de Planificación de la Industria Petrolera y Química. 　　Según se sabe, los hornos de gasificación se clasifican, según la forma en que los materiales entran en contacto, en tres categorías principales: lecho fijo (lecho móvil), lecho fluidizado (lecho hirviente) y lecho de flujo de gas. Las tecnologías principales para los hornos de gasificación de leña a presión en lecho fijo (con descarga de escorias sólidas/líquidas) incluyen el horno Lurgi, el horno Siedel, el horno BGL y el horno Yun Ding YM, entre otros. Las tecnologías de gasificación de polvo con lecho fluidizado, ampliamente utilizadas, incluyen el horno ICC de China, el horno End, el horno Koda (Newpower), entre otros. Las tecnologías principales para la gasificación por presión en lecho de flujo de aire incluyen los hornos Shell, GSP, Corin, de dos etapas (TPRI), HT-L, Dongfang, Huali, Wuhuan, Ningmei, Liuhua-Qiyao, Shenggu, Jinzhong, entre otros. Los tipos principales de hornos para la gasificación por lechada de carbón húmeda en lecho de gasificación incluyen el GE-TCGP, los hornos con cuatro inyectores opuestos, el horno de Tsinghua, y el horno de materiales múltiples del Instituto del Noroeste para la gasificación de lechadas con múltiples materias primas. 　　Actualmente, nuestro país ha logrado avances destacados en la innovación de los hornos de gasificación. Zhu Yuying, asistente del gerente general de Aerospace Changzheng Chemical Engineering Co., Ltd., señaló que el horno HT-L desarrollado por la empresa espacial ya ha sido probado mediante operaciones a largo plazo. Los equipos clave, como los hornos de gasificación, las toberas, las máquinas para triturar escorias, los hornos de aire caliente, las válvulas de seguridad y las válvulas especiales (válvulas de oxígeno, válvulas de polvo de carbón, válvulas de bloqueo de escorias, válvulas de regulación de polvo de carbón, válvulas de conmutación, válvulas de regulación de agua negra), así como las bombas resistentes a altas presiones y las bombas de alta velocidad, han sido fabricados en el país, lo que permite contar con derechos de propiedad intelectual independientes. 　　Liu Haifeng, profesor en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Este de China, explicó que la tecnología de gasificación de polvo y gas con pared fría de un solo inyector (horno SE Oriental), desarrollada conjuntamente por la empresa Sinopec Ningbo Engineering Company, el Instituto de Investigación Técnica de Ningbo y la Universidad de Ciencia y Tecnología del Este de China, ya está en funcionamiento en una planta piloto de 1000 toneladas al día en Yangzi Petrochemical, en Nanjing, Jiangsu. El proyecto de producción de olefinas a partir del carbón de Zhongan United, con una capacidad de 1,7 millones de toneladas al año, utiliza 7 hornos de gasificación de 1500 toneladas al día; dichos hornos están en fase de diseño. Este tipo de horno cuenta con un muro de enfriamiento por tubos en serie, además de una boquilla integrada que permite la ignición, el calentamiento y el proceso de combustión. La unidad de purificación está compuesta por un mezclador, un separador de ciclón y una torre de lavado con agua. La torre para la evaporación del agua caliente cumple tanto funciones de destilación como de intercambio térmico, lo cual soluciona problemas como la obstrucción de los intercambiadores térmicos por parte de las aguas negras, lo que afecta la eficiencia del intercambio térmico. 　　El horno Jinhua (horno de gasificación para producción conjunta de gas sintético y vapor), desarrollado en colaboración por el Instituto de Energías Limpias de Shanxi de la Universidad de Tsinghua, Yangmei Fengxi de Shanxi y Yangmei Chemical Machinery (Group) Co., Ltd., entró en funcionamiento con éxito el 1 de abril de 2016 en la filial de Linyi de Yangmei Fengxi. Utilizando como materia prima el carbón de alta calidad de Shanxi, este horno ha estado funcionando de manera estable durante más de 100 días. Este horno de gasificación permite evitar eficazmente la obstrucción por escorias y la acumulación de cenizas ； El diseño estructural único reduce la proporción de configuraciones con calentamiento en ambos lados, lo que disminuye el volumen del equipo y la inversión necesaria ； Recuperar el calor del gas sintético a alta temperatura y generar vapor a alta temperatura y presión permite mejorar la eficiencia de conversión energética del horno de gasificación. 　　Los datos de la encuesta indican que, a finales de 2015, aparte de los reactores de gasificación a presión con lecho fijo, en el país había un total de 392 reactores de gasificación a presión utilizados en aplicaciones industriales. De estos, los reactores de gasificación a presión con lecho fijo eran los más numerosos: 120 unidades, lo que representa el 77,9%. Los reactores de gasificación con lecho fluidizado representaban el 55,5%, con 20 unidades. Por su parte, los reactores de gasificación con lecho de flujo representaban el 37,1%, con 75 unidades. La innovación tecnológica para superar las deficiencias. Han Hongmei señaló que la tecnología de gasificación del carbón ha sido objeto de décadas de investigación y aplicación práctica; con el paso del tiempo, esta tecnología ha ido mejorando constantemente, y su nivel técnico es ahora bastante alto. Pero a medida que los campos de aplicación y las regiones donde se utiliza la gasificación del carbón se expanden cada vez más, se requiere una mayor diversidad en los componentes del gas producido. Hay más tipos de carbón, y las características de su calidad son más complejas. Además, debido a las crecientes exigencias en materia de protección ambiental y seguridad, la tecnología de gasificación del carbón sigue necesitando mejoras y perfeccionamientos, teniendo en cuenta sus propias características y los problemas que surgen durante su funcionamiento. 　　Según se informa, los problemas que deben resolverse urgentemente en los diferentes tipos de hornos de gasificación son los siguientes: reducir la necesidad de adquirir equipos patentados y equipos clave, buscando su producción nacional; optimizar el diseño de los procesos y sistemas de control; disminuir los costos relacionados con software (costos de patentes + costos de PDP + costos de servicios técnicos); elevar la presión de gasificación del slurry de agua y carbón a entre 6,5 y 8,7 MPa; seguir aumentando el tamaño de los equipos para poder utilizar más carbón; mejorar el nivel de presión del vapor generado como subproducto; optimizar los sistemas de enfriamiento y eliminación de polvo; recuperar energía; mejorar los métodos de enfriamiento del gas sintético; tratar eficazmente las aguas residuales tóxicas; optimizar los sistemas de tratamiento de aguas residuales de cenizas; mejorar los procesos de reciclaje de estas aguas; mejorar los métodos de lavado del gas de carbón; reducir la cantidad de polvo generado; disminuir el contenido de carbono en las cenizas; reducir las emisiones de residuos finos; e intensificar la investigación sobre el uso de esos residuos finos. 　　“Los puntos de innovación en los equipos de gasificación en el futuro son: aumentar el nivel de producción nacional, reducir las inversiones, elevar la presión de gasificación, desarrollar equipos de gasificación de gran tamaño, mejorar los niveles de ahorro energético y reducción de consumos, así como los niveles de ahorro de agua y protección del medio ambiente. ”Dijo Han Hongmei. Por ejemplo, hasta junio de 2016, nuestro país ya había adquirido 28 hornos de gasificación del proceso Shell Waste Boilers. Actualmente, de los 10 equipos clave del proceso Shell, todos, excepto el velocímetro y el densímetro de polvo de carbón, cuentan con fabricantes certificados a nivel nacional o se encuentran en proceso de certificación. En el futuro, será necesario acelerar la producción nacional de equipos clave. Esto permitirá **reducir los costos de inversión y operación de las unidades de gasificación, además de mejorar el nivel de fabricación de equipos en el país**. 　　Según las entrevistas realizadas por los periodistas, en el futuro, la innovación en tecnologías de gasificación se centrará en áreas como la gasificación catalítica y la gasificación subterránea del carbón. Han Hongmei señaló que la gasificación catalítica permite reducir la temperatura de gasificación en 200 °C a 300 °C, lo que permite una gasificación suave y una conversión dirigida. Actualmente, es necesario estudiar en profundidad los tipos de catalizadores, los mecanismos de reacción catalítica y el proceso de gasificación catalítica. En la actualidad, el enfoque de la tecnología de gasificación subterránea del carbón es perfeccionar los detalles técnicos, incluyendo el control del proceso, los dispositivos/equipo auxiliares para la gasificación subterránea, la tecnología de encendido y el diseño de los hornos de gasificación ； También es necesario fortalecer las tecnologías periféricas clave, como la recuperación por gasificación y el control de contaminantes. 　　Además, existen otras direcciones de investigación científica, como la gasificación con hidrógeno, la catalización de biomasa, la gasificación en lechos fluidizados por corrientes de aire segmentadas (acoplada a transformaciones a altas temperaturas), la gasificación del carbón en escoria de alto horno, la gasificación con agua supercrítica, la gasificación secundaria de cenizas volantes, así como la integración térmica de la gasificación con otros procesos (como la metanización). Las islas de gasificación se convierten en una solución cada vez más popular. Con el rápido desarrollo de las tecnologías de gasificación del carbón, la expansión de los polígonos industriales (empresas de gran tamaño), así como el cambio y la mejora continua de las industrias, es tendencia utilizar islas de gasificación especializadas para suministrar a estos polígonos, y en particular a las empresas de gran tamaño, grandes cantidades de gases industriales de alta calidad y a bajo costo, como gas sintético, hidrógeno y monóxido de carbono. 　　Han Hongmei afirmó que las islas de gasificación con gestión especializada son la mejor solución para hacer frente a las variaciones en la calidad del carbón, garantizar un suministro estable y en grandes cantidades de gases industriales, y abordar de manera integral los problemas relacionados con el uso del carbón y su impacto ambiental. 　　Las islas de gasificación se clasifican según el tamaño del grupo al que prestan servicios en categorías a nivel empresarial y a nivel de complejos industriales. Según la composición del gas suministrado, se dividen en tipo gas sintético (CO+H2, H2, CO) y tipo gas industrial. Además, según los sectores a los que sirven, se pueden dividir en tipo químico (refinación/petroquímica/otras industrias químicas, etc.) y tipo industrial de otro tipo (cerámica/materiales de construcción/cemento, etc.). El modelo de “isla de gasificación” de amplio alcance, que permite suministrar gas a las empresas que lo utilizan, atrae cada vez más la atención e interés de empresas y complejos industriales, gracias a sus ventajas en términos de escala, especialización y flexibilidad. 　　“En los polígonos industriales con un gran número de empresas y una alta demanda de gases industriales, la construcción y operación de grandes plantas de gasificación permite una producción más eficiente y centralizada, así como una gestión unificada de los servicios de producción. Esto evita los inconvenientes que surgen cuando las empresas construyen sus propias plantas de gasificación de forma dispersa, lo cual lleva a la construcción repetida de instalaciones de menor escala. De este modo, se facilita la coordinación general del polígono industrial y su desarrollo a largo plazo. ”Dijo Han Hongmei. 　　Se sabe que, actualmente, los grandes complejos petroquímicos nacionales e internacionales han ido adoptando gradualmente el modelo de isla de gasificación. La gran planta de producción de químicos a base de carbón moderna que se está planificando en nuestro país también incluirá la planificación integrada de grandes islas de gasificación. En julio de 2014, comenzó la construcción del proyecto Central Plains Da Hua Gasification Island, cuya inversión total fue de 3 mil millones de yuanes. La obra se desarrollará en la zona de desarrollo de Puyang. Se estima que el período de construcción será de 36 meses. El proyecto utiliza polvo de carbón como materia prima y aplica tecnología avanzada de gasificación a presión con lechada de agua y carbón. También se instalarán equipos para la purificación del gas sintético y otros procesos relacionados. Una vez completado el proyecto, se espera que genere una producción anual de 2.8 mil millones de yuanes y unos ingresos fiscales de 220 millones de yuanes. 　　El proyecto de química del carbón de Yuheng, perteneciente a China Coal Shaanxi Company Yulin Energy Chemical Co., Ltd., utiliza un proceso de gasificación con unidades GE900 de pies cúbicos y una presión de 6,5×106 Pa. Hay 5 hornos de gasificación en funcionamiento y 2 como reserva. La cantidad total de carbón que se procesa al día es de aproximadamente 8000 toneladas. El equipo de gasificación funcionó correctamente desde su puesta en marcha, a finales de abril de 2014. Han Hongmei señaló que, para una isla de gasificación especializada, es necesario elegir el proceso adecuado de gasificación, como la gasificación en lecho fluidizado, la gasificación en lecho de flujo de gas o la gasificación en lecho fijo con oxígeno adicional, en función de las características de la demanda. Además, es preciso tomar en consideración las condiciones del recurso de carbón y realizar una comparación de la rentabilidad de todo el proceso, es decir, “recurso de carbón + tecnología de gasificación + precio del producto”.