¿Cuál es la mejor opción entre los diferentes métodos de hidrogenación del alquitrán de carbón?

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En los últimos dos años, han surgido numerosos proyectos en el país que utilizan la tecnología de hidrogenación del alquitrán de carbón. El 30 de abril de 2014, el paquete tecnológico correspondiente a la unidad de hidrocraqueo en lecho suspendido para el tratamiento del alquitrán de carbón, con una capacidad de 500.000 toneladas al año, perteneciente a la empresa Inner Mongolia Qinghua Group Wusitai Fine Chemicals Co., Ltd., fue aprobado tras ser sometido a revisión. El 25 de julio de 2015, se puso en marcha con éxito una planta de hidrogenación de alquitrán de carbón de lecho fluidizado, con una capacidad de 150.000 toneladas al año, en la empresa Hebei Xinqiyuan Energy Technology Development Co., Ltd. Se trata de la primera planta de este tipo en China. Actualmente, la empresa Anyuan Chemical Co., Ltd., perteneciente a Yanchang Petroleum, está en la fase de pruebas operativas del primer proyecto piloto para la conversión del alquitrán de carbón en aceite, mediante el uso de la tecnología de hidrocraqueo en lecho suspendido de fracción completa. Este proyecto tiene una capacidad de procesamiento de 500,000 toneladas anuales de alquitrán de carbón. Hasta ahora, las seis tecnologías de hidrogenación del alquitrán de carbón, a saber: la tecnología de hidrogenación en lecho fijo, la tecnología de hidrocracking en lecho fijo, la tecnología de hidrocracking en lecho fijo para alquitrán de carbón de todo el rango de destilación, la tecnología de procesamiento combinado de cocción diferida e hidrocracking en lecho fijo, así como la tecnología de hidrocracking en lechos flotantes y burbujeantes, ya se están utilizando en el país. ¿Entonces, cómo se comparan estas tecnologías? ¿Qué tecnología será la que se utilice para dirigir el futuro de la industria de hidrogenación del alquitrán de carbón? Los expertos del sector hicieron sus comentarios respectivos. El alquitrán de carbón es un producto líquido viscoso de color marrón oscuro o negro puro. Se clasifica según la temperatura de carbonización del carbón, dividiéndose en alquitrán de carbón a baja temperatura, alquitrán de carbón a temperatura media y alquitrán de carbón a alta temperatura. La hidrogenación del alquitrán de carbón consiste en utilizar métodos de refinación o tratamiento con hidrógeno para eliminar los átomos y sustancias impuras presentes en el alquitrán de carbón, como el azufre, el nitrógeno, el oxígeno y los metales. También se eliminan los olefinas saturadas y los aromáticos. De esta manera, se obtienen productos finales como nafta, diésel y combustibles pesados con bajo contenido de azufre y nitrógeno. Los expertos del sector explicaron a los periodistas que los principios técnicos de la hidrogenación del alquitrán de carbón son los mismos en los 6 casos; solo varía el proceso de pretratamiento, ya que en todos los casos se utiliza hidrogenación en lecho fijo. En la fase de preprocesamiento, cada uno de ellos tiene sus características propias. La tecnología de refinación por hidrogenación en lecho fijo consiste, en esencia, en la destilación a presión y baja presión. En este proceso, todos los componentes del alquitrán de carbón se separan en aceites ligeros y aceites pesados. Los aceites ligeros se utilizan como materia prima para la refinación por hidrogenación en lecho fijo; así, se elimina el azufre, nitrógeno, oxígeno, etc., presentes en ellos. Al mismo tiempo, los olefinas y algunos aromáticos presentes en esos aceites son saturados mediante hidrogenación. Como resultado, se obtienen nafta y destilados de diésel con bajo contenido de azufre. Las ventajas de esta tecnología son su sencillez en el proceso y su bajo costo de inversión. Sin embargo, la tasa de recuperación de los productos derivados del aceite ligero es muy baja; solo permite procesar fracciones con temperaturas inferiores a 350 grados Celsius. La tecnología de hidrocraqueo en lecho fijo consiste en añadir una etapa de hidrocraqueo al proceso industrial, donde el alquitrán de carbón se divide primero en aceites destilados y productos asfálticos. Los aceites fraccionados entran, en orden, en la etapa de refinación por hidrogenación y en la etapa de craqueo por hidrogenación. En la etapa de refinación por hidrogenación, se eliminan los átomos de azufre, nitrógeno y oxígeno presentes en la materia prima; además, los olefinas y algunos aromáticos se saturan mediante hidrogenación. En la etapa de craqueo por hidrogenación, los aceites fraccionados a presión reducida, con temperaturas entre 350 y 500 grados Celsius, se convierten en aceites ligeros con temperaturas inferiores a 350 grados Celsius, lo que aumenta el rendimiento del producto final. En teoría, si se controla bien el punto de secado del aceite obtenido por destilación a baja presión, es posible aumentar la tasa de utilización del alquitrán de carbón en aproximadamente un 30 %. Pero, en la práctica, el punto seco del aceite destilado generalmente no se controla bien. La tecnología de hidrocraqueo en lecho fijo para aceites de destilación completa ha incorporado una parte de alquitrán como materia prima, lo que aumenta aún más el grado de utilización del alquitrán de carbón. Zhu Yufei, ingeniero senior del Instituto de Energías Limpias y Bajas Emisiones de Pekín, considera que, si el producto final son combustibles como la gasolina o los destilados diésel, la hidrogenación es una opción mejor que la cokerización. Debido a que la hidrogenación permite utilizar de manera más eficiente el alquitrán de carbón como recurso, se puede transformar al máximo este material en productos de petróleo ligero. La tecnología combinada de cokificación diferida e hidrogenación puede servir como una opción para procesar el alquitrán de carbón. Pero su desventaja evidente es que la tasa de obtención de coque es alta; se convierte una proporción considerable del alquitrán de carbón líquido en coque sólido, lo cual no es favorable desde el punto de vista del uso eficiente de los recursos. En particular, con el alquitrán de carbón a altas temperaturas, la dificultad para procesarlo mediante cokificación diferida es aún mayor. Yao Lei, ingeniero en Shaanxi Shenmu Tianyuan Chemical Co., Ltd., considera que el proceso de cokificación diferida es un método de operación semicontinua. Permite tratar grandes cantidades de material a la vez, con una eficiencia bastante alta. Además, a diferencia de otras tecnologías que utilizan una combinación de catalizadores de hidrogenación, este método reduce en gran medida los costos de inversión y operativos relacionados con el procesamiento del alquitrán de carbón. De este modo, se disminuyen los costos de producción del alquitrán de carbón, lo que a su vez aumenta su rentabilidad económica. Sin embargo, Zhang Jianqiang, vicepresidente ejecutivo de Gansu Honghui Energy Chemical Co., Ltd., considera que, si se tiene en cuenta el ciclo operativo más largo, aunque la tecnología combinada de cokificación diferida e hidrogenación presenta una tasa de recuperación de petróleo baja, del 75%, al tomar en consideración factores como el desgaste del catalizador y las pérdidas asociadas al inicio y cese de la operación, esta tecnología sigue siendo económica y adecuada. Las tecnologías de hidrocracking en lecho flotante y lecho hirviente son actualmente tecnologías que reciben bastante atención. En este reactor tecnológico, el catalizador no se encuentra en estado fijo, sino en estado fluido. El medio de reacción permite llevarse consigo el calor generado durante la hidrogenación, lo que evita que los contaminantes presentes en las materias primas se depositen y causen obstrucciones en el lecho de catalizador. Algunos expertos del sector consideran que los reactores de lecho flotante y de lecho hirviente permiten reemplazar el catalizador en tiempo real, lo que mantiene estable la actividad del catalizador dentro del reactor. Esto permite un funcionamiento estable a largo plazo, con una mayor tasa de conversión del alquitrán de carbón y una mayor producción de productos ligeros; la tasa de recuperación puede llegar al 90% o incluso más. Zhu Yufei considera que la tecnología de hidrogenación en lecho flotante es más adecuada para el procesamiento del alquitrán de carbón, ya que permite tratar petróleos pesados con alto contenido de asfalteno. Además, tiene ventajas significativas cuando se trata con materias primas que contienen muchos contaminantes. Él cree que no todas las tecnologías de hidrogenación en lechos suspendidos pueden utilizarse en el procesamiento del alquitrán de carbón, ya que las propiedades reactivas del alquitrán de carbón son diferentes a las de los destilados de petróleo. Por lo tanto, se necesitan catalizadores y condiciones de proceso adecuados para obtener buenos resultados en la conversión por hidrogenación. Wan Xuebing, director general de Shandong Zibo Tailong Catalysis Technology Co., Ltd., considera que, en el proceso de hidrogenación del alquitrán de carbón en lecho suspendido, el catalizador permanece suspendido dentro del alquitrán de carbón. La densidad del catalizador es similar a la de los reactivos, lo que permite que la reacción entre el catalizador y el alquitrán de carbón tenga lugar de manera uniforme, logrando así una buena actividad reactiva. Zhang Xiaojing, directora del Instituto de Licuefacción del Instituto General de Ciencias del Carbón, considera que las tecnologías de hidrocraqueo en lecho suspenso y en lecho hirviente cuentan con reactores diferentes, así como sistemas de reacción y niveles de dificultad distintos. Por lo tanto, es necesario comparar los costos operativos, la dificultad de manejo y la inversión necesaria. Zuo Tie, ingeniero senior de Sinopec Luoyang Engineering Co., Ltd., explicó además que el sistema de adición y retiro de catalizadores en los reactores de lecho fluidizado es complejo, por lo que la inversión necesaria es un 10–15% mayor que en los reactores de lecho suspenso. La tecnología de lecho flotante permite que el catalizador se reponga constantemente dentro del reactor, lo que garantiza que sea el catalizador más fresco el que reaccione con el alquitrán del carbón. De esta manera, casi todo el alquitrán se transforma, lo que resulta en altas tasas de recuperación del producto. La tasa de recuperación para el alquitrán de carbón a temperaturas medias y bajas puede llegar al 92%, mientras que para el alquitrán de carbón a altas temperaturas, esta tasa es del 83%. He Yongde, presidente honorario de la Sociedad Química de la provincia de Shaanxi, realizó varias comparaciones: el uso de la tecnología de hidrocracking en lecho fijo con alquitrán de carbón de fracción completa permite obtener un 10% más de petróleo, pero se consume más hidrógeno. Para producir 1 tonelada de petróleo, se necesitan 200 metros cúbicos más de hidrógeno que con la tecnología combinada de cokificación diferida y hidrocracking en lecho fijo. Desde el punto de vista de la inversión, la tecnología de hidrocracking en lecho fijo con alquitrán de carbón de destilación completa requiere un 25–30% menos de inversión que la tecnología combinada de cokerización diferida y hidrocracking en lecho fijo. Para el mismo tipo de alquitrán de carbón, teniendo en cuenta todos los factores, las ventajas económicas de ambas tecnologías son más o menos similares. La tasa de recuperación de hidrocarburos en las tecnologías de hidrogenación con lechos flotantes y lechos hirvientes es mayor que en los lechos fijos. Li Zhiyue, vicepresidente ejecutivo de la empresa Shoushan Coking Company en Pingdingshan, Henan, y Zhang Xinqiao, director general de la empresa Henan Baoshuo Tar Chemical Co., Ltd., entre otros expertos del sector, coinciden en que la hidrogenación en lechos suspendidos y lechos burbujeantes representa la dirección tecnológica adecuada para la hidrogenación del alquitrán de carbón. Este método permite obtener altas tasas de rendimiento en la producción de productos petrolíferos, y es adecuado para la hidrogenación de todos los componentes del alquitrán de carbón a altas temperaturas. Solo que algunos de ellos aprueban la cama fluidizada, mientras que otros aprueban la cama en suspensión. Zhang Jianqiang señaló que las camas flotantes y las camas de ebullición son simplemente métodos diferentes de agitación; ambas representan direcciones de desarrollo para el futuro. Sin embargo, para determinar si el sistema puede funcionar de manera estable a plena carga durante un largo período de tiempo, es necesario dejarlo en funcionamiento continuamente durante un año. Varios expertos, como Cao Xianyong, ingeniero senior de la empresa Xinjiang Guanghui Energy, dijeron a los periodistas que los lechos flotantes y los lechos hirvientes son actualmente las tecnologías más avanzadas para la hidrogenación del alquitrán de carbón, pero también implican una inversión relativamente alta. La ruta a seguir debe determinarse en función de la calidad del alquitrán de carbón y de la escala de procesamiento del mismo. Si la calidad del alquitrán de carbón es buena y el tamaño de la planta de procesamiento es pequeño, también son aplicables los sistemas de lecho fijo y la cokerización diferida; de hecho, incluso el alquitrán de carbón a alta temperatura, en cantidades pequeñas, puede ser procesado mediante hidrogenación en lecho fijo. En cambio, el alquitrán de carbón de alta temperatura, con un gran volumen de procesamiento, alto contenido de alquitranos y metales, es más adecuado para las tecnologías de hidrocracking en lechos suspendidos y lechos hirvientes. Fan Anlin, ingeniero jefe de Shandong Jinneng Coal Chemical Co., Ltd., dijo a los periodistas que no existe una solución definitiva: ni el lecho suspendido ni el lecho hirviente es el mejor. La elección de la tecnología adecuada debe realizarse tras comparar factores como la calidad del alquitrán de carbón, los recursos disponibles de este, los fondos de la empresa, la calidad del combustible obtenido tras la hidrogenación del alquitrán de carbón y los precios de los productos finales. De esta manera, la empresa puede tomar una decisión económica acertada. Además de la producción de productos petrolíferos mediante la tecnología de hidrogenación del alquitrán de carbón, también se están aplicando otros enfoques en la práctica. Según se sabe, la mayoría de los procesos de hidrogenación del alquitrán de carbón existentes producen como producto final nafta y diésel ligero. La característica distintiva de estos productos es su alto contenido en aromáticos y cicloalcanos. El contenido potencial de aromáticos en él suele estar entre el 70% y el 80%, lo cual es mucho más que el contenido presente en el petróleo. Se trata, por tanto, de un material de origen aromático muy valioso. Zhu Yufei señaló que, si se utiliza la tecnología de hidrocracking selectivo para convertir los aromáticos policíclicos en aromáticos monocíclicos, estos últimos podrían utilizarse en la producción de productos aromáticos. De esta manera, no solo se evita el problema del bajo índice de octano en los productos de diésel ligero, sino que también se aprovechan eficazmente los recursos aromáticos presentes en ese tipo de aceite. El alquitrán de carbón se utiliza en la producción de productos aromáticos mediante tecnologías de conversión por hidrogenación; además, permite reducir el consumo de hidrógeno durante el proceso de producción. También, expertos del sector como Li Zhiyue señalan que, si el alquitrán de carbón se utiliza en la producción de productos aromáticos, no solo se puede mejorar significativamente la eficiencia de los dispositivos de reacción catalítica, sino que también se pueden aprovechar al máximo las ventajas de este material. Los aromáticos tienen un alto valor agregado y no hay impuesto al consumo; es una dirección que, desde el punto de vista económico, sin duda es razonable. Sin embargo, algunos expertos del sector consideran que la implementación de la producción de aromáticos también debería decidirse en función del mercado de producción y venta de aromáticos en la región donde se encuentra la empresa.