CARBONIFICACIÓNCARBONIFICACIÓN

OLGA PATRICIA GÓMEZ ROJASOLGA PATRICIA GÓMEZ ROJASGEÓLOGA, MGEÓLOGA, MSCSC..

Elementos Estructurales de las PlantasElementos Estructurales de las Plantas

HIDRATOS DE CARBONO Y SIMILARES: HIDRATOS DE CARBONO Y SIMILARES: Consisten en Consisten en macromoléculas formadas por anillos hexagonales no aromáticos con 5 macromoléculas formadas por anillos hexagonales no aromáticos con 5 átomos de carbono uno de oxigeno unidos entre si formando cadenas y átomos de carbono uno de oxigeno unidos entre si formando cadenas y ligados a estos anillos hay átomos de hidrogeno y radicales de bajo ligados a estos anillos hay átomos de hidrogeno y radicales de bajo peso molecular.peso molecular. Comprenden: CELULOSA (paredes celulares) Comprenden: CELULOSA (paredes celulares) ALMIDÓN (reserva alimenticia)ALMIDÓN (reserva alimenticia) PECTINAS (fibras vegetales)PECTINAS (fibras vegetales) PENTÁSONAS (gomas) PENTÁSONAS (gomas)

LIGNINA Y LIGNANOS: LIGNINA Y LIGNANOS: Fibras celulosas como cemento y tejidos Fibras celulosas como cemento y tejidos vegetales. Resistentes al ataque químico.vegetales. Resistentes al ataque químico.CERAS Y GRASASCERAS Y GRASAS : algunos frutos y exinas de las esporas, cutículas : algunos frutos y exinas de las esporas, cutículas de las hojas de las hojas RESINASRESINAS : resistentes al ataque químico , forman parte de ellas algunos : resistentes al ataque químico , forman parte de ellas algunos ácidos y terpenos.ácidos y terpenos.PROTEÍNAS: PROTEÍNAS: polímero derivados de aminoácidos, tiene presencia de polímero derivados de aminoácidos, tiene presencia de nitrógeno, relacionadas están la clorofila y los alcaloidesnitrógeno, relacionadas están la clorofila y los alcaloides. .

CONSTITUYENTESCONSTITUYENTESse han reconocido componentes principalmente se han reconocido componentes principalmente ORGÁNICOSORGÁNICOS y algo de y algo de INORGÁNICOSINORGÁNICOS, cómo también, , cómo también, espacios parcialmente ocupados por espacios parcialmente ocupados por GASES Y LÍQUIDOSGASES Y LÍQUIDOS, , que están interactuando en un sistema dinámico de alta que están interactuando en un sistema dinámico de alta complejidad.complejidad.

CARBONIFICACIÓN DE LAS PLANTASCARBONIFICACIÓN DE LAS PLANTAS

El grado de transformación de la materia orgánica a través de El grado de transformación de la materia orgánica a través de la serie turba, lignito, carbones sub-bituminosos, la serie turba, lignito, carbones sub-bituminosos, bituminosos, antracita-y meta-antracita, es lo que se conoce bituminosos, antracita-y meta-antracita, es lo que se conoce como como carbonificación carbonificación oo rango del carbón rango del carbón..

La carbonificación, es un proceso diagenéticoLa carbonificación, es un proceso diagenético en la en la turba y los lignitos turba y los lignitos

En carbones En carbones SUB-BÍTUMINOSOSSUB-BÍTUMINOSOS la alteración del material la alteración del material orgánico es más severa y por lo tanto se tiene un proceso de orgánico es más severa y por lo tanto se tiene un proceso de " metamorfismo" metamorfismo" (temperatura, tiempo y presión), sólo " (temperatura, tiempo y presión), sólo producen débiles cambios diagenéticos en los sedimentos producen débiles cambios diagenéticos en los sedimentos asociados al carbón. asociados al carbón.

► Se da por temperatura y tiempo (si hay baja temperatura pocos Se da por temperatura y tiempo (si hay baja temperatura pocos cambios) DOS CAMBIOS….GENERACIÓN PRODUCTOS MOVILES cambios) DOS CAMBIOS….GENERACIÓN PRODUCTOS MOVILES (GAS Y LIQUIDOS) ….PRODUCTOS RESIDUALES (GAS Y LIQUIDOS) ….PRODUCTOS RESIDUALES SOLIDOS(AROMATIZACIÓN) SOLIDOS(AROMATIZACIÓN)

CARBONIFICACIÓN CARBONIFICACIÓN ►Cambios estructurales: Cambios estructurales: porosidad porosidad

(Indicador diagenetico de TURBAS -(Indicador diagenetico de TURBAS -LIGNITOS) e incremento de la anisotropía LIGNITOS) e incremento de la anisotropía óptica paralela a los planos de óptica paralela a los planos de estratificación (PRESIÓN LITOSTATICA) estratificación (PRESIÓN LITOSTATICA)

►Cambios químicos: Cambios químicos: carbono, oxigeno, carbono, oxigeno, hidrogeno y materia volátil hidrogeno y materia volátil

►Cambios ópticos: Cambios ópticos: reflectancia de la reflectancia de la vitrinita o fluorescenciavitrinita o fluorescencia

Cambios ….Cambios ….► La humedad La humedad decrece….. Cambio porosidad y por la descomposición de grupos decrece….. Cambio porosidad y por la descomposición de grupos

funcionales hidrofílicosfuncionales hidrofílicos► Materia volátil Materia volátil decrece…. En lignitos dióxido de carbono, agua y algo de decrece…. En lignitos dióxido de carbono, agua y algo de

metano… en Bituminosos disminuye fracción no aromática (alifáticos, metano… en Bituminosos disminuye fracción no aromática (alifáticos, alicíclicos) y al aumento de la aromatización de los complejos húmicos. alicíclicos) y al aumento de la aromatización de los complejos húmicos.

En el carbón se puede distinguir tres tipos de estructuras:En el carbón se puede distinguir tres tipos de estructuras:Compuestos alifáticos, lineales o alicíclicos, unidos entre sí por puentes CHCompuestos alifáticos, lineales o alicíclicos, unidos entre sí por puentes CH33 – CH – CH = CH – CH= CH – CH22 = CH = CH33..Compuestos aromáticos, pero unidos entre sí por enlaces, del modo como el Compuestos aromáticos, pero unidos entre sí por enlaces, del modo como el estireno se polimeriza en poliestireno. estireno se polimeriza en poliestireno.

CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2

Compuestos aromáticos condensados, como lo están los anillos del antraceno, fenantreno o de los de condensación superiores.

ANTRACENO FENANTRENO

Cambios ….Cambios ….

► ÓpticosÓpticos….. Gelificación y vitrinitización de sustancias húmicas ….. Gelificación y vitrinitización de sustancias húmicas (aumenta con la aromatización)(aumenta con la aromatización)

► CarbonoCarbono (pocos cambios) en carbones bituminosos| (pocos cambios) en carbones bituminosos|► hidrogeno…. Coquizables (87-89%) es aun alto primeras hidrogeno…. Coquizables (87-89%) es aun alto primeras

etapas pierde oxigeno .. Luego metano …..JUNTGEN & Karweil etapas pierde oxigeno .. Luego metano …..JUNTGEN & Karweil (1966) 200 litros metano/Kg durante la carbonificación (1966) 200 litros metano/Kg durante la carbonificación carbones bituminosos hasta antracita (mv 5%)carbones bituminosos hasta antracita (mv 5%)

PARAMETROS

Ro C Mv Pc

Ran

go /

Ente

rram

ient

o

Evolución como consecuencia de la carbonificación

ClasesTurba

Lignito

Subbituminoso

Bituminoso

Semiantracita

antracita 2

0.5 77

89

44

12

3000 Kcal/kg

8000 kcal/kg

ETAPAS DE ETAPAS DE CARBONIFICACIÓNCARBONIFICACIÓN

►ETAPA BIOQUÍMICAETAPA BIOQUÍMICA►ETAPA GEOQUÍMICAETAPA GEOQUÍMICA

CARBONIFICACIÓNCARBONIFICACIÓN► TURBIFICACIÓN O CARBONIFICACIÓN BIOQUÍMICA: TURBIFICACIÓN O CARBONIFICACIÓN BIOQUÍMICA:

capa turbigenica (medio metro profundidad) capa turbigenica (medio metro profundidad) microorganismos aerobicos; hasta 10m bacterias microorganismos aerobicos; hasta 10m bacterias anaeróbicas, cambios químicos (condensación, anaeróbicas, cambios químicos (condensación, polimeración y reducción) polimeración y reducción)

HUMIFICACIÓN O FORMACIÓN HUMIFICACIÓN O FORMACIÓN SUSTANCIAS HÚMICASSUSTANCIAS HÚMICAS

(celulosa, hemicelulosa, pectinas, proteínas)(celulosa, hemicelulosa, pectinas, proteínas)► MATERIA VEGETAL Y ANIMAL -TURBA - LIGNITOMATERIA VEGETAL Y ANIMAL -TURBA - LIGNITO

► ETAPA BIOQUÍMICAETAPA BIOQUÍMICADESDE TURBERA….. BITUMINOSOS (2500-4000m PROFUNDIDAD)DESDE TURBERA….. BITUMINOSOS (2500-4000m PROFUNDIDAD)

ALTERACIÓN DE TURBA (0,5m BATERIAS AEROBICAS) ALTERACIÓN DE TURBA (0,5m BATERIAS AEROBICAS) BACTERIAS ANAERÓBICAS HASTA 10m PROFUNDIDAD BACTERIAS ANAERÓBICAS HASTA 10m PROFUNDIDAD

Orden de degradaciónOrden de degradación1.protoplasma, 2. clorofila, 3. aceites, 4. carbohidratos (1.protoplasma, 2. clorofila, 3. aceites, 4. carbohidratos (celulosa, lignina, almidonescelulosa, lignina, almidones) 5.epidermis, 6. cuticulas, 7. esporas, 8. ) 5.epidermis, 6. cuticulas, 7. esporas, 8.

exinas de polen, 9. ceras, y 10. resinas (Waskman and stevens)exinas de polen, 9. ceras, y 10. resinas (Waskman and stevens)

DEPENDIENDO DEL NIVEL DE DEPENDIENDO DEL NIVEL DE DEGRADACIÓN…. DEGRADACIÓN….

►LOS componentes se convierten en dióxido LOS componentes se convierten en dióxido de carbono, amonio, agua y metano) de carbono, amonio, agua y metano) SE SE PIERDEN PIERDEN

►La lignina, celulosa y aminoacidos …etc La lignina, celulosa y aminoacidos …etc forman en la turba ácidos húmicos forman en la turba ácidos húmicos

► Incrementar profundidad, condiciones Incrementar profundidad, condiciones reductoras …SE DA HUMIFICACIÓN de lignina, reductoras …SE DA HUMIFICACIÓN de lignina, celulosa y otros componentes…. PRINCIPAL celulosa y otros componentes…. PRINCIPAL PRODUCTO TURBIFICACIÓN….. PRODUCTO TURBIFICACIÓN….. ÁCIDOS ÁCIDOS HÚMICOSHÚMICOS

► AUMENTO DE DIAGENESIS, LOS ÁCIDOS AUMENTO DE DIAGENESIS, LOS ÁCIDOS HÚMICOS PIERDEN GRUPOS ÁCIDOS ….. HÚMICOS PIERDEN GRUPOS ÁCIDOS ….. FORMAN FORMAN HUMINASHUMINAS INSOLUBLES EN ÁLCALIS INSOLUBLES EN ÁLCALIS … PROCESO HUMIFICACIÓN SEGUIDO … PROCESO HUMIFICACIÓN SEGUIDO GELIFICACIÓNGELIFICACIÓN

GELIFICACIÓNGELIFICACIÓNPROCESO FÍSICO- COLOIDAL MATERIA HÚMICA PROCESO FÍSICO- COLOIDAL MATERIA HÚMICA

PASA A TRAVÉS DE UNA ETAPA GELATINOSA, PASA A TRAVÉS DE UNA ETAPA GELATINOSA, PLÁSTICA…..…PLÁSTICA…..…HUMINITAHUMINITA

► SUSTANCIAS HUMICASSUSTANCIAS HUMICAS ----- ----- HUMINITAHUMINITA (PROCESO DE GELIFICACIÓN)(PROCESO DE GELIFICACIÓN)

► ETAPASETAPAS1.1. GELIFICACIÓN BIOQUÍMICA (TURBA A GELIFICACIÓN BIOQUÍMICA (TURBA A

LIGNITO TIPO BLIGNITO TIPO B2.2. GELIFICACIÓN GEOQUÍMICA GELIFICACIÓN GEOQUÍMICA

(VITRINIZACIÓN)(VITRINIZACIÓN)

CAMBIOS TURBIFICACIÓNCAMBIOS TURBIFICACIÓN► Disminuye porosidadDisminuye porosidad► Perdida de agua (10%/100m) Lignitos 4%/100m y Perdida de agua (10%/100m) Lignitos 4%/100m y

subbituminosos 1%/100msubbituminosos 1%/100m► Aumenta el % de carbonoAumenta el % de carbono► Aumenta la aromatizaciónAumenta la aromatización► Aumenta poder caloríficoAumenta poder calorífico► VitrinitaVitrinita► Sustancias humicas (lignina y celulosa)Sustancias humicas (lignina y celulosa)► Resinas, ceras, exinas de esporas y polen no sufren Resinas, ceras, exinas de esporas y polen no sufren

cambios RESISTENTES DEGRADACIÓN AERÓBICA Y cambios RESISTENTES DEGRADACIÓN AERÓBICA Y ANAERÓBICA (NI HUMIFICACIÓN - NI GELIFICACIÓN)ANAERÓBICA (NI HUMIFICACIÓN - NI GELIFICACIÓN)

Diagrama de Van Krevelen mostrando los caminos de la carbonificación de la liptinita, inertinita, huminita y vitrinita. (Bustin, 1985).

CARBONIFICACIÓNCARBONIFICACIÓN► CARBONIFICACIÓN GEOQUÍMICACARBONIFICACIÓN GEOQUÍMICA

Carbones sub-bituminosos – meta-antracitas:Carbones sub-bituminosos – meta-antracitas:1.1. Carbones bituminosos alto volátil Carbones bituminosos alto volátil (80% C)…(80% C)…

generación de aceites a partir de kerógenogeneración de aceites a partir de kerógeno2.2. Carbones bituminosos medios volátiles Carbones bituminosos medios volátiles (87% (87%

C) reduce en oxigeno y generación de metano C) reduce en oxigeno y generación de metano y termina aceitey termina aceite

3.3. Semi-antracita- antracitaSemi-antracita- antracita (91%C ) liberación (91%C ) liberación hidrogeno como metano, fuerte aromatizaciónhidrogeno como metano, fuerte aromatización

4.4. Antracita- meta-antracita Antracita- meta-antracita liberación hidrogeno liberación hidrogeno como metano y incremento aromatizacióncomo metano y incremento aromatización

CARBONIFICACIÓNCARBONIFICACIÓN► ………….CARBONIFICACIÓN GEOQUÍMICA.CARBONIFICACIÓN GEOQUÍMICA

Carbones sub-bituminosos – meta-antracitas:Carbones sub-bituminosos – meta-antracitas:Aumenta el contenido de carbonoAumenta el contenido de carbono

Disminuye materia volátilDisminuye materia volátilAumenta la aromaticidadAumenta la aromaticidad

Disminuye % oxigenoDisminuye % oxigenoLiberación de metano Liberación de metano Disminuye hidrogenoDisminuye hidrogeno

CARBONES SAPROPELICOSCARBONES SAPROPELICOS►Alteración igual componentes Alteración igual componentes

liptiniticos de carbones húmicos……liptiniticos de carbones húmicos……generan bitumen durante generan bitumen durante carbonificación carbonificación

LA SERIE DEL CARBÓNLA SERIE DEL CARBÓN

► Antracita: o carbón duro, con alto contenido de carbono (86% al 98%), bajo Antracita: o carbón duro, con alto contenido de carbono (86% al 98%), bajo contenido de materia volátil y poder calorífico superior a 32.6 MJ/Kg (14.000 contenido de materia volátil y poder calorífico superior a 32.6 MJ/Kg (14.000 BTU/lb). Usado como combustible en generación de calor o vapor en la BTU/lb). Usado como combustible en generación de calor o vapor en la industria térmica y siderúrgica, también se usa en la fabricación de goma industria térmica y siderúrgica, también se usa en la fabricación de goma sintética, colorantes y purificación de agua para consumo humano (filtros).sintética, colorantes y purificación de agua para consumo humano (filtros).

► Hulla Bituminosa: este tipo de carbón posee un menor contenido de carbono y Hulla Bituminosa: este tipo de carbón posee un menor contenido de carbono y menor poder calorífico que los carbones antracíticos. Por su forma de uso se menor poder calorífico que los carbones antracíticos. Por su forma de uso se conocen como carbones coquizables, usados en procesos de obtención del conocen como carbones coquizables, usados en procesos de obtención del acero, y carbones térmicos, usados en la producción de vapor para generación acero, y carbones térmicos, usados en la producción de vapor para generación de energía.de energía.

► Hulla Sub-bituminosa: con menor poder calorífico que los carbones Hulla Sub-bituminosa: con menor poder calorífico que los carbones bituminosos, su composición en carbono está entre 35% y 45%, tiene un bituminosos, su composición en carbono está entre 35% y 45%, tiene un elevado contenido de material volátil, algunos con poder coquizable. Es elevado contenido de material volátil, algunos con poder coquizable. Es empleado en la generación de energía eléctrica y en procesos industriales.empleado en la generación de energía eléctrica y en procesos industriales.

► Lignito y Turba : son carbones con alta humedad y Lignito y Turba : son carbones con alta humedad y de material volátil, lo cual de material volátil, lo cual hace que posean un bajo poder calorífico. Es empleado para la generación de hace que posean un bajo poder calorífico. Es empleado para la generación de calórica (calefacción), energía eléctrica, para algunos procesos industriales en calórica (calefacción), energía eléctrica, para algunos procesos industriales en donde se requiere generar vapor y más recientemente se han fabricado donde se requiere generar vapor y más recientemente se han fabricado briquetas de turba y lignito para quemarlas en hornos.briquetas de turba y lignito para quemarlas en hornos.

► Además de generación eléctrica, gasificación y producción de coque, el carbón esAdemás de generación eléctrica, gasificación y producción de coque, el carbón es► empleado en la producción de benzol, aceites, alquitrán y, mediante la empleado en la producción de benzol, aceites, alquitrán y, mediante la

licuefacción, como sustituto del petróleo.licuefacción, como sustituto del petróleo.

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA► ASTM Normas para carbon y coque. 2000.ASTM Normas para carbon y coque. 2000.

► ECOCARBON-INGEOMINAS. ECOCARBON-INGEOMINAS. Muestreo, Preparación y Análisis Muestreo, Preparación y Análisis Básico del CarbónBásico del Carbón..

► ICCP 1994. The new vitrinite classification. Fuel 77, N°5, pp349-ICCP 1994. The new vitrinite classification. Fuel 77, N°5, pp349-358 358

► ICCP 2001. The new inertinite classification. Fuel 80 pp 459-471ICCP 2001. The new inertinite classification. Fuel 80 pp 459-471

► SCOTT ANDREW C., 2002. SCOTT ANDREW C., 2002. Coal petrology and the origin of coal Coal petrology and the origin of coal macerals: a way ahead?macerals: a way ahead?. International Journal of Coal Geology 50 . International Journal of Coal Geology 50 (2002) 119– 134(2002) 119– 134

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

► STACH, E., MACKOWOSSKY, M., TEICHMULLER, M., TAYLOR, STACH, E., MACKOWOSSKY, M., TEICHMULLER, M., TAYLOR, G.H., CHANDRA, D., AND TEICHMULLER, R., 1982. G.H., CHANDRA, D., AND TEICHMULLER, R., 1982. Stach´s Stach´s textbook of coal petrologytextbook of coal petrology, 3 Ed, 335pp. Gebruder , 3 Ed, 335pp. Gebruder Borntraeger, Stuttgart.Borntraeger, Stuttgart.

► TAYLOR, G.; TECHMÜLLER, M.; DAVIS, A.; DIESSEL, C.; TAYLOR, G.; TECHMÜLLER, M.; DAVIS, A.; DIESSEL, C.; LITTKE, R. y ROBERT, P. LITTKE, R. y ROBERT, P. Organic Petrology: The Origin of Organic Petrology: The Origin of Organic Matter in Sedimentary Rocks, the Nature of Organic Organic Matter in Sedimentary Rocks, the Nature of Organic Matter – Macerals and Associated Minerals, Lithotypes and Matter – Macerals and Associated Minerals, Lithotypes and MicrolithotypesMicrolithotypes. . Berlin - Stuttgart: Gebrüder Borntraeger, Berlin - Stuttgart: Gebrüder Borntraeger, 1998. 704 pp.1998. 704 pp.