CONVERSION DE CARBON Y ACEITE

Arthur L. Conn*

Aunque de tiempo en tiempo todavía oí­mos decir que se han encontrado nuevas reservas de petróleo y gas natural, se con­sidera en general que dentro de los próxi­mos veinte años los nuevos descubrimien­tos Ч nivel mundial serán cada vez más difíciles pues los yacimientos se irán agotando; entre tanto, las necesidades energéticas de los países en desarrollo así como de los países industrializados continuarán aumentando, aunque al mis­mo tiempo darán mayores incentivos para el desarrollo de energéticos alternos (Fig. 1). El petróleo ha satisfecho por muchos años las necesidades del trans­porte, no sólo el terrestre como automó­viles, autobuses, camiones, sino también la transportación aérea y en muchos casos la transportación por ferrocarril. El gas natural ha probado ser la forma más efec­tiva y conveniente de calentar los hogares y se ha utilizado también en muchas áreas industriales así como en plantas generadoras de energía. Pero hace ya algún tiempo que se ha hecho evidente que se deberá satisfacer la creciente de­manda buscando fuentes alternas para estos energéticos (Fig. 2).

Arthur L. Conn and Associates, LTD. Trabajo pre­sentado en la X X Convención Nacional del Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos A. C , Octubre 1960. Título original "Conversión of coal to oil and gas". Traducción por Ing. Guillermo P. Salas, Conse­jo de Recursos Minerales.

Afortunadamente, a plazo largo, te­nemos abundantes reservas de energía fósil bajo la forma de carbón. Económi­camente más atractiva en el futuro inr mediato, como substituto del gas y pe­tróleo naturales, es la producción de aceite de areniscas y lutitas bituminosas. Sin embargo, en los Estados Unidos, los depósitos de areniscas asfálticas no son tan abundantes si se comparan con los de lutitas; por otra parte, el carbón es mucho más abundante (Fig. 3). Al efec­to, ha llevado a cabo mucha investi­gación y desarrollo de técnicas para la conversión de carbón a aceite y para substituir el gas natural, tanto en los Estados Unidos como en Europa Occi­dental. Esta investigación ha sido efec­tuada, en su mayor parte, bajo el patro­cinio de los distintos gobiernos, ya que la conversión del carbón, resulta todavía muy caro si se compara con la exploración en busca de petróleo y gas. Aunque la perforación para encontrar hidrocarbu­ros se hace cada vez a mayor profundidad y los métodos de recuperación tendrán que ser mejorados y ampliados, ésta es todavía la forma más barata de obtener energía fósil.

En este trabajo se incluirá la más reciente información de lo que se ha he­cho en el mundo occidental para la con­versión de carbón a aceite y gas. Debido al entusiasmo generado por el apoyo gu­bernamental, más de veinte proyectos de

53

BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

CO ^ O O

ri O O ce

UJ Q.

DEMANDA MUNDIAL DE E N E R G É T I C O S

PRODUCCIÓN MUNDIAL DE P E T R Ó L E O

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

AÑOS

F U E N T E : EXXON WORLD ENERGY OUTLOOK, DECEMBER 1979

Fig. 1. Necesidades Energéticas del petróleo.

54

M I L L O N E S D E B A R R I L E S D I A R I O S

( E Q U I V A L E N T E S E N P E T R Ó L E O )

o C/5

Fig. 2 . Energía requerida de otras fuentes que no sea petróleo.

5 5

BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

(O ÜJ H z < 01 Q ^ < =)

UJ o

o

UJ

I 2 5 0 0

10 0 0 0

7 5 0 0

5 0 0 0

2 5 0 0

C A R B O N

A R E N I S C A S

6 E 0 T E R M A L

G A S P E T R Ó L E O

m

RECURSOS DE E N E R G É T I C O S F Ó S I L E S E N POTENCIALMENTE R E C U P E R A B L E S

E . U . A

F U E N T E : E R D A NATIONAL P L A N (1976)

Fig. 3 . C a r b ó n , el p r inc ipa l r e cu r so de E U A .

5 6

VOL. X X X I I I , NUM. I , 1981.

licuefacción, y más de treinta de gasifi­cación, se encuentran actualmente en di­ferentes etapas de desarrollo. De particu­lar interés son aquellos que se encuentran ya muy avanzados y para los cuales gran­des plantas piloto están ya operando o planeándose, así como un gran número de unidades de demostración. .Este traba­jo se concentrará en los procesos que se encuentran más avanzados, en los procesos que se encuentran más avanzados.

LICUEFACCIÓN DEL CARBÓN

Las principales diferencias entre el carbón y el petróleo son: la proporción de hidrógeno a carbón, y el contenido de cenizas. El carbón tiene un contenido de hidrógeno atómico de aproximadamente 0.8, mientras que el contenido en el pe­tróleo es del orden de 1.8. El carbón tiene un contenido de ceniza que puede ser hasta de un 15 °/o, mientras que el pe­tróleo muy rara vez tiene más de unas cuantas décimas. Por lo tanto, el pro­blema en la licuefacción consiste en au­mentar el contenido de hidrógeno y eli­minar la ceniza. (Fig. 4).

PIRÓLISIS

EXTRACCIÓN - HIDROGENACION

LICUEFACCIÓN INDIRECTA

Fig. 4 . Principales procesos para la licuefacción.

El aumentar el contenido de hidró­geno se puede hacer de dos maneras: re­ducir el carbón o agregar hidrógeno di­rectamente. Los procesos de licuefacción del carbón pueden agruparse en tres cate­gorías generales: pirólisis, hidrogenación

por extracción o licuefacción indirecta. En el caso de la piróhsis, el carbón se ca-henta a una temperatura en la cual empie­za a descomponerse y libera líquidos y gases, dejando atrás un sólido carbonoso llamado "char". Los líquidos y gases tienen un mayor contenido de hidrógeno que el carbón original mientras que el "char" residual tiene mucho menos hidró­geno. De hecho, mediante este método se efectúa la reducción del carbón.

En los procesos de hidrogenación por extracción, se aumenta el hidrógeno al carbón mediante varios métodos di­ferentes, y cantidades más pequeñas de carbón son reducidas, mientras que en la licuefacción indirecta son agregadas gran­des cantidades de hidrógeno al mismo tiempo que también son reducidas gran­des cantidades de carbón en forma de bióxido de carbono.

Pirólisis. Hace tiempo, la pirólisis era el único método usado en los Estados Uni­dos para obtener líquidos del carbón, y esto se hacía en la preparación de "coke" metalúrgico para hacer acero. Sin embar­go, recientemente se encuentran en pro­ceso de desarrollo más de diez métodos, de los cuales sólo una ha llegado ya a una etapa avanzada. Este método es el COED, el cual, cuando se acopla con gasificación del "char" resultante, se llama COCAS. El método COED involucra carbón piro-lizado en una serie de lechos fluidizados en los cuales la temperatura de cada le­cho se mantiene debajo de un punto sua­vizante del carbón que se ha introducido (Fig. 5). A medida que la pirólisis avanza, el punto suavizante se va elevando, la temperatura de los lechos sucesivos au­menta, y el lecho final puede llegar a te­ner una temperatura de hasta 870" C. Los líquidos obtenidos de este proceso son del orden de 25 °/o. El remanente

5 7

BOL. ASOC. MEX. G E O L . P E T R .

DEPURADOR

C A R B O N ; ^ TRITURADO

1

CCNDUCID DE GASES PARA

SEX::ADO Y

DEVDLATIZACICN

VENTILA DE GAS

GAS

rJH3

DEPURANTE

RECUPERACIÓN DE PETRÓLEO

Y FILTRACIÓN.

l

PRODUCTO DE GAS

REFOPJ-WDOf DE

VAPOR

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DE ^ SQfi I I

HIDRAT/WT;:

J

IV

S70°C

CRUDO "SINTETICO

PRODUCID •HZ-ADD

< OXIGENO

VAPOR

Fig. 5 . Proceso COED.

58

es "char" y gas. En la planta de demostra­ción que se está proyectando, el "char" se convertirá en gas BTU de alto grado.

Extracción — Hidrogenación. Mien­tras que en una época se pensó que la simple extracción de carbón en un solven­te altamente aromático sería una forma muy efectiva de eliminar la ceniza y de esta manera obtener un producto libre de ella; es de particular interés hacer no­tar que en todos los casos en que el pro­ceso ha tenido éxito ha involucrado tam­bién, en una u otra forma, la adición de hidrógeno al carbón. La investigación ha revelado que muchas moléculas aromáti­cas pueden actuar como "donadoras" de hidrógeno; es decir, éstas pueden absor­ber hidrógeno y a su vez "donar" el hidró­geno al carbón. Con anterioridad se pen­saba que era necesario efectuar la hidro­genación por catálisis para obtener estas reacciones; actualmente se ha demostra­do que la ceniza presente en la mayoría de los carbones contiene la suficiente actividad catalizadora para permitir esta transferencia de hidrógeno al solvente y después al carbón. Sin embargo, se ha encontrado también que el uso de otros catalizadores agregados aumentan la ra­pidez de la reacción y mejoran la efica­cia del proceso.

Siete diferentes procesos de extrac­ción—hidrogenación están siendo proba­dos y se encuentran en etapas muy avan­zadas en su desarrollo (Fig. 6). Cinco de ellos incluyen la extracción bajo presión de hidrógeno. Cuando el hidrógeno no está presente durante el proceso de ex­tracción, un material hidrogenado reci-clado proporciona el hidrógeno necesa­rio. En dos casos, la catálisis es agregada al reactor para suplementar la actividad catalizadora del carbón, mientras que en todos, excepto uno de los casos, se efec-

VOL. X X X I I I , NUM. 1 , 1981.

5 9

tua un reciclaje de un material muy pesa­do, con o sin hidrogenación previa.

Un esquema general de estos proce­sos se muestra en la Fig. 7. El carbón na­tural es prensado y molido hasta un ta­maño apropiado para la preparación de una mezcla líquida que pueda ser bom­beada. La mezcla es preparada con el líquido reciclado y bombeada al reactor donde el carbón se disuelve y se efectúa la reacción. Los productos de la reac­ción, después del enfriamiento, se sepa­ran en gases y líquidos, quedando los sólidos en el líquido. En dos de los pro­cesos los sólidos son separados mecáni­camente en este punto. En el proceso llamado "Solvent Refined Coal, S R C - l " , esto se hacía originalmente por filtración, pero más recientemente se están consi­derando otras formas como el proceso "Kerr-McGee Critical Solvent Deash-ing" y el "Lummus Antisolvent Deash-ing". Sin embargo, en el proceso "Liquid Solvent Extraction" de la "British Natio­nal Coal Board (NCB)", aún se toma en consideración la filtración. Un tercer proceso, llamado Extracción de Gas Su-percn'tica, aplicado por la "NCB", inclu­ye la extracción con solventes orgánicos ligeros bajo condiciones supercríticas. Ya que únicamente sólidos y una fase de va­por están presente, un aparato tan simple como un aspirador es suficiente para eli­minar los sólidos cuando la mezcla está aún caliente. En el caso de los otros pro­cesos, los líquidos que contienen la ce­niza son sujetos a destilaciones y el resi­duo es eliminado del fondo después de la destilación final, la cual se lleva a cabo al vacío.

El SRC II, segunda versión del Sol­vente Refinado de Carbón, incluye el re­ciclaje de líquidos y sólidos de vuelta al reactor después de la etapa de separación vapor—líquido. En este caso se efectúa

r >

Presión Reciclado Catalítico Reciclado Eliminación de de Agregado de de

Hidrógeno Hidrogenación Al Reactor Aceite Pesado Ceniza

Solvente Refinado de Carbón - SRC-I X

Extracción Supercrítica de Gas (SGE)

Extracción de Solvente g Líquido (LSE)

Solvente Refinado de Carbón - SRC-II X

Donador de Solvente

Exxon (EDS) X

H - C a r b ó n X

Bergius - Pier X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Filtración

Destilación

Filtración

Destilación

Destilación

Destilación

Destilación

s X

o r

-

Fig. 6. Proceso extracci jn-hidrogenaci6n.

C A R B O L — — ^ CRUDO

PREPARACIÓN

DEL

CARBON

PRODUCTO T . T n r r r m ^

PESADO

DESTILACIÓN

AL

VACIO

O)

RESIDUOS

IT

>

PPODUCTO LIQUIDO LIGERO

SUSPENSION

Y

BOMBEO

DESTILACIÓN

ATMOSFERICA

DISOLUCIÓN Y

REACCIÓN DEL

CARBÓN

SEPARACIÓN

VAPOR - LIQUIDO

- r

j SEPARACIÓN I

. DE I-, SOLIDOS I \ j J

t 3 l l

RESIDUOS

GASES

PRODLCrO

Fig. 7. Proceso extracción-liidrogenación.

BOL. ASOC. МЕХ. GEOL. PETR.

un aumento significativo en la conversión de carbón a líquidos debido a la mayor concentración de ceniza, la cual actúa como un catalizador más efectivo y tam­bién debido a un mayor tiempo de per­manencia en el reactor.

El proceso Exxon "donador" de sol­vente realiza una licuefacción de alto gra­do, mediante la catalización hidrogenante, del reciclaje del solvente, para maximizar la capacidad de "donador" de hidrógeno de estos materiales. En el proceso de H— carbón, por otra parte, se agrega el catali­zador al reactor en forma de granulos, y esencialmente ocurren las mismas reac­ciones en la presencia del hidrógeno y del catalizador, de manera que los donantes son generados y regenerados "in situ". Las reacciones son casi las mismas en el caso del proceso Bergius—Pier, siendo la prin­cipal diferencia que el carbón es impreg­nada por el catalizador antes de que sea agregado al reactor y el material catali­zador se desecha subsecuentemente con la ceniza.

Procesos de licuefacción indirecta. Licuefacción indirecta es el término que se aplica a procesos en que el carbón es gasificado primeramente y después los gases se convierten en líquidos. Esto se

hizo primeramente en Alemania antes de la Segunda Guerra Mundial, y se conocía como el proceso Fischer—Tropsch; se ha operado desde 1955 en Sud-África como proceso SASOL, y ahora se ha exten­dido con la construcción de dos plantas mucho más grandes. Una de las ventajas de este proceso es que las impurezas del carbón, incluyendo la ceniza, son elimi­nadas totalmente durante la etapa de ga­sificación, de manera que el tipo de car­bón no tiene ningún efecto para el pro­ceso de licuefacción. Por otra parte, este proceso es en cierta forma menos eficaz debido a que las moléculas son reducidas totalmente a monóxido de carbono, dióxido de carbono é hidrógeno, y el mo­nóxido de carbono y el hidrógeno son reactivados de los líquidos.

Los procesos específicos están enlis­tados en la Fig. 8, y las etapas generales que se llevan a cabo, se muestran en la Fig. 9. Después de la preparación, el car­bón es gasificado, eliminándose así la ceniza, se purifican los gases y después se usan en una de dos reacciones: la reac­ción Fischer—Tropsch, la cual proporcio­na una mezcla de hidrocarburos, alcoho­les y otros productos químicos, o la reac­ción Metanol, la cual proporciona simple­

za i? O C £ ' 5 ' 0 REACTOR

FISCHER - TROPSCH

METANOL

LECHO EMTRAMPADO

LECHO FIJO

LECHO FIJO

METANOL - HIDROCARBUROS

LECHO FLUIDO

Fig. 8. Proceso de licuefacción indirecta.

62

CARBON CRUDO '

PREPARACIÓN

DEL

CARBON

GASIFICACIÓN P U R I F I C A C I Ó N

CENIZA

H I D R O C A R B U R O S Y

A L C O H O L E S

SEPARACIÓN

H I D R O C A R B U R O S

REACCIÓN DE

METANOL A

GASÖLIMA

REACCIÓN F I S H E R -TROPSCH

REACCIÓN DE

METANOL

ALCOHOL METILICO

Fig. 9. Proceso de licuefacción indirecta.

BOL. ASOC. MEX. GEOL. PETR.

mente alcohol metílico, el cual puede usarse directamente como combustible. Un proceso mediante el cual el metanol se convierta en hidrocarburos parece bastante factible, debido a que todos los productos resultantes son ya muy simi­lares al petróleo, lo cual simplifica gran­demente las subsecuentes etapas de pro­cesos y mezclas.

En el proceso Fischer—Tropsch se emplea un lecho fijo entrampado, es dech, que los gases entran en contacto con el catalizador en un reactor con flujo fijo vertical; los productos se separan del catalizador, y este se hace pasar a través de un intercambiador de calor para qui­tarle el calor de la reacción. Estudios más amplios en los Estados Unidos revelaron que el lecho fijo entrampado es mucho más simple de diseñar y de operar, y al mismo tiempo da una distribución más favorable al producto. Para convertir metanol a hidrocarburos, el proceso que se está describiendo, emplea un reactor de lecho fijo, pero también se está desa­rrollando un reactor de lecho fluido, el cual parece ser importante porque pro­porciona una mejor distribución y un más eficaz intercambiador de calor.

Gasificación de carbón. La gasifi­cación de carbón puede efectuarse con uno de tres objetivos en mente: hacer gas de bajo BTU ("syngas"), o hacer gas con BTU alto, conocido como substituto del gas natural. En casi todos los casos el calor necesario para la reacción se obtiene quemando una parte del carbón contenido en la hulla, de manera que las principales reacciones son:

C -f O2 - - - CO2

C + 1 O2 - - - CO

Sin embargo, también el vapor se en­

cuentran presente y aprovecha de la reac­ción:

C + H2O - - - CO + H2

Otra reacción que también es impor­tante, es la llamada reacción de desplaza­miento agua—gas

CO + H , 0 - - - H. CO2

Obviamente la reacción más favora­ble sería aquella en que el carbón reaccio­ne directamente con hidrógeno, como sigile:

C+ 2H2 - - - CH4

Desafortunadamente el equilibrio de esta reacción es favorable sólo a bajas temperaturas, y las reacciones son dema­siado lentas para que sea práctico. A tem­peraturas más altas es posible acelerar la reacción, con grandes presiones de hidró­geno. Esta es una de las razones por la cual todos los procesos avanzados que hasta ahora se están desarrollando, son a temperaturas altas.

La combustión del carbón puede efectuarse ya sea con aire o con oxígeno puro. Sin embargo, en el caso de aire, el nitrógeno se convierte en un diluyente que resulta en gas con un BTU bajo. Para obtener gas con BTU mediano y alto se usa oxígeno, para evitar este efec­to diluyente. El gas BTU mediano, el cual es una combinación principalmente de monóxido de carbono e hidrógeno (tam­bién se le llama "syngas"), puede usarse para la licuefacción indirecta, como ya se mencionó antes, o puede convertirse a gas de BTU alto, mediante la siguiente reacción de "metanación".

CO + 3H2 --- CH4 H2O

64

V O L . X X X i n , N U M . 1, 1 9 8 1 .

Esta reacción hace resaltar la impor­tancia del uso del hidrógeno para obtener, combustibles.

Antes del descubrimiento y del am­plio uso que del gas natural se hace, el gas manufacturado llamado "town gas" se hacía a partir del carbón mediante di­ferentes procesos de gasificación. Sin embargo, varios de estos gases son opera­dos a la presión atmosférica, y un reciente trabajo de desarrollo se ha llevado a cabo para tener equipos más eficientes, y alcan­zar mayores presiones. Aquellos que ya han logrado un desarrollo hasta el punto de la comercialización, están enlistados en la Fig. 10. Los procesos serán agrupados de acuerdo con el método de mezclar oxígeno y carbón; ésto puede efectuarse tanto en lecho fijo o móvil, en lecho flui­do o en lecho fijo entrampado. Otros métodos de contacto, tales como el uso de baños de fundición, hornos rotatorios, rejas circulares, gasificación subterránea o "in situ" y gasificación usando calor nu­clear, se encuentran en sus primeras etapas de desarrollo y no se toman en cuenta en este trabajo.

LECHO MÓVIL

CENIZA SECA

ESCORIADO

LECHO FLUIDO

CENIZA SECA

AGLOMERADO DE CENIZA

LECHO ENTRAMPADO

ESCORIADO

Fig. 1 0 . Proceso principal de gasificación del carbón.

Procesos de lecho móvil. En el caso de los procesos de lecho móvil, sólo un caso importante, el proceso de Lurgi, ha sido desarrollado hasta el punto de demos­tración o comercialización, como se puede ver en la Fig. 11. En el desarrollo original, se tomó el debido cuidado de mantener la temperatura de la ceniza en lo más bajo, debajo del punto de fusión, para evitar la formación de "clinker" y otras dificulta­des. Más recientemente, se ha encontrado que es posible operar a temperaturas mu­cho más altas y permitir que la ceniza se licué; esto es a lo que se llama gasificador de "escoria". La ventaja es que no se re­quiere vapor en el fondo para enfriar la ceniza y que se pueden alcanzar tempe­raturas mucho más altas a través del lecho, aumentando en esta forma la capacidad varias veces.

CENIZA SECA

LURGI - MARK IV

LURGI - RUHR-lOO

ESCORIADO

BRITISH GAS/LURGI

Fig. 1 1 . Proceso de lecho móvil.

Dentro del proceso de ceniza seca, el más reciente es el Mark IV Lurgi, el cual está mecanizado de tal manera que la alimentación de carbón dentro del gasifi­cador, se maneja automáticamente a tra­vés de tolvas con cerrojo. Aún más recien­te es el proceso Lurgi Ruhr-100, el cual incorpora dos avances: opera a una pre­sión de 100 atmósferas en lugar de a 35, a las que operaba el otro proceso Lurgi; y que se obtiene de la mitad del lecho un segundo fluido de gas que no contiene

6 5

BOL. ASOC. M L X . GEOL. P E T R .

ííjí V'i 14̂ 1 iiu uv/ wiiiiii.

del primer fluido de gas. Procesos de lecho fluido. Se han de­

sarrollado varios procesos de lecho fluido, los cuales se enlistan en la Fig. 12. El pro­ceso Winkler, uno de los más antiguos, se ha desarrollado a presión atmosférica durante muchos años en numerosas ins­talaciones. Recientemente se creo una planta piloto para demostrar su operación a una presión de diez atmósferas y a tem­peraturas un poco más altas. Otro proceso de ceniza seca de particular interés es HYGAS, el cual opera a 100 atmósferas para poder maximizar la formación del metano inicial.

CENIZA SECA

WINKLER HYGAS

AGLOMERADO DE CENIZA

U - GAS COGAS

Fig. 12. Proceso de lecho fluido.

Una segunda categoría de procesos de lecho fluido involucra la aglomeración de la ceniza; es decir, se deja que la tem­peratura llegue a un punto en que la ceni­za forme pequeños conglomerados que puedan eliminarse del fondo. Aunque ésto parece ser bastante difícil, esto se ha lo­grado con bastante éxito en dos de los procesos: el proceso "U—Gas" desarrolla­do por el Instituto de Tecnología de Gas, y recientemente en el proceso de Westing-house, aunque en este último en menor escala, y el cual es en varios puntos muy parecido al proceso U-Gas . La clave está en diseñar un fondo que pueda separar­

se, de manera que la velocidad de los gases sea tan alta que suspenda las partículas del carbón fluidizado, pero que al mismo tiempo sea lo suficientemente baja como para que permita a los conglomerados asentarse fuera de la contracorriente.

El proceso COGAS, desarrollado en cooperación por la "FMS Corporation" y el "British National Coal Board", emplea también un lecho fluidizado para la gasi­ficación, pero difiere de los otros en que el calor para la gasificación se genera fuera del lecho. Un flujo de carbón se calienta en un recipiente por separado, en el cual parte del carbón se quema con aire a una temperatura suficientemente alta como para que licué la ceniza, la cual se separa y cae al fondo como escoria. Este es el único proceso por el momento, que se encuentra en desarrollo activo para pro­ducir gas medio y alto en BTU, el cual emplea aire y en esta forma no requiere una planta de oxígeno.

Procesos de lecho fijo entrampado. Como se indica en la Fig. 13, hay cuando menos cuatro procesos de lecho fijo en­trampado, los cuales operan en la forma llamada escoriácea. El primero fue el pro­ceso Koppers—Totzek, el cual opera a presión atmosférica y ha estado ya en uso comercial por varios años. Posteriormente

TEXACO

SHELL - KOPPERS

GKT

SAARBETlG - C. OTTO

COMBUSTION ENGINEERING

Fig. 13 . Proceso de lecho en t r ampado ( todo

escoriado).

66

ningún residuo de alquitrán, reduciéndose así el problema de eliminar dicho residuo

este proceso se desarrolló más, en coope­ración con la "Shell Oil Company", y sur­gió el proceso Shell-Koppers; éste opera a mayor presión, al igual que el Texaco & Saarberg y el C. Otto. Estos dos últimos son similares en principio al Shell—Kop­pers, pero difieren en el diseño del equipo mecánico y en el método de alimentar el carbón. Por otra parte, el proceso "Com­bustión Engineering", opera a presión at­mosférica con aire y genera un gas bajo en BTU, el cual se emplea para generar electricidad.

PROYECTOS DE DEMOSTRACIÓN

Es de particular interés la lista de los proyectos específicos que se encuen­tran ya en la etapa de -demostración o de utilización en planta piloto.

Licuefacción. Para la licuefacción di­recta se demostró en siete plantas diferen­tes (Fig. 14) la eficacia de la extracción por hidrogenación. En las plantas se ha empezado ya; en una, con el proyecto H—Coal en Mayo de 1980, operado por la "Ashland Synthetic Fuels, Inc.", y con el proyecto EDS de la Exxon en Julio de 1980, en Baytown, Texas.

Una planta alemana, que emplea el proceso Bergius—Pier, se encuentra en construcción en Bottrop (cerca de Essen). Patrocinada conjuntamente por la "Ruhr-kohle and Veba Oil", será operada princi­palmente por personal de la "Veba Oil".

Otras plantas que se encuentran un poco menos avanzadas son dos de la "Na­tional Coal Board" del Reino Unido: una para extracción supercrítica de gas y otra para extracción de líquidos solventes; ambas se construirán en Point of Ayr, en el Norte de Gales. Se están planeando otras dos plantas de demostración mucho más grandes para los procesos SRC-I y

V O L . X X X I I I , N U M . 1 , 1 9 8 1 .

67

SRC—II, la primera será construida por la "International Coal Refining", de New­man, Kentucky, y la SRC-I I por la "Pittsburgh and Midway", de Morgan-town, al oeste de Virginia.

Es de interés notar que hay participa­ción en el financiamiento por parte de países extranjeros, para éstas tres plantas. "Ruhrkohle" y la República Federal de Alemania, así como el gobierno japonés, son socios en las plantas para el SRC II en Morgantown y la de EDS en Baytown, Texas, al mismo tiempo que "Ruhrkohle" participa también en el proceso de H. Coal.

Gasificación. Existe una variedad todavía más amplia de procesos para ga­sificación. En el caso de lecho móvil (Fig. 15) el proceso Lurgi de ceniza seca, será aprobado en la planta de "Great Plains Associates", la cual ya ha sido pla­neada desde hace algún tiempo, pero hasta fecha reciente fue finalmente aprobada. El proceso Lurgi avanzado, llamado Ruhr-100, está siendo probado en Dors-ten, Alemania Occidental, habiendo empe­zado la prueba en Septiembre de 1979. La planta de la "British Gas", del proceso Lurgi de escoria, será utilizada por "Co­noco Coal Development" en Noble Coun­ty, Ohio.

Cuatro procesos de lecho fluido se encuentran ya en la etapa de demostra­ción, dos de los cuales han estado ya en operación por lo menos un año. La plan­ta de Hygas del Instituto de Tecnología de Gas, quedó terminada en 1972 y ha estado en funcionamiento casi 8 años. Se han hecho demostraciones con varios tipos de carbón de los Estados Unidos, y se están haciendo diseños para una planta de mayor tamaño.

El proceso Winkler se encuentra en demostración en "Rheinische Braunkohle" en Frenchen, cerca de Colonia, Alemania

Tipo General y

Compañía Proceso Alimentación de

Carbón TjD ESTADO

co o r > O

H

EXTRACCION-HIDROGENACION

International Coal Refining Co. SRC—1 Newman, Kentucky

National Coal Board, U.K.^ Point of Ayr, North Wales

National Coal Board, U.K.^ Point of Ayr, North Wales

Pittsburgh and Midway Morgantown, West Virginia

Exxon Baytown, Texas

Ashland Wynthetic Fuels, Inc. Catlettsburg, Kentucky

Ruhrkohle - Vega Bottrop, West Germany

SGE

LSE

SRC-II

EDS

H-Coal

Bergius — Pier

6,000

25

25

6,000

250

600

200

En etapa de diseño. Inicia construcción mediados 1981

Diseño esencialmente Completo

Decisiones sobre la construcción afines de 1980

Preparación del sitio - Principia 1981. Iniciará 1985

Inició Carbón - Julio 1980

Inició Carbón - Mayo 1980

Terminación Mecánica Principios de 1981

^Un proyecto combinado con British Petroleum, E.E.C. and British Government.

Fig. 14. Proyectos en etapa de demostración para licuación.

Compañía y Ubicación Proceso

Alimentación de Carbón T/D ESTADO

Oí (O

LECHO MÓVIL

Great Plains Gasification Lurgi -Associates Ceniza Seca Mercer County, North Dakota

Kov - Plant Lurgi -Lunen, West Germany Ceniza Seca

Ruhrgas Dorsten, West Germany

Conoco Coal Oevelopment Co. Noble County, Ohio.

British Gas/ Escoria Lurgi

HYGAS

Alta Temperatura

LECHO FLUIDO -CENIZA SECA

Institute of Gas Technology Chicago, Illinois

Rheinische Braunkohle Frechen, West Germany

LECHO F L U I D O -AGLOMERADO DE CENIZA Memphis Light, Gas & Water U - GAS Memphis, Tennessee

14,000^

1,700

R U H R - 100 7 5 - 1 7 0

3,800

75

25

2,800

Quebrando terreno en otoño 1980.

Alcanzó operaciones satisfactorias haciendo cambios para operaciones eficientes.

Iniciación en septiembre 1979 Operación inicial con 2 5 - 4 0 ATM.

Terminación en diseño de ingenie­ría mediados de 1981.

Iniciado en 1972 - Demostrado so­bre 6 carbones

Iniciado en agosto 1978.

Diseño completo en detalle mediados de 1982. z

c s

oe

^Lignita

Fig. 15. Proyectos en etapa de demostración para gasificación.

B O L . ASOC. MEX. G E O L . P E T R .

Occidental, El proceso U - G a s , el cual ha sido demostrado en una planta piloto de 20 T/D, se encuentra en diseño para la ciudad de Memphis, y se planea que el gas sea empleado en varios proyectos in­dustriales, uno de los cuales incluye la conversión a gasolina por la "Delga Refin­ing Company". La construcción de esta planta se espera que quede terminada para mediados de 1982. El cuarto proce­so, el COGAS, el cual combina gasifica­ción y licuefacción, será analizado des­pués.

Se están haciendo muchos esfuer­zos también, en los procesos de lecho entrampado (Fig. 16), incluyendo los de Texaco, Shell Koppers, Saarberg C. Otto y Combustion Engineering. Entre las plantas de Texaco se incluye una de 150 T/D en Obserhausen, Alemania Occidental, y una aún más grande en el sur de California, en Edison Barstow, la cual formará parte de un ciclo—combinado. Una tercera planta de Texaco para gasificación de la "W.R. Grace & Company", que se usará en combinación con licuefacción, será des­crita posteriormente.

El proceso Shell-Koppers está sien­do demostrado en una planta de 1 50 T/D en la "Deutsche Shell" en Harberg, Alema­nia Occidental. Hay muy poca informa­ción disponible sobre los detalles de esta planta debido a que es un proyecto pri­vado en el que no participa el gobierno. El proceso Saarbert—C. Otto se está probando actualmente en Furstenhausen (un suburbio de Saarbrucken), por la fir­ma "Saarbergwerke". Como se indicó an-terionnente, el proceso de "Combustion Engineering" se está operando para produ­cir un gas bajo en BTU.

Licuefacción y gasificación combi­nados. Varios proyectos combinan licue­facción y gasificación, unos produciendo

ambos productos en un caso, y otros son ejemplos de licuefacción indirecta (Fig. 17).

En una planta de COGAS, que se construirá en Perry County, Illinois, por la "Illinois Coal Gasification Group" , se demostrará un proceso de pirólisis junto con gasificación del "char" . Como se in­dicó previamente, el proceso COGAS tie­ne la ventaja de usar aire en lugar de oxí­geno en un proceso de lecho fluido.

Dos proyectos del proceso Mobil— M, usarán licuefacción indirecta, con gasificación del carbón seguido por una síntesis de metanol y conversión del me­tanol a gasoUna. La "W.R. Grace", de Bas-kett, Kentucky, empleará el proceso Texa­co de gasificación, seguido del proceso Mobil—M en un lecho fijo, mientras que la "Rheinische Braunkohle" en un proyec­to conjunto con el "U.S. Department of Energy" y con otras compañías alemanas, quienes también demostrarán el proceso Mobil—M y gasificarán el carbón en lecho fluido, en una planta de Wesseling, cerca de Colonia, en Alemania.

CONCLUSIONES

Se está llevando a cabo intensa in­vestigación, desarrollo y trabajos de demostración, para hacer posible la pro­ducción comercial de petróleo y gas derivados de carbón, a la brevedad posi­ble. Las plantas piloto y de demostración que ya se encuentran planeadas, bajo construcción y en operación, harán po­sible el establecimiento de una industria importante de combustibles sintéticos, en cuanto lo permitan las leyes y la eco­nomía. Además, el gobierno de los Esta­dos Unidos ha dado recientemente los pa­sos necesarios para acelerar el desarrollo de estos procesos mediante de grandes in­versiones para la construcción de plantas

70

Compañía y Ubicación Proceso

Alimentación de Carbón T/D ESTADO

LECHO ENTRAMPADO

Ruhrkohle Oberhausen, West Germany

Texaco 150 Trabajos de pruebas completas en el carbón de Illinois en 1981.

Southern California Edison Barstow, California

Texaco 1,000 En etapa de diseño - iniciará en 1984.

Deutsche Shell Harburg, West Germany Shell-Koppers 150 Iniciación exitosa obteniendo da­

tos para una planta mayor.

Saarbergwerle Saarbrucken, West Germany

Saarberg-C. Otto 250 Iniciado en diciembre, 1979 Probando.

Combustion Engineering Windsor, Connecticut

Combustion Engineering

120 Iniciado en junio, 1978. r

Fig. 16. Proyectos en etapa de demostración para gasificación

Illionois Coal Gasification Group Perry County, Illinois

Cogas Coed & Gasifi­cation

2,300 Diseño de.ingeniería completo para mediados de abril, 1981.

vi IS)

LICUACIÓN INDIRECTA VIA SÍNTESIS DE METANOL

W. R. Grace Baskett, Kentucky Texaco and

Mobi!-M Lecho fijo 1900

Diseño de la sección de gasifica­ción, completo

Rheinsche Braunkohle Wesseling, West Germany

Mobil-M Lecho fluido 100 Construcción terminada para

enero 1982.

n o r > en

Tipos Generales y Compañía Proceso

Alimentación de Carbón T¡D ESTADO

w x o a o r

-0 m H !» PIRÓLISIS Y GASIFICACIÓN

EN LECHO FLUIDO

Fig. 17. Proyectos en etapa de demostración para gasificación y licuación.

V O L . XXXIII, NUM. 1, 1 9 8 1 .

73

adicionales, y para que se continúen los tal, están participando también en varias estudios y posibilidades' de nuevas com- formas, para que el mundo cuente con un binaciones. amplio suministro de energéticos líquidos

y gaseosos durante muchos años en el Otras naciones del mundo occiden- futuro.

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