_COQUIZACIÓN11

INTRODUCCION

Colombia posee importantes reservas de carbon coquizables de excelente calidad, localizados principalmente en Boyacá, Cundinamarca y Norte de Santander.

Los requerimientos de coque a nivel nacional sobre pasan las 50000 tn/año en producción de acero, carburo, secado de materiales y otros usos de menor consumo.

EL COQUE

El coque se define COMO EL PRODUCTO SÓLIDO DE LA DESTILACIÓN A ALTA TEMPERATURA DE UN CARBÓN O MEZCLA DE CARBONES (generalmente bituminosos), al cual se le elimina el contenido de volátiles, incrementando el carbono fijo,

- Su naturaleza depende de las materias primas de partida, de las características de los hornos donde se realice el proceso, y del modo operativo que se siga.

TECNOLOGIA GENERAL DE LA COQUIZACION

El proceso de la coquización es aquel en que un carbón de un rango muy definido ablanda por calentamiento,se hincha y se resolidifica durante la desgasificación continua.La coquización:consiste en someter a un carbón o una mezcla de carbones de características adecuadas a destilación o calentamiento EN AUSENCIA DE AIRE en horno diseñado, para tal fin, la desvolatilización es un proceso continuo, pero se debe hacer una distinción entre la primera etapa de la carbonización en la que se produce principalmente alquitrán y la segunda se continua desprendiendo gas quedando un producto sólido el COQUE.En la coquización se obtiene:

Producto sólido coqueProducto líquido alquitrán, compuesto de hidrocarburos y licor acuoso.Gases que se aprovechan como subproductos.

El balance de materiales provee 70 - 75% de sólidos; 20 – 22% de alquitrán y el Resto – Gases.

COMPORTAMIENTO DEL CARBÓN EN HORNO DE

COQUIZACIÓN

350°C 600550°C

110°C

700°C

440-550°C

400 °C

100°C1100-1300°C

*H20 INHICIÓN

*H20 POROS

*H20 COMP. QUIMICA

*H20 OCLUIDA

ABLANDARSE

REBLANDECIMIENTO

ALTA PLASTICIDAD

MATERIA VOLATIL

DESGASIFICACIÓN PRIMARIA

C,H,O

700°C

DESGASIFICACIÓN SECUNDARIA SOLO H

COAGULACIÓN (ENDURECIMIENTO)

RESOLIDIFICACIÓN

HINCHAMIENTO (EXPANSIÓN)

ESTRUCTURA POSOSA

440°C

LIBERACIÓN

CO,CO2,CH4

MV (H)

900°C

DESVOLATILIZACIÓN COMPLETA

SEMICOQUE

ESTRUCTURA POROSA

ESTABILIZACIÓN MEJORA

RESISTENCIA MECANICA

PROPIEDADES COQUIZANTES

Describe el comportamiento del carbón durante la fabricación del coque y las propiedades del coque producido.

Los ensayos usados para investigar estas propiedades se efectúan con bajas velocidades de calentamiento parecidas a las de un horno de coquización. Estas propiedades las define principalmente la plastometría, la dilatometría y el índice de hinchamiento.

CARACTERISTICAS A DETERMINAR

PARA CARBONES COQUIZANTES

INMEDIATOS

HumedadCenizasMaterias Volátiles

VARIOSAzufre Hardgrove

TECNOLOGICOS

FSI DilatometríaPlastometría

PETROGRAFICOSMaceralesPRV

PETROGRAFICOS

1. ANÁLISIS DE GRUPOS MACERALES 2. Reflectancia Vitrinita

35

30

25

20

15

10

5

0

0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 R

% VOL

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4

BituminosoAlto

Volátil

Bituminoso

Medio

Volátil

CARACTERÍSTICAS DE UN CARBÓN PARA COQUIZACIÓN

Existe una relación empírica que dice:Las características de un carbón para garantizar coquización son:%Vitrinita entre 30 y 75 preferiblemente > 60%Carbono en Vt, 84 y 91%PRV 0.8 y 1.8 FSI > 4Plasticidad > 10 DDPMDilatación libre entre 50 > y 140%Además para obtener coque de buena calidad se requiere:% MV, entre 18 y 32%%S < 1.2%Cenizas < 10%% P < 0.03%

DILATOMETRIAEl índice G sirve para establecer la resistencia del coque y se puede obtener del ensayo dilatométrico

Asi:

G= t1+t3\2 * ((c+d)\((t3*c)+(t1*d))

Donde

T1 temperatura ablandamiento

T2 temperatura máxima contracción

T3 Máxima dilatación

D porcentaje máxima dilatación

C porcentaje máxima contracción

Los valores G entre 0,95-1,15 indican carbones coquizantes y coquizables

G=0,95 limite más bajo de la capacidad aglomerante para la producción de un coque de resistencia aceptable

CALCULO INDICE G

INDICE G 1,047 indican carbones coquizantes y coquizables

VARIABLES OPERACIONALES EN LA PRODUCCIÓN DE COQUE

Otros factores que influyen en la calidad del coque:

Granulometria del carbón cargado en los hornos.

La humedad.La densidad de carga.El diseño y dimensión de los hornos.La temperatura de coquizaciónTiempo de coquización.

La tasa de calentamientoEnvejecimiento de los carbones durante el almacenamiento.


Granulometría: Generalmente se acepta que una granulometría fina da mejor calidad al coque producido. En Francia las mayorías de las coquerias emplean una granulometría simple entre 65 – 90%<2mm, a menudo se establece que el 80% sea menor de 2 mm. En Estados Unidos se exige entre 70 – 80% menor de 2 mm. UNA GRANULOMETRÍA ENTRE 0 Y 3.15 mm da una MEJOR ESTRUCTURA Y DUREZA DEL COQUE, excepto si el carbón es poco fusible, el efecto de la trituración fina es más acentuado cuanto más componentes tiene la mezcla.

Homogeneidad de la carga: Supuesta una separación de componentes petrográficos (fusibles e infusibles), debe cuidarse la homogeneidad de tamaños de cada uno de estos y en el caso de los infusibles debe conseguirse la mayor finura..


Densidad de carga: Es el peso del carbón por metro cúbico de retorta. Ejerce considerable influencia en la calidad del coque, aunque despreciable en la cantidad producida; INFLUYE EN LAS PRESIONES SOBRE LAS PAREDES DE LA RETORTA; es del orden de 0.8 ton/m3 a nivel industrial; a mayor densidad se mejora la producción y se presentan tamaños más grandes.

Los factores que influyen en la densidad de carga son la humedad y la granulometría.

Temperatura de Coquización: influye drásticamente en la calidad del coque obtenido, a mayor incremento de la temperatura de coquización se obtendrá un coque de mejor calidad.Sin embargo, altas temperaturas tampoco son deseables, PUEDE OCURRIR REQUEMA DEL COQUE y disminuir las características del coque producido.

VARIABLES OPERACIONALES EN

LA PRODUCCIÓN DE COQUE Tiempo de residencia: Cuando se aumenta el tiempo transcurrido entre la carga y la

descarga en la celda mejoran las características mecánicas del coque, primero rápidamente y luego casi en forma insignificante. Esta evolución es debida a la transformación del semicoque que se traduce en un aumento en la dureza de las paredes de los poros.

Tiempo de Coquización: A medida que se disminuye la velocidad y se incrementa el tiempo de coquización, se mejora la resistencia mecánica del coque obtenido (dicho tiempo es un factor determinante de la capacidad de la planta). Este periodo depende de la temperatura de las paredes, del ancho de la celda, del tipo de carbón utilizado y del contenido de humedad del mismo.Aunque este parámetro parecería interesante incrementarlo con el fin de mejorar la calidad del coque, EN LA PRÁCTICA SIEMPRE TIENDE A DISMINUIR, DEBIDO A QUE A MENOR TIEMPO DE COQUIZACIÓN, MAYOR SERÁ EL RENDIMIENTO DE LA BATERÍA.

El tiempo de coquización está relacionado con el rendimiento de la batería, es decir que depende directamente del tipo de tecnología que se tenga

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TASA DE CALENTAMIENTO: Se define como la variación de la temperatura de calentamiento en función del tiempo de coquización. De esta variable depende la producción de un coque más resistente, el cual debe tener una porosidad y un mayor lineamiento y por lo tanto conlleva a una disminución en la formación de fisuras. La velocidad de calentamiento a nivel industrial es de 3°C/min.

ANCHO DE LA CELDA DE COQUIZACIÓN: Es una variable involucrada en el diseño del horno. En las baterías de tipo de recuperación de subproductos puede oscilar entre 40 y 55 cms., en los hornos de solera es de cerca de 2 metros de ancho y en los de colmena varía entre 3 y 3.5 m.

ESTABILIZACIÓN DEL COQUE: El coque bruto puede ser estabilizado si se reduce y homogeniza el tamaño. La estabilización incrementa la resistencia mecánica aunque origina finos que disminuyen la rentabilidad del proceso, pero que pueden utilizarse en procesos de sinterización y peletización.

TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DE COQUE TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DE COQUE

En Colombia se utilizan desde hace muchos años, tecnologías para la fabricación de coque.Los hornos para coquización pueden ser:Sin aprovechamiento de subproductos entre los cuales se tienen los de pampa, colmena y de solera.

COMPORTAMIENTO DEL CARBON EN HORNO DE COQUIZACION

ESTADO DE LA CARGA EN EL HORNO DURANTE LA COQUIZACIÓN

CAMARA DE CALENTAMIENTO

Tr Tf

SEMICOQUE

COQUE EN FORMACION

CARBON NO FUNDIDO

EJE DE LA CELDA

ZONA PLASTICA

CON BURBUJAS DE M.V.

PARED

225 mm

Tf

ESTADO DE LA CARGA EN EL HORNO DURANTE LA COQUIZACIÓN

TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DE COQUE

A modo de comparación, se indica la capacidad de producción de coque en los diferentes tipos de hornos existentes en Colombia.

TIPO DE HORNO Ton carbón / Ton coque

Pampa 2/1

Colmena 1.5/1

Solera 1.45/1

Paredes verticales 1.4/1

HORNOS DE PAMPA

TIPO FORMA DE CALENTAMIENT

O

TIEMPO DE RESIDENCIA

PRODUCCIÓN CALIDAD

Pampa 15 días 50% Mediocre

Piso horizontal y paredes de ladrillo

Producción baja

Baja resistencia del coque

HORNO DE PAMPA

HORNOS DE COLMENAHORNOS DE COLMENA

Batería de horno tipo colmena

Dimensiones: 3.6m para 6Ton

Cargados 50 – 60cm

Limitaciones: Baja capacidad

Tiempo de coquización, emisión de gases a la atmosfera.


O


PRODUCCIÓN CALIDAD

Colmena 38 horas 60% Mediana

HORNOS DE COLMENAHORNOS DE COLMENA

HORNO COLMENA

BATERIA DE HORNOS DE SOLERA


O


PRODUCCIÓN CALIDAD

Solera 36 horas 70% Buena

Forma rectangular

2.75 *10.50m

Limitaciones: Baja capacidad y falta de

recuperación de subproductos

HORNOS DE SOLERAHORNOS DE SOLERA

HORNO DE SOLERA

FIGURA 3.1 HORNO DE SOLERAFIGURA 3.1 HORNO DE SOLERA

DIAGRAMA DE FLUJO PLANTA SOLERA CON RECUPERACIÓN DE CALOR

TOLVA

ESTACIÓN DEAPAGADO

CARBÓNPREPARADO

COQUESIDERUÚRGICO

SISTEMA DE RECUPERACIÓN

CARRO CARGADOR

RECUPERACIÓNDE ENERGÍA

LIMPIEZADE GASES

EMPUJADOR

VAGÓN DEAPAGADO

PLANTA DE COQUIZACIÓN DE CARBÓN TIPO SOLERA

DIAGRAMA DE FLUJO

HORNOS DE

SOLERA

CHIMENEA

EXHAUSTOR

HORNOS VERTICALES


O


PRODUCCIÓN CALIDAD

Paredes verticales 18 horas 75% Excelente

Camara larga y estrecha

HORNOS DE

SUBPRODUCTOSHORNOS DE

SUBPRODUCTOS

SECUENCIA DE DESCARGUE DEL COQUE

DESCARGA DEL COQUE

CARACTERIZACIÓN DEL COQUE

Azufre

Cenizas

Humedad

Resistencia mecánica

Granulométrico

USOS COQUE

SIDERURGICO

FUNDICIÓN

QUÍMICO

COQUE SIDERURGICO

Referido el análisis a una muestra seca, como composición química media del coque siderúrgico puede aceptarse la siguiente:

Carbono Fijo> 89%Materia Volátiles < 2.0%Cenizas < 10%Azufre = 1.0%Humedad < 3%

CALIDAD DEL COQUE PARA MERCADOS INTERNACIONALES

Coque electrometalúrgico:

Resistencia mecánica: MediocreGranulometría: Variable, la mayor parte entre 10 -20 mm Especificaciones químicas: A menudo severasCenizas: 7 a 9%Azufre: 1% máximoFósforo: 0.01 a 0.0182 máximoHumedad: 3% máximoMaterias volátiles: 5% máximoCarbono fijo aprox. 90%

COQUE

PARA FUNDICIÓN: Este debe cumplir con las siguientes características:No aumentar el contenido de azufre de la fundición.Carburar el metal.Permitir colar una fundición caliente.

QUIMICO: El tercer uso importante del coque es como coque químico. El ejemplo típico es la REACCIÓN TÉRMICA ENTRE EL COQUE Y LA CAL PARA PRODUCIR EL CARBURO DE CALCIO, QUE ES EL ORIGEN DE LA FABRICACIÓN DE ACETILENO.Se podrían hacer también en los hornos eléctricos aleaciones de hierro con algún otro mineral o metal. En estas condiciones se producen las aleaciones Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Mn o ciertos tipos de aceros especiales.El contenido de cenizas (debe ser bajo), la densidad, la porosidad, la reactividad y la resistencia eléctrica son factores que pesan más que las propiedades mecánicas en este tipo de coque.


Coque de fundición:Las normas de calidad son muy severas desde el punto de vista de la pureza química y la resistencia mecánica.Cenizas: de 7 a 10% con tenor máximo en silice de 40%Azufre: 0.8%Fósforo: 0.03%Materias volátiles: 1%Humedad: 3%Granulometría, depende del diámetro del cubilote; desde 80 a 90 mm.Resistencia mecánica: M80 =70; M40 = 87, M10 9Debe ser: Un coque de baja reactividad, denso, poco poroso, con buena organización estructural, buena resistencia mecánica.


Coque Siderúrgico:Carbono fijo: 84 – 90% Materias volátiles: 1 – 2 %Cenizas: 10 – 14%Azufre: 0.5 – 1.5%Humedad: 5%Fósforo: 0.03%

Resistencia mecánica: M4O por encima de 70 y M10 inferior a 7

En cuanto a calidades de los coques tenemos:

Coques de primerísima calidad : M40 > 80 y M10<8

Coque adecuado para alto horno: M40 entre 75 – 80 y M10<7

Coque de segunda categoría, pero utilizable en alto horno: M40 entre 70–75 y M10 entre 8-10

Coque mediocre, pero que se utiliza: M40 entre 65 – 70 y M10 >10

LOS SUBPRODUCTOS DE LA COQUIZACION

En el proceso de coquización se desprenden las materias volátiles, cuya composición varia según la T a la que este sometido el carbón.Estas materias volátiles provienen del rompimiento de las moléculas del carbón por efecto del calor aplicado.En una batería de hornos en los que cada unidad se encuentra en un momento distinto del proceso, todas las materias volátiles se reúnen antes de proceder a la recuperación de los distintos productos por lo que su composición para una marcha determinada resulta homogénea.Los productos obtenidos se cuentan por centenares (342).Los compuestos de los gases y vapores, se recogen a medida de su condensación que se produce por:Disminución de T; centrifugación, lavado químico, absorción, reacción con otros productos.

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LOS SUBPRODUCTOS DE LA COQUIZACION

Una clasificación macro de los subproductos sería:Alquitrán de alta temperatura; 4.5% del peso del carbón por termino medio.Aceites ligerosos; 1% del peso del carbón original.Otros productos (amoniaco, azufre, etc.) 0.5% del peso del carbón original.Gases incondensables; 18% del peso del carbón original.El coque supone el 76% restante; del que un 6% puede considerarse como finos, no aptos para la metalurgia.

ESQUEMA DE LA FABRICACIÓN DE LOS SUBPRODUCTOS DE COQUE

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