Los combustibles fósiles y su procesamiento.

carbón duro

La hulla es una roca sedimentaria combustible de origen orgánico. Se forma por la transformación de la materia orgánica acumulada. Esto va acompañado de procesos biológicos, bioquímicos, geológicos y geoquímicos , a los que se hace referencia con el término carbonización . Luego, la materia se enriquece en carbono elemental. La hulla suele contener entre un 75 y un 92 %de C, mientras que otra variedad de carbón, la antracita , puede contener hasta un 97 %. Estos procesos son extremadamente largos y ocurren bajo condiciones específicas de temperatura y presión. El procesamiento de hulla incluye:

• Coquización : es el proceso más importante para el procesamiento químico de la hulla . El resultado es coque . El carbón se calienta a una temperatura de 900 a 1100 ᵒC, sin acceso al aire. En estas condiciones, el combustible se descompone y se produce coque (en forma de residuo sólido) y una mezcla de gases, que se denominan productos de coquización ligeros. En el proceso de coquización, es importante preparar adecuadamente la materia prima para la coquización de modo que el producto final sea de buena calidad, es decir, tenga la granulación, porosidad y resistencia mecánica adecuadas. Aquí la calidad de la hulla es importante. El proceso de preparación del carbón implica pesar, triturar y mezclar.
• Gasificación : la esencia de este proceso es la transformación del carbón extraído en un gas con propiedades energéticas. La gasificación de la hulla se realiza en instalaciones industriales especialmente adaptadas para este fin . El proceso de gasificación se lleva a cabo en presencia de aire u oxígeno puro. Es importante destacar que la hulla, la materia prima que entra en el reactor de la planta de gasificación, no tiene por qué ser de la más alta calidad. El carbón contaminado también es muy adecuado para ello. Sin embargo, el grado de pureza de la materia prima determina la calidad del producto. El gas de síntesis, que se produce mediante la gasificación del carbón, es un importante sustituto del gas natural en la industria química .

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Petróleo crudo

El petróleo crudo es una mezcla compleja de compuestos químicos . Su composición (aproximadamente 80-90%) es predominantemente de hidrocarburos líquidos o hidrocarburos sólidos disueltos. El petróleo crudo se compone principalmente de hidrocarburos parafínicos, aromáticos y cicloparafínicos. Además de lo anterior, en el petróleo crudo también se encuentran compuestos orgánicos que contienen elementos como oxígeno, azufre o nitrógeno en sus estructuras. Dependiendo de dónde y dónde se extrae el aceite , este varía en apariencia y composición química. Su composición de hidrocarburos y la presencia de otros componentes afectan la elección y el curso de su procesamiento. El procesamiento básico de petróleo crudo incluye:

• Destilación : este proceso tiene como objetivo separar el petróleo crudo en fracciones individuales (de ahí el nombre de destilación fraccionada), que luego pueden usarse de forma independiente o enviarse para su posterior procesamiento. Las plantas de destilación de crudo constan de dos sistemas de destilación de una sola etapa. La primera es la destilación a presión atmosférica y la segunda es la destilación a presión reducida. Bajo destilación atmosférica se obtienen tres fracciones principales: nafta de primera destilación (intervalo de ebullición 30-200 ᵒC), queroseno (175-300 ᵒC) y aceite de parafina (275-400 ᵒC). El residuo de la columna de destilación atmosférica, el mazut , hierve a temperaturas superiores a 350 ᵒC. Se separa en la siguiente etapa del procesamiento del aceite, que implica la destilación a presión reducida. El vacío y la adición de vapor reducen significativamente los puntos de ebullición de los hidrocarburos. Esto permite separarlos entre sí sin riesgo de descomposición térmica. Los productos de la destilación al vacío del mazut son gasóleo al vacío, destilados parafínicos y un producto intermedio para su posterior procesamiento.
• Craqueo catalítico : las fracciones individuales de petróleo crudo contienen principalmente hidrocarburos alifáticos de cadena larga . En la industria, la mayor demanda es el petróleo, que es una mezcla de hidrocarburos con longitudes de cadena de entre 5 y 12 átomos de carbono. El craqueo catalítico, durante el cual se rompen los enlaces carbono-carbono en moléculas de cadena larga, ayuda a obtener dichos compuestos. El craqueo suele iniciarse térmica o catalíticamente. Las principales reacciones que ocurren durante el craqueo catalítico son la ruptura de enlaces CC en alcanos , la deshidrogenación de naftenos, la ruptura de anillos de hidrocarburos nafténicos y la polimerización de alquenos .
• Reforma : la reforma es otro proceso de refinación del petróleo, cuyo objetivo es extraer la mayor cantidad de petróleo posible. Durante este proceso, los hidrocarburos con cadenas de carbonos lineales en sus moléculas se transforman en compuestos ramificados y/o aromáticos. El reformado se aplica a los destilados de gasolina, así como a los productos del craqueo de las fracciones más pesadas del petróleo. Este proceso es extremadamente importante porque bajo su influencia aumenta el octanaje de la gasolina (isomerización, deshidrociclación, aromatización), lo que aumenta significativamente su calidad. Además, durante el reformado se producen cantidades significativas de gas hidrógeno. Se utiliza en hidroprocesos como hidrorefinación e hidrocraqueo.

Gas natural

El gas natural es otro combustible fósil no renovable de importancia energética. Es un combustible gaseoso. A menudo se encuentra en depósitos de petróleo, ya sea como una fracción separada o disuelto en él. Dependiendo de la ubicación del yacimiento, existen varios tipos de gas natural: con alto contenido de metano, rico en nitrógeno, seco y húmedo. El primero de ellos es el más importante, ya que es el que contiene la mayor cantidad de metano en su composición, hasta un 98%. Además, el gas natural también contiene (en cantidades variables) etano , propano , monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno y helio. Es importante destacar que el gas natural no tiene olor. Para detectar rápidamente su fuga, se perfuma con sustancias especiales para que pueda detectarse fácilmente. El gas natural extraído del yacimiento está bastante contaminado. Así, para que pueda ser utilizado por los consumidores debe pasar por procesos de purificación. En ellos se basa el procesamiento del gas natural. Las etapas clave de este proceso incluyen:

• Deshidratación – consiste en eliminar la humedad contenida en el gas. Junto con él también se eliminan algunos contaminantes. El vapor de agua del gas natural provoca la corrosión de las tuberías y también conduce a la formación de hidratos , por lo que es necesario secar el gas natural antes de liberarlo a la red. El líquido separado se llama agua de formación. Se lleva a instalaciones de almacenamiento especiales y luego se purifica. Los métodos utilizados para deshidratar el gas natural son la absorción (glicoles), la adsorción (sales de cloruro de calcio y magnesio) y las técnicas de membrana.
• Eliminación de dióxido de carbono : este proceso a menudo se denomina descarbonización. Junto con el azufre, el dióxido de carbono es uno de los contaminantes más dañinos del gas natural. El CO ₂ es un gas ácido. Reacciona fácilmente con el vapor de agua del gas y forma ácido carbónico . Aunque se trata de un ácido de baja potencia, debido a sus propiedades corrosivas tiene un efecto negativo, entre otras cosas, en los sistemas de transporte de gases. Por tanto, la descarbonización del gas natural es necesaria.
• Desulfuración : la presencia de azufre en el gas natural, por ejemplo en forma de sulfuro de hidrógeno, es muy perjudicial. No sólo afecta la calidad del gas como combustible, sino que también tiene propiedades venenosas y corrosivas. El sulfuro de hidrógeno es un gas altamente tóxico. Eliminarlo de los depósitos de gas natural también es un paso importante hacia la protección del medio ambiente. Los procesos de desulfuración suelen utilizar métodos de adsorción física y quimisorción. El carbón activado y las zeolitas, entre otros, son satisfactoriamente eficaces como adsorbentes para la eliminación de _H2. La absorción se produce normalmente mediante reacción química con masas naturales (p. ej., hierro de pantano). Uno de los métodos más eficaces para eliminar el sulfuro de hidrógeno es la oxidación contra un catalizador, el llamado proceso Claus. Implica la recuperación de azufre elemental del H ₂ S contenido en el gas.

Turba

La turba es un combustible fósil con propiedades únicas. Se considera el "más joven" de los carbones fósiles. La formación de turba implica la transformación de residuos acumulados, principalmente material vegetal. Estos procesos se conocen como turbificación. Ocurren con un alto contenido de humedad y con acceso limitado al oxígeno. Las turbas se dividen en homogéneas y heterogéneas, que se caracterizan por una composición mixta. La turba se separa del lignito mediante un límite convencional de contenido de carbono elemental del 65%en peso. Después de la extracción, la turba se divide en tres fracciones, según el tamaño del grano: pequeña, mediana y grande. La turba recién extraída suele ser muy ácida, por lo que se suelen utilizar aditivos como la dolomita en polvo para reducir esta acidez.