Informe Carbones 2.0

LABORATORIO DE PIROMETALURGIA “Caracterización de carbones”

PRESENTADO POR: MAIRA JULIANA SOLANO HERNÁNDEZ. CÓD: 2112430 JONATHAN VERA CARBALLIDO. CÓD: 2111306

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE FISICOQUIMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES PIROMETALURGIA BUCARAMANGA 2015

OBJETIVOS

Objetivo General 

Caracterizar y determinar el tipo de carbón y sus propiedades a partir de una muestra dada en el laboratorio. Objetivos Específicos

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Determinar el porcentaje de humedad de la muestra. Estudiar las propiedades de aglomeración de la muestra de carbón. Definir si la muestra de carbón es un carbón combustible o no. Calcular el porcentaje de azufre y cenizas presente en la muestra.

INTRODUCCION

Hoy en día en Colombia se cuenta con varios tipos de carbones, por lo cual para aprovechar el rendimiento de cada uno de ellos, es necesario contar con la adecuada caracterización de los mismos. En este informe se analizará una muestra de carbón por medio de resultados obtenidos debidos a su caracterización mediante pruebas de poder calorífico, humedad, cenizas, volátiles, hinchamiento y porcentaje de azufre.

Según métodos estandarizados organizados en tablas de datos, junto con las normas ASTM se compararon los resultados para así poder determinar el tipo carbón de muestra que se tiene. Al finalizar las practicas se pudo determino que el carbón por tener un alta calidad resulta ser un buen reactivo en aplicaciones energéticas, ya que la liberación de volátiles tiende a ser lenta por su alto contenido de carbono fijo; generando una disminución en el uso y transformación de procesos termoquímicos.

CARBONES

Clasificación del Carbón La clasificación más utilizada la brinda la ASTM (American Society for Testing and Materials), en su norma ASTM-388-777. Divide al carbón en 4 tipos según sus propiedades, las cuales a su vez, dependen de la composición de los vegetales que lo originaron y las condiciones de presión y temperatura (grado de metamorfismo) que sufrieron durante su formación geológica.

Tipo Antracita Bituminoso Subbituminos o Lignito y Turba

Carbono Fijo (%) 86-98 45-86 35-45 25-35

Material Volátil Contenido de (%) Humedad (%) 1 30

Tipos de Carbón Mineral Carbón Antracítico es muy brillante, de color negro intenso y elevada dureza. Presente un elevado porcentaje de carbono fijo y contenido energético. Repele el agua, se emplea en diversos usos domésticos e industriales. Su combustión genera pocos humos. Carbón (hulla) bituminoso es más suave y brillante, con un contenido de humedad que puede estar entre 8 y 20 %. Son coquizables, y presentan un contenido en volátiles entre 16 y 40 %. Se suele emplear con fines de generación térmica o con fines metalúrgicos. Carbón (hulla) sub-bituminoso es suave y de color negro, su contenido calórico es menor que el del carbón bituminoso. Es el más usado para generación de energía eléctrica.

Lignito y turba suelen ser de color marrón hasta negro y presentan mucha humedad y bajo poder calorífico. Principalmente se emplea en generación térmica (vapor para calefacción). Puede briquetarse para mejorar sus propiedades y transportabilidad.

Carbones colombianos Se distinguen 10 tipos de carbones representativos, que abarcan todo el abanico del carbón que se produce en Colombia, desde sub-bituminoso hasta semi-antracita. Estos carbones se ubican en las zonas del Cesar, Santander, Cundinamarca, Antioquia y Cauca.

Análisis químico de los carbones

Clasificación

DATOS

Para cenizas Procedimiento Basados en la norma ASTM D3174, Las cenizas de un carbón son un producto de la combustión, es decir un residuo de la calcinación a 750ºC (ASTM) o 815ºC (ISO) de minerales y sales existentes en el carbón. Para humedad Procedimiento Basados en la norma ASTM D3173, Es la humedad que pierde un carbón seco al aire cuando se le somete a una temperatura de 106ºC.

Cálculos: 1. % cenizas:

( A−B) ∗100 C

Dónde A: Peso de la capsula, la tapa y el residuo, en gr. B: Peso de la capsula vacía y la tapa, en gr. C: Peso de la muestra de análisis usada, en gr. % cenizas:

(22,5924−22,5831) ∗100 1,0092

= 0,92 %

2. % humedad:

Pi−Pf ∗100 Pi

Dónde Pi: Peso inicial Pf: peso final % humedad:

( 19,5009−18,4604 ) −(19,4805−18,4604) ∗100 ( 19,5009−18,4604 )

% humedad:

(1,0405−1,0201) *100= 1,96059% 1,0405

Para volatilidad: Procedimiento Basados en la norma ASTM 3175, Las materias volátiles son desprendimientos gaseosos de la materia orgánica durante el calentamiento exigido por la norma. A medida que el carbón se calienta, se desprenden productos gaseosos y líquidos. Para índice de hinchamiento: Procedimiento Basados en la norma ASTM D720, los resultados de la prueba pueden ser utilizados como una indicación de las características de coquificación del carbón, y también han sido utilizados como índice del grado de oxidación del carbón o de su desgaste por intemperie

CALCULOS 3. Volatilidad: Pesocrisol+tapa: 21,0805 gr Pesototal: 22,2898 gr (El valor del peso después de agregado el gramo de carbón)

Pesofinal: 22, 1767 gr (El valor del peso después de salir del horno) La volatilidad en el carbón se define como la pérdida de peso de la muestra en estas condiciones: (1,2093−1,0962) ∗100=9,3525 (1,2093)

4. Índice de hinchamiento: 

Prueba 1: Pesocarbón: 1,076 gr Índice de hinchamiento obtenido: 0



Prueba 2: Pesocarbón: 1,127 gr Índice de hinchamiento obtenido: 0

Para poder calorífico: Procedimiento Basado en la norma ASTM 378, el poder calorífico es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de combustible. Para el porcentaje de azufre: Procedimiento: Basado en la norma ASTM D3177, De todos los constituyentes elementales del carbón, desde el punto de vista ambiental, el azufre es el más importante de conocer, ya que durante la combustión el azufre se transforma en SO2 y SO3, que son corrosivos y especialmente afectan los equipos de recuperación del calor tal como el economizador y el calentador de aire, además éstos compuestos son nocivos para los seres humanos y causantes de la lluvia ácida cuando el SO3 en la atmósfera reacciona con el agua para formar H2SO4.

CALCULOS

5. Poder calórico Q=

ΔT∗C−e 1−e 2−e 3 m

=

(2,82)∗(5088,366)−(0)−(10∗0,41)−(10∗0,394∗3,8) =14055,5451 Btu/ gr 1,0196 Tenemos que:

ΔT =Tc−Ta

= 29,89 ºC – 27,07ºC = 2,82 ºC.

C = Capacidad térmica del calorímetro: 5088,366 (BTU/ Lb*gr) ºC. m = peso de la muestra = 1,0196 gr. e1 = Calor de combustión del algodón = 7524*peso de algodón usado (BTU/lb)*gr. e2 = Calor de combustión del alambre fusible Ni-Cr = 0,41* (mm de alambre quemado) e3 = Calor de formación del ácido sulfúrico = 10,0*Ml de Na 2CO3 (0,394 N) usados (BTU/Lb)*gr.

6. Determinación del % azufre %Azufre=

( A−B )∗13,738 M

Donde, A= Masa del azufre B= 0,000629 M= Peso de la muestra de carbón. %Azufre=

( A−B )∗13,738 ( 0,0462−0,000624 )∗13,738 = =0,6141 M 1,0196

Tabla de resultados %

%

%

Índice de

Poder

%

cenizas 0,92

humedad 1,96059

volátiles 9,3525

hinchamiento 0

calorífico azufre 14055,5451 Btu/ gr0,61

Tabla de comparación

ANALISIS DE RESULTADOS Al comparar los resultados obtenidos en la muestra de carbono se encontró que el porcentaje de humedad, el porcentaje de volátiles y el índice de hinchamiento están dentro del rango de clasificación tipo magros antracita, por otro lado el porcentaje de cenizas dio como resultado 0,92, el cual no coincide dentro del rango para este tipo de carbón, debido a errores en el momento de realizar la practica

CONCLUSIONES 

Al presentarse un porcentaje alto de humedad en la muestra, la combustión del carbón fue más lenta.



Debido a que índice de hinchamiento en ambas pruebas fue cero, se puede afirmar que el carbón no es coquizable ya que no se aglomeró y por tanto su resistencia mecánica es nula, aunque esto no quiere decir que no es útil en la industria, este tipo de carbón se usa para la producción de energía eléctrica.



El poder calorífico y el % de azufre van de la mano ya que son las principales propiedades que definen si un carbón es combustible o no. En el caso de nuestra muestra de carbón, el poder calorífico obtenido fue 14055, 5451 Btu/gr con un % de azufre de 0,6141, por lo cual se puede afirmar que este es un carbón combustible con bajos porcentajes de emisión de ácidos en la atmosfera provocados por el azufre, lo que lo hace un combustible no tan contaminante, pero si cabe resaltar que el azufre por ser un material fragilizante en los aceros no debe superar una mínima cantidad, debido a esto los carbones usados en la industria siderúrgica deben contener muy poco de este contaminante.



Al finalizar las practicas se pudo determino que el carbón por tener un alta calidad resulta ser un buen reactivo en aplicaciones energéticas, ya que la liberación de volátiles tiende a ser lenta por su alto contenido de carbono fijo; generando una disminución en el uso y transformación de procesos termoquímicos.

BIBLIOGRAFIA 

Zapata, R. B., Bayer, J. P., & Jiménez, C. S. (2014). Carbones colombianos: clasificación y caracterización termoquímica para aplicaciones energéticas. (Spanish). Revista ION, 27(2), 43-54.

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Fuentes de energía no renovables El carbón Capitulo 3, Tecnología Energética, disponible en :

http://josanna.webs.uvigo.es/pdf/Tecnologia_Energetica/Carbon/TEN-, T03_Anexo-Carbon.pdf 

Carbones y combustibles, presentación, profesor pedro delvasto, Uis, 2015, archivo Pdf.