Beneficiated coals char morphology

Morfología de carbonizados de carbones beneficiados

Este trabajo evaluó la morfología de carbonizados beneficiados y sin beneficiar (originales) de cuatro carbones colombianos: El Cerrejón (Guajira), La Jagua (Cesar), Guachinte (Valle) y Nechí (Antioquia). Los carbones beneficiados se obtuvieron usando un proceso de flotación en columna, mientras que los carbonizados, en un reactor tubular de caída a 1000 oC, con una velocidad de calentamiento de 104 oC/s y un tiempo de residencia de 100 ms. Los carbonizados se analizaron usando análisis de imagen, con la cual se determinó su forma, tamaño, porosidad y espesor de pared. Se encontró que la morfología de los carbonizados depende del rango del carbón y de su composición maceral. Características morfológicas tales como alta porosidad, menor espesor de pared y morfología tipo red, adecuadas para una mejor combustión, se encontraron en los carbones de menor rango y ricos en vitrinita y liptinita. Se halló que los carbonizados de carbones beneficiados poseen mejores características morfológicas en comparación con los carbonizados de carbones originales.

Introducción

La combustión de carbón pulverizado se utiliza ampliamente para generar electricidad; el carbón se tritura, se pulveriza y se inyecta en una caldera mediante aire a presión. El carbón pulverizado tiene una gran superficie, lo que facilita su combustión en los quemadores (Lawrence, 1998). Esta combustión consta de dos etapas. La primera etapa comprende una pirólisis rápida en la que se producen gases, material volátil y productos de alquitrán no volátiles y se forma un sólido llamado carbón vegetal; éste sufre cambios morfológicos determinantes para su posterior reactividad. Después de esta etapa se producen una serie de reacciones homogéneas gas-gas y heterogéneas gas-líquido y gas-sólido entre los productos generados en la primera etapa, incluyendo la oxidación del char que representa la etapa dominante del proceso global de combustión (Rojas y Barraza, 2007).

La morfología del carbón depende de las características del carbón original, por ejemplo, el tipo de maceral, el rango, el tamaño de las partículas, el contenido y el tipo de materia mineral, y de las variables del proceso, como la temperatura de formación, la velocidad de calentamiento, la atmósfera gaseosa y el tiempo de residencia. Yu (2007) y Cloke (2000) demostraron que la estructura del carbón depende de su rango y está vinculada a sus propiedades termoplásticas durante su calentamiento. Los carbones de bajo rango producen estructuras de tipo red. Se produce un aumento de su aromaticidad y fusibilidad a medida que aumenta su rango; el char de tipo red se reduce y luego se forma un char de tipo esférico.