Efectos de la relación atómica oxígeno / carbono en el carbono sobre la reactividad en la combustión del carbón

Effects of the Oxygen/Carbon Atomic Relation in Carbon on the Reactivity in Char Combustion

Este trabajo muestra el efecto de la relación atómica oxígeno/carbono (O/C) de carbones sobre la reactividad a la combustión usando carbonizados de tres carbones bituminosos. Los carbonizados se obtuvieron a velocidades de calentamiento de 10⁴ K/s a las temperaturas de 900, 1000 y 1100 °C, y a tres tiempos de residencia (100, 150 y 300 ms). La reactividad máxima a la combustión se determinó por termogravimetría isotérmica. Los resultados mostraron que la reactividad máxima de los carbonizados aumenta con la reducción del tiempo de residencia y de la temperatura de desvolatilización. Existe una relación lineal entre la reactividad máxima del carbonizado y la relación atómica O/C del carbón precursor, lo cual indica que el incremento en el contenido de oxígeno en el carbón precursor de los carbonizados genera un significativo incremento en la reactividad de los carbonizados.

INTRODUCCIÓN

La cuantificación a priori de la reactividad de un combustible, como el carbón, es de suma importancia en la industria de quemadores, ya que permite optimizar adecuadamente el diseño de hornos y calderas. Un sobredimensionamiento en el diseño es antieconómico, mientras que un subdimensionamiento lleva al enfriamiento de las partículas del carbonizado, lo que genera pérdidas económicas por carbono inquemado (Cumming, 1989). La reactividad de un carbón o de su carbonizado se determina por métodos térmicos, como el análisis termogravimétrico (TGA) isotérmico, a través del cual se establece la reactividad máxima, o por termogravimetría no isotérmica, para determinar las temperaturas características: temperatura de ignición, pico y final (Artos y Scaroni, 1993; Urhán, 2000). Las temperaturas características utilizadas como parámetros de reactividad de un carbón en la combustión indican que a mayores valores de ellas, el carbón es menos reactivo.

El análisis térmico se caracteriza por que elimina la influencia de la difusión molecular en las medidas de reactividad, tomando precauciones como baja temperatura, pequeño peso de muestra, pequeño tamaño de partícula (< 250 μm) y exceso de oxígeno. Los parámetros de velocidad de reacción medidos de esta manera se consideran que reflejan la influencia global de las propiedades físicoquímicas del carbonizado. Las ventajas de realizar los experimentos en un analizador termogravimétrico son la medida exacta de la temperatura de la muestra y el seguimiento del cambio del peso con el tiempo, al igual que la posibilidad de analizar los gases de combustión (Seebauer et al., 1997).