HIDROGENACION DEL CARBON: ¿RETORNO AL PASADO?

[Javier Dufour Andía]

La hidrogenación del carbón tiene como objetivo adicionar hidrógeno a la estructura del carbón, rompiéndola en la mayor extensión posible para obtener líquidos que sean destilables. Los primeros intentos realizados por Bergius a principios del siglo pasado se basaron en preparar una suspensión del carbón en aceites pesados, donde se disolvía parcialmente, y aplicar altas temperaturas y presiones con el objetivo de craquear la estructura del carbón. Posteriores mejoras consistieron en la introducción de un catalizador (óxido de hierro, níquel-molibdeno o cobalto-molibdeno sobre alúmina) y de hidrógeno que moderaron las condiciones a aplicar, pasando de 900 a 400-450 ºC y de 1.000 a 150-200 bar.

En cualquier caso, estas condiciones siguen siendo extremas y esto ha motivado que, excepto en condiciones excepcionales, esta tecnología no haya podido competir con los productos derivados del petróleo. Tales condiciones son naciones sometidas a embargos comerciales, como Alemania durante las Segunda Guerra Mundial o Sudáfrica desde los 50 hasta mediados de los 80 del siglo pasado, o que los precios del crudo sean muy elevados, precisamente como en la actualidad.

Este panorama actual ha hecho que ciertos países con grandes reservas de carbón hayan vuelto sus ojos hacia la hidrogenación, junto con otras tecnologías como la gasificación de carbón con posterior transformación Fischer-Tropsch (licuefacción indirecta del carbón). De entre todos ellos, China ha tomado la delantera construyendo la primera planta basada en licuefacción directa, todo ello motivado por sus necesidades ingentes de crudos de petróleo. Las expectativas suponen que para el 2020 necesitará 450 millones de toneladas con una dependencia de la importación del 60 al 62%.

La empresa Shenhua Group Corporation Ltd. es la propietaria de dicha planta, que será puesta en marcha durante el 2007 en Majiata, utilizando la tecnología de la empresa Hydrocarbon Technologies Inc. Se trata de un proceso de doble etapa de reacción (ver figura adjunta) en el que la mayor parte de la hidrogenación se produce en la primera de ellas, actuando el disolvente (fracciones pesadas recirculadas de la propia planta) como donante de hidrógeno, mientras que en la segunda el disolvente se resatura y se completa la hidrogenación del carbón. Las condiciones de operación son 435-460 ºC, 170 bar y catalizador basado en hierro con tamaño en la nanoescala.

La planta diseñada es capaz de tratar hasta 6.000 toneladas por día de carbón y el hidrógeno necesario se producirá “in situ” en el complejo por gasificación del propio carbón con una capacidad nominal de 240.000 m3 por hora. Se esperan obtener más de 1 millón de toneladas al año de diferentes productos, mayoritariamente combustibles:

Producto

Producción (t/a)

Propano-butano

70.000

Naftas (gasolinas)

320.900

Gasóleo diesel:

620.800

Amoniaco (líquido)

11.500

Azufre

40.600

Fenol

3.500

TOTAL

1.067.300

Una de las ventajas de estos combustibles es su casi nulo contenido en azufre por los enérgicos tratamientos con hidrógeno y su buen rendimiento en los motores de combustión, especialmente el gasóleo, por su composición.

Se esperan alcanzar buenos resultados con esta primera planta, de tal forma que ya existen otras tres en proyecto en la misma China y se están realizando estudios de viabilidad en India y Filipinas.

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Comentarios

La imagen que has colgado no se ve apenas, ¿podías cambiarla?

Me parece muy interesante lo que comentas. Hay dos cuestiones que nquizás convengan comentar:

1) el efecto sobre el medio de los residuos.

2) 2020 está a la vuelta de la esquina, y si cunde el ejemplo ¿podríamos soñar con un futuro en la energía menos contaminate, más barata y no monopolizada?

Estimado Jorge.

Gracias por los comentarios. Estamos tratando de mejorar la calidad de la imagen, pero de momento se nos resiste.

En cuanto a los residuos, no dispongo de datos exactos, pero, en principio, las emisiones serían similares a las de una refinería, si tenemos sólo en cuenta la planta de hidrogenación. Quizá el balance fuera menos favorable si tuviéramos en cuenta la gasificación del carbón para la obtención de hidrógeno. Un estudio interesante sería realizar un Análisis de Ciclo de Vida de los combustibles obtenidos por esta vía y la tradicional. En lo referente a residuos sólidos, en estas plantas se generan los relacionados con el catalizador agotado. No conozco si tienen pensado algún tratamiento específico, pero si solamente se componen de óxido de hierro, cenizas y restos de carbón, e hidrocarburos podrían alimentarse a un horno alto (por supuesto que previamente habría que ver su compatibilidad en cuanto a propiedades mecánicas y físicas) o a un horno de cemento.

De momento la tecnología es bastante cara y sólo es rentable para países que dispongan de grandes cantidades de carbón de calidad (con bajos contenidos de contaminantes) y bajos costes de mano de obra. Además es una tecnología que se beneficia claramente de la "economía de escala", es decir, deben construirse plantas que permitan grandes producciones para disminuir costes. Según se vayan construyendo más plantas la tecnología será más asequible. No obstante, no creo ésta opción sea viable a corto o medio plazo para países que no dispongan de materias primas de las características adecuadas.

Una clara ventaja de esta forma de obtener combustibles es que se evita la dependencia de los países productores de petróleo. Todos conocemos bien el efecto que tiene esta concentración de recursos petrolíferos sobre los precios, la economía y la estabilidad mundial.

en estos monentos me estoy preparando para realizar mi trabajo de grado y considencialmente tiene que ver con la liquefación de carbón, necesito proponer un solvente donor de hidrógeno y un catalizador (ambos económicos) para este proceso, me encantari a que si tienen algunas ideas me las hagan llegar.

Hola Oscar.

El catalizaror puede ser Fe2O3 (hematita) con un tamaño adecuado. En cuanto al disolvente se usan fracciones pesadas como DAO (deasphalted oil) o HAGO (heavy atmospheric gas oil) que se recirculan dentro del propio proceso. No obstante, deben rehidrogenarse en cada ciclo, para ello se usa el segundo reactor y el aporte de hidrógeno fresco

encuentro muy interesante el tema del carbon,me gustaria saber en cuanto es el orden de la inversion para este tipo de procesos.

Tambien me gustaria ver la posibilidad de que me manden informacion de todo lo que respecta a la gasificacion del carbon.

Hola Juan José.

La inversión de estas plantas es muy alta (no hay que olvidar que se beneficia de la economía de escala), podríamos hablar de varias decenas de millones de euros.

En cuanto a gasificación consulta la página web del Department of Energy de EE.UU. (www.doe.gov)

Con respecto a la hidrogenacion del carbon esto lleva a disminuir los indices de contaminates, mi pregunta es ¿El fin es llegar a cero emisiones mejorando la capacidad energetica del carbon o equiparala al gas?, y lo otro ,cuando se refiere que el proceso se hara in stu, se refiere a que el proceso va estar en lugar donde se encuentre la planta termica o en el lugar de extraccion del carbon?.

gracias por el dato de la web,y por responder

Hola Juan José.

La hidrogenación conduce principalmente a combustibles líquidos usados en automoción, no a gas, por lo que no se trata de una centrl térmica. Las planats más parecidas serían las refinerías.

La disminución de contaminación se produce porque, al hidrogenar el carbón, los combustibles obtenidos están exentos de azufre y otros contaminantes, ya que se eliminan en el proceso de obtención. Además el diesel obtenido es de alta calidad para los motores actuales, asegurando un mejor quemado.

Si comparamos con el carbón original, también se mejora por la misma razón anterior y porque los líquidos se queman mejor con los sólidos, obteniéndose mayores rendimientos.

En cuanto a lo de "in situ" me refiero a que el hidrógeno se obtiene en el mismo complejo que la planta de hidrogenación. Por economía, el ciatdo complejo debe estar cerca de los yacimientos de carbón.

Saludos

¿sabrias decirme que cantidad de combustible se podria producir por tonenada de carbon?

Gracias.

Se obtienen entre 0,15 y 0,20 toneladas de productos por tonelada de carbón. El reparto entre los distintos productos puedes encontrarlo en el texto de la noticia.

Los datos anteriores no eran exactos. a producción es de 0,5 toenaldas de producto por tonelada de carbón.

Buenos días Sr. Javier Dufour,

Actualmente, desarrollo un Proyecto de Grado donde debo utilizar un Catalizador Ambientalmente Amigable (Niquel-Molibdeno) para el proceso de hidrogenación de Aceites Usados, el cual permitirá desincorporar el contenido de compuestos sulfurosos, hidrogenados y otras impurezas que inadecuan el perfil de la Base o Básico Lubricante a obtener. Sin embargo, tengo un problema con la disponibilidad del mencionado Níquel-Molibdeno (Es difícil conseguirlo en Venezuela y no es económico), por lo tanto me he visto en la imperiosa necesidad de sustituirlo pero no sé cuál otro catalizador cumpla las mismas funciones, sin olvidar su carácter inocuo al ambiente. Si usted puede recomendarme alguno, le estaría eternamente agradecido.

Sin otro particular a que hacer referencia, me despido.

Atentamente,

JESÚS CEDEÑO DÍAZ

Estudiante Ingeniería de Petróleo (VENEZUELA)

P.D.: Conozco el Cobalto-Molibdeno, pero tiene las mismas desventajas del Níquel-Molibdeno. Por otro lado, había pensado en la Hematita (Fe2O3), pero necesito una opinión especializada.

Hola, ¿podrian proporcionar informacion sobre cantidades de residuos de catalizador agotado en España? En su defecto, ¿podrian proporcionar donde dirigirme?

Muchas gracias

me parese q mas habla de la historia q de lo que significa hidrogenizasion .

mi persona nesecita saber mas sobre hidrogenasion pero en forma tecnica y aplicable chau y no lo tomen amal

No si al final sacamos el viejo coche del abuelo que funcina con gasogeno…saludos

No se trata de volver a los coches con "gasógenos", sino de aprovechar un combustible sólido con grandes reservas en todos los continentes para su aplicación en transporte sin emitir grandes cantidades de contaminantes. Los combustibles obtenidos por hidrogenación de carbón tienen cantidades mucho más bajas de azufre y nitrógeno que los provinientes del petróleo (en realidad, están casi exentos de ellos)

Estimado Jesús.

En primer lugar lamento la tardanza en contestarte. En cuanto a la preguntas que realizas, no soy especialista ena la hidrogenación de aceites, pero, "a priori", la hematita podría ser una solución, aunque probablemente la actividad sea menor. En cualquier caso es importante que controles el tamaño de partícula.

Otra posibilidad es que dopes la hematita con Ni.

Javier, muy interesante, actualmente investigo procesos para la desmercaptanizacion, me puedes enviar lo relacionado que poseas y si sabes de refrigerantes no-ozono-agotable, o ecologicos te lo agradesco, muy buena esta informacion te felicito.

Frente a las costas asturianas existen depresiones geológicas de 4000 mtrs de profundidad.Montar un sistema termo-sifón para obtener trabajo, utilizando CO2 liquido (trabajando a bajas temperaturas 200ºK-300ºK-),ó H2O trabajando a altas temperaturas y presiones (600ºK-290ºK-2OO-600Kg/cm2):Se obtiene energía electrica para obtener hidrógeno y oxigeno.Estos gases son transportados por tuberias hasta la costa para ser empleados en la gasificación (oxígeno) y en la hidrogenación del alquitran obtenido por destilación del carbón. De este modo obtener combustibles para la automoción sería muy rentable, claro que la obra sería "faraonica", pero a grandes males;grandes remedios

Hola me agrada escuchar lo referente a la hidrogenación del carbón

requiero con caracter de urgente un proceso que no sea el mismo del premio nobel alemán Bersius de la segunda guerra mundial , yo tengo la tecnologia para obtener hidrogeno a partir de agua de mar

solo requiero el Know-How para hidrogenar el Carbón, que tambien tengo en grandes cantidades . Finalmente solo requiero tratar con expertos en la materia para que nadie pierda su tiempo, si alguien esta interesado en el tema, lo podemos negociar económicamente

conciliando intereses de ambas partes en una forma congruente.

Finalmente quedo en espera de sus noticias y gracias por atender mi

petición.

Saludos

J.Valerio R.

La liquefaccion del carbon via síntesis con el uso de catalizador es de oxido de hierro resultan los mas adecuados y económicos para procesos de alta presión y grandes rendimientos de CH4 y/o cadenas abiertas de hidrocarburos.

Es un reto que se debe de poner en primer orden a investigar mas a fin de realizar procesos mas simples para su tratamiento o mejorar esta para minimizar los costos de produccion, pues es hora de tranformar nuestras materias primas en alternativas de bondad, me gustaria realizar una tesis sobre este tema.

Es asombroso que puedas hablar de este tema. En otras épocas estaba prohibido puesto que la Argentina es uno de los países que posee carbon ej. en Rio Turbio y el plan quinquenal del Gral Perón quiso desarrollar energia alternativa igual que lo hizo Alemania antes de las dos guerras mundiales. Desafortunadamente nuestro país se vió y continua siendo sometido energéticamente para no lograr nunca el autoabastecimiento en materia energética. No creo que exista forma de revertir ésta situación de dominio dado los fuertes intereses políticos “extranjeros”. China puede hacerlo porque tiene la bomba atómica y el ejército más grande del planeta.Desde que “el Carlo” rifó Y.P.F. nadie más intentó revertir nada en materia energética y hoy en día se matan por continuar explorando petroleo en frente de nuestras costas.La pregunta del millon que yo me hago: cuantos argentinos pueden entender algo de éste tema y hacer algo al respecto? Llegaremos a ser pronto como Costa de Marfil exanguinado de recursos, tierras, minerales, diamantes y petroleo y luego nos mataremos entre nosotros por un poco de harina?
Como post data te informo que la película “the formula” con Marlon Brando y George Scott del año 1976 habla muy claro de éste tema. Mirala y te vas a sorprender de la claridad conceptual sobre hidrogenación del petroleo.

quisiera saber si en estos que han pasado alguien a obtenido resultados experimentales
gracias

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