Análisis Próximo Carbón
Análisis Próximos
ASTM D3172 Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke.
El análisis próximo de carbón según norma ASTM D3172 se define como la determinación de humedad, cenizas, materia volátil y carbono fijo. En nuestro medio y con fines comerciales e industriales se incluye la determinación del poder calorífico y el azufre esto equivale a los análisis próximos completos.
Humedad Residual
ASTM D 3173 Test Method for Moisture in the Analysis Sample of Coal and Coke.
Es la humedad que pierde un carbón seco al aire cuando se le somete a una temperatura de 106ºC. Por ejemplo, una humedad superficial entre 1,5 y 3% evita la generación de polvo. El exceso de la humedad superficial causa problemas de manejo tal como atascamiento en tolvas y reducción en el rendimiento de los trituradores, especialmente si va acompañado de un alto contenido de finos. Igualmente la presencia de una humedad muy alta retrasa el encendido del carbón dando lugar a que no exista el suficiente tiempo, para su consumo total siendo evacuado parte de él en las cenizas.
Humedad Superficial
Es la humedad que pierde el carbón cuando se le seca al aire del medio ambiente del laboratorio.
Humedad Total
ASTM D 3302 Test Method for Total Moisture in Coal.
Es la suma de la humedad superficial y la humedad residual. Es necesario conocerla en los contratos de compra y venta, en la evaluación y construcción de procesos industriales, manejo y pulverización del carbón.
Azufre
ASTM D 3177 Test Methods for Total Sulfur in the Analysis Sample of Coal and Coke.
ASTM D 4239 Test Methods for Sulfur in the Analysis Sample of Coal and Coke Using High-Temperature Tube Furnace Combustion Methods.
El azufre se encuentra en los carbones en proporciones variables desde 0,1 hasta 10%. Es una de las impurezas más preocupantes y problemáticas, considerándosele en el segundo lugar después de las cenizas. Existen varios métodos de determinarlo, ya sea por vía húmeda mediante la norma ASTM D3177 o en seco utilizando equipos tales como el analizador de azufre S32 de Leco o el analizador elemental Macanal. Se presenta en tres formas:
Pirítico, como (FeS2), muy denso, puede ser removido parcialmente mediante el lavado del carbón y es combustible.
Orgánico, no se puede remover de manera económica, es parcialmente combustible.
Sulfático no es combustible, y pasa directamente a las cenizas.
El azufre se debe conocer porque puede formar compuestos corrosivos en calderas tales como costras y escorias; Forma gases venenosos que contaminan el ambiente Se necesita para definir procesos de limpieza.
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.
El azufre es una sustancia altamente reactiva, acelera significativamente la oxidación del carbón apilado, esto reduce la posibilidad de almacenar carbón durante tiempos largos.
El carbón con bajo contenido de azufre permite el uso de temperaturas relativamente bajas a la salida de la caldera, por lo tanto, mejora la eficiencia de la misma. Generalmente no se queman carbones con más de 2% de azufre, sin dispositivos especiales para reducir la emisión atmosférica de SO2.
El azufre controla en parte la resistividad de las cenizas sobre todo a baja temperatura, para lograr la precipitación electrostática en equipos de control de material particulado.
Materias Volátiles
ASTM 3175 Test Method for Volatile Matter in the Analysis Sample of Coal and Coke.
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. Los constituyentes son principalmente agua, hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, sulfuros de hidrógeno, metano, amoniaco, benceno, tolueno, naftaleno y vapores alquitranes. Es importante en el diseño y la selección de calderas, en la clasificación de los carbones de acuerdo a las normas ASTM e ISO y en la selección de procesos de gasificación y licuefacción.
Como regla general se puede afirmar que carbones con alto contenido de volátiles combustionan más fácilmente y con llama larga (existen algunas excepciones) y si el porcentaje de materia volátil es bajo, generalmente se necesita precalentamiento más alto del carbón lo que equivale a un diseño particular de la caldera y además se requiere pulverizar a menor tamaño el carbón.
Cenizas
ASTM D 3174 Test Method for Ash in the Analysis Sample of Coal and Coke from Coal.
Las cenizas de un carbón son un producto de la combustión, es decir un residuo de la calcinación a 750ºC (ASTM) ó 815ºC (ISO) de minerales y sales existentes en el carbón.
Las cenizas diluyen la fracción combustible del carbón; forman depósitos en las paredes de los hornos y normalmente cuando están en gran cantidad se deben extraer del carbón, por estas razones se deben conocer para: seleccionar los equipos de trituración, pulverización, combustión y determinar los procesos de lavado y limpieza.
Bajos contenidos de cenizas favorecen los costos de operación y la más alta disponibilidad de los equipos.
El comportamiento de las cenizas depende de la composición. Cuando tienen alto contenido de sodio (Na2O > 2) promueve la formación de costras y con alto contenido de hierro (Fe2O3) propicia la formación de escorias.
Carbono Fijo
ASTM D3172 Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke.
El carbono fijo es la parte que no es volátil y que quema en estado sólido. Se encuentra en el residuo de coque que queda en el crisol luego de determinadas las materias volátiles. Si a este residuo se le restan las cenizas se obtiene el carbono fijo, por lo que generalmente el porcentaje de carbono fijo no se obtiene pesando el residuo, sino por diferencia una vez conocidas la humedad, las cenizas y las materias volátiles.
Es importante para calcular la eficiencia en equipos de combustión, en los procesos de carbonización y combustión de carbones; además junto con la ceniza representa aproximadamente la cantidad de coque a obtener de un carbón coquizable.
Poder Calorífico
ASTM D 5865 Test Method for Gross Calorific Value of Coal and Coke.
Representa la energía de combustión del carbono e hidrógeno en la fracción orgánica y del azufre tanto orgánico como pirítico, generalmente se expresa en Calorías/Gramo o en Unidades Térmicas Británicas (BTU/Lb).
El poder calorífico depende de la proporción y calidad de la fracción orgánica; que se ve reducida en todos los rangos por el porcentaje de humedad y ceniza. Este parámetro es el más importante a tener en cuenta en los carbones térmicos y especialmente en los contratos de compra venta; además define el tamaño de la cámara de combustión y del sistema de alimentación de carbón a la caldera u horno, pues determina la cantidad de carbón que debe ser quemado para obtener una capacidad final dada.
ASTM D3172 Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke.
El análisis próximo de carbón según norma ASTM D3172 se define como la determinación de humedad, cenizas, materia volátil y carbono fijo. En nuestro medio y con fines comerciales e industriales se incluye la determinación del poder calorífico y el azufre esto equivale a los análisis próximos completos.
Humedad Residual
ASTM D 3173 Test Method for Moisture in the Analysis Sample of Coal and Coke.
Es la humedad que pierde un carbón seco al aire cuando se le somete a una temperatura de 106ºC. Por ejemplo, una humedad superficial entre 1,5 y 3% evita la generación de polvo. El exceso de la humedad superficial causa problemas de manejo tal como atascamiento en tolvas y reducción en el rendimiento de los trituradores, especialmente si va acompañado de un alto contenido de finos. Igualmente la presencia de una humedad muy alta retrasa el encendido del carbón dando lugar a que no exista el suficiente tiempo, para su consumo total siendo evacuado parte de él en las cenizas.
Humedad Superficial
Es la humedad que pierde el carbón cuando se le seca al aire del medio ambiente del laboratorio.
Humedad Total
ASTM D 3302 Test Method for Total Moisture in Coal.
Es la suma de la humedad superficial y la humedad residual. Es necesario conocerla en los contratos de compra y venta, en la evaluación y construcción de procesos industriales, manejo y pulverización del carbón.
Azufre
ASTM D 3177 Test Methods for Total Sulfur in the Analysis Sample of Coal and Coke.
ASTM D 4239 Test Methods for Sulfur in the Analysis Sample of Coal and Coke Using High-Temperature Tube Furnace Combustion Methods.
El azufre se encuentra en los carbones en proporciones variables desde 0,1 hasta 10%. Es una de las impurezas más preocupantes y problemáticas, considerándosele en el segundo lugar después de las cenizas. Existen varios métodos de determinarlo, ya sea por vía húmeda mediante la norma ASTM D3177 o en seco utilizando equipos tales como el analizador de azufre S32 de Leco o el analizador elemental Macanal. Se presenta en tres formas:
Pirítico, como (FeS2), muy denso, puede ser removido parcialmente mediante el lavado del carbón y es combustible.
Orgánico, no se puede remover de manera económica, es parcialmente combustible.
Sulfático no es combustible, y pasa directamente a las cenizas.
El azufre se debe conocer porque puede formar compuestos corrosivos en calderas tales como costras y escorias; Forma gases venenosos que contaminan el ambiente Se necesita para definir procesos de limpieza.
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.
El azufre es una sustancia altamente reactiva, acelera significativamente la oxidación del carbón apilado, esto reduce la posibilidad de almacenar carbón durante tiempos largos.
El carbón con bajo contenido de azufre permite el uso de temperaturas relativamente bajas a la salida de la caldera, por lo tanto, mejora la eficiencia de la misma. Generalmente no se queman carbones con más de 2% de azufre, sin dispositivos especiales para reducir la emisión atmosférica de SO2.
El azufre controla en parte la resistividad de las cenizas sobre todo a baja temperatura, para lograr la precipitación electrostática en equipos de control de material particulado.
Materias Volátiles
ASTM 3175 Test Method for Volatile Matter in the Analysis Sample of Coal and Coke.
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. Los constituyentes son principalmente agua, hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, sulfuros de hidrógeno, metano, amoniaco, benceno, tolueno, naftaleno y vapores alquitranes. Es importante en el diseño y la selección de calderas, en la clasificación de los carbones de acuerdo a las normas ASTM e ISO y en la selección de procesos de gasificación y licuefacción.
Como regla general se puede afirmar que carbones con alto contenido de volátiles combustionan más fácilmente y con llama larga (existen algunas excepciones) y si el porcentaje de materia volátil es bajo, generalmente se necesita precalentamiento más alto del carbón lo que equivale a un diseño particular de la caldera y además se requiere pulverizar a menor tamaño el carbón.
Cenizas
ASTM D 3174 Test Method for Ash in the Analysis Sample of Coal and Coke from Coal.
Las cenizas de un carbón son un producto de la combustión, es decir un residuo de la calcinación a 750ºC (ASTM) ó 815ºC (ISO) de minerales y sales existentes en el carbón.
Las cenizas diluyen la fracción combustible del carbón; forman depósitos en las paredes de los hornos y normalmente cuando están en gran cantidad se deben extraer del carbón, por estas razones se deben conocer para: seleccionar los equipos de trituración, pulverización, combustión y determinar los procesos de lavado y limpieza.
Bajos contenidos de cenizas favorecen los costos de operación y la más alta disponibilidad de los equipos.
El comportamiento de las cenizas depende de la composición. Cuando tienen alto contenido de sodio (Na2O > 2) promueve la formación de costras y con alto contenido de hierro (Fe2O3) propicia la formación de escorias.
Carbono Fijo
ASTM D3172 Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke.
El carbono fijo es la parte que no es volátil y que quema en estado sólido. Se encuentra en el residuo de coque que queda en el crisol luego de determinadas las materias volátiles. Si a este residuo se le restan las cenizas se obtiene el carbono fijo, por lo que generalmente el porcentaje de carbono fijo no se obtiene pesando el residuo, sino por diferencia una vez conocidas la humedad, las cenizas y las materias volátiles.
Es importante para calcular la eficiencia en equipos de combustión, en los procesos de carbonización y combustión de carbones; además junto con la ceniza representa aproximadamente la cantidad de coque a obtener de un carbón coquizable.
Poder Calorífico
ASTM D 5865 Test Method for Gross Calorific Value of Coal and Coke.
Representa la energía de combustión del carbono e hidrógeno en la fracción orgánica y del azufre tanto orgánico como pirítico, generalmente se expresa en Calorías/Gramo o en Unidades Térmicas Británicas (BTU/Lb).
El poder calorífico depende de la proporción y calidad de la fracción orgánica; que se ve reducida en todos los rangos por el porcentaje de humedad y ceniza. Este parámetro es el más importante a tener en cuenta en los carbones térmicos y especialmente en los contratos de compra venta; además define el tamaño de la cámara de combustión y del sistema de alimentación de carbón a la caldera u horno, pues determina la cantidad de carbón que debe ser quemado para obtener una capacidad final dada.
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