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Articulo de referencia

fábrica de coque

Una moderna planta de coquización: la planta Carbonaria en Duisburg -Schwelgern, operada por ThyssenKrupp desde 2003. La planta de coquización Prosper de ArcelorMittal en Bottro...

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Una moderna planta de coquización: la planta Carbonaria en Duisburg -Schwelgern, operada por ThyssenKrupp desde 2003.
La planta de coquización Prosper de ArcelorMittal en Bottrop , con su torre de enfriamiento (derecha) y gasómetro de baja presión (izquierda) (construcción de Thyssen).

Una fábrica de coquización o planta de coquización es donde se sintetizan coque y gas manufacturado a partir de carbón mediante un proceso de destilación seca . Los componentes volátiles del carbón pirolizado , liberados al calentarlo a una temperatura de entre 900 y 1400 °C (1650 y 2550 °F) , generalmente se extraen y recuperan. También existen plantas de coquización donde se queman los componentes liberados: esto se conoce como proceso de recuperación de calor. Posteriormente, se forma una capa de ceniza en la superficie del coque resultante. [ 1 ] La desgasificación del carbón confiere al coque una porosidad muy deseada. Los gases se descomponen mediante condensación fraccionada en alquitranes de hidrocarburos , ácido sulfúrico , amoníaco , naftaleno , benceno y gas de coque; estos productos se purifican posteriormente en reactores químicos . Alemania aún cuenta con cinco plantas de coquización en funcionamiento (a fecha de 2010) para satisfacer las necesidades de su industria nacional. [ 2 ]  

El coque se utiliza principalmente para producir hierro fundido en altos hornos , que sigue siendo su principal uso en la actualidad. La desgasificación reduce considerablemente su contenido de azufre, lo que permite a la industria siderúrgica producir hierro fundido de mayor calidad con menores emisiones. Además, la ceniza de coque tiene prácticamente la misma composición que el carbón común. [ 3 ]

Historia y principios

Interior de un horno de coque (1976, Gales).
La planta de coque de Monckton en Royston, South Yorkshire, en funcionamiento, descargando coque incandescente de uno de los hornos de la izquierda en 2013.

En los inicios de la metalurgia ferrosa , el carbón vegetal se utilizaba exclusivamente en la producción de minerales . [ 4 ] Los carbones fósiles crudos ( lignito y carbón negro ) o la madera sin carbonizar no son adecuados para la metalurgia del hierro , ya que su contenido de impurezas impide que alcancen una temperatura lo suficientemente alta como para producir hierro fundido de buena calidad. La demanda de carbón vegetal , obtenido de hornos de coque que funcionaban de forma muy similar a las modernas plantas de coquización, provocó deforestaciones masivas que desfiguraron permanentemente regiones enteras (por ejemplo, el bosque de Ashdown en Inglaterra). No fue hasta el siglo XVIII que se concibió la idea de purificar el carbón natural en plantas de coquización. El nuevo combustible pronto sustituyó por completo al carbón vegetal, lo que hizo posible la producción en masa de hierro fundido y, por consiguiente, la construcción de los ferrocarriles. [ 5 ] [ 6 ]

Calentar carbón en ausencia de aire produce coque, un combustible particularmente rico en carbono que es más puro y de mayor calidad que el carbón natural. Al controlar el proceso, se pueden lograr niveles de rendimiento específicos con las siguientes propiedades: [ 7 ]

El coque se utiliza con mayor frecuencia en altos hornos y fundiciones . Una de las propiedades más importantes del coque de alto horno es su dureza, que conserva incluso a altas temperaturas: así, al servir como combustible, garantiza la estabilidad de la pila de minerales de hierro y fundente , mientras que el carbón duro común se quemaría y dificultaría la oxigenación de la mezcla. [ 8 ]

Descripción

Hornos de coque

emisión de gases.
Interior de un horno de coque: detalle (1942, EE. UU.).

El horno de coque es el elemento central de una planta de coquización. Los hornos horizontales, que son los más utilizados (son adecuados para monitorear las distintas etapas de extracción), tienen forma de compartimentos estrechos (aprox. 50 cm (20 pulgadas) de ancho), pero de varios metros de alto y varios metros de profundidad. Los compartimentos modernos tienen un volumen de hasta 100 m³ (3500 pies³ ) (por ejemplo , 0,5 m × 6 m × 32 m (1,6 pies × 19,7 pies × 105,0 pies) ). Por lo general, estos hornos se disponen en batería, separados por inyectores de gases que se queman entre 1200 y 1400 °C (2190 y 2550 °F) , lo que garantiza que se mantenga la temperatura interna. Estos gases provienen de los extractores de humos, que también aseguran la recuperación de calor. El gas del alto horno también puede utilizarse para calentar los pisos inferiores, donde se mezcla con el gas procedente del tostador de carbón. Cada media hora, el calentamiento de la batería de hornos se alterna entre los laterales y la parte superior para garantizar un tostado isotrópico del carbón. [ 9 ]                

Tras una fase inicial de aproximadamente tres meses después de la puesta en marcha, el sistema de calefacción de una planta de coquización funciona de forma continua. Un calentamiento demasiado rápido o una parada demasiado brusca conlleva tensiones térmicas que provocan daños irreparables en los hornos. [ 9 ]

Los hornos, como los altos hornos, están revestidos internamente con capas refractarias de chamota o silicato . Cada horno tiene tres aberturas: las puertas delantera y trasera, que tienen aproximadamente el mismo ancho que el horno, y la escotilla de llenado/vaciado en la parte superior. Un rastrillo oleohidráulico ajusta las capas de carbón horizontalmente dentro del horno. [ 10 ] [ 11 ]

El techo

Vista de los hornos, en el lado de alimentación (visible al fondo), en la planta de coquización de Zollverein, que forma parte del Patrimonio Mundial de Essen .

El techo no es solo la losa de cierre de la batería de hornos: también es donde la grúa puente que transporta el cubo de carbón carga cada horno individualmente. Para el trabajador a cargo de esta operación, la exposición al riesgo es máxima: el polvo, el calor y las llamas hacen que la tarea sea extremadamente peligrosa. [ 11 ]

contenedores de carbón

Según el tipo de horno, los depósitos de carbón se ubican en la parte superior de la batería de hornos o en un extremo. Cada depósito contiene la cantidad de carbón necesaria para llenar un horno. Estos depósitos contienen una mezcla de carbones especialmente seleccionados por la calidad del coque que se va a producir, y previamente cribado o pulverizado. [ 11 ]

Pantalla de barra

La rejilla de barras es un carro móvil sobre rieles, ubicado a lo largo de un lado de la batería de hornos. Está diseñada para extraer las briquetas de coque de los hornos y transportarlas al sitio de procesamiento. Está equipada con un brazo articulado, generalmente con dos articulaciones, capaz de recorrer toda la longitud de la batería de hornos. La unidad de potencia hidráulica se encuentra en la base de este brazo articulado. El pasillo frente a los hornos a lo largo de los rieles se denomina pasillo principal; debe permitir el paso simultáneo del trabajador encargado de cerrar las puertas y del capataz. [ 11 ]

Secuencia de operaciones

Hornos de batería en las Forges de Völklingen.
  • El carbón se introduce en el horno, se mezcla, se tritura y se compacta;
  • Una grúa aérea abre la compuerta de alimentación en la parte superior del horno;
  • Descarga de carbón en un solo horno;
  • Dependiendo del tipo de horno o de la calidad del carbón, la adición de carbón;
  • Cierre hermético del horno;
  • Calefacción;
  • A continuación, se procede a la desgasificación y a esperar a que se alcance la porosidad suficiente;
  • Apertura de las puertas de los extremos del horno;
  • recuperación de cocaína;
  • Extinción y alimentación simultáneas del horno para el siguiente ciclo. [ 5 ]

Una vez que el horno está lleno, el alimentador regresa a la tolva de carbón y carga el siguiente horno. Los ciclos están programados para que se pueda iniciar un nuevo horno cada dos minutos. Las paredes del horno se calientan continuamente. Dependiendo de las propiedades de los ladrillos de coque y del tamaño del horno, la cocción dura entre 15 y 30 horas. [ 5 ]

Extinción de coque

El coque necesita enfriarse con especial rapidez, porque en cuanto entra en contacto con el aire ambiente, su temperatura extremadamente alta provoca que empiece a arder. [ 12 ]

Existen dos formas de enfriar el coque:

Refrigeración húmeda

  • Este proceso requiere aproximadamente 2 m³ (71 pies³ ) de agua por tonelada de coque ;  
  • Se pierde calor;
  • Casi un tercio del agua se disipa en forma de vapor;
  • La purificación de este vapor, contaminado con ácido sulfúrico, polvo y gases de agua , sigue siendo un problema.

En 1986, se encontraron entre 0,2 y 2 kg (0,44 y 4,41 lb) de impurezas sólidas por tonelada de coque durante el enfriamiento. Gracias al moderno proceso de enfriamiento rápido para la estabilización del coque, esta cantidad se ha reducido a entre 10 y 15 g/t (0,36 y 0,54 oz/tonelada larga) . [ 12 ]    

Refrigeración seca

Esto se suele llevar a cabo con nitrógeno líquido , elegido como gas inerte .

  • Esta técnica ahorra energía;
  • Evita extraer agua del medio ambiente natural;
  • Libera menos polvo;
  • Al ser menor el contenido final de agua, se obtiene un coque de calidad superior;
  • Por otro lado, el proceso es costoso en términos de inversión y mantenimiento, un aspecto que algunos expertos y contratistas ponen en duda. Esto es especialmente cierto en el caso de la recuperación de energía, que reduce los costos operativos anuales. En China, el segundo mayor productor de acero del mundo, Nippon Steel Corporation estima que sus inversiones en refrigeración en seco generan ahorros de entre el 20 % y el 33 %. [ 12 ] [ 13 ]

La fase gaseosa

Hacia mediados del siglo XIX, los industriales se percataron del valor de los gases residuales para la industria química . Los destiladores utilizados para lavar los gases y separar sus componentes solían montarse en la base de la batería de hornos y conectarse mediante tuberías estancas. Los gases se extraen mediante ventiladores, que deben mantener una sobrepresión de entre 2 y 5 mbar (200 y 500 Pa ) para evitar cualquier riesgo de explosión en el horno debido a la entrada de aire exterior. Si el ventilador se bloquea, se produce una quema de gases rutinaria. [ 14 ]  

El gas de carbón se enfría y se lava en un depurador ; luego, los productos de condensación se separan y se envían a varias plantas. [ 15 ]

Subproductos

Plantas de coquización en el siglo XXI

La planta de coquización de Prosper con la columna de vapor que emerge de su torre de enfriamiento húmedo.

Entre 2002 y 2004, la demanda de acero provocó que el precio del coque producido en China se disparara de 80 dólares a casi 350 dólares, más del cuádruple de su precio y tres veces superior al aumento simultáneo del precio del propio acero. [ 16 ]

Al mismo tiempo, los chinos desmantelaron la moderna planta de coquización de Kaiserstuhl en Dortmund , en la región del Ruhr , y la reconstruyeron en China. [ 17 ] La última planta de refrigeración en seco de Alemania no pudo cubrir la demanda, ya que el grupo ThyssenKrupp consolidó sus plantas siderúrgicas en Dortmund y Duisburgo . [ 16 ]

Las tres últimas plantas de coquización en funcionamiento en el Ruhr —la planta de coquización ArcelorMittal Prosper en Bottrop , la planta de coquización Carbonaria/ ThyssenKrupp en Duisburg -Schwelgern y la planta de coquización en la central térmica de Duisburg-Huckingen— han estado operando al límite de su capacidad desde 2010. El 3 de junio de 2005, las autoridades del distrito de Düsseldorf aprobaron la ampliación de la planta de coquización de Duisburg-Huckingen para HKM (Hüttenwerke Krupp Mannesmann) por considerarla de interés público, aprobación que se confirmó el 13 de enero de 2006. La planta de coquización se inauguró el 29 de marzo de 2014. [ 18 ]

En diciembre de 2005, se aprobó la modernización de la planta central de coquización de Saarland (Zentralkokerei Saar GmbH) en Dillingen. Esto implica la construcción de una tercera batería de hornos completamente nueva. Esto permitirá, en última instancia, la descontinuación de la batería de hornos 1, que será reconstruida. La batería 2 se desmantelará gradualmente. [ 19 ]

En Francia, en noviembre de 2000, estaban en funcionamiento 6 plantas de coquización: 3 propiedad del grupo siderúrgico Usinor en Serémange , Dunkirk y Fos-sur-Mer , 2 propiedad de Charbonnages de France en Drocourt y Carling , y la planta suspendida de Pont-à-Mousson [ 20 ] [ 21 ] . En mayo de 2020, tras el cierre de la planta de coquización de Serémange, solo permanecerán en funcionamiento las plantas de Dunkirk y Fos-sur-Mer. [ 22 ]

La planta de coquización de Carling fue clausurada en octubre de 2009 debido a la contaminación por policlorobifenilo y demolida por completo en 2014. [ 23 ]

Planta de coquización Schwelgern GmbH.

Política industrial

Ante el continuo aumento del precio del coque, varios defensores del sector han planteado a las autoridades alemanas la rentabilidad de reabrir ciertas minas de carbón. Por ejemplo, existe un proyecto financiado íntegramente con capital privado para abrir una mina al norte de Hamm , pero la magnitud de la inversión lo hace inviable. [ 24 ] Los escépticos temen que la inversión en este sector durante el ciclo económico actual pueda tener consecuencias para las finanzas públicas en caso de escasez. [ 25 ]

Véase también

Bibliografía

  • Brückner, Horst (1938). Handbuch der Gasindustrie (en alemán). Múnich y Berlín: R.Oldenbourg.
  • Buschman, Walter (1998). Zechen und Kokereien im rheinischen Steinkohlenbergbau. Aachener Revier und westliches Ruhrgebiet (en alemán). Berlín: Mann. ISBN 3-7861-1963-5.
  • Osses, Dietmar (2002). Kohle, Koks, Kultur. Die Kokereien der Zeche Zollverein (en alemán). Dortmund: Stiftung Industriedenkmalpflege und Geschichtskultur. ISBN 3-935783-09-4.
  • Ress, Franz Michael (1957). Geschichte der Kokereitechnik (en alemán). Essen: Glückauf.
  • Schreiber, Fritz (1911). Entwicklung und gegenwärtiger Stand der Kokereiindustrie Niederschlesiens (en alemán). Berlín: Springer.
  • Farrenkopf, Michael (2003). Koks. Die Geschichte eines Wertstoffes (en alemán). vol.  2. Bochum: Museo de Minas de Alemania.

Referencias

  1. ↑ Uhde. "Competencia y saber hacer por tradición: una nueva dimensión en la tecnología de producción de coque" (PDF) . Thyssen-Krupp .
  2. ↑ "Fabricación de coque" (PDF) . Manual de prevención y reducción de la contaminación . 1998.
  3. ↑ Adhya, Sourav. "Metalurgia Ferrosa-1" (PDF) . Departamento de Ingeniería Metalúrgica . Lección 2: Planta de Alto Horno.
  4. ^ Sieferle, Rolf Peter (1982). Der unterirdische Wald. Energiekrise und industrielle Revolution (en alemán). Múnich: Manuscriptum Verlagsbuchhandlung.
  5. 1 2 3 "Industria metalúrgica" (PDF) . 2012.
  6. ↑ Mountjoy, Eileen. "Historia de la Coca-Cola" . Universidad de Indiana de Pensilvania .
  7. ↑ "Carbonización del carbón" (PDF) .
  8. ↑ Kardas, Edyta; Pustějovská, Pavlína (2019). "Calidad del coque utilizado en el proceso del alto horno: análisis de parámetros seleccionados" . Sciendo . 1 (1): 602– 609. doi : 10.2478/cqpi-2019-0081 .
  9. 1 2 "Planta de subproductos de horno de coque" . IspatGuru .
  10. ↑ "Alto horno" (PDF) . Siemens .
  11. 1 2 3 4 "Cómo funciona un alto horno" (PDF) .
  12. 1 2 3 Dipl Ing Dr Hollenhorst, Dieter (1989). "Método para enfriar coque a alta temperatura" .
  13. ↑ Yamaguchi, Mitsutsune (2005). Estudio de caso de transferencia de tecnología entre Japón y China en la industria siderúrgica (PDF) . Japón: Taller en sesión sobre mitigación en SBSTA22, Universidad de Teikyo.
  14. ↑ "Producción de gas para hornos de coque" . Alfa Laval .
  15. ^ Pagador, Theo; Baum, Wilhelm (2016). Gasreinigung und Nebenproduktgewinnung (PDF) (en alemán). Fischer-Tropsch.
  16. 1 2 "Precios de la cocaína al por mayor" . Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático .
  17. ↑ Willeke, Stefan (2004). Herr Mo holt die Fabrik - Die modernste Kokerei der Welt zieht von Dortmund nach China (en alemán). Die Zeit.
  18. ↑ "Tecnologías de plantas de coque" . Thyssenkrupp .
  19. ↑ "Las nuevas baterías de hornos de coque" (PDF) . Paul Wurth (grupo SMS) .
  20. ^ Corbión, Jacques (2003). Glossaire du haut fourneau : Le langage... (savoureux, parfois) des hommes du fer et de la zone fonte, du mineur au... cokier d'hier et d'aujourd'hui, 5, 2003 (PDF) (en francés). Le savoir... fer. 
  21. ^ Ambrosi, Pascal (1999). "Pont-à-Mousson va fermer une cokerie en Meurthe-et-Moselle" . Les Échos (en francés).
  22. ^ Pelleray, François (2020). "La coquerie d'ArcelorMittal s'éteint à Serémange-Erzange" . Francia Bleu Lorraine Nord (en francés).
  23. ^ Kratz, Bernard (25 de mayo de 2013). "La cokerie de Carling s'efface du paysage" . Le Républicain Lorrain (en francés).
  24. ↑ "Förderstandort Donar: Pläne für endgültig begraben" . www.wa.de (en alemán). 2013-02-07 . Consultado el 10 de mayo de 2024 .
  25. ↑ Safirova, Elena. "La industria minera de Alemania" (PDF) . USGS . Alemania.