EL CARBÓN COLOMBIANO: ENERGÍA PARA EL … · Metalúrgico KTon Producción de carbón por tipo, kton . ... Productos con más valor agregado . LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN EN COMBUSTIBLES

LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN

EN COMBUSTIBLES Y ENERGÍA

J. J. DÍAZ V

EL CARBÓN COLOMBIANO:

ENERGÍA PARA EL MUNDO

OPORTUNIDADES DE

INVESTIGACIÓN

José de Jesús Díaz Velásquez

http://www6.ufrgs.br/iiicbcm/dataim.html



J. J. DÍAZ V

OBJETIVO

OFRECER UN PANORAMA GENERAL

SOBRE EL CARBÓN COLOMBIANO

Y PRESENTAR ALGUNAS

INVESTIGACIONES REALIZADAS EN EL

LICE (UNIVERSIDAD NACIONAL DE

COLOMBIA)




J. J. DÍAZ V

CONTENIDO

1. El carbón en Colombia

2. Oportunidades de investigación.

3. La investigación en el LICE

4. Conclusiones




J. J. DÍAZ V

CARBÓN EN COLOMBIA




J. J. DÍAZ V




J. J. DÍAZ V

Zonas carboníferas de Colombia

Fuente: Ingeominas 2004




J. J. DÍAZ V

Reservas probadas de carbón. Año 2010, millones de Ton.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Antioquia Boyacá Cesar Córdoba Cundinamarca La Guajira Norte de

Santander

Santander Valle del

Cauca

Fuente: INGEOMINAS, UPME.




J. J. DÍAZ V

Producción de carbón en Colombia, Kton

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Fuente: Ecocarbon; Minercol; Dane (Comercio Exterior) y UPME (Balance Energético Nacional)




J. J. DÍAZ V

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Antracita KTon

Metalúrgico KTon

Producción de carbón por tipo, kton




J. J. DÍAZ V

Producción de carbón en Colombia por tipo

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Antracita KTon

Metalúrgico KTon

Térmico KTon

Total KTon

Fuente: Ecocarbon; Minercol; Dane (Comercio Exterior) y UPME (Balance Energético Nacional)




J. J. DÍAZ V

Precio interno de carbón y coque

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Carbón Térmico (US$ / t) Us$/Ton

Coque (US$ / t) Us$/Ton

Fuente: Datos de comercio exterior DANE.Elaboró: UPME, Marzo de 2011.




J. J. DÍAZ V

Producción de carbón por tipo de minería, kTon

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

1. Cielo Abierto

2. Subterránea

Fuente 1994-1995: Estimado UPME; 1996-2000 ISA y DANE (Encuesta Anual Manufacturera); 1999-2000 Memorias al

Congreso; 2001 - 2009 Comercializadoras y Termoeléctricas. Elaboró: UPME, Diciembre de 2010.




J. J. DÍAZ V

Precios FOB exportación de carbón

0

50

100

150

200

250

300

350

1. Antracitas Us$/Ton

2. Hullas Térmicas Us$/Ton

3. Carbón Metalúrgico Us$/Ton

4. Coque y Semicoque Us$/Ton

Fuente: Datos de comercio exterior DANE.Elaboró: UPME, Marzo de 2011.




J. J. DÍAZ V

País 2009 Mt

China 2.971,4

US 918,7

India 526,1

Australia 335,2

Indonesia 263,3

South Africa 247,3

Russian Federation 228,6

Kazakhstan 96,2

Poland 78,0

Colombia 72,9

Total World 5.989,5

China, 49,6%

US, 15,3%

India, 8,8%

Australia, 5,6%

Indonesia, 4,4%

South Africa, 4,1%

Russian Federation, 3,8%

Kazakhstan, 1,6% Poland, 1,3%Colombia, 1,2%

Principales países productores de carbón

Fuente: IEA Statistics 2010




J. J. DÍAZ V

País 2009 Mt Participación

China 2.559,0 49,3%

US 872,2 16,8%

India 493,9 9,5%

South Africa 245,7 4,7%

Indonesia 233,9 4,5%

Australia 204,6 3,9%

Russian Federation 172,7 3,3%

Kazakhstan 83,5 1,6%

Colombia 72,3 1,4%

Poland 69,5 1,3%

Total World 5.195,7 100,0%País 2009 Mt Participación

Indonesia 200,2 28,1%

Australia 136,5 19,2%

Russian Federation 105,0 14,8%

Colombia 69,4 9,8%

South Africa 66,3 9,3%

Kazakhstan 22,2 3,1%

China 21,3 3,0%

US 19,5 2,7%

Canada 6,9 1,0%

Polonía 6,6 0,9%

Ucrania 5,1 0,7%

Venezuela 3,5 0,5%

India 1,9 0,3%

Exportaciones Mundiales Carbón Termico

Principales países productores y exportadores de carbón térmico





J. J. DÍAZ V

China, 51,95%

Australía, 16,45%

Fed. Rusa, 7,04%

Estados Unidos, 5,86%

India, 4,06%

Indonesía, 3,70%

Canadá, 2,88%

Ucranía, 2,29%Colombia, 0,07%

Principales países productores de carbón coquizable


Carbón coquizable ~ 800 Mt




J. J. DÍAZ V

Principales países exportadores de carbón coquizable

AustraliaEstados Unidos

Indonesia CanadáRussian

FederationPolonía Otros* China

South Africa

Kazakhstan India Ucranía

2009 Mt 125,2 38,6 29,5 21,4 11,2 1,7 1,7 1,5 0,6 0,5 0,2 0,2

Part. 2009 53,9% 16,6% 12,7% 9,2% 4,8% 0,7% 0,7% 0,6% 0,3% 0,2% 0,1% 0,1%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

0

20

40

60

80

100

120

140

Mill

on

es

de

to

ne

lad

as

Fuente: IEA Statistics 2010 *otros: incluye Colombia

Exportaciones ~ 250 Mt




J. J. DÍAZ V

China; 53,2%

japón; 7,0%

India; 6,9%

Rusia; 6,1%

Corea; 2,9%

Alemania; 2,5%

Estados Unidos; 2,5%

Kazakhstan; 1,7%

Polonia; 1,6%

Brasil; 1,4%

China japón India Rusia Corea Alemania Estados Unidos Kazakhstan Polonia Brasil

Fuente: IEA (2009), UPME 2009

Consumo de carbón coquizable




J. J. DÍAZ V




J. J. DÍAZ V

OPORTUNIDADES DE INVESTIGACIÓN




J. J. DÍAZ V

Búsqueda de un modelo molecular del carbón




J. J. DÍAZ V (Bird, Stewart and Lightfoot, “Transport Phenomena,”

Second Edition, 2002)

The “chameleonic” character of chemical engineering:

… from phenomenology to molecular engineering…




J. J. DÍAZ V

La gran cantidad de componentes químicos posibles en los materiales de origen.

El conocimiento incompleto del proceso de maduración predominante y demás procesos de la biomasa hasta el carbón

hacen que

La elucidación de la estructura molecular del carbón sea difícil, si no imposible!




J. J. DÍAZ V

La equiparación del comportamiento tecnológico del carbón o de cualquier otra materia prima con una entidad definida, debe merecer mucha más atención que los intentos de relacionarlo con una estructura molecular hipotética.

En la última década se ha incrementado el interés

en los estudios relacionados con la macro-estructura física del carbón, con especial énfasis en la relación entre las propiedades petrográficas del carbón y su comportamiento tecnológico.

http://itech.dickinson.edu/chemistry/wp-content/uploads/2008/04/coal_structure.gif




J. J. DÍAZ V

Productos con más valor agregado




J. J. DÍAZ V

Gas de síntesis a partir del carbón

3

1

2

La más usada por más de 60 corporaciones gigantes

Ignorada

Ignorada

CO

+

H2




J. J. DÍAZ V

¿Por qué es tan importante el gas de síntesis?

Algunos de los muchos usos del gas de síntesis




J. J. DÍAZ V

Carbón a líquidos

Intensivo en capital

Requiere un fuerte apoyo gubernamental para su viabilidad y sostenibilidad.

Optimización de Procesos




J. J. DÍAZ V

PRODUCTOS QUÍMICOS A PARTIR DEL CARBÓN

El carbón es una gran fuente de compuestos aromáticos: - 10 – 15 % BTX.

- 85 - 90 % Compuestos aromáticos de varios anillos.

- Fenol, fenantreno, pireno, bifenilos entre otros están presentes en altas concentraciones.




J. J. DÍAZ V

LA PRODUCCIÓN DE MONÓMEROS AROMÁTICOS DEBE SER UN UN OBJETIVO PRIMORDIAL

PET, Polietilen teraftalato.

PEN, Polietilen naftalato PBT, Polibutilen teraftalato PBN, Polibutilen naftalato




J. J. DÍAZ V

MATERIALES CARBONOSOS DE ALTO VALOR AGREGADO




J. J. DÍAZ V

POLIGENERACIÓN

Integración de la explotación del carbón, aprovechamiento de residuos de plantas de beneficio y cultivos energéticos como materias primas para generación de electricidad por IGCC y combustibles líquidos de síntesis.




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Los procesos IGCC y SFT (CTL) comparten unidades como separación de aire, gasificación y limpieza, las cuales son las más costosas de los dos procesos. La unidad de gasificación cuesta alrededor del 60% de la planta de generación. Las unidades de generación, turbinas de gas y vapor, el 30% (estimado) de la planta. Se requieren incentivos (pagos por disponibilidad) para viabilizar las inversiones en las unidades de generación por ciclo combinado (IGCC)




J. J. DÍAZ V

La utilización del gas de síntesis para la planta de CTL, sólo necesita de la adecuación en las concentraciones de hidrógeno mediante la reacción de desplazamiento (WSR). Manejo del reactor (WSR) no es problema y hay experiencia en Colombia. Una vez obtenida la relación de H2/CO en las proporciones adecuadas las reacciones siguientes no son de difícil manejo, son exotérmicas. El control en los reactores de síntesis es relativamente sencillo.




J. J. DÍAZ V

Mejoramiento de Operaciones y Procesos de la cadena del

carbón




J. J. DÍAZ V

La cadena del carbón




J. J. DÍAZ V

Producción de coque en Colombia!




J. J. DÍAZ V

LA INVESTIGACIÓN EN EL “LICE”

LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN EN COMBUSTIBLES Y ENERGÍA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - FACULTAD DE CIENCIAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

BOGOTÁ

Registro Colciencias: COL 0012918; Clasificación Grupo A




J. J. DÍAZ V

CARBÓN, PROCESOS DE CONVERSIÓN Y CARBOQUÍMICA.

BIOMASA Y PROCESOS DE CONVERSIÓN.

CARBÓN ACTIVADO, PRODUCCIÓN, CARACTERIZACIÓN Y APLICACIONES.

GAS NATURAL, COMBUSTIBLES SINTÉTICOS Y SÍNTESIS F-T.

NUEVOS MATERIALES Y PROCESOS.

PETRÓLEO, REFINACIÓN Y PETROQUÍMICA.

RECURSOS ENERGÉTICOS Y MEDIO AMBIENTE.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN




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Profesores: 6

Estudiantes de doctorado: 5 Estudiantes de maestría: 7

Estudiantes de pregrado: 8

RECURSOS HUMANOS




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Sueldos y prestaciones legales pagados por la Universidad Nacional a cada uno de los integrantes del LICE.

Recursos provenientes de las Consultorías, Asesorías, Cursos de extensión que presta el LICE.

Recursos de los proyectos de investigación.

Regalías de patentes o know-how desarrollados en el Laboratorio?!

Aportes y Donaciones de personas naturales o jurídicas nacionales y/o internacionales.

RECURSOS ECONÓMICOS




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LICE

Altas presiones Tratamientos

térmicos Planta piloto

Análisis y caracterización

Procesos

Infraestructura




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Molino de rodillos




J. J. DÍAZ V

Molino de mandíbulas




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Pulverizador




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TGA para análisis próximo




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Calorímetro




J. J. DÍAZ V

Analizador elemental: azufre




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Plastómetro y dilatómetro




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Pulidora automática




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Microscopio para Reflectancia




J. J. DÍAZ V

Microscopio para conteo maceral




J. J. DÍAZ V

Microscopios




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Reómetro




J. J. DÍAZ V

TGA P-E




J. J. DÍAZ V

TGA/DSC Metler Toledo acoplado a MS




J. J. DÍAZ V

TGA/DSC Metler Toledo acoplado a MS




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Sortómetro Micromeritics




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Reactor Parr Alta presión




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Montaje para secado supercrítico de aerogeles de carbono




J. J. DÍAZ V

Sistema de reacción para SFT y reacciones en fase gaseosa




J. J. DÍAZ V

Reactor en lecho de arrastre DFT




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Hornos de carbonización




J. J. DÍAZ V

Planta de carbonización




J. J. DÍAZ V

Planta de carbonización




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Coque




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CRI




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CSR




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Planta para producción de biodiesel con metanol a CSC




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PROYECTOS DESARROLLADOS

Productos químicos derivados del carbón.

Hidrocraqueo de bitúmenes sintéticos y naturales (adición de aceite de antraceno al sistema crudo pesado-carbón).

Carbones del Norte de Santander hacia procesos de conversión.




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Modificación del Crudo de Castilla hacia la producción de asfaltos.

Obtención de materiales carbonizados con aplicación industrial: grafitos, soportes para biocatalizadores y fibras de carbón grafitizadas.

Estudio de parámetros cinéticos en la gasificación del carbón.




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Desarrollo de biobriquetas de fácil encendido.

Hinchamiento de carbones.

Combustibilidad de carbones.

Producción de coque formado para uso metalúrgico.

Producción de precursores para síntesis de productos oxigenados por síntesis F-T.

Producción de carbón activado a partir de materiales lignocelulósicos





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Obtención, caracterización fisicoquímica de carbonizados de origen vegetal para la generación de antroposoles y su aplicación en suelos de baja fertilidad.

Caracterización físicoquímica de carbones activados modificados por diferentes tratamientos.

Combustibles líquidos por procesos de conversión hidrotérmica de biomasa.





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Caracterización petrográfica de carbones de la región cundiboyacense y modelo de predicción de mezclas para la fabricación de coque.

Licuefacción directa de carbones colombianos con metales de transición como catalizadores.

Estudio de reacciones de descomposición de metano sobre carbonizados de carbón mineral.





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Coque del petróleo en la producción de coques metalúrgicos y/o siderúrgicos.

Aprovechamiento de los carbones del Cerrejón en la fabricación coques metalúrgicos y/o siderúrgicos, en mezclas con diferentes tipos de carbón.

Catalizadores soportados en aerogeles de carbono para la Síntesis Fischer – Tropsch.

Caracterización de cenizas de algunos carbones colombianos in situ por retrodispersión gamma-gamma.





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CARACTERIZACIÓN DE CENIZAS DE ALGUNOS CARBONES COLOMBIANOS IN SITU POR

RETRODISPERSIÓN GAMMA-GAMMA



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POSIBILIDAD DE INVERTIR EN CyTI EN COLOMBIA




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Beneficios Tributarios para CTI

http://www.colciencias.gov.co/programa_estrategia/beneficios-tributarios-para-cti




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El Estado colombiano incluyó dentro de sus prioridades:

“El fomento y estímulo a la innovación, al desarrollo científico y tecnológico, reconociéndolos como requisito fundamental para superar el atraso del país y lograr una sociedad eficiente y competitiva dentro del mundo de las economías globalizadas”.

Para alcanzar este objetivo la legislación tributaria colombiana contempla:

BENEFICIOS QUE INCENTIVAN LAS ACTIVIDADES DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN (CTI).




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Ley 633 de 2000 Artículo 12:

Reconoce deducciones por inversión y donación en CTI.

Artículo 30:

Establece la exclusión del impuesto del valor agregado (IVA) a las importaciones de equipos destinados a proyectos de investigación.





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Deducción del impuesto de renta por inversión o donación en ciencia y tecnología:

“Cualquier persona que realice inversiones en proyectos calificados por el Consejo Nacional de Beneficios Tributarios (CNBT) como de carácter científico, tecnológico o de innovación tecnológica, tendrá derecho

a deducir el 125% del valor invertido en el período

gravable en que se realizó la inversión, sin exceder del 20% de la renta líquida determinada antes de restar el valor de la inversión (Art. 158-1 del Estatuto Tributario)”.





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Todas las personas naturales o jurídicas que inviertan en proyectos calificados por COLCIENCIAS como de ciencia y tecnología, a través del Fondo Francisco José de

Caldas, podrán solicitar el beneficio tributario para deducir de renta, el valor de su inversión o donación





J. J. DÍAZ V

El mismo beneficio aplica a personas naturales o

jurídicas que realicen donaciones a centros o grupos de investigación reconocidos por Colciencias, destinadas al desarrollo de proyectos de carácter científico, tecnológico o de innovación tecnológica, previamente calificado por el CNBT.





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APOYO INTERNACIONAL




J. J. DÍAZ V

De: Gerson Miltzarek [email protected]

“Fecha 2 de agosto de 2011 12:14

Asunto: Rede Carvão - Anúncio Importante

Pessoal,

Vejam, abaixo, o programa Ciência sem Fronteiras. CARVÃO MINERAL é área prioritária!!!!

Parabéns ao esforço de todos que se empenharam para que esta notícia pudesse se tornar realidade.

Sds.

Sampaio”




J. J. DÍAZ V

O Programa Ciência sem Fronteiras objetiva estimular o avanço da ciência nacional em tecnologia, inovação e competitividade, por meio da expansão da mobilidade internacional. Para alcançar esse objetivo é preciso aumentar a presença de pesquisadores e estudantes brasileiros em instituições de excelência no exterior. Além de atrair jovens talentos científicos e investigadores para trabalhar no Brasil.




J. J. DÍAZ V

As áreas estratégicas são:

Ciências Exatas e da Terra: Física, Química e Geociências;

Petróleo, Gás e Carvão Mineral;

Energias Renováveis;

Tecnologia Mineral;

Biotecnologia;

Nanotecnologia e Novos Materiais;




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A manera de conclusiones:

Existen muchas oportunidades para investigar en carbón.

Se cuenta con infraestructura y recursos humanos.

Falta más apoyo de la industria.




J. J. DÍAZ V

Siglos XVIII-XIX: carboquímica.

Siglo XX: petroquímica.

Siglo XXI: complejo combinado carbo- y petro-químico.

Deben aprovecharse las fortalezas de los diferentes grupos de investigación colombianos y brasileños.

Colaboración e intercambio




J. J. DÍAZ V




J. J. DÍAZ V

Muchas Gracias

Muito obrigado

E-mail: [email protected]


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