April 13, 2023
Formación Intensiva enProcesos de Reducción
COQUERIA
Carlos Zubillaga – Abril de 2008
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Es un ensamble de muchos hornos bajo una misma construcción.
Se produce coque en cada horno, en flujo batch.
El mecanismo de combustión es altamente complicado por el elevado número de quemadores.
La carga y descarga es cada 5 hornos, para realizar la coquización los mas uniformemente posible.
La calidad de la mezcla de carbones (especialmente humedad) es un factor externo de perturbación muy importante.
Es altamente dependiente de la decisión humana, y con ello de la actitud.
Características de la Batería de coque
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Descripción de la Batería de Coque
Hornos yParedes
Regeneradores
Sistema deCalentamiento
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Descripción de la Batería de Coque
SOTANO
Techo
Pared de Calentamiento (N)
Horno ”N”
Regenerador (N)
Perfiles Grey
Nivel de solera
LADO ALTOHORNO
LADO SUPERUSINA
OBSERVANDO LA BATERIA DESDE EL LADO DESHORNADORA -LADO MAQUINA
Perfil GREY (N)
Canal de aireCanal de BFG
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El proceso de Coquización
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El Proceso de Coquización
Molécula típica de carbón y algunos ejemplos de probables reacciones que ocurren durantela pirolisis. – Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells.
S O
N
H
O
O
O O
O
C
O
N
H
HO
N
+ H2O + 2 H2 + CO
CH3
CH3
OH
CH
HHC
O
OH
OHH2 +
CH2
OCH2
O
H3C
CH3
CH3
OH+ CO
C
O
O
N
H
C
CH3
CH3
H
Formula mínimaC135 H97 O9 N S
Formula porcentualC = 84,3 %H = 5,1 %O = 7,5 %N = 1,5 %S = 1,6 %
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El Proceso de Coquización
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
T °C
Horas
EVOLUCION DE LA TEMPERATURA EN EL CENTRO DE LA CARGA
Evaporación de la humedad
Formación de la capa plástica
Fin de la Coquización
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Tiempo de Coquización
Tiempo de Residencia
Tiempo de Recocido
CARGA
DESHORNAMIENTO
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El Proceso de Coquización
Agua Amoniacal
vapor, succióndurante la carga
retorno decondensado
válvulaguillotina válvula
reguladorade presiónde barrilete
válvulacharnela
barrilete
cuello de cisne
tubomontante
termocupla
boca decarga
Fase gaseosa:Vapor: alquitrán, benzol, aguaGas: amoníaco, cianhídrico,sulfhídrico, hidrógeno, metanodióxido de carbono,monóxido de carbono
Fase líquida:alquitrán, benzol, Agua amoniacal solubiliza:Fenol, cianhídrico,Sulfhídrico, amoníaco, sales de amonio
80 ºC
500-800 ºC
mezcla de carbonesen etapa de coquización,en un horno
- Enfriamiento del gas de coque por saturación adiabática -
gas de coque crudo
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El Proceso de Coquización
Observación visual del Tiempo de coquización
TC
H2, 50 -55 %
CH4, 30 35 %
Caudal de Gas Crudo
Temperatura del Centro de la Carga
Tiempo de Máxima Temperatura de gases
Tmx
Deshornado
Tiempo, h
5 % o menos
85 %
Fenómenos en el fin del proceso de coquización
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El Proceso de Coquización
2
Tiempo, h
Temperatura, ºC
-Temperatura del COG y mezcla de carbón durante la coquización--Horno 154, nov. 1994, temp del COG-
6 8 12 18 204 10 14 2216
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
18h
22h
19htemperatura del centro de la carga,Residencia 18 hs.
Tiempo de Tmáxima
Tiempo de Residencia
= 0,75
Tc
deshornamiento
T tmax.
Tr
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Detalle del Sistema de calentamiento
Conexiones Físicas entre Regeneradores y Flues – Flujo de Gases.
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Detalle del Sistema de calentamiento
HUMOS HUMOS HUMOS HUMOS
GAS AIRE GAS AIRE GAS AIRE
VALVULAS DE HUMOS ABIERTA(Vástago Arriba)
CAJA DE GAS(Tapa Trabada)
CAJA DE AIRE(Tapa Conectada aSistema Inversión)
CALENTAMIENTO CON GAS DE ALTO HORNO
PARED DE CALENTAMIENTO
PERFIL GREYAIRE INGRESANDO AL
CANAL DE SOLERA DERECHOGAS INGRESANDO AL
CANAL DE SOLERA IZQUIERDO
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Control del Calentamiento y Coquizaciónválvula
Esquema Comparativo entre Flujos por Cañería y Batería .
Gas Mixto
depósitos
cañería
válvula decontrol de
presión después
Batería
presióndespués
presiónen tiroResistencias al Flujo
grifos, placas orificios,y chapas perforadas
válvulasde humo válvula de
control detiro
Pd
Pt
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Control del Calentamiento y Coquización
Batería
Gas Mixto
Ventaja: Retiro de servicio de cámaras decombustión sin cambio de parámetros.
Desventaja:Indiferencia ante los cambios de composición del combustible
Ventaja: Compensa cambios de composicióndel combustible.
Desventaja:Se modifican parámetros ante elretiro de cámaras de combustión.
Q =K” x d
1Pd - Pt
Pd
Control por Presión DespuésSide Main Pressure Control
Batería
Gas Mixto
Control por Flujo Calórico ConstanteThermal Input Control
QxPC
PC
Q x PC = K’K’
PCQ =
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Control del Calentamiento y Coquización
Control por Presión DespuésSide Main Pressure Control
Control por Flujo Calórico ConstanteThermal Input Control
K’
PCQ =
Control por Flujo TérmicoThermal Flow Control
Pd - PtIW x = K x f
ECUACION DE CONTROL POR FLUJO TERMICO
Pd = (K x f / IW) 2 + Pt
valor resultanteen automático
modificación manual, para
llevar el Tiempo de coquización
dentro de banda, con seteos del 1%
determinado porla composición
del gas combustible,o calorímetro,
lectura y procesa-miento permanentes
valor numérico cargadoen nivel 1 para cada Batería
valor reguladoen cada batería
Q =K”
1Pd - Pt
d
1
d
PCIW (Índice de Wobbe) =
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Circuito de Gas de Alto Horno de Alimentación a Coquería.
Control del Calentamiento y Coquización
Calderas
AH1
AH2
Analizador de BFG
H2, CO2, CO
Estación de Gas Mixto,adición deCOG o N2
BAT. 3BAT. 4BAT. 5
Pd = (K x f / IW) 2 + Pt
IWCalorímetro
Coquería
por cálculo:H2O ( XH2O = Pv/Pt)N2 (diferencia de 100)PC poder caloríficod densidadIW Índice de Wobbe
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Control del calentamiento y CoquizaciónTemperatura de flues, º C
Tiempo de Residencia, h.
1300
115018 19 2320 21 22
1200
1250
6070
8090
10
30
20
40
607080
90 Mezcla Siderar25-35% RP
Combustible: GM
20 40 20 40 20 40 20 40 20 40 2040
8%, humedad
10%, humedad
14%, humedad
Pd
Pt
TC =0,578858 Tmx + 7,48267
Temp. de gas en el montanteTC
Tmx
Distribución+ - 25 °CCoquización
+ - 15 min.
Eje Central+ - 10 °C
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Control del calentamiento y Coquización
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Control del Calentamiento y Coquización
PERDIDASPUERTAS LC
PERDIDASREG. LC
Q COQUE
GAH
PERDIDASPÚERTAS LM
PERDIDASREG. LM
CARBON Y H2O
GCO
PERDIDASTECHOPERDIDASTECHO
PERDIDASPUERTAS LC
PERDIDASREG. LC
y SUB.Q. GCO
Q HUMOS
PERDIDASSOTANO
H2O 45 % coque
15 % humedad
15% Gas de coque
3% subproductos
1 % otros
15 % humos
6 % pérdidas
Humedad +- 1 % +- 1,9 %
Temp humos +- 10 ° C +-1 %
Carga +- 1 % +- 0,9 %
% O2 en humos +- 1 % +- 0,9 %
Temp. Flue +- 10 °C +- 0,7 %
MV mezcla +- 1% +- 0,1 %
MV coque +- 0,1 % despreciable
Perturbaciones, Sensibilidad del Modelo
Poder Cal. BFG +- 5 % +- 5 %
Masa Batería(10000 t) +- 10 ° C/día - 2,85 %
Masa carbón/coque(1200 t) +- 10 °C/día +- 0,5 %
Incidencia en la demanda térmica
21 %
79 %
Distribución Energética
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Subproductos
S O
N
H
O
O
O O
O
CO
O
N
HC
O
N
H
HO
N
+ H2O + 2 H2 + CO
OCH2
CH2
O
OH
OHH2 +
CH3
CH3
OH
HCHCH
O
H3C
CH3
CH3
OH+ CO
CCH3
CH3
H
Molécula típica de carbón y algunos ejemplos de probables reacciones que ocurren durantela pirolisis. – Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells.
Formula EmpíricaC135 H97 O9 N S
ComposiciónPorcentualen MasaC = 84,3 %H = 5,1 %O = 7,5 %N = 1,5 %S = 1,6 %
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Subproductos
CH2H2C
H2C
H2
C
CH2
CH2
CH2 CH CH3 + CH2 CH CH3
CH2H2C
H2C
H2
C
CH2
CH2
+ 3 H2
CH4 C + 2H2
CH3 CH2 CH3 CH4 + CH2 CH2
Reacciones de cracking térmico
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Subproductos
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
70
60
50
40
30
20
80
5
10
0
H2, Hidrógeno
CH4, Metano
CO, Monóxido de Carbono
C2H6, Etano
H
idró
geno
y M
etan
o
% V
/ V
Mon
óxid
o de
Car
bono
y E
tano
%
V /
V
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Composición del COG producido a varias temperaturas de coquización. Ensayo en Retorta.
-Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells-
Rendimiento de Coque y Productos Químicos a diferentes temperaturas de coquización.Ensayo en Retorta. -Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells-
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
80
14
12
10
8
90
2
4
0
Alquitrán
Coque
Sulfato de Amonio
COG
6
70
300
200
100
50
150
400
350
250
Benzol
Coq
ue%
P /
PS
ulfa
to d
e A
mon
ioK
g./ t
de
carb
ónA
lqui
trán
y B
enzo
l10
l / t
de
carb
ón
Gas
de
Coq
uem
3 / t
de
carb
ón
Rendimiento de Coque y Productos Químicos a diferentes temperaturas de coquización.Ensayo en Retorta. -Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells-
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
80
14
12
10
8
90
2
4
0
Alquitrán
Coque
Sulfato de Amonio
COG
6
70
300
200
100
50
150
400
350
250
Benzol
Coq
ue%
P /
PS
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g./ t
de
carb
ónA
lqui
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y B
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l10
l / t
de
carb
ón
Gas
de
Coq
uem
3 / t
de
carb
ón
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Subproductos
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Subproductos
a desbenzolado II
ENFRIADORES II ENFRIADORES I
LINEA I
LINEA II
I
II
IIIASPIRADORES
ELECTROFILTROS
I
SULFATO- II
gas de coque limpio
II III PT
2153
PT
2300
PT
2302
PCV 2306A
PCV 2306B
IVPCV 2306C
BATERIA 2
a desbenzolado I
BATERIA 4 BATERIA 4 BATERIA 3
Diagrama de Flujo desde bateríasHasta aspiradores
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Subproductos
POTE SELLO
ABSORBEDORC 2401
H2SO4H2O
POTE SELLO
Vapores amoniacales
Tanque deSedimentación
V 2403
CentrífugaG 2402
Separador de Gotas
G 2401
Bombas de Recirculación
P 2401
Bombas de Extracción
P 2405
rebose
By pass
Tanque deRecirculación V 2404
Pote Sobre Centrífuga
V 2403
calentadorventilador
ciclón
extractor
Sulfato de Amonio2,5 t/h, diseño
secadero
Planta de Sulfato de Amonio
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Subproductos
aceite desbenzolado, 80 m3/h, 29 °C. aceite libre de naftalina, 3-4 m3/h, 18-21 °C.
aceite benzolado, a planta de benzol
ejemplo,temp. salidaEnf. Prim. 27°C
33°C
27°C
COG,50000 Nm3/h
32°CLavador deNaftalina
Calentador E 2501
34°C
29°C
Lavador IC 2601 A
Lavador IC 2601 B
Enfriador Final C 2501
Circuito de Lavado de Benzol y Naftaleno
P 2603 A/BP 2602 A/B
P 2502
P 2601 E
P 2601 D
P 2
601
A
P 2601 C
P 2
601
B
P 2601 F
P 2
601
G
P 2601 H
P 2601 J
50°C
G 2501 A
G 2501 B
G 2501 CG 2601
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Subproductos
Efecto de la Adición Selectiva de Nitrógeno sobre las Propiedades del COG.
Sistema de Inyección Selectiva de Nitrógeno
Alimentaciónde nitrógeno(0-2000 m3N/h)
DN 80
entrada al soplador
aspirador
detección de gas denso, QNX
Instalaciones de limpieza del gas
FCV 2802 FIT
2801 TT 2806
TT 2805
FCV2801
SopladorP 2801A/B
a despachoA/B
A/B
a gasómetroy baterías
FT 2802
FT 2801
FTN 2307
adición de nitrógeno
llegada de gas de coque
PLC
SV 2801
entrada al soplador
densidadKg /Nm3
22%
17%
6%
Situación Inicial,COG sin adición
10%
2%
6%
0,3974
0,32523830
36206716
57425742
6108
3620
3676
0,3974
0,3622
COG con adición de N2,4 % en el valle y 0 % en domo
Poder CaloríficoKcal /Nm3
Índice de WobbePC/d1/2
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Subproductos
Depósito duro, negro, opaco, 70% S2HS + O2 2S + H2Ocatalizada por Fe2O3.H2O.SOPLADOR
H2O(l)H2SHCNNH3
O2
Formación de TiocianatosNH4 SCN
camino del polisulfuroNH3 + HCN + XS + NH4 CN NH4 SCN + (NH4)2SX
oxidación directaH2S + HCN + 1/2 O2 HSCN + H2ONH3 + HSCN NH4 SCN
Reacciones de formación de tiocianatos, condición acuosa
Fe + NH4 SCN Corrosión + Depósitosazul de prusia, ferrocianuros complejos, sulfuros de hierro
Despacho de COG
H2O(l)H2SHCNNH3
O2
Formación de TiocianatosNH4 SCN
Formación de TiocianatosNH4 SCN
camino del polisulfuroNH3 + HCN + XS + NH4 CN NH4 SCN + (NH4)2SX
camino del polisulfuroNH3 + HCN + XS + NH4 CN NH4 SCN + (NH4)2SX
oxidación directaH2S + HCN + 1/2 O2 HSCN + H2ONH3 + HSCN NH4 SCN
oxidación directaH2S + HCN + 1/2 O2 HSCN + H2ONH3 + HSCN NH4 SCN
Reacciones de formación de tiocianatos, condición acuosa
Fe + NH4 SCN Corrosión + Depósitosazul de prusia, ferrocianuros complejos, sulfuros de hierro
Fe + NH4 SCN Corrosión + Depósitosazul de prusia, ferrocianuros complejos, sulfuros de hierro
Despacho de COG Despacho de COG
Calentador deLACA
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Subproductos
2 ( NH4+
(ac) + O2(g) + 1e ½ N2(g) + 2 H2O ) semiecuación de Reducción
Fe(s) Fe++(ac) + 2e semiecuación de Oxidación
2 NH4+
(ac) + 2 O2(g) + Fe (s) Fe++(ac) + N2(g) + 4 H2O G = - 1019 kJ
Cu (s) Cu++ (ac) + 2e
Ingreso de aire
Agua amoniacal
agua amoniacal y aire,altamente corrosivo
-Ingreso de aire por falta de regulación de nivel--caso en cañería de envío desde fosa de agua amoniacal-
H2H2
H
HH
H H2H2
zona afectada
por la temperatura.
ARCO
-Mecanismo del cracking por hidrógeno en soldaduras-
H2SHS-
H+
Fe++
-Difusión del hidrógeno atómico por el borde de grano-
H
H + H H2
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Subproductos
válvulacerrada
EntradaElectrofiltro I
EntradaElectrofiltro II
COG a Aspiradores,Línea I
COG de Enfriadores II
DN 1200 DN 1000
Densidad: 0,714 kg/lInsolubles en xileno: 12,92 %P/PEfecto del vapor: se licua
Densidad: 0,546 kg/lInsolubles en xileno: 13,38 %P/PEfecto del vapor: se licua
- Depósitos el zonas estancadas de línea COG .Salida de Electrifiltros, Siderar 1993 -
EntradaElectrofiltro III
F/S
COG de Enfriadores I
Saturacion de COG con Naftaleno
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Tem peratura [ ° C]
gr
Na
fta
len
o/
10
0 N
m3
CO
G