Tecnologia del carbon

1. Describa detalladamente las fases del proceso de carbonización de la materia vegetal, y cómo afectan éstas a parámetros básicos del carbón, como el poder calorífico, la humedad, y el contenido de carbón.

SOLUCION

El primer paso, en la carbonización, es secar la madera a 100° C, o menos, hasta un contenido cero de humedad; se aumenta luego la temperatura de la madera secada al horno aalrededor de 280°C. La energía para estas etapas viene de la combustión parcial de parte de la madera cargada en el horno o en la fosa, y es una reacción que absorbe energía o endotérmica.
Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de 280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, ácido acético y compuestos químicos más complejos, fundamentalmente en laforma de alquitranes y gases no condensables, que consisten principalmente en hidrógeno, monóxido y bióxido de carbono. Se deja entrar aire en el horno o fosa de carbonización para que parte de la madera se queme, y el nitrógeno de este aire estará también presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de 280°C. Libera energía, porlo que se dice que esta reacción es exotérmica.
Este proceso de fraccionamiento espontáneo o carbonización, continúa hasta que queda sólo el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón contiene todavía apreciables cantidades de residuosalquitranosos, junto con las cenizas de la madera original. El contenido de cenizas en el carbón es de alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y descomponiendo aún más los alquitranes. Una temperatura de 500°C da un contenido típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un contenido demateria volátil de cerca del 10%. Por lo tanto, el rendimiento teórico del carbón vegetal varía con la temperatura de carbonización, debido al cambio de contenido de material volátil alquitranado.

|Temperatura de carbonización (°C) |Análisis químico del carbón |Rendimiento de carbón sobre masa seca al |
| ||horno |
| | |( 0% de humedad ) |
| |% carbono fijo |% material volátil | |
|300 |68 |31 |42|
|500 |86 |13 |33 |
|700 |92 |7 |30 |

En este proceso de carbonización se distinguen 4 fases:

• Combustión (solo en hornos): La temperatura aumenta rápidamente llegandohasta 600° C y en ese momento disminuye la cantidad de aire y la temperatura baja a 100-150° C. De esta etapa se libera agua y dióxido de carbono.
• Deshidratación: Es de duración variable según la humedad de la madera y el tipo de horno usado. La temperatura sube hasta 270° C antes que empiece la reacción exotérmica. Esta etapa puede durar de días a horas.
• Reacción exotérmica: Una vezeliminada el agua, sube fuertemente la temperatura pues empieza la descomposición de la madera, y algunas sustancias tales como ácido acético, alcohol metílico y alquitrán, se eliminan con el humo.
• Enfriamiento: Esta etapa se produce cuando la carga llega a temperatura ambiente, y la velocidad a que disminuye la temperatura depende de la técnica de carbonización utilizada y del espesor y...