Publication: Mecanismos de la gasificación catalítica del carbón.
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Date
2011-08
Authors
Espinal López, Juan Fernando
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Abstract
Existe una gran dependencia a nivel mundial de los combustibles fósiles como fuente de energía. Infortunadamente las reservas de petróleo y de gas natural durarán menos de 100 años a la velocidad de consumo actual si no se descubren nuevos yacimientos, mientras que las reservas de carbón se estima que durarán más de 200 años. Hasta el momento una de las mejores alternativas para el uso del carbón es su gasificación con un agente oxidante (H2O, CO2, y/o O2), pero aun no hay claridad sobre los mecanismos de este proceso a nivel molecular. Ha sido ampliamente aceptado en la literatura científica que el contenido de materia mineral en el carbón tiene un efecto catalítico en su gasificación con agentes oxidantes. Sin embargo, hay muy pocos estudios del mecanismo por el cual estos metales afectan el proceso de gasificación. Estos estudios han usado la química computacional como principal herramienta para predecir los mecanismos más probables. Hasta la fecha las publicaciones en este tema se han centrado en el estudio de átomos de potasio e hierro enlazados a átomos de oxígeno de la superficie del material carbonoso y no se ha evaluado el efecto de otros metales que puede contener el carbón.
En esta investigación se propone estudiar el efecto de los metales alcalinos y alcalinotérreos más abundantes en la materia mineral de carbones de Amagá en el proceso de gasificación del carbón usando la química computacional para proponer mecanismos de reacción al igual que experimentos de gasificación. La modelación molecular permitirá obtener un estimativo de la información termodinámica y cinética a escala molecular sobre los mecanismos de esta reacción. Los cálculos computacionales se realizarán para estudiar la interacción de átomos metálicos con un modelo carbonoso usando la teoría de funcionales de la densidad. Adicionalmente, es importante complementar los resultados obtenidos computacionalmente con resultados experimentales que nos servirán como soporte para realizar la modelación. Por lo tanto, se determinarán los metales alcalinos y alcalinotérreos mayoritarios en la materia mineral del carbón y se evaluará la gasificación de carbones desmineralizados y sin desmineralizar, al igual que carbones dopados con algunos de estos metales.
Se espera determinar los metales alcalinos y alcalinotérreos que están presentes en mayor proporción en la materia mineral de un carbón de Amagá. Para estos metales se espera encontrar diferencias en el efecto que tiene la presencia de átomos metálicos con respecto a una superficie sin metales en la gasificación de materiales carbonosos. Se espera encontrar mecanismos favorables para la gasificación del carbón teniendo en cuenta el efecto catalítico de la materia mineral incluyendo información termodinámica y cinética. Para los experimentos de gasificación se espera evidenciar el efecto catalítico de la materia mineral del carbón. Se espera que la información obtenida sea útil para la simulación de conversión de reactivos y de perfiles de desorción de los productos de gasificación, al igual que para la determinación de condiciones optimas de trabajo, lo cual será útil para el diseño de reactores.