HULLA La hulla es una roca sedimentaria orgánica orgánica,, un tipo de carbón minera minerall que contie contiene ne entre un 45 y un 85 por ciento de carbono carbono.. Es dura y queb quebra radi diza za,, estr estrat atif ifca cada da,, de color negro y brillo mate o graso. e !ormó mediante la compresión del lignito lignito,, principalmente en la Era "rimaria,, "rimaria durante los per#odos $arbon#!ero $arbon#!ero y y "%rmico "%rmico.. urge como resultado de la desc descom ompo posi sici ción ón de la mate materi ria a &ege &egeta tall de los los bosques bosques primiti&os, proceso que ha requerido millones de a'os. Es el tipo de carbón más abundante. "resen esenta ta mayo mayorr prop propor orci ción ón de carb carbon ono, o, meno menorr por porcent centa( a(e e de humedad y mayor poder calor#fco que el lignito.
VARIEDADES )ay tres &ariedades* )ull )ulla a gras grasa, a, anti antigu guam amen ente te al dest destil ilar arla la se obte obten# n#a a gas gas de alumbrado. )ull )ulla a magr magra a o seca seca,, que que se empl emplea ea como como comb combus usti tible ble.. u aspecto presenta bandas mate. )ulla semi+seca que se emplea en la producción de alimentos para para cabras cabras u otros otros animal animales es dom%st dom%stico icos. s. Es alter alternad nada a con bandas brillantes. •
•
•
SUBPRODUCTOS • •
•
$oque* usado como combustible en altos hornos de $oque* hornos de las acer#as acer#as.. $reosota** comb $reosota combin inad ado o de dest destil ilad ados os del del alquitrán de la hull hulla. a. mpliamente usado como protector de la madera madera e-puesta e-puesta al e-terior. $resor ó $resor ó $resol $resol** etil!enol que se e-trae del carbón de hulla usado como antis%ptico y desin!ectante
DESTILACIÓN DE LA HULLA Y LA QUÍMICA AROMÁTICA Destilació !e la "#lla $/012 la hulla, o carbón de piedra, como tambi%n se la suele llam llamar ar,, se dest destil ila a 3en 3en seco3 eco3,, con con el ob(et b(eto o de !abri abrica carr gas de
alumbrado, se tiene un residuo sólido f(o* el coque, y un l#quido &iscoso de aspecto desagradable, mezcla de todas las sustancias condensables que se destilan (unto con las no condensables, que constituyen el gas comn. Ese l#quido es el alquitrán de hulla, que antiguamente se consideraba como un residuo industrial sin &alor, pero que hoy, gracias a la inter&ención de la u#mica, se ha trans!ormado en una !uente de riquezas. $on una primera destilación del alquitrán de hulla obtenemos cinco !racciones. Estas !racciones son, como en el caso de las !racciones de petróleo, comple(as, es decir, son mezclas de &arias sustancias. En este caso la industria suele separar algunas de las !racciones destiladas en sus componentes más o menos puros. Esta separación se realiza por nue&as destilaciones !raccionadas. 1e la primera trac+ción se obtienen sustancias cuya !órmula fgura en la página siguiente. La tercera !racción, llamada 3aceites pesados de creosota3, generalmente no se destila. e usa directamente como combustible o como conser&ador de la madera 6postes, durmientes de !errocarril, etc.7. 1e la cuarta !racción se separa, por cristalización, el antraceno, El residuo pastoso, semisólido, se utiliza directamente para 3alquitranar3 caminos, techos, etc. Las sustancias cuyas !órmulas hemos transcrito constituyen puntos de partida de preparaciones de centenares de sustancias de inter%s práctico considerable y de gran &alor comercial* colorantes, e-plosi&os, per!umes, y sustancias de aplicación en uimioterapia. eremos a continuación cuál es el camino que conduce a esas sustancias.
La Q#$%ica A&'%(tica i se obser&an las !órmulas que hemos dado de las sustancias principales que se obtienen del alquitrán de hulla, se llega inmediatamente a la conclusión de que se trata, en todos los casos, de sustancias de !órmulas c#clicas. "ero, además, en todas ellas e-isten uno o más grupos de seis átomos de carbono, unidos como en
el benceno. Esto se e-presa diciendo que poseen uno o más ncleos benc%nicos. El nombre de ncleo se aplica a ese grupo de átomos por poseer y con!erir a las sustancias que lo contienen, propiedades t#picas que no corresponden aparentemente con su estructura. $omo e-isten otros ncleos que tienen tambi%n propiedades t#picas, su estudio se agrupa en una rama especial de la u#mica orgánica que se llama aromática7 y completa as# a la otra rama llamada ali!ática. $ada ncleo tiene multitud de deri&ados, sea por sustitución en su mol%cula de átomos de ) por radicales, sea por condensación de dos o más ncleos entre s#, y luego por sustitución en el ncleo obtenido por condensación, etc. Las posibilidades de la 2u#mica aromática son ilimitadas. E(emplifcaremos su estudio mediante la consideración del benceno y algunos de sus deri&ados. El benceno es un hidrocarburo l#quido de aspecto y propiedades !#sicas seme(antes a los componentes de las na!tas comunes. 1isuel&e grasas, es combustible, etc. "ero sus propiedades qu#micas diferen !undamentalmente de las de los hidrocarburos ali!áticos* posee propiedades nucleares. 9 precisamente a esas propiedades se debe la obtención de deri&ados tiles. En primer lugar, se puede nitrar7 sul!onar y halogenar con bastante !acilidad. Estas operaciones se pueden repetir y se obtienen deri&ados bisustitu#dos en los cuales se presenta isomer#a de posición 6&er los -ilenos, por e(emplo7. :ambi%n e-isten deri&ados tri y tetrasustitu#dos con sus correspondientes isomer#as. Los deri&ados penta y he-asustitu#dos no presentan isomer#as nucleares. Los deri&ados que hemos enumerado tienen gran importancia como productos intermedios, pues a partir de ellos se preparan las sustancias de &erdadero inter%s. s#, por e(emplo, por reducción del nitrobenceno se obtiene la !enilamina o anilina; por nitración, reducción posterior y amidación del ácido bencenosul!ónico se tiene la sul!anilamida, sustancia de inter%s quimioterápico, por ser el primer compuesto usado entre los llamados 3sul!as3, etc. :ambi%n se puede pasar de los deri&ados mencionados a las sustancias con !unciones alcohol, aldehida, ácido, etc. La aldeh#da benzoica es el componente caracter#stico de la esencia de almendras; el ácido salic#lico y sus deri&ados son utilizados en la !abricación de remedios* salicilatos di&ersos, antipirina, etc. Las sustancias con !unciones o cadenas ali!áticas unidas al ncleo poseen las propiedades nucleares con(untamente con las que corresponden a la cadena ali!ática o a la !unción qu#mica e-istente en la mol%cula.
)AS DE ALUMBRADO
nombre de *as !e al#%+&a!' , *as !e "#lla o *as !e c',#e, y en algunos pa#ses *as ci#!a!, se designan a las mezclas de gases combustibles que arden con llama luminosa y que se !orman por destilación seca de hulla o carbón de piedra, sin aire, a temperaturas de <=>> a > @$. :ambi%n pueden emplearse para obtenerlo otros materiales, como la madera. Esta tecnolog#a !ue empleada antes del desarrollo de la e-plotación y conducción del gas natural desde el yacimiento hasta los grandes consumidores. En =>>A se produce el Site)as, 6del ingl%s SynGas , synthesis & gas7, para usos petroqu#micos, desde el propio gas natural* $)4 B )=2 $2 B ? )= $on
el
→
Atece!etes
<* El ingeniero !ranc%s "hilippe Lebon demostró en una &i&ienda de "ar#s que este gas se pod#a usar para calentar y para alumbrar, y que se pod#a conducir de la !ábrica a los consumidores mediante tuber#as empotradas, pero sus e-perimentos despertaron poco entusiasmo y llegaron a su fn en <8>4, cuando es asesinado en los $ampos El#seos. = instaló antorchas de gas en cada e-tremo del edifcio principal de los ingenieros Ioulton y Fatt, en Iirmingham, para los que traba(aba. La compa'#a comercializó el sistema y e!ectuó su primera &enta cuando los propietarios de una importante industria te-til de Lancashire instalaron >> luces de gas para iluminar la !ábrica. La luz de gas trans!ormó la &ida en el siglo JKJ* iluminó el hogar, prolongó el d#a y ci&ilizó las calles, que de(aron de ser peligrosas
durante la noche. in embargo, las primeras lámparas de gas distaban mucho de ser agradables* ol#an mal, sólo emit#an un d%bil resplandor amarillento y, en habitaciones peque'as, calentaban y enrarec#an la atmós!era haci%ndola irrespirable. <885* El !#sico austr#aco $arl uer &on Felsbach, hi(o del director de la Kmprenta Kmperial de iena, hace más efciente la luz de gas. $oloca alrededor de la llama un manguito de gasa impregnada de torio y ó-ido de cerio. $omo %ste se hac#a incandescente, aumentaba la intensidad luminosa. El manguito incandescente condu(o a la popularidad de la luz de gas a fnales del s. JKJ y principios del JJ, antes de que !uese desplazada por el alumbrado el%ctrico de Edison y Han, aunque siguió empleándose como combustible para las cocinas dom%sticas y la cale!acción industrial. El gas de hulla tambi%n resulta una importante !uente de energ#a mecánica en los motores de gas.
C'%-'sició :al como llega al usuario, tiene apro-imadamente la siguiente composición* hidrógeno* 45,> metano* ?5 etileno* 4 monó-ido de carbono* 8 dió-ido de carbono* = nitrógeno* 5,5 o-#geno* >,5 • • • • • • •
.a+&icació
"ara !abricarlo se destila la hulla en retortas de material re!ractario, a temperaturas de <=>> a >@$, sin contacto con el aire. Los productos &olátiles, gases y &apores, pasan de las retortas a un colector, que contiene alquitrán y agua. En las retortas queda coque como residuo. En el colector, los gases y &apores destilados condensan agua y alquitrán. 1espu%s, an impuros y calientes, pasan a otros condensadores, donde queda el resto de alquitrán y de amon#aco. En las !ábricas modernas, despu%s de separar de los gases la totalidad de alquitrán, se hacen pasar por la&adores 6scrubbers7, donde se elimina el sul!uro de hidrógeno y otras impurezas. Minalmente, se elimina con purifcadores el total del sul!uro de hidrógeno y demás impurezas. El gas procedente de las !ábricas se almacena en grandes depósitos cil#ndricos llamados gasómetros, de donde, regulada su presión, pasa a las ca'er#as para el consumo. En algunas ciudades hasta pasado el tercer cuarto del siglo JJ toda&#a quedaban e(emplos de !ábricas de gas, como en el caso de la ciudad de :ortosa, en la pro&incia de :arragona. :oda&#a se puede apreciar desde la calle algunos restos de la antigua !ábrica, !undada en <8CC, donde desde el a'o <8C se le&anta la Escuela de educación primaria 3La ercN3.<
S#+-&'!#ct's 1e la !abricación del gas de hulla se cuentan el alquitrán de hulla, el coque y el amon#aco. 1e una tonelada de carbón mineral se e-traen* *as !e al#%+&a!' * =8> a ??> mO alquitrán* 5< Pg amon#aco* ? Pg coque* 5=> Pg • • • •
)AS DE SÍNTESIS El *as !e s$tesis o Site*as 6yngas, en ingl%s7 es un combustible gaseoso obtenido a partir de sustancias ricas en carbono 6hulla, carbón, coque, na!ta, biomasa7 sometidas a un proceso qu#mico a alta temperatura. $ontiene cantidades &ariables de monó-ido de carbono 6$27 e hidrógeno 6)=7.
"lanta de gasifcación de carbón en :ampa, para producir hidrógeno y electricidad.
M/t'!'s !e -&'!#cció egn los di!erentes m%todos de producción puede recibir di!erentes nombres. Qas de alumbrado o gas de hulla* e produce por pirólisis, destilación o pirogenación de la hulla en ausencia de aire y a alta temperatura 6<=>>+> @$7, o bien, por pirólisis del lignito a ba(a temperatura. En estos casos se obtiene coque 6hulla7 o semicoque 6lignito7 como residuo, que se usa como combustible aunque no sir&e para la industria del hierro. Este gas !ue utilizado como combustible para el alumbrado pblico 6luz de gas7 a fnales del siglo JKJ y comienzos del siglo JJ. $ontiene un 45 de hidrógeno, ?5 de metano, 8 de monó-ido de carbono y otros gases en menor proporción. Qas de coque o gas de coquer#a* e obtiene por calentamiento intenso y lento de la hulla 6hulla grasa7 con una combinación de aire y &apor, a alta temperatura, en las coquer#as. parte delcoque sólido !abricado, de gran inter%s para la industria siderrgica y la s#ntesis de acetileno, se !orma un gas que contiene hidrógeno, monó-ido de carbono, nitrógeno y dió-ido de carbono7. •
•
)ee&a!'& !e *as a -a&ti& !e 0#el1'il2 •
•
•
Qas de generador de gasógeno o gas de aire* e obtiene haciendo pasar aire a tra&%s de una capa gruesa de gránulos de carbón o de coque incandescente. mayor temperatura, mayor proporción de monó-ido de carbono y menor proporción de dió-ido de carbono.4 :iene escaso poder calor#fco, mucho menor que el gas de agua, debido principalmente a la dilución con el nitrógeno atmos!%rico. Qas de agua* e obtiene haciendo pasar &apor de agua sobre coque a alta temperatura. u llama es de color azul por lo que tambi%n se llama gas azul. Este gas se puede trans!ormar en metanol o alcanos, empleando catalizadores heterog%neos apropiados.5 Esta reacción es !uertemente endot%rmica por lo que requiere temperaturas muy altas. Qas pobre* e obtiene haciendo pasar alternati&amente &apor de agua y aire sobre carbón incandescente 6alternancia de chorros de &apor y aire7, y es una mezcla de los dos m%todos anteriores. A $uando el lecho de coque se ha en!riado a una temperatura a la que la reacción endot%rmica ya no puede continuar, el &apor de agua es reemplazado por un chorro de aire. La !ormación inicial de dió-ido de carbono 6e-ot%rmica7 aumenta la temperatura del lecho de coque y &a seguida por la reacción endot%rmica en la que este 6$2=7 se con&ierte en monó-ido de carbono 6$27. La reacción global es e-ot%rmica,
originando 3gas pobre3. El o-#geno puro puede sustituir al aire para e&itar el e!ecto de dilución, y en este caso el poder calor#fco es más alto. •
•
•
Qas de agua carburado* e obtiene mezclando gas de agua con petróleo gasifcado en un carburador. "osee un poder calor#fco más alto que los anteriores. Qas ciudad* e obtiene a partir de la o-idación de petróleo o algn deri&ado 6!uel+oil, na!ta7 mediante &apor de agua y aire. e debe eliminar el azu!re para e&itar la corrosión, y tambi%n el monó-ido de carbono por su to-icidad. )a sido reemplazado por el gas natural y los gases licuados del petróleo 6QL", como butano o propano7 para todo tipo de fnes, pues %ste posee un poder calor#fco doble. &eces se llama gas ciudad a cualquier gas de s#ntesis producido para abastecer el consumo dom%stico y distribuido mediante redes de tuber#as, ya sea obtenido a partir de carbón o de petróleo. Qas natural sint%tico o *as !e s$tesis * $ombustible que se !abrica a partir del carbón, del petróleo o de sus deri&ados, por m%todos modernos, distintos de los procesos clásicos ya comentados* Ge!ormado de gas natural con &apor de agua. Ge!ormado de hidrocarburos l#quidos para producir hidrógeno. Qasifcación del carbón, de la biomasa, y de algunos tipos de residuos en instalaciones de gasifcación. Qasifcación integral en ciclo combinado • •
•
•
Utili3ació !el *as !e s$tesis El nombre gas de síntesis pro&iene de su uso como intermediario en la creación de gas natural sint%tico 6Q07 y para la producción de amon#aco o metanol. El gas de s#ntesis tambi%n se utiliza como producto intermedio en la producción de petróleo sint%tico, para su uso como combustible o lubricante a tra&%s de la s#ntesis de Mischer+ :ropsch, y pre&iamente al proceso obil para con&ertir metanol en gasolina. El gas de s#ntesis está compuesto principalmente de hidrógeno, monó-ido de carbono, y muy a menudo, algo de dió-ido de carbono. "osee menos de la mitad de densidad de energ#a que el gas natural. e ha empleado y an se usa como combustible o como producto intermedio para la producción de otros productos qu#micos.
$uando este gas se utiliza como producto intermedio para la s#ntesis industrial de hidrógeno a gran escala 6utilizado principalmente en la producción de amoniaco7, tambi%n se produce a partir de gas natural 6a tra&%s de la reacción de re!ormado con &apor de agua7 como sigue* $on el fn de producir más hidrógeno a partir de esta mezcla, se a'ade más &apor y as# se produce el desplazamiento de la reacción del gas de agua* El hidrógeno debe separarse del $2= para poder usarlo. Esto se realiza principalmente por adsorción por oscilación de presión 6"7, limpieza de las aminas producidas y el empleo de reactores de membrana. El gas de s#ntesis producido en las grandes instalaciones para la gasifcación de residuos puede ser utilizado para generar electricidad. Los procesos de gasifcación de carbón se utilizaron durante muchos a'os para la !abricación de gas de alumbrado 6gas de hulla7 que alimentaba el alumbrado de gas de las ciudades y en cierta medida, la cale!acción, antes de que la iluminación el%ctrica y la in!raestructura para el gas natural estu&ieran disponibles.
A-licaci'es !el *as !e s$tesis2 :ratamiento posterior del gas de s#ntesis El gas de s#ntesis puede ser utilizado en el proceso Mischer+ :ropsch para producir di%sel, o con&ertirse en metano y en dimetil%ter en procesos catal#ticos. i el gas de s#ntesis es tratado posteriormente mediante procesos criog%nicos para su licuación, debe tenerse en cuenta que esta tecnolog#a tiene grandes difcultades en la recuperación del monó-ido de carbono puro si están presentes &olmenes relati&amente grandes de nitrógeno, debido a que el monó-ido de carbono y el nitrógeno poseen puntos de ebullición muy similares que son +<<,5 @ $ y +<5,C @ $, respecti&amente. lgunas tecnolog#as de procesado eliminan selecti&amente el monó-ido de carbono por comple(ación R descomple(ación del monó-ido de carbono con cloruro de aluminio cuproso 6$ul$l47, disuelto en un l#quido orgánico como el tolueno. El monó-ido de carbono purifcado puede tener una pureza superior al , lo que lo con&ierte en una buena materia prima para la industria qu#mica. El gas residual del sistema puede contener dió-ido de carbono, nitrógeno, metano, etano e hidrógeno. 1icho gas residual puede ser procesado en un sistema de adsorción por oscilación de presión para eliminar el hidrógeno, y este hidrógeno puede ser recombinado en la proporción adecuada (unto con monó-ido de carbono para la producción catal#tica de metanol, di%sel por el proceso de Mischer+:ropsch, etc. La purifcación criog%nica 6condensación !raccionada7, que requiere mucha energ#a, no es muy adecuada para la !abricación de combustible, simplemente porque la ganancia de energ#a neta es muy reducida.
Bi+li'*&a0$a •
•
http*RRHHH.re&olucionesindustriales.comRmaquinasindustrialesRq uimicaRaromatica+hulla http*RRes.HiPipedia.orgRHiPiRQasSdeSs$?1ntesis
• •
•
• •
• • • • •
•
•
•
http*RRes.HiPipedia.orgRHiPiRQasSdeSalumbrado http*RRHHH.escolar.comRlecturasR&ariedadesRmara&illosa+ historia+del+gasRla+obtencion+del+gas.html http*RRes.ansHers.yahoo.comRquestionRinde-T qidU=><=>C<5?>5>.html http*RRm-.ansHers.yahoo.comRquestionRinde-T qidU=><>>4>4<><metalurgico.htm
