Estudio técnico- económico de factibilidad para gasificación de carbón colombiano y producción de hidrocarburos a partir de gas de síntesis | Technical-economic feasibility study for gasification of Colombian coal and production of hydrocarbons from synthesis gas

Actualmente casi el 90% de la energía consumida a escala mundial procede de los combustibles fósiles: petróleo, carbón y gas natural, y el 10% restante procede de las energías hidráulica y nuclear. La utilización de estos combustibles lleva asociado una serie de problemas como la disminución de las reservas petrolíferas, la situación geográfica localizada de las reservas, el crecimiento del parque automotor, el déficit de combustibles líquidos y gaseosos de origen natural, la degradación del medio ambiente por el proceso de combustión, parámetros que hacen del carbón una opción de uso como fuente energética, considerando la diversidad y abundancia de las reservas de carbón a nivel mundial y nacional. El carbón como fuente de energía asegurara el suministro automotor y permitirá su empleo en industrias y hogares a costo razonable y cumplir exigencias ambientales Colombia ocupa el sexto lugar en producción diaria de petróleo en Latinoamérica, debido a esto, y a la importancia que representa este recurso para la economía del país, el Gobierno y empresas del sector privado y petrolero se han interesado en la búsqueda y explotación de fuentes no convencionales como el carbón, que puedan complementar a las fuentes existentes. Colombia cuenta con 7.063 Mt y 4.500 Mt en carbón, en la categoría de recursos y reservas medidas e indicadas respectivamente, con carbón bituminoso de excelentes calidades, por su poder calorífico, sus bajos contenidos de humedad, cenizas y azufre, que lo hace competitivos frente a otros mercados y permiten tener en cuenta las disposiciones del Protocolo de Kyoto.

RESUMEN 6 INTRODUCCIÓN 22 2. GENERALIDADES DEL CARBÓN 31 2.1 COMPOSICIÓN DEL CARBÓN 31 2.2 ESTRUCTURA DEL CARBÓN 33 2.3 CLASIFICACIÓN DEL CARBÓN 34 2.3.1 Clasificación según maceral y rango. 36 2.3.2 Normas ASTM. 37 2.3.3 Clasificación según formas y tecnologías de uso. 38 2.4 PROPIEDADES Y CALIDAD DEL CARBÓN 40 2.5 EL CARBÓN FUENTE DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS Y GASEOSOS 42 2.6 NORMATIVIDAD AMBIENTAL 43 3. ANÁLISIS DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LOS CARBONES COLOMBIANOS 45 3.1 RESERVAS 46 3.2 EXPLOTACIÓN - EXTRACCIÓN 50 3.2.1 Aprovechamiento tecnológico del carbón. 53 3.3 CALIDAD 54 3.4 PRODUCCIÓN Y CONSUMO 55 3.5 EXPORTACIÓN 59 3.6 EVALUACIÓN DE EXTRACCIÓN INDUSTRIAL DE CARBÓN 62 3.6.1 Vías de acceso y transporte. 62 3.6.2 Análisis Geológico-Minero. 63 4. TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DEL CARBÓN 65 4.1 ANTECEDENTES 65 4.2 PROCESOS CONVERSIÓN CARBÓN A COMBUSTIBLE SINTÉTICO 70 4.2.1 Carbonización a baja temperatura (LCT) o Pirolisis. 72 4.2.2 Licuefacción directa del carbón (DCL) o hidrolicuefacción. 72 4.2.3 Licuefacción Indirecta del carbón (ICL). 81 4.2.3.1 Gasificación. 82 4.2.3.2 Tratamiento del Syngas. 87 4.2.3.3 Reacción de Fischer- Tropsch (FT) o síntesis FT. 87 4.2.4 PROCESO HIBRIDO DCL/ICL 96 4.3 IMPACTO DEL RANGO DEL CARBÓN Y LA COMPOSICIÓN SOBRE LAS OPCIONES DE PROCESO DE LICUEFACCIÓN 97 4.4 CALIDAD DE LOS PRODUCTOS 100 5. IMPACTO AMBIENTAL DE LA PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS A PARTIR DEL CARBÓN 102 5.1 PROCESO DE PRODUCCIÓN COMBUSTIBLES SINTÉTICOS 103 5.1.1 Contaminación atmosférica. 106 5.1.1.1 La lluvia ácida. 106 5.1.1.2 Cambio climático. 108 5.1.1.3 Desertificación y Deforestación. 110 5.1.1.4 Material particulado. 110 5.1.1.5 Vertimientos. 111 5.2 IMPACTO AMBIENTAL TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DEL CARBÓN 113 5.2.1 Emisiones gaseosas específicas de las tecnologías. 115 5.2.2 Impacto ambiental de los métodos convencionales vs licuefacción 118 6. EVALUACIÓN TÉCNICO- AMBIENTAL DE UNA PLANTA COMERCIAL DE CONVERSIÓN DE CARBÓN A COMBUSTIBLES LÍQUIDOS EN COLOMBIA 123 6.1 POTENCIAL GEOLÓGICO-MINERO 124 6.2 CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA: CARBÓN 129 6.3 SELECCIÓN DEL PROCESO TECNOLÓGICO PARA COLOMBIA 134 6.4 IMPACTO AMBIENTAL DEL USO DEL CARBÓN 145 6.5 IMPACTO AMBIENTAL DEL PROCESO DE LICUEFACCIÓN 153 6.6 IMPACTOS AMBIENTALES DEL PROCESO DE REFINACIÓN 161 6.7 PETRÓLEO VS CARBÓN 166 6.8 SOSTENIBILIDAD Y CICLO DE VIDA 168 7. SIMULACIÓN DEL PROCESO DE LICUEFACCIÓN CON CARBÓN 175 7.1 SIMULACIÓN DEL PROCESO CTL. 175 7.2 REQUERIMIENTOS PARA EL PROCESO 181 7.3 SUBPRODUCTOS 182 7.4 RESULTADOS OBTENIDOS PARA LOS CASOS DE ESTUDIO 183 7.4.1 Producción de 50,000 bpd de combustibles líquidos. 183 7.4.2 Producción de 12,500 bpd de combustibles líquidos. 185 7.4.3 Producción de 5,000 bpd de combustibles líquidos. 187 8. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA 191 8.1 REQUISITOS DE DISEÑO 191 8.2 REQUISITOS TÉCNICOS 191 8.3 REQUISITOS AMBIENTALES 192 8.4 REQUISITOS ECONÓMICOS 192 8.5 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO 193 8.5.1 Pre tratamiento del carbón. 195 8.5.2 Unidad de separación de Oxígeno 197 8.5.3 Gasificación. 197 8.5.4 Limpieza del syngas 197 8.5.5 Unidad de recuperación y tratamiento de los residuos sólidos 198 8.5.6 Recuperación y tratamiento del azufre. 198 8.5.7 Tratamiento del agua. 199 8.5.8 Reactores FT. 199 9. EVALUACIÓN ECONÓMICA 202 9.1 TIPO DE MERCADO 203 9.1.1 Tamaño del mercado, nuevos requerimientos y tendencias. 204 9.2 APLICABILIDAD DE LA TECNOLOGÍA EN COLOMBIA 207 9.3 SISTEMAS COMPETITIVOS DE LA TECNOLOGÍA 211 9.3.1 GTL: proceso ‘Gas to Liquid’. 211 9.3.2 Oil shales’ y arena bituminosa. 211 9.3.3 El hidrógeno-H2 como vector de energía 212 9.3.4 Biocarburantes. 213 9.4 DEMANDA Y OFERTA ENERGÉTICA 215 9.4.1 Determinantes de la demanda. 215 9.4.1.1 Demanda Mundial. 215 9.4.1.2 Demanda Nacional. 218 9.4.1.3 Demanda energética en el sector transporte 219 9.4.1.4 Proyecciones de demanda de Diesel. 223 9.4.2 Determinantes de la Oferta 225 9.5 TIPOS DE CLIENTES A LOS QUE VA DIRIGIDO EL PRODUCTO 231 9.5.1 Canales de comercialización y distribución 232 9.6 PRECIOS DEL CARBÓN, PETRÓLEO Y COMBUSTIBLES LÍQUIDOS 232 9.6.1 Precios del Carbón. 232 9.6.2 Precios del Petróleo. 233 9.6.3 Precios de los combustibles CTL. 238 9.6.4 Proyección de precios de los combustibles 238 9.7 ESTIMACIÓN DE LAS VENTAS Y TAMAÑO DE PLANTA PRODUCTIVA 239 9.8 COSTOS 240 9.8.1 Inversión inicial o CAPEX (Capital Expenditure 241 9.8.2 Gastos de operación de la inversión o OPEX (Operacional 242 9.9 SUPUESTOS Y RESULTADOS DEL ESTUDIO ECONÓMICO 246 9.10 FORTALEZAS Y DEBILIDADES 247 CONCLUSIONES 251 BIBLIOGRAFÍA 254 ANEXOS 267

Especialización

Currently almost 90% of the energy consumed on a global scale comes from fossil fuels: oil, coal and natural gas, and the remaining 10% comes from hydro and nuclear energy. The use of these fuels is associated with a series of problems such as the decrease in oil reserves, the localized geographical situation of the reserves, the growth of the vehicle fleet, the deficit of liquid and gaseous fuels of natural origin, the degradation of the environment due to the combustion process, parameters that make coal an option for use as an energy source, considering the diversity and abundance of coal reserves worldwide and nationally. Coal as an energy source will ensure the automotive supply and will allow its use in industries and homes at a reasonable cost and meet environmental requirements. Colombia occupies the sixth place in daily oil production in Latin America, due to this, and the importance that this resource represents for the country's economy, the Government and companies of the private and oil sector have been interested in the search and exploitation of sources not conventional sources such as coal, which can complement existing sources. Colombia has 7,063 Mt and 4,500 Mt in coal, in the category of resources and reserves measured and indicated respectively, with bituminous coal of excellent qualities, due to its calorific power, its low moisture, ash and sulfur content, which makes it competitive against to other markets and allow the provisions of the Kyoto Protocol to be taken into account.

Modalidad Presencial