4 Sensitivity Analysis
4.3 Labor Supply Elasticity
La carbonización de las mezclas de los carbones y el tratamiento de los productos obtenidos para la determinación de los índices de calidad (CRI y CSR) se llevó a cabo de acuerdo con el procedimiento descrito en el numeral 2.2.1.
La Tabla 3.3 expone los índices de calidad experimental y calculados asumiendo aditividad de los carbonizados obtenidos a partir de las mezclas estudiadas. Se puede observar que solamente la mezcla que tiene los dos carbones que atraviesan por una etapa plástica (P6 y C6) presentan índices de calidad cercanos a los calculados asumiendo aditividad. Las mezclas restantes exhiben un índice de reactividad mayor al esperado y una resistencia mecánica inferior. Este resultado pone en evidencia que cuando están presentes carbones térmicos no coquizantes de menor rango en la mezcla, estos materiales impiden que los carbones coquizantes (P6 y S9) desarrollen un ordenamiento en su estructura característica de coques de buena calidad debido a que no funden retrasando el movimiento de las capas aromáticas durante la etapa plástica de los carbones coquizantes. La figura 3.1 muestra claramente este fenómeno en el que, el valor de Lc a 900 ºC de las mezclas que comprenden S9 y P6 (cercano a 2 nm) es menor que el valor exhibido por los carbones individuales (2,2 y 2,7 nm respectivamente).
Tabla 3.3: Índices CRI y CSR de los carbonizados obtenidos a partir de las mezclas.
Muestra CRI (%) Experimental CSR (%) Experimental CRI (%) Calculado CSR (%) Calculado 60P6:40C6 25 61 23 63 60P6:40C10 53 64 44 42 60S9:40C6 29 56 22 67 60S9:40C10 70 0 43 46
El análisis de los índices de calidad mostrado en la Tabla 3.3 permite afirmar que la mezcla 60P6-40C6 es la única que cumple con los requerimientos de la industria (baja reactividad al CO2 y alta resistencia mecánica); en este aspecto cabe resaltar que, como
se muestra en la Figura 3.5, las mezclas que contienen a C6 son las que presentan la menor reactividad y los menores valores de d002 a 900 ºC.
Figura 3.5: a) d002 de las mezclas en función de su CRI; b) Lc de las mezclas en función
de su CRI.
a) b)
Al confrontar el comportamiento de d002 en función del CRI con Lc en función de CRI se
encuentra que para las mezclas que comprenden el carbón coquizante S9, los valores de la altura del apilamiento de capas aromáticas y el espaciado interlaminar son iguales en ambos casos como se observa en las gráficas a) y b) de la Figura 3.5; sin embargo, la reactividad de dichas muestras es muy diferente. Este se hecho se explica con los resultados de DRIFT obtenidos en este trabajo (Figura 3.3), donde se muestra que la aromaticidad de 60S9:40C6 a 900 ºC es mayor que la de la otra mezcla que contiene S9 indicando que la diferencia entre las dos mezclas mencionadas corresponde al tamaño de las capas aromáticas, siendo el carbonizado obtenido a partir de 60S9-40C6 el que tiene el mayor tamaño de las capas aromáticas y por tanto menor reactividad.
La Figura 3.6 muestra el comportamiento de la relación de áreas C-Har/C-Hal en función
del índice de calidad CRI donde se observa una tendencia exponencial en la cual las muestras con CRI más grandes son las menos aromáticas. Adicionalmente, se encuentra que las mezclas que contienen el carbón C6 exhiben la mayor aromaticidad, los menores de d002 y la menor reactividad, no obstante la mezcla de C6 con S9 no presenta
comportamiento plástico en el ensayo de Gieseler (Tabla 3.2).
Figura 3.6: Relación entre la aromaticidad de las mezclas con el índice CRI.
0.348 0.348 0.349 0.349 0.350 0.350 0.351 0.351 0.352 20 30 40 50 60 70 80 d 002 ,900 ºC , n m CRI (%) 60P6:40C6 60P6:40C10 60S9:40C6 60S9:40C10 1.8 1.9 2.0 2.1 20 30 40 50 60 70 80 Lc ( nm ) CRI (%) 60P6:40C6 60P6:40C10 60S9:40C6 60S9:40C10 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 20 30 40 50 60 70 80 C H ar /C H al ( 900 ºC ) CRI (%) 60P6:40C6 60P6:40C10 60S9:40C6 60S9:40C10
3.2.5 Microscopía electrónica de barrido (SEM) de los carbonizados
obtenidos a partir de las mezclas preparadas
La evaluación de los cambios texturales y morfológicos en la superficie de los carbonizados obtenidos a partir de las mezclas de carbones se realizó a través del análisis de las microfotografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido y el procedimiento seguido en la preparación de las muestras y en la toma de las micrografías se describe en el numeral 2.3.3.
Las Figuras 3.7 y 3.8 muestran las micrografías de los carbonizados a 900 ºC obtenidos a partir de las mezclas que contienen el carbón C6, donde se observa que el carbonizado obtenido de 60P6-40C6 que cumple con los requerimientos de calidad de la industria presenta una morfología en la cual se ha perdido parte de las estructuras lisas y laminares características de los carbones individuales y se ha formado partículas aglomeradas de diferentes tamaños y formas, mientras que para la mezcla obtenida de carbonizar S9 y C6 se evidencia un cambio más drástico en su morfología dado que su superficie tiene un perfil altamente rugosa y con escamas donde no existe aglomeración.
Figura 3.7: Micrografías del carbonizado obtenido a partir de la mezcla 60P6-40C6 a
diferentes aumentos. a) 200X, b) 300X y c) 600X.
a) b)
Figura 3.8: Micrografías del carbonizado obtenido a partir de la mezcla 60S9-40C6 a
diferentes aumentos. a) 200X, b) 300X y c) 600X
a) b)
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5. Sakurovs, R., Interactions between coking coals and plastics during co-pyrolysis
Capítulo 4:
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 Conclusiones
• Los carbones coquizantes P6 y S9 y los carbones térmicos C6 y C10 siguen caminos bien diferenciados durante el proceso de carbonización que se ven reflejados en los parámetros estructurales tales como la relación CHar/CHal, el
tamaño de cristal Lc y el espaciado entre capas aromáticas d002.
• Los carbones térmicos C6 y C10 muestran un desarrollo de su aromaticidad menor al demostrado por los carbones coquizantes P6 y S9 debido a su alto contenido de oxígeno que genera fuertes entrecruzamientos durante el proceso de carbonización lo cual impide el desarrollo de la etapa plástica y por lo tanto el ordenamiento de las capas aromáticas.
• El carbón coquizante S9 no atraviesa por una etapa plástica en el ensayo de Gieseler dado su bajo contenido de materia volátil, su alto grado de aromaticidad que se ve reflejado en la relación C-Har/C-Hal igual a 0,5 y su alta estabilidad
térmica. Sin embargo produce un carbonizado con índices de calidad en el rango aceptado por la industria que demuestra que la existencia de la etapa plástica depende tanto de los constituyentes del carbón como de la conformación estructural en la que estos se encuentran presentes.
• Para las muestras estudiadas, el parámetro d002 disminuye con el aumento de la
relación C-Har/C-Hal reflejando la menor existencia de estructuras alifáticas entre
las capas de anillos aromáticos a medida que el sólido se hace más aromático. • Las dos mezclas que contienen el carbón S9 carbonizadas a 900 ºC presentan
los mismos valores de d002 y Lc con distinta reactividad de mostrando que CRI
está altamente influenciado por la aromaticidad del carbón no coquizante adicionado a la mezcla.
• Para todas las mezclas se observa una tendencia exponencial cuando se relaciona C-Har/C-Hal en función del índice de calidad CRI donde las mezclas que
contienen a C6 son más aromáticas y por tanto tienen menores de d002 y una
4.2 Recomendaciones
• Dado que la plasticidad está relacionada con la capacidad donor-aceptora de hidrógeno es necesario realizar un estudio que permita obtener información de la concentración de hidrógeno hidroaromático en la estructura del carbón durante el proceso de carbonización.
• Seleccionar y estudiar más carbones con las características que presenta S9 con el fin de encontrar mayores evidencia que expliquen su comportamiento.
• Integrar técnicas como DRX que permitan determinar el tamaño de las unidades aromáticas así como el empaquetamiento de estas y PMRTA para evaluar el comportamiento termoplástico de los carbones.
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