Cálculos de carbón

Los cálculos precisos son esenciales para el éxito de sus operaciones con carbón. Estos cálculos se utilizan para estimar distintos parámetros básicos, incluidos los valores calóricos y de cenizas que le permiten determinar los grados de su carbón.

Los equipos internacionales de SGS de químicos y expertos utilizan una gama de índices y cálculos de análisis de carbón para obtener los valores calóricos, el total de hidrógeno, el índice de reactividad del coque (CRI), así como la Resistividad del coque tras la reacción (CSR) de su muestra de carbón. Nuestros cálculos y resultados de ensayos de terceros le proporcionan datos fiables que cumplen con las normas internacionales.

A continuación puede ver algunos de los protocolos y cálculos utilizados con regularidad por especialistas en coque y carbón de SGS. Estos cálculos se proporcionan a título informativo, pero SGS no puede garantizar que todos los datos o fórmulas coincidan con las normas más actuales. Los clientes que comercien con carbón deben familiarizarse con las normas actuales que se usan en los contratos.

*** Cálculo neto de VC: consulte ASTM D5865-12/ISO 1928-2009
*** Conversión de la humedad a distintas bases: consulte ASTM D3180/ISO 1170

Factores de conversión básicos:
Ref: ASTM D3180/ISO 1170: conversión a distintas bases de humedad
1. Factor AD (convierte AD a humedad nominal (NM)): (100-NM)/(100-ADM)
  NM = AD / ((100-NM)/(100-ADM))
2. Factor Dry (convierte AD a Dry) (100-ADM)/100
  Dry = AD / ((100-ADM)/100)
3. Factor AR(convierte Dry a AR): (100-TM)/100
  AR = Dry x ((100-TM))/100)
4. Factor DAF (convierte Dry a DAF): (100-ceniza seca)/100
  DAF = Dry / ((100-ceniza seca)/100)

Donde:

Fórmula de humedad total de dos fases (consulte ASTM D3302 sección 10)
La determinación del total de humedad de dos fases se utiliza cuando la muestra de carbón tiene una masa demasiado pequeña o está demasiado mojada para dividirla o triturarla sin la posibilidad de perder cantidades significativas de humedad.
TMar, % = [Rm,ad, % x (100 – Fm,ad, %) / 100] + Fm,ad %
TM = Total de humedad; Fm = Libre de humedad; Rm = Humedad residual
Factores de conversión de valores calóricos Ref: ASTM 5865-12 X1.4. e ISO 1928-9 10.5
J/g = kcals/kg dividido por 0,238846 o multiplicado por 4,1868
J/g = Btu/lb multiplicado por 2,326 o dividido por 0,429923
kcal/kg = J/g multiplicado por 0,238846 o dividido por 4,1868
kcal/kg = Btu/lb dividido por 1,8 o multiplicado por 0,555556
Btu/lb = J/g dividido 2,326 o multiplicado por 0,429923
Btu/lb = kcals/kg multiplicado por 1,8 o dividido por 0,555556
CO₂Factor de emisión (Directiva 2003/87/CE) Directiva 2007/589/CE
CO₂Factor de emisión tCO₂/TJ =
= carbono tal cual x 3,667 x [10.000/NCV(p)] en kJ/kg
= carbono tal cual x 3,667 x [2388,46/NCV(p)] en kcal/kg

Incertidumbre estándar de CO₂Factor de emisión (tCO2/TJ)
Como parte de los nuevos requisitos para informes de la Comisión Europea (CE) en cuanto a las emisiones de CO₂, se solicita al laboratorio de análisis que informe de la “incertidumbre estándar del factor de emisión de CO₂”, atribuido al análisis de laboratorio, expresado como desviación estándar.

Los valores de reproducibilidad ISO para C (db) 1,00 % y GCV (db) 300J/g, convertidos a base tal cual, se usan en el cálculo de la incertidumbre.
Proporción de combustible
= carbono fijo/materia volátil

Lastre
= Ceniza (AR) + Total de humedad
Hidrógeno en carbón: Consulte ASTM 3180/ISO 1170
En la medida en que pueda informarse de los valores de hidrógeno, sobre la base de si contienen o no el hidrógeno en agua (humedad) asociados a la muestra, los procedimientos de conversión alternativos se definen a continuación.

Utilice las conversiones siguientes para informar del hidrógeno incluido o excluido en la humedad:

Total de hidrógeno determinado (AD): incluye el hidrógeno en la humedad del análisis
1. Hidrógeno (excluido el hidrógeno en la humedad)
  H (base seca) = [Total de hidrógeno (ad)-(AMx0,1119)] x (100/(100-AM))
2. Hidrógeno(incluidoel hidrógeno en la humedad)
  H (AR) = [Total de hidrógeno (db) x ((100-TM)/100)]+(0,1119*TM)
3. ISO 1170 informa de base de hidrógeno secada por aire excluido el hidrógeno en la humedad analizada.
  H (secado por aire) = Total de hidrógeno (determinado) - (Humedad de análisis x 0,1119)
  
  Factores de hidrógeno y oxígeno basados en el peso atómico de H₂0
  Hidrógeno = Humedad X 0,1119
  Oxígeno = Humedad X 0,8881
Cálculos de DMMF
Cálculos de dry, libre de materia mineral (referencia ASTM D388)

Fórmula empírica para el cálculo del valor calórico bruto mediante análisis avanzados
(Ref.: Tipología del carbón - Física - Química - Constitución; autor D. W. Krevelen; tercera edición, 1993, página 528). Toda la entrada genera una base dry (DB), expresada como porcentaje del peso.

DULONG (1820) = (80,8 x C) + (344,6 x H) – (43,1 x O) + (25 x S)		BOIE (1953) = (84 x C) + (277,7 x H) – (26,5 x O) + (15,0 x N) + (25 x S)
SEYLER (1938) = (123,9 x C) + (388,1 x H) + (25 x O2) - 4269		NEAVEL (1986) = (81,05 x C) + (316,4 x H) – (29,9 x O) + (23,9 x S) - (3,5 x Ash)
MOTT & SPOONER (1940) OXÍGENO < 15% = (80,3 x C) + (339 x H) - (34,7 x O) + (22,5 x S)		GIVEN (1986) = (78,3 x C) + (339,1 x H) – (33,0 x O) + (22,1 x S) + 152
MOTT & SPOONER (1940) OXÍGENO > 15% = (80,3 x C) + (339 x H) - (36,6 x O) + (0,17 x O2) + 22,5 x S *NOTA:* estas fórmulas no son válidas para las mezclas de carbón. Consulte en la nota anterior la fórmula Seylers.

Extracto de CARBÓN - D.W. Krevelen. (pág. 529) "Todas las ecuaciones empíricas son modificaciones de la ecuación Dulong original con "cierta base teórica" y son, mediante adaptación a los datos CV empíricos del carbón, relaciones empíricas de facto. Las correlaciones proporcionadas por GIVEN (1986) y NEAVEL (1986) son las más fiables."

Cálculos de valor calorífico neto (NCV) y factores de conversión
Ref.: Valor calórico neto (ASTM D5865-12)
Calor producido por la combustión de una sustancia a una presión constante de 0,1 Mpa (1 Atm), con agua formada como vapor.

ASTM D5865-12/D3180 a presión constante
Qv-p= 0,01 * RT * (Had / (2*2,016)) - Oad / 31,9988 - Nad / 28,0134)
Qh = 0,01 * Hvap * (Had / 2,016)
Qmad = 0,01 * Hvap * (Mad / 18,0154)
Qmar = 0,01 *Hvap * (Mar / 18,0154)
Qvar = Qvad *((100-Mar) / (100-Mad))
Qpad(net) = Qvad(gross) + Qv-p - Qh – Qmad
Qpd(net) = (Qvad(gross) + Qv-p - Qh) * (100/(100-Mad)
Qpar(net) = ( Qvad(gross) + Qv-p - Qh) * (100 - Mar) / (100 - Mad) – Qmar

Donde:
Qv-p = energía asociada a este cambio en el volumen de la fase gaseosa para la reacción de combustión
R = constante de gas universal [8,3143 J/(mol *K)]
T = temperatura de referencia termoquímica estándar (298,15 K)
Had = Had,m – 0,1119 * Mad (total de hidrógeno, H, en la humedad)
Oad = Oad,m – 0,8881 * Mad (total de oxígeno, O, en la humedad)
Hvap = calor de vaporización del agua a presión constante (43985 J/mol)
Qh = calor de vaporización de contenido de hidrógeno en la muestra
Qmad = calor de vaporización de contenido de agua en la muestra del análisis
Qmar = calor de vaporización del contenido total de humedad en la muestra
Pesos atómicos: O₂= 31,998/N₂= 28,0134/H₂2,016/H₂O = 18,0154

ISO 1928-2009 a volumen constante
Qv, net,m,J/g =( Q gr,v,d - 206,0 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (23,05x M_T)
Qv, net,m,kcal/kg = ( Q gr,v,d - 49,20 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (5,51x M_T)
ISO 1928-2009 a presión constante
Qp, net,m,J/g =
{ Q gr,v,d - 212,2 [ wHd ] - 0,8 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 24,43 x M_T
Qp, net,m,kcal/kg =
{ Q gr,v,d - 50,68 [ wHd ] - 0,191 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 5,84 x M_T
[ wHd ] = Contenido de hidrógeno de la muestra menos el hidrógeno presente en la humedad
w(H)d = w(H) x 100/100-M_T
M_T= Total de humedad
Fórmula de Seyler
Pueden estimarse varios parámetros del carbón a partir de las determinaciones de valores calóricos y análisis avanzados, mediante la fórmula de Seyler y otros cálculos similares, p. ej. la fórmula de Dulong).

Especificación ISO 1928 2009 del valor calórico bruto
La norma ISO es la única norma internacional que permite el cálculo de la estimación del contenido de hidrógeno mediante la fórmula de Seyler.

El cálculo de Seyler solo es válido para la mayoría de los carbones bituminosos.
Nota 1. No es válido si el valor estimado de Hdb es inferior al 3%.
Nota 2. No es válido si el contenido de Odaf es superior al 15%.
Nota 3. No es válido para la estimación de H si los envíos de carbón son una mezcla de carbón de baja clasificación o antracita o coque de petróleo y carbones bituminosos
Nota 4. No es válido para el carbón de baja clasificación, antracita, coque de petróleo o coque.

ISO 1928 2009 Parte E.3.3
wH = 0,07 x w(V) + 0,000165 x qv,gr,m - 0,0285 x [ 100 - M_T- w(A) ]
w(H): es el contenido de hidrógeno de la muestra menos el hidrógeno que se incluye en la humedad, como porcentaje de la masa
w(V): es el contenido de VM de la muestra con el contenido de humedad M_T, como porcentaje de la masa
w(A): es el contenido en cenizas de la muestra con contenido de humedad M_T, como porcentaje de la masa
qv,gr,m: es el valor calórico bruto de la muestra con el contenido de humedad M_T, en julios/g
TAMAÑO MEDIO DEL COQUE (referencia ISO 728 Anexo A)
= (B(a-c)+C(b-d)+…+J(h-k) +100j)/200
Donde a, b, c, d…h, j y k son los tamaños de los orificios en mm, de cribas sucesivas; 'A, B, C, D…H, J y K son las sobredimensiones en porcentaje acumulado para cada una de las cribas.

Nota: La criba con tamaño de orificio 'a' es la de menor tamaño por la que pasa todo el coque (es decir, A = 0%). La criba con tamaño de orificio "k" es la criba hipotética por la que no pasará el coque (k=0 mm, K= 100%).

Índice de reactividad del coque (CRI) Resistividad del coque tras la reacción (CSR)

Cuando el coque desciende por el alto horno, se ve sometido a reacción con CO a contracorriente₂y abrasión. Estos procesos concurrentes debilitan el coque y reaccionan químicamente con este para producir un exceso de disgregados que pueden reducir la permeabilidad de la carga del alto horno. SGS realiza pruebas CSR y CRI para proporcionar resultados de una alta precisión con buenos tiempos de procesamiento. Las pruebas CSR y CSI determinan cuánta energía producirá el carbón cuando se queme en el horno.

La prueba CRI/CSR mide el coque reactivamente en dióxido de carbono a temperaturas elevadas y su resistividad después de la reacción mediante el tambor. En la prueba, duplicamos 200g muestras de ⅞ "x ¾" (19 x 22 mm) de coque extraídos de una muestra madre de mínimo 1kg y se hace reaccionar en un recipiente con gas CO₂ durante dos horas a 1100°C. La pérdida de peso después de la reacción equivale al CRI. El coque que ha reaccionado comienza a girar después en un tambor con forma de I: 600 revoluciones a un ritmo de 20 rpm y finalmente se pesa. El porcentaje de peso del coque + ⅜” equivale al CSR. La mayoría de los altos hornos requerirán un coque con una CSR mayor de 60 y un CRI menor de 25. El compromiso de SGS es proporcionar análisis de coques de altos hornos rentables y precisos para sus operaciones.

SGS es líder en todo el mundo en ensayos y análisis de coque y carbón. Los datos resultantes de nuestros procesos analíticos aseguran un rendimiento y unos índices de recuperación del carbón y el coque óptimos.