Evolución de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) durante la combustión simulada del carbón de la formación Cerro Pelado, Edo. Falcón

Abstract

RESUMEN Con el objetivo de estudiar la evolución de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el residuo sólido sometido a los procesos de combustión espontánea, se procedió a realizar la simulación experimental de la combustión incompleta del carbón de la Formación Cerro Pelado. Para ello se cortó la muestra de carbón en fragmentos de 2 a 3 cm de lado. Con el fin de obtener un residuo sólido que esté lo suficientemente alterado, 10 a 15 g de estos fragmentos fueron sometidos a combustión incompleta en una mufla a 450 ºC y 750 °C durante dos intervalos de tiempo, 30 min y 1 hora. Posteriormente, tanto a la muestra fresca original como a los residuos sólidos obtenidos, se les efectuó ensayos de flotabilidad, el cual permitió obtener la alteración del carbón y por ende el tiempo óptimo de combustión. Una vez obtenido este parámetro, se tomaron de 20 a 30 g en fragmentos de carbón y se sometió al mismo calentamiento descrito anteriormente, pero a un rango de temperatura de 450 ºC a 750 ºC en intervalos de 100 ºC. A continuación, a 10 g de residuos y de muestra fresca (pulverizado) se le realizó la extracción orgánica mediante el sistema Randall utilizando 60 mL de diclorometano como solvente extractor. Para el caso de las extracciones de bajo rendimiento (muestras de 550 – 750 ºC), se realizó extracción secuencial con N-Metil-2-pirrolidona (NMP) y también se le aplicó a la muestra fresca y a la de 450 ºC (sin previa extracción Randall). Luego se purificaron los extractos a través de cromatografía líquida de columna y los HAP se analizaron mediante la técnica de cromatografía de gases acoplada a espectrometría masa. Por último, la identificación se empleó comparando los tiempos de retención de los HAP de las muestras respecto a los tiempos de retención de un patrón certificado (NIST 1647) y se calculó la relación área de HAP / área total de HAP x100. A partir de los resultados obtenidos, se indica que para las condiciones experimentales dadas en este proyecto, el tiempo óptimo de la combustión incompleta del carbón es 1 hora. Por otro lado, los HAP detectados corresponden a: naftaleno, acenaftileno, acenafteno, fluoreno, fenantreno, antraceno, fluoranteno, pireno, benzo[a]antraceno, criseno, benzo[a]pireno, indeno[1,2,3-c,d]pireno y benzo[g,h,i]perileno; además de éstos, se identificó el 1-bencil pireno y el quaterfenil en la muestra fresca, a 450 ºC y a 650 ºC. En adición, los HAP de 4 anillos, seguido de los de 3, son las especies poliaromáticas más abundantes en el carbón subbituminoso de la Formación Cerro Pelado. En cambio durante la combustión, el pireno y el fenantreno son las especies más abundantes. También el naftaleno tiene una abundancia importante a las mayores temperaturas (750 ºC). De acuerdo a los resultados, el mecanismo predominante en la formación de HAP para 550 ºC y 750 ºC es la pirólisis, favoreciéndose los de 2 y 3 anillos, mientras que la pirosíntesis lo es a 450 ºC y 650 ºC, predominando los de 4 y 5 anillos. Estos resultados complementan en gran medida los estudios realizados por diversos investigadores acerca de los proceso de formación de los HAP, lo que ayudará a evaluar mejor su impacto ambiental en un futuro. Palabras claves: Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), carbón, subbituminoso, Cerro Pelado, combustión incompleta.