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Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Asesoría para la utilización del MDL en proyectos de reducción de GEI en el sector energético colombiano

FACTORES DE EMISIÓN DE LOS COMBUSTIBLES COLOMBIANOS

INFORME FINAL

Presentado a

UPME

Por

ACADEMIA COLOMBIANA DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES

(ACCEFYN)

Bogotá, Julio 2003


FECOC i

TABLA DE CONTENIDO

UNIDADES, SIGLAS Y ACRONISMOS ................................... III

1. INTRODUCCIÓN ............................................................. 1

2. MARCO TEÓRICO .......................................................... 3

2.1 COMBUSTIBLES ........................................................................................... 3

2.2 PROCESO DE COMBUSTIÓN ....................................................................... 3

2.3 FACTORES DE EMISIÓN .............................................................................. 5

3. METODOLOGÍA .............................................................. 7

3.1 CONCENTRACIÓN DE LOS PRODUCTOS EN LOS GASES QUEMADOS ................................................................................................... 7

3.1.1 Volumen de gases quemados ......................................................................... 8

3.1.2 Volumen de aire requerido .............................................................................. 9

3.2 CÁLCULO DE LOS PODERES CALORÍFICOS ............................................ 9

3.3 CÁLCULO DE LOS FACTORES DE EMISIÓN ........................................... 10

4. MANUAL DEL USUARIO DE FECOC .......................... 12

4.1 BASE DE DATOS ........................................................................................ 16

5. REFERENCIAS ............................................................. 18

6. ANEXO 1 - COMBUSTIBLES ANALIZADOS ............... 19

7. ANEXO 2 - PESOS MOLECULARES ........................... 20

8. ANEXO 3 - CD CON SOFTWARE FECOC ................... 21


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ULTIMA PAGINA DE ESTE INFORME ................................... 21

TABLAS Tabla 1. Factores de emisión de carbono y CO2 por combustible (kg/GJ) ................... 6

FIGURAS

Figura 1. Esquema de la metodología aplicada ......................................................... 11

Figura 2. Pantalla de Inicio ......................................................................................... 12

Figura 3. Pantalla principal para combustibles sólidos ............................................... 13

Figura 4. Pantalla principal para combustibles líquidos .............................................. 14

Figura 5. Pantalla principal para combustibles gaseosos ........................................... 15

Figura 6. Bases de datos para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos ................ 16


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UNIDADES, SIGLAS Y ACRONISMOS

UNIDADES g gramos GJ Gigajoule kg kilogramo m3 metro cúbico MJ Megajoule TJ Terajoule SIGLAS C Carbono CH4 Metano C2H2 Acetileno C2H4 Etileno C2H6 Etano C3H6 Propileno C3H8 Propano C4H10i i-butano C4H10n n-butano Cl2 Cloro CnHm Hidrocarburo gaseoso CO Monóxido de Carbono CO2 Dióxido de Carbono F Flúor FECOC Factores de Emisión de los combustibles colombianos GEI Gases de Efecto invernadero H2 Hidrógeno H2O Agua H2S Acido sulfídrico HCl Acido clorhídrico HF Acido fluorhídrico HHV Poder Calorífico Superior LHV Poder Calorífico Inferior N Nitrógeno O2 Oxígeno


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S Azufre SO2 Dióxido de Azufre INSTITUCIONES EXTRANJERAS ICP Instituto Colombiano del Petróleo IPCC Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático GEI Gases de Efecto Invernadero UNFCCC Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático


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1. INTRODUCCIÓN

Dentro de los compromisos adquiridos por Colombia como suscriptor de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (UNFCCC por sus siglas en inglés), se encuentra el de remitir a la conferencia de las Partes los Inventarios Nacionales de Emisiones antropogénicas de todos los gases de efecto invernadero (GEI) no controlados por el protocolo de Montreal, empleando para su desarrollo la metodología planteada por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés). Esta metodología clasifica las emisiones generadas por los sistemas de energía en dos categorías principales: emisiones por combustión y emisiones fugitivas. La primera de las categorías se refiere a aquellas emisiones, producto de la quema de los diversos combustibles como parte de actividades productivas (por ejemplo procesos industriales); la segunda categoría hace referencia a aquellas emisiones a la atmósfera que se generan a partir de la producción, procesamiento, transformación, transporte, almacenamiento y uso de los combustibles e incluye las emisiones por combustión únicamente cuando ésta no es fruto de una actividad productiva (por ejemplo la quema de gas en los pozos de extracción). Con el fin de estimar las emisiones generadas por las diversas fuentes de combustión, la metodología IPCC sugiere la utilización de factores de emisión apropiados para cada caso. Los factores de emisión son herramientas que permiten estimar la cantidad de emisiones de un determinado contaminante, generada por la fuente en estudio. Varían no solamente de acuerdo con el tipo de combustible sino con la actividad en la que se aplique su proceso de combustión (e.g. generación de energía, procesos industriales, aplicaciones residenciales) y la tecnología utilizada para tal fin (e.g. calderas, hornos, estufas). En este sentido, existen factores de emisión por combustible, proceso y tecnología, de tal manera que en la medida en que se avanza en el grado de detalle, el factor de emisión resulta más exacto. Generalmente se expresan como el peso de contaminante emitido por unidad de peso, volumen, energía o actividad, dependiendo del nivel escogido. Así, un factor de emisión de monóxido de carbono para el gas natural igual a 18, corresponderá a 18 kg de CO generados por TJ (o sus unidades correspondientes) de gas natural alimentado en el proceso de combustión. Debido a que la calidad de los combustibles y por lo tanto sus correspondientes factores de emisión varían de una localidad a otra en porcentajes representativos, la metodología IPCC sugiere que los inventarios nacionales sean preparados utilizando factores de emisión locales cuando sea posible. Con este fin, en el


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presente estudio se calculan los factores de emisión de los combustibles colombianos. Los cálculos se fundamentan en las bases teóricas suministradas por la estequiometría de cada uno de los combustibles, establecida a partir de su composición elemental, obteniéndose los factores de emisión para los combustibles líquidos, sólidos y gaseosos referidos en el Anexo 1.


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2. MARCO TEÓRICO

2.1 COMBUSTIBLES

Un combustible es una sustancia capaz de reaccionar con el oxígeno del aire con desprendimiento de energía térmica apta para producir trabajo mecánico. La mayoría de los combustibles pueden clasificarse dentro de una de estas tres categorías: sólidos (carbón mineral, carbón vegetal y madera entre otros), hidrocarburos líquidos (petróleo y algunos de sus derivados como la gasolina) o hidrocarburos gaseosos (gas natural, propano, entre otros). Existen varias propiedades que caracterizan a los combustibles, dependiendo de su composición físico-química. Una de las más importantes para el proceso de combustión es el poder calorífico, cantidad que representa el calor desprendido debido a la combustión completa del combustible por unidad de masa (o volumen). El poder calorífico se denomina superior (HHVa) cuando el agua resultante de la combustión se asume líquida (condensada) en los productos de la combustión e inferior (LHVb) cuando el agua resultante de la combustión se supone en estado de vapor con los demás productos de la combustión. Por lo tanto la diferencia entre el HHV y el LHV es igual por definición al calor de condensación del vapor de agua resultante de la combustión del combustible.

2.2 PROCESO DE COMBUSTIÓN

La combustión se define como el proceso de reacciones químicas de oxidación que desprenden calor. Para que se lleve a cabo se requiere además del combustible la presencia del comburente y la energía de activación. El comburente es el oxidante (contiene el Oxígeno) y la energía de activación es la cantidad de energía que hay que aportar a la mezcla de combustible y comburente para que se inicie la combustión. Cuando se quema un combustible hidrocarburo, utilizando la cantidad exacta de Oxígeno, el Carbono y el Hidrógeno se oxidan produciendo únicamente dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Durante este proceso la masa de cada elemento permanece sin variación, situación que se conoce como combustión estequiométrica y que constituye la base de cualquier cálculo teórico. Por ejemplo, la combustión del metano (CH4) está regida por la ecuación:

a Por sus siglas en inglés: Higher Heating Value b Por sus siglas en inglés: Lower Heating Value


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CH4 + O2 CO2 + 2H2O En este caso 1 mole de CH4 produce un mole de CO2 y dos de H2O, o lo que es lo mismo, 16 g de CH4 reaccionan para producir 44 g de CO2 y 36 g de H2O (Ver Anexo 2). Sin embargo, en la práctica se halla que no es posible obtener combustión completa, suministrando el aire teórico requerido. Así pues, es necesario alimentar aire en exceso a la reacción (factor lambda), dependiendo del tipo de combustible:

Para combustibles sólidos: 40 a 150% de exceso de aire (lambda 1,4 – 2,5)

Para combustibles líquidos: 25 a 60% de exceso de aire (lambda 1,25 – 1,6)

Para gases: 10 a 40% de exceso de aire (lambda 1,1 – 1,4). En este caso se tiene una combustión completa con exceso de aire. En la medida en que se disponga de información acerca de la tecnología utilizada para llevar a cabo la combustión, se podrá alcanzar mayor precisión en el valor del factor lambda. Para especificar el equipo de combustión se han de aplicar criterios de selección relativos al combustible y en particular a la aplicación concreta. Una vez establecido el equipo requerido, para cada tipo de quemador se puede trazar una curva de exceso de aire en función de la carga o demanda de calor, que permita establecer con precisión el exceso de aire requerido. Para el cálculo del aire requerido, del poder calorífico y del volumen de gas quemado el desarrollo de la metodología descrita a continuación, contempló la composición elemental de los combustibles sólidos y líquidos, es decir, porcentaje en peso de cada uno de sus elementos componentes (Carbono, Hidrógeno, Azufre, Cloro, Oxígeno, Flúor) y la composición en volumen de los combustibles gaseosos, es decir, porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes (metano, propano, etc.). Es importante tener en cuenta que el CO2 es el más común de los gases de efecto invernadero y su mayor fuente la constituye la quema de los combustibles fósiles. Cuando estos combustibles se queman, gran parte del contenido de carbón se emite como CO2 y en menor proporción como CO, CH4 y otros hidrocarburos que finalmente se oxidan a CO2 en un periodo de aproximadamente 10 años. En este hecho reside la importancia de contar con un método que permita el cálculo de las emisiones de este contaminante.


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Sin embargo, la combustión real produce además de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros compuestos como ácido fluorhídrico (HF), ácido clorhídrico (HCl), óxidos de azufre (SO2), cuya estequiometría se referirá en el siguiente capítulo y óxidos de nitrógeno (NOx). En relación con éstos últimos hay que señalar que en la mayoría de los procesos de combustión el oxígeno se suministra como aire, que se considera compuesto de 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno. El nitrógeno reacciona efectivamente con el oxígeno mediante una serie de relaciones altamente dependientes de las condiciones de reacción, lo que hace difícil su predicción teórica. Una vez establecidos los productos de la combustión y su concentración en el gas quemado es posible, mediante la definición de su poder calorífico, precisar los factores de emisión correspondientes.

2.3 FACTORES DE EMISIÓN

Con el fin de estimar las emisiones generadas por las diversas fuentes de combustión, la metodología IPCC sugiere la utilización de factores de emisión apropiados para cada caso. Los factores de emisión son herramientas que permiten estimar la cantidad de emisiones de un determinado contaminante, generada por la fuente en estudio. Varían no solamente de acuerdo con el tipo de combustible sino con la actividad en la que se aplique su proceso de combustión (e.g. generación de energía, procesos industriales, aplicaciones residenciales) y la tecnología utilizada para tal fin (e.g. calderas, hornos, estufas). En este sentido, existen factores de emisión por combustible, proceso y tecnología, de tal manera que en la medida en que se avanza en el grado de detalle, el factor de emisión resulta más exacto. Generalmente se expresan como el peso de contaminante emitido por unidad de peso, volumen, energía o actividad, dependiendo del nivel escogido. Así, un factor de emisión de monóxido de carbono para el gas natural igual a 18, corresponderá a 18 kg de CO generados por TJ (o sus unidades correspondientes) de gas natural alimentado en el proceso de combustión. La Tabla 1 presenta los factores de emisión de carbono para los combustibles más comunes, sugeridos por la metodología IPCC y su equivalente como factores de emisión de CO2, calculado a través de la relación estequiométrica.


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Tabla 1. Factores de emisión de carbono y CO2 por combustible (kg/GJ)

Combustible Estado Factor de emisión

(kg C/GJ)a

Factor de emisión

(kg CO2/GJ)b

Carbón Sólido 26.8 94.53

Crudo Líquido 20 73.28

Diesel Líquidos 20.2 74.01

Gasolina 18.9 69.25

Kerosene 19.5 71.45

Gas propano

GLP

Gas

17.2 63.02

Natural gas 15.3 56.06

a. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Reference Manual IPCC. Bracknell, U.K. b. Calculado a partir de la ecuación estequiométrica: C + O2 CO2


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3. METODOLOGÍA

El marco teórico definió el concepto de estequiometría, a partir del cual se desarrolla el análisis para cada combustible y que suministra la concentración de cada uno de los productos en los gases quemados. Esta información, junto con el poder calorífico calculado permite establecer los factores de emisión de CO2, SO2, HF y HCl según cada caso. La metodología que se describe a continuación se ilustra en la Figura 3.1 y solamente requiere por parte del usuario la escogencia del combustible a analizar y del lambda requerido según dicho combustible. Por sus características se han agrupado los combustibles en dos categorías: una que incluye los líquidos y sólidos (Grupo 1) y otra que incluye los combustibles gaseosos (Grupo 2).

3.1 CONCENTRACIÓN DE LOS PRODUCTOS EN LOS GASES QUEMADOS

Dado que el análisis es puramente teórico, se asume una combustión completa, en cuyo caso los productos son únicamente CO2 y H2O, se asumen también reacciones completas del Azufre (S), Cloro (Cl2) y Fluor (F2), en aquellos combustibles que los contienen, de tal manera que los productos son: SO2 , HCl y HF. Las ecuaciones químicas que rigen las reacciones de combustión en el grupo 1 son: C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2 H2 + F2 2HF H2 + Cl2 2HCl. Para el grupo 2 existe una ecuación general aplicable a los hidrocarburos gaseosos: CnHm + (n + (m/4)) O2 nCO2 + (m/2)H2O Conociendo la composición elemental de los combustibles pertenecientes al grupo 1, la composición en volumen de los combustibles del grupo 2 y las correspondientes ecuaciones estequiométricas, es posible calcular la cantidad de los productos obtenidos sobre una base dada de combustible (por ejemplo, 100


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kg). Así, para el caso de un carbón compuesto por 80% de C. y 20% de H2, tenemos: Base de cálculo = 100 kg de Carbón Cantidad de H2 = 20 kg Cantidad de C = 80 kg Cantidad de CO2 producida = 80 kg C*(44 kg CO2 / 12 kg C) = 293 kg CO2/100 kg combustible = 0,293 kg CO2/ kg combustible.

3.1.1 Volumen de gases quemados

El cálculo de los productos unido al volumen de gases quemados permite determinar la concentración de los diferentes compuestos en los gases de salida. Para el cálculo de los gases quemados acudimos a las fórmulas sugeridas por Brandtc :

Para sólidos y líquidos: Volumen de gas quemado = 8.887*C + 3.3174*S + 20.9597*H - 2.6408*O + 0.7997*(N+Cl+F) Los valores para C, H, etc. están dados en porcentaje en peso (kg/kg), el volumen se expresa en m3/kg de combustible.

Para gases: Volumen de gas quemado = N2 + CO2 + 1.8838*H2 + 2.8000*CO + 6.6965*H2S + 8.5538*CH4 + 10.4048*C2H2 + 13.3974*C2H4 + 15.3340*C2H6 + 20.3218*C3H6 + 22.3114*C3H8 + 27.6078*C4H8 + 29.7424*(C4H10n + C4H10i)

en donde i y n hacen referencia a i-butano o isobutano ( CH3-CH2-CH2-CH3 )y n-butano o butano normal ( CH(CH3)3). Los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m3/m3), el volumen se expresa en m³/m³ de combustible

c Brandt, F. 2000. Brennstoffe und Verbrennungsrechnung. Ed. Vulkan. Verlag. Germany


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De esta manera, continuando con el mismo ejemplo de un carbón compuesto por 80% de C. y 20% de H2: Volumen de gas quemado = 8.887*0.8 + 20.9597*0.2 = 11.3 m3/kg Concentración de CO2 en gases quemados = 0.293/11.3 = 0.259 kg/m3

3.1.2 Volumen de aire requerido

También es posible calcular el volumen de aire requerido que más adelante permitirá establecer el volumen real mediante la aplicación del factor lambda.

Para sólidos y líquidos: Volumen de aire requerido = 8.8996*C + 26.5139*H + 3.342*S - 3.3405*O Los valores para C, H, etc. están dados en porcentaje en peso (kg/kg), el volumen se expresa en m3/kg de combustible.

Para gases: Volumen de aire requerido = 2.3830*H2 + 2.3860*CO + 7.2251*H2S + 9.5611*CH4 + 11.9048*C2H2 + 14.4158*C2H4 + 16.8594*C2H6 + 21.8665*C3H6 + 24.3715*C3H8 + 29.7063*C4H8 + 32.3753*(C4H10i + C4H10n) Los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m3/m3), el volumen se expresa en m³/m³ de combustible

3.2 CÁLCULO DE LOS PODERES CALORÍFICOS

El último eslabón en la cadena de cálculos, antes de llegar al objetivo fundamental, que es el cálculo de los factores de emisión, lo constituye la determinación de los poderes caloríficos, también establecida mediante las relaciones sugeridas por Brandt c.

Para sólidos y líquidos: Poder calorífico superior (HHV) = 34.8*C + 93.8*H + 10.44*S + 6.28*N - 10.8*O + 2.5*(9*H) Poder calorífico inferior (LHV)= 34.8*C + 93.8*H + 10.44*S + 6.28*N - 10.8*O - 2.5*W


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en donde W es el contenido de agua. Si los valores para C, H, etc. están dados en porcentaje en peso (kg/kg), el poder calorífico se expresa en MJ/kg de combustible.

Para gases:

Poder calorífico superior (HHV) =12.745 * H2 + 39.819 * CH4 + 70.293 * C2H6 + 63.429 * C2H4 + 58.473 * C2H2 + 101.234 * C3H8 + 93.576 * C3H6 + 134.128 * C4H10n + 133.256 * C4H10i + 125.919 * C4H8 + 12.633 * CO + 25.394 * H2S Poder calorífico inferior ( LVH )= 10.784 * H2 + 23.413 * H2S + 12.633 * CO + 35.885 * CH4 + 56.494 * C2H2 + 59.476 * C2H4 + 64.349 * C2H6 + 87.578 * C3H6 + 93.213 * C3H8 + 117.771 * C4H8 + 123.883 * nC4H10 + 123.053 * iC4H10 Si los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m3/m3), el volumen se expresa en MJ/m³ de combustible.

3.3 CÁLCULO DE LOS FACTORES DE EMISIÓN

La relación que existe entre el poder calorífico del combustible y la concentración del producto analizado en los gases quemados, permite establecer el factor de emisión correspondiente. Para el ejemplo que estamos estudiando, dado que el poder calorífico del combustible es de 46,6 MJ/ kg y la concentración de CO2 es de 0.259 kg/m3, el factor de emisión (FE) de CO2 para el carbón (lambda = 1) sería: FE (CO2) = Volumen real [m3/kg combustible]* Concentración de CO2 [kg CO2/m3 gas quemado]* poder calorífico [MJ/kg combustible] FE (CO2) = 11.3 [m3/kg combustible]*0.259 [kg/m3 gas quemado]*46.6 [MJ/kg combustible] FE (CO2) = 11.3 * 0.259 / 46.6 FE (CO2) = 0.063 MJ/kg CO2


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Figura 1. Esquema de la metodología aplicada

Definición de combustibles a

analizar

Determinación de la

composición elemental para

solidos y liquidos

Determinación de relaciones

estequiométricas de

combustión

Determinación de poderes

calorificos

Determinación del consumo

de aire teórico

Determinación del volumen de gas

quemado teorico

Determinación del volumen de gas

quemado real

Concentración de productos en el

gas quemado real

Determinación Factores

de emisión

Determinación de la

composición porcentual en

volumen para gases

Definición de lambda

INPUT

OUTPUT


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4. MANUAL DEL USUARIO DE FECOC

Para el cálculo de los factores de emisión, se desarrolló e programa FECOC (Factores de Emisión de los Combustibles Colombianos). Una vez el usuario ingresa al, la primera pantalla lo guía hacia su interés específico. La orden de “comenzar” lo lleva al menú en el que se puede escoger el tipo de combustible a analizar según su estado sólido, líquido o gaseoso (ver Figura 2). También desde allí se pueden adicionar o modificar las bases de datos que contienen la composición elemental de los diferentes combustibles y que constituyen la base del programa.

Figura 2. Pantalla de Inicio

Una vez hecha la selección del tipo de combustible activando el botón apropiado, el usuario tiene acceso a la pantalla principal en la que se encuentra la ventanilla que permite escoger el combustible específico, bajo el título “tipo de combustible” y el lambdad correspondiente, ubicado bajo el título “volumen de gas quemado”. La definición de estas dos casillas (las únicas que el usuario debe alimentar)

d El rango que aparece para el lambda en la ventanilla correspondiente es el recomendado para este tipo de combustibles por el SEDIGAS 1990. Manual del gas y sus aplicaciones. Madrid, España.


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activa el sistema que finalmente suministra la composición porcentual en peso del combustible escogido, el poder calorífico, el volumen de gas quemado y el aire requerido, variables que a su vez permiten establecer los factores de emisión de CO2, SO2, HF y HCl en kg/TJ que se muestran bajo el título “Factores de emisión” en la misma pantalla. La Figura 3 ilustra la pantalla principal para el caso de los combustibles sólidos.

Figura 3. Pantalla principal para combustibles sólidos

3

(Composición porcentual en peso)

LHV input 35.30 MJ/kg

Tipo de

combustible

HHV input 36.49 MJ/kg C 87.9100% N 1.8750%

H 5.2700% Cl 0.0000%

S 0.8500% F 0.0000%

O 4.0950% Cenizas 0.0000%

H2O 0.0000%

Gas Quemado 8.85 m3/kg

Vreal 109.09 m3/kg

Consumo de aire 9.11 m3/kg

Lambda 12 91228 kg/TJ

29520 mg/m3

481.6 kg/TJ

155.8 mg/m3

0.00 kg/TJ

Anthracite 0.00 mg/m3

Coking Coal

Sub-bit Coal 0.00 kg/TJ

Lignite 0.00 mg/m3

Peat

Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas

105967

Factores de emisión de CO2 del IPCC

98267

94600

96067

101200

Tipo de

Combustible

Factores de

Emisión

kg/TJ

Factores de Emisión de SO2

Factores de Emisión de HCl

Factores de Emisión de HF

COMBUSTIBLES SOLIDOS

Características del combustible

Factores de Emisión de CO2

Factores de Emisión

Poder Calorífico

Volumen de gas quemado

Tipo de combustible

1.95


Editar CombustibleIr a InicioVer Grafico Comparativo


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Para efectos de comparación, el programa muestra los factores de emisión recopilados por el IPCC en su Manual de Referencia para combustibles similares. Se puede tener acceso a esta información de manera gráfica, activando el botón “Ver gráfico comparativo”. Para los combustibles líquidos, la información a suministrar por parte del usuario es la misma que para el caso de los combustibles sólidos (combustible específico y lambda) y, dada la similitud de los cálculos, la presentación de los resultados es similar en los dos casos (Figura 4). Para los líquidos es posible acceder a la gráfica de las emisiones de CO2 y SO2 activando el botón “Ver gráfico”.

Figura 4. Pantalla principal para combustibles líquidos

1

LHV input 42.67 MJ/kg

HHV input 45.71 MJ/kg (Composición porcentual en peso)

C 86.1000% N 0.0200%

H 13.5000% Cl

S 0.4000% F

O Cenizas

Gas Quemado 10.49 m3/kg H2O

Vreal 78.03 m3/kg

Consumo de aire 11.26 m3/kg

Lambda 7

73920 kg/TJ

Oil Crude 40423 mg/m3

Fuel Oil

Diesel Factores de Emisión de SO2 187.5 kg/TJ

Gasoline 102.5 mg/m3

Kerosene 71867


Diesel Generico

73333

77367

74067

69300



Factores de Emisión de CO2

COMBUSTIBLES LIQUIDOS

Poder Calorífico

Tipo de combustible

Tipo de

Combustible

Factores de emisión de CO2 del IPCC


kg/TJ

Tipo de

combustible

Diesel Generico

1.55

Ver Grafico Ir a Inicio Editar Combustible


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Si el análisis se dirige hacia los combustibles gaseosos, aunque las casillas a alimentar permanecen sin alteración (combustible específico y lambda), el cuadro de presentación de los resultados difiere un poco en razón de la utilización de la composición en volumen para los cálculos, en lugar de la composición en peso utilizada para las otras opciones de combustibles. El sistema suministra la composición porcentual en volumen del combustible escogido, el poder calorífico, el volumen de gas quemado y el aire requerido, variables que a su vez permiten establecer los factores de emisión de CO2 y SO2 en kg/TJ que se muestran bajo el título “Factores de emisión” en la misma pantalla (Figura 5). También en esta pantalla se pude acceder al gráfico comparativo antes mencionado.

Figura 5. Pantalla principal para combustibles gaseosos

7

(Composición porcentual en volumen)

LHV input 40.95 MJ/Nm3

Tipo de combustible:

HHV input 45.19 MJ/Nm3

Componente % vol. nPM CO2* / PM

comp.

g CO2* / m3 gas

quemadokg CO2* / TJ

CH4 78.4580% 1 2.74 12.22 37839.69

C2 H6 14.0635% 2 1.46 4.38 13570.20

C2 H4 2 1.57

C2 H2 2 1.69

C3 H8 1.9636% 3 1.00 0.93 2885.52

C3 H6 3 1.05

C4 H10 n 0.4493% 4 0.76 0.29 900.48

C4 H10 i 0.4845% 4 0.76 0.31 971.02

Gas Quemado 9.62 m3/m

3C4 H8 4 0.78

Vreal 126.81 m3/m

3C5 H12 n 0.0898% 5 0.63 0.07 221.53

Consumo de aire 10.65 m3/m

3C5 H12 i 0.4059% 6 0.49 0.30 934.19

Lambda 12 C6 H14 7 0.44

C7 H16 8 0.39

CO 1 1.57

CO2 2.3960% 1 1.00 0.37 1156.66

N2 1.6894%

H2 S 1 1.88H2

*SO2 para compuestos con azufre

Factores de Emisión de CO2 58479 kg /TJ

LPG 63067 18.89 g/m3

Natural Gas (household) 56100

Natural Gas (power) 56100 Factores de Emisión de SO2 kg /TJ

Natural Gas (transport) 56100 g/m3

GAS APIAY

COMBUSTIBLES GASEOSOS



Tipo de combustible

Poder Calorífico

Tipo de CombustibleFactores de Emisión

kg/TJ

Factores de emisiónFactores de emisión de CO2 del IPCC

GAS APIAY

1.21

Ver Grafico Comparativo Ir a Inicio Editar Combustible


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4.1 BASE DE DATOS

El programa cuenta con una base de datos que reúne la composición elemental de diversos combustibles (Anexo 1) y que puede ser modificada y/o ampliada si así lo estima conveniente el usuarioe. Para tal efecto deberá dirigirse a la página de inicio y activar el botón “adicionar/editar”, dependiendo del tipo de combustible que se quiera modificar. También se puede llevar a cabo este proceso mediante la activación de la opción “adicionar/editar combustible”, ubicada al lado de la ventanilla “tipo de combustible” en las pantallas principales. Una vez ubicado en la tabla correspondiente, el usuario podrá alimentar la información o modificar la existente y regresar a la pantalla principal (Figura 6).

Figura 6. Bases de datos para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos

e Para combustibles líquidos se ha empleado información genérica ya que la información sobre combustibles líquidos colombianos al nivel de desagregación requerido no está disponible. Información del Dr. Martín Mojíca del ICP en Piedecuesta, Santander.

Tipo de combustible C H S O N Cl F Cenizas H2O

Diesel AUS 86.4100 13.3200 0.2500 0.0000 0.0200 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

Gasolina CZ 86.5000 13.1680 0.0320 0.2000 0.1000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

Kerosene D 86.5000 13.0000 0.5000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

Oil Crude 85.5000 10.5000 1.0000 1.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000

Composición Elemental Combustibles Líquidos (en peso)

Ir a Combustibles Liquidos

Tipo de combustible C H S O N Cl F Cenizas H2O

Bagazo 29.1200 3.4775 0.0065 25.7075 0.2470 6.4415 35.0000

Carbón AUS 66.7000 3.0000 0.9000 7.5000 1.4000 12.5000 8.0000

Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas 87.9100 5.2700 0.8500 4.0950 1.8750

Carbón China 58.0800 3.5400 0.9500 6.1200 1.0200 21.4900 8.8000

Carbón del Cauca. ElHoyo-Limoncito. Base seca 65.9900 4.8100 1.5000 14.5400 1.3300 11.8300

Carbón del Norte de Santander 78.0000 5.8000 1.0000 6.6000 1.6000 7.0000

Carbón del Valle del Cauca. Golondrinas. Base seca 65.4000 5.3000 1.1000 8.9000 1.2000 18.1000

Carbón genérico 66.9900 3.0000 1.0000 8.0000 1.0000 0.1000 0.0100 12.0000 7.9000

Carbón import. 73.0000 3.0000 0.5000 8.0000 1.4000 0.1000 0.0100 6.9900 7.0000

Carbón India 28.9990 4.0000 0.5000 15.0000 1.5000 0.0010 40.0000 10.0000

Lignite generic 30.0400 2.5000 1.0000 10.0000 0.4000 0.0500 0.0100 6.0000 50.0000

Madera Generico 31.5250 3.9000 0.0130 28.2750 0.3250 0.9620 35.0000

Composición Elemental Combustibles Sólidos (en peso)Ir a Combustibles Solidos


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Metano Etano Etileno Acetileno Propano Propileno n-butano i-butano buteno n-pentano i-pentano hexano heptano

Tipo de combustibleCH4 C2H6 C2H4 C2H2 C3H8 C3H6 C4H10n C4H10i C4H8 C5H12n C5H12i C6H14 C7H16 CO CO2 N2

Biogas central 64.8000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 35.0000 0.0000

Coke Gas D 26.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 5.0000 2.0000 9.9000

Gas Domaci 92.0695 0.5000 0.5000 0.0000 0.0400 0.0000 0.0100 0.0100 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0200 6.1000

Gas Liquido D 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 50.0000 0.0000 50.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

LPG propano 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 100.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

Gas Natural A 92.0695 0.5000 0.5000 0.0000 0.0400 0.0000 0.0100 0.0100 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0200 6.1000

GAS APIAY 78.4580 14.0635 0.0000 0.0000 1.9636 0.0000 0.4493 0.4845 0.0000 0.0898 0.4059 0.0000 0.0000 0.0000 2.3960 1.6894

GAS PAYOA 95.6800 4.2000 0.0000 0.0000 0.1200 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

GAS EL CENTRO 91.6100 6.7280 0.0000 0.0000 0.0280 0.0000 0.0120 0.0110 0.0000 0.0200 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.7390 0.8500

GAS HUILA 85.0600 6.1800 0.0000 0.0000 2.8400 0.0000 0.6900 0.4600 0.0000 0.4300 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 3.2100 1.1300

GAS GUAJIRA 97.7600 0.3800 0.0000 0.0000 0.2000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.3700 1.2900

GAS GUEPAJE 96.9390 0.5550 0.0000 0.0000 0.1510 0.0000 0.0250 0.0700 0.0000 0.0060 0.0180 0.0120 0.0750 0.0000 0.0280 2.1210

GAS CUSIANA 76.5000 10.8600 0.0000 0.0000 5.3600 0.0000 0.7800 0.6800 0.0000 0.0800 0.1300 0.0500 0.0000 0.0000 5.0700 0.4400

GAS OPON 91.8600 5.5200 0.0000 0.0000 1.3200 0.0000 0.0500 0.1200 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0100 0.0000 0.9600 0.1500

GAS NEIVA540 91.7800 2.7700 0.0000 0.0000 2.2800 0.0000 0.9000 0.5400 0.0000 0.2100 0.4500 0.0000 0.2000 0.0000 0.2400 0.6300

GAS MONTAÑUELO 96.1700 0.7000 0.0000 0.0000 0.2400 0.0000 0.0000 0.0500 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2.4200 0.4200

GAS CERRITO1 93.9810 0.6250 0.0000 0.0000 0.0220 0.0000 0.0030 0.0050 0.0000 0.0000 0.0020 0.0000 0.0000 0.0000 5.1800 0.1820

Composición de combustibles gaseosos ( en volumen)

Ir a Combustibles Gaseosos


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5. REFERENCIAS

BMZ – GTZ . Software: Global Emission Model of Integrated Systems (GEMIS). Desarrollado por Öko Institute. Berlín. 2001

Cerbe, G. Grundlagen der Gastechnick. München, Wien, 1981

Culp, A. Principles of energy conversion. McGraw-Hill. U.S.A., 1979.

Himmelblau, D. Principios y Cálculos Básicos de la Ingeniería Química. Ed. CECSA. México, 1986.

Kern, D. Procesos de Transferencia de Calor. Ed. CECSA. México 1989.

Rodríguez, H. y F. González. Opciones para la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia. Editora Guadalupe. 2000. Bogotá – Colombia, 2000.

Sánchez, E. y E. Uribe. Contaminación Industrial en Colombia. Departamento Nacional de Planeación - Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Bogotá, 1998.


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6. ANEXO 1 - COMBUSTIBLES ANALIZADOS

Bagazo


Carbón China

Carbón del Cauca. El Hoyo-Limoncito. Base seca

Carbón del Norte de Santander

Carbón del Valle del Cauca. Golondrinas. Base seca

Carbón genérico

Carbón importado

Carbón India

Lignite generic

Madera Genérico

Diesel Generico

Gasolina Generico

Kerosene Generic

Oil Crude

Biogás central

Coke Gas D

Gas Domaci

Gas Liquido D

LPG propano

Gas Natural A

Gas Apiay

Gas Payoa

Gas El Centro

Gas Huila

Gas Guajira

Gas Guepaje

Gas Cusiana

Gas Opón

Gas Neiva 540

Gas Montañuelo

Gas Cerrito

LNG Generic

LPG Generic

Natural Gas Generico

Oil gas


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7. ANEXO 2 - PESOS MOLECULARES

Pesos moleculares (g/mol)

H = 1 , 0 1

C = 1 2 , 0 1

N = 1 4 , 0 1

O = 1 6 , 0 0

F = 1 9 , 0 0

S = 3 2 , 0 6

C l = 3 5 , 4 5

C a = 4 0 , 0 8

C H 4 = 1 6 , 0 4

C 2 H 6 = 3 0 , 0 7

C 2 H 4 = 2 8 , 0 5

C 2 H 2 = 2 6 , 0 4

C 3 H 8 = 4 4 , 1 0

C 3 H 6 = 4 2 , 0 8

C 4 H 1 0 n = 5 8 , 1 2

C 4 H 1 0 i = 5 8 , 1 2

C 4 H 8 = 5 6 , 1 1

C O = 2 8 , 0 1

C O 2 = 4 4 , 0 1

N 2 = 2 8 , 0 1

H 2 S = 3 4 , 0 8

H 2 = 2 , 0 2

S O 2 = 6 4 , 0 6

C 5 H 1 0 = 7 0 , 1 4

C 6 H 1 4 = 9 0 , 2 1

C 7 H 1 6 = 1 0 0 , 2 1

C 8 H 1 8 = 1 1 4 , 2 3

H C l = 3 6 , 4 6

H F = 2 0 , 0 1


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8. ANEXO 3 - CD CON SOFTWARE FECOC

FECOC: Factores de Emisión de Combustibles Colombianos.

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