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 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 TABLA DE CONTENIDO UNIDADES, SIGLAS Y ACRONISMOS ................................... III 1. INTRODUCCIÓN ............................................................. 1 2. MARCO TEÓRICO .......................................................... 3 2.1 2.2 2.3 COMBUSTIBLES ...........................................................................................3 PROCESO DE COMBUSTIÓN.......................................................................3 FACTORES DE EMISIÓN ..............................................................................5 3. METODOLOGÍA .............................................................. 7 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.3 CONCENTRACIÓN DE LOS PRODUCTOS EN LOS GASES QUEMADOS ...................................................................................................7 Volumen de gases quemados.........................................................................8 Volumen de aire requerido ..............................................................................9 CÁLCULO DE LOS PODERES CALORÍFICOS ............................................9 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 FECOC i 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 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 FECOC ii 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 UNIDADES, SIGLAS Y ACRONISMOS UNIDADES g GJ kg m3 MJ TJ gramos Gigajoule kilogramo metro cúbico Megajoule Terajoule SIGLAS C CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10i C4H10n Cl2 CnHm CO CO2 F FECOC GEI H2 H2O H2S HCl HF HHV LHV N O2 FECOC Carbono Metano Acetileno Etileno Etano Propileno Propano i-butano n-butano Cloro Hidrocarburo gaseoso Monóxido de Carbono Dióxido de Carbono Flúor Factores de Emisión de los combustibles colombianos Gases de Efecto invernadero Hidrógeno Agua Acido sulfídrico Acido clorhídrico Acido fluorhídrico Poder Calorífico Superior Poder Calorífico Inferior Nitrógeno Oxígeno iii 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 S SO2 Azufre Dióxido de Azufre INSTITUCIONES EXTRANJERAS ICP IPCC GEI UNFCCC FECOC Instituto Colombiano del Petróleo Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático Gases de Efecto Invernadero Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático iv 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 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 FECOC 1 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 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. FECOC 2 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 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 b Por sus siglas en inglés: Higher Heating Value Por sus siglas en inglés: Lower Heating Value FECOC 3 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 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. FECOC 4 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 Sin embargo, la combustión real produce además de dióxido de carbono (CO 2) 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. FECOC 5 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 Tabla 1. Factores de emisión de carbono y CO2 por combustible (kg/GJ) Combustible Estado Factor de emisión Factor de emisión (kg C/GJ)a (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 17.2 63.02 15.3 56.06 GLP Natural gas Gas 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 FECOC 6 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 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 CO 2, 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: SO 2 , 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 FECOC 7 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 kg). Así, para el caso de un carbón compuesto por 80% de C. y 20% de H2, tenemos: Base de cálculo Cantidad de H2 Cantidad de C Cantidad de CO2 producida = 100 kg de Carbón = 20 kg = 80 kg = 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 nbutano o butano normal ( CH(CH3)3). Los valores de los gases corresponden a la composición volumétrica (m 3/m3), el volumen se expresa en m³/m³ de combustible c Brandt, F. 2000. Brennstoffe und Verbrennungsrechnung. Ed. Vulkan. Verlag. Germany FECOC 8 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 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/m 3 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 (m 3/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 FECOC 9 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 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 (m 3/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 FECOC 10 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 Figura 1. Esquema de la metodología aplicada Definición de combustibles a analizar Determinación de la composición elemental para solidos y liquidos Determinación de poderes calorificos INPUT Determinación de la composición porcentual en volumen para gases Determinación de relaciones estequiométricas de combustión Determinación del volumen de gas quemado teorico Determinación del consumo de aire teórico Determinación del volumen de gas quemado real Definición de lambda Concentración de productos en el gas quemado real OUTPUT FECOC Determinación Factores de emisión 11 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 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) 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. d FECOC 12 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 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 COMBUSTIBLES SOLIDOS Tipo de combustible Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas 3 Poder Calorífico Características del combustible (Composición porcentual en peso) LHV input HHV input 35.30 MJ/kg 36.49 MJ/kg Volumen de gas quemado Gas Quemado Vreal Consumo de aire 3 8.85 m /kg 3 109.09 m /kg 3 9.11 m /kg 1.95 12 Lambda Factores de emisión de CO2 del IPCC Tipo de Combustible Anthracite Coking Coal Sub-bit Coal Lignite Peat Factores de Emisión kg/TJ 98267 94600 96067 101200 105967 Ver Grafico Comparativo FECOC Tipo de combustible C H S O H2 O Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas 87.9100% 5.2700% 0.8500% 4.0950% 0.0000% N Cl F Cenizas 1.8750% 0.0000% 0.0000% 0.0000% Factores de Emisión Factores de Emisión de CO2 91228 kg/TJ 3 29520 mg/m Factores de Emisión de SO2 481.6 kg/TJ 3 155.8 mg/m Factores de Emisión de HCl 0.00 kg/TJ 3 0.00 mg/m Factores de Emisión de HF 0.00 kg/TJ 3 0.00 mg/m Ir a Inicio Editar Combustible 13 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 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 COMBUSTIBLES LIQUIDOS Tipo de combustible 1 Diesel Generico Poder Calorífico LHV input HHV input Características del combustible 42.67 MJ/kg 45.71 MJ/kg (Composición porcentual en peso) Tipo de combustible Volumen de gas quemado Gas Quemado 3 10.49 m /kg Vreal 3 78.03 m /kg Consumo de aire 3 11.26 m /kg 1.55 Lambda C H S O H2 O 0.0200% Factores de Emisión Factores de Emisión Oil Crude Fuel Oil Diesel Gasoline Kerosene Ver Grafico FECOC N Cl F Cenizas 7 Factores de emisión de CO2 del IPCC Tipo de Combustible Diesel Generico 86.1000% 13.5000% 0.4000% kg/TJ 73333 77367 74067 69300 71867 Factores de Emisión de CO2 73920 kg/TJ 3 40423 mg/m Factores de Emisión de SO2 187.5 kg/TJ 3 102.5 mg/m Ir a Inicio Editar Combustible 14 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 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 COMBUSTIBLES GASEOSOS Tipo de combustible GAS APIAY 7 Poder Calorífico Características del combustible (Composición porcentual en volumen) 3 40.95 MJ/Nm LHV input 3 45.19 MJ/Nm HHV input Gas Quemado Vreal Consumo de aire 3 9.62 m /m 3 3 126.81 m /m 3 3 10.65 m /m 1.21 12 Lambda GAS APIAY % vol. n PM CO2* / PM comp. 78.4580% 14.0635% 0.4493% 0.4845% 1 2 2 2 3 3 4 4 2.74 1.46 1.57 1.69 1.00 1.05 0.76 0.76 0.0898% 0.4059% 4 5 6 0.78 0.63 0.49 0.07 0.30 221.53 934.19 7 8 1 1 0.44 0.39 1.57 1.00 0.37 1156.66 1 1.88 Componente CH4 C2 H 6 C2 H 4 C2 H 2 C3 H 8 C3 H 6 C4 H10 n C4 H10 i Volumen de gas quemado 3 Tipo de combustible: C4 H 8 C5 H12 n C5 H12 i 1.9636% C6 H14 C7 H16 CO CO2 N2 H2 S H2 2.3960% 1.6894% g CO2* / m3 gas quemado kg CO2* / TJ 12.22 4.38 37839.69 13570.20 0.93 2885.52 0.29 0.31 900.48 971.02 *SO2 para compuestos con azufre Factores de emisión de CO2 del IPCC Tipo de Combustible LPG Natural Gas (household) Natural Gas (power) Natural Gas (transport) Factores de Emisión kg/TJ 63067 56100 56100 56100 Ver Grafico Comparativo FECOC Factores de emisión Factores de Emisión de CO2 58479 kg /TJ 3 18.89 g/m Factores de Emisión de SO2 kg /TJ g/m3 Ir a Inicio Editar Combustible 15 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 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 Composición Elemental Combustibles Sólidos (en peso) Ir a Com bustible s Solidos Tipo de combustible Bagazo Carbón AUS Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas Carbón China Carbón del Cauca. ElHoyo-Limoncito. Base seca Carbón del Norte de Santander Carbón del Valle del Cauca. Golondrinas. Base seca Carbón genérico Carbón import. Carbón India Lignite generic Madera Generico C 29.1200 66.7000 87.9100 58.0800 65.9900 78.0000 65.4000 66.9900 73.0000 28.9990 30.0400 31.5250 H 3.4775 3.0000 5.2700 3.5400 4.8100 5.8000 5.3000 3.0000 3.0000 4.0000 2.5000 3.9000 S 0.0065 0.9000 0.8500 0.9500 1.5000 1.0000 1.1000 1.0000 0.5000 0.5000 1.0000 0.0130 O 25.7075 7.5000 4.0950 6.1200 14.5400 6.6000 8.9000 8.0000 8.0000 15.0000 10.0000 28.2750 N 0.2470 1.4000 1.8750 1.0200 1.3300 1.6000 1.2000 1.0000 1.4000 1.5000 0.4000 0.3250 Cl F 0.1000 0.0100 0.1000 0.0100 0.0010 0.0500 0.0100 Cenizas 6.4415 12.5000 H2O 35.0000 8.0000 21.4900 11.8300 7.0000 18.1000 12.0000 6.9900 40.0000 6.0000 0.9620 8.8000 7.9000 7.0000 10.0000 50.0000 35.0000 Ir a Combustibles Liquidos Composición Elemental Combustibles Líquidos (en peso) Tipo de combustible Diesel AUS Gasolina CZ Kerosene D Oil Crude C 86.4100 86.5000 86.5000 85.5000 H 13.3200 13.1680 13.0000 10.5000 S 0.2500 0.0320 0.5000 1.0000 O 0.0000 0.2000 0.0000 1.0000 N 0.0200 0.1000 0.0000 1.0000 Cl 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 F Cenizas H2O 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 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. e FECOC 16 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 Ir a Combustibles Gaseosos Composición de combustibles gaseosos ( en volumen) Tipo de combustible Biogas 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 OPON GAS NEIVA540 GAS MONTAÑUELO GAS CERRITO1 FECOC Metano Etano Etileno CH4 C2H6 C2H4 64.8000 0.0000 0.0000 26.0000 0.0000 0.0000 92.0695 0.5000 0.5000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 92.0695 0.5000 0.5000 78.4580 14.0635 0.0000 95.6800 4.2000 0.0000 91.6100 6.7280 0.0000 85.0600 6.1800 0.0000 97.7600 0.3800 0.0000 96.9390 0.5550 0.0000 76.5000 10.8600 0.0000 91.8600 5.5200 0.0000 91.7800 2.7700 0.0000 96.1700 0.7000 0.0000 93.9810 0.6250 0.0000 Acetileno Propano C2H2 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 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 C3H8 0.0000 0.0000 0.0400 50.0000 0.0000 0.0400 1.9636 0.1200 0.0280 2.8400 0.2000 0.1510 5.3600 1.3200 2.2800 0.2400 0.0220 Propileno n-butano i-butano buteno n-pentano C3H6 C4H10n C4H10i 0.0000 0.0000 2.0000 0.0000 0.0000 0.0100 0.0000 50.0000 0.0000 100.0000 0.0000 0.0100 0.0000 0.4493 0.0000 0.0000 0.0000 0.0120 0.0000 0.6900 0.0000 0.0000 0.0000 0.0250 0.0000 0.7800 0.0000 0.0500 0.0000 0.9000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0030 0.0000 0.0000 0.0100 0.0000 0.0000 0.0100 0.4845 0.0000 0.0110 0.4600 0.0000 0.0700 0.6800 0.1200 0.5400 0.0500 0.0050 C4H8 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 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 C5H12n 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0898 0.0000 0.0200 0.4300 0.0000 0.0060 0.0800 0.0000 0.2100 0.0000 0.0000 i-pentano hexano heptano C5H12i 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.4059 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0180 0.1300 0.0000 0.4500 0.0000 0.0020 C6H14 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0120 0.0500 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 C7H16 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0750 0.0000 0.0100 0.2000 0.0000 0.0000 CO CO2 N2 0.0000 35.0000 0.0000 5.0000 2.0000 9.9000 0.0000 0.0200 6.1000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0200 6.1000 0.0000 2.3960 1.6894 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.7390 0.8500 0.0000 3.2100 1.1300 0.0000 0.3700 1.2900 0.0000 0.0280 2.1210 0.0000 5.0700 0.4400 0.0000 0.9600 0.1500 0.0000 0.2400 0.6300 0.0000 2.4200 0.4200 0.0000 5.1800 0.1820 17 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 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. FECOC 18 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 6. ANEXO 1 - COMBUSTIBLES ANALIZADOS FECOC Bagazo Carbón Checua-Lenguazaque. Base seca libre de cenizas 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 19 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 7. ANEXO 2 - PESOS MOLECULARES Pesos moleculares (g/mol) FECOC H C N O F S = = = = = = 1 ,0 1 1 2 ,0 1 1 4 ,0 1 1 6 ,0 0 1 9 ,0 0 3 2 ,0 6 Cl = 3 5 ,4 5 Ca = 4 0 ,0 8 CH4 = 1 6 ,0 4 C 2H6 = 3 0 ,0 7 C 2H4 = 2 8 ,0 5 C 2H2 = 2 6 ,0 4 C 3H8 C 3H6 C 4H10n C 4H10i C 4H8 CO CO2 N2 H2S H2 SO2 C 5H10 C 6H14 C 7H16 C 8H18 HCl HF = = = = = = = = = = = = = = = = = 4 4 ,1 0 4 2 ,0 8 5 8 ,1 2 5 8 ,1 2 5 6 ,1 1 2 8 ,0 1 4 4 ,0 1 2 8 ,0 1 3 4 ,0 8 2 ,0 2 6 4 ,0 6 7 0 ,1 4 9 0 ,2 1 1 0 0 ,2 1 1 1 4 ,2 3 3 6 ,4 6 2 0 ,0 1 20 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 8. ANEXO 3 - CD CON SOFTWARE FECOC FECOC: Factores de Emisión de Combustibles Colombianos. ULTIMA PAGINA DE ESTE INFORME FECOC 21