bondades ambientales del gas natural en la combustion

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BONDADES AMBIENTALES DEL GAS NATURAL EN LA COMBUSTION
Victor Arroyo Chalco
Ingeniero Químico – CIP 38007
Consultor energético y ambiental de CINYDE S.A.C.
[email protected]
INTRODUCCION
Cuando se proyectan instalaciones de combustión, (p.e. calderas, hornos, secadores, motores
diesel, etc.), incluso en las existentes, la selección del tipo de combustible a ser empleado,
juega un papel importantísimo no solo por su disponibilidad; sino también por el costo de la
energía entregada (US$/millón Btu) y sus implicancias ambientales, porque al fin y al cabo
cualquier combustible quemado en presencia de aire se transforma en gases potencialmente
contaminantes que son evacuados a la atmósfera.
Esto último es muy importante cuando existe una reglamentación ambiental que establece
claramente los niveles máximos permisibles de emisión para cierto tipo de gases
contaminantes como son : el Dióxido de Azufre (SO2), Oxidos de Nitrógeno (NOx), Monóxido
de Carbono (CO), Hidrocarburos (HC) y partículas principalmente. En muchos casos para
cumplir con los niveles permisibles no basta con optimizar la combustión o depurar los gases
de emisión; sino recurrir al uso de otro combustible más limpio. Es por ello que es importante
tener en consideración el tipo de combustible a emplearse desde una óptica ambiental y en un
horizonte a largo plazo.
Habida cuenta de que el gas natural de Camisea estará disponible en Lima a partir de agosto
del año 2004 resulta necesario evaluar el uso de este combustible como una interesante
alternativa energética para la industria y otros sectores.
CARACTERÍSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES Y SU COMBUSTIÓN
Los combustibles comerciales disponibles en el país en la actualidad para uso industrial son en
orden de importancia: los residuales (Residual 5, Residual 6 y Residual 500), el Diesel 2 , GLP
(Gas licuado de petróleo) y el carbón mineral.
En términos generales la relación C/H, el contenido de Nitrógeno combinado y la dificultad de
combustión se incrementa a medida que nos desplazamos en la siguiente serie :
Gas → Diesel → Residuales → Carbón
De esta manera cuando se quema un combustible, a mayor relación C/H mayores son las
emisiones de Dióxido de Carbono (CO2), gas cuya concentración en la atmósfera viene
incrementándose desde hace varias décadas. Algunos científicos pronostican que si se
mantiene una tendencia creciente de la concentración de CO2, se produciría lo que se
denomina “efecto invernadero”o calentamiento global de la tierra.
En condiciones normales la atmósfera contiene cierta cantidad de CO2 que permite atravezar
la radiación de onda corta proveniente del sol. Dicha radiación es absorbida en parte por la
tierra, y cuando se enfría la irradia como radiación infrarroja que es absorbida en parte por el
CO2 presente en la atmósfera, lo cual garantiza que la temperatura de la tierra y la atmósfera
inferior se mantengan en las condiciones que se han conocido por siglos. De incrementarse la
concentración de CO2 en la atmósfera, este componente absorbería mayor radiación infrarroja
proveniente de la tierra provocando una elevación de la temperatura media (2 a 3 °C) de la
tierra, lo cual ocasionaría cambios climáticos y daños a los ecosistemas que serían
catastróficos (algunos científicos creen que los cambios climáticos ya han empezado a
producirse).
Por ejemplo una combustión con 20% de exceso de aire produce los siguientes
concentraciones de CO2 en el gas de chimenea:
2
COMBUSTIBLE
Gas natural
Diesel - 2
Residual - 6
Carbón
CO2 (% vol)
9.6
12.9
13.8
16.6
Asimismo a mayor contenido de Nitrógeno en el combustible, se incrementan las emisiones de
Oxidos de Nitrógeno (NOx), que una vez en la atmósfera producen lluvia ácida.
Los NOx asi como el SO2 (producido en la combustión cuando el combustible contiene
Azufre), son gases que mediante reacciones fotoquímicas y en presencia de humedad en la
atmósfera superior se transforman en ácidos que precipitan a tierra con la lluvia. Esta
precipitación acidifica las aguas superficiales (rios, lagos, etc), daña la vegetación, los suelos y
los bienes materiales, lo cual constituye un serio problema en muchos países.
Por último, el proceso de combustión, para lo cual es necesario reunir tres requisitos básicos
como son una adecuada proporción aire-combustible, íntima mezcla aire-combustible y
suficiente aporte de calor; también es influenciado por el tipo de combustible que se quema.
En virtud de que el gas esta compuesto por moléculas de los diversos constituyentes, puede
mezclarse muy íntimamente con el aire y producir una combustión rápida y muy limpia o baja
en emisiones de Monóxido de Carbono (CO), Hidrocarburos (HC) y partículas de hollín. En el
otro extremo el carbón se encuentra subdividido en partículas relativamente grandes por lo cual
la mezcla no es tan íntima, la velocidad de combustión es más lenta e incompleta, provocando
mayores emisiones de CO, HC y partículas.
Por ejemplo en el caso de calderas de vapor, las emisiones de gases contaminantes varían en
función del tipo de combustible empleado, tal como lo muestra el Cuadro No.1. Este cuadro
nos muestra claramente las bondades ambientales del gas natural cuando se comparan
diferentes combustibles.
Cuadro Nº 1
Emisiones de gases en calderas
PARAMETRO
SO2 (ppm)
NOx (ppm)
CO (ppm)
Indice de
Bacharach
EMISIONES EN FUNCION DEL
COMBUSTIBLE
Carbon
Residual-6 Diesel-2
Gas
natural
250 - 400
200 -300
<100
<20
300 - 400 230 - 260 100 - 110
90 - 100
400 - 600 100 - 200
50 - 100
<10
4-6
3-4
1-2
0
En el caso del Perú, el gas natural descubierto es de calidad comparativamente mejor al de
otros países en virtud de que no contiene prácticamente Azufre y compuestos nitrogenados
que favorecerían la formación de SO2 y NOx (no térmico) respectivamente.
Por otro lado la experiencia demuestra que el uso del gas natural como combustible implica
menores costos de mantenimiento y paradas de plantas con los consiguientes ahorros para
las empresas.
Bajo este punto de vista se concluye que la luz de las legislaciones ambientales que se están
implementando, el análisis técnico-económico de la conveniencia de un determinado sistema
de combustión, la disponibilidad de fuentes energéticas en el futuro entre otros factores; es
necesario tener en cuenta al gas natural como una alternativa interesante de suministro
energético „