Nueva tecnología para cumplir con los nuevos y más estrictos límites de emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera introducidos por los gobiernos.
Última actualización
Un hidrocarburo (composición molar) en estado gaseosos entra a un horno industrial a 25ºC y 101.325 kPa:
| Compuesto (FUEL) | Fracción molar |
|---|---|
La composición molar de los productos de combustión en base húmeda es:
| Compuesto | Fracción molar |
|---|---|
El oxidante es oxígeno puro que entra al quemador a 25ºC y 101.325 kPa.
El balance de materia se apoya en la reacción química CO + H2O <-> CO2 + H2, que tiene lugar a la temperatura de los productos de combustión.
Los gases de la combustión salen a 1225 ºC. Determinar:
a) Obtener los productos de la combustión en base húmeda y seca.
b) Coeficiente de exceso de aire.
c) Poderes caloríficos del combustible.
d) Temperatura adiabática de la llama.
e) Calor intercambiado.
f) Eficiencias de la combustión.
La oxicombustión es un recurso tecnológico para la reducción de gases de efecto invernadero en el que se mejora el proceso de quema de combustible mediante la sustitución del aire por oxígeno puro.
La crisis energética en curso y el consiguiente aumento de precios de las fuentes de energía primaria, así como la amenaza del cambio climático, exigen la rápida descarbonización de las industrias con altas demandas energéticas.
En sectores industriales como el del vidrio o el acero, la combustión de gas natural con oxígeno es un proceso bien establecido. Al utilizar oxígeno en lugar de aire como oxidante, se logran temperaturas de llama máximas más altas y un menor flujo de masa de gases de combustión en general, lo que conduce a eficiencias significativamente mayores. Además, la flexibilidad del combustible puede mejorarse.
El oxígeno se puede utilizar de cuatro maneras: se puede añadir a la corriente de aire; inyectado en una llama de aire/combustión; sustitución del aire en el proceso de combustión o actuando por separado con el aire del quemador. En el tercer caso, el coste del oxígeno puro puede justificarse por las altas temperaturas que se alcanzan. La temperatura de la llama aumenta considerablemente cuando el aire es sustituido por oxígeno, ya que el nitrógeno actúa como diluyente robando el calor. Sin embargo, si el calor no se distribuye adecuadamente, la intensa radiación de la llama en el proceso de oxicombustión puede dañar las paredes refractarias. Para solucionar este problema, se puede recurrir a reciclar parte de los gases de escape. Al eliminarse el nitrógeno el gas reciclado es rico en CO2, y la combustión se realiza en una mezcla de O2/CO2.
La presencia de CO2 en altas concentraciones en la cámara de combustión afecta a la transmisión de calor, al encendido de la llama y a las emisiones. El alto valor del calor específico del CO2 respecto al del N2, provoca una reducción de la temperatura de los gases. Además de afectar el rendimiento de la combustión, la recirculación también altera la formación de contaminantes como SO2, NOx y CO. Las altas temperaturas estimulan la formación de NOx, problema que puede reducirse utilizando oxígeno puro en lugar de aire enriquecido con oxígeno (sin considerar la posible presencia de nitrógeno en el combustible).
El proceso de combustión con oxígeno en lugar de aire implica también la reducción del volumen de flujo de gas lo que conlleva un mayor tiempo de residencia, factor crítico en la reducción de NOx, que puede reducirse redimensionando la cámara de combustión. La recirculación de gases también contribuye a la reducción de NOx debido a la disminución de la concentración de O2 en la zona de combustión y por la reducción de la temperatura.
Aunque el gas natural está documentado como un combustible de bajas emisiones en comparación con los otros combustibles fósiles tradicionales en los motores de combustión interna, investigaciones recientes indican que los motores de gas de combustión pobre liberan grandes cantidades de metano y destacan la importancia de esta emisión en el calentamiento global.
Si despreciamos los inquemados:
Se consigue una temperatura adiabática mayor, un aumento de casi el 2%. El intercambio de calor en el horno es superior, aumentando también la eficiencia de la combustión (que mide la presencia de inquemados) y la eficiencia térmica del horno. En este caso se requerirá mayor cantidad de oxígeno.
C2H2
54 %
C4H8
21 %
C5H10
16 %
C2H4
9 %
CO2
19.7 %
CO
12 %
CH4(inquemado)
12000 ppm
