Combustibles Industriales

CAPÍTULO 1

1. COMBUSTIBLES INDUSTRIALES.

Las fuentes mundiales probadas de energía son grandes. Las reservas más importantes existentes que se conocen de petróleo, que se utiliza fundamentalmente para producir carburantes para el transporte, están localizadas en el Medio Oriente, a lo largo del ecuador, y la antigua Unión Soviética. Existen grandes reservas de gas natural en la antigua Unión Soviética y en el Oriente Medio.

El carbón es el combustible más abundante en la tierra y el combustible principal para producir electricidad en Estados Unidos. El consumo anual mundial de energía es aún inferior a 1% de las reservas mundiales combinadas de combustibles fósiles.

Las fuentes y reservas de los principales combustibles fósiles en los Estados Unidos de América (carbón, petróleo y gas natural) son las que se indican a continuación:

TABLA 1

RESERVAS DE ENERGÍA EN EEUU

Combustible Reservas

Probadas

(ZJ) Reservas

Probables

(ZJ) Reservas

Posibles

(ZJ)

Carbón 7.3 110

Petróleo 0.15 0.31

Gas natural 0.19 0.43

ZJ = 1021 J (Para convertir a 1018 BTU, multiplicar por 0.948)

Referencia: Manual del Ingeniero Químico (Robert H. Perry),

2001.

El contenido energético de los combustibles fósiles, medido en cantidades de uso común, es el siguiente:

TABLA 2

CONTENIDO ENERGÉTICO DE COMBUSTIBLES (1)

Carbón bituminoso y antracita 30.2 MJ/kg 26 x 106 Btu/US ton

Carbón sub-bituminoso y lignito 23.2 MJ/kg 20 x 106 Btu/US ton

Petróleo Crudo 44.3 MJ/kg 38 x 106 Btu/US ton

Gas natural 38.4 MJ/m3 1032 Btu/ft3

1 bbl = 42 US gal = 159 l = 0.159 m3

Referencia: Manual del Ingeniero Químico (Robert H. Perry), 2001.

La figura 1.1 muestra el consumo mundial de carbón en millones de toneladas cortas o US ton (2000 lb).

1.1. Generalidades.

Combustibles Líquidos Derivados del Petróleo.

Los principales combustibles líquidos derivados del petróleo se obtienen mediante la destilación fraccionada del petróleo crudo (una mezcla de hidrocarburos y derivados de hidrocarburos que se encuentran en el intervalo desde el metano hasta compuestos bituminosos pesados). Desde un cuarto hasta la mitad de las moléculas del petróleo crudo pueden contener átomos de azufre y algunas contienen nitrógeno, oxígeno, vanadio, níquel o arsénico. Algunas fracciones escogidas se pueden someter a desulfuración, hidrogenación, descomposición térmica (a un peso molecular mas bajo) y otros procesos de refino, antes de mezclarse y venderse como carburantes.

Los combustibles derivados del petróleo contienen primordialmente parafinas, isoparafinas, productos aromáticos y naftenos; además derivados de azufre, oxigeno y nitrógeno, que no se retiraron mediante el refino. Las olefinas se encuentran ausentes o en proporciones despreciables, excepto cuando se crean mediante un refino severo. Los destilados de torres de vacío con un punto de ebullición final equivalente de 730 a 840°K (850 a 1050°F) a presión atmosférica, pueden contener de 0.1 a 0.5 ppm de vanadio y níquel.

Los fondos (residuos) negros y viscosos de las torres de destilación se pueden tomar directamente del destilador y quemarse como combustibles industriales sin enfriamiento por debajo de 200 °C o más; o se pueden mezclar con combustibles residuales comerciales. Al diluirse 5 al 20% de destilado se producen aceites combustibles del número 4 y 5, para usos comerciales. Las mezclas de residuos y destilados se usan también como carburantes diesel en los grandes motores estacionarios y marinos. Sin embargo, los destilados con un poder disolvente inadecuado hacen que se precipiten asfaltenos y otros coloides de peso molecular elevado de los residuos de viscorreducción.

El aceite combustible del número 6 contiene de 10 a 500 ppm de vanadio y níquel en moléculas orgánicas complejas, principalmente porfirinas, que no se pueden refinar económicamente, excepto incidentalmente durante una hidrodesulfuración intensa.

También puede haber sales, arena, herrumbre y polvo, que le dan al combustible número 6 un contenido usual de cenizas de 0.01 a 0.5% en peso.

Combustibles Gaseosos

Gas Natural. El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre, y que se encuentra mezclado con el petróleo crudo cerca de yacimientos del mismo. La manera más común en que se encuentra este combustible es atrapado entre el petróleo y una capa rocosa impermeable.

El gas natural se compone de hidrocarburos con un punto de ebullición muy bajo. El metano es el principal constituyente de este combustible con un punto de ebullición -154°C. El etano, con un punto de ebullición de –89 °C, puede estar presente en cantidades de hasta 10%; el propano, cuyo punto de ebullición es de hasta –42°C, hasta 3%. El butano, pentano, hexano, heptano y octano también pueden estar presentes.

Gas Natural Licuado.- Las ventajes de almacenar en forma licuada se derivan del hecho que 0,035 m3 de metano líquido a –162°C es aproximadamente igual a 18 m3 de metano gaseoso. El LNG se almacena dentro de recipientes de hormigón pretensado o de paredes metálicas dobles, dentro de tierra congelada, en cavernas naturales o dentro de minas agotadas.

Gas Licuado de Petróleo.- El término gas licuado de petróleo se aplica a ciertos hidrocarburos específicos que se pueden licuar a presiones moderadas y temperaturas normales, pero que son gaseosos en condiciones atmosféricas normales. Los principales constituyentes del gas licuado de petróleo son propano, propileno, butano, butileno e isobutano. Estos gases se utilizan mucho para servicios domésticos y se suministran en bombonas o mediante líneas de tuberías.

Combustibles Sólidos.

Carbón Mineral.

El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias. Es una de las principales fuentes de energía, en 1990, por ejemplo, el carbón suministraba el 27,2% de la energía eléctrica comercial del mundo. Además de la generación de energía, las industrias que más lo utilizan son la del acero y del cemento. Más adelante se hablará en detalle de su clasificación y propiedades.

1.2. Costos Comparativos para la Obtención de Energía.

El carbón es el combustible fósil más abundante y estará disponible aún después de que el petróleo y el gas natural escaseen. Los esfuerzos actuales de investigación, desarrollo y demostración tienen como objetivos implementar las mejoras técnicas, económicamente viables, de algunos procesos antiguos o de primera generación.

Además se buscan nuevos caminos con el fin de lograr los mismos objetivos: procesos baratos y limpios para la conversión del carbón.

En la tabla 3 se puede observar claramente que el carbón es el combustible fósil más barato por unidad de energía, además el precio de este es estable y en la última década con tendencia a la baja.

TABLA 3

EVOLUCIÓN DE PRECIOS CON EL TIEMPO DE COMBUSTIBLES FÓSILES

Año Carbón bituminoso y lignito

Centavos de USD/MJ Gas Natural

Centavos de USD/MJ Petróleo

Centavos de USD/MJ

1975 0.091 0.041 0.13

1980 0.11 0.15 0.35

1985 0.12 0.23 0.39

1990 0.10 0.16 0.33

1993 0.094 0.19 0.22

2005* 0.15 0.51 0.82

* Los precios son medias del primer trimestre del año obtenidas en el mercado internacional.

Referencia: Annual Energy Review 1994, Energy Information Administration,

Julio 1995. Los precios son medias nacionales en el año indicado

en EEUU.

En la figura 1.2 se muestra la evolución del precio del barril de petróleo en los últimos años, como es sabido, este se ha disparado hasta bordear valores por encima de los USD 40.00.

Estudios realizados muestran que el petróleo y el gas natural están llegando a su cenit, el cual ocurrirá en esta década. La figura 1.3 muestra cual es la tendencia de la producción mundial del petróleo. De acuerdo al gráfico para el año 2050 se tendrá una producción de petróleo menor a la mitad a la actual.

La perforación exploratoria ha ido cayendo debido a la falta de resultados, mostrando una curva de descubrimientos con tendencia plana frente a las perforaciones exploratorias.

Unas 75.000 perforaciones han proporcionado unos 2.250 Gb de petróleo y gas, al extrapolar la curva se sugiere que si se llegasen a realizar en el futuro tantas perforaciones exploratorias como en el pasado, el total de los descubrimientos difícilmente excedería de los 22,5 billones de barriles de petróleo equivalente (3). La mayor parte de la producción prevista para el 2030 tendrá que provenir de la “capacidad aún no establecida”, mostrando que la capacidad actual está en rápido declive. Otro aspecto a tomar en cuenta es que los campos sauditas

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