Gas combustible
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El gas combustible es uno de los muchos combustibles que, en condiciones normales, son gaseosos . La mayoría de los gases combustibles están compuestos de hidrocarburos (como metano y propano ), hidrógeno , monóxido de carbono o mezclas de ellos. Dichos gases son fuentes de energía que pueden transmitirse y distribuirse fácilmente a través de tuberías.
El gas combustible se contrasta con los combustibles líquidos y los combustibles sólidos , aunque algunos gases combustibles se licúan para su almacenamiento o transporte (por ejemplo, el autogás y el gas licuado de petróleo ). Si bien su naturaleza gaseosa tiene ventajas, evitando la dificultad de transportar combustible sólido y los peligros de derrame inherentes a los combustibles líquidos, también tiene limitaciones. Es posible que un gas combustible no se detecte y provoque una explosión de gas . Por este motivo, se añaden odorizantes a la mayoría de los gases combustibles. El tipo de gas combustible más común en uso actual es el gas natural .
Tipos de gas combustible
Hay dos grandes clases de gases combustibles, basados no en su composición química sino en su origen y forma de producirse: los que se encuentran de forma natural y los que se fabrican a partir de otros materiales.
Gas combustible fabricado
Los gases combustibles manufacturados son aquellos que se producen por transformaciones químicas de sólidos, líquidos u otros gases. Cuando se obtienen a partir de sólidos, la conversión se denomina gasificación y la instalación se conoce como fábrica de gas .
Los gases combustibles manufacturados incluyen: [1] [2]
- Gas de carbón , obtenido a partir de la pirólisis del carbón.
- Gas de agua , en gran parte obsoleto, obtenido al pasar vapor sobre coque caliente.
- Gas de productor , en gran parte obsoleto, obtenido al pasar vapor y aire sobre coque caliente.
- Syngas , principal tecnología actual, obtenida principalmente a partir de gas natural
- El gas de madera , obtenido principalmente a partir de la madera , alguna vez fue popular y relevante para los biocombustibles.
- Biogás , obtenido de vertederos
- Gas de alto horno
- Hidrógeno a partir de electrólisis o reformado con vapor
El gas de carbón producido por pirólisis del carbón contiene impurezas como alquitrán, amoníaco y sulfuro de hidrógeno , que deben eliminarse y para ello puede ser necesaria una cantidad considerable de instalaciones. [3]
Gases combustibles extraídos de pozos o minas
En el siglo XX, el gas natural , compuesto principalmente de metano , se convirtió en la fuente dominante de gas combustible, ya que en lugar de tener que fabricarse mediante diversos procesos, se podía extraer de depósitos en la tierra. El gas natural se puede combinar con hidrógeno para formar una mezcla conocida como HCNG .
Gases combustibles adicionales obtenidos a partir de gas natural o petróleo :
- Propano
- Butano
- Gas licuado de petróleo regasificado
La composición del gas natural varía ampliamente, pero la tabla muestra una composición típica. [4]
| Componente | Volumen % |
|---|---|
| Metano | 93,63 |
| Etano | 3.25 |
| Propano | 0,69 |
| Butano | 0,27 |
| Otros hidrocarburos | 0,20 |
| Nitrógeno | 1,78 |
| Dióxido de carbono | 0,13 |
| Helio | 0,05 |
El gas natural se produce con agua y condensado de gas. Estos líquidos deben eliminarse antes de que el gas pueda utilizarse como combustible. Incluso después del tratamiento, el gas estará saturado y es probable que se condense como líquido en las tuberías. Esto se puede reducir sobrecalentando el gas combustible. [5]
Especificación
Además de la composición química, el gas combustible puede necesitar cumplir con parámetros como el valor calorífico , el índice de Wobbe, el punto de rocío, etc. La siguiente especificación es para el Sistema Nacional de Transmisión Británico. [6]
| Contenido o característica | Valor |
|---|---|
| Valor calorífico bruto | 37,0 – 44,5 MJ/ m3 |
| Número de Wobbe* | 47,2 – 51,41 MJ/ m3 |
| Punto de rocío del agua | <-10 °C a 85 bar |
| Punto de rocío de hidrocarburos | <-2 °C |
| Contenido de sulfuro de hidrógeno* | ≤5 mg/ m3 |
| Contenido total de azufre (incluido H2S ) * | ≤50 mg/ m3 |
| Contenido de hidrógeno* | ≤0,1 % (molar) |
| Contenido de oxígeno* | ≤0,2 % (molar) |
| Contenido de dióxido de carbono | ≤2,0 % (molar) |
| Contenido de nitrógeno | <5,0 % (molar) |
| Inertes totales | <7,0% |
| Factor de combustión incompleta* | ≤0,48 |
| Índice de hollín* | ≤0,60 |
Factor de combustión incompleta (ICF): un índice empírico que relaciona la composición de un gas con su tendencia a quemarse de manera incompleta en un aparato a gas. [7] Dutton definió el ICF como: ICF = 0,64 × (W − 50,73 + 0,03 × PN) donde W es el índice de Wobbe, MJ/m 3 ; PN es el porcentaje volumétrico de C 3 H 8 más N 2 en una mezcla de tres componentes. [8]
Índice de hollín (SI): índice empírico que relaciona la composición de un gas con su tendencia a producir hollín durante la combustión en un aparato a gas. [7]
El poder calorífico del gas manufacturado es de alrededor de 500 Btu por pie cúbico (18.629 kJ/m3 ) , mientras que el del gas natural es el doble, de alrededor de 1000 Btu por pie cúbico (37.259 kJ/m3 ) . [3] Para una determinada cantidad de calor, solo se requiere la mitad del volumen de gas natural.
Usos del gas combustible
Uno de los primeros usos fue el alumbrado a gas , que permitió la adopción generalizada de farolas y la iluminación de edificios en las ciudades. El gas combustible también se utilizó en quemadores de gas , en particular el mechero Bunsen utilizado en los laboratorios. También se puede utilizar en calentadores de gas , hornillos de camping e incluso para propulsar vehículos, ya que tienen un alto poder calorífico.
El gas combustible es ampliamente utilizado por usuarios industriales, comerciales y domésticos. La industria utiliza gas combustible para calentar hornos, calderas y hornos y para calentar y secar espacios. La industria eléctrica utiliza gas combustible para alimentar turbinas de gas para generar electricidad. La especificación del gas combustible para turbinas de gas puede ser bastante estricta. [5] El gas combustible también puede usarse como materia prima para procesos químicos.
El gas combustible en el sector comercial se utiliza para calentar, cocinar, hornear y secar, y en el sector doméstico para calentar y cocinar.
En la actualidad, los gases combustibles, especialmente el gas de síntesis, se utilizan ampliamente para la producción de amoníaco para fertilizantes y para la preparación de muchos detergentes y productos químicos especiales. [1]
En una planta industrial, el gas combustible se puede utilizar para purgar tuberías y recipientes a fin de evitar la entrada de aire. Cualquier excedente de gas combustible que no sea necesario se puede eliminar quemándolo en el sistema de quema de gas de la planta .
Para los usuarios que queman gas directamente, el gas combustible se suministra a una presión de aproximadamente 15 psi (1 barg). Las turbinas de gas necesitan una presión de suministro de 250-350 psi (17-24 barg).
Referencias
- ^ ab Hiller, Heinz; Reimert, Rainer; Stönner, Hans-Martin (2011). "Producción de gas, 1. Introducción". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.a12_169.pub3. ISBN 978-3527306732.
- ^ Scott Wilson, D. (1969). La industria moderna del gas . Londres: Edward Arnold. págs. 6, 11–35.
- ^ ab Williams, Trevor (1981). Una historia de la industria británica del gas . Oxford: Oxford University Press. pp. 15-18, 182. ISBN 0198581572.
- ^ Cassidy, Richard (1979). Gas: energía natural . Londres: Frederick Muller Limited. pág. 14.
- ^ Asociación de Proveedores de Procesadores de Gas (2004). Libro de datos de ingeniería . Tulsa: GPSA. págs. 18-9.
- ^ "Reglamento de 1996 sobre gestión de la seguridad del gas".
- ^ ab "Comparadores de materiales para decisiones sobre el fin de la condición de residuo Combustibles: gas natural" (PDF) . Consultado el 15 de noviembre de 2023 .
- ^ Duan (2019). "Estudio experimental de la influencia de los componentes del gas natural en las emisiones de CO de las cocinas de gas chinas". Energies . 12 (20): 3997. doi : 10.3390/en12203997 .
