Gas natural

Antecedentes

El gas natural es una mezcla de gases combustibles formada bajo tierra por la descomposición de materiales orgánicos en plantas y animales. Por lo general, se encuentra en áreas donde hay petróleo, aunque hay varios grandes depósitos subterráneos de gas natural donde hay poco o nada de petróleo. El gas natural se usa ampliamente para calentar y cocinar, así como para una variedad de aplicaciones industriales.

Historial

El hombre primitivo conocía el gas natural en forma de filtraciones de rocas y manantiales. A veces, los rayos u otras fuentes de ignición harían arder estas filtraciones de gas, dando lugar a historias de fuego que brotaban del suelo. Aproximadamente en el año 900 A.C. El gas natural se extrajo de pozos en China. El gas se quemó y el calor se utilizó para evaporar el agua de mar con el fin de producir sal. En el siglo I, los chinos habían desarrollado técnicas más avanzadas para la explotación de reservorios subterráneos de gas natural, lo que les permitió perforar pozos de hasta 1460 m (4.800 pies) en suelo blando. Utilizaron brocas de metal insertadas a través de secciones de tubos de bambú ahuecados para alcanzar el gas y llevarlo a la superficie.

Los romanos también sabían sobre el gas natural, y se suponía que Julio César había presenciado un "manantial ardiente" cerca de Grenoble, Francia. Los templos religiosos en la Rusia temprana se construyeron alrededor de lugares donde las filtraciones de gas natural ardiendo formaban "llamas eternas".

En los Estados Unidos, el primer uso intencional de gas natural ocurrió en 1821 cuando William Hart perforó un pozo para extraer una bolsa de gas poco profunda a lo largo de la orilla de Canadaway Creek cerca de Fredonia, Nueva York. Condujo el gas a través de troncos huecos hasta un edificio cercano donde lo quemó para iluminarlo. En 1865, Fredonia Gas, Light, and Waterworks Company se convirtió en la primera compañía de gas natural en los Estados Unidos. El primer gasoducto de larga distancia corría 40 km desde un campo de gas hasta Rochester, Nueva York, en 1872. También usaba troncos huecos como tuberías. El desarrollo del mechero Bunsen por Robert Bunsen en 1885 generó un interés en el uso del gas natural como fuente de calefacción y cocción, además de su uso para la iluminación. En 1891, se aprovechó un depósito de gas a alta presión en el centro de Indiana y se construyó un gasoducto de 120 millas (192 km) para llevar el gas a Chicago, Illinois.

A pesar de estos primeros esfuerzos, la falta de un buen sistema de distribución de gas natural limitó su uso a las áreas locales donde se encontraba el gas. La mayor parte del gas que salió a la superficie como parte de la extracción de petróleo en áreas más remotas simplemente se ventiló a la atmósfera o se quemó en llamaradas gigantes que iluminaron los campos petroleros día y noche. En la década de 1910, las compañías petroleras se dieron cuenta de que esta práctica les estaba costando beneficios potenciales y comenzaron un agresivo programa para instalar gasoductos en grandes áreas metropolitanas de los Estados Unidos. No fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial que este programa de gasoductos llegó a suficientes ciudades y pueblos para hacer del gas natural una alternativa atractiva a la electricidad y el carbón.

Para el año 2000, había más de 600 plantas de procesamiento de gas natural en los Estados Unidos conectadas a más de 300,000 millas (480,000 km) de tuberías de transporte principales. En todo el mundo, también hay importantes depósitos de gas natural en la ex Unión Soviética, Canadá, China y los países del Golfo Arábigo de Oriente Medio.

Materias primas

El gas natural crudo se compone de varios gases. El componente principal es el metano. Otros componentes incluyen etano, propano, butano y muchos otros hidrocarburos combustibles. El gas natural crudo también puede contener vapor de agua, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y helio.

Durante el procesamiento, es posible que se eliminen muchos de estos componentes. Algunos, como el etano, propano, butano, sulfuro de hidrógeno y helio, pueden eliminarse parcial o completamente para ser procesados ​​y vendidos como productos separados. Otros componentes, como el vapor de agua, el dióxido de carbono y el nitrógeno, pueden eliminarse para mejorar la calidad del gas natural o para facilitar el transporte del gas a grandes distancias a través de las tuberías.

El gas natural procesado resultante contiene principalmente metano y etano, aunque no existe un gas natural "típico". Se pueden agregar algunos otros componentes al gas procesado para darle cualidades especiales. Por ejemplo, se agrega una sustancia química conocida como mercaptano para darle al gas un olor distintivo que advierte a las personas de una fuga.

El proceso de fabricación

Los métodos utilizados para extraer, procesar, transportar, almacenar y distribuir gas natural dependen de la ubicación y composición del gas crudo y de la ubicación y aplicación del gas por parte de los usuarios finales. A continuación se muestra una secuencia típica de operaciones que se utilizan para producir gas natural para calefacción y para cocinar en el hogar.

Extrayendo

• 1 Algunos reservorios subterráneos de gas natural están bajo suficiente presión interna como para que el gas pueda fluir hacia el pozo y llegar a la superficie de la Tierra sin ayuda adicional. Sin embargo, la mayoría de los pozos requieren una bomba para llevar el gas (y el petróleo, si está presente) a la superficie. La bomba más común tiene una varilla larga unida a un pistón en lo profundo del pozo. La varilla se tira alternativamente hacia arriba y se sumerge de nuevo en el pozo mediante una viga que se balancea lentamente hacia arriba y hacia abajo sobre un soporte vertical. Esta configuración a menudo se denomina bomba de cabeza de caballo porque la forma del mecanismo de tracción en el extremo de la viga oscilante se asemeja a la cabeza de un caballo.
• 2 Cuando el gas natural crudo llega a la superficie, se separa de cualquier petróleo que pueda estar presente y se canaliza a una planta central de procesamiento de gas cercana. Varios cientos de pozos pueden alimentar la misma planta.

Procesando

• 3 Aproximadamente el 75% del gas natural crudo en los Estados Unidos proviene de reservorios subterráneos donde hay poco o ningún petróleo. Este gas es más fácil de procesar que el gas de los pozos de petróleo. Independientemente de la fuente, la mayor parte del gas natural crudo contiene suciedad, arena y vapor de agua, que deben eliminarse antes de seguir procesando para evitar la contaminación y la corrosión de los equipos y las tuberías. La suciedad y la arena se eliminan con filtros o trampas cerca del pozo. El vapor de agua generalmente se elimina haciendo pasar el gas a través de una torre llena de gránulos de un desecante sólido, como alúmina o gel de sílice, o mediante un desecante líquido, como un glicol. Después de que se haya limpiado y secado, el gas crudo puede procesarse más o puede enviarse directamente a una estación de compresión y bombearse a una tubería de transporte principal.
• 4 Si el gas natural crudo contiene una gran cantidad de gases de hidrocarburos más pesados, como propano y butano, estos materiales se eliminan para venderse por separado. El método más común es hacer burbujear el gas crudo a través de una torre alta y cerrada que contiene un aceite de absorción fría, similar al queroseno. A medida que el gas entra en contacto con el aceite frío, los gases de hidrocarburos más pesados ​​se condensan en líquidos y quedan atrapados en el aceite. Los gases de hidrocarburos más ligeros, como el metano y el etano, no se condensan en líquido y salen por la parte superior de la torre. Aproximadamente el 85% del propano y casi todo el butano y los hidrocarburos más pesados ​​quedan atrapados de esta manera. Luego, el aceite de absorción se destila para eliminar los hidrocarburos atrapados, que se separan en componentes individuales en una torre de fraccionamiento.
• 5 En este punto, el gas natural contiene metano, etano y una pequeña cantidad de propano que no quedó atrapado. También puede contener cantidades variables de dióxido de carbono, Un diagrama que muestra la producción de gas natural desde una fuente subterránea hasta el uso doméstico. sulfuro de hidrógeno, nitrógeno y otros materiales. En ocasiones, se extrae una parte del etano para utilizarlo como materia prima en varios procesos químicos. Para lograr esto, el vapor de agua en el gas se reduce aún más usando uno de varios métodos, y luego el gas se somete a ciclos repetidos de compresión y expansión para enfriar el etano y capturarlo como líquido.
• 6 Algunos gases naturales contienen un alto porcentaje de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Estos productos químicos pueden reaccionar con el vapor de agua restante en el gas para formar un ácido, que puede causar corrosión. Se eliminan haciendo fluir el gas hacia arriba a través de una torre mientras se inyecta en la parte superior un rocío de agua mezclada con un disolvente, como monoetanolamina. El disolvente reacciona con los productos químicos y la solución se drena del fondo de la torre para su posterior procesamiento.
• 7 Algunos gases naturales también contienen un alto porcentaje de nitrógeno. Dado que el nitrógeno no se quema, reduce el poder calorífico del gas natural. Una vez que se han eliminado el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, el gas pasa por un proceso de destilación a baja temperatura para licuar y separar el nitrógeno. En conjunto, los procesos de los pasos 6 y 7 a veces se denominan "mejora" del gas porque el gas natural ahora es más limpio y arderá más caliente.
• 8 Si se va a capturar gas helio, se hace después de eliminar el nitrógeno. Se trata de un complejo proceso de destilación y purificación para aislar el helio de otros gases. El gas natural es la principal fuente de helio industrial en los Estados Unidos.

Transporte

• 9 Se inyecta mercaptano en el gas natural procesado para darle un olor distintivo de advertencia, y el gas se canaliza a una estación de compresión donde la presión aumenta a aproximadamente 200-1,500 psi (1,380-10,350 kPa). Luego, el gas se transporta por todo el país a través de una de las principales tuberías instaladas bajo tierra. Estas tuberías tienen un diámetro de 20 a 42 pulgadas (51 a 107 cm). Aproximadamente cada 100 millas (160 km), otro compresor aumenta la presión del gas para compensar las pequeñas pérdidas de presión causadas por la fricción entre el gas y las paredes de la tubería. Esto mantiene el flujo de gas.
• 10 Cuando el gas natural presurizado llega a la vecindad de su destino final, a veces se inyecta nuevamente en el suelo para su almacenamiento. Para almacenar el gas se pueden utilizar depósitos subterráneos de gas y petróleo agotados, capas de rocas porosas conocidas como acuíferos o cavernas de sal subterráneas. Esto asegura un suministro listo durante los meses más fríos del invierno.

Distribución

• 11 Cuando se necesita gas, se extrae del almacenamiento subterráneo y se transporta a través de tuberías a presiones de hasta 1,000 psi (6,900 kPa). Estos gasoductos llevan el gas a la ciudad o área donde se utilizará.
• 12 La presión se reduce a menos de 60 psi (410 kPa) y el gas se distribuye en tuberías subterráneas que corren por toda el área. Antes de que el gas llegue a cada casa o negocio, la presión se reduce aún más a aproximadamente 0,25 psi (1,7 kPa).

Control de calidad

El gas natural se quema fácilmente en el aire y puede explotar violentamente si se enciende repentinamente una gran cantidad. Edificios enteros han sido arrasados ​​por poderosas explosiones resultantes de fugas de gas natural. En otros casos, las personas se han asfixiado en habitaciones cerradas que se llenan lentamente de gas natural. Debido a que el gas natural es inodoro, se agrega mercaptano maloliente al gas de modo que incluso una pequeña fuga se notará de inmediato. Para proteger los gasoductos subterráneos de alta presión, se entierra una cinta de plástico amarillo brillante en el suelo a unos pocos pies por encima del gasoducto para advertir a las personas que podrían estar excavando en el área. De esa manera, descubrirán la cinta antes de que lleguen a la tubería de abajo. Las señales de advertencia también se colocan a nivel del suelo a lo largo de toda la tubería como precaución adicional.

El futuro

Debido a que el gas natural es de combustión limpia, se lo considera un combustible alternativo para los vehículos de motor. Los automóviles y camiones de gas natural comprimido (GNC) ya están en las carreteras en muchas áreas. Las empresas que utilizan procesos industriales que requieren altas temperaturas también están recurriendo al gas natural en lugar de otros combustibles para reducir la contaminación del aire que emiten sus plantas. Esto incluye empresas involucradas en la fabricación de acero, vidrio, cerámica, cemento, papel, productos químicos, aluminio y alimentos procesados.