Gas Natural: De la Extracción a la Distribución – Visión General Completa

Introducción

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos combustibles formada por descomposición térmica de materia orgánica profunda bajo tierra. A menudo se encuentra junto al petróleo, pero existen grandes yacimientos donde el petróleo está ausente. Su combustión limpia y eficiente lo convierte en piedra angular de calefacción residencial, cocción y amplia gama de procesos industriales.

Historia

El gas natural ha fascinado a humanos por milenios. Primeras civilizaciones observaron filtraciones brillantes de rocas y manantiales, a veces encendidas por rayos, dando origen a leyendas de «fuego de la tierra». Hacia 900 a.C., ingenieros chinos extrajeron gas de pozos, usándolo para evaporar agua de mar para sal. Para el siglo I d.C., habían desarrollado técnicas de perforación avanzadas, alcanzando 1460 m (4800 pies) con brocas de bambú y metal.

Los romanos también conocían el gas natural; Julio César reportadamente vio un «manantial ardiente» cerca de Grenoble, Francia. En la Rusia temprana, templos se construían alrededor de llamas perpetuas alimentadas por filtraciones de gas natural.

En EE. UU., William Hart perforó el primer pozo de gas intencional en 1821 en Canadaway Creek, Nueva York, usando troncos huecos para canalizar gas para iluminación. La Fredonia Gas, Light, and Waterworks Company se volvió la primera compañía de gas de EE. UU. en 1865. Un gasoducto de 40 km (25 millas) de un yacimiento a Rochester siguió en 1872, también usando troncos huecos. El quemador Bunsen (1885) impulsó interés en gas para calefacción y cocción. Para 1891, un yacimiento de alta presión en Indiana central alimentó un gasoducto de 192 km (120 millas) a Chicago.

Los primeros esfuerzos se limitaron por redes de distribución inadecuadas, así que el gas permaneció commodity local. En los 1910, compañías petroleras reconocieron la pérdida financiera por ventear gas y comenzaron a instalar gasoductos a ciudades mayores. Solo tras la II Guerra Mundial surgió una red nacional, haciendo del gas natural alternativa competitiva a electricidad y carbón.

Hoy, EE. UU. opera más de 600 plantas de procesado y 480 000 km (300 000 millas) de gasoductos troncales de transmisión. Reservas significativas también existen en la ex Unión Soviética, Canadá, China y el Golfo Arábigo.

Materias Primas

El gas natural crudo es principalmente metano, acompañado de etano, propano, butano e otros hidrocarburos. Puede contener también vapor de agua, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y trazas de helio.

Durante el procesado, muchos constituyentes se remueven o separan para venta. Etano, propano, butano, sulfuro de hidrógeno y helio a menudo se aíslan; vapor de agua, CO₂ y nitrógeno se remueven para mejorar calidad y facilitar transporte.

El producto resultante es principalmente metano y etano, con aditivos como mercaptano añadido para detección de olor.

Proceso de Fabricación

Extracción

• 1 Algunos yacimientos poseen presión suficiente para que el gas fluya naturalmente a superficie; la mayoría de pozos requieren bombeo. La bomba más común tiene una varilla larga unida a un pistón, accionada por una viga basculante —diseño a menudo llamado bomba de cabeza de caballo.
• 2 En superficie, el gas se separa del petróleo (si presente) y se dirige a una planta central de procesado. Cientos de pozos pueden alimentar una sola instalación.

Procesado

• 3 En EE. UU., ~75 % del gas natural proviene de yacimientos sin petróleo, simplificando procesado. El gas crudo típicamente contiene tierra, arena y vapor de agua. Filtros o trampas remueven sólidos, mientras torres desecantes (alúmina, gel de sílice) o desecantes líquidos (glicol) secan la corriente antes de tratamiento adicional o inyección directa a gasoductos de transporte.
• 4 Hidrocarburos más pesados —propano, butano— se capturan vía torre de absorción en frío con aceite tipo queroseno. El aceite condensa y atrapa ~85 % de propano y casi todo el butano; gases más ligeros salen de la torre. El aceite se destila luego, y los hidrocarburos se separan en columna de fraccionamiento.
• 5 La corriente de gas contiene ahora metano, etano, pequeña cantidad de propano, y trazas de CO₂, H₂S, N₂, etc. El etano puede separarse más usando ciclos de compresión/expansión criogénica, y el vapor de agua residual se reduce por pasos adicionales de deshidratación.
• 6 Para alto contenido de CO₂ o H₂S, una torre de lavado químico introduce monoetanolamina, que reacciona con los ácidos y luego se drena para procesado.
• 7 El nitrógeno, diluyente no combustible, se remueve por destilación a baja temperatura tras remoción de CO₂ y H₂S —un proceso general de «mejora» que produce gas más limpio y de mayor energía.
• 8 La recuperación de helio sigue a la remoción de nitrógeno mediante un complejo bucle de destilación y purificación criogénica, haciendo del gas natural la fuente principal de helio en EE. UU.

Transporte

• 9 El gas procesado recibe mercaptano para detección de fugas, luego viaja a estación compresora donde la presión sube a 1380–10 350 kPa (200–1500 psi). Gasoductos subterráneos de transmisión —51–107 cm (20–42 pulg) de diámetro— extendidos por miles de millas mantienen el gas en movimiento, con estaciones compresoras cada ~160 km (100 millas) para restaurar presión perdida por fricción.
• 10 Cerca de su destino, el gas puede inyectarse en almacenamiento subterráneo (yacimientos agotados, acuíferos, cavernas de sal) para balancear demanda estacional.

Distribución

• 11 Desde almacenamiento, el gas se enruta a gasoductos de distribución local a presiones hasta 6900 kPa (1000 psi).
• 12 La presión se reduce bajo 410 kPa (60 psi) para la red urbana, y se reduce aún más a ~1,7 kPa (0,25 psi) antes de entrar a hogares o negocios individuales.

Control de Calidad

El gas natural es altamente inflamable y puede explotar si gran cantidad se enciende abruptamente. Incidentes fatales han ocurrido por fugas repentinas y asfixia prolongada. Para mitigar riesgo, se añaden odorantes (mercaptano), y cinta de advertencia amarilla brillante se entierra pocos pies sobre gasoductos de alta presión. Señalización a nivel de suelo alerta además al público sobre ubicaciones de gasoductos.

El Futuro

El perfil de bajas emisiones del gas natural lo hace alternativa prometedora como combustible para vehículos; flotas de gas natural comprimido (GNC) ya operan mundialmente. Además, muchos procesos industriales de alto calor —acero, vidrio, cemento, químicos, aluminio y alimentos procesados— están transicionando a gas natural para reducir contaminación atmosférica.