qué es y de dónde proviene el gas natural
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Qué Es y de Dónde Proviene El Gas NatTRANSCRIPT
El gas natural recibe este nombre porque se extrae directamente de la naturaleza y llega a
su punto de consumo sin haber experimentado prácticamente ninguna transformación
química.
Es la energía fósil menos contaminante y su rendimiento energético es superior al de
cualquier otra fuente combustible. Este hecho, añadido a la expansión de su comercio y la
extensión de las redes y sistemas de distribución, hace que su utilización esté aumentando
en todo el mundo.
QUÉ ES Y DE DÓNDE PROVIENE EL GAS NATURAL
El gas natural es una fuente de energía fósil que, como el carbón o el petróleo, está
constituida por una mezcla de hidrocarburos, unas moléculas formadas por átomos de
carbono e hidrógeno.
Complejos estudios de geología y física permiten encontrar y explotar los yacimientos de
gas que centenares de miles de años de acción bacteriana han generado bajo tierra.
• La naturaleza del gas y su origen
El gas natural es un compuesto no tóxico, incoloro e inodoro, constituido por una mezcla de
hidrocarburos en la que su principal componente es el metano (CH4), una molécula sencilla
formada por 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno.
Su composición química, no obstante, varía sensiblemente según su procedencia, ya que
acostumbra a ir asociada a otras moléculas o elementos como el ácido sulfhídrico (H2S), el
anhídrido carbónico (CO2), el nitrógeno (N2) o el helio (He) que se extrae cuando el gas
natural se destina a usos industriales y domésticos.
El origen del gas natural, como el del petróleo, lo debemos buscar en los procesos de
descomposición de la materia orgánica, que tuvieron lugar entre 240 y 70 millones de años
atrás, durante la época en la que los grandes reptiles y los dinosaurios habitaban el planeta
(Era del Mesozoico). Esta materia orgánica provenía de organismos planctónicos que se
fueron acumulando en el fondo marino de plataformas costeras o en las cuencas poco
profundas de estanques, y que fueron enterradas bajo sucesivas capas de tierra por la
acción de los fenómenos naturales.
Así, sus compuestos fundamentales –grasas y proteínas– se descompusieron muy
lentamente en ausencia de oxígeno por la actuación bacteriana.
Los gases generados, por diferencia de presiones, ascendieron por las rocas porosas de la
corteza terrestre hasta llegar a capas de terreno impermeable, bajo las que quedaron
atrapados originando las grandes bolsas o yacimientos de los que hoy en día sacamos
provecho los humanos.
Este proceso es, salvando las distancias, parecido al que tiene lugar en los vertederos
donde tiramos las basuras. La materia orgánica que proviene de los restos de fruta, verdura
o carne, por ejemplo, cuando se descompone, produce un gas de características similares al
gas natural, que debe ser evacuado del vertedero a la atmósfera, mediante una red de tubos
de drenaje para evitar que las emanaciones puedan provocar alguna explosión, o bien
almacenarse y aprovecharse como combustible: es el denominado biogás.
En un yacimiento, el gas, menos pesado, ocupa la parte superior de la cavidad, el petróleo
la parte intermedia, y en la parte baja encontramos normalmente agua salada (razón por la
cual se cree que se originó en el fondo marino). A grandes presiones, el gas se mezcla con
el petróleo –gas natural asociado– o se disuelve, aunque también lo podemos encontrar
solo, en bolsas a parte de las de petróleo.
Los estratos bajo los que se acumulan las bolsas de gas están constituidas por rocas
impermeables.
La acumulación depende de factores como la porosidad de la roca, del volumen de gas y de
la capacidad de la bolsa.
EL RECORRIDO DEL GAS NATURAL
Desde que es extraído de las profundidades de la Tierra hasta que llega a los lugares donde
se consume, el gas natural hace un largo viaje en el que apenas experimenta
transformaciones.
Los gasoductos, los barcos metaneros, los camiones cisterna o las redes de distribución son
algunos de los elementos que forman parte del sistema de transporte y distribución del gas
natural.
El buen funcionamiento de este sistema garantiza la llegada de este recurso energético
hasta el consumidor, haciendo posible que un gran número de actividades humanas se
lleven a cabo.
El transporte y el almacenaje
El gas natural, una vez extraído del subsuelo, es transportado a aquellos lugares donde se
aprovecha su potencial calorífico, y que a menudo se encuentran a miles de kilómetros de
distancia.
El transporte se realiza a través de gasoductos terrestres y marinos de centenares de
kilómetros de longitud, cuando el yacimiento y el lugar de destino están conectados
mediante esta red de conductos, o de grandes barcos metaneros que lo transportan, en
forma líquida, en el caso de que no haya conducciones que comuniquen ambos puntos.
Algunos gasoductos marinos incluso conectan continentes como, por ejemplo, los que unen
África y Europa cruzando el estrecho de Messina –desde Argelia a Italia–, el estrecho de
Sicilia, –entre Túnez y Sicilia–, y el de Gibraltar, –entre Marruecos y España.
Cuando el gas circula por los gasoductos lo hace a una presión muy elevada –entre 36 y 70
atmósferas–, y es impulsado cada centenar de kilómetros por medio de estaciones que lo
comprimen y lo reenvían a la tubería.
Las tuberías son de acero y tienen un diámetro de más de 1 metro. Las soldaduras que
unen las tuberías se someten a un control riguroso, mediante radiografías de las piezas,
para evitar que pueda haber fugas de gas y peligro de explosión. Estas tuberías, cuando
tienen que ser enterradas o tienen que atravesar cursos de agua, se protegen con
recubrimientos especiales e, incluso, con protección eléctrica para evitar la corrosión –
química electroquímica, biológica...– y el riesgo ambiental y para las personas que puede
comportar la emisión de metano a la atmósfera. En las zonas pobladas, los reconocimientos
aéreos y los recorridos sobre los trazos son fundamentales para impedir que las actividades
agrícolas o urbanísticas amenacen la integridad física de los conductos.
En el caso de los barcos metaneros –llamados también criogénicos, porque están
adaptados para transportar productos a temperaturas muy bajas–, el gas se licua a una
temperatura de unos 160 grados bajo cero para reducir su volumen del orden de unas 600
veces, cosa que facilita mucho el transporte. El tráfico marítimo de gas natural en el mundo
lo hacen más de 70 barcos, algunos de los cuales tienen una capacidad de hasta 136.000
m3, aunque se están proyectando barcos más grandes todavía.
Una vez que los barcos metaneros llegan a puerto, el gas líquido es almacenado en
depósitos grandes donde permanece a la espera de ser regasificado e introducido en las
redes de distribución, cuando el incremento de la demanda así lo exija. En algunos casos,
el gas es almacenado en estado gaseoso en formaciones geológicas similares a los
yacimientos naturales inyectándolo en capas de terreno acuífero –en las que el gas queda
atrapado ocupando el lugar del agua–, en minas de sal, o en antiguos yacimientos de gas
natural.
Este procedimiento permite ir utilizando en invierno el gas almacenado durante el verano,
época en la que el consumo es menor.
En los núcleos de población que no están conectados a la red de gasoductos ni les llegan
los barcos metaneros, se construyen plantas satélite que reciben el gas mediante camiones
cisterna, lo almacenan y lo inyectan a la red de distribución local.
La distribución hasta el usuario
Una vez que el gas ha sido regasificado, o bien ha finalizado su recorrido a través de la red
principal de gasoductos, es inyectado o derivado a las redes de distribución locales, para
que llegue hasta los puntos donde se aprovechará su energía calorífica.
La red de distribución consiste en un conjunto de tuberías interconectadas por donde el gas
circula a presión.
No todas las conducciones tienen el mismo diámetro, sino que, a medida que se acercan al
usuario, éste se hace más pequeño. Entonces, a medida que el gas cambia de una tubería
principal a una secundaria, la presión a la que avanza se reduce, a fin de adaptarse a las
características de la nueva conducción, proceso que realizan las cámaras de regulación, un
conjunto de aparatos –filtros, reguladores, contadores, manómetros– instalados en la
superficie o en cámaras subterráneas.
El suministro de gas natural al usuario se puede hacer a baja, media o alta presión. En los
dos últimos casos, que se emplea para aplicaciones industriales, es necesario instalar una
estación de regulación que tiene por objeto medir el gas consumido y adecuar la presión a
las necesidades de los diferentes equipos de combustión. En el caso de las viviendas, el gas
natural llega a baja presión, razón por la que no hay que instalar ningún equipo de
regulación, sólo el contador.
La cadena energética del gas natural se cierra, finalmente, con su utilización por parte del
usuario. De esta manera, después de un viaje de miles de kilómetros de tuberías, el gas
llega finalmente a su punto de destino, sin haber experimentado prácticamente alteraciones
químicas.
Es el final de un periplo que comenzó en el momento en que fue extraído de su
confinamiento milenario.
LAS APLICACIONES DEL GAS NATURAL
El gas fue utilizado inicialmente para el alumbrado, pero rápidamente se transformó también
en una fuente de calor, a causa de su facilidad de manipulación y del desarrollo de las
nuevas tecnologías.
Actualmente, todos los sectores de la sociedad recurren al gas natural para usos diversos,
gracias a una diversidad de aparatos y máquinas que lo convierten en luz, calor, frío e,
incluso, electricidad.
Un poco de historia
Los humanos primitivos ya observaron como, en la superficie de algunos pantanos, se
producían llamaradas cuando caía un relámpago. Se trataba de emanaciones de gas
inflamadas que ellos adoraban atemorizados. Se sabe también que las civilizaciones griegas
y romanas, y algunos pueblos de los actuales Japón y China, utilizaban el gas de forma muy
rudimentaria, dado que todavía no conocían su naturaleza y no disponían de tecnología para
utilizarlo de manera controlada.
Los Estados Unidos fueron los pioneros en la explotación de los yacimientos de gas natural.
Los habitantes de un pueblo denominado Canadaway, cercano a Nueva York, perforaron un
pozo de unos nueve metros de profundidad para obtener el gas que emanaba de un
yacimiento muy superficial y lo canalizaron a través de una red de distribución de madera y
plomo hasta algunas casas, para utilizarlo en el alumbrado.
Era el año 1821. Un siglo más tarde, los mismos Estados Unidos explotaron los yacimientos
de gas, al margen de los de petróleo, ya que hasta entonces el gas se había quemado o
reinyectado a los pozos para mantener la presión de extracción del petróleo, en vez de ser
aprovechado comercialmente.
De la misma manera, el primer gas que se utilizó no procedía del subsuelo, sino que era de
origen manufacturado, ya que se obtenía de la destilación o carbonización de la hulla. Este
gas favoreció el desarrollo de tecnologías capaces de aprovechar su contenido calorífico, y
preparó el camino a la posterior utilización del gas natural, que tiene las ventajas de no ser
tóxico, ser limpio y poder aplicarse tal y como se encuentra en la naturaleza.
Los usos por sectores
La utilización del gas natural, como sucede con cualquier otra fuente de energía, viene
determinada por la capacidad humana de ingeniar máquinas y útiles que aprovechen su
potencial energético. Actualmente, todos los sectores de la actividad humana sacan
provecho –el doméstico, el comercial o el industrial–, dado que su versatilidad y comodidad
de uso ha favorecido el desarrollo de un amplio abanico de tecnologías adaptadas a cada
uso.
- En el hogar
A nivel doméstico, el gas natural se puede utilizar tanto para cocinar, lavar y secar, como
para obtener agua caliente, calefacción o climatización en verano. Los aparatos que
funcionan con gas natural se conocen con el nombre de gasodomésticos, para diferenciarlos
de los que funcionan con electricidad o electrodomésticos.
La cocina, el horno, la lavadora, el lavavajillas, la nevera, o la secadora de ropa, son algunos
ejemplos. Incluso hay barbacoas que tienen el gas como combustible y que no producen
cenizas ni otros residuos sólidos, a diferencia de lo que pasa con las de leña.
El gas natural también permite calentar los hogares mediante las calderas de calefacción,
las cuales se conectan a una red de radiadores situados en puntos estratégicos de la
vivienda. Estas calderas se denominan mixtas, porque producen calor y agua caliente a la
vez, y pueden ser individuales –cuando dan servicio a una sola vivienda– o colectivas –
cuando lo hacen para todo un edificio o urbanización.
- En el comercio y la industria
El gas natural se puede usar en cualquier proceso de generación de calor o frío, tanto en
aplicaciones comerciales, como en aplicaciones industriales. Se entiende por uso comercial
el consumo doméstico referido a espacios colectivos como hospitales, escuelas u hoteles, el
consumo del pequeño comercio, como el de los hornos de pan, o el consumo de otro tipo de
servicio, como las lavanderías, las piscinas climatizadas, las pistas de patinaje, etc.
En la industria, la ausencia de impurezas –de cenizas o azufre– y el elevado poder calorífico
del gas natural hace que saquen provecho numerosos sectores. Así, se ha convertido en
prácticamente imprescindible en sectores como el de la cerámica, el vidrio, la porcelana, la
metalurgia, el alimentario, el textil o el del papel.
En la industria química, el gas natural juega un doble papel ya que, además de servir de
fuente de calor, es una materia primaria para la obtención de diversos productos como el
metano, que constituye el producto base en la producción de hidrógeno, metanol, amoníaco
o acetileno.
Tanto en el sector doméstico y de servicios, como en el industrial se están introduciendo una
nueva generación de equipos de alto rendimiento que aumentan su rendimiento energético
global hasta un 90%. La caldera de condensación es un ejemplo. Esta caldera permite
recuperar el calor latente de condensación del vapor de agua, presente en los gases de
combustión que no se aprovecha en los sistemas convencionales de calefacción a gas, de
manera que el consumo de energía se reduce hasta un 40%. Combinando la tecnología de
condensación con quemadores de baja emisión de NOx, se consigue reducir el nivel de
emisiones contaminantes en los procesos de combustión industrial.
Las nuevas tecnologías
Las políticas de ahorro y racionalización del consumo de energía de los estados, y la
voluntad internacional de reducir la contaminación atmosférica, está favoreciendo la
búsqueda de nuevas tecnologías que permitan un uso más intensivo del gas. Algunas de las
líneas en que están trabajando las empresas gasistas se centran en la optimización de los
procesos de obtención de energía eléctrica, en el desarrollo de nuevos equipos de
climatización, y en el aprovechamiento del gas como carburante en el sector del transporte.
- La producción de energía eléctrica
El gas natural ha sido un combustible atractivo para la obtención de electricidad, ya que
tiene un mejor rendimiento energético y un menor impacto ambiental que otros combustibles
fósiles. El desarrollo y mejora de las turbinas de gas permite conseguir ahorros de hasta
un 40%.
Hay tres sistemas de producción de energía eléctrica que tienen el gas natural como
combustible:
• Las centrales térmicas convencionales, que generan electricidad mediante un sistema
caldera-turbina de vapor con un rendimiento global de un 33%.
• Las centrales de cogeneración termoeléctrica, en las que se obtiene calor y electricidad
aprovechando el calor residual de los motores y las turbinas. El calor producido sirve para
generar calefacción y aire acondicionado o para calentar agua sanitaria, y la electricidad se
utiliza o se envía a la red eléctrica general. Su rendimiento eléctrico depende de la
tecnología utilizada, pero puede oscilar entre el 30 y el 40%, mientras que el rendimiento
térmico está alrededor del 55%.
• Las centrales de ciclo combinado (CCGT), que combinan una turbina de gas y una turbina
de vapor, y tienen un rendimiento global de un 57% respecto a la energía primaria.
¿Qué significa el concepto en “boca de pozo”?
“Boca de pozo” es el lugar donde se mide el gas natural, el petróleo y los demás
hidrocarburos resultantes de la explotación del campo, para que posteriormente sean
adecuados y transportados.
Por norma constitucional, los yacimientos de hidrocarburos, cualquiera sea el estado en que
se encuentren o la forma en que se presenten, son del dominio directo, inalienable e
imprescriptible del Estado.
Etapas en la cadena de producción de los hidrocarburos
Las actividades en el sector de hidrocarburos se dividen en dos partes: el “upstream”
(corriente arriba: exploración, perforación y extracción) y el “downstream” (corriente abajo:
transporte, procesamiento, almacenamiento y comercialización).
• Exploración: Consiste en “buscar” yacimientos de petróleo y/o gas natural. Para ello no
existe un método científico exacto, sino que -dependiendo del tipo de terreno-, se emplean
métodos geológicos o geofísicos.
Perforación y Extracción: Es la práctica con la cual se confirma la existencia de los
hidrocarburos. Una vez realizada la perforación, se procede a extraer los hidrocarburos en
forma natural, debido a que se encuentran sometidos a altas presiones.
Transporte:
- Los Hidrocarburos y el Gas Natural, por lo general se transportan por ductos: Oleoductos
(petróleo crudo) y Gasoductos (gas natural).
- En algún caso el transporte se realiza en camiones cisternas o por vía marítima.
• Procesamiento: El petróleo, tal como se extrae del yacimiento, no tiene aplicación práctica
alguna, por ello, es necesario separarlo en diferentes fracciones que sean de utilidad. Este
proceso se realiza en las refinerías.
En el procesamiento del Gas Natural, se fraccionan otros tipos de gases que lo acompañan
y que, por lo general, se presentan en menor cantidad.
• Almacenamiento: Tiene la finalidad de asegurar el abastecimiento regular de industrias y
consumidores. Se realiza en diferentes tipos de tanques: cilíndricos para derivados del
petróleo y esféricos para el Gas Licuado de Petróleo (GLP).
• Comercialización:
- El gas natural es transportado a los centros de consumo.
Al ingresar a la ciudad, se le añade un químico odorizante (Etilmercaptano); posteriormente,
el gas es distribuido por redes a los domicilios, estaciones de servicio (GNV), comercios e
industria.
- Para su distribución, el GLP es transportado a las plantas engarrafadoras, donde se realiza
su odorización y el trasvase a las garrafas para uso domiciliario.
- La comercialización de los derivados del petróleo se realiza en diferentes ámbitos:
En estaciones de servicio (reparto de combustibles), en plantas termoeléctricas, en
petroquímicas (producción de plásticos y otros productos utilizados en las industrias de
fertilizantes, alimenticias, farmacéuticas, químicas, textiles, etc.), entre otras.
Productos derivados del petróleo
Entre los principales derivados del petróleo podemos citar: Gas Licuado de Petróleo (GLP),
Gasolinas, Naftas, Querosene, Gasoil y compuestos más pesados como aceites,
lubricantes, ceras, parafinas, asfaltos y coque de petróleo.
Productos derivados del gas Natural
• Gas Residual Seco: gas natural en bruto que sufre un proceso simple de purificación.
• Líquidos o condensados: “gasolina natural”, empleada para enriquecer el petróleo crudo.
• Gas Natural Licuado (GNL): producto de un proceso físico, por medio del cual se licua el
GN para facilitar su transporte a grandes distancias. Para su consumo, éste debe ser re-
gasificado mediante vaporizadores en los puertos o lugares de desembarque.
• Otros derivados: diesel, jet fuel y cera. Son productos obtenidos por medio de un proceso
de transformación llamado Gas a Líquidos (GTL).
Diferencia entre el Gas Licuado de Petróleo y el Gas Natural
Gas Licuado de Petróleo (GLP) Gas Natural (GN)
Es un derivado del petróleo y está
compuesto por propano y butano.
• Se comercializa en estado líquido,
contenido en las“garrafas”
• El suministro es discontinuo, de acuerdo a
la capacidad de las garrafas.
• Si existe fuga excesiva, la garrafa puede
explotar.
• El GLP es un gas pesado que tiene
dificultad de esparcirse a pesar de la
ventilación.
• En Bolivia es cada vez más difícil de
producir, por lo tanto, su costo es mayor.
• No es un derivado del petróleo, se obtiene
de forma natural y está compuesto
mayormente por metano.
• Se transporta mediante tubería y se
comercializa en estado gaseoso.
• El suministro es de forma continua.
• Si existe fuga, se puede controlar gracias a
la baja presión existente en las tuberías.
• El GN es un gas liviano que tiene la
facilidad de dispersión.
• En Bolivia existe suficiente GN, por lo tanto
tiene menor costo.
Usos del gas natural
El gas natural tiene varios usos:Gas Natural Domiciliario, que sirve para cocinar alimentos (en cocinas a gas), calentar agua (en calefones) y para la calefacción de ambientes en lugares fríos. Para el consumo interno, se transporta en redes primarias y se distribuye en redes secundarias para los hogares.
Gas Natural Vehicular (GNV), es el mismo gas natural que sufrió un proceso de compresión para reducir su volumen y aumentar la capacidad de almacenamiento como combustible. El GNV es transportado por redes hasta las estaciones de servicio donde se lo comprime y comercializa para su consumo.
Gas Natural Industrial, es el mejor combustible que utilizan las industrias que tienen hornos y calderos en sus procesos productivos (industria del vidrio, alimentos, textil, cerámica, cemento, etc.). Por sus características reemplaza ventajosamente a otros combustibles. Es también empleado como materia prima en la industria petroquímica.El gas natural es el combustible más económico para la generación de electricidad y el que produce menor impacto ambiental. Estas ventajas pueden conseguirse tanto en grandes como en pequeñas centrales termoeléctricas.
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Deshidratación de GasEl gas natural, como está producido, contiene normalmente vapor de agua. El agua deberá ser removida a un punto típico de un contenido de 7 libras/MMPC para la mayoría de los sistemas de transmisión de gas, hacia un tan bajo como el parcial ppm de agua y puntos de condensación al menos de -150°F de un tratamiento aguas arriba de equipos criogénicos. El retiro del agua, o deshidratación, se realiza para prevenir la formación de hidrato ( y como congelación potencial) o corrosión en la recolección de gas, sistema de transmisión o planta de tratamiento.
La deshidratación del gas húmedo se realiza en torres de secado que funcionan con glicol higroscópico. Una circulación adecuada del glicol y la concentración del glicol mismo son dos de los factores más importantes para obtener una sequedad adecuada del gas. Sin embargo, en la práctica el caudal del glicol se regula manualmente a través de la velocidad de la bomba y se monitorea con tecnologías de medición del flujo relativamente baratas como las turbinas, las hélices y los rotámetros, o similares. A causa de su naturaleza mecánica, estos dispositivos no se han diseñado realmente para medir un fluido como el glicol, que puede estar caliente y "adherido" al flujo pulsante. Se perjudica la precisión del volumen del flujo y los operadores tienden a sobrecalcular, para obtener la sequedad requerida para el gas y, por lo tanto, evitar la formación de hidratos. Una estimación aproximativa muestra que la sobre-circulación de glicol de un galón por hora puede costar de US$ 5.000 hasta US$ 7.000 por año, en costes de reciclado del glicol en exceso.
La sobrecirculación de glicol también tiene efectos negativos en las emisiones BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno). Los compuestos de BTEX son compuestos orgánicos volátiles que tienen efectos dañinos en el sistema nervoso central y normalmente son reglamentados por agencias gubernamentales. Como en el caso de los sistemas de tratamiento de aminas, las emisiones de BTEX procedentes de una unidad de glicol dependen fuertemente de la tasa de circulación. La toma de BTEX aumenta casi linealmente con un aumento de la tasa de circulación. Desde un punto de vista económico y para limitar las emisiones de BTEX, la minimización de glicol (o de aminas) es crucial.
Los flujómetros ultrasónicos clamp-on de FLEXIM no dependen de las características del flujo de glicol y, por lo tanto, añaden valor en la medición del flujo de glicol (y asimismo de las aminas), con una mejor precisión y una mejor fiabilidad. Eso ayuda a optimizar las
operaciones de deshidratación (y asimismo de endulzamiento del gas).
Unos procedimientos operativos prudentes además recomiendan el monitoreo de la eficiencia y de las prestaciones de las torres de deshidratación múltiples midiendo el gas seco que sale de cada torre. Los desequilibrios indicarían las ineficiencias y los problemas potenciales.
El gas natural generalmente contiene agua, en estado líquido y/o vapor procedente de la
fuente y/o del endulzamiento con una solución acuosa. El contenido de agua en el gasdebe
ser reducido y controlado para asegurar un procesamiento y transporte seguro.
Lasprincipales razones para eliminar el agua del gas natural son:
1. El gas natural en las condiciones adecuadas puede combinarse con el agua libre para formar hidratos sólidos que pueden taponar válvulas, accesorios o incluso tuberías.
2. El agua puede condensar en la tubería, causando flujo tapón y posible erosión ycorrosión.
3.El vapor de agua aumenta el volumen y disminuye el contenido energético delgas.
4.Los transportistas y vendedores de gas deben lograr especificaciones con unmáximo contenido de agua de 7 lb por millón de pies cúbicos (112 kg por millónde m3).
Los separadores de agua ubicados cerca de la boca de pozo y en ubicaciones estratégicas eliminan la mayoría del agua libre arrastrada por el gas desde el pozo. Sin embargo, la remoción del vapor de agua que existe en solución en el gas natural requiere un tratamiento más complejo. Este tratamiento consiste en la “deshidratación” del gas natural, la cual se logra reduciendo la temperatura de punto de rocío de agua del gas. Existen muchos métodos para deshidratar el gas natural. Los más comunes son la deshidratación por líquidos desecantes (glicoles), la deshidratación por sólidos desecantes y deshidratación por refrigeración. Los dos primeros métodos utilizan la transferencia de masa de las moléculas de agua hacia un solvente líquido (solución de glicol) o hacia laestructura cristalina (desecación en seco). El tercer método emplea el enfriamiento paracondensar las moléculas de agua y luego la subsecuente inyección de un inhibidor paraevitar la formación del hidrato. Sin embargo, la elección del método de deshidratacióngeneralmente se encuentra entre el glicol (absorción) y los desecantes sólidos (adsorción)
nformación generalEl sistema de deshidratación por desecantes sólidos se basa en el principio deadsorción. La adsorción involucra una forma de adhesión entre la superficie del sólido y elvapor de agua del gas. El agua forma una película extremadamente delgada que está sujetaa la superficie del desecante por fuerzas de atracción, pero no hay reacción química.Los deshidratadores sólidos son típicamente más efectivos que los deshidratadorescon glicoles, ya que pueden secar un gas hasta menos de 0,1 ppmV (0,05 lb/106pie3). Sinembargo, para reducir el tamaño de los deshidratadores sólidos, suele utilizarse unaunidad de deshidratación por glicol para remover el grueso de agua. La unidad de
glicolpuede reducir el contenido de agua hasta alrededor de 60 ppmV.El uso de deshidratadores por desecantes como alternativa a los deshidratadorespor glicol puede originar beneficios económicos y ambientales significativos, incluyendo lareducción del costo de capital, costos de mantenimiento, y menor emisión decomponentes volátiles orgánicos y contaminantes peligrosos.Los desecantes comerciales más comunes utilizados en deshidratadores de lechoseco son el gel de sílice, tamices moleculares, y alúmina activada.El gel de sílice (nombre genérico de un gel manufacturado a partir de ácido sulfúricoy silicato de sodio) es ampliamente utilizado como desecante. Se caracteriza por losiguiente:• Es el más adecuado para la deshidratación normal del gas natural.• Se regenera más fácilmente que los tamices moleculares.• Tiene mayor capacidad de agua, puede absorber más del 45% de su peso enagua.• Cuesta menos que un tamiz molecular.• Es capaz de lograr puntos de rocío menores a -95 ºC.Los tamices moleculares son alumino silicatos de metales alcalinos que comprendenuna red tridimensional interconectada de sílice y alúmina tetraédricos. La estructura es unaarreglo de cavidades conectadas por poros uniformes con diámetros que van desde 3 a 10ºA. Sus características son:• Es capaz de deshidratar hasta contenidos menores a 0,1 ppm de agua.• Es la elección casi obligada para la deshidratación previa a los procesoscriogénicos (recuperación LGN).• Excelente para la remoción de H2S, CO2, deshidratación, deshidratación aalta temperatura, hidrocarburos líquidos pesados, y eliminación altamenteselectiva.• Más caro que el gel de sílice, pero ofrece mejor deshidratación.• Requiere temperaturas más altas de regeneración, por lo tanto tienen mayor costo operativo.
Hay varios tipos de alúmina disponibles para uso como desecante sólido. La alúmina
activada es una forma natural o fabricada del óxido de aluminio que se activa por
calentamiento. Se utiliza ampliamente en la deshidratación de gas y líquidos y si se aplica
apropiadamente pueden producir puntos de rocío por debajo de -106 ºC. Se requiere menos
calor para regenerar alúmina que los tamices moleculares, y las temperaturas de
regeneración son menores. Sin embargo, los tamices moleculares dan menores puntos de
rocío de agua. Debe notarse que ningún desecante es perfecto o el mejor para todas las
aplicaciones. En algunas aplicaciones la elección del desecante está determinada
principalmente por razones económicas. Otras veces las condiciones del proceso controlanl
a elección del desecante.
Descripción del proceso
El esquema de flujos de un proceso de deshidratación basado en absorbentes típico se
muestra en la Figura 9-7. El proceso se conduce alternativa y periódicamente, con cada
lecho pasando por etapas sucesivas de adsorción y desorción. Durante el paso de
adsorción, el gas a ser procesado se envía a un lecho adsorbente, que retiene
selectivamente el agua. Cuando el lecho se satura, se envía gas caliente para regenerar al
adsorbente. Luego de la regeneración y antes del paso de adsorción, el lecho debe ser
enfriado. Esto se logra
mediante el paso de gas frío. Luego del calentamiento, este mismo gas puede ser utilizado
para regeneración. En estas condiciones, se necesitan cuatro lechos en la operación cíclica
para que el secado de gas sea continuo: dos lechos operando simultáneamente en ciclos de
adsorción o secado de gas, un lecho en ciclo de enfriamiento, y otro en ciclo de
regeneración. En la operación más simple (la que se muestra en la figura), un lecho opera
en adsorción, mientras el otro opera en desorción, ambos lechos se intercambian
periódicamente. En el ciclo de secado del gas, el gas de entrada húmedo pasa primero a
través de un separador donde se eliminan los líquidos libres, la niebla arrastrada, y las
partículas sólidas. Esta es una parte importante del sistema porque los líquidos libres
pueden hacer que el sistema colapse. Esto lleva a una mayor caída de presión y a la
formación de canales, disminuyendo el rendimiento global de la unidad. Si la unidad de
adsorción está aguas debajo de una unidad de aminas, de una unidad de glicol, o de
compresores, se requiere un filtro separador. Además del uso de un separador para
maximizar la eliminación de gotas de agua, puede utilizarse una capa de protección (igual al
10-20% del volumen del lecho) de un adsorbente estabilizador de agua especializado, que
se coloca por sobre el lecho adsorbedor principal. En el ciclo de adsorción, el gas húmedo
de entrada generalmente fluye desde arriba hacia debajo de la torre. En cualquier momento
dado, al menos una de las torres estará adsorbiendo mientras que las otras estarán en
proceso de calentamiento o enfriamiento para regenerar el desecante. Cuando una torre se
cambia al ciclo de regeneración, algo de gas seco se calienta hasta temperaturas entre 230-
315 ºC en un calentador de alta temperatura y se envía hacia la torre para eliminar el agua
adsorbida anteriormente. A medida que la temperatura dentro de la torre aumenta, el agua
capturada dentro de los poros del desecante se transforma en vapor y se absorbe por el gas
natural. Este gas sale por encima de la torre y se enfría mediante el enfriador del gas de
regeneración. Cuando el gas se enfría el nivel de saturación del vapor de agua baja
significativamente y el agua condensa. El agua se separa en el separador de gas de
regeneración y el gas de regeneración saturado y frío se recicla para ser deshidratado. Una
vez que el lecho está “seco”, es necesario hacer circular gas frío a través de la torre para
retornarla a temperaturas de operación normal (entre 38 y 50 ºC) antes deponerla en
servicio. El gas de enfriamiento puede ser tanto gas húmedo como gas que yaha sido
deshidratado. Si se utiliza gas húmedo, debe deshidratarse antes de ser utilizado como gas
de enfriamiento. El cambio de lechos se controla mediante un controlador de tiempo que
realiza las operaciones de cambio a tiempos específicos del ciclo. La duración de las
diferentes etapas puede variar considerablemente. Los ciclos de tiempo más largos
requieren lechos más grandes y mayor inversión de capital pero aumentan la vida del lecho.
Un ciclo típico dedos lechos puede tener un período de adsorción de 8 h con 6 h de
calentamiento y 2 h de enfriamiento para la regeneración. Un tiempo de adsorción de 16 h
en una unidad con tres lechos, dos en adsorción y uno en regeneración, hace un ciclo total
de 24 h, lo que da una buena garantía de 3 años. Los adsorbedores pueden utilizar aislación
interna o externa. El propósito principal de la aislación interna es reducir los requerimientos
totales del gas de regeneración y los costos (a pesar de que el costo de inversión es mayor).
La aislación interna elimina la necesidad de calefaccionar y enfriar las paredes de acero del
recipiente adsorbedor. Normalmente, se utiliza una capa de refractario moldeable como
aislación interna. El refractario debe ser aplicado y curado apropiadamente para evitar
roturas que permitirían que el gas húmedo realice un by-pass del lecho desecante.
