El gas natural licuado (GNL) es el gas natural, compuesto principalmente de metano (CH4), que se transforma en estado líquido para facilitar su transporte y almacenamiento.
Es la versión líquida del gas que se utiliza en hogares para cocinar y calefaccionar.
Antes de la licuefacción, se purifica para eliminar impurezas y otros hidrocarburos, quedando con un contenido de metano del 95% o más.
El GNL es un líquido claro, incoloro e inodoro, no corrosivo ni tóxico.
Su volumen es considerablemente menor que el del gas natural, lo que lo hace más económico para transportar a largas distancias y almacenar en grandes cantidades.
El gas natural licuado o GNL es gas natural (compuesto principalmente de metano, CH4) que se ha convertido en forma líquida para facilitar su transporte y almacenamiento. En términos más sencillos, es la forma líquida del gas natural que la gente usa en sus casas para cocinar y para calentarse,
Un gas natural crudo típico contiene sólo alrededor del 80% de metano y un número de hidrocarburos de mayor ebullición, así como una serie de impurezas. Antes de ser licuado, se suele purificar para eliminar los hidrocarburos de mayor ebullición y las impurezas. El gas natural licuado resultante contiene alrededor del 95% o más de metano y es un líquido claro, incoloro y esencialmente inodoro que no es ni corrosivo ni tóxico.
El GNL ocupa sólo una fracción muy pequeña (1/600) del volumen del gas natural y, por lo tanto, es más económico de transportar a través de grandes distancias. También puede ser almacenado en grandes cantidades que no serían prácticas para su almacenamiento como gas.
El proceso de licuefacción consiste en separar el gas natural crudo de cualquier agua asociada y de los líquidos de hidrocarburos de alto punto de ebullición (denominados condensados de gas natural) que puedan estar asociados con el gas crudo. El gas crudo se purifica más adelante en una planta de procesamiento de gas natural para eliminar impurezas como los gases ácidos sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono (CO2), cualquier líquido o vapor de agua residual, mercurio, nitrógeno y helio, que podrían causar dificultades en el proceso de licuefacción. (Ver el diagrama de flujo de bloque del proceso de licuefacción en la Fig.1)
El gas natural purificado se refrigera y destila a continuación en un tren de fraccionadores, primero en una columna desmanificadora para recuperar el gas natural purificado (predominantemente metano) y luego en un desetanizador, un despropanizador y un debutante para separar y recuperar el etano (C2H6), el propano (C3H8), los butanos (C4H10) y cualquier hidrocarburo de mayor ebullición, denominados colectivamente líquidos de gas natural (LGN). El gas natural se condensa entonces en un líquido a una presión esencialmente atmosférica utilizando una mayor refrigeración para enfriarlo hasta aproximadamente -162 °C (-260 °F).
Hay varios sistemas de refrigeración disponibles para licuar el gas natural. La industria mundial del GNL ha adoptado dos procesos principales de licuefacción:
- el proceso de refrigeración de propano preenfriado de múltiples componentes (C3/MR), también conocido como el proceso APCI y utilizado por la mayoría (alrededor del 80%) de las plantas de GNL
- el proceso de cascada de refrigerante puro
Las primeras plantas de GNL en Argelia y Alaska (véase la sección de historia más adelante) se basaron en el proceso de cascada utilizando propano, etileno y metano como refrigerantes. Desde entonces, sin embargo, la mayoría de los grandes proyectos de GNL se han basado en el proceso C3/MR. Diversos estudios han demostrado que las eficiencias de los dos procesos principales son similares.
Como se ha mencionado anteriormente, la reducción del volumen hace que el GNL sea mucho más rentable de transportar a largas distancias donde no existen tuberías. Cuando el transporte de gas natural por gasoductos no es posible o económico, puede ser transportado por buques marítimos criogénicos especialmente diseñados, llamados buques de GNL, o por buques cisterna criogénicos de ferrocarril o de carretera.
Historia
La licuefacción del gas natural se remonta a la década de 1820 cuando el físico británico Michael Faraday experimentó con la licuefacción de diferentes tipos de gases. El ingeniero alemán Carl Von Linde construyó el primer sistema práctico de refrigeración por compresión de vapor en la década de 1870.
La primera planta comercial de licuefacción de GNL se construyó en Cleveland, Ohio, en 1941 y el GNL se almacenó en tanques a presión atmosférica, lo que planteó la posibilidad de que el GNL pudiera ser transportado en buques marítimos. En enero de 1959, el primer buque de transporte de GNL del mundo, un carguero convertido llamado The Methane Pioneer, que contenía cinco pequeños tanques de aluminio aislados, transportó 5.000 m3 (unas 2.250 toneladas métricas) de GNL desde Lake Charles, Luisiana, en los Estados Unidos, hasta la Isla Canvey en el río Támesis de Inglaterra. Ese viaje demostró que el GNL podía ser transportado con seguridad a través de los océanos. Durante los siguientes 14 meses, ese mismo carguero entregó siete cargamentos adicionales con sólo unos pocos problemas pequeños.
La capacidad demostrada para transportar GNL en buques de navegación marítima impulsó la construcción de plantas de licuefacción de GNL a gran escala en los principales yacimientos de gas natural de todo el mundo. La primera planta de GNL en gran escala comenzó a funcionar en 1964 en Arzew (Argelia) y produjo inicialmente unas 2.560 toneladas métricas/día (t/día) de GNL. En 1969, otra planta de GNL comenzó a funcionar cerca de Kenai, Alaska, e inicialmente produjo GNL a un ritmo de unas 3.400 t/día.
A mediados de 2008, había 19 plantas de licuefacción de GNL en funcionamiento en 15 países de todo el mundo, y las tres más grandes eran:
- el proyecto Bontang en Indonesia, que producía unas 64.000 t/día
- El proyecto Ras Gas en Qatar, que produce unas 59.000 t/día
- El proyecto Arzew en Argelia, que produce unas 49.000 t/día
También había 65 terminales de recepción de GNL (a menudo denominados terminales de regasificación) que funcionaban en 19 países de todo el mundo.
Transporte de GNL
A partir de 2008, un típico buque de transporte marítimo de GNL podría transportar unos 150.000 m3 (70.000 t) de GNL, que se convertirán en unos 92.000.000 de metros cúbicos estándar de gas natural cuando se regasifiquen en una terminal receptora. Los buques de GNL son de tamaño similar a los portaaviones y son muy caros de construir y operar. Por lo tanto, no pueden permitirse el lujo de tener tiempo ocioso. Viajan rápido, a una velocidad media de 18 a 20 nudos, en comparación con los 14 nudos de un petrolero de transporte marítimo. Además, la carga en las plantas de licuefacción de GNL y la descarga en las terminales de recepción suelen requerir sólo 15 horas como promedio.
Todos los buques de GNL tienen una estructura de doble casco especialmente diseñada para evitar fugas o rupturas en caso de accidente. La carga (GNL) se almacena a presión atmosférica y a -162 ºC en tanques especialmente aislados (denominados "estructura de contención") dentro del casco interior. La estructura de contención de la carga consiste en un tanque de líquido primario, una capa de aislamiento, una barrera de líquido secundaria y una capa secundaria de aislamiento. En caso de que se produzca algún daño en el tanque de líquido primario, el propósito de la barrera secundaria es evitar las fugas. Todas las superficies en contacto con el GNL están construidas con materiales resistentes a la temperatura extremadamente baja. Por lo tanto, el material es típicamente acero inoxidable o aluminio o una aleación de níquel-hierro conocida como "invar".
Alrededor del 57% de la flota mundial de buques de GNL utiliza tanques, que se apoyan y se ajustan a la forma del casco del buque, para contener la carga de GNL. A estos buques se les llama comúnmente buques de "tipo membrana". El otro tipo principal de buque de GNL, que constituye alrededor del 41% de la flota mundial, utiliza tanques esféricos autoportantes para contener el GNL, con la mitad superior de las esferas sobre la cubierta, como puede verse en la Fig. 2. Esos buques se conocen comúnmente como buques "tipo musgo" (llamados así por la empresa noruega Moss Maritime).
La mayoría de los buques de GNL utilizan turbinas de vapor para proporcionar la potencia de propulsión y esos buques utilizan el gas que hierve de la carga como combustible para generar vapor. Por lo tanto, los buques de GNL no llegan al puerto de destino con las mismas cantidades de GNL que se cargaron en la planta de licuefacción. La cifra máxima aceptada para la ebullición es de alrededor del 0,15% del volumen de carga al día. Por lo tanto, para un viaje de 20 días, la carga de GNL se habrá reducido en un 3% aproximadamente. Los recientes avances tecnológicos permiten la instalación de plantas a bordo de los buques que pueden volver a licuar el boil-off, que luego se devuelve a los tanques de carga. Debido a esto, los constructores y usuarios de los buques de GNL pueden ahora considerar el uso de motores diesel más eficientes en lugar de las turbinas de vapor.
A mediados de 2008, había 247 buques de GNL en la flota mundial y la capacidad total de la flota era de 30.800.000 metros cúbicos de GNL.
Terminales de recepción de GNL
Las terminales receptoras de GNL (a menudo denominadas terminales de regasificación) reciben los buques de GNL, descargan sus cargas de GNL y almacenan el GNL en tanques. Cuando es necesario, el GNL se retira de los tanques de almacenamiento, se convierte de nuevo en gas natural mediante el uso de intercambiadores de calor para vaporizar el GNL, y luego se envía a los consumidores finales a través de una red de tuberías locales.
Los principales componentes de una terminal receptora son los muelles de descarga de los buques de GNL y las instalaciones portuarias, los tanques de almacenamiento de GNL, los vaporizadores para convertir el GNL en su forma gaseosa original, y un enlace de gasoductos a la red local de gas natural. Los buques de GNL también pueden descargarse en alta mar, lejos de los puertos congestionados y poco profundos. Para ello se utiliza un sistema de amarre flotante y se descargan los buques mediante un gasoducto submarino aislado de GNL hasta la instalación de regasificación en tierra.
El principal componente de la terminal receptora es el equipo de vaporización que calienta el GNL de -161,5°C a más de 5°C para convertirlo de nuevo en su fase gaseosa. Conceptualmente, los vaporizadores son unidades relativamente sencillas en las que el GNL se bombea típicamente a través de intercambiadores de calor donde se calienta intercambiando calor con un fluido más caliente en un intercambiador de calor. El fluido más caliente puede ser agua de mar, agua caliente u otro fluido caliente. También existen otros métodos para vaporizar el GNL.
En las instalaciones de las terminales receptoras convencionales, ya sea en tierra o en el mar, el GNL descargado se almacena en tierra en grandes tanques hasta que el gas es requerido por los consumidores finales.
Tanques de almacenamiento de GNL
Los grandes tanques de almacenamiento de GNL son cilíndricos y tienen una baja relación de aspecto (es decir, la relación entre la altura y la anchura). Suelen estar construidos con una pared exterior de hormigón postensado y una pared interior de acero de alto níquel, con aislamiento entre las paredes interiores y exteriores. Los tanques tienen techos abovedados de acero o de hormigón. La presión de almacenamiento en estos tanques es bastante baja, menos de 10 kPa (0,10 atm). A veces se utilizan para el almacenamiento tanques subterráneos o parcialmente subterráneos.
Los tanques cilíndricos más pequeños de almacenamiento de GNL, de unos 1.000 m3 (264.000 galones) o menos, suelen ser recipientes de presión con camisa de vacío. La presión de almacenamiento en esos tanques puede variar entre menos de 50 kPa (0,50 atm) y más de 1.000 kPa (10 atm) y pueden ser horizontales o verticales.
Aspectos de seguridad del GNL
En su estado líquido, el GNL no es ni inflamable ni explosivo. Para que el GNL se queme, primero debe vaporizarse, mezclarse con aire en las proporciones adecuadas (el rango inflamable es de 5 a 15 % de volumen), y luego ser encendido.
Cuando el GNL se libera en la atmósfera ambiente debido a una fuga, un derrame o cualquier otra causa (en tierra o en mar), inmediatamente comienza a vaporizarse absorbiendo el calor del suelo o del agua de mar. A la temperatura ambiente habitual de unos 15 a 40 °C, el gas natural es mucho más ligero que el aire. Sin embargo, el vapor de gas natural que se forma cuando el GNL se vaporiza es muy frío (es decir, -160 °C) y, por lo tanto, mucho más denso que el aire ambiente, lo que significa que el vapor inicial permanecerá al nivel del suelo o del mar. El vapor comenzará a mezclarse con el aire y la humedad del agua del aire se condensará para formar una nube de vapor visible. Como la nube se forma inicialmente, contiene demasiado gas natural para ser inflamable. Permanecerá cerca del nivel del suelo hasta que se absorba más calor y el gas natural se eleve y se mezcle con más aire. A medida que eso ocurra, la concentración de gas natural dentro de la nube comenzará a disminuir. En algún momento, la concentración de gas natural en la nube disminuirá hasta que el gas esté en el rango de inflamabilidad y se vuelva inflamable. Si una fuente de ignición está presente en ese punto, sólo se quemará la parte de la nube que está dentro del rango inflamable. La nube de vapor no explotará a menos que esté confinada. Cualquier parte de la nube que entre en un edificio o quede confinada en un área congestionada se convertirá en explosiva si encuentra una fuente de ignición.
Hay posibles peligros asociados con el GNL, aparte del fuego o las explosiones:
- Transición rápida de fase: La vaporización repentina o la transición de fase de líquido a vapor que se ha producido en ocasiones cuando el GNL se ha derramado en el agua ha causado una explosión física. No se han producido lesiones por un RPT de GNL pero el equipo ha sido dañado. Las sobrepresiones explosivas causadas por los RPT no se han medido bien todavía, pero hay indicaciones de que las sobrepresiones no han sido lo suficientemente altas como para causar lesiones al personal.
- Asfixia: Para que se produzca la muerte humana por asfixia, los vapores de GNL deben reducir la concentración normal de oxígeno en el aire (alrededor del 21 % del volumen) a menos del 6 % del volumen. Esto ocurriría cuando la concentración de los vapores de GNL en el aire es de alrededor del 71 % del volumen. La respiración se ve afectada cuando el nivel de oxígeno en el aire se reduce a menos del 15 % en volumen y el vómito se produce cuando el nivel de oxígeno es inferior al 10 % en volumen, lo que corresponde a que la concentración de vapores de GNL en el aire sea de aproximadamente 28 y 52 % en volumen respectivamente.
- Quemaduras por congelación: Un único incidente en el que una persona sufrió una quemadura por congelación al ser rociada con una fuga de GNL en 1977 cuando se rompió una válvula durante la carga de un buque de GNL.
- Se da la vuelta en los tanques de almacenamiento: Debido a la presión ejercida por la cabeza hidráulica del GNL en un tanque, el nivel inferior del GNL en el tanque está a una presión y temperatura de equilibrio algo más alta que la del nivel superior del tanque y, por lo tanto, es algo menos denso que el GNL del nivel superior. Por lo tanto, el contenido del tanque es susceptible de que el nivel inferior se eleve repentinamente al nivel superior debido a la diferencia de densidad. Esto se denomina "vuelco". Si esto ocurriera, una pequeña fracción del GNL se vaporizaría inmediatamente en gas porque ya no estaba sujeto a ninguna presión hidráulica de cabeza. Dado que la relación de expansión del GNL vapor a líquido es de aproximadamente 600 a 1, incluso una pequeña cantidad de vaporización puede generar un gran volumen de gas. El aumento repentino resultante de la presión del tanque puede exceder la capacidad de las válvulas de alivio de la presión y tal vez provocar un fallo en el techo o la pared del tanque. El primer vuelco de este tipo ocurrió en 1971 y dañó ligeramente el techo del tanque de GNL. Este problema se mitiga vigilando las temperaturas del tanque a varios niveles y proporcionando sistemas de mezcla por bombeo.
En general, la industria del GNL tiene un excelente historial de seguridad en comparación con otras plantas de procesamiento de hidrocarburos. A fines de 2003, había 23 plantas de licuefacción de GNL en todo el mundo, 58 terminales de recepción (regasificación) y 224 buques de transporte marítimo de GNL, que en total manipulan aproximadamente 168 millones de toneladas métricas de GNL cada año. El GNL había sido entregado en forma segura a través de los océanos durante más de 40 años. En ese tiempo se habían realizado más de 45.000 viajes en buques de GNL, que cubrían más de 160.900.000 km (100.000.000 millas) sin accidentes importantes ni problemas de seguridad en los puertos o en alta mar. La industria del GNL ha tenido que cumplir con las estrictas normas establecidas por países como los Estados Unidos, Japón, Australia y las naciones europeas.
Según el Departamento de Energía de los Estados Unidos, a lo largo de la vida de la industria, ocho incidentes marítimos en todo el mundo han dado lugar a derrames de GNL, con algunos cascos dañados debido a la fractura por frío, pero no se han producido incendios en la carga. Se registraron siete incidentes que no implicaron derrames, dos de ellos por varadas de buques, pero sin pérdidas significativas de carga; es decir, se repararon rápidamente y se evitaron las fugas. No ha habido muertes a bordo del GNL.
En los primeros años de la industria se produjeron accidentes aislados con víctimas mortales en varias instalaciones en tierra. Desde entonces se han aplicado reglamentos operacionales y de seguridad más estrictos. Se puede consultar en línea una lista y un análisis bastante completos de los incidentes ocurridos con los buques de navegación marítima, en las instalaciones en tierra (plantas de licuefacción y terminales receptoras) y con los buques cisterna de GNL en ruta.
El GLP, una sustancia algo similar
El gas licuado de petróleo o GLP es una sustancia algo similar que consiste en propano o butano o en mezclas de propano y butano con posiblemente algunas trazas de propileno y butilenos. Esos compuestos son gases subproductos que se recuperan en las refinerías de petróleo y en las plantas de procesamiento de gas natural. Tienen temperaturas de punto de ebullición mucho más altas que el GNL y se licuan fácilmente a unos 20 °C y presiones que van de 2 atmósferas (para el butano puro) a 8 atmósferas (para el propano puro).
El GLP también se conoce como gas LP o, en algunos países, como autogás. Se vende ampliamente en cilindros de acero presurizados, así como en cilindros mucho más pequeños. El GLP tiene muchos usos, entre ellos:
- combustible para la calefacción residencial y la cocina en zonas rurales donde no se dispone de gas natural
- combustible para parrillas de barbacoa, calefacción y cocina en autocaravanas y cocinas de camping.
- un refrigerante para pequeños acondicionadores de aire
- combustible para pequeñas antorchas de soldadura y de soldadura
- combustible para automóviles diseñados para utilizar GLP
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Preguntas de los visitantes
Qué es el gas natural
Nombre: Luna - Fecha: 01/05/2023
¡Hola! Me interesa saber más acerca del gas natural, ¿podrían proporcionar una definición detallada sobre qué es exactamente este recurso energético? Muchas gracias.
Respuesta
El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos que se encuentra en yacimientos subterráneos, usualmente junto con el petróleo.
Está compuesto principalmente por metano (CH4) y pequeñas cantidades de otros hidrocarburos como etano, propano y butano, así como nitrógeno y dióxido de carbono.
Es una fuente de energía limpia y eficiente, ya que emite menos dióxido de carbono y otros contaminantes que otros combustibles fósiles como el petróleo y el carbón.
Por esta razón, el gas natural es utilizado como combustible para la generación de electricidad, la calefacción de hogares y edificios, y como combustible para vehículos.
