Cómo y por qué se licua el gas: tecnología de producción y ámbito de uso del gas licuado.
Las tecnologías relacionadas con la producción, transporte y procesamiento de gas natural se están desarrollando a un ritmo rápido.Y hoy en día mucha gente escucha las abreviaturas GLP y GNL. Casi cada dos días, el gas natural aparece en las noticias en un contexto u otro.
Pero, como ve, para tener una comprensión clara de lo que está sucediendo, es importante comprender inicialmente cómo se licua el gas, por qué se hace y qué beneficios proporciona o no. Y hay muchos matices en este tema.
Para licuar los hidrocarburos gaseosos se están construyendo grandes plantas de alta tecnología. A continuación, veremos detenidamente por qué es necesario todo esto y cómo sucede.
El contenido del artículo:
¿Por qué se licua el gas natural?
El combustible azul se extrae de las entrañas de la tierra en forma de una mezcla de metano, etano, propano, butano, helio, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y otros gases, así como sus diversos derivados.
Algunos de ellos se utilizan en la industria química y otros se queman en calderas o turbinas para generar energía térmica y eléctrica. Además, parte del volumen extraído se utiliza como combustible para motores de gas.
El principal motivo para licuar el gas natural es simplificar su transporte a largas distancias. Si el consumidor y el pozo de producción de combustible de gas están ubicados en un terreno no muy lejos entre sí, entonces es más fácil y rentable tender una tubería entre ellos.Pero en algunos casos, construir una autopista es demasiado caro y problemático debido a matices geográficos. Por ello, recurren a diversas tecnologías para producir GNL o GLP en forma líquida.
Economía y seguridad del transporte.
Una vez licuado el gas, se bombea hasta su forma líquida a contenedores especiales para su transporte por mar, río, carretera y/o ferrocarril. Al mismo tiempo, tecnológicamente, la licuefacción es un proceso bastante costoso desde el punto de vista energético.
En diferentes plantas, esto consume hasta el 25% del volumen original de combustible. Es decir, para generar la energía que requiere la tecnología, hay que quemar hasta 1 tonelada de GNL por cada tres toneladas del mismo en su forma terminada. Pero ahora el gas natural tiene una gran demanda y todo está dando sus frutos.
Si bien el gas natural es líquido, no es inflamable ni explosivo. Sólo después de la evaporación durante la regasificación, el resultado mezcla de gases resulta adecuado para quemar en calderas y cocinas. Por tanto, si se utiliza GNL o GLP como combustible de hidrocarburos, entonces deberán ser regasificados.
Uso en varios campos.
Muy a menudo, los términos "gas licuado" y "licuefacción de gas" se mencionan en el contexto del transporte de hidrocarburos energéticos. Es decir, primero se extrae el combustible azul y luego se convierte en GLP o GNL. El líquido resultante luego se transporta y luego se devuelve a estado gaseoso para un uso u otro.
El GLP procedente del propano-butano se utiliza principalmente como:
- combustible para motores de gasolina;
- combustible para bombear a tanques de gas de sistemas de calefacción autónomos;
- Líquidos para recarga de encendedores y bombonas de gas con capacidad desde 200 ml hasta 50 l.
El GNL suele producirse exclusivamente para el transporte de larga distancia. Si para almacenar GLP es suficiente un recipiente capaz de soportar una presión de varias atmósferas, entonces se necesitan tanques criogénicos especiales para el metano licuado.
Los equipos de almacenamiento de GNL son altamente tecnológicos y ocupan mucho espacio. No es rentable utilizar este tipo de combustible en turismos debido al alto coste de los cilindros. Los camiones propulsados por GNL en forma de modelos experimentales individuales ya circulan por las carreteras, pero en el segmento de los turismos es poco probable que este combustible "líquido" encuentre un uso generalizado en un futuro próximo.
El metano licuado como combustible se utiliza cada vez más en la explotación:
- locomotoras diésel de ferrocarril;
- embarcaciones marítimas;
- transporte fluvial.
Además de utilizarse como portadores de energía, el GLP y el GNL también se utilizan directamente en forma líquida en plantas de gas y petroquímicas. Se utilizan para fabricar diversos plásticos y otros materiales a base de hidrocarburos.
Tecnologías para la obtención de GLP y GNL
Para convertir el metano de gas a líquido, se debe enfriar a -163 °C. Y el propano-butano se licúa a -40 °C. En consecuencia, las tecnologías y los costos en ambos casos son muy diferentes.
Para licuar gas natural se utilizan las siguientes tecnologías de diferentes empresas:
- AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
- Cascada optimizada;
- DMR;
- PRICO;
- MFC;
- GTL y cols.
Todos ellos se basan en procesos de compresión y/o intercambio de calor. La operación de licuefacción se lleva a cabo en la planta en varias etapas, durante las cuales el gas se comprime y se enfría gradualmente hasta la temperatura de transición a la fase líquida.
Preparación de la mezcla de gases.
Antes de poder licuar el gas natural crudo, es necesario eliminar del mismo agua, helio, hidrógeno, nitrógeno, compuestos de azufre y otras impurezas. Para ello se suele utilizar la tecnología de adsorción, que permite una purificación profunda de la mezcla de gases haciéndola pasar a través de tamices moleculares.
Luego ocurre la segunda etapa de preparación de la materia prima, durante la cual se eliminan los hidrocarburos pesados. Como resultado, en el gas sólo quedan etano y metano (o propano y butano) con un volumen de impurezas inferior al 5%, por lo que esta fracción puede comenzar a enfriarse y licuarse.
El fraccionamiento le permite deshacerse de impurezas nocivas y aislar solo el gas principal para su posterior licuefacción. A una presión de 1 atm, la temperatura de transición al estado líquido del metano es de -163 °C, del etano de -88 °C, del propano de -42 °C y del butano de -0,5 °C.
Son precisamente estas diferencias de temperatura las que explican por qué el gas que entra en la planta se divide en fracciones y sólo después se licua. No existe una tecnología de licuefacción única para todos los tipos de compuestos de hidrocarburos gaseosos. Para cada uno de ellos es necesario construir y utilizar su propia línea de producción.
Proceso básico de licuación.
La base para convertir el gas en estado líquido es el ciclo de refrigeración, durante el cual uno u otro refrigerante transfiere calor de un ambiente con una temperatura baja a un ambiente con una temperatura más alta. Este proceso consta de varias etapas y requiere potentes compresores para la expansión/compresión del refrigerante e intercambiadores de calor.
Los siguientes se utilizan como refrigerante en diferentes etapas de licuefacción:
- propano;
- metano;
- etano;
- nitrógeno;
- agua (de mar y purificada);
- aire.
Por ejemplo, para el enfriamiento primario del gas natural en Yamal LNG de Novatek, se utiliza aire frío del Ártico, lo que permite reducir la temperatura de la materia prima con un costo mínimo inmediatamente a +10 °C. Y en los calurosos meses de verano, se prevé el uso de agua de mar del Océano Ártico, que, independientemente de la época del año, se encuentra a una profundidad constante de 3 a 4 ° C.
Al mismo tiempo, en Yamal se utiliza nitrógeno, obtenido directamente del aire in situ, como refrigerante final. Como resultado, el Ártico proporciona todo lo necesario para producir GNL, desde el gas natural inicial hasta los agentes de trabajo utilizados en el proceso de licuefacción.
El propano se licúa de forma similar al metano. Sólo que requiere temperaturas de enfriamiento mucho más bajas: -42 °C frente a -163 °C. Por lo tanto licuefacción gasolina para tanques de gasolina Cuesta varias veces menos, pero el GLP de propano-butano resultante tiene menos demanda en el mercado.
Transporte y almacenamiento
Casi todo el volumen de GNL se transporta en buques gaseros de gran tamaño de una costa a otra.El transporte por tierra está limitado por la necesidad de mantener la temperatura del “combustible líquido azul” en valores de unos -160 °C, de lo contrario el metano comienza a transformarse en estado gaseoso y se vuelve explosivo.
La presión en el tanque de GNL es cercana a la atmosférica. Sin embargo, si la temperatura del metano líquido supera los -160 °C, comenzará a pasar de líquido a gas. Como resultado, la presión en el recipiente comenzará a aumentar, lo que representa un grave peligro. Por lo tanto, los buques cisterna de GNL están equipados con unidades de mantenimiento de baja temperatura y una gruesa capa de aislamiento térmico.
El GLP se regasifica a gas directamente en el depósito de gas. Y la regasificación del GNL se realiza en instalaciones industriales especiales sin acceso a oxígeno. Según la física, el metano líquido a temperaturas positivas se convierte gradualmente en gas. Sin embargo, si esto sucede directamente en el aire fuera de condiciones especiales, dicho proceso conducirá a una explosión.
Después de licuar el gas natural en forma de GNL en la planta, se transporta y luego nuevamente en la planta (solo regasificación) se convierte nuevamente en estado gaseoso para su uso posterior.
Perspectivas del hidrógeno licuado
Además de la licuefacción directa y el uso de esta forma, a partir del gas natural también es posible obtener otro portador de energía: el hidrógeno. El metano es CH.4, propano C3norte8, y butano C4norte10.
El componente hidrógeno está presente en todos estos combustibles fósiles, sólo hay que aislarlo.
Para transformar el hidrógeno de gas a líquido, es necesario enfriarlo a -253 °C. Para ello se utilizan sistemas de refrigeración multietapa e instalaciones de “compresión/expansión”. Actualmente, estas tecnologías son demasiado caras, pero se está trabajando para reducir su coste.
También recomendamos leer nuestro otro artículo, donde describimos en detalle cómo hacer un generador de hidrógeno para su hogar con sus propias manos. Más detalles - ir enlace.
Además, a diferencia del GLP y el GNL, el hidrógeno licuado es mucho más explosivo. La más mínima fuga, en combinación con oxígeno, produce una mezcla de gas y aire que se enciende a la menor chispa. Y el almacenamiento de hidrógeno líquido sólo es posible en contenedores criogénicos especiales. El combustible de hidrógeno todavía tiene demasiadas desventajas.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Cómo se produce el gas licuado y por qué se licua:
Todo sobre gases licuados:
Existen varias tecnologías para licuar gases. Para el metano son suyos y para el propano-butano son suyos. Al mismo tiempo, es más económico obtener GLP y es más fácil y seguro de transportar/almacenar. La producción de GNL metano es un proceso más caro y complejo. Además, su regasificación requiere de equipos especializados. Al mismo tiempo, el metano tiene hoy una mayor demanda en el mercado, por lo que se licua en volúmenes mucho mayores.
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