El procesamiento de gas natural supone uno de los tratamientos indispensables para el empleo del gas natural como energía.
Hoy, el gas natural representa alrededor del 25% de la generación de energía en el mundo, según cifras de la Agencia Internacional de Energía (AIE). En este sentido, el procesamiento de gas natural constituye una pieza esencial en el puzle que permite aprovechar esta materia.
En este contexto, compartimos una guía completa sobre el procesamiento de gas natural y los equipos y sistemas específicos involucrados en una planta dedicada a esta operación.
Gas natural: ¿Qué es?
El gas natural es una mezcla de gases hidrocarburos. Formado a partir de la descomposición de materia orgánica bajo alta presión y temperatura durante millones de años, se encuentra en depósitos subterráneos y funciona como fuente de energía fósil.
Composición y características del gas natural
El metano (CH₄) es el componente principal del gas natural (entre el 70-90% del total). En menores cantidades, en la composición del gas natural se encuentran también el etano (C₂H₆), propano (C₃H₈) y butano (C₄H₁₀) que, durante el procesamiento del gas natural, se separan y venden por separado como gases licuados del petróleo (GLP).
Además, la composición del gas natural también puede contener pequeñas cantidades de otros hidrocarburos (como el pentano), dióxido de carbono (CO₂), nitrógeno (N₂), hidrógeno (H₂) y trazas de helio (He) y sulfuros (como el sulfuro de hidrógeno, H₂S).
Respecto a las características del gas natural, destacan que, en su forma natural, es incoloro e inodoro, y más ligero que el aire. Se considera además como una fuente de energía eficiente y más sostenible que otros combustibles fósiles, ya que su combustión produce menos dióxido de carbono y contaminantes.
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En cuanto al poder calorífico del gas natural, mide la capacidad del gas natural para producir calor y, por lo tanto, energía. Puede variar dependiendo de la composición específica del gas y se mide en unidades de energía por volumen (como megajulios por metro cúbico).
Procesamiento de gas natural: ¿Cómo se realiza?
Explicado de forma simple, el procesamiento de gas natural se refiere a los procesos de separación industrial dirigidos a eliminar impurezas, logrando como resultado gas seco (compuesto, principalmente, por metano) que es apto para su transporte y consumo.
De este modo, tras la extracción del gas natural de su yacimiento, son precisas una serie de operaciones que separan los componentes útiles y, a la par, eliminan sustancias como petróleo, azufre, dióxido de carbono y agua. Además, el procesamiento de gas natural permite igualmente separar los líquidos de gas natural (NGLs o condensados) que pueden después ser empleados.
1. Separación de líquidos y sólidos
Se realiza una separación física inicial donde se eliminan sólidos y los líquidos más pesados que a menudo están contenidos en el gas natural extraído (petróleo, agua, arena…).
2. Deshidratación
La sustancia obtenida en el paso anterior se somete a un proceso para la eliminación de agua a través de deshidratadores. Pueden emplearse unidades de absorción con glicol o adsorción con tamices moleculares.
El objetivo es eliminar la presencia de vapor de agua para evitar la formación de hidratos y, por tanto, la corrosión en las tuberías.
3. Eliminación de gases ácidos
Llega el momento de suprimir la presencia de CO₂ y H₂S, de modo que se evite la corrosión de las tuberías. Este proceso también permite cumplir con estándares de calidad del gas. Para ello, se pueden emplear una variedad de técnicas, incluyendo la absorción con aminas.
De considerarse necesario, algunas plantas también añaden al proceso la eliminación de compuestos de azufre.
4. Eliminación de mercurio y nitrógeno
En caso de considerarse necesario, el gas pasa por un lecho de carbón activado o tamices moleculares específicos para eliminar trazas de mercurio, que pueden resultar dañinas.
Además, si el gas presenta un alto contenido de nitrógeno, se utiliza el proceso de destilación criogénica o adsorción para reducir su presencia.
Esta operación mejora el poder calorífico del gas natural y disminuye su volumen, importante para su transporte.
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5. Recuperación de Líquidos de Gas Natural (NGLs)
En esta operación, se enfría y comprime el gas obtenido con el fin de separar los líquidos de gas natural (NGLs) o condensados.
Para su posterior aprovechamiento, estas sustancias deben pasar por un proceso de fraccionamiento.
6. Procesamiento criogénico
El gas se enfría a temperaturas muy bajas (criogénicas), utilizando intercambiadores de calor criogénicos y turboexpansores capaces de licuar y separar los componentes pesados.
7. Compresión, almacenamiento y transporte
El gas natural seco obtenido es comprimido a altas presiones para facilitar su transporte. Después, puede ser almacenado en grandes reservorios subterráneos, o en tanques criogénicos en caso de su conversión en gas natural licuado (GNL).
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¿Por qué es importante el procesamiento de gas natural?
A través de los pasos que acabamos de describir, el procesamiento de gas natural permite, en esencia, cuatro acciones:
- Eliminar impurezas y elementos innecesarios o potencialmente dañinos (dióxido de carbono, agua, sulfuro de hidrógeno…).
- Separar los componentes no combustibles (por ejemplo, el nitrógeno), que no aportan calor durante la combustión y reducen el poder calorífico del gas natural.
- Recuperar los líquidos de gas natural (NGLs) para ser comercializados por separado.
- Ajustar la presión del gas para cumplir con los requisitos para su transporte y almacenamiento.
En conjunto, el procesamiento de gas natural ha resultado indispensable para favorecer el uso de gas natural como energía a nivel global.
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De este modo, estos procesos son fundamentales para garantizar que la sustancia es eficiente y totalmente segura a través del ciclo y todas las actividades que ocurren después del procesamiento (fraccionamiento, transporte, plantas de licuefacción de gas natural, plantas de regasificación…).
El procesamiento mejora su calidad y poder calorífico, reduce problemas de corrosión o potenciales accidentes y permite reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, cumpliendo con la regulación ambiental.
Además, la extracción de líquidos de gas natural produce un valor económico adicional, ya que presentan un alto valor comercial.
Necesidades técnicas en el procesamiento de gas natural
Maquinarias
- Separadores: fundamentales en la fase inicial, permiten separar el gas natural de los líquidos asociados. Emplean métodos de gravedad o centrifugación para separar cada componente.
- Slug catchers: se ocupan de separar los líquidos que hayan quedado acumulados del flujo de gas o petróleo, permitiendo que el gas continúe fluyendo de manera uniforme.
- Deshidratadores: eliminan la humedad del gas natural a través de agentes desecantes como glicoles o tamices moleculares.
- Torres de absorción: puntos de aplicación de diversas técnicas para la separación de componentes específicos. Un ejemplo son las torres de absorción con aminas, que se emplean para la eliminación de gases ácidos como el dióxido de carbono (CO₂) y el sulfuro de hidrógeno (H₂S) del gas natural.
- Compresores: equipos capaces de aumentar la presión del gas, reduciendo su volumen y aumentando su densidad energética. Esto es esencial para facilitar su transporte.
- Intercambiadores de calor: se ocupan de enfriar el gas y condensar los líquidos de gas natural (NGL).
- Turboexpansores: encargados de expandir el gas a alta presión a través de una turbina. Provocan así una disminución significativa en la temperatura del gas natural clave para la separación de componentes que condensan a temperaturas más bajas.
Plantas
Las plantas de procesamiento de gas natural son el epicentro de todos los procesos que hemos descrito, haciendo apto el gas natural desde que lo reciben para su uso.
Diseñadas para realizar los procesos con la mayor eficiencia posible (incluyendo las prácticas clave en el mantenimiento de plantas de gas natural), deben equilibrar los requisitos de calidad y seguridad del gas natural suministrado con otras necesidades como maximizar el valor económico y facilitar el transporte y almacenamiento del gas natural.
En este sentido, son aliadas indispensables para instalaciones subsiguientes, como las plantas criogénicas de gas natural (que se ocupan de licuar el gas natural para su transporte y almacenamiento eficiente) y las plantas regasificadoras (que devuelven el gas natural licuado a su estado gaseoso para su uso).
Tuberías
Los gasoductos son las tuberías de transporte encargadas de transportar grandes volúmenes de gas natural: por un lado, desde los campos de producción hasta las plantas de procesamiento; por otro, desde las plantas hacia puntos de consumo.
En 2023, existían 1.869 gasoductos operativos en el mundo, siendo China el país en el que existe un mayor número, según cifras publicadas en Statista. Conviene mencionar aquí que la posibilidad de transportar gas natural licuado a través de tanques criogénicos ha aumentado las opciones disponibles para el transporte de esta sustancia.
Más allá de los gasoductos, las plantas dedicadas al procesamiento de gas cuentan con otros tipos de tuberías dedicadas a facilitar todas las etapas que hemos descrito. Se incluyen aquí las tuberías empleadas para:
- Interconexión y distribución
- Tuberías aisladas al vacío
- Reciclado de agua y líquidos
- Evacuación de residuos y emisiones
- Exportación de Líquidos de Gas Natural
Todas ellas están sujetas a normativas y estándares específicos y deben ser sometidas a inspecciones y mantenimiento preventivo de forma regular.
Cryospain: expertos en creación de plantas de gas natural
Desde nuestra experiencia en ingeniería criogénica y procesamiento de gases, en Cryospain generamos proyectos hechos a medida para el procesamiento de gas natural.
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Así, creamos infraestructuras eficientes y de alta seguridad a través de un proceso integral que incluye las siguientes fases:
- Análisis preliminar de las necesidades del proyecto de mano de nuestro equipo de ingenieros y atendiendo a las necesidades del cliente.
- Diseño de proyecto y prototipos 2D y 3D en base a los más altos estándares de calidad y seguridad. En estos prototipos, se delimitan los equipos y accesorios necesarios, el diseño de la planta, o el análisis de seguridad, entre otros elementos clave.
- Implementación de la planta de procesamiento de acuerdo a las especificaciones de diseño
- Diseño y puesta en marcha de protocolos de mantenimiento, garantizando que la planta opera de forma segura y eficiente en todo momento.
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