La Licuefacción del Gas Natural: almacenado y transporte

El Gas Natural se licua para reducir su volumen y, por tanto, poder trabajar mejor con él. Se produce una disminución de volumen de hasta 600 veces, con lo que se consigue un mejor manejo y una mayor capacidad de almacenaje y transporte.

El principal componente del Gas Natural es el metano, el cual tiene un punto de ebullición a presión atmosférica cercano a los -160 ºC. Esta licuefacción se consigue enfriando el Gas Natural a -160 ºC y a presión atmosférica. Normalmente, las plantas que realizan este proceso se encuentran situadas cerca de la costa.

Existen diversos procesos de licuefacción. Los principales son: en cascada, donde se tiene una cascada de refrigerantes en los cuales se alcanzan diferentes niveles de temperatura. El proceso de mezcla de todos los refrigerantes es otro de los procesos, en este caso el rendimiento energético es mayor debido a la mejora de equipos y en los que se pueden mezclar todos los refrigerantes en una solo etapa. Después están los procesos de refrigerantes mezclados, que son una combinación de los dos anteriores y, por último, los procesos de Peak-Shaving, que se tratan de procesos de expansión.

El almacenado de Gas Natural Licuado (GNL) se realiza en tanques diseñados especialmente para ello, cerca de los núcleos de consumo. Con esto se intenta evitar que en un determinado momento de gran consumo, se produzca una bajada de presión en la red de distribución produciendo un bloqueo en las válvulas.

Se trata de un depósito de doble integridad, un tanque metálico interior y un tanque de hormigón exterior. El tanque exterior suele estar recubierto en su interior por un revestimiento de chapa de acero al carbono. El espacio comprendido entre las paredes cilíndricas de los tanques exterior e interior está relleno de aislante y forma parte del espacio anular. La tapa del depósito interior la constituye un techo suspendido mediante tirantes. Esto permite la comunicación entre los vapores en equilibrio termodinámico con el GNL, presentes sobre la superficie del líquido y el gas contenido en el espacio anular bajo la cúpula. Todas las conexiones de entrada y de salida del líquido y gas en el tanque, así como las conexiones auxiliares para nitrógeno y tomas de instrumentación, se hacen a través de la cúpula, ya que es una medida primordial de seguridad evitar conexiones con el fondo del depósito que pudiesen dar lugar a fugas de GNL.

En la siguiente figura, se muestra un corte transversal de dicho tanque:

 

Figura 1. Tanque de almacenamiento de GNL [Diplomado Avanzado de Gas Natural. Profesor Jorge Barrientos. Ecopetrol-UIS. 2010]

 

La manera más común de transportar el Gas Natural es mediante bombeo en redes de gaseoductos. De esta forma el gas puede ser transportado fácilmente hasta el domicilio propio del usuario por dichas canalizaciones. Existen numerosas y extensas redes de distribución por todo el mundo.

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UREA: procesos de obtención.

La urea es un compuesto químico cristalino e incoloro. Como principales características se pueden destacar que es fácil de granular y se suele transportar fácilmente a granel o en bolsas, sin ningún tipo de explosión. Otra característica importante es que se disuelve fácilmente en agua y no deja residuos de sales después de su uso. Tiene el máximo contenido disponible en un fertilizante sólido. También puede usarse como complemento proteínico en alimentos para rumiantes, en la producción de melanina o de resinas.

 

Reacción de Síntesis

La reacción de síntesis para la producción de urea consiste en combinar amoniaco con CO2 a presión para formar carbamato de amonio, que se descompone en urea y agua. El CO2 sin reaccionar se recircula.

Existen diversos procesos para la producción de urea. Las diferencias se basan principalmente en los métodos empleados para manejar el efluente del convertidor, en la forma de descomponer el carbamato, en como recuperar la urea o el CO2, etc.

 

Tipos de procesos para la producción de urea

Entre los principales procesos se pueden destacar los siguientes:

Stamicarbon

Utiliza el CO2 para recuperar el NH3 del efluente del reactor de forma continua. El carbonato se descompone a medida que el NH3 es extraído por el CO2La reacción se suele producir a unos 140 bar aproximadamente. Los gases separados avanzan hacia el reactor junto con el NH3La mayor parte del gas de salida del reactor se condensa y, los gases inertes son purgados del sistema antes de regresar el condensado al reactor.

Thermo-Urea

Se usan compresores centrífugos que recirculan el CO2, el NH3 y el vapor de agua al reactor. El efluente líquido en la primera unidad de descomposición entra a la segunda unidad de descomposición de baja presión. En ella se separan las últimas trazas de CO2, NH3 y gases inertes.

El amoniaco y el CO2 se absorben en agua para ser recirculados al compresor. El gas inerte se extrae por la parte superior del absorvedor. La urea en solución acuosa, se extrae de la última unidad de descomposición a baja presión.

A continuación se muestra el diagrama de flujo de dicho proceso:

Figura 1. Diagrama de Flujo Thermo-Urea [Chemico]

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Nitrato de Amonio

El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado con un alto  contenido de nitrógeno, alrededor del 33%. Su sencillez y bajo coste de producción le hacen ser uno de los compuestos nitrogenados más importantes. Uno de sus inconvenientes es que tiene tendencia a formar tortas al estar almacenado. Este problema se ha ido minimizando con el paso del tiempo con una granulación adecuada, la adición de agentes anti-higroscópicos y un mejor envasado.

Aparte de su uso como fertilizante, el nitrato de amonio centra sus aplicaciones como parte de explosivos comerciales y militares. Es difícil de detonar, pero si se utiliza con aceite o con otros materiales explosivos puede llevarse a cabo su detonación. Se suele usar en minas y canteras. El nitrato de amonio mezclado con TNT forma el amatol, principal explosivo militar convencional.

 

Reacción de Síntesis

Su producción se realiza a partir de ácido nítrico acuoso y amoniaco gaseoso. Se debe tener en cuenta que la reacción es muy peligrosa debido al carácter explosivo comentado anteriormente. Este aspecto se ve reflejado en su reacción exotérmica de descomposición, con una entalpía aproximada de -25,5 Kcal/g·mol.

El nitrato de amonio es muy soluble en agua, por lo que si se usa como fertilizante hay que tener muy controlado la presencia de humedad durante su almacenamiento para evitar los problemas de formación de tortas citados anteriormente.

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Usos de la tecnología del aire

Algunos de los elementos que componen el aire, tienen un interés muy importante para el desarrollo de los procesos industriales. El aire está compuesto mayoritariamente por Nitrógeno y Oxígeno. Su composición media se muestra en la siguiente tabla:

 

Tabla 1. Composición aproximada del aire [Elaboración Propia]

Composición

%

Nitrógeno

78,03

Oxígeno

20,99

Argón

0,93

CO2

0,03

Neón

0,0015

Hidrógeno

0,0010

Helio

0,00005

Criptón

1·10-4

Xenón

8·10-6

 

Destacar que esta composición varía ligeramente según ciudades y entornos. Aparte de los anteriores compuestos, normalmente en el aire existen otras sustancias como vapor de agua y, en zonas industriales, hidrocarburos, alquitranes, cenizas, polvo y SO2.

Los principales usos de la separación de sus compuestos son respecto al oxígeno y nitrógeno. El resto de componentes no suele tener tanto interés debido a su menor cantidad.

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La industria química: perspectivas de futuro.

Hoy en día se puede decir que ya no existen países potencialmente químicos como lo eran en años anteriores Alemania, Suiza o Inglaterra. Gracias a la liberación del mercado, la gran mayoría de países tienen acceso a las materias primas en igualdad de condiciones.

En los últimos años, la Ingeniería Química ha sufrido una importante evolución y diversificación por diversos sectores. La preocupación social, ética y, sobre todo ambiental, es tal vez el principal impulso de cambio que está recibiendo la ciencia y la ingeniería.

En la actualidad, la Unión Europea es la primera potencia química por delante de América y Japón. En la Figura 1 se puede observar la desegregación por sectores de la industria en la Unión Europea, donde se puede ver la importancia de la Industria Química.

 

Figura 1. Desegregación por sectores de la industria en la Unión Europea [Commission Européenne]

Uno de los grandes campos que esta en auge y del cual se espera grandes resultados es la biotecnología. Cada día aumenta más el numero de procesos y productos fabricados con esta técnica. Aparte de la citada biotecnología, los aspectos que más están influyendo en la Industria Química son los siguientes:

 

Energía

El aumento del coste del petróleo y del gas natural ha influido drásticamente en la Industria Química. A corto plazo, las necesidades energéticas mundiales se encuentran cubiertas y como se está observando, un aumento del uso del gas a costa del petróleo e incrementos de la energía hidroeléctrica. Pero es de cara a un futuro ya inmediato donde hay que pensar y concienciarse, y es ahí donde entran en juego y con un papel fundamental la eficiencia energética y las energías renovables.

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