INTRODUCCIÓN AL GNL. Realizado por: Guillermo Pita

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1 Realizado por: Guillermo Pita Año 2006

2 CONTENIDO DEL DOCUMENTO 1. Visión global de la cadena de GNL... 5 Qué es el gas natural licuado (GNL)?... 5 Composición del gas natural y del GNL... 5 Para qué se licua?... 6 Historia del GNL... 8 Es el GNL un combustible seguro?... 9 Cadena integrada del GNL...10 Valores económicos de la cadena del GNL...12 El mercado mundial del GNL Licuación Pre-tratamiento del gas Ciclos frigoríficos Separación de hidrocarburos pesados Consideraciones técnicas Transporte Tipos de buques metaneros Sistemas de propulsión Tecnologías de almacenamiento del GNL en el buque metanero...32 IHI 32 MEMBRANA...33 MOSS ROSEMBERG (ESFERA) Modalidades de contratación del suministro de GNL...35 CIF (Cost Insurance and Freight)...35 EX SHIP...35 FOB (Free On Board) Modalidades de contratación de buques para el transporte de GNL 36 BARE BOAT(Casco desnudo)...36 TIME CHARTER (Flete por tiempo)...37 Otras modalidades...37 SPOT 37 SPOT Viajes consecutivos Flota mundial de metaneros Otra modalidad de transporte: Gas Natural Presurizado (PNG) Regasificación

3 4.1. Descripción general de una planta de regasificación...39 Descripción del proceso...41 Descripción de sistemas y equipos principales Diseño y construcción Materiales utilizados Costos de las plantas de regasificación Consideraciones medioambientales Caso Práctico: Análisis técnico y económico de una cadena completa de GNL FUNDAMENTOS DEL PROYECTO...57 DESCRIPCIÓN DE LAS INFRAESTRUCTURAS...57 Contratación de los buques...59 Elección de tecnología...60 Ubicación...60 Proceso...61 ORGANIZACIÓN DEL NEGOCIO...62 ANÁLISIS ECONÓMICO Bibliografía Lista de acrónimos Equivalencias útiles Anexos Anexo 1: Tabla de conversión de unidades Peak Shaving en Argentina...68 Índice de Figuras Figura 1: Composición típica del gas natural...5 Figura 2: Composición del GNL...6 Figura 3: Transporte por gasoducto vs. GNL...7 Figura 4: Transporte por gasoducto vs. GNL...7 Figura 5: Transporte por gasoducto vs. GNL...8 Figura 6: Incremento de la demanda mundial de GNL...9 Figura 7: Esquema de la cadena integrada del GNL...11 Figura 8: Esquema de la cadena integrada del GNL...11 Figura 9: Costos de las actividades relacionadas con el GNL...12 Figura 10: Exportadores e Importadores de GNL (Fuente: BP)...13 Figura 11: La cadena del GNL en números...14 Figura 12: Circuito de refrigeración convencional...22 Figura 14: Propulsión por turbina de vapor...30 Figura 15: Propulsión con motor diesel dual (mezcla de gasoil y boil-off)...31 Figura 16: Almacenamiento en buque tipo IHI...32 Figura 17: Esquema de un tanque de membrana...34 Figura 18: Esquema de un tanque esférico...35 Figura 19: Transporte de gas natural a presión (PNG)...39 Figura 20: Esquema de proceso de una planta de regasificación...42 Figura 21: Brazo de descarga...43 Figura 22: Varios esquemas de tanques de GNL...46 Figura 23: Fotos de tanques de GNL

4 Figura 24: Vaporizador de agua de mar...49 Figura 25: Vaporizador de combustión sumergida...49 Figura 26: Bombas primarias...50 Figura 27: SAGGAS, Planta de Regasificación de Sagunto (España)...52 Figura 28: Estructura del negocio...62 Índice de Tablas Tabla 1: Composición del GNL para distinto orígenes (%MOL)...6 Tabla 2: Límites para sustancias perjudiciales en la licuación...17 Tabla 3: Distintos procesos de licuación...24 Tabla 4: Antiguos procesos de producción de GNL...24 Tabla 5: Procesos actuales de producción de GNL...25 Tabla 6: Procesos prototipo de producción de GNL...25 Tabla 7: Capacidades de tanques de GNL...44 Tabla 8: Distribución de inversiones en una planta de regasificación...55 Tabla 9: Inversiones del proyecto...64 Tabla 10: Indicadores económicos del proyecto

5 -4- INTRODUCCIÓN AL GNL

6 1. Visión global de la cadena de GNL Qué es el gas natural licuado (GNL)? El GNL es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma líquida. Es la mejor alternativa para monetizar reservas en sitios apartados, donde no es económico llevar el gas al mercado directamente por gasoducto o indirectamente, transformado en electricidad. El gas natural es transportado como líquido a presión atmosférica y 160 ºC. La licuación reduce en 600 veces el volumen de gas transportado. Se dice que el GNL es un líquido criogénico. El término criogénico significa baja temperatura, generalmente por debajo de -73 C. El GNL es un líquido puro, con una densidad de alrededor del 45% de la densidad del agua. Composición del gas natural y del GNL El gas natural está compuesto principalmente por metano, pero también contienen etano, propano e hidrocarburos más pesados. Pequeñas cantidades de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, compuesto de azufre y agua también pueden ser encontrados en el gas natural. En el siguiente gráfico puede observarse una composición típica del gas natural. Figura 1: Composición típica del gas natural El proceso de licuación del gas natural requiere la extracción de algunos componentes como el agua y el dióxido de carbono para evitar que se hagan -5-

7 sólidos cuando el gas es enfriado a la temperatura del GNL (-160 C). Como resultado, el GNL está compuesto en su mayoría de metano, como se muestra en el siguiente gráfico. Figura 2: Composición del GNL La composición del GNL varía según el origen. En la siguiente tabla puede observarse la composición en detalle de algunos orígenes. Tabla 1: Composición del GNL para distinto orígenes (%MOL) 1 ORIGEN Metano Etano Propano Butano Nitrógeno Alaska 99,72 0,06 0,0005 0,0005 0,20 Argelia 86,98 9,35 2,33 0,63 0,71 Baltimore G&E 93,32 4,65 0,84 0,18 1,01 New Cork 98,00 1,40 0,40 0,10 0,10 San Diego G&E 92,00 6,00 1,00-1,00 El GNL no tiene olor o color, no es corrosivo ni tóxico. Sin embargo, como cualquier material gaseoso, el gas vaporizado del GNL puede causar asfixia en un lugar sin ventilación. Para qué se licua? Se licua para transportarlo desde el pozo hasta el lugar de consumo, cuando no resulta económica o técnicamente viable la construcción de un gasoducto. Esta situación puede darse cuando la distancia a recorrer con el gasoducto es demasiado extensa o bien cuando la complejidad técnica de la construcción es 1 Fuente: Liquid Methane Fuel Characterization and Safety Assessment Report, (Cryogenic Fuels Inc. Report No. CFI-1600, Diciembre 1991) -6-

8 demasiado alta (por ejemplo un cruce submarino muy profundo y con suelo complejo). Existen estudios 2 que demuestran la conveniencia económica del transporte de gas a través de gasoducto o como GNL, según la distancia a recorrer. Figura 3: Transporte por gasoducto vs. GNL Figura 4: Transporte por gasoducto vs. GNL 2 El gráfico de la Figura 3 fue elaborado por la empresa ENI y se utilizó como base de estudio una capacidad de transporte de m 3 /año. El de la Figura 4, por el Instituto Francés del Petróleo. BTU: British Thermal Unit El eje de abscisas en ambas figuras se refiere a millas náuticas. Una milla náutica equivale a 1,852 kilómetros. -7-

9 Figura 5: Transporte por gasoducto vs. GNL Historia del GNL La licuación del gas natural se remonta al siglo XIX, cuando el químico y físico inglés Michael Faraday experimentó con el licuado de diferentes tipos de gases, incluyendo el gas natural. El ingeniero alemán Kart Von Linde construyó la primera máquina práctica de refrigeración en Munich en La primera planta de GNL fue construida en West Virginia en Entró en operación en La primera planta comercial de licuación fue construida en Cleveland, Ohio, en La licuación del gas natural creó la posibilidad de su transporte a lugares remotos. En Enero de 1959, el primer transportador de GNL del mundo, con el nombre The Methane Pioneer, un buque de carga de la Segunda Guerra Mundial reconstruido, cargando cinco tanques prismáticos de aluminio de barriles de capacidad con soportes de madera balsa y aislamiento de madera contra enchapada y uretano, transportó una carga de GNL desde Lake Charles en Lousiana hasta Canvey Island en el Reino Unido. Esto demostró que grandes cantidades de gas natural licuado podían ser transportadas de manera segura a través de los mares. Año tras año se incrementa la demanda mundial de GNL, como puede observarse en la siguiente figura: -8-

10 Figura 6: Incremento de la demanda mundial de GNL Es el GNL un combustible seguro? El GNL ha sido manejado con éxito por muchos años. La industria no está libre de incidentes, pero ha mantenido un record de seguridad industrial envidiable, especialmente durante los últimos 40 años. Actualmente hay alrededor de 200 instalaciones de peak-shaving 3 y almacenamiento de GNL alrededor del mundo, algunas en funcionamiento desde mediados de los años sesenta. En general, la industria del GNL ha tenido un record de seguridad industrial excelente comparado con refinerías y plantas petroquímicas. A nivel mundial, en el año 2003, había 17 plantas de licuación, 40 plantas de regasificación y 136 buques metaneros, todos juntos manejando aproximadamente 120 millones de toneladas métricas de GNL por año. Este combustible ha sido transportado de manera segura a través de los mares por más de 40 años. Durante este tiempo, los transportadores de GNL han realizado más de viajes, cubriendo más de 111 millones de kilómetros, sin grandes accidentes o problemas de seguridad ni en puertos ni en alta mar. Los transportadores de GNL usualmente atraviesan áreas de mucho tráfico. Por ejemplo en el año 2000 en promedio, un cargamento entró a la Bahía de Tokio cada 20 horas, mientras que un cargamento semanal 3 La traducción literal de peak-shaving es rasurado de picos. Este término se refiere a pequeñas instalaciones de licuación, almacenamiento y regasificación de GNL, cercanas a puntos de consumo. Para mayor información ver el Anexo 2, en este mismo documento. -9-

11 entró a la Bahía de Boston. La industria del GNL ha tenido que cumplir rigurosos estándares impuestos por países como EE.UU, Japón, Australia y la UE. Según el Departamento de Energía de EE.UU., desde el comienzo de la industria del GNL sólo ocho accidentes marítimos alrededor del mundo han resultado en derrames; en algunos, los cascos de las embarcaciones se fracturaron pero en ninguno ocurrió un incendio. En siete incidentes ha habido derrame, y dos por encallamiento pero sin pérdida del cargamento. No ha habido fatalidades a bordo de transportadores de GNL. Durante los primeros años de la industria ocurrieron accidentes aislados con fatalidades en distintas instalaciones en tierra. Desde entonces regulaciones de seguridad y operaciones más estrictas han sido implementadas. Cadena integrada del GNL La cadena integrada del gas natural licuado se compone por tres eslabones: 1) La licuación del gas, generalmente en una zona cercana al pozo y lindante con la línea costera. 2) El transporte en buques metaneros. 3) La regasificación e introducción a la red de transporte del país comprador. En la etapa de licuación, el gas natural se lleva a temperaturas inferiores a los C. En esta condición de temperatura, y a presión atmosférica, el gas natural sufre un cambio de estado, de gas a líquido, reduciendo 600 veces su volumen. Puede decirse que el rendimiento medio del proceso de licuación es del 90%. Esto quiere decir que el 10% del gas natural que ingresa a la planta de licuación, se pierde o se utiliza como fuente de energía para el proceso. El transporte en buques metaneros es el segundo eslabón de la cadena integrada del gas natural licuado. Actualmente hay dos tipos de barcos que se utilizan para el transporte de GNL. Los de membrana y los de esferas. Las capacidades de transporte rondan los m 3 de GNL por buque. Se estima que se llegará a una capacidad máxima de m 3. Ésta se considera el límite de lo técnicamente posible, ya que buques de mayor tamaño serían prácticamente innavegables. -10-

12 Actualmente, las operaciones de transporte están tomando importancia en la cuenta de resultados de las empresas que abarcan los tres eslabones de la cadena integrada del GNL. Como valor promedio, puede decirse que el transporte del gas natural licuado tiene un rendimiento del 95%. La regasificación es la tercera y última etapa. En ésta el volumen del gas aumenta 600 veces al pasar de estado líquido a gaseoso. Además, se le da al gas la presión con la que ingresará a la red de transporte por gasoductos. La regasificación presenta el rendimiento más alto dentro de la cadena integrada del GNL: 98%. En las Figuras siguientes se presentan dos esquemas de la cadena integrada del gas natural licuado 4. Figura 7: Esquema de la cadena integrada del GNL Figura 8: Esquema de la cadena integrada del GNL 4 Gentileza de Gaz de France -11-

13 Valores económicos de la cadena del GNL Resulta difícil determinar certeramente los valores de inversión necesarios en los distintos eslabones de la cadena del GNL. Éstos dependen de muchas variables que incluyen cuestiones técnicas, políticas, geográficas y económicas. En este apartado tratará de darse una idea de los órdenes de magnitud de las inversiones asociadas a la cadena del GNL. Puede decirse que la mayor inversión se requiere en la etapa de licuación, y el orden de magnitud es de miles de millones de dólares. Como ejemplo puede citarse la planta de licuación de 5,2 bcm/año que RepsolYpf y Gas Natural SDG proyectan construir en Gassi Touil, Argelia. En este proyecto también se incluyen inversiones relacionadas con la exploración y producción del gas. La erogación que se espera realizar alcanza los millones de dólares norteamericanos (MUS$). La inversión para un tanque de GNL, con capacidad de m 3, ronda los 165 MUS$. El precio de un buque metanero de m 3 ronda los 175 MUS$. Respecto a una planta de regasificación, la inversión necesaria se estima en 300 MUS$ para una capacidad de 5,5 bcm/año. Los valores de inversión nombrados en los dos párrafos anteriores provienen de una estimación de la empresa francesa Gaz de France. Teniendo ya una idea del orden de magnitud de las inversiones, en la Figura siguiente pueden observarse los costos operativos asociados a las distintas actividades relacionadas con el GNL. Figura 9: Costos de las actividades relacionadas con el GNL bcm GN = MBTUs -12-

14 El costo del transporte se torna comparativamente más importante a medida que la distancia entre la planta de licuación y la de regasificación aumenta. Por ejemplo, si esta distancia es de Km., el impacto del transporte en el total de costos es del 25%. Este valor se incrementa a un 40% cuando la distancia es de Km. El mercado mundial del GNL Los países líderes productores de gas natural y que comercializan GNL a los mercados mundiales son Argelia, Indonesia y Qatar. Sin embargo, muchas naciones juegan pequeños pero importantes roles como productores de gas natural y exportadores de GNL, tales como Australia, Nigeria y Trinidad & Tobago. En tanto, países como Angola y Venezuela están procurando alcanzar su máximo potencial en el mercado mundial de GNL. Y otros como Arabia Saudita, Egipto e Irán, que tienen grandes reservas de gas natural, también podrían participar como exportadores de GNL. Figura 10: Exportadores e Importadores de GNL (Fuente: BP) Existen diferencias de precios entre los mercados de la cuenca Atlántica y la Pacífica, siendo más altos los precios de esta última. Estas diferencias se deben -13-

15 principalmente a que los países importadores del Pacífico son dependientes casi por completo del GNL, mientras que en la zona atlántica usan suministros domésticos y gas de gasoductos para cubrir la demanda de gas natural. Los recientes cambios en el mercado se han inclinado hacia un aumento de la flexibilidad en el comercio de GNL y los actuales contratos pueden firmarse para períodos más cortos. A este hecho han contribuido las mayores facilidades en el transporte del GNL. Los costos de licuación, transporte y regasificación han ido disminuyendo con los años, lo que se traduce en menos costos para los productores. Sin embargo esto no se traduce directamente en un menor precio para los consumidores, ya que éste sigue ligado al precio del petróleo y a contratos de largo plazo. Compradores y vendedores han ido tomando nuevos papeles en el mercado: compradores como Tokio Gas y Tokio Electric Power Company, están invirtiendo en plantas de licuación; mientras que vendedores tradicionales, como BP y SHELL, han arrendado terminales, extendiendo su actividad en el comercio. Figura 11: La cadena del GNL en números -14-

16 2. Licuación El gas que alimenta a la planta de licuación viene de los campos de producción. Los contaminantes que se encuentran en el gas natural se extraen para evitar que se congelen y dañen el equipo cuando el gas es enfriado a la temperatura del GNL (-161 C) y para cumplir con las especificaciones técnicas del gasoducto en el punto de entrega. El proceso de licuación puede ser diseñado para purificar el GNL a casi 100% metano. El proceso de licuación consiste en el enfriamiento del gas purificado mediante el uso de refrigerantes. La planta de licuación puede consistir en varias unidades paralelas, llamadas trenes. El gas natural es licuado a una temperatura aproximada de -160 C. Al licuarse el gas, su volumen se reduce por un factor de 600, lo que quiere decir que el GNL utiliza 1/600 del espacio requerido por una cantidad comparable de gas a temperatura ambiente y presión atmosférica. El GNL se almacena en tanques de paredes dobles a presión atmosférica. El tanque de almacenaje es en realidad un tanque dentro de otro tanque. El espacio anular entre las dos paredes del tanque está cubierto con un aislante. El tanque interno en contacto con el GNL, está hecho de materiales especializados para el servicio criogénico y la carga estructural creada por el GNL. Estos materiales incluyen acero al 9% níquel, aluminio y concreto pre-tensado. El tanque exterior está hecho generalmente de acero al carbono y concreto pre-tensado. El proceso de licuación en una planta puede resumirse de la siguiente manera: 1) Etapa de extracción de CO2: para evitar que se generen productos sólidos con la reducción de la temperatura, se realiza la purificación del gas por adsorción del dióxido de carbono y el agua existentes en el mismo, por medio de la aplicación de una corriente inversa de solución de mono-etanol-amina (MEA) 2) Etapa de deshidratación y filtrado: se le extrae la humedad al gas hasta lograr valores menores a 1 ppm. Luego se realiza un filtrado para extraer trazas de mercurio y partículas sólidas, y además se produce la separación de los hidrocarburos pesados por condensación parcial. 3) Etapa de licuación y almacenamiento: se produce el enfriamiento necesario para su licuación. El GNL producido se envía al tanque de almacenamiento, el cual lo mantiene a su temperatura -15-

17 de licuación, operando a una presión de 20 a 70 mbar. El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presión atmosférica, que más bien es un tanque dentro de otro. El espacio anular entre las dos paredes del tanque está cubierto con un aislante. El tanque interno en contacto con el GNL, está fabricado con materiales especializados para el servicio criogénico y la carga estructural creada por el propio peso del GNL. A continuación se explicarán con mayor detalle los procesos implicados en el tratamiento del gas natural y en la licuación posterior. Se describirán también los principales equipos y componentes que se utilizan en este tipo de instalaciones Pre-tratamiento del gas El gas natural que se extrae de los yacimientos contiene diversas sustancias disueltas que pueden ser perjudiciales en el curso de su transporte, proceso o utilización final; también ocurre que algunas de estas sustancias pueden tener un valor económico más alto si se venden por separado. En principio, una buena parte de los hidrocarburos líquidos asociados al gas natural se separan en la plataforma de producción y se almacenan y transportan de manera independiente; asimismo, en la zona de producción el gas se acondiciona para su -16-

18 transporte por gasoducto en fase gaseosa a alta presión (70 a 150 bar) y temperatura ambiente, eliminando agua, gases ácidos e inertes así como comprimiéndolo en caso necesario. Puede hablarse entonces de dos etapas de pre-tratamiento: una en las cercanías del pozo y otra a la entrada de la planta de licuación. Las condiciones del gas en la planta de licuación van a ser diferentes a las de producción y transporte, ya que los equipos y materiales que se van a utilizar son mucho más sensibles a algunas impurezas. En primer lugar, el agua que satura la corriente de gas a su llegada a la planta puede congelarse provocando obturaciones en varias partes de la misma; además las bajas temperaturas favorecen la formación de hidratos al aumentar la condensación de vapor de agua (los hidratos se destruyen a presión atmosférica, pero en las plantas de GNL a presión ha de mantenerse elevada hasta el final del proceso). Por ello el punto de rocío que se considera admisible en gasoductos no vale como criterio de diseño en plantas de GNL: en éstas normalmente se requiere un punto de rocío de -50 C para el gas que entra en la zona de refrigeración. En cuanto a los gases ácidos CO 2 y SH 2, siempre presentes en el gas natural, el problema es su poder corrosivo y la posibilidad de que el CO 2 combine y se solidifique a las temperaturas de refrigeración, por lo tanto, también habrá que deshacerse de ellos. Otro componente indeseable es el mercurio ya que disuelve al aluminio material del que están hechos los intercambiadores criogénicosincluso a concentraciones cercanas a la mil millonésima parte. Finalmente los hidrocarburos más pesados, y especialmente los aromáticos, pueden solidificar a temperaturas bajas por lo que también conviene separarlos de la corriente principal. En lo que sigue se describirán los procesos que permiten purificar y acondicionar el gas previamente a su refrigeración y licuación. El objetivo de todo ello es que la corriente de gas natural que llega al proceso de licuación no supere los siguientes límites: Tabla 2: Límites para sustancias perjudiciales en la licuación SUSTANCIA LÍMITE S Total (H 2 S, SCO y Mercaptanos) 10 a 40 mg/nm 3 H 2 S 3 ppm, vol. CO 2 50 ppm, vol. -17-

19 H 2 O Hg Hidrocarburos aromáticos 0,1 ppm, vol. 0,001 ppm, vol. 5 ppm, vol. En primer lugar hay que tener en cuenta que el gas que llega a la planta de licuación ha experimentado durante su transporte una notable caída de presión por la pérdida de carga, debido a la expansión y enfriamiento del gas, diversas fracciones de vapor se habrán condensado arrastrando además con ellas algunas impurezas. Consecuentemente, la primera instalación a la entrada de la planta ha de ser un separador de condensados por gravedad ( slug-catcher ) y un buen filtro de partículas capaz de retener tamaños superiores a 1 micra. A continuación, y dependiendo del proceso, la presión del gas debe ser aumentada hasta valores compatibles con las transformaciones termodinámicas que va a sufrir la corriente de gas durante su licuación. Generalmente, el proceso en cascada requiere unos 45 bar, mientras que el de refrigerante mixto necesita al menos 56 bar. Según el caudal y la presión se puede utilizar desde un compresor centrífugo movido por una turbina de gas hasta un compresor alternativo movido por un motor eléctrico. En caso de que no fuera necesario comprimir el gas, habría que instalar un calentador ya que la etapa siguiente requiere que el gas se encuentre a una temperatura superior a 40 C. Tras su acondicionamiento inicial, el gas se somete a los procesos de purificación. El primero de ellos consiste en la eliminación de los gases ácidos. Existen numerosos procesos, englobados en cuatro tipos principales: 1) Por reacción química (absorción) 2) Por disolución en un solvente (solución) 3) Por fijación física (adsorción) 4) Procesos mixtos de los anteriores Lo más frecuente en plantas de GNL son los procesos de absorción utilizando como reactante aminas alcohólicas o carbonato potásico. Existen una veintena de procesos patentados, de los cuales 6 se han utilizado alguna vez en plantas de GNL. En todos los casos el gas natural caliente y a alta presión entra en la Columna de Absorción por abajo y reacciona contra-corriente con la solución de amina en las -18-

20 bandejas de contacto que se encuentran en el interior de la misma. La amina conteniendo los ácidos se drena por el fondo de la columna. La reacción es reversible y el absorbente se regenera (a alta temperatura y/o baja presión) en un ciclo separado y se vuelve a utilizar. El ciclo de regeneración de las aminas contiene una torre de separación, una caldera, dos intercambiadores, aerorrefrigerantes, depósitos de regulación y varias bombas: por sí solo, el ciclo representa unas 4 veces el coste de la columna de absorción. Algunos de los procesos tienen la capacidad adicional de capturar una parte importante de los hidrocarburos aromáticos (los más peligrosos ya que son los que solidifican más fácilmente y, además, en forma de ceras). Otros tienen el inconveniente de que absorben hidrocarburos ligeros con los gases ácidos y posteriormente hay que recuperarlos. En algunos casos no se consigue el nivel de retención de gases ácidos requerido por el proceso posterior. En definitiva la selección del proceso de absorción debe tener en cuenta la composición del gas a la entrada de la planta, las condiciones termodinámicas y el coste de la instalación y del absorbente. Una vez eliminadas las impurezas y los gases ácidos, la corriente principal de gas natural está saturada de agua (los absorbentes para la eliminación de gases ácidos siempre se utilizan disueltos en agua, además). Para eliminar la humedad y secar el gas existen tres procedimientos posibles: 1) Por absorción 2) Por refrigeración 3) Por adsorción Con el gas ya seco, dulce y limpio, por último se le hace pasar por las columnas de eliminación de mercurio, las cuales contienen lechos con carbón activado impregnado en un compuesto especial de azufre. Cuando el carbón activado se satura hay que cambiar los lechos ya que no es regenerable, aunque debido a los ínfimos contenidos de mercurio en la mayoría de los casos el intervalo entre sustituciones no suele ser inferior a 2 años Ciclos frigoríficos Es sabido que si se aporta calor a una sustancia su temperatura aumenta. Este principio tiene una excepción en los puntos en los que se produce un cambio de estado. A la temperatura de ebullición (o a la de fusión) el proceso de -19-

21 calentamiento se estanca y aunque sigamos aportando calor la temperatura no sube hasta pasado un tiempo. El calor aportado en ese espacio de tiempo se llama calor latente de ebullición (o de fusión) y representa la energía necesaria para cambiar la disposición de las moléculas, rompiendo la cohesión previa, cuando pasa de líquido a vapor (o de sólido a líquido). Para dar una idea de la importancia del calor latente diremos que para transformar 1 m 3 de GNL a gas a -161 C y presión atmosférica necesitamos 50 millones de calorías (es decir, si se aportan 50 millones de calorías a 1m 3 de GNL que se encuentra a -161 C, lo que se obtiene finalmente es esa misma masa de gas natural en fase gaseosa a C), mientras que para aumentar 100 C la temperatura de esa masa de gas solamente necesito 20 millones de calorías. Otro fenómeno termodinámico que resulta importante recordar es que el cambio de fase líquido-vapor de un fluido se produce de distinta manera dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, según el diagrama de Mollier 6 para ese fluido. Por último está el efecto Joule-Thomson: estos dos científicos observaron que la temperatura de un as a presión disminuía sensiblemente al expandirlo a través de una válvula reguladora. Resumiendo, hay tres conceptos directores del proceso de licuación, que son los siguientes: 1) A la temperatura de ebullición (o a la de fusión) el proceso de calentamiento se estanca y aunque se siga aportando calor la temperatura no sube hasta pasado un tiempo 2) El cambio de fase líquido-vapor de un fluido se produce de distinta manera dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, según el diagrama de Mollier para ese fluido. 6 El diagrama de entalpía o diagrama de Mollier permite simplificar los cálculos generales que se encuentran en refrigeración. Esto permite en particular encontrar los valores siguientes: Presión del condensador, Presión del evaporador, Relación de compresión, Calor máximo del líquido, Calor máximo del vapor, Calor latente del fluido refrigerante, Producción frigorífica, Volumen específico del gas de salida del evaporador, Entropía del gas, Temperatura del gas después de la compresión, Energía necesaria de trabajo de compresión, Calor disipado en el condensador. -20-

22 3) El efecto Joule-Thomson: la temperatura de un as a presión disminuye sensiblemente al expandirlo a través de una válvula reguladora. Estos son los principios termodinámicos que se aprovechan en los ciclos frigoríficos de evaporación/condensación, ya sea en frigoríficos domésticos o plantas de licuación, con la única diferencia del tamaño de los equipos. Eligiendo adecuadamente el fluido refrigerante, para el rango de temperaturas en el que se trabajará, se conseguirá recoger una cantidad importante de calor de la cuenta caliente y entregarlo a la fuente fría. En las plantas de licuación de gas natural se utilizan siempre ciclos frigoríficos. Las etapas del ciclo frigorífico son: 1) Compresión: aumento de la presión del gas refrigerante (que se encuentra en su totalidad en fase gas, a baja presión y a la temperatura del foco frío), en un compresor. En esta fase, que es la que mueve todo el ciclo, el trabajo mecánico se transforma en aumentar la energía interna del fluido refrigerante (presión y temperatura) 2) Condensación: enfriamiento y condensación del gas a alta presión, por medio de ventiladores (si el foco caliente es la atmósfera) o intercambiadores (si el foco caliente es otro fluido). Esto es posible porque la temperatura a la salida del compresor es mayor que la del foco caliente. En esta fase el refrigerante cede calor al exterior, especialmente durante la transformación de gas a líquido (el calor latente del cambio de fase) 3) Expansión: disminución de la presión del ahora líquidorefrigerante, en una válvula laminadora (la cual se sitúa a la entrada del vaporizador para que el proceso sea lo más adiabático posible). Al bajar la presión baja la temperatura y, de acuerdo con el diagrama de Mollier, el nuevo punto de equilibrio se establece en un punto en el que una parte del líquido se ha vaporizado (la temperatura también disminuye pero en mucha menor proporción) 4) Vaporización: la vaporización del refrigerante continúa en el foco frío hasta que toda su masa pase a estado gaseoso. La expansión de la etapa anterior o mejor dicho, la relación de compresión inicial- -21-

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