Gas natural
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El gas natural es una gaseoso combustible fósil que consiste principalmente de metano , pero incluyendo cantidades significativas de etano , propano , butano, y pentano-hidrocarburos más pesados retirados antes de su uso como combustible consumidor -así como el dióxido de carbono , nitrógeno , helio y sulfuro de hidrógeno. Se encuentra en campos de petróleo (asociados) sea disuelto o aisladas en campos de gas natural (no asociado), y en los yacimientos de carbón (como metano en capas de carbón). Cuando los gases ricos en metano son producidos por el la descomposición anaeróbica de no fósil orgánico materiales, éstos se conocen como biogás. Fuentes de biogás incluyen pantanos, pantanos, y vertederos (ver gas de vertedero), así como aguas residuales lodos y estiércol por medio de digestores anaeróbicos, además de la fermentación entérica en particular en el ganado .
Dado que el gas natural no es un producto puro, cuando el gas no asociado se extrae de un campo bajo supercrítico (presión / temperatura) condiciones, se puede condensar parcialmente de despresurización isotérmica - un efecto llamado condensación retrógrada. Los líquidos así formados pueden quedar atrapadas depositando en los poros del depósito de gas. Un método para hacer frente a este problema es reinyectar gas seco libre de condensado para mantener la presión subterráneo y para permitir reevaporación y extracción de condensados.
El gas natural es a menudo conocida informalmente como simplemente gas, especialmente en comparación con otras fuentes de energía, como la electricidad. Antes de gas natural se puede utilizar como combustible, debe someterse a una amplia procesamiento para eliminar casi todos los materiales distintos del metano. Los subproductos de procesamiento que incluyen etano, propano, butanos, pentanos e hidrocarburos de mayor peso molecular, azufre elemental, y algunas veces de helio y nitrógeno.
Composición química
El componente principal del gas natural es el metano ( C H 4), la más corta y más ligera molécula de hidrocarburo. A menudo también contiene hidrocarburos gaseosos más pesados tales como etano ( C 2 H 6), propano ( C 3 H 8) y butano ( C 4 H 10), así como otros de azufre gases que contienen, en cantidades variables, véase también condensado de gas natural. El gas natural que contiene hidrocarburos distintos del metano se llama gas natural húmedo. El gas natural que consiste sólo de metano se llama gas natural seco .
| Componente | En peso típicas. % |
|---|---|
| El metano (CH 4) | 70-90 |
| El etano (C 2 H 6) | 5-15 |
| Propano (C 3 H 8) y butano (C 4 H 10) | <5 |
| CO 2, N 2, H 2 S, etc. | equilibrio |
Cantidades nitrógeno, helio, dióxido de carbono y trazas de sulfuro de hidrógeno, el agua y odorantes también pueden estar presentes. El gas natural también contiene y es la fuente principal mercado de helio . El mercurio también está presente en pequeñas cantidades en el gas natural extraído de algunos campos. La composición exacta del gas natural varía entre los campos de gas.
Compuestos orgánicos de azufre y sulfuro de hidrógeno son contaminantes comunes que deben ser eliminadas antes de la mayoría de los usos. De gas con una cantidad significativa de impurezas de azufre, tales como sulfuro de hidrógeno, que se denomina gas amargo; gas con azufre o dióxido de carbono es impurezas gas ácido. Gas natural procesado que está disponible para los usuarios finales es inodoro e insípido, sin embargo, antes de que el gas se distribuye a los usuarios finales, es odorizado mediante la adición de pequeñas cantidades de sustancias odoríferas (las mezclas de mercaptano de t-butilo, mercaptanthiol isopropilo, tetrahidrotiofeno, sulfuro de dimetilo y otros compuestos de azufre), para ayudar en detección de fugas. Gas natural procesado es, en sí mismo, inofensivo para el cuerpo humano, sin embargo, el gas natural es un simple asfixiante y puede matar si se desplaza el aire hasta el punto en el contenido de oxígeno no apoyará la vida.
El gas natural también puede ser peligroso para la vida y la propiedad a través de un explosión. El gas natural es más ligero que el aire, y así tiende a escapar a la atmósfera. Pero cuando el gas natural se limita, como dentro de una casa, las concentraciones de gases pueden alcanzar mezclas explosivas y, en caso de ignición, provocar explosiones que podrían destruir edificios. El metano tiene un menor límite explosivo de 5% en el aire, y un límite explosivo superior del 15%. Preocupaciones explosivas con el gas natural comprimido utilizados en los vehículos son casi inexistente, debido a la naturaleza escape del gas, y la necesidad de mantener las concentraciones entre 5% y 15% para desencadenar explosiones.
Contenido de energía, las estadísticas y la fijación de precios
Las cantidades de gas natural se miden en metros cúbicos normales (correspondiente a 0 ° C en 101.325 KPaa) o en pies cúbicos estándar (correspondiente a 60 ° F (16 ° C) y 14,73 PSIA). La calor bruto de combustión de uno metro cúbico normal de gas natural de calidad comercial es de alrededor de 39 megajulios (≈10.8 kWh), pero esto puede variar en varios puntos porcentuales. En Unidades estadounidenses, uno pies cúbicos estándar de gas natural produce alrededor de 1.030 Unidades térmicas británicas (BTU). El valor real de calentamiento cuando el agua formada no se condense es la neto de calor de la combustión y puede ser tanto como 10% menos.
El precio del gas natural varía mucho dependiendo de la ubicación y el tipo de consumidor. En 2007, un precio de 7 dólares por cada 1.000 pies cúbicos (28 m3) era típico en los Estados Unidos. El valor calórico típica de gas natural es de aproximadamente 1000 BTU por pie cúbico, dependiendo de la composición del gas. Esto corresponde a alrededor de 7 dólares por millón de BTU, o alrededor de $ 7 por gigajulio. En abril de 2008, el precio al por mayor era de $ 10 por cada 1.000 pies cúbicos (28 m 3) ($ 10 / MBTU). El precio residencial varía de 50% a 300% más que el precio al por mayor. A finales de 2007, este fue de $ 12- $ 16 por 1.000 pies 3 (o MBTU). El gas natural en los Estados Unidos se comercializa como un contrato de futuros sobre el New York Mercantile Exchange. Cada contrato es de 10.000 MMBTU ( gigajulios), o 10 mil millones de BTU. Así, si el precio del gas es de $ 10 por millón de BTU en el NYMEX, el contrato tiene un valor de $ 100.000.
En los Estados Unidos, las ventas minoristas son a menudo en unidades de termias (º); 1 Term = 100,000 BTU. Los medidores de gas medir el volumen de gas utilizado, y esto se convierte en termias multiplicando el volumen por el contenido de energía del gas usado durante ese período, que varía ligeramente con el tiempo. Transacciones mayoristas se realizan generalmente en decatherms (DTH), o en miles de decatherms (MDTH), o en millones de decatherms (MMDth). Un millón de decatherms es más o menos un billón de pies cúbicos de gas natural.
El gas natural también se comercializa como un producto en Europa, principalmente en el Reino Unido NBP y hubs europeos relacionados, tales como la TTF en Holanda.
En el resto del mundo, el GNL ( gas natural licuado) y GLP ( gas licuado de petróleo) se cotizan en toneladas o mmBTU como entregas puntuales métricas. Los contratos a largo plazo firmados en toneladas métricas. El GNL y GLP se transporta por especializada naves de transporte, ya que el gas se licúa en temperaturas criogénicas. La especificación de cada carga de GNL / GLP normalmente contendrá el contenido de energía, pero esta información es, en general, no está disponible para el público.
Procesamiento de gas natural
La imagen de abajo es un esquema diagrama de flujo de bloques de una planta típica de procesamiento de gas natural. Muestra los diferentes procesos unitarios utilizados para convertir gas natural en bruto en gas ventas pipelined a los mercados de usuarios finales.
El diagrama de flujo de bloques también muestra cómo el procesamiento de los rendimientos de gas natural en bruto subproducto de azufre, etano subproducto, y líquidos de gas natural (LGN) propano, butanos y gasolina natural (denotado como pentanos +).
Almacenamiento y transporte
La principal dificultad en el uso de gas natural es el transporte y almacenamiento debido a su baja densidad. Gas natural tuberías son económicos, pero son poco prácticos a través de los océanos . Muchos tuberías existentes en América del Norte están a punto de alcanzar su capacidad, lo que llevó a algunos políticos que representan las zonas más frías de hablar públicamente a posible escasez.
Transportadores de GNL se pueden utilizar para transportar gas natural licuado (GNL) a través de los océanos, mientras que camiones cisterna puede transportar licuado o gas natural comprimido (GNC) en distancias más cortas. Pueden transportar gas natural directamente a los usuarios finales o los puntos de distribución, tales como tuberías para el transporte posterior. Estos pueden tener un costo más elevado, lo que requiere instalaciones adicionales para licuefacción o de compresión en el punto de producción, y luego gasificación o la descompresión en las instalaciones de uso final o en una tubería.
En el pasado, el gas natural que se recuperó en el curso de la recuperación de petróleo no podría ser rentable vender, y fue simplemente quemado en el campo petrolero (conocido como quema en antorcha). Este práctica derrochadora es ahora ilegal en muchos países. Además, las empresas reconocen ahora que el valor para el gas se puede lograr con el GNL, GNC, u otros métodos de transporte para en el futuro los usuarios finales. El gas es ahora re- inyectado de nuevo en la formación para la recuperación posterior. Esto también ayuda a aceite de bombeo al mantener bajo tierra presiones más altas. En Arabia Saudita , a finales de 1970, un "Maestro del Sistema de Gas" se ha creado, poniendo fin a la necesidad de la quema. Observación satelital lamentablemente muestra que algunos grandes países productores de gas todavía utilizan la quema y venteo de forma rutinaria. El gas natural se utiliza para generar electricidad y calor para desalinización. Del mismo modo, algunos rellenos sanitarios que ejercen además los gases de metano se han creado para capturar el metano y generar electricidad.
El gas natural se almacena a menudo en cavernas subterráneas formadas en el interior de los depósitos de gas agotados de pozos de gas anteriores, minas de sal, o en tanques como gas natural licuado. El gas se inyecta en los periodos de baja demanda y se extrajo durante los períodos de mayor demanda. Almacenamiento cerca de los últimos usuarios finales ayuda a satisfacer mejor las demandas volátiles, pero esto no siempre es posible.
Con 15 naciones que representan el 84% de la producción mundial, el acceso a gas natural se ha convertido en un factor importante en la economía y la política internacional. A este respecto, el control sobre las tuberías es un factor estratégico importante.
Uso
Poder de generación
El gas natural es una fuente importante de la generación de electricidad mediante el uso de turbinas de gas y vapor turbinas. Particularmente altas eficiencias se pueden lograr a través de la combinación de las turbinas de gas con una turbina de vapor en modo de ciclo combinado. El gas natural se quema más limpia que otros combustibles fósiles , como el petróleo y el carbón, y produce menos dióxido de carbono por unidad de energía liberada. Por una cantidad equivalente de calor, la combustión de gas natural produce un 30% menos de dióxido de carbono de la quema de petróleo y alrededor del 45% menos de la quema de carbón . La generación de energía de ciclo combinado con gas natural es, pues, la fuente más limpia de energía disponible que utiliza combustibles fósiles, y esta tecnología se utiliza ampliamente donde el gas se puede obtener a un costo razonable. La tecnología de pila de combustible puede llegar a ofrecer opciones más limpias para la conversión de gas natural en electricidad, pero todavía no es el precio competitivo.
Hidrógeno
El gas natural puede ser utilizado para producir hidrógeno , con un método común es la reformador de hidrógeno. El hidrógeno tiene varias aplicaciones: se trata de una materia prima principal para la industria química, un agente de hidrogenación, un producto importante para las refinerías de petróleo, y una fuente de combustible en los vehículos de hidrógeno.
Gas Natural Vehicular
El gas natural comprimido ( metano ) es una alternativa más limpia a otros automóviles combustibles como gasolina (gasolina) y diesel. En fecha 2005, los países con el mayor número de vehículos de gas natural fueron Argentina , Brasil , Pakistán , Italia , Irán , y el EE.UU. . La eficiencia energética es generalmente igual a la de los motores de gasolina, pero menor en comparación con los motores diesel modernos. El benceno (también conocido como la gasolina, gasolina) de los vehículos convertidos para funcionar con Gas Natural sufren debido a la baja relación de compresión de los motores, lo que resulta en un cultivo de potencia suministrada durante el funcionamiento a gas natural (10% -15%). Motores GNC-específicos, sin embargo, utilizan una mayor relación de compresión debido a la mayor de este combustible número de octano de 120-130.
Uso doméstico residencial
El gas natural se suministra a los hogares, donde se utiliza para fines tales como cocinar en rangos naturales con motor de gas y / o hornos, gas natural, calefacción secadoras de ropa, calefacción / enfriamiento y calefacción central. Inicio u otro calefacción del edificio pueden incluir calderas, hornos, y calentadores de agua. CNG se utiliza en casas rurales sin conexiones a entubada servicios de utilidad pública, o con portátil parrillas. Sin embargo, debido a GNC es menos económico que el GLP, el GLP (propano) es la principal fuente de gas rural.
Fertilizante
El gas natural es una materia prima importante para la producción de amoniaco , a través de la Proceso de Haber, para su uso en fertilizantes producción.
Aviación
Rusia fabricante de aviones Tupolev se está ejecutando un programa de desarrollo para producir LNG y de hidrógeno aviones potenciada. El programa ha estado funcionando desde mediados de la década de 1970, y busca desarrollar variantes de GNL y de hidrógeno del Tu-204 y Avión de pasajeros Tu-334, y también el Avión de carga Tu-330. Afirma que a los precios actuales del mercado, un avión a GNL costaría 5.000 rublos menos para operar por tonelada, más o menos equivalente al 60%, con reducciones considerables al monóxido de carbono , hidrocarburos y las emisiones de óxido de nitrógeno.
Las ventajas de metano líquido como combustible de motores a reacción son que tiene la energía más específica que la norma mezclas de queroseno y que su baja temperatura puede ayudar a enfriar el aire que el motor comprime para una mayor eficiencia volumétrica, en efecto, la sustitución de un intercooler. Alternativamente, se puede utilizar para bajar la temperatura de los gases de escape.
Otro
El gas natural también se utiliza en la fabricación de telas , vidrio , acero , plástico , pintar, y otros productos.
Seguridad
En cualquier forma, una cantidad de minutos odorante como mercaptano de t-butilo, con un olor a podrido-col-como, se añade a la de otro modo incoloro y casi gas inodoro, por lo que fugas pueden ser detectados antes de un incendio o una explosión ocurre. A veces, un compuesto relacionado, tiofano se utiliza, con un olor a huevo podrido. Adición de odorante al gas natural comenzó en los Estados Unidos después de la 1937 Nueva explosión London School. La acumulación de gas en la escuela pasó desapercibido, matando a tres centenares de estudiantes y profesores cuando se encendió. Odorantes se consideran no tóxicos en las concentraciones extremadamente bajas que se producen en el gas natural entregado al usuario final.
En las minas , donde el metano se filtra desde formaciones de roca no tiene olor, se utilizan sensores y aparatos de minería se han desarrollado específicamente para evitar fuentes de ignición, por ejemplo, la Lámpara de Davy.
Las explosiones causadas por desastres naturales fugas de gas ocurren un par de veces cada año. Individual hogares, las pequeñas empresas y los barcos se ven afectados con mayor frecuencia cuando una fuga interna se acumula gas dentro de la estructura. Con frecuencia, la explosión será suficiente para dañar significativamente un edificio, sino dejarlo de pie. En estos casos, las personas en el interior tienden a tener menores a moderadas lesiones. De vez en cuando, el gas se puede acumular en cantidades suficientemente altas como para causar una explosión mortal, desintegrar uno o más edificios en el proceso. El gas normalmente se disipa fácilmente al aire libre, pero a veces se puede recoger en cantidades peligrosas si tiempo las condiciones son adecuadas. Sin embargo, teniendo en cuenta las decenas de millones de estructuras que utilizan el combustible, el individuo riesgo de utilizar gas natural es muy baja.
Algunos campos de gas producen gas ácido que contiene sulfuro de hidrógeno (H 2 S). Este gas no tratado es tóxico. Amina gas de tratamiento, un proceso a escala industrial que elimina ácidos gaseosos componentes, se utiliza a menudo para separar sulfuro de hidrógeno a partir de gas natural.
La extracción de gas natural (o aceite) conduce a la disminución en presión en el depósito . Esto a su vez puede conducir a hundimiento a nivel del suelo. El hundimiento puede afectar ecosistemas, el medio acuático, alcantarillado y sistemas de abastecimiento de agua, fundaciones, etc.
Sistemas de calefacción de gas natural son la principal causa de monóxido de carbono muertes en los Estados Unidos, según la Consumer Product Safety Commission. Cuando una compañía de gas natural de mal funcionamiento del sistema de calefacción, se produce monóxido de carbono inodoro. Sin humos o humo para dar aviso, víctimas de envenenamiento son fácilmente asfixiados por el monóxido de carbono. Detectores disponibles que advierten de monóxido de carbono y / o gas explosivo (metano, propano, etc.)
Comparación de costes con el combustible para calefacción en los EE.UU.
Es difícil evaluar el coste de calentar una casa con gas natural en comparación con la de el combustible de calefacción, debido a las diferencias de eficiencia de conversión de energía, y el precio muy fluctuante de petróleo crudo. Sin embargo, para la ilustración, se puede calcular un costo representante por BTU. Suponiendo los siguientes valores actuales:
- Para el gas natural
- Un pie cúbico de gas natural produce cerca de 1.030 BTU (38,4 MJ / m³)
- El precio del gas natural es de $ 9,00 por mil pies cúbicos ($ 0.32 / m³)
- Para el aceite de calefacción
- Un galón de combustible de calefacción produce alrededor de 138,500 BTU (38,6 MJ / l)
- El precio del combustible para calefacción es de $ 2.50 por galón ($ 0.66 / l)
Esto le da a un costo de $ 8,70 por millón de BTU ($ 8.30 / GJ) para el gas natural, en comparación con $ 18 por millón de BTU ($ 17 / GJ) para fuel oil. Por supuesto, estas comparaciones fluctúan con el tiempo y varían de un lugar a otro depende del coste de las materias primas y los impuestos locales.
