componentes del gas natural

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE
Nombre: CHRISTIAN GARCIA NARVAEZ
Asignatura: MOTORES ESPECIALES
Fecha: 21/07/2015
INFLUENCIA CONTAMINANTE DEL USO DEL GAS NATURAL COMO CARBURANTE AUTOMOTRIZ
 GAS NATURAL
El gas natural es un combustible compuesto por un conjunto de hidrocarburos livianos, el
principal componente es el metano (CH4). Se puede encontrar como “gas natural asociado”
cuando está acompañando de petróleo, o bien como “gas natural no asociado” cuando son
yacimientos exclusivos de gas natural.
Ilustración 1
Fuente:
http://www.fundaciongasnaturalfenosa.org/SiteCollectionDocuments/Actividades/Seminarios
/Granada%20040702/Carmen%20Calleja.pdf

2. Ilustración 2
Fuente: http://www.cinydesac.com/articulos/Bondades-del-gas-natural.pdf
 Gas Natural Licuado (GNL)
El GNL es gas natural que ha sido sometido a un proceso de licuefacción, que consiste en llevarlo
a una temperatura aproximada de -1600 C con lo que se consigue reducir su volumen en 600
veces. Esto permite transportar una cantidad importante de gas en buques llamados metaneros.
El GNL se halla en estado líquido mientras que el gas seco (que viaja por gasoducto) se encuentra
en estado gaseoso.
Fuente: http://www.iae.org.ar/archivos/educ_gnl.pdf
Cuando el GN es sometido a un proceso de licuefacción en el cual se enfría a una temperatura
criogénica, por debajo de –160ºC a presión atmosférica, se condensa a líquido, y se conoce como
gas natural licuado (GNL) (Arias, 2006). La principal ventaja del GNL sobre el GN es que su
volumen es 600 veces menor. Además, el GNL pesa apenas un 45% de su volumen equivalente
en agua. La ventaja del GNL en volumen y peso hace que sea factible de almacenarlo y
transportarlo de las zonas productoras a las consumidoras. Como características principales el
GNL es inodoro, incoloro, no tóxico, su densidad relativa (respecto al agua) es 0,45 y sólo se
quema si entra en contacto con aire a concentraciones de 5% a 15% (límites de inflamabilidad).
La densidad del GNL está entre 0,44 y 0,47 tonelada por metro cúbico, dependiendo también de
su composición. Los valores caloríficos para el GNL ya regasificado van desde 37,6 MJ/m3 hasta
41,9 MJ/m3. (AIE, 2007) El valor calorífico del GNL puede expresarse en MJ por metro cúbico del
gas licuado o GJ por tonelada. La relación entre un metro cúbico de GNL y un metro cúbico de
GNL regasificado depende de la composición del GNL y es aproximadamente 1:600 (AIE, 2007).
 Gnc:
Se denomina GNC al gas natural comprimido a altas presiones y almacenado en depósitos. Esta
compresión se realiza para poder almacenar una cantidad de energía considerable en un
volumen limitado.
El único inconveniente que conlleva es que cuanta mayor sea la energía almacenada en el
tanque, mayor serán los efectos negativos en caso de un accidente que afecte al sistema de

3. almacenamiento. Sin embargo, cabe mencionar que el GNC es menos peligroso que otros
combustibles debido a que presenta una elevada temperatura de ignición (700ºC) y un rango de
inflamabilidad muy bajo (suele oscilar entre 5-15% de la mezcla aire/gas a presión atmosférica).
Se utiliza como combustible para uso vehicular ya que es económico y ambientalmente limpio
(se justificará en apartados posteriores), por lo que es considerado una alternativa para la
sustitución de combustibles líquidos. La utilización de elevadas presiones permite almacenar
una cantidad de energía considerable para proveer la máxima autonomía posible al vehículo.
El gas natural se suele comprimir a 250 bar y se almacena en el vehículo en cilindros instalados
en la parte trasera, el chasis, o en el techo, a una presión de 200 bar.
Fuente: http://sanjanasadhani.weebly.com/uploads/1/0/6/4/10643581/memoria.pdf
livianos
Ilustración 3
Ilustración 4
Ilustración 5

4. Pesados
Ilustración 6
Ilustración 7
 GNV:
La toma de conciencia de la degradación del medio ambiente causada por las emisiones de gases
de escape de origen vehicular, ha inducido a la búsqueda de combustibles más “limpios”. El
factor geográfico de la ciudad de Lima con cercana presencia de la cordillera de Los Andes impide
la limpieza de la atmósfera por barrido de los vientos, creando así una capa de inversión de baja
altura y una consiguiente acumulación de partículas contaminantes. El GNV posee innumerables
beneficios medio ambientales entre los cuales podemos mencionar: - No contiene Azufre ni
plomo. - Reducción de hasta 97% en emisiones de monóxido de carbono (CO) con respecto a los
combustibles líquidos - Reducción de hasta 97% de emisiones contaminantes con respecto a los
combustibles líquidos - Reducción de hasta 100% de emisiones de particulado. - Los vehículos
transformados a GNV superan las Normas EURO III vigentes actualmente e inclusive las normas
EURO IV que están por ser emitidas.

5. Ilustración 8
Ilustración 9
FUENTE: http://www.conuee.gob.mx/archivospdf/presentacionGNVNov13.pdf
Ventajas ecológicas
Ilustración 10
Separación de gas natural de contaminantes:
El gas natural contiene aproximadamente un 90% en volumen de metano pero tiene trazas de
gases sulfurados que actúan envenenando los catalizadores, por lo que debe ser desulfurado.
Este proceso se lleva a cabo mediante algunos procesos mediante diferentes aplicaciones para
la eliminación de compuestos sulfurados a base de níquel o cobre-zinc, describa por lo menos
dos maneras de eliminar este compuesto presente en el gas natural El proceso de reformado El
gas natural contiene aproximadamente un 90% en volumen de metano pero tiene trazas de

6. gases sulfurados que actúan envenenando los catalizadores, por lo que debe ser desulfurado.
Este proceso se lleva a cabo mediante algunos procesos mediante diferentes aplicaciones para
la eliminación de compuestos sulfurados a base de níquel o cobre-zinc, describa por lo menos
dos maneras de eliminar este compuesto presente en el gas natural El proceso de reformado.
Ilustración 11
Fuente: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/vega_z_j/capitulo3.pdf
Fraccionamiento del Gas Natural
El fraccionamiento es una operación de unidad utilizada para separar mezclas dentro de
productos individuales. El fraccionamiento implica la separación de componentes por la
volatilidad relativa (a). La dificultad de una separación directamente es relacionada con la
volatilidad relativa de los componentes y la pureza requerida de las corrientes del producto.
La forma más utilizada para la separación de los componentes del gas natural es mediante
enfriamiento, se utilizan los principios de refrigeración mecánica o autorefrigeración mediante
el principio de Joule Thompson (expansión isentrópica o adiabática). Posteriormente la mezcla
liquida es sometida a fraccionamiento en una columna de platos o empaques.

7. Ilustración 12
Columna de fraccionamiento
Una columna de fraccionamiento, también llamada columna de platos o columna de platillos, es
un aparato que permite realizar una destilación fraccionada.
Destilación fraccionada
Una destilación fraccionada es una técnica que permite realizar una serie completa de
destilaciones simples en una sola operación sencilla y continua. La destilación fraccionada es
una operación básica en la industria química y afines, y se utiliza fundamentalmente en la
separación de mezclas de componentes líquidos.

8. Ilustración 13
Fundamento teórico
consiste en el calentamiento de la mezcla, que da lugar a un vapor más rico que la mezcla en el
componente más volátil (destilación simple). El vapor pasa a la parte superior de la columna
donde condensa. Como la temperatura sigue aumentando, a su vez este condensado se calienta
dando lugar a un vapor aún más rico en el componente más volátil (más ligero, de menor punto
de ebullición), que vuelve a ascender en la columna (nueva destilación simple). De la misma
forma el líquido condensado de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna,
haciéndose cada vez más rico en el componente menos volátil.

9. Ilustración 14
Ilustración 15
Fuent: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/15862/tesisUPV3510.pdf?sequence=1
PRODUCCIÓN DEL GAS NATURAL Y METANO
Extracción del gas natural
Perforación Una práctica habitual usada para rentabilizar la explotación es la agrupación de
varios pozos, separados de 5 a 8 m entre ellos, en una sola plataforma. Los pozos se perforan
consecutivamente y se distribuyen de tal manera que permiten cubrir un área determinada del
estrato de pizarra sin dejar huecos. El número de plataformas por km² es de 1,5 a 3,5. Cada
plataforma requiere una superficie de 1,5 a 2 hectáreas, que permita almacenar todo el fluido

10. de fractura, los lodos de perforación, el equipo asociado a las operaciones de fractura hidráulica,
el correspondiente a la perforación vertical y el correspondiente a la perforación horizontal
(diferente del anterior y muy numeroso), sin olvidar los restos de la perforación y el fluido de
fabricados en acero que refuerzan el orificio de perforación.
Ilustración 16
El espacio existente entre el exterior del tubo y la pared del pozo (ánulo) se suele cementar. A
medida que aumenta la profundidad de perforación, la correcta realización del cementado
resulta cada vez más complicada. Sin embargo, es de suma importancia puesto que en la fase
de fractura hidráulica el pozo es sometido a múltiples cambios de presión muy fuertes. Los tubos
de revestimiento junto al cementado cumplen una función estructural (proporcionan solidez y
consistencia al pozo), previniendo un hundimiento del pozo y corrimientos de la tierra superficial
que rodea la boca de éste. Además, cumplen otra función fundamental: protegen los acuíferos
de posibles contaminaciones por los lodos de perforación, el fluido de fractura, o cualquiera de
las sustancias presentes en la roca y liberadas en los procesos de perforación y fractura
hidráulica (el propio gas metano, metales pesados, partículas radiactivas, etc.).

11. Ilustración 17
Una vez alcanzado el estrato deseado se utilizan explosivos para crear pequeñas grietas
alrededor del orificio de producción. retorno y demás sustancias que emergen del pozo. El
proceso de perforación se lleva a cabo ininterrumpidamente las 24 horas del día durante meses.
A medida que se perfora el pozo, se van instalando una serie de tubos de revestimiento (casing).
Fractura Hidráulica
Se emplea para extender las pequeñas fracturas varios cientos de metros, inyectando un fluido
a una elevada presión (entre 34 y 690 atmósferas, equivalentes a la presión que hay bajo el mar
a una profundidad de 3450-6900 m). En la actualidad, se divide el tramo horizontal en varias
etapas independientes (de 8 a 13) empezando por el extremo final (pie) del pozo. Además, cada
etapa es fracturada alrededor de 15 veces consecutivas, cada una con aditivos específicos. Por
tanto, cada pozo es sometido a un gran número de fuertes compresiones y descompresiones
que ponen a prueba la resistencia de los materiales y la correcta realización de la cementación,
de las uniones, del sellado, etc. Aproximadamente un 98% del fluido inyectado es agua y un
agente de apuntalamiento, (normalmente arena) que sirve para mantener abiertas las fracturas
formadas, permitiendo así la extracción posterior del gas a través del tubo de producción. El 2%
restante son productos químicos que sirven para lograr una distribución homogénea del agente
de apuntalamiento, facilitar el retroceso del fluido, inhibir la corrosión, limpiar los orificios y
tubos y como antioxidante, biocida/bactericida. Sólo para la fase de fractura, una plataforma

12. con 6 pozos de 2 km de profundidad y 1,2 km de recorrido horizontal necesita entre 72.000 y
210.000 toneladas de agua. Parte del agua se extrae directamente de fuentes superficiales o
subterráneas del lugar y es transportada en camiones o a través de tuberías. Si se tiene en cuenta
todo el proceso y no sólo la fase de fractura, el consumo de agua aumenta de un 10% a un 30%.
Ilustración 18
Fuente: www.comimsa.com.mx
Orígenes del metano.
El metano se produce por la descomposición de substancias vegetales, principalmente celulosa,
por la acción de microorganismos, y se desprende del cieno de algunos pantanos, por lo que
también suele denominarse gas de los pantanos. Los orígenes principales de metano son:
Descomposición de los residuos orgánicos 28%. Agente común de descomposición es el calor,
que puede descomponer tanto los compuestos inorgánicos como los orgánicos. La
descomposición también puede producirse por la acción química, la catálisis, las bacterias, las
enzimas y la luz. La fermentación, por ejemplo, es causada por la acción de las enzimas. El

13. término descomposición se aplica también al fenómeno de desintegración biológica o
putrefacción causado por los microorganismos. Sin embargo, mediante la descomposición
también pueden obtenerse productos útiles como el petróleo.
Fuentes naturales (pantanos) 23%. Bacterias que obtienen su energía a través de la producción
metabólica de gas metano, a partir del dióxido de carbono y del hidrógeno. La mayoría son
anaerobias, es decir, que viven en ausencia de oxígeno. Las bacterias de este género, provocan
la descomposición anaerobia de la materia de origen vegetal, por ello se encuentran en las
charcas, en el suelo y en el tracto digestivo de las vacas y de otros rumiantes.
Extracción de combustibles fósiles 20%. El metano tradicionalmente se quemaba y emitía
directamente. Hoy día se intenta almacenar en lo posible para reaprovecharlo formando el
llamado gas natural.
Los procesos en la digestión y defecación de animales 17%. Especialmente del ganado
generado por las bacterias del trasto digestivo.
Las bacterias en plantaciones de arroz 12%. La agricultura da cuenta de alrededor de una quinta
parte del efecto invernadero produciendo cerca del 50 y el 70% respectivamente, 5 de todas las
emisiones antropogénicas de CH4 y N2O, aunque esta última no nos interesa en este proyecto.
Ilustración 19
Obtención de metano en vertederos
La fracción de residuos de transformados vegetales que se deposita en vertedero es susceptible
de someterse a tratamiento con el resto de residuos urbanos para la obtención de metano. Se
llama mecanización de residuos sólidos al proceso de fermentación anaeróbica de los
componentes orgánicos de los mismos. Dicha fermentación es producida por bacterias que se

14. desarrollan en ambientes carentes de oxígeno. Durante el proceso de transformación de la
materia orgánica (digestión) dichas bacterias producen un gas denominado por su origen
"biogás", el cual se compone fundamentalmente de metano (CH4) y de dióxido de carbono
(CO2). Los porcentajes de participación de estos gases son variables y dependen de las
condiciones físico-químicas en que se desarrolla la digestión de la materia prima. El metano se
puede utilizar en la producción de energía eléctrica y de energía térmica. La tecnología
anaerobia aplicada a la biometanización de los residuos sólidos urbanos es una tecnología
madura con posibilidad de ser aplicada a cualquier tipo de fracción orgánica
independientemente de su origen (forma de selección) o de su grado de humedad. La
biometanización se aplica generalmente seguida de un proceso de compostaje, dado que el
residuo una vez digerido, no posee las características idóneas para ser utilizado en agricultura.
Ilustración 20
métodos abiogénicos.
Casi todo el metano en la Tierra tiene un origen biológico, los científicos han comenzado
recientemente a apreciar los muchos medios abiogénicos en que el metano puede ser generado.
La precondición esencial para el metano abiogénico, según una cientifica llamada Juske Horita
de la División de Ciencias Químicas en el Laboratorio Oak Ridge en Tennessee, es la presencia
de hidrógeno molecular (H2) y anhídrido carbónico. La mayor parte del metano abiogénico es
generado por una reacción de “serpentinización”, que forma el mineral serpentina. En las
cadenas oceánicas, el agua calentada por el magma reacciona con rocas como el olivino, que
contiene elevados niveles de los catalizadores hierro y magnesio. Durante la serpentinización,
el hidrógeno liberado a partir del agua reacciona con el carbono del anhídrido carbónico y forma
el metano. La reacción genera calor y vastos depósitos de serpentina en el fondo del océano.

15. Hasta hace poco tiempo, se pensaba que las reacciones abiogénicas de agua, minerales y
anhídrido carbónico, incluyendo la serpentinización, requerían agua a 200ºC. 9 Hay indicios de
que reacciones similares productoras de metano podrían tener lugar en condiciones más frías.
Horita, por ejemplo, hace notar que la serpentinización puede ocurrir en el agua a entre 50 y 70
grados C en Omán y las Filipinas. A pesar de los descubrimientos de múltiples nuevos caminos
de producción de metano abiogénico, la mayor parte del metano en la Tierra es biogénico.
Fuente: http://casiupa2.webcindario.com/metano.pdf