El gas natural es una mezcla de hidrocarburos parafínicos, con pequeñas cantidades de gases inorgánicos, como nitrógeno y dióxido de carbono y contiene además trazas de compuestos de azufre. El gas natural procedente de yacimientos de hidrocarburos naturales cuya producción puede estar asociada o no a la producción del petróleo crudo, condensados u otros fósiles.
El contenido de metano en el gas natural varía de un 60 a un 90% en volumen, por lo que se considera el componente principal del gas natural. Tiene además etano, propano, butano y componentes más pesados que varían su composición según el yacimiento del cual provienen.
El gas natural se deposita en yacimientos que pueden ser de cuatro tipos:
En yacimientos de petróleo, donde el fluido predominante es el crudo, el cual contiene gas natural disuelto en cantidades que dependen de la presión y de la temperatura del yacimiento. A estos yacimientos se les clasifica como saturados, cuando el petróleo no admite más gas en solución y cualquier exceso del mismo se desplaza hacia la parte superior de la estructura formando una capa de gas sobre dicho crudo; o no saturados cuando se desarrolla la misma capa de gas por acción del descenso de la presión en el yacimiento. La mayor parte de la producción de gas natural en Venezuela proviene de la primera categoría.
Yacimientos de gas - petróleo, poseen las mismas características de los yacimientos de petróleo. Sin embargo, por la gran extensión y espesor que pudiese formarse en este tipo de yacimientos, se requiere que se apliquen prácticas operacionales específicas para aprovechar la energía del gas natural como fuerza impulsora del petróleo hacia los pozos y así conservar el mayor volumen de gas en el propio yacimiento.
En los yacimientos de condensado los hidrocarburos se encuentran en estado gaseoso. Sin embargo, durante la producción la presión decrece hasta el punto de rocío en el cual el gas comienza a condensarse. En este tipo de yacimientos conviene inyectar gas para mantener la presión por encima del punto de rocío y de esta forma minimizar la formación de líquidos.
Los yacimientos de gas contienen hidrocarburos en su fase gaseosa. La producción ocurre por expansión, donde la cantidad de gas está relacionada con la presión de confinamiento.
El gas producido en las tres primeras categorías se denomina gas asociado por su afiliación con hidrocarburos líquidos, y el gas de la cuarta categoría se identifica como gas no asociado o gas libre, sus partes líquidas no son significativas. En Venezuela el 91% del gas producido está asociado al petróleo.
Los campos petrolíferos y de gas en Venezuela se encuentran distribuidos en cuatro provincias geológicas: Maracaibo - Falcón, Barinas - Apure, Oriental y Costa Afuera. Los yacimientos más importantes de gas condensado están ubicados en el estado Anzoátegui y en el área sur del Lago de Maracaibo. Además, se han localizado cuantiosas reservas de yacimientos de gas en la plataforma continental de la Costa Afuera de Patao, Dragón, Río Caribe y Mejillones, al norte del Estado Sucre, y en tierra firme, principalmente en el área de Tucal - Placer, en el Estado Guárico.
Impacto Ambiental del gas natural
La combustión de gas natural, compuesto principalmente por metano, produce un 25% menos de CO2 que los productos petrolíferos y un 40% menos de CO2 que la combustión del carbón por unidad de energía producida. Se atribuye al CO2 el 65% de la influencia de la actividad humana en el efecto invernadero, y al CH4 el 19% de dicha influencia.
Debido a todas estas bondades del gas natural y a las cuantiosas reservas de éste, se hace atractivo el aprovechamiento de este recurso para la producción de compuestos o materiales de mayor valor agregado. En química se ha estudiado la conversión de metano (o gas natural) por diferentes rutas para la obtención de hidrocarburos superiores. Entre las más estudiadas están, la conversión térmica, que principalmente se trata de una vía no catalítica y la conversión catalítica, que puede ser directa o indirecta. En la conversión indirecta el metano es inicialmente transformado en gas de síntesis, el cual consiste en una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno en una relación que depende del oxidante utilizado.
Cuando el proceso de conversión de metano se lleva a cabo mediante la acción del calor, sin adicción de ningún co-reactante, se dice que la conversión es térmica. En 1905 aparece por primera vez este proceso, el cual se lleva a cabo a temperaturas superiores a los 1600ºC. Sin embargo, las altas temperaturas de reacción y la formación de carbón, productos termodinámicamente favorecidos, hacen de este tipo de conversión un proceso muy ineficiente, tanto así que hoy en día ha dejado de utilizarse.
Por otro lado, se dice que cuando se logra, a partir de la conversión de metano, la formación en un sólo paso de hidrocarburos superiores, la conversión es directa. Algunos procesos desarrollados de conversión directa de metano son:
- Reacción de acoplamiento oxidativo (AOM)
- Oxidación sobre óxidos metálicos utilizando N2O
- Conversión vía clorometanos utilizando catalizadores ácidos como las zeolitas
- Acoplamiento alcano - alqueno utilizando complejos metálicos y superácidos como catalizadores
Como ya se mencionó antes en los procesos de conversión indirecta de metano, se obtiene inicialmente gas de síntesis. El gas de síntesis es transformado luego en productos de mayor valor agregado a través de procesos específicos como: La Síntesis Fischer Tropsch, la cual es utilizada para obtener alcoholes, olefinas y parafinas y El Proceso Metanol a Gasolinas, en el cual a partir de gas de síntesis se obtiene metanol utilizando catalizadores soportados de Cu/ZnO y posteriormente gasolinas utilizando zeolitas como la ZSM-5. Se ha estimado que aproximadamente, en estos procesos industriales, un 60 - 70% del costo de dichos procesos esta asociado con la producción del gas de síntesis. De allí que la reducción de estos costos puede tener una gran influencia en su rentabilidad.
Las principales reacciones que involucra la producción de gas de síntesis a partir del gas natural son:
- Reformación con vapor de agua CH4 + H2O = CO + 3H2 (ΔHº= +206 Kj/mol)
- Oxidación parcial CH4 + 1/2O2 = CO + 2H2 (ΔHº= -36 Kj/mol)
- Reformación con dióxido de carbono CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (ΔHº= +264 Kj/mol)
Como se ve, las reacciones de reformación con vapor de agua y con dióxido de carbono son altamente endotérmicas, mientras que la reacción de oxidación parcial es ligeramente exotérmica.
Basados en esto, EnQuímica hemos estudiado una combinación de la reacción de reformación seca
de metano, principal componente del gas natural, con CO2 y la reacción de oxidación
parcial como una alternativa de acoplamiento que tiene particular interés por el
hecho de poder disminuir la temperatura de reacción, debido a la exotérmicidad
de la reacción de oxidación parcial, sin afectar la composición de los
productos. Lo que se traduce entonces, en un menor consumo de energía y por
ende, en una ruta de conversión del metano más económica. Además, usar óxidos tipo
Perovskitas (ABO3) surgió como una alternativa de gran interés para
estas reacciones, ya que estos óxidos exhiben propiedades del estado sólido
relativamente fáciles de modificar y controlar mediante cambios en su
composición química, dando lugar a interesante propiedades catalíticas.
Si deseas mayor información sobre la estructura de estos catalizadores, cómo actúan en ésta reacción y otros aspectos relacionados a este tema, puedes escribirnos en la sección de comentarios o al correo enquimica.com@gmail.com!
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