Introducción a la Ingeniería del Gas Natural PRESENTACIÓN En la actualidad, hay una necesidad de contar con información técnica recopilada y específica en el área del gas natural, esta es la razón para publicación del presente trabajo; en el que se inserta información básica sobre el rubro del gas natural. Cuando se pretende ejecutar un estudio técnico en el rubro del gas natural, gran parte de la información no se encuentra disponible en español, se edita en inglés, francés o no esta adecuada a la realidad de América Latina. Con la finalidad de organizar la información de uso cotidiano, así como procedimientos e información usada a nivel internacional por los ingenieros dedicados al trabajo en la cadena de valor del gas natural, se comenzó a estructurar este compendio de procedimientos, tablas, ábacos y figuras para calcular la información requerida en los diseños. Así como la recopilación de información traducida de varios manuales, publicaciones de instituciones y autores destacados en el área. Este primer tomo, de cuatro que se editan, tiene el objetivo de realizar un estudio desde el punto de vista técnico se contó con la valiosa colaboración de los Ingenieros Mauricio Alvarado y Janeth Vidal. Con la edición de este material técnico, se espera aportar con los primeros granos de arena, para los profesionales en ingeniería que deseen incursionar en la apasionante área del gas natural. Marco Antonio Calle Martínez Introducción a la Ingeniería del Gas Natural CAPÍTULO 1 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 1. 1 GENERALIDADES El gas natural es una mezcla de hidrocarburos parafínicos livianos como el metano, etano, propano, isobutano, n-butano, iso pentano, n-pentano, hexanos, heptanos, octanos, etc. y algunas sustancias contaminantes como el H 2S, CO2, N2, H2O y varios otros compuestos químicos presentes en menores cantidades. Algunas definiciones del Gas natural en la web son las siguientes: Mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en yacimientos fósiles, solo o acompañando al petróleo. Aunque su composición varía en función del yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en cantidades que comúnmente superan el 90 o 95 %, y suele contener otros 1 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural gases como nitrógeno, etano, CO2 o restos de butano o propano. es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural Mezcla inflamable de hidrocarburos gaseosos compuesta principalmente de metano. El gas natural es energía fósil, algunas veces asociadas con los depósitos de petróleo crudo. Se utilizan grandes volúmenes como combustibles y en la síntesis de compuestos orgánicos. El gas natural tiene una enorme importancia no sólo como fuente de energía primaria, sino también como materia prima básica de la industria petroquímica… www.ambiente-ecologico.com/ediciones/diccionarioEcologico/diccionario Ecologico.php3 Mezcla de hidrocarburos que existe en estado gaseoso o mezclado con el petróleo crudo. Los hidrocarburos principales tienen entre 1 y 5 átomos de carbono. Se le llama no asociado si no está en contacto con el crudo y asociado si está en contacto con él como gas natural libre o disuelto en el petróleo omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/159/htm/sec_9.htm Una característica importante es que la mayor proporción del gas natural es gas metano, este compuesto químico le da una característica global gaseosa en condiciones ambientales. Por este motivo se conoce como “gas natural”. El gas se acumula en yacimientos subterráneos en regiones geológicas conocidas como "cuencas sedimentarias de hidrocarburos" y puede existir en ellas en forma aislada o mezclado con el petróleo. 2 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural El gas natural puede encontrarse asociado con el crudo a ser extraído de un pozo, o estar libre o no asociado, cuando se encuentra en un yacimiento de gas. El gas natural se define de acuerdo con su composición y sus propiedades fisicoquímicas que son diferentes en cada yacimiento y su procesamiento busca enmarcarlo dentro de unos límites de contenido de componentes bajo una norma de calidad establecida. El gas natural puede ser utilizado como combustible de motores o como materia prima para diversos procesos petroquímicos para la producción de polímeros, metanol, fertilizantes, reducción de hierro, etc. La popularidad del uso del gas natural se incrementó, como efecto de las restricciones ambientales estrictas sobre la contaminación al medio ambiente y sobre todo por el aumento del precio del petróleo en los últimos años. En las siguientes páginas mostramos algunos tópicos importantes en la industria del gas natural. 1.2 REDES CONCEPTUALES DE GAS NATURAL El sistema de redes de gas esta conceptualizado en grupos genéricos, la clara diferenciación de las mismas es vital para el desarrollo de proyectos de expansión, así como en la minimización de los cuellos de botella y la correcta aplicación de los recursos económicos en el desarrollo. Se clasifican en tres grupos: Redes de Producción, Redes de Transporte o Transmisión y Redes de Distribución. La Fig. 1-1 muestra un esquema detallado de las mismas. 3 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1-1 Redes conceptuales de gas natural Las redes de producción comprenden el sistema de explotación que es vertebrado por las redes de recolección, las que transportan el gas desde los pozos del yacimiento a las instalaciones de separación de hidrocarburos líquidos y agua. Las instalaciones de tratamiento comprenden los procesos de endulzamiento y deshidratación y las de procesamiento de gas comprenden los procesos de extracción de líquidos y fraccionamiento. Opcionalmente el gas seguirá la ruta del transporte para la venta ó para las plantas de producción de GLP y como materia prima para las industrias petroquímicas, donde el gas se puede usar para efectuar los procesos petroquímicos a partir del metano como ser: GTL gasolina y diesel sintéticos, Metanol, plásticos, fertilizantes y reducción de hierro. Si el gas no se usa como materia prima se dirige al transporte. Luego el gas tratado y procesado se dirige a las redes de transporte ó transmisión, en estas redes, el gas es transportado a regiones lejanas, y es impulsado regularmente por plantas de compresión de gas, ubicadas en tramos 4 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural adecuados para elevar la presión del gas y conducirlo por los gasoductos que componen la red. Los gasoductos se extienden por diversos tipos de terrenos: secos y húmedos; cruzan ríos, quebradas y fallas geológicas, por lo tanto el diseño debe ser el adecuado para cumplir con los requerimientos de consumo, medioambientales y de seguridad adecuadas para este fin. La llegada a los centros de consumo es precedida por las instalaciones de regulación de presión, medición y tratamiento secundario llamadas “City Gate” o puerta de la ciudad, luego se dirige a la red de distribución que comprende la red primaria o de alta presión de la cual se desprenden varias redes secundarias ó de media presión que vertebran las ciudades y pueblos para luego ingresar a las redes de baja presión que abastecen de gas a las redes domiciliarias, industriales y comerciales. El abastecimiento industrial se puede efectuar a través de las redes secundarias o primarias de acuerdo a su consumo neto. 1.3 RECOLECCIÓN, TRATAMIENTO Y PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL A continuación analizamos unos gráficos que muestran con más detalle la recolección, tratamiento y procesamiento del gas. Como se dijo anteriormente el proceso de recolección del gas comienza en boca de pozo, es decir, a la salida de los yacimientos Fig. 1-1. El Gas se extrae con una cierta cantidad de condensados los cuales se separan en una batería de separadores en los sistemas de recolección. Luego el gas ya liberado de sus condensados a las temperaturas y presiones de salida, es transportado por medio de ductos hacia las instalaciones de tratamiento de gas. 5 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Las instalaciones de tratamiento de gas natural son principalmente las de Endulzamiento y deshidratación de Gas Fig. 1-2. y Fig. 1-3. Las plantas de endulzamiento tienen la finalidad de extraer los compuestos ácidos del gas, principalmente CO2, H2S y otros compuestos sulfurados, que en contacto con el agua producen corrosión, la reducción de la vida útil de las instalaciones, y en consecuencia un alto riesgo de accidentes. Los métodos de endulzamiento de gas más usados son: La absorción química con soluciones de aminas, las cuales extraen los compuestos ácidos a elevadas presiones y bajas temperaturas en una torre contactora de absorción de platos o lecho empacado. Luego en el proceso de regenerado de las soluciones de aminas se liberan los gases ácidos y la amina se recircula para comenzar de nuevo el proceso. FIG. 1-2 Recolección del gas natural 6 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural La absorción física con soluciones de los compuestos ácidos, en esta tecnología, el regenerado se realiza por cambios de presión y no requiere variaciones de temperaturas importantes. La adsorción por medio de lechos sólidos, como el Sulfatreat y el Iron Sponge, en estos casos el sólido adsorbe los gases ácidos y los retiene en su masa, luego de saturado el lecho se tiene que sustituir. Existen algunas combinaciones de las anteriores, en el Tomo II de esta publicación se estudia de forma detallada todas las alternativas de endulzamiento vigentes, en los estándares industriales en la actualidad. FIG. 1-3 Tratamiento del gas natural 7 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Las instalaciones de deshidratación, por lo general siempre se implementan a continuación de las plantas de endulzamiento por que sus efluentes están saturados con agua. La extracción del agua es importante para evitar la formación de hidratos, los hidratos son unas combinaciones de hidrocarburos y agua, con estructuras de moléculas particulares que se presentan como un sólido o “nieve”, que causa problemas por taponamiento en las tuberías, mantenimiento de las instalaciones y desajustes en los procesos. Por otra parte el agua contribuye a la corrosión de los materiales y puede generar condiciones riesgosas. La deshidratación del gas se puede realizar por medio de absorción con glicoles los que capturan el agua del gas y luego lo liberan en forma de vapor. Las soluciones de glicoles son regenerables y recirculan. La deshidratación se puede realizar por otros métodos como la adsorción por sólidos como las mallas moleculares y otras. En las Figuras 1-4 a 1-6 mostramos algunas fotografías de los efectos corrosivos en ductos e instalaciones. El tratamiento del gas es muy importante para preservar las instalaciones de la cadena del gas natural por que la seguridad es el factor más importante en la operación de los ductos. 8 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1-4. Efectos de la Corrosión (A) Ruptura y Fuego en tubería de gas natural cerca de Carlsbad México (Agosto 19, 2000) FIG. 1-5. Efectos de la Corrosión (B) 9 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Las anteriores fotografías muestran un accidente en México en el año 2000, donde se produjo la ruptura del gasoducto por efecto de la corrosión en el interior del mismo. FIG. 1-6. Efectos de la Corrosión (C) El procesamiento de gas por lo general comprende los procesos de extracción de líquidos y fraccionamiento del gas. Ambos procesos realizan la separación o disgregación de los componentes del gas por métodos diferentes para producir materias primas para la petroquímica, Gas de venta, GLP y gasolinas naturales. La Fig. 1-7 muestra el esquema de ambos procesos. 10 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1-7 Procesamiento del gas natural Normalmente, de inicio se realiza la extracción de líquidos, donde se separan los líquidos del gas natural que se condensan por medio de enfriamiento. El gas separado es transportado para uso como gas de venta o en su caso como materia prima, en la petroquímica del metano. Los líquidos recuperados pasan al proceso de fraccionamiento de gas, donde se realizan “cortes” en los componentes del gas, es decir se realiza una separación por medio de la destilación que aprovecha la diferencia en la temperatura de ebullición de los componentes para separarlos. Estos productos pueden ser etenos, GLP y gasolinas naturales. 11 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Los equipos diseñados para la separación de los remanentes de metano de los líquidos del gas natural, se denominan “demetanizadores”, los equipos diseñados para separar el metano se denominan “deetanizadores”, los que separan el propano se denominan “depropanizadores” y así sucesivamente. 1.4 INSTALACIONES COMERCIALES, INDUSTRIALES Y DOMICILIARIAS Después del “City Gate” el gas natural tiene que distribuirse hasta los consumidores a través de redes de ductos que pueden ser abiertas o cerradas. Las redes abiertas son aquellas de configuración parecida a las raíces de un vegetal donde el acceso a cada sector sólo se puede realizarse en un solo sentido. Las redes cerradas son aquellas de configuración anular, es decir, el acceso del gas se puede realizar por dos rutas diferentes. 1.4.1 INSTALACIONES DOMICILIARIAS Y COMERCIALES La Fig. 1-8 muestra un esquema de las instalaciones domiciliarias, el diámetro de las tuberías es una función del consumo en el número de puntos instalados. La acometida contiene los elementos de regulación y medición para la facturación del consumo neto. 12 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1-8 Esquema de Instalación Domiciliaria 1.4.2 INSTALACIONES INDUSTRIALES Las instalaciones industriales están precedidas por la Estación de Regulación y Control, en nuestro medio llamamos a esta instalación “Puente de Regulación”. El “puente de regulación” efectúa las siguientes funciones: Filtra el gas natural Regula la presión del gas natural Mide el consumo de gas natural Alivia las posibles sobre presiones del sistema La Fig. 1-9 muestra un esquema de un puente de regulación genérico: 13 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1.-9 Puente de Regulación La Fig. 1-10 indica un esquema de la instalación completa para una industrial de un punto de consumo, para un mayor número de puntos se abren mayores ramales en paralelo. FIG. 1-10. Esquema de Instalación Industrial 14 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 1.5 GAS NATURAL VEHICULAR (GNV) El gas natural vehicular o comprimido, es el gas natural que se expende a presión en estaciones de servicio especialmente equipadas, para ser utilizadas como combustible automotor. La Fig. 1-11 muestra un esquema general de un auto convertido para el consumo de GNV. FIG. 1-11 Automóvil convertido para el consumo de GNV El gas natural debe ser sometido a elevadas presiones para poder acumular cantidades significativas en un reducido espacio. Se almacena a 200 bar (2900 psi) y a temperatura ambiente en recipientes (cilindros) de acero construidos con aleaciones especiales. La unidad de medida, a diferencia de los combustibles líquidos no es el litro, sino que se emplea el metro cúbico. El poder calorífico del gas natural es de 9.300 Kcal/m3 (1044 Btu/ft3), la gasolina especial 8.900 Kcal/litro (35307 Btu/litro). 15 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Los compresores que se utilizan para GNV son máquinas que trabajan con caudales relativamente importantes y con elevada alta presión. Por ello se utilizan los compresores del tipo alternativo pudiendo ser éstos de accionamiento hidráulico o bien mecánico. Pueden estar accionados mediante un motor eléctrico o bien por motores de combustión interna ya sean a gas u otro combustible. Para las presiones normales de suministro, se ajustan los compresores de tres a cuatro etapas, pudiendo ser de simple o doble efecto con sus cilindros dispuestos en forma horizontal, vertical, en W ó en estrella. Los hay de cortes presurizados o no presurizados, de pistón seco o lubricado y además se fabrican refrigerados por aire o por agua. Las estaciones de servicio para el expendio de GNV son pequeñas plantas de compresión y almacenamiento; las que presentan los siguientes elementos o partes: Interconexión a la red Acometida Puente de regulación y medición Compresor Batería de cilindros de almacenamiento Dispensers (Surtidores de Carga) La Fig. 1-12 muestra el esquema general de una estación de servicio para el expendio de GNV. 16 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1-12 Estación de servicio de GNV. La Fig. 1-13 indica un esquema general de las partes componentes de un kit de conversión de consumo de gasolina a gas GNV en un vehículo. FIG. 1-13 Kit de conversión de Gasolina a GNV. 17 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural La Fig. 1-14 representa las posibles localizaciones para los cilindros de almacenamiento de GNV. FIG. 1-14 Localizaciones de cilindros 1.6 GAS LICUADO DE PETRÓLEO (GLP) A PARTIR DEL GAS El fraccionamiento es una operación de destilación, este es probablemente el método más económico para separar una mezcla en sus componentes individuales. La separación es fácil si la volatilidad relativa de los compuestos “clave liviano” y “clave pesado” es substancialmente mayor que uno. Los componentes más livianos (producto de cima), se separan de los más pesados (producto de fondo). De esta forma, el producto de fondo de una columna es el alimento a la próxima columna, la cual puede operar a una presión menor pero a temperatura mayor. La altura de la columna, número de platos o altura de empaque, depende de la volatilidad relativa. Entre más baja sea la volatilidad relativa, la altura de la columna será mayor. 18 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural En la Fig. 1-15 se muestra en forma esquemática una torre de fraccionamiento con sus diferentes componentes. El calor se introduce al rehervidor para producir los vapores de despojo. El vapor sube a través de la columna contactando el líquido que desciende. El vapor que sale por la cima de la columna entra al condensador donde se remueve calor por algún medio de enfriamiento. El líquido retorna a la columna como reflujo para limitar las pérdidas de componente pesado por la cima. FIG. 1-15 Esquema de un Proceso de Destilación de Gases. 19 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Internos tales como platos o empaque promueven el contacto entre el líquido y el vapor en la columna. Un íntimo contacto entre el vapor y el líquido se requiere para que la separación sea eficiente. El vapor que entra a una etapa de separación se enfría, produciendo un poco de condensación de los componentes pesados. La fase líquida se calienta resultando en alguna vaporización de los componentes livianos. De esta forma, los componentes pesados se van concentrando en la fase líquida hasta volverse producto de fondo. La fase de vapor continuamente se enriquece con componente liviano hasta volverse producto de cima. El vapor que sale por la cima de la columna puede ser totalmente o parcialmente condensada En un condensador total, todo el vapor que entra sale como líquido, y el reflujo retorna a la columna con la misma composición que el producto de cima destilado. En un condensador parcial, solamente una parte del vapor que entra al condensador se condensa como liquido. En muchos casos se condensa solamente el líquido que sirve como reflujo a la torre. En algunos casos sin embargo, se condensa más del liquido requerido como reflujo y se tendrán por lo tanto dos productos de cima, uno líquido con la misma composición del reflujo y el otro vapor el cual está en equilibrio con el líquido de reflujo. 1.6.1 TRENES DE FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL En los procesos de fraccionamiento del gas se conocen los nombres de varios procesos particulares, se denomina De-metanizadora al equipo de proceso que realiza la separación del Metano por la corriente de tope mediante el proceso de destilación, por la parte inferior o de fondo se producen una mezcla de etano y más pesados. 20 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural De la misma forma, se denomina De-etanizadora a la torre que separa a los etanos y más ligeros por la corriente de tope y los componentes de propano y más pesado van por la parte inferior o de fondo. La De-butanizadora produce butano y más livianos por el tope y los pentanos y más pesados por el fondo. La Fig. 1-16 muestra un esquema de los principales equipos de un tren de fraccionamiento completo. Los equipos presentes en un tren de fraccionamiento se determinan de cuando a las necesidades de productos terminados, la composición del gas de alimentación y la economía del proceso. 1.6.2 PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE GLP (POR MEDIO DE LA EXTRACCIÓN DE LÍQUIDOS Y FRACCIONAMIENTO). Cuando se produce Gas Licuado de Petróleo (GLP) a partir del gas natural se procede a realizar la extracción de líquidos; estos líquidos son sometidos a un proceso de De-etanizado el que separa el gas de venta compuesto por metano y etano de la mezcla de propano y más pesados. A continuación se realiza el proceso de De-butanizado el que aísla las mezclas de propano y butanos que son los componentes del GLP y produce por el fondo las gasolinas naturales compuestas principalmente de pentanos y más pesados. La Fig. 1-16 nos muestra el proceso en un esquema. 21 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIG. 1-16 Disposición de un tren de fraccionamiento completo FIG. 1-17 Proceso de Producción de GLP por Fraccionamiento Gas natural Gas de venta Extracció n de líquidos Del gas Deetanizador Líquidos del gas natural (LGN) Gas licuado de petróleo GLP DeButanizador Gasolina natural 22 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 1.7 PETROQUÍMICA DEL METANO En la actualidad la petroquímica del metano, se ha convertido en una alternativa rentable por la disponibilidad del gas natural en algunas regiones, sus beneficios ambientales y el incremento del precio del petróleo en el mercado internacional en los últimos años. La Tabla 1-1 muestra algunos de los productos petroquímicos que se pueden sintetizar a partir del metano. TABLA 1-1 Los productos más importantes son los fertilizantes, metanol, diesel sintético entre otros. A continuación referimos algunas características más importantes. 1.7.1 FERTILIZANTES La producción de amoniaco y sus derivados a partir de metano reformado es un proceso muy conocido en el mundo, y muchos países poseedores de gas natural siempre han comenzado su industrialización con una planta de amoniaco. Por 23 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural ejemplo, Perú erigió su primera planta de amoniaco en Talara (Piura) en 1973, aunque después por problemas de suministro de gas fue sacado de servicio en 1991. Para producir amoniaco, previamente se separan los componentes licuables del gas natural (etano, propano, butano y gasolinas naturales) en una planta de separación, dejando el metano libre. 1.7.2 DIESEL A PARTIR DE GAS NATURAL REFORMADO. El desarrollo del proceso "Gas to Liquid" (GTL) utilizando un reactor FT que utiliza gas natural ha mejorado sustancialmente en la última década. Originalmente desarrollado por la Shell Oil Company como "Síntesis de Destilación Media" (SMDS), este proceso tiene dos etapas catalíticas consecutivas, en la primera etapa se produce una parafina de alto peso molecular por catálisis FT y en la segunda etapa la parafina es hidrocrackeada en un rango de punto medio de ebullición para producir “petróleo sintético” que contiene gas licuado, gasolinas, diesel oil, y productos mas pesados La primera planta comercial tipo GTL fue construida en Malasia que utiliza el gas natural para producir un diesel sintético de un alto número de octano y sin estructuras aromáticas. Actualmente, este proceso está completamente probado industrialmente, existiendo varias tecnologías desarrolladas y probadas a nivel mundial, como: Rentech, Shell, y Syntroleum, que están cambiando el panorama energético del mundo de una manera muy significativa. Es importante resaltar que la ausencia de azufre en la composición original de la mayoría de los gases de América Latina, permitirá que el diesel producido sea ecológicamente amigable y por ende altamente comerciable. 24 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 1.7.3 REDUCCIÓN DE HIERRO CON GAS DE SÍNTESIS El gas natural reformado puede ser usado como reductor de metales, especialmente el hierro, que luego puede ser transformado en acero. El proceso es denominado DRI (Direct Reduction of Iron) y reemplaza al proceso tradicional de reducción en base al carbón coque. Es importante recordar que existe una directa correlación entre el consumo del acero y el desarrollo económico de un país, esto es un hecho firmemente establecido en el mundo. 1.7.4 PRODUCCIÓN DE METANOL El gas natural puede ser tratado para la formación de gas de síntesis y luego para producir metanol a partir de este último. El metanol es un compuesto que tiene una fuerte demanda en el mundo, por que se lo puede utilizar como solvente, combustible alternativo, materia prima para varias industrias, etc. 1.8 CASO DE ESTUDIO: LA GLOBALIZACIÓN DE LOS MERCADOS DE GAS NATURAL RESUMEN En estos días la globalización de los mercados de gas natural es un tópico muy discutido entre los stakeholders (partes interesadas o afectadas por una organización en particular) en la industria del gas natural, los políticos y los académicos. Si existe un consenso acerca de las tendencias es que la “mercantilización” de los mercados del gas natural, existe menos acuerdo con respecto a la certidumbre de la aproximación global al comercio del gas. 25 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural El objetivo de este capítulo es desenredar los principales conductores detrás de la globalización de los mercados de gas natural, tanto en la demanda como en la oferta y discutir los problemas relacionados con la estructura de estos mercados, las diferencias de precios y su organización. Este análisis nos permitirá concluir que la globalización de los mercados de gas natural no puede ser abordada a través un análisis determinístico y como consecuencia aún no existe una respuesta precisa acerca de cuándo, exactamente, los diferentes mercados regionales de gas darán lugar a un mercado global. Luz Dávalos, PhD 1. INTRODUCCIÓN Para muchos de los especialistas, la globalización de los mercados de gas tiene su raíz en las tendencias actuales de la industria del gas. En el lado de los proveedores la existencia de inmensas reservas de gas natural combinada con los costes decrecientes de licuefacción y el surgimiento de una nueva generación de buques de GNL de gran capacidad. Hace cada vez más posible la provisión de muchos más consumidores a precios realmente competitivos. Por el lado de la demanda, el rol cada vez más importante del gas natural y las posibilidades de sustituir a otras fuentes energéticas, así como su importante papel en la industria petroquímica llevará a un incremento en la demanda global de gas. Sin embargo, lo que se debe reconocer claramente, es que la globalización es a menudo vista como una certeza extrapolando la situación presente en los 26 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural mercados internacionales del gas. Por ejemplo si comparamos el incremento del GNL en relación con el gas transportado por gasoductos, un incremento en la porción relativa del comercio de corto plazo de GNL, el surgimiento de las ventanas de arbitraje tanto en la cuenca Atlántica como a través de ella, la búsqueda de mayor flexibilidad en la industria y la reducción en la duración de los contratos de largo plazo. Por otro lado, la globalización es concebida como el resultado final de la liberalización de los mercados del gas. De acuerdo con este enfoque, si todos los mercados de gas fueran liberalizados, el comercio internacional del gas seguirá las leyes de la oferta y la demanda. Desarrollando todos estos puntos, a continuación, describiremos los factores que demuestran que la situación mundial con respecto al gas es más compleja de lo que indicaría una simple extrapolación, en consecuencia, la globalización del mercado del gas natural no es una certeza, así como tampoco es probable el rápido surgimiento de un poderoso mercado de GNL. 2. LOS RETOS PARA LA GLOBALIZACIÓN DEL MERCADO DEL GAS Durante la pasada década el avance de la globalización ha sido significante y en muchos casos a generados cuantiosos beneficios. Esto plantea la pregunta: ¿cuáles son las razones detrás de la globalización de los mercados del gas y cuáles son los retos a que se enfrenta? 27 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Primero, un mercado global implica que un evento en cualquiera de las regiones proveedoras automáticamente impactará en otras regiones ya que los diferentes mercados de gas estarían globalmente relacionados y la globalización crea interdependencias que generan un efecto dominó. Otra inferencia de estas interdependencias es que el gobierno y los políticos se sentirán más y más preocupados acerca de los efectos macroeconómicos de los precios del gas debido a que los precios serán globales. La globalización podría incluso reducir el margen de maniobrabilidad para regular sus políticas energéticas. Para los países consumidores de gas, la globalización implica un cambio que va desde los contratos de largo plazo a la concepción más basada en el mercado que no necesariamente garantiza la seguridad de la provisión. Para los países productores, el cambio a esta aproximación basada en el mercado expondrá a los proveedores a riesgos relacionados tanto con el volumen como con el precio ya que los contratos de largo plazo solo los expone a los riesgos relacionados con el precio. Para hacer operar los mercados físicos sin interrupciones o sobre - provisiones puntuales, la globalización requiere la construcción de instalaciones de almacenaje, tanto en los países productores como en los consumidores, lo cual es sumamente costoso. Atender a todos estos retos requiere el desarrollo de políticas flexibles tanto para la gestión de las infraestructuras como en la toma de decisiones. Un cambio final obvio introducido por la globalización, es el cambio de la fijación del precio por índices a una aproximación de asignación de precios por los mercados. El uso cada vez más frecuente de información de precios desplegada por 28 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural los mercados organizados progresivamente llevará al surgimiento de puntos de referencia internacionales para la fijación de precios del gas. La eficiencia de estos mercados podría potencialmente estar en el corazón de la globalización ya que las señales relacionadas con el precio son los principales conductores de largo plazo de la producción y el consumo. 3. EL FACTOR DEMANDA COMO INFLUENCIA La principal diferencia entre el gas y otras energías como el petróleo, es que el gas natural aún no ha encontrado un mercado establecido. El sector del transporte, por ejemplo, no puede escapar de su dependencia del petróleo y en la industria de la generación de energía, la industria del gas natural comparte el mercado con el petróleo, el carbón, la energía nuclear y las energías renovables. Considerando esto los factores de demanda detrás de la globalización de los mercados del gas necesitan ser analizados en el contexto de: Su rol en la generación de energía El incremento relativo de las exportaciones de gas en comparación con el consumo del gas El incremento relativo del consumo de gas comparado con el consumo del petróleo 3.1 El incremento de la porción relativa del gas natural en la generación de energía. Debido a que el principal uso del gas en el mundo es generación de energía, se debe prestar especial atención a la manera en que futuros incrementos en la 29 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural demanda mundial de energía estará dividida entre los diferentes combustibles utilizados para su generación. Es de conocimiento general que en comparación con el petróleo el gas natural es menos contaminante, esta es una ventaja realmente importante en la consideración de los países que ratificaron del Protocolo de Kyoto. Sin embargo para los países como China, con grandes reservas de carbón (más de 1oo billones de toneladas de carbón equivalente) con total seguridad de provisión, el crecimiento en la demanda de gas seguramente estará limitado a un rol secundario si no marginal. Para los países como Estados Unidos donde el carbón y el petróleo pueden ser fácilmente sustituidos el rol del gas en la generación de energía estará guiado por su precio relativo. 3.2 Las exportaciones mundiales de gas deben crecer más rápidamente que el consumo del gas natural. Un análisis de la globalización de los mercados de las materia primas nos dice que la globalización comienza cuando el comercio internacional crece más rápidamente que el nivel de consumo o de producción para una materia prima en particular6. Esta evidencia empírica se supone que refleja diferencias de precios entre diferentes países y/o el hecho de que los países consumidores y productores están a menudo muy alejados. Uno de los desarrollos más llamativos en el mercado de la energía en los pasados 30 años ha sido el incremento en el ratio de las exportaciones de gas en 30 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural relación con el consumo del gas. En 1970 como se muestra en la FIGURA 1 las exportaciones de gas representaban menos del 5% del consumo total de gas y estaban principalmente conducidas por las exportaciones por gasoductos. FIGURA 1 RATIO DE LAS EXPORTACIONES DE GAS EN RELACIÓN CON EL Ratios CONSUMO DE GAS Año Desde entonces el ratio de las exportaciones globales en relación con el consumo se ha multiplicado por más de 5. Llegando a un 25,2% en el 2005. Esto refleja un incremento relativo de las exportaciones de gas debido principalmente a la gran expansión del comercio por gasoductos, así como el asombroso crecimiento del comercio de GNL que al día de hoy se constituye en la piedra fundamental del debate en la globalización del mercado del gas. 31 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural El consumo mundial del gas necesita crecer más rápidamente que el 3.3 consumo del petróleo. El crecimiento de las exportaciones de gas natural no surgió de la nada si no que estuvo en relación con el crecimiento de las otras energías y del nivel relativo de consumo de gas (en relación con el petróleo). En efecto si: Gc= Consumo mundial de gas Oc= Consumo de petróleo Gx= Exportaciones de gas Ox= Exportaciones de petróleo Luego: Gx ………(1) y Gc Ox …………(2) Oc Denotan respectivamente las exportaciones de gas como un porcentaje del total del gas consumido y las exportaciones de petróleo como un porcentaje del total de petróleo consumido. Despejando tenemos que las exportaciones totales de gas son: Gx Gc Y las exportaciones totales de petróleo son: Ox Oc 32 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural También podemos Estados Unidos el ratio de gas petróleo en la ecuación de las exportaciones de gas como: Gx Gx Ox ………………….. (3) Ox Finalmente sustituyendo la ecuación 1 y 2 en la 3 tenemos que: Gx Ox Gc Oc FIGURA 2 EXPORTACIONES MUNDIALES DE GAS VERSUS EL CONSUMO Consumo Gas/Petróleo GAS/PETROLEO Exportaciones de gas en Bmc 33 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural Esta ecuación refleja claramente que las exportaciones de gas están conducidas o muy directamente afectadas, por las exportaciones de petróleo y una fuerza relativa que es el ratio del consumo gas/petróleo. Estados Unidos datos 1981- 2005 existe una correlación del 80% entre las exportaciones de gas y el ratio del consumo gas/petróleo, lo que confirma la presunción de que el crecimiento de las exportaciones de gas no puede ser desconectado del nivel relativo del consumo del gas, FIGURA 2. Una observación importante que vale la pena mencionar es el ratio de las exportaciones mundiales de gas en relación con las exportaciones del petróleo. Este ratio se ha elevado desde alrededor de un 10% a principio de los 80s a alrededor del 25% en el 2005 como indica la FIGURA 3. Aun más cuando graficamos el ratio de las exportaciones de gas/petróleo en función del consumo de gas/petróleo, encontramos que esta es la mejor variable explicatoria. En efecto, entre 1981 y 2005 la correlación entre el consumo mundial de gas y el ratio de las exportaciones gas/petróleo es del 95% mientras que para el consumo de petróleo es solo del 91%. 34 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIGURA 3 CONSUMO MUNDIAL DE GAS VERSUS RATIO GAS/PETROLEO Ratio de exportaciones EXPORTADOS Año Un incremento del uno por ciento en el consumo mundial de gas, manteniendo todas las demás variables sin variación genera un incremento del 0.93% en la velocidad relativa de las exportaciones de gas. Esto demuestra que la velocidad relativa de las exportaciones de gas esta conducida por el consumo del gas FIGURA 4. 35 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 4 FACTORES DE LOS PROVEEDORES 4.1 Disponibilidad de Reservas En el lado de la provisión, inmensas reservas de gas están esperando ser explotadas. El ratio de las reservas mundiales en relación a la producción mundial para el 2005 fue de 66 años para el gas mientras que para el petróleo es de 40 años. También se debe resaltar que el ratio para el gas no toma en cuenta la existencia de inmensas reservas de gas no convencionales como el permafrost o los hidratos de metano. El nivel de las reservas mundiales de gas se elevó desde 96 trillones de metros cúbicos (tmc) en 1985 a 179 tmc en 2005 mientras que las reservas de petróleo se elevaron solo de 761 billones de barriles (bnb) a 1.188 bnb durante el mismo periodo, si se convierten en barriles de petróleo equivalente (boe), el nivel de las reservas de gas para finales del 2005 representa 1.109 bn boe lo cual está muy cerca del nivel de las reservas de petróleo. Para los países con grandes reservas de gas asociado, por ejemplo Nigeria, el deseo de reducir el quemado de gas (flaring) y monetizar estos recursos nunca ha sido tan fuerte como lo es hoy. Para los países importadores de energía buscando energía segura y fiable, el gas como recurso energético sostenible, brinda mejores garantía que el petróleo. 36 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIGURA 4 CONSUMO MUNDIAL DE GAS VERSUS RATIO GAS/PETROLEO Ratio de exportaciones EXPORTADOS Año El reto más importante no es el descubrimiento de las reservas de gas existentes, si no, lograr cumplir los requerimientos de inversión necesarios para llevar el gas al consumidor final. 4.2 Costes decreciente a lo largo de la cadena productiva del gas La evolución de los costos en la cadena de valor del gas muestra (FIGURA 5) que la industria del gas es muy sensible a los desarrollos tecnológicos. Los segmentos donde la industria registró la reducción de costes más importante desde 1970 son la licuefacción, el embarque, el almacenamiento y la regasificación. Por ejemplo actualmente es posible realizar solo un viaje en un buque metanero de 37 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 250.000 m3 mientras que en 1970 para un volumen similar hubiera tomado 7 viajes de 36.000 m3. El sector del upstream (exploración y producción) no mostró una reducción apreciable de costos. Esta espectacular reducción de los costos en los segmentos downstream (distribución) de la industria llevarán en el futuro al surgimiento de esquemas nuevos de desarrollo en la industria del gas natural. Seguramente basados en la fragmentación y la especialización de la cadena de valor del gas. Eso a su vez acelerará la globalización del mercado. En efecto a través de esquemas integrados la mayor parte del riesgo inherente en el desarrollo de la cadena de valor del gas esta soportado por el propietario de las reservas que necesariamente dará prioridad a la seguridad de su mercado. En otras palabras el establecimiento de contratos de largo plazo para mantener las exportaciones. A través del esquema de la fragmentación los diferentes segmentos de la cadena son controlados por diferentes actores cuyos objetivos son bien optimizar sus costos o actuar en diferentes mercados FIGURA 5. 38 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural FIGURA 5 COSTOS DECRECIENTES DE GNL A TRAVES DE LA CADENA DE 4.3 Almacenaje de LNG y regasifcació n Transporte Licuefacci ón + almacenaj e Upstream $us/Millones BTU VALOR Disponibilidad de cantidades de gas (no comprometidas) Una diferencia fundamental entre el petróleo y gas es que cada vez que se desarrolla un proyecto nuevo (greenfield) todo, o casi todo el gas producido necesita estar asegurado a través de un contrato antes de que el proyecto empiece. 39 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural La razón de esto tiene dos perspectivas: el costo de transporte del gas hace que esta industria sea intensiva en capital y el riesgo asumido cuando se desarrollan proyectos internacionales nuevos es muy alto. Por lo tanto el contrato es una garantía para los inversores. Sin embargo una vez que la inversión es recuperada la necesidad de asegurar las ventas de gas reduce y hace posible la existencia de cantidades no comprometidas de gas, que pueden ser vendidas en contratos de corto plazo. En este caso la inversión requerida para mantener o reforzar la recuperación del campo de gas es marginal comparada con la inversión inicial del proyecto. La segunda fuente de cantidades no comprometidas de gas es el deseo de las empresas petroleras (operadoras) de extraer cantidades de gas sin un mercado final. Esto naturalmente genera cierto riesgo para estas compañías, pero este riesgo es cubierto a través de sus ventas de petróleo, que usualmente son más de dos tercios de sus ventas totales. En este sentido el mayor factor limitante en el desarrollo de las cantidades no comprometidas de gas en la migración del riesgo al upstream, lo que significa que el productor encarará tanto los riesgos relacionados al precio como los riesgos relacionados al volumen. Esta es la razón del vínculo entre el reciente comercio de corto plazo y los contratos de largo plazo. Mucho más que nunca este comercio de corto plazo consiste en entregas de GNL. El comercio de corto plazo relacionado con cantidades no comprometidas de gas es aún marginal. 40 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 5 FACTORES DE LOS PROVEEDORES 5.1 Ventanas de arbitraje La globalización no puede ser imaginada sin precios de arbitraje tanto espaciales como temporales, en la teoría clásica, las diferencias de precios entre las regiones solo deben reflejar diferencias en el coste de transporte, mientras las diferencias en el horizonte de tiempo pueden reflejar bien preferencias temporales o problemas de disponibilidad del producto. En el área del gas natural, las diferencias de precio entre las regiones puede reflejar tanto la estacionalidad de gas como también diferencias en el grado de sustituibilidad del gas. En países como Estados Unidos, el diesel puede ser sustituido fácilmente por gas para la generación de energía. En otros países esta sustitución puede implicar mucho más tiempo (técnicamente hablando). Considerando la estacionalidad del gas a veces sucede que en el mismo hemisferio el pico de la demanda de gas ocurre durante el verano en un país y durante el invierno en otros. Este es el caso típico de Estados Unidos donde el uso de aire acondicionado crea los picos de demanda del verano; mientras en el otro lado del Atlántico, en el Reino Unido este pico ocurre durante el invierno debido a la necesidad de calentar las casas. Los patrones en las diferencias de la demanda de gas que existen entre las diferentes regiones del mundo crean una gran posibilidad para el arbitraje de precios. 41 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 5.2 Ausencia de cuellos de botella y acceso a la infraestructura Para permitir que los arbitrajes de precios se requiere un exceso de capacidad o una capacidad existente que no sea parte del contrato de largo plazo. Esto es para todos los segmentos de la cadena de valor: transporte, licuefacción, embarque y regasificación. La capacidad debe estar disponible al mismo tiempo en todos estos segmentos de lo contrario el cuello de botella haría imposible que el gas llegue al consumidor final. A este respecto muchos especialistas, predicen cuellos de botella en los segmentos de licuefacción debido a las limitaciones en EPC. Un siguiente paso en este proceso podría ser el acceso a terceras partes para la infraestructura disponible. En muchos países, (Norte América y el Reino unido por ejemplo) acceso a la infraestructura de transmisión está garantizado ya sea a través de negociaciones de acceso con los operadores de los sistemas de transmisión o a través de accesos regulados. La existencia de segundos mercados para la capacidad de transmisión añade eficiencia a la manera como opera el sistema. En el sector de la regasificación la reserva antelada de capacidad es posible para propósitos de seguridad en la provisión, sin embargo esta reserva es, en la mayoría de los casos, basada en el principio de “úsalo o piérdelo”. En otras regiones como la europea continental, la tercera parte de la infraestructura todavía está en etapa preliminar, aunque los reguladores se están esforzando para desmantelar progresivamente el poder de los “titulares”. 5.3 Mercados organizados y con liquidez La experiencia del mercado del petróleo así como de otras materias primas como los metales, muestra que la existencia de un mercado organizado con 42 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural suficiente nivel de liquidez es un buen catalizador para promover la globalización. Aún más, los mercados organizados (físicos o electrónicos) donde los compradores y vendedores pueden encontrarse, juegan un rol crucial para el despliegue de la información oportuna, especialmente en relación a los precios. Sin un mercado organizado donde la oferta y la demanda de todos los participantes del mercado sean centralizadas, los precios no pueden reflejar su componente principal, la competencia. Sin embargo un mercado organizado no es suficiente por si solo, necesita además desplegar la información continuamente, con total transparencia para los participantes sin ninguna discriminación o acceso privilegiado. El número de participantes necesita ser lo suficientemente grande para que cada punto de oferta o demanda encuentre su contraparte rápidamente y sin ningún descuento de precio. En otras palabras el nivel de liquidez necesita ser suficiente, de lo contrario del mercado no operaría de una manera armoniosa. Hoy en día a pesar del surgimiento de varios hubs de comercio de gas en Europa y Asia. El London International Petroleum Exchange (IPE) y el New York Mercantile Exchange (NYMEX) son buenos candidatos para conducir el comercio internacional del gas. Ambos mercados tienen gran experiencia en la asignación de precios del West Texas Intermediate (NYMEX) o North Sea Brent (IPE). Su experiencia acumulada los hace candidatos naturales para tomar el rol de “punto focal” para la determinación de los precios del gas natural. Aún más ambos ofrecen posibilidades de conexión vía Internet y una variedad de contratos físicos y futuros, no obstante en la actualidad los exportadores recurren muy raramente a estos mercados. 43 Introducción a la Ingeniería del Gas Natural 6 CONCLUSIONES En este resumen se discutió la idea de que la globalización del mercado del gas no solo está vinculada con el crecimiento de la demanda del gas natural sino además con el deseo de los exportadores de vender en un sistema de corto plazo. En el lado de la demanda, la globalización del gas esta también vinculada al incremento relativo del ratio en comparación con el consumo del petróleo. Debido a que el gas aún no ha atraído inmensos mercados, su globalización debe ser vista en el contexto de su potencial surgimiento como una fuente de generación de energía. En el lado de la oferta, la naturaleza comercial de la industria del gas crea un desequilibrio entre el riesgo de desempeño financiero de la cadena de valor de la exportación y el riesgo de desempeño financiero en los segmentos más cercados al consumidor principal, lo cual es la principal limitación para el incremento de las cantidades de gas que no han sido asignadas a los contratos de largo plazo. Sin embargo el surgimiento de nuevos esquemas de desarrollo de la industria y la búsqueda de más flexibilidad harán seguramente que estén disponibles mayores cantidades de “gas no comprometido”. Si la tendencia de la industria del gas natural lleva a la idea de la “materiaprimación” un análisis más detallado de los conductores reales detrás de la globalización de los mercados del gas permite concluir que no podemos considerar la globalización del mercado del gas como un problema determinístico, ni podemos decir con seguridad cuando ocurrirá. 44
