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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 1/11 CAPÍTULO 3 – DEFINIÇÕES – GÁS NATURAL 1. INTRODUÇÃO O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves, que, sob temperatura ambiente e pressão atmosférica permanecem no estado gasoso. Ele é composto basicamente por metano, etano, propano e, em proporções menores de outros hidrocarbonetos de peso molecular maior. Geralmente apresenta baixos teores de contaminantes como o nitrogênio (N2), dióxido de carbono (CO2), água e compostos de enxofre (ácido sulfídrico, dissulfeto de carbono e mercaptanas). 2. TIPOS DE CAMPOS 2.1. Gás Associado Aquele que, no reservatório, está dissolvido no óleo ou sob a forma de capa de gás. Neste caso, a produção de gás é determinada diretamente pela produção do óleo (campo produtor de óleo). Caso não haja condições econômicas para a extração, o gás natural é reinjetado na jazida ou queimado, a fim de evitar o acúmulo de gases combustíveis próximos aos poços de petróleo. Em geral, o gás associado possui maiores teores de componentes pesados e é separado do óleo, em superfície, em níveis de pressão que variam de 10 a 150 psig. 2.2. Gás Não Associado Aquele que, no reservatório, está livre ou em presença de quantidades muito pequenas de óleo. Neste caso, só se justifica comercialmente produzir o gás (campo produtor de gás). As maiores ocorrências de gás natural no mundo são desses tipos de campo. Entretanto, no Brasil as maiores reservas do gás existente (aproximadamente 80%) está associado a jazidas de petróleo. A produção de gás não associado se reveste de um caráter eminentemente estratégico, na medida em que é dimensionada para atender ao diferencial existente entre a demanda total de gás e a disponibilidade do gás associado. Geralmente é produzido com elevadas pressões na superfície, objetivando melhor aproveitamento da energia dos reservatórios, e tem expressiva concentração dos componentes mais leves (metano e etano) em sua composição. UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 2/11 3. NATUREZA, COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS Por definição, Gás Natural é toda mistura de hidrocarbonetos que permaneça em estado gasoso ou dissolvido no óleo nas condições originais do reservatório, e que se mantenha no estado gasoso nas condições atmosféricas normais. É extraído diretamente de reservatórios petrolíferos ou gaseíferos, incluindo gases úmidos, secos, residuais e gases raros (gases nobres). Sua composição pode variar dependendo do fato do gás estar associado ou não ao óleo, ou de ter sido ou não processado em unidades industriais. A composição básica inclui metano, etano, propano e hidrocarbonetos de maior peso molecular (em menores proporções). Normalmente apresenta baixos teores de contaminantes como descrito anteriormente. UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 3/11 3.1. COMPOSIÇÕES TÍPICAS % molar Componentes Associado (1) Não Associado (2) Processado (3) Metano 81,57 85,48 88,56 Etano 9,17 8,26 9,17 Propano 5,43 3,06 0,43 I-Butano 0,94 0,47 - N-Butano 1,45 0,85 - I-Pentano 0,26 0,20 - N-Pentano 0,30 0,24 - Hexano 0,15 0,03 - FONTE: ANP, 2012 1) Gás do Campo de Garoupa (Bacia de Campos) 2) Gás de Mirangá, Bahia 3) Saída da UPGN, Candeias, Bahia 3.2. CARACTERÍSTICAS DO GÁS NATURAL (fonte do texto e tabela: http://www.gasnet.com.br/gasnatural/gas_completo.asp) Como foi explicitado no item anterior, o gás natural comercializável é quase completamente Metano e a partir deste ponto do texto será tratado como gás natural. Pela predominância do Metano na composição do gás natural todas as análises físicas e termodinâmicas podem ser realizadas como se este fosse o único gás presente na mistura, sem comprometimento dos resultados, como tem mostrado a prática. Para facilitar à identificação das características do gás natural a tabela abaixo mostra as principais constantes físicas dos hidrocarbonetos presentes no gás natural. UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 4/11 Tabela – Constante Físicas dos Hidrocarbonetos Obs.: Os números em parênteses são estimados./ * Volumes reais de gás corrigidos para desvio Fonte: GAS ENGINEERS HANDBOOK São importantes características (propriedades físicas) do gás natural: sua densidade inferior à do ar, seu baixo ponto de vaporização e o limite de inflamabilidade em mistura com o ar superior a outros gases combustíveis. Densidade – o gás natural é o único gás cuja densidade relativa é inferior à 1,0, sendo portanto mais leve que o ar. Este fato tem importância decisiva para segurança; Ponto de Vaporização – é o ponto em que ocorre a mudança de fase do estado líquido para o estado gasoso em certa combinação de temperatura e pressão. À pressão atmosférica a vaporização do gás natural ocorre à temperatura de (-160) º C; UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 5/11 Limites de Inflamabilidade – os limites de inflamabilidade podem ser definidos como as percentagens mínima e máxima de gás combustível em composição com o ar, a partir das quais a mistura não irá inflamar-se e permanecer em combustão. O limite inferior representa a menor proporção de gás em mistura com o ar que irá queimar sem a aplicação continua de calor de uma fonte externa. Em proporções menores ao limite inferior a combustão cessa quando interrompida a aplicação de calor. O limite superior é a proporção de gás na mistura a partir da qual o gás age como diluente e a combustão não pode se auto-propagar. Para o Gás Natural, os limites de inflamabilidade inferior e superior são, respectivamente, 5% e 15% do volume. 4. OBTENÇÃO O Gás Natural pode ser processado com o objetivo de separar suas frações mais pesadas (riqueza do gás) de forma a facilitar o manuseio dos produtos obtidos na forma líquida sob determinadas condições de pressão e temperatura. Entende-se por processamento do Gás Natural a seqüência de operações que tem por objetivo separar as frações mais pesadas do gás, de maior valor econômico, originando outro gás, de menor valor energético, denominado Gás Natural Processado. As frações pesadas, obtidas no estado líquido, são constituídas por hidrocarbonetos de maior peso molecular enquanto o Gás Natural Processado é composto basicamente por metano e etano que, juntos, somam cerca de 75% em peso do Gás Natural. Ao processar o gás natural úmido nas UPGNs (Unidades de Processamento de Gás Natural), são obtidos os seguintes produtos: (i) o gás seco (também conhecido como gás residual); e (ii) o líquido de gás natural (LGN), que contém propano (C3) e butano (C4) (que formam o gás liquefeito de petróleo - GLP) e a gasolina natural (C5 + ). UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 6/11 DESENHO ESQUEMÁTICO DO PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL 5. DEFINIÇÕES IMPORTANTES * Gás Úmido: Gás Natural que entra nas UPGNs contendo hidrocarbonetos pesados e comercialmente recuperáveis sob a forma líquida (LGN). * Gás Seco: produto do processamento do gás úmido, o qual não contém líquidos comercialmente recuperáveis (LGN). * Gasolina Natural (C5+):extraída do gás natural, é uma mistura de hidrocarbonetos que se encontra na fase líquida, em determinadas condições de pressão e temperatura, composta de pentano (C5) e outros hidrocarbonetos pesados. Obtidas em separadores especiais ou em UPGNs. Pode ser misturada à gasolina para especificação, reprocessada ou adicionada à corrente do petróleo. UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 7/11 * Gás Natural Veicular (GNV): mistura combustível gasosa, tipicamente proveniente do gás natural e biogás, destinada ao uso veicular e cujo componente principal é o metano, observadas as especificações estabelecidas pela ANP. * Gás Natural Liquefeito (GNL): gás natural processado resfriado (liquefeito) em condições criogênicas à temperaturas inferiores a -160°C para fins de transferência e estocagem em estado líquido. É composto predominantemente de metano e pode conter quantidades mínimas de etano, propano, nitrogênio ou outros componentes normalmente encontrados no gás natural. NÃO CONFUNDIR COM A DEFINIÇÃO DE LÍQUIDO DE GÁS NATURAL (LGN). * Gás Natural Comprimido (GNC): todo gás natural processado e condicionado para o transporte em ampolas ou cilindros, à temperatura ambiente e pressão próxima à condição de mínimo fator de compressibilidade. * Gás de Refinaria: mistura contendo principalmente hidrocarbonetos gasosos (além de, em muitos casos, alguns compostos sulfurosos) produzida no craqueamento e refino do petróleo. Os componentes mais comuns são hidrogênio, metano, etano, propano, butanos, pentanos, etileno, propileno, butenos, pentenos e pequenas quantidades de outros componentes, como o butadieno. É utilizado principalmente como matéria-prima na fabricação de produtos petroquímicos, na produção de gasolina de alta octanagem e na síntese orgânica de alcóois. NÃO CONFUNDIR COM GÁS NATURAL! AMBOS SÃO MISTURA DE GASES COM DIFERENCIADAS PROPORÇÕES E COMPOSIÇÕES. * GÁS NÃO CONVENCIONAL: O gás natural convencional é encontrado no subsolo, em depósitos ou reservatórios isolados por rochas impermeáveis, e pode ou não ser associado a petróleo. Já o gás não convencional pode ser considerado todo o gás natural cuja extração é mais complexa e menos atrativa economicamente, conceito que varia no tempo e de reservatório para reservatório. UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 8/11 Atualmente (desde 2012), o termo se refere principalmente ao gás de xisto (gas- containing shales ou shale gas). Mas essencialmente existem diversas categorias de gás não convencional: alocado em reservatórios a grande profundidade (deep gas) águas profundas (deep water); formações pouco permeáveis (tight gas); gás de carvão (coalbed methane); gás de zonas geopressurizadas (geopressurized zones) e hidratos submarinos. UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 9/11 Esquema de Processamento do Gás Natural Semelhante ao petróleo, o gás natural precisa ser tratado antes de sua comercialização. Com base nos mapas do reservatório, é definida a curva de produção e a infraestrutura necessária para a extração. SEPARADOR ÓLEO - GÁS Óleo Gás Desidratação VASOS DEPURADORES ÓLEO - GÁS DESSULFURIZAÇÃO Enxofre em excesso GN Recuperação de poços por método de reinjeção UPGN N2 CO2 C2 C1 Gás Natural residual ou gás pobre ou gás seco C3 C4 C5 C6 C7+ Líquido de Gás natural (LGN) Gás úmido Riqueza do gás C2 C1 GNL C5 C6 C7 + C3 C4 Gasolina Natural propano butano Fracionamento gás processado GLP Óleo + gás UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 10/11 Assim que o GN (Associado e Não Associado) é retirado de uma jazida, passa por vasos depuradores para separar as partículas líquidas (água e hidrocarbonetos líquidos) e sólidas (pó, produtos de corrosão). Se o nível de resíduos de enxofre estiver em excesso, o gás passa por Unidades de Dessulfurização. Depois, o gás é transferido para as Unidades de Processamento do Gás Natural (UPGN). Parte do gás natural pode ser aproveitado para estimular a recuperação do petróleo através dos métodos de reinjeção de gás. Nas UPGN's, o gás natural passa por algumas etapas até estar pronto para comercialização. Inicialmente, é desidratado para retirar o vapor d'água existente (manter a eficiência dos dutos de transporte evitando a corrosão e a formação de hidratos), e em seguida, sofre um processo de absorção com refrigeração ou de turbo expansão, com a finalidade de separar as frações pesadas, atendendo às exigências do mercado e do meio ambiente. O resultado final é a produção de gás natural residual (metano e etano), gás natural liquefeito (propano e butano - também conhecido como gás de cozinha) e C5 + (gasolina natural - transportada para as refinarias para futuro processamento). 6. UTILIZAÇÃO Aplicações: Combustível Residencial, Industrial e Petroquímica O Processamento do Gás Natural, conforme apresentado, propicia a geração de três frações básicas, ou até quatro, que podem ser assim utilizadas: • Gás Processado (metano e etano): Pode ser utilizado como: - Matéria prima de petroquímica, combustível e matéria prima de geração de hidrogênio (H2). • Etano: O etano produzido nas UPGN’s pode ser empregado como carga de pirólise para produção de eteno. • GLP: Para substituição do GLP importado, contribuindo para trazer mudanças na estrutura e organização do setor energético. Uma alternativa seria usá-lo como carga da pirólise, para produção de eteno, propeno e butadieno, insumos básicos da indústria petroquímica; UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ ENGENHARIA DE PETRÓLEO ENGENHARIA DE GÁS NATURAL – PROF°. JOHNY 11/11 • C5 + : Essa fração, por ser semelhante à nafta de destilação direta, pode ser incorporada ao pool de gasolina e/ou diesel do país ou, como alternativa, servir de carga da pirólise para produção de olefinas. É também possível a obtenção de gasolina de alta octanagem, querosene e óleo diesel, a partir de Gás Natural, através do GTL. É importante ressaltar que, sua disponibilidade favorece o uso para geração de energia elétrica, cogeração e refrigeração, em processos complementares às demandas energéticas das indústrias e estabelecimentos comerciais e até mesmo como única fonte para suprir a demanda devido a localizações distantes das redes de transmissões. Transporte No estado gasoso, o transporte do gás natural é feito por meio de dutos ou, em casos muito específicos, em cilindros de alta pressão (como GNC - gás natural comprimido). No estado líquido (como GNL - gás natural liquefeito), pode ser transportado por meio de navios, barcaças e caminhões criogênicos, a -160ºC, e seu volume é reduzido em cerca de 600 vezes, facilitando o armazenamento. Nesse caso, para ser utilizado, o gás deve ser regaseificado em equipamentos apropriados.
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