AULA 2 - DEFINICOES E COMPOSICAO_20170227-0830

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Engenharia de Gás Natural
Mario Sergio da Rocha Gomes, M. Sc.
1
Engenharia do Petróleo - 80 Período
2
Processamento 
do Gás Natural
Unidades de 
processamento
Tratamento dos 
produtos gerados
Condicionamento 
do Gás natural
Processos 
termodinâmicos 
utilizados
Estudos sobre 
Hidratos
Conceitos sobre 
Gás natural
Regulamentação 
do mercado
Unidades existentes no Brasil
Garantir a especificação dos produtos
Garantir a transferência do gás
Garantir a fomentação dos negócios 
do Gás natural
Conceitos básicos sobre Gás natural
Principal problema das unidades de 
processamento de Gás natural
Processos utilizados em 
UPGN`s
DISCIPLINA
Participantes da exploração, 
produção e consumo.
Cadeia Produtiva
2
3
 GV – Gás de Venda – é o gás resultante do processamento
do gás natural. É usado pelas indústrias, residências e como
GNV (gás natural veicular). A sua especificação é
regulamentada pela Portaria n° 104 / ANP. É composto
basicamente por C1 e C2.
 GLP – Gás Liquefeito de Petróleo. É o famoso “gás de
cozinha”, liquefeito sob pressão (15 kgf/cm²). É composto
basicamente por C3 e C4.
 C5
+ - Condensado estabilizado. É composto por pentano
(C5) e mais pesados. É também conhecido por “gasolina
natural”. Normalmente é adicionado a uma corrente de
óleo. É estabilizado para ter baixa pressão de vapor e não
gerar gases de hidrocarbonetos no armazenamento.
DEFINIÇÕES SOBRE O GÁS NATURAL
DEFINIÇÕES SOBRE O GÁS NATURAL
4
 GNL - Gás natural liquefeito, gás natural que tenha sido
liqüefeito por resfriamento a menos de 258oF (-161oC)
à pressão atmosférica.
 GNC - Gás natural comprimido, utilizado em veículos
ou equipamentos, que operam a pressão mais elevada.
 LGN - Líquidos de gás natural. Hidrocarbonetos de alto
valor comercial, que podem ser extraídos do gás
natural produzido, a forma líquida. Inclui etano, GLP e
pentano, além de alguns hidrocarbonetos mais
pesados, como a gasolina.
 HGN – Hidrato de gás natural, gás natural
transformado em hidrato utilizado como método de
transporte á pressão atmosférica.
3
5
• Mistura de hidrocarbonetos de baixo peso molecular
• “É a porção do petróleo que existe na fase gasosa ou em
solução no óleo, nas condições originais do reservatório, e que
permanece no estado gasoso nas condições atmosféricas de
pressão e temperatura.” (Definição estabelecida na Lei nº
9.478/97).
DEFINIÇÕES SOBRE O GÁS NATURAL
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
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• A composição do gás natural bruto é função de uma série
de fatores naturais que determinaram o seu processo de
formação e as condições de acumulação do seu reservatório
de origem.
• O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos
em muitos lugares do planeta, tanto em terra quanto no mar,
tal qual o petróleo, sendo considerável o número de
reservatórios que contém gás natural associado ao petróleo.
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CONCEITOS SOBRE O GÁS NATURAL
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
• Gás Condensado - Alguns campos de petróleo produzem o
chamado gás condensado, que não é considerado verdadeiramente
um gás e nem líquido, apresentando uma “dupla fase fluida”. Não é
um gás devido a sua alta densidade e não é um líquido porque sua
superfície de contato varia da fase gasosa para a fase líquida.
• Gás Natural Seco (ou pobre) - É aquele em que a presença de
hidrocarbonetos mais pesados do que o metano é pequena, não
justificando a extração comercial dos mesmos. Normalmente possui
1 galão de líquido recuperável por 100 pés cúbicos (4 L para cada
3m3).
• Gás Natural Úmido (ou rico) - Normalmente possui mais de 5
galões de líquido recuperáveis por 100 pés cúbicos (20 L para cada
3m3). 7
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL BRUTO
ORIGEM COMPOSIÇÃO EM % VOLUME Densidade
Poder Calorífico 
Superior 
(MJ/Nm2)País/Campo Metano Etano Propano C4
+ CO2 N2
USA/Panh 81,6 5,6 3,4 2,2 0,1 6,9 - 42,7
USA/Ashlaw 75,0 24,0 - - - 1,0 - 46,7
Canadá 88,5 4,3 1,8 1,8 0,6 2,6 - 43,4
Rússia 97,8 0,5 0,2 0,1 0,1 1,3 - 39,6
Austrália 76,0 4,0 1,0 1,0 16,0 2,0 - 35,0
França 69,2 3,3 1,0 1,1 9,6 0,6 - 38,8
Alemanha 74,0 0,6 - - 17,6 7,5 - 29,9
Holanda 81,2 2,9 0,4 0,2 0,9 14,4 0,640 31,4
Pérsia 66,0 14,0 10,5 7,0 1,5 1,0 0,870 52,3
Mar do Norte 94,7 3,0 0,5 0,4 0,1 1,3 0,590 38,6
Argélia 76,0 8,0 3,3 4,4 1,9 6,4 - 46,2
Venezuela 78,1 9,9 5,5 4,9 0,4 1,2 0,702 47,7
Argentina 95,0 4,0 - - - 1,0 0,578 40,7
Bolívia 90,8 6,1 1,2 0,0 0,5 1,5 0,607 38,8
Chile 90,0 6,6 2,1 0,8 - - 0,640 45,2 8
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COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL BRUTO
ORIGEM COMPOSIÇÃO EM % VOLUME Densidade
Poder Calorífico 
Superior 
(MJ/Nm2)País/Campo Metano Etano Propano C4
+ CO2 N2
BRASIL
RIO DE 
JANEIRO
89,44 6,7 2,26 0,46 0,34 0,8 0,623 40,22
BAHIA 88,56 9,17 0,42 - 0,65 1,2 0,615 39,25
ALAGOAS 76,9 10,1 5,8 1,67 1,15 2,02 - 47,7
RIO GRANDE 
DO NORTE
83,48 11 0,41 - 1,95 3,16 0,644 38,54
ESPÍRITO
SANTO
84,8 8,9 3,0 0,9 0,3 1,58 0,664 45,4
CEÁRA 76,05 8,0 7,0 4,3 1,08 1,53 - 52,4
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PRODUÇÃO DO GÁS NATURAL
10
Associado
Produzido juntamente com o petróleo (poços produtores de óleo);
Produção em baixa pressão;
Apresenta alto teor de pesados (riqueza).
gás livre
gás em
solução
reservatório produtor de óleo
6
GÁS NATURAL ASSOCIADO
11
G
O
Separador 
de produção
GA
óleo
Reservatório de óleo
G
O
A
P1
P2 << P1
PRODUÇÃO DO GÁS NATURAL
12
Não-associado 
Produzido sem a presença de petróleo (poços produtores de gás);
Produção em alta pressão;
Apresenta baixo teor de pesados;
gás livre
gás em
solução
reservatório produtor de gás
PRODUÇÃO DO GÁS NATURAL
7
GÁS NATURAL NÃO ASSOCIADO
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G
CVaso depurador
GNA
Condensado não 
estabilizado
Reservatório de gás
G
O
A
P1
P2 < P1
PRODUÇÃO DO GÁS NATURAL
RESERVAS
COMPONENTES
FLUIDO
RESERVATÓRIO
MARLIM PESCADA
MARLIM PESCADA ÓLEO GÁS ÓLEO GÁS
C1 – C3 6 12 0,3 5,7 0,8 11,2
C4 – C7 3 9 2,4 0,6 6,6 2,4
C8 – C20+ 91 79 91 - 79 -
TOTAL 100 100 93,7 6,3 86,4 13,6
UNIDADE: % 
PERCENTUAL MÁSSICO DOS POÇOS
15
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CONCEITOS SOBRE O GÁS NATURAL
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL BOLIVIANO
COMPOSIÇÃO % %
CH4 87,79 89,67
C2H6 4,90 4,93
C3H8 1,82 1,75
iC4H10 0,36 0,30
nC4H10 0,51 0,43
iC5H12 0,22 0,16
nC5H12 0,14 0,10
C6H14 0,15 0,08
C7+ 0,13 0,06
CO2 3,48 2,00
N2 0,50 0,50
GÁS RICO GÁS PROCESSADO 
16
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
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HIDROCARBONETO - Função química formada por moléculas
compostas por átomos de carbono e hidrogênio (moléculas
apolares).
• Metano CH4
• Etano C2H6
• Propano C3H8
• Principal família: ALCANOS (cadeias alifáticas e saturadas)
• Fórmula Geral: CnH(2n+2)
CONDENSADO DE GÁS NATURAL - Mistura de hidrocarbonetos na
fase líquida obtida da condensação do Gás Natural nos gasodutos e
coletores durante o escoamento
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COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
18
CONTAMINANTES
-Inertes:
Não apresentam reatividade química;
Interferem no poder calorífico do gás (N2).
-Vapor d’água:
Causa ocorrência de formação de hidratos e corrosão.
-Gases ácidos:
Solução de características ácidas quando na presença de
água, causam corrosão acelerada nos dutos de
escoamento (CO2, H2S).
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
Constantes Físicas de Compostos Parafínicos de até 20 átomos de Carbono.
NOME FÓRMULA
PONTO DE FUSÃO 
(°C)
PONTO DE 
EBULIÇÃO (°C)
ESTADO A 1 ATM E 25°C
METANO CH4 -183 -162
GASOSO
ETANO C2H6 -172 -89
PROPANO C3H8 -157 -42
N-BUTANO C4H10 -135 -0,5
N-PENTANO C5H12 -130 36
LÍQUIDO
N-HEXANO C6H14 -94 69
N-HEPTANO C7H16 -91 98
N-OCTANO C8H18 -57 126
N-NONANO C9H20 -54 151
N-DECANO C10H22 -30 174
N-UNDECANO C11H24 -26 196
N-DODECANO C12H26 -10 216
N-TRIDECANO C13H28 -6 234
N-TETRADECANO C14H30 6 251
N-PENTADECANO C15H32 10 268
N-HEXADECANO C16H34 18 280
N-HEPTADECANO C17H36 22 303
N-OCTADECANO C18H38 28 303
SÓLIDON-NONADECANO C19H40 32 330
N-EICOSANO C20H42 36 360
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS HIDROCARBONETOS
• METANO
Apresenta uma estrutura molecular
tetraédrica e apoIar (CH4), de pouca solubilidade
na água, e quando adicionado ao ar se
transforma em mistura de alto teor explosivo. É o
mais simples dos hidrocarbonetos, usado
principalmentecomo combustível e na fabricação
de metanol e uréia.
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS HIDROCARBONETOS
• ETANO
É o mais simples hidrocarboneto
saturado, contendo mais de um átomo de
carbono. Trata-se de um composto de
importância industrial por sua conversão em
etileno, insumo importante nas indústrias
petroquímicas para fabricação de plásticos
(polietilenos).
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS HIDROCARBONETOS
• PROPANO
É vendido como combustível para fogões
residenciais e industriais, sendo um dos componentes
do Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). Outro uso do
propano é como propulsor para sprays aerossóis,
especialmente após a eliminação do uso dos CFCs.
Utilizado também para refrigeração em processos
industriais, em que a refrigeração necessária é obtida
por expansão "Joule-Thomson“. O propano é uma
matéria-prima importante nas indústrias de plásticos e
petroquímicas (polipropileno).
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS HIDROCARBONETOS
• BUTANO
É um dos componentes do GLP e muito 
utilizado nas indústrias de borrachas sintéticas e de 
plásticos (polibutadienos).
• PENTANOS, HEXANOS, HEPTANOS E OCTANOS
São componentes comumente encontrados 
na gasolina e na nafta.
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COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
• Não-hidrocarbonetos
N2 - nitrogênio
CO2 - dióxido de carbono (gás carbônico)
H2O - água
H2S - gás sulfídrico
COS - sulfeto de carbonila
CS2 - dissulfeto de carbono
R-SH - mercaptans
Hg - mercúrio
He - hélio
Ar - argônio
O2 - oxigênio
H2 - hidrogênio
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS NÃO-HIDROCARBONETOS
• N2
Gás inerte, não possui reatividade química
e, pelo fato de não apresentar valor energético,
quando presente em alto teor pode acarretar
redução significativa do poder calorífico da
mistura gasosa.
25
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS NÃO-HIDROCARBONETOS
• CO2
Gás ácido, que na presença de água livre forma
solução ácida corrosiva, podendo provocar danos
em tubulações e em equipamentos. Principal
constituinte dos gases de efeito estufa, podendo
ter aplicação em método não convencional de
recuperação de petróleo (reservatório geológico de
óleo/gás), na produção de fertilizantes, entre
outros. Pelo fato de não apresentar valor
energético, quando presente em alto teor pode
acarretar redução significativa do poder calorífico
da mistura gasosa.
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS NÃO-HIDROCARBONETOS
• H2O
Este componente, na área de produção,
apresenta grande preocupação, pois além de
formar um meio líquido corrosivo com gases
ácidos (CO2 e H2S), pode se transformar em
hidratos. Na área da comercialização, sua
presença além do valor máximo especificado
pode prejudicar a combustão do gás em
equipamentos térmicos (fornos, caldeiras etc.) e
em motores de veículos automotivos.
27
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS NÃO-HIDROCARBONETOS
• H2S
Gás ácido, da mesma forma que o
CO2,quando na presença de água, forma
solução ácida corrosiva. Tal componente pode
ter aplicação em processo de recuperação de
enxofre, que posteriormente é usado na
fabricação do ácido sulfúrico (indústria
química). Além disso, esse componente tem
alta toxicidade.
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS NÃO-HIDROCARBONETOS
• COS, CS2e R-SH (mercaptanas)
São compostos de enxofre, que após a
queima geram SO2 provocando poluição
ambiental.
• He e Ar 
São gases nobres que, quando presentes,
podem ser extraídos comercialmente.
• O2 e o H2
Não são comuns na composição do gás
natural.
29
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CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS DOS NÃO-HIDROCARBONETOS
• Hg
Este elemento químico não é comun na
composição do gás natural, mas quando
presente pode formar amálgama de metais.
Esse componente tem características de alta
toxicidade e seu limite de exposição no ar é de
50 μg/m3. Entre os problemas ocasionados pela
sua presença destaca-se a fragilização de
materiais (alumínio, liga cobre-níquel e etc.).
Assim como a contaminação de catalisadores
usados em processos no setor do refino.
30
31
CÁLCULO DA COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
Fração - Para expressar a quantidade de cada componente
utiliza-se a fração e, dessa forma, a composição de k
componentes da mistura, em diversas formas.
Fração em Massa ou %
em massa
Fração em Volume ou
% em volume
Fração em quantidade
de matéria ou % em
quantidade de matéria
100
1
x
m
m
y
i
k
i
i
i
 

i
k
i
i
i
m
m
y
 

1
i
k
i
i
i
V
V
y
 

1
i
k
i
i
i
N
N
y
 

1
100
1
x
V
V
y
i
k
i
i
i
 

100
1
x
N
N
y
i
k
i
i
i
 





100%
1
i
i
y
yOnde:
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Exercício de Fração – Cálculo de composição de mistura
expressa em fração
Uma mistura gasosa apresenta a seguinte composição
em massa. Calcule a fração mássica e a fração em quantidade de
matéria de cada componente da mistura. Esponha a
concentração do H2S em ppm.
. Componentes Massa (kg) Massa molar 
(Kg/Kmol)
CH4 150 16
C2H6 35 30
C3H8 18 44
N2 15 28
CO2 10 44
H2S 0,005 34
CÁLCULO DA COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
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CONCEITOS SOBRE O GÁS NATURAL
COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL NO BRASIL
Composição
(% vol.)
Ceará/Rio
Grande do 
Norte
Sergipe/
Alagoas
Bahia Espírito 
Santo
Rio de 
Janeiro
São Paulo Amazonas
C1 74,53 81,32 81,14 88,16 79,69 87,98 68,88
C2 10,40 8,94 11,15 4,80 9,89 6,27 12,20
C3 5,43 3,26 3,06 2,75 5,90 2,86 5,19
C4 2,81 1,84 1,39 1,55 2,13 1,16 1,80
C5 1,30 0,74 0,72 0,44 0,77 0,27 0,43
C6
+ 1,40 0,42 0,30 0,44 0,44 0,07 0,18
N2 1,39 1,51 1,43 1,62 0,80 1,16 11,12
CO2 2,74 1,97 0,81 0,24 0,50 0,23 0,20
H2S
(mg/m3)
1,50 7,50 7,60 7,50 6,70 Traços ------
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CONCEITOS SOBRE O GÁS NATURAL
Análise do Gás Natural
Técnica:
A cromatografia gasosa é uma técnica que se baseia no
princípio da diferença de velocidade da migração de componentes
gasosos através de um meio poroso.
Fase Móvel ou
Gás de Arraste
H2, He ou N2
Amostra de Gás
Fase Estacionária
Coluna
Cromatográfica
Detector de 
Componentes
Registrador
• A coleta da amostra é realizada por meio de cilindros de amostragem, com
pressão adequada às condições de fluxo do ponto de amostragem.
• Para assegurar uma boa condição de amostragem é imprescindível que seja
evitada a coleta do gás em situações de instabilidade da planta ou mesmo em
pontos em que não há continuidade de fluxo. 34
CONCEITOS SOBRE O GÁS NATURAL
Análise do Gás Natural
35
18
• Analise de uma amostra de Gás Natural 
Estendida
CONCEITOS SOBRE O GÁS NATURAL
36
FIM
37