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GÁS NATURAL
Prof. Marcelo Neves
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O Gás Natural
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O gás natural é um combustível fóssil, na forma gasosa, contendo principalmente carbono e hidrogênio, ocorrendo em jazidas ou depósitos subterrâneos.
É o resultado da degradação da matéria orgânica de forma anaeróbica oriunda de quantidades extraordinárias de microorganismos que, em eras pré-históricas, se acumulavam nas águas litorâneas dos mares da época. 
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A composição do gás natural pode variar bastante, predominando o gás metano, principal componente (90 a 95% ou mais), etano, propano, butano e outros gases em menores proporções. 
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O Gás Natural apresenta baixos teores de dióxido de carbono, compostos de enxofre, água e contaminantes, como nitrogênio. 
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Composição Típica do Gás Natural
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A Combustão do Gás Natural é completa, liberando como produtos o dióxido de carbono (CO2) e vapor de água, sendo os dois componentes não tóxicos, o que faz do gás natural uma energia ecológica e não poluente. 
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A exploração do gás natural pode estar associada à de petróleo ou pode partir de jazidas produtoras exclusivas. Em todo o mundo, assim como no Brasil, as primeiras descobertas de gás vieram associadas às descobertas de petróleo. 
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Esse combustível é responsável por quase 30% da energia consumida na Terra, sendo superado apenas pelo petróleo e pelo carvão. Em alguns países, como a Holanda, ele chega a representar 50% do suprimento energético. 
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Pela lei numero 9.478/97 (Lei do Petróleo), o gás natural "é a porção do petróleo que existe na fase gasosa ou em solução no óleo, nas condições originais de reservatório, e que permanece no estado gasoso nas condições atmosféricas de pressão e temperatura" 
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Utilização 
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Como Combustível: A sua combustão é limpa e dá uma vida mais longa aos equipamentos que utilizam o gás e menor custo de manutenção. 
Como Automotivo: Utilizado para motores de ônibus, automóveis e caminhões substituindo a gasolina e o álcool, pode ser até 70% mais barato que outros combustíveis e é menos poluente.
Como Industrial: Utilizada em indústrias para a produção de metanol, amônia e uréia. 
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O GNV – Gás Natural Veicular
O GNV é diferente do GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) por ser formado por hidrocarbonetos na faixa do metano e do etano, enquanto o GLP possui em sua constituição, hidrocarbonetos na faixa do propano e do butano. 
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A queima do GNV é uma das menos poluentes, praticamente sem emissão de monóxido de carbono. O GNV é, sem dúvida, a melhor opção de combustível para utilização em grandes centros urbanos. 
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O Gás Natural na Indústria
A célula combustível é um dispositivo que combina o oxigênio do ar para produzir eletricidade, calor e água através de uma reação química. 
Em seu interior ocorre a reação química: Gás natural +Ar = Eletricidade + calor + água + CO2 
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O gás Natural na Termelétrica
A geração é feita através da queima do gás natural nas turbinas que acionam os geradores de energia. 
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Vantagens das termelétricas movidas a gás natural
representam um baixo impacto ambiental;
Podem ser construídas próximo aos centros de consumo;
São mais seguras do que as termelétricas convencionais;
São economicamente mais vantajosas 
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Dispensam áreas para estocagem de carvão ou parque de tanques de óleo;
Pode ser construído em menos tempo e com menor investimento, se comparadas às convencionais;
Necessitam de menos empregados para o seu funcionamento. 
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Odorantes no Gás Natural
A única mudança na composição do GN visando sua distribuição e uso ocorre pela exigência da adição de odorante; 
Os odorantes são compostos sulfonados, os mais utilizados nas indústrias são as misturas de mercaptanas e o tetrahidrotiofeno (THT);
A concentração dos odorantes é aproximadamente na ordem de 5 a 6 gramas por milhão de metros cúbicos de GN. 
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Vantagens do Gás Natural 
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Baixo Impacto Ambiental: o gás é um combustível ecológico. Sua queima produz uma combustão limpa, melhorando a qualidade do ar, pois substitui formas de energias poluidoras como carvão, lenha e óleo combustível. Contribui ainda para a redução do desmatamento. 
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Facilidade de Transporte e Manuseio: Contribui para a redução do tráfego de caminhões que transportam outros tipos de combustíveis. Não requer estocagem, eliminando os riscos do armazenamento de combustíveis. 
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Vetor de Atração de Investimentos: A disponibilidade do gás atrai novas empresas, contribuindo para a geração de empregos na região. 
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Segurança: Por ser mais leve do que o ar, o gás se dissipa rapidamente pela atmosfera em caso de vazamento. Esta é a grande diferença em relação ao gás de cozinha (GLP) que, por ser mais pesado que o ar, tende a se acumular junto ao ponto de vazamento, facilitando a formação de mistura explosiva. 
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Desvantagens
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Mais Difícil de Ser Transportado, devido ao fato de ocupar maior volume, mesmo pressurizado;
Mais Difícil de Ser Liquidado, requerendo temperaturas da ordem de -160°C. 
Desvantagens em relação ao Butano:
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É um combustível fóssil, portanto finito;
Apresenta riscos de asfixia, incêndio e explosão;
O gás natural tende a se acumular nas partes mais elevadas quando em ambientes fechados;
Em caso de fogo em locais com insuficiência de oxigênio, poderá ser gerado monóxido de carbono, altamente tóxico. 
Desvantagens do Gás Natural como energia:
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Histórico do Gás Natural
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Os registros históricos indicam que na China já se conhecia GN, porém somente em 211 a.C. os chineses descobriram seu potencial utilizando-o para ferver água do mar, entre outras atividades;
O gás natural passou a ser utilizado em maior escala na Europa no final do século XIX, com a invenção do queimador Bunsen, em 1885, que misturava ar com gás natural e com a construção de um gasoduto à prova de vazamentos, em 1890. 
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No Brasil iniciou-se a indústria do gás em 1828, com D. Pedro I licenciando uma empresa para executar a iluminação das ruas da cidade do Rio de Janeiro;
Em São Paulo a iluminação iniciou-se em 1872, propiciada pela empresa inglesa denominada The Sâo Paulo Gás Company Ltda. 
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Somente na década de 40, com a descoberta de gás na Bacia de Candeias, e para não desperdiçá-lo, queimando-o, iniciou-se efetivamente o uso do gás natural no Brasil, com fornecimento deste combustível às indústrias do Recôncavo Baiano. 
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As reservas brasileiras de gás natural triplicaram nos últimos dez anos, devido às descobertas decorrentes do primeiro "choque do petróleo", 1973;
Os principais campos produtores de gás do país estão localizados nos Estados do Rio Grande do Norte, Ceará, Alagoas, Sergipe, Bahia, Espírito Santo e Rio de Janeiro. 
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Exploração do Gás 
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A exploração é a etapa inicial dentro da cadeia de gás natural, consistindo em duas fases:
pesquisa 
perfuração
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Pesquisa – feita através de testes sísmicos, verifica-se a existência em bacias sedimentares de rochas reservatórias.
Perfuração - perfurado um poço pioneiro e poços de delimitação para comprovação da existência gás natural ou petróleo em nível comercial e mapeamento do reservatório, que será encaminhado para a produção. 
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O gás natural é encontrado no subsolo, por acumulações em rochas porosas, isoladas do exterior por rochas impermeáveis, associadas ou não a depósitos petrolíferos;
Em função do teor de petróleo bruto e de gás livre classifica-se o gás, quanto ao seu estado de origem, em gás associado e gás não-associado. 
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Gás Associado - é aquele que, no reservatório, está dissolvido no óleo ou sob a forma de capa de gás. 
Gás Não-associado - é aquele que, no reservatório, está livre ou em presença de quantidades muito pequenas de óleo. 
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Processamento do Gás
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Na produção, o gás deve passar por vasos separadores, que são projetados e equipados para tirar os hidrocarbonetos
e a água que estiverem em estado líquido e as partículas sólidas. 
Se estiver contaminado por compostos de enxofre, então ele é enviado para Unidades de Dessulfurização, onde esses contaminantes serão removidos. 
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O Processamento de Gás Natural é realizado através de uma instalação industrial denominada Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN).
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Esfera de armazenamento de gás a alta pressão
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O objetivo da UPGN é separar as frações pesadas ou ricas (propano e mais pesados) existentes no gás natural úmido ou rico, gerando o chamado gás natural seco ou pobre (metano e etano) e uma corrente de Líquido de Gás Natural (LGN). 
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O LGN (Líquido de Gás Natural) é composto pelas frações mais pesadas que o propano: o gás liquefeito de petróleo (GLP), popularmente conhecido como gás de cozinha, e a gasolina natural. 
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Quando se produz uma corrente de LGN com frações mais pesadas que o etano, recupera-se também uma fração de gás natural pobre predominante em Metano.
Essa UPGN recebe o nome de Unidade de Recuperação de Líquidos (URL). 
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O que é Gás Natural Rico?
 Gás que tem teor de compostos mais pesados que o propano, constituído pelas frações de GLP e gasolina natural
O que é Gás Natural Pobre?
Gás que tem predominância em Metano
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Os principais tipos de processos aplicáveis a uma UPGN são os seguintes: 
 Refrigeração simples 
 Absorção refrigerada 
 Expansão Joule-Thompson 
 Turbo-expansão 
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Dependendo do tipo de processo a ser empregado, pode-se dizer que estes realizam as separações através de uma seqüência de operações, que pode incluir tratamento (para eliminação de teores remanescentes de umidade), compressão, absorção e resfriamento. 
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Os hidrocarbonetos recuperados podem ser estabilizados e separados por fracionamento, para obtenção dos produtos desejados, na própria UPGN ou em outras unidades específicas, tais como as Unidades de Fracionamento de Líquidos (UFL) e de Processamento de Condensado de Gás Natural (UPCGN). 
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Condicionamento
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O gás natural pode ser armazenado na forma líquida à pressão atmosférica;
Para tanto os tanques devem ser dotados de bom isolamento térmico e mantidos à temperatura inferior ao ponto de condensação do gás natural. 
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Transporte
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O transporte na fase gasosa pode ser realizado a alta pressão, comprimido a 230kgf/cm2, e a temperatura ambiente, através de barcaças ou de caminhões tanques, quando o volume demandado é pequeno e a distância envolvida é relativamente curta. 
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Para grandes volumes e em regime de operação contínua, o ideal é utilizar-se de gasodutos que operam a pressão de 120kgf/cm2, por ser econômico e confiável. 
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Como o GN depois de ser processado, torna-se inodoro e é capaz de se tornar explosivo em condições ambientais, acrescenta-se uma substância odorante na distribuição e no transporte.
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As formas de fazer o transporte do gás natural são:
Gás Natural Comprimido (GNC); 
Gasodutos; 
Gás Natural Liquefeito. 
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Gás Natural Comprimido (GNC)
O Gás Natural é armazenado em um conjunto de cilindros metálicos através de compressores especiais, a uma pressão de 250 atmosferas. 
 
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Esse conjunto de cilindros (ou módulo, ou cesta, ou feixe de cilindros) é transportado até os pontos de consumo por meio de caminhões, carretas, balsas ou plataformas ferroviárias. 
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Ao chegar no ponto de consumo, o conjunto de cilindros é descarregado e conectado a uma estação de descompressão e regulagem, possibilitando, então, seu consumo final. 
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O conjunto de cilindros vazios retorna ao ponto de carga através da unidade de transporte, reiniciando o ciclo. 
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Vantagem do GNC.
A principal vantagem do GNC é a criação de novos mercados consumidores em localidades não servidas por gasodutos, possibilitando a utilização do Gás Natural em substituição a outros combustíveis. 
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Carreta abastecendo
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Compressor
Descompressor
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Gás Natural Comprimido – transporte ponto a ponto
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Gás Natural Virtual – Substituição de parte do gasoduto por transporte GNC.
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Gasoduto
Os gasodutos têm se constituído na solução mais amplamente utilizada para o transporte do gás natural. 
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Gasoduto é um duto (uma tubulação) para conduzir o gás natural, que nele é introduzido sob pressão, por meio de compressores. 
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A rede de tubulação é formada por peças cilíndricas de aço ou de polietileno (esta é adotada em rede de distribuição);
No caso do material ser ferroso, é adicionado um sistema de eletrodos para efetuar a proteção galvânica, e assim evitar a ocorrência de corrosão 
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para diminuir o atrito do gás com a parede interna do duto, é colocado sobre ela uma tinta epóxi;
Ao longo do trajeto são, distribuídos válvulas de bloqueio automático, para facilitar a manutenção preventiva e isolar trechos quando ocorrer o rompimento do duto. 
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Estação de Compressão
Para manter o nível de pressão pré-estabelecido e compensar as perdas de carga causadas pelo consumo e pelo atrito do gás com a parede interna do próprio duto, são dimensionados e distribuídos vários sistemas de compressão por turbinas a gás ou motores elétricos ao longo da rede. 
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Estação de Redução de Pressão e de Medição 
São compostas por válvulas de redução de pressão, de bloqueio automático e/ou alívio de pressão, são instaladas nos pontos de entrega com o objetivo de adequar a pressão para o uso, ou seja, limitar a pressão entre a máxima e a mínima contratada. 
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Estação de Controle e Redução de Pressão
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Sistema de Supervisão e Controle
Dependendo do grau de importância da rede, o sistema de supervisão e controle pode ser relativamente simples ou complexo, 
As informações das grandezas monitoradas e os acionamentos dos comandos podem ser disponíveis somente no local, ou serem também à distância, que além de tele-supervisionar a rede, possibilita interferir em sua configuração através de comandos acionados remotamente.
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Descrição dos principais Dispositivos do Sistema de Duto 
Válvula de Bloqueio 
Inserido em pontos estratégicos da rede, com o objetivo de propiciar o isolamento de uma parte do sistema, para manutenção ou facilitar a drenagem de impurezas acumuladas. 
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Tipos de válvulas utilizados para bloqueio: 
Válvula Tipo Esfera; 
Válvula Tipo Macho; 
Válvula Tipo Globo; 
Válvula Tipo Borboleta. 
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Válvula de Bloqueio Automático
dispositivos de proteção que atua rapidamente caso ocorra uma anormalidade no setor em que se encontra instalado, decorrente do aumento excessivo da pressão (falha no regulador de pressão) ou do aumento exagerado do fluxo de gás (rompimento da tubulação). 
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Válvula de Alívio de Pressão e de Segurança 
Normalmente é aplicada como retaguarda para a válvula de bloqueio automático, pois a sua graduação de atuação é superior a de atuação desta. 
A válvula de segurança fecha caso a pressão diminua para um valor abaixo do disparo, enquanto que na válvula de alívio é restabelecida assim que a pressão retorne ao valor de disparo. 
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Válvula Reguladora de Pressão
É utilizada para manter os níveis de pressão dentro de uma faixa satisfatória, e similarmente a válvula de bloqueio automática, pode ser acionada diretamente ou por piloto. 
quanto maior a pressão menor a abertura 
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Válvula de Retenção 
É adotada em Estação Reguladora de Pressão que possui a configuração By Pass, para permitir que haja a seletividade entre as válvulas de bloqueio.
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Gasoduto Brasil Bolívia
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Gasoduto Brasil-Bolívia
Gasoduto Brasil-Bolívia, também conhecido como Gasbol 
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O Gasbol é uma via de transporte de gás natural entre a Bolívia e o Brasil com 3.150 quilômetros de extensão, sendo 2.593 em território brasileiro (trecho administrado pela Transportadora Brasileira Gasoduto Bolívia-Brasil S/A -TBG) e 557 em território boliviano (trecho
administrado pela Gás Transboliviano S.A. -GTB). 
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O gasoduto tem seu início na cidade boliviana de Santa Cruz de la Sierra e seu fim na cidade gaúcha de Canoas, atravessando também os estados de Mato Grosso do Sul, São Paulo, Paraná, Santa Catarina, passando por cerca quatro mil propriedades em 135 municípios. 
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O Gasbol Começou a ser construído em 1997, iniciando sua operação em 1999. Estima-se que estará plenamente operativo em 2010, com o objetivo de que o gás natural chegue a 15% de todo o consumo energético brasileiro. 
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Vale ressaltar que de todo o Gás Natural distribuído no Brasil em 2005, cerca de 48% tiveram como fonte a importação, e destes, 97% provenientes da Bolívia. 
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Mapa de gasoduto em operação
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Gás natural liquefeito ou GNL
É basicamente gás natural que, após purificado, é condensando ao estado líquido por meio da redução da sua temperatura a -163 graus Celsius. 
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Navio Criogênico 
Criogenia é o processo de produção, manutenção e utilização de temperaturas extremamente baixas, inferiores a - 46º C 
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O transporte de gás natural liquefeito (GNL), à temperatura de 162°C negativos, em navios criogênicos, só costuma ser econômico para grandes volumes e distâncias. 
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É usado onde não há possibilidade de outra alternativa. 
Os navios utilizados neste transporte são da ordem de 100 mil m3 de capacidade. 
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Predominantemente, o GNL é composto por metano e pode conter quantidades mínimas de etano, propano, nitrogênio ou outros componentes normalmente encontrados no gás natural. 
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Como é feito a liquefação do GN?
A liquefação consiste em processos termodinâmicos que promovem a mudança de estado dos gases para o estado líquido. 
Devido às características de alguns gases, (o metano entre eles), a mudança para o estado líquido não ocorrer com a elevação da pressão, sendo necessário a adoção de resfriamento. 
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Para tais gases, chamados criogênicos, a temperatura acima da qual não existe uma mudança distinta das fases líquido e vapor, a temperatura crítica, se encontra abaixo da temperatura ambiente. 
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A liquefação do gás natural permite estocá-lo e transportá-lo sob forma condensada em condições técnico-econômicas viáveis. 
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Reservas Brasileiras de GN
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em 1998 as reservas totais de GN atingiram a marca de 409,8 bilhões de m3, com o decréscimo de 5,9% em relação ao volume de 97.
Desse total, 225,9 bilhões de m3 (55,1%) referem-se ao volume provado e 183,9 bilhões de m3 (44,9%) à soma das reservas prováveis e possíveis. 
O consumo médio de GN no Brasil é de 42 milhões de m3 por dia. 
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Mais de 50% das reservas totais de gás, (205,8 bilhões de m3), estão localizadas na Bacia de Campos e o restante, 49,8%, distribuído nas demais unidades operativas da Petrobras. A maior parte das reservas totais de gás está localizada no offshore (perfuração marítima), onde se concentram 252,6 bilhões de m3. Grande parte das reservas está localizada em lâmina d'água superior a 1.000 m. 
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Reservas de Gás Natural por Região de Produção ( Bilhões de m3) 
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Distribuição do GN no mundo
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Enquanto as reservas mundiais de petróleo estão concentradas no Oriente Médio (64 %), o que permite à OPEP controlar os preços praticando os "Savings Procedures" (procedimentos econômicos). As reservas mundiais de gás natural são mais distribuídas ao redor do mundo.
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Gráfico da distribuição do petróleo no mundo
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Gráfico da distribuição de Gás Natural no mundo
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GN Associado, Não Associado e Processado – Suas Diferenças
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O Gás Natural Associado da tab. Anterior é proveniente do campo de Marlin, Bacia de Campos, RJ.
O Gás Natural Não Associado da tab. Anterior é do campo de Merluza, Bacia de Santos, SP. 
O Gás Natural Processado da tab. Anterior é proveniente da UPGN-Candeias, BA. 
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Gás Natural na Bahia
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Reservas na Bahia
A Bahia possui 10,5% das reservas totais do país;
42% das reservas na Bahia estão em terra;
campos on-shore estão situados na região do Recôncavo Baiano;
campos off-shore na Bacia de Camamu 
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COMBUSTÃO DO GN - PRODUTOS
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Na combustão do Gás Natural podemos encontrar os seguintes produtos:
Dióxido de carbono 
Monóxido de carbono 
Óxidos de nitrogênio 
Óxidos de enxofre 
Compostos orgânicos voláteis – VOC´s 
Material particulado 
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Vale ressaltar que a formação de SOx, se deve a duas causas:
		Presença de impurezas ou 
		Adição de odorantes no GN.
Lembre-se também que a formação de NOx, se deve a presença de gás nitrogênio no ar atmosférico.
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Usos finais do Gás Natural
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Comparativo Ambiental de Formas de Energias
Tep – tonelada equivalente de petróleo