Apostila Gás Natural I Cap 3

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ENGENHARIA DE PETRÓLEO - GÁS NATURAL I – PROF°. JOHNY 
 
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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). 
 
Tipos de campos 
• Gás Associado: é 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. 
 
• Gás Não Associado: é 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. 
 
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2. NATUREZA E COMPOSIÇÃO 
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. 
 
 
 
 
 
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Características do Gás Natural – 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. 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+). 
 
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 DESENHO ESQUEMÁTICO DO PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL 
 
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. 
*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 resfriado a temperaturas inferiores a -
160°C para fins de transferência e estocagem como líquido. É composto 
predominantemente de metano e pode conter quantidades mínimas de etano, propano, 
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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. 
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 (geopressurizedzones) e hidratos submarinos. 
 
 
 
 
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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 infra-estrutura necessária para a extração. Assim que o GN (Associado e Não 
Associado) é retirado de uma jazida, passa por vasos depuradores para separar as 
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 
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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). 
 
4. UTILIZAÇÃO 
 
Aplicações: Combustível Residencial, Industrial e Petroquímica 
 
O Processamento do Gás Natural, conforme apresentado, propicia a geração de 
três frações básicas 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; 
• 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. 
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 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. 
 
Distribuição 
 
A distribuição é a etapa final do sistema, quando o gás chega ao consumidor, 
que pode ser residencial, comercial, industrial (como matéria-prima, combustível e 
redutor siderúrgico) ou automotivo. Nesta fase, o gás já deve estar atendendo a padrões 
rígidos de especificação e praticamente isento de contaminantes, para não causar 
problemas aos equipamentos onde será utilizado como combustível ou matéria-prima. 
Quando necessário, deverá também estar odorizado, para ser detectado facilmente em 
caso de vazamentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. ESPECIFICAÇÕES E MÉTODOS DE ANÁLISE 
 Especificação do Gás Natural (1) no Brasil: RESOLUÇÃO ANP 16 DE JUNHO DE 2008 
 
Observações: 
(1) O gás natural não deve conter traços visíveis de partículas sólidas ou líquidas. 
(2) Os limites especificados são valores referidos a 293,15K (20ºC) e 101,325kPa (1atm) em base seca, 
exceto os pontos de orvalho de hidrocarbonetos e de água. 
(3) A aplicação veicular do gás natural de Urucu se destina exclusivamente a veículos dotados de 
motores ou sistemas de conversão de gás natural veicular que atendam à legislação ambiental específica. 
O revendedor deverá afixar em local visível de seu estabelecimento comercial o seguinte aviso: "GÁS 
NATURAL VEICULAR DE URUCU - EXCLUSIVO PARA VEÍCULOS ADAPTADOS AO SEU USO (Nota) 
(4) O poder calorífico de referência de substância pura empregado neste Regulamento Técnico encontra-
se sob condições de temperatura e pressão equivalentes a 293,15K, 101,325 kPa, respectivamente em 
base seca. 
(5) O índice de Wobbe é calculado empregando o poder calorífico superior em base seca. Quando o 
método ASTM D 3588 for aplicado para a obtenção do poder calorífico superior, o índice de Wobbe 
deverá ser determinado de acordo com a seguinte fórmula: 
 
 
 
onde: IW – índice de Wobbe 
PCS – poder calorífico superior 
d - densidade relativa 
 
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(6) O número de metano deverá ser calculado de acordo com a última versão da norma ISSO 15403-1. 
Na versão ISO 15403-1:2006(E), considera-se o método GRI do Anexo D. Calcula-se inicialmente o 
Número de Octano Motor – MON a partir da equação linear empírica, função da composição dos 
componentes discriminados. Em seguida com o valor determinado para o MON calcula-se o número de 
metano ou NM a partir da correlação linear entre NM e MON. Tais equações vêm descritas abaixo: 
 
 
 
onde x é a fração molar dos componentes metano, etano, propano, butano, CO2 e N2. 
NM = 1,445 x (MON) – 103,42 
(7) Caso seja usado o método da norma ISO 6974, parte 5, o resultado da característica teor de oxigênio 
deverá ser preenchido com um traço (-). 
(8) É o somatório dos compostos de enxofre presentes no gás natural. Admite-se o limite máximo de 150 
mg/m³ para o gás a ser introduzido no início da operação de redes novas ou então a trechos que em 
razão de manutenção venham a apresentar rápido decaimento no teor de odorante no início da retomada 
da operação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROPRIEDADE 
METANO 
 
ETENO 
 
ETANO 
 
PROPANO 
Peso Molecular 16,04 28 30,068 44,094Ponto de Ebulição a 1 atmosfera (oC) - 160,5 -103,7 - 89,6 - 40 
Densidade do Líquido a 15.6 e 1 atm. 0,300 - 0,3562 0,5077 
Temperatura crítica(oC) - 82,6 -9,2 32,3 96,8 
Calor de Combustão Inferior a 15.6 o C 
BTU/lb 21.501 20.281 20.426 19.918 
Limite de Inflamab. Inferior (% no ar) 5,0 2,7 3,22 2,37 
Superior (% no ar) 15,0 36 12,45 9,50 
Relação AR/HC na Combustão 7,14 20,63 16,67 23,82 
Calor de Vaporização (BTU/lb) 219 ,5 - 210,7 183,5 
- Calor Específico a 1 atm. e 15.6o C 
Cp vapor, BTU/lb
oF 0,5267 0,4097 0,3885 
Cp Líquido, BTU/lb
oF - - 0,534 
Pressão de vapor a 37.8 0C (atm.) 340,0 - 53,1 12,9 
Número de Octano (Motor) > 100 75,6 >100 >100