GNL: Propriedades, Processos e Mercado

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Logística de GNL
Conteúdo
• Histórico do negócio GNL no mundo
• Propriedades Físico-Químicas
• Processos de Liquefação
Qual o valor do Gás Natural?
• Gás associado, no limite, pode ser zero, tendo que 
remunerar somente a infraestrutura de escoamento
• Gás não associado depende de mercado para ser 
produzido:
– Distância do mercado
– Vai ser substituto de óleo ou GLP?
– Qual o custo na boca do poço?
– GNL, GTL, Metanol, Fertilizante?
Gás Natural Liquefeito (GNL):
• O gás natural resfriado a 160 oC negativos e pressão 
ambiente se liquefaz dando origem ao GNL (gás natural 
liquefeito).
• O líquido criogênico formado é incolor, não é corrosivo e 
não tem cheiro. 
• O GNL é caracterizado como um combustível criogênico, um 
gás liquefeito mantido em seu estado líquido a uma 
temperatura muito baixa.
• A capacidade de armazenamento do GNL é de 600 v/v
600 Nm3 de 
Gás Natural
1 m3 de GNL
Liquefação
Histórico
• Petróleo e derivados já eram transportados em navios desde a segunda 
metade do século XIX
• O transporte de gás não é tão trivial, pois depende de materiais avançados
• Gás comprimido em navios era/é visto como uma saída muito arriscada
• Início do século XX: americanos começam a desenvolver processos de 
liquefação a baixas temperaturas para separação de Hélio presente no 
Gás, para uso em balões militares
• Um dos desafios era a obtenção de metais que não rachassem quando 
expostos à baixas temperaturas
• Primeiro projeto conceitual de GNL data de 1914, por Godfrey Cabot
Histórico
• Primeiro projeto: 1939, planta peakshaving em West Virginia.
• 1941: mais uma planta, em Cleveland. Em 1944, um acidente 
ocorreu, onde o tanque de GNL rompeu, o vazamento chegou a 
residências próximas e 128 pessoas morreram em explosões. O 
tanque rompeu porque, em plena 2ª Guerra, o fornecimento de aços 
especiais estava restrito e o tanque não fora construído a contento. 
Este foi o maior acidente da história do GNL.
• A década de 50 não apresentou grandes evoluções. Somente em 
1959, a Union Stock Yards de Chicago, a Continental Oil Co. e o 
British Gas Council contruíram (conversão de um navio do governo) 
o Methane Pioneer, o primeiro navio de GNL, com capacidade de 
5000 m3. 
Histórico
• O Methane Pioneer fez a primeira viagem transatlântica de uma 
carga de GNL, saindo de Lake Charles, Louisiana, com destino a 
Canvey Island, UK. 
• Primeiros contratos “back to back” de GNL feitos pela Argélia: 1961 
com UK e 1962 com a França. Garantia de compra para a produção 
de GNL. Em 1964 os primeiros terminais de regaseificação desses 
países entraram em operação.
• Anos 60 e 70: além da Argélia, plantas de liquefação foram 
construídas em Abu Dhabi, Alaska, Brunei e Indonésia. Terminais 
de regas no Japão, EUA, Itália, Bélgica, Espanha, Taiwan e Coréia.
• Anos 80 e 90: crescimento do GNL impulsionado pelas turbinas a 
gás e o ciclo combinado.
Oferta Líquida de Energia Primária por 
Fonte
Fonte: IEA, 2012.
A cadeia do GNL
Como o GNL é negociado?
• Base energética: US$ / MM Btu
• BTU (também pode ser escrito Btu) é um acrônimo para British Thermal Unit (ou 
Unidade térmica Britânica) é uma unidade de medida não-métrica (não pertencente 
ao SI). 
• É uma unidade de energia que é equivalente a:
– 252,2 calorias. 
– 1.055,05585 joules. 
– A quantidade de 1 Btu é definida como a quantidade de energia necessária para 
se elevar a temperatura de uma massa de uma libras de água de 59,5º F a 60,5º
F, sob pressão constante de 1 atmosfera.
Wikipédia
Energia do GNL
O GNL é negociado com base na energia contida na carga, em MMBTU 
E = volume X densidade X poder calorífico
Unidades:
MJ = m3 X kg.m-3 X MJ.kg-1
MMBTU = MJ / 1055,056 
Veremos um exemplo para uma carga de 135.000 m3:
Densidade do GNL
• Por ser uma carga líquida, densidade é importante para transporte e 
bombeio, além do cálculo da energia.
• Ainda não existe um método confiável de medida direta da 
densidade do GNL. Por isso, a mesma é calculada da seguinte 
forma, de acordo com a ISO 6578:1991:
x1: fração molar do metano
x2: fração molar do nitrogênio
k1 e k2: fatores de correção tabelados
Vc: fator de redução de volume, aplicável para misturas com 
massa ≤ 20 kg/kmol e menos de 5% de N2, 5% n+iso C4, 1% C5+
ISO 6578
Cálculo do PCS (15 ºC):
ISO 6578
Energia = 135.000 m3 X 468,1 kg/m3 X 54,216 MJ/kg 
Energia = 3.426 TJ, 816 Tcal ou 3.245.764 MMBtu
Isso equivale a 86 milhões de m3 de gás natural (9400 
kcal/m3)
Energia do GNL
Atenção para Temperatura de referência e Norma: 
• Cálculo do PCS depende da temperatura de ref. e de qual 
Norma serão consultados os valores tabelados
• Como os volumes negociados são muito grandes, valor da 
carga pode ser sensivelmente influenciado: 
Para composições típicas, o PCS calculado com T = 0 ºC
ou T = 25 ºC gera uma diferença de energia da ordem de 
10.000 MMBtu
Energia do GNL
Boil-off
• O GNL é armazenado em tanques com isolamento térmico e sob 
pressão atmosférica. Como é impossível obter um isolamento 100% 
efetivo, sempre haverá entrada de calor do meio externo (temp. 
ambiente é maior que a temp. do GNL)
• Com isso, o GNL ganha energia e o líquido aquece, aumentando a 
pressão de vapor. 
• Para reduzir (ou manter) a pressão de vapor, parte do gás deve ser 
retirado do tanque. À essa fração é dado o nome de “boil-off”
• A composição do vapor é diferente da do líquido, pois os 
componentes mais leves vaporizam primeiro (metano e nitrogênio)
Pré-tratamento - Objetivos
Separar hidrocarbonetos condensados no gasoduto que liga os 
campos de produção à planta de liquefação. 
O condensado recolhido é enviado para a fracionadora de LGN, 
para a seção de estabilização ou diretamente para o tanque de 
armazenamento de LGN.
Retirar contaminantes como CO2, H2S, H2O, N2, Hg.
Medir a vazão do gás natural recebida (a planta pode receber gás 
de diferentes fornecedores).
Ajustar a pressão da carga à pressão de operação da planta de 
liquefação.
Processo de Liquefação
• Transforma o gás natural em líquido, através de 
resfriamento até -160º C
• Transformação somente FÍSICA, similar a um 
refrigerador gigante
• Processos QUÍMICOS só são utilizados no pré-
tratamento do gás
Considerações sobre a localização da planta 
• Uma planta de liquefação é similar à uma refinaria, com 
unidades de processo, tancagem, utilidades, etc.
• Distância do(s) campo(s) fornecedor(es) de gás e 
traçado do gasoduto
• Distância do terminal marítimo e traçado dos dutos de 
GNL
• Dutos de GNL transportam líquido a -160º C – uso de 
material nobre com isolamento, de alto custo
• Locais remotos (ex. Sakhalin, Rússia) apresentam 
maiores custos
• Vantagens do Qatar: muito gás, dentro do Golfo, com 
urbanização próxima
Spiral Wound
Heat
Exchanger