GERAÇÃO DE GNL PARA CONTIGENCIAMENTO EM PLANTAS

Transcrição

1 GERAÇÃO DE GNL PARA CONTIGENCIAMENTO EM PLANTAS Ricardo Takeshi Uemura Prof. Dr. José Roberto Simões Moreira Resumo. O trabalho de conclusão de curso tem como objetivo estudar a viabilidade do processo de liquefação do gás natural para armazenamento em um planta. Nesta primeira etapa, foram realizadas levantamentos bibliográficos como propriedades do gás natural, estimativa de consumo, sistemas e equipamentos existentes que utilizem a tecnologia de liquefação e outros. Uma breve descrição do processo escolhido é a filtragem do combustível, se necessário,, condensação, armazenagem e evaporadores, além do sistema de bombeamento e compressores. Além disso, uma breve análise de mercado foi realizado e concluiu-se a viabilidade, a curto prazo visto as oscilações apresentados no mercado brasileiro e a médio e longo prazo, a importância desse processo se verifica na busca de auto-suficiência do Brasil e desenvolvimento de tecnologia. Palavras chave:. GNL, gás natural e liquefação 1. Introdução O trabalho consiste no desenvolvimento do estudo de geração de GNL para contigenciamento para plantas que utilizam o mesmo como combustível. Isto é, a transformação do combustível na forma líquida para armazenamento através do processo de liquefação do gás sendo ele utilizado na falta do mesmo ou por eventuais problemas ocorridos na distribuição, podendo o excendete ser comercializado. Com o governo buscando a diversificação da matriz energética, a oferta de gás natural aumentou em muito graças ao Gasoduto Brasil-Bolívia que começou a ser construído em 1997 e entrou em operação em Por se tratar de um combustível mais barato na época, tornou-se uma opção viável para muitas industrias, termelétricas e residências. Contudo, problemas políticos e de distribuição que vem ocorrendo atualmente no início de 2006 faz com que a confiabilidade de se investir em um sistema abastecido pelo mesmo, a curto e médio prazo, seja baixo. Com isso o contigenciamento do GN passou a ser uma opção para momentos críticos vividos até então. Além disso, por se tratar de um processo não difundido na engenharia brasileira, poderia-se adquirir experiência para construção de futuras plantas de produção de GNL que se utilizariam das jazidas da bacia de Campos e outras, visto que grandes mercados consumidores como EUA e Japão aumentam suas demandas pelo GN ano a ano. 2. Gás natural A partir das análises bibliográficas, descobriu-se que o gás natural tem metano como composição básica, com isso procurou-se utilizar as propriedades termodinâmicas do mesmo para o projeto. O GN apresenta uma temperatura de liquefação a pressão ambiente na faixa de (-162,5) o densidade relativa entre 0,43 a 0,48, conforme a composição, calor de vaporização latente de 120 kcal/kg e elevada taxa de expansão, para 1 m 3 de GNL tem-se entre 560 a 600 m 3 de gás. Essa propriedade faz com que seja viável economicamente a utilização da forma líquida para o armazenamento. 3. Processso de armazenamento O processo de armazenamento consiste basicamente em uma filtragem, se necessário, liquefação, armazenagem e evaporização. Esse processo pode ser visualizado abaixo na Figura (1) Processso de filtragem Será necessário caso a qualidade do GN não seja ideal, influenciando em muito na manutenção dos equipamentos e tubulações da planta Processso de liquefação e regasificação O conceito de funcionamento é o mesmo para ambos, um trocador de calor irá realizar a função para que ocorrá a mudança de fase. Para a liquefação será usado o mesmo sistema utilizado em sistemas de refrigeração aonde um gás é pressurizado e em seguida expandido através de uma válvula, extraindo o calor do GN. Já na regasificação a troca térmica poderá ser realizado resfriando-se água do processo ou utilidades

2 GN Trocador de calor Consumo Unidade de reagasificação Tanque de Armazenagem 3.3. Tanque de armazenagem Figura 1 - Fluxograma do processo de armazenagem do GN na forma líquida O tanque de armazenagem será um tanque dimensionado a partir do volume consumido e a quantidade necessária de armazenagem. Esses dados serão estimados através do consumo da planta e tempo de estocagem. Além disso, o tanque necessita de um isolamento térmico adequado visto que a temperatura de operação será em torno de (-162,5 o ) C. Da literatura, encontra-se algumas sugestões de materiais utilizados como o aço com alta composção de níquel e uma segunda barreira de concreto funcionando como isolante térmico. 4. Estimativa da capacidade necessária Para a estimativa de consumo de GN foi realizado uma visita não-oficial no dia 31 de maio de 2006 a Unidade Termoelétrica da Nova Piratininga, São Paulo, SP localizada na Av. Nossa Senhora do Sabará, 5312 no bairro de Pedreira. Lá existem instaladas turbinas movidas a gás natural modelos Alstom GT11N2 e que geram em torno de 100 MW cada em ciclo aberto e consumido em torno de 2,8 milhões de metros cúbicos por dia Estimativa do volume armazenado no tanque A partir da capacidade e características do equipamento, pode-se estimar o volume necessário de GNL entre 1 hora a 72 horas. Sendo adotado a armazenagem por um dia como parâmetro para a continuidade dos cálculos. O volume necessário de GNL será de 2252 m³. 5.Seleção do sistema de liquefação Tendo em vista as tecnologias existentes de refrigeração, três alternativas se mostraram mais atraentes. Duas deles apresentam o mesmo conceito sendo diferentes apenas no número de níveis Sistema de refrigeração em cascata O sistema de refrigeração em cascata ou sistema ou ciclo misto de refrigeração funciona utilizando-se três fluidos como refrigerante. O fluidos utilizados são o metano, etano e propano, com isso temos no mínimo três níveis de refrigeração como pode ser observado na figura 2. Na figura 3 e figura 4 pode-se observar comparativamente as diferença das temperaturas. Isso implica em um aumento de rendimento no sistema com mais níveis, mas também um aumento no custo inicial por causa do maior número de equipamentos.

3 Compressores GN Propano Etano Metano GNL Figura 2 - Sistema de refrigeração em cascata em três níveis Refrigerante Gás Natural Figura 3 Diagrama T-h de refrigeração em cascata em três níveis Figura 4 Diagrama T-h de refrigeração em cascata em três níveis

4 5.2. Sistema de refrigeração com refrigerante misto Esse sistema apresenta um maior rendimento comparando-se com os dois anteriores, isso se deve a menor diferença de temperatura o que aumenta a eficiência de troca térmica como pode ser observado na figura 5. O principal problema é na escolha ideal da mistura do fluido refrigerante, vários ensaios terão que ser realizados para escolha do melhor. Refrigerante misto Gás Natural Refrigerante misto 5.3. Dimensionamento do sistema Figura 5 Diagrama T-h de refrigeração em cascata com refrigerante misto A partir da estimativa de tempo de preenchimento do tanque, pode-se dimensionar o sistema, na figura 6 os valores da vazão mássica pelo tempo de preenchimento do tanque de GNL. Lembrando que o as potências dos compressores irão variar diretamente conforme a alteração da vazão. Figura 6 Gráfico da vazão liquefeita pelo tempo de preenchimento do tanque

5 6. Conclusões Com isso a melhor alternativa seria do sistema de refrigeração com três níveis pois apresenta uma eficiência razoável e custo não tão elevado comparado com outras alternativas. Mas a alternativa de nove níveis pode ser analisada caso queira-se produzir GNL continuamente para venda. As duas alternativas podem utilizar-se da tecnologia de refrigerante misto, sendo necessário uma estimativa para o desenvolvimento ou compra da tecnologia. 7. Referências ASHRAE ASHRAE Handbook : Atlanta USA BP LNG. Disponível em: < Acesso em 6 abr GÁS NET O SITE DO GÁS NATURAL. Disponível em: < Acesso em 6 abr GRUPO DITESES. Diretrizes para apresentação de dissertações e teses da USP. Disponível em: < Acesso em 18 abr PETROBRAS. Disponível em < Acesso em 13 abr PORTAL GÁS ENERGIA A ENERGIA DO GÁS NATURAL. Disponível em < Acesso em 13. abr ALSTOM. Disponível em < Acesso em 1 jun Borgnakke, C., Sonntag, R.E., Van Wylen, G.J., 2003, Fundamentos da Termodinâmica, 6 a edição, Ed. Edgard Blucher Ltda, S. Paulo, Brasil. Dewitt, D.P., Incropera, F.P., 2003, Fundamentos da transferência de calor e massa, 5 a edição, Ed. LTC, S. Paulo, Brasil. 8. Direitos autorais Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho. Production of GNL for storage in plants Ricardo Takeshi Uemura rtuemura@uol.com.br Prof. Dr. José Roberto Simões Moreira jrsimoes@usp.br Abstract: This graduation project has as the objective to analyze the viability of the liquefaction process of systems for natural gas storage for plants. Literature survey was carried to obtain the main thermodynamic properties of the natural gas; estimative of consumption, actual systems and pieces of equipment used for the liquefaction technology. The liquefaction process has the main components: a filter, condenser, storage and evaporator, besides a pump and compressor systems.