Operador de Processo e Produção. Módulo V

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1 Operador de Processo e Produção Módulo V

2 GÁS NATURAL O Gás Natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves, que permanece em estado gasoso nas condições normais de pressão e temperatura. Assim como o Petróleo, o Gás Natural é encontrado na natureza capturado em armadilhas geológicas e acumulado em formações de rochas sedimentares. Ele pode ser encontrado junto com o petróleo, em jazidas petrolíferas. Nesse caso, ele é chamado de Gás Associado ou podem ser encontrado sozinho, em jazidas de gás. Nesse caso, é chamado Gás não Associado. COMPOSIÇÃO TÍPICA DE CAMPO ASSOCIADO METANO: 81,57 ETANO : 9,1 PROPANO : 5,1 I-BUTANO : 0,9 N-BUTANO : 1,4 I-PENTANO : 0,2 N-PENTANO : 0,3 HEXANO : 0,1 HEPTANO E SUPERIORES : 0,12 NITROGÊNIO : 0,52 DÓXIDO DE CARBONO : 0,39 DENSIDADE : 0,71 RIQUEZA (% Mol C3+) : 8,3 PODER CAL. INF. (Kcal/m³) :

3 PODER CAL. SUP (Kcal/m³) : Propriedades físicas do Metano Peso Molecular : 16,04 Gravidade Específica (ar = 1) : 0,55 Volume Específico do Gás a 15,6 C e 1 atm. : 1,47 m³/kg Densidade do Gás (15,6 C e 1 atm.) : 0,67 m³/kg Ponto de ebulição a 1 atm. : -161,49 C Ponto de fusão a 1 atm. : -182,61 C Temperatura crítica : -82,10 C Pressão crítica : 46,40 bar Densidade crítica : 61,63 kg/m³ Poder calorífico superior : KJ/m³ Poder calorífico inferior : KJ/kg Riqueza do Gás Natural Um conceito muito utilizado no processamento de gás é o índice de riqueza do gás (IRG) definido como sendo a quantidade de líquido, previamente estabelecida como C2+ ou C3+ (etano ou propano e mais pesados), que pode ser obtida através do processamento. É comum também expressar a riqueza do gás unicamente em termos de porcentagem molar e nesse caso ela consiste da soma das porcentagens de todos os componentes a partir do propano. De acordo com este critério, de mais fácil utilização que o anterior, um gás é considerado rico se apresenta riqueza superior a 7%. Índice de Wobbe O Índice de Wobbe é obtido através de relações entre o poder calorífico superior e a densidade do gás com a densidade do ar. A vazão de gás admitida em um venturi é proporcional a vazão de ar que flui através deste. Assim, o Índice de Wobbe de um gás, permite estimativa da quantidade de energia que será admitida quando de utiliza este gás. O Índice de Wobbe é bastante utilizado para se prever o desempenho num determinado motor, ou quando se pretende comparar o desempenho de um mesmo motor, quando alimentado por diversos gases. 2

4 Número de Metano (NM) A característica anti-detonante de um combustível é um parâmetro primordial na avaliação da eficiência da utilização do combustível em um dado motor. O Número de Metano de um gás é um indicativo da sua resistência à detonação, cuja ocorrência limita o rendimento e a potência do motor. GÁS NATURAL Processamento Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN) C1, C2 Gás Processado Gás Natural C3, C4 GLP C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7+ UPGN Líquido s De GN C3, C4, C5, C6, C7+ FRAC. C5, C6, C7+ Gasolina Natural Resíduos Fonte: PETROBRAS - CONPET, 1997 Podemos descrever o processo acima de maneira sucinta da seguinte maneira: -O gás natural chega numa UPGN ( Unidade de Processamento de Gás Natural) arrastando Hidrocarbonetos ( C1 a C7), bem como água e borra, que são retirados como resíduo no primeiro vaso, chamado de vaso nocaute. -Depois disso, o gás arrastando hidrocarbonetos é enviado pra uma Fracionadora, onde são retirados pelo topo os componentes mais leves na forma gasosa, GLP e os compostos na faixa de mais de 5 carbonos (C5+) são separados e podem entrar na corrente destinada à gasolina. Existem vários processos para adequar o Gás Natural as condições desejadas pelos consumidores internos ou não, bem como recuperar frações pesadas que podem ter utilização mais nobre. São eles: 3

5 - Expansão de Joule - Thompson (J-T); - Refrigeração simples; - Absorção refrigerada; - Turbo-expansão. O tipo de processo a ser adotado depende, fundamentalmente, dos seguintes fatores: - localização dos campos produtores de gás; - distância aos pontos de consumo; - mercado a atender; - composição do gás; - pressão de gás disponível; - recuperação desejada; Refrigeração Simples O princípio do processo é promover a condensação dos hidrocarbonetos mais pesados por meio da redução de temperatura, sendo essa obtida pela utilização de um fluido refrigerante em circuito fechado. O processo de recuperação de hidrocarbonetos líquidos por refrigeração simples, como o próprio nome sugere, consiste meramente no resfriamento do gás de modo a promover a condensação do propano e hidrocarbonetos mais pesados. Este processo encontra aplicação quando o objetivo é recuperar componente a partir do propano e não se exige recuperações muito elevadas. O fluido refrigerante mais utilizado é o propano que permite atingir temperaturas de até 40 C. O gás deve estar disponível, pelo menos, a cerca de 4413 kpa (640 psig) a fim de que haja a condensação desejada à temperatura de operação. O líquido condensado pode ser separado posteriormente originando GLP e C5+.. Absorção Refrigerada O processo de absorção para recuperação dos componentes pesados do gás se dá através de uma absorção física promovida pelo contato do gás com o óleo de absorção. O mecanismo deste processo é a diferença entre a pressão de vapor dos componentes no óleo e a sua pressão parcial no gás. Como a primeira é menor que a segunda, ocorre transferência de massa do gás para o óleo, com liberação de energia e conseqüente aumento de temperatura. Este princípio se aplica a todos os hidrocarbonetos, porém, numa segunda etapa, 4

6 quando a pressão é reduzida, os componentes leves são liberados do óleo ficando retidos apenas os hidrocarbonetos pesados. GÁS NATURAL Absorção Refrigerada Expansão Joule-Thompson (J-T) Esse processo utiliza a queda de pressão do gás para a obtenção de baixa temperatura, sendo que neste caso a expansão dá-se numa válvula, podendo também recorrer a utilização de refrigeração auxiliar. Esse efeito é utilizado na produção de baixas temperaturas para a liquefação de gases. Turbo-Expansão Este processo é normalmente adotado quando se deseja recuperar etano e componentes mais pesados. O esquema de recuperação de líquidos consiste basicamente do resfriamento do gás por correntes frias da própria unidade seguido de expansão no turbo-expansor. Com liberação da energia do gás há um brusco abaixamento de temperatura e conseqüente condensação dos hidrocarbonetos. Neste caso o gás é submetido à expansão numa turbina, originando, como conseqüência, uma redução de temperatura do gás e a condensação dos hidrocarbonetos que se deseja separar; pode-se também utilizar um fluido refrigerante para auxiliar o processo e obter-se maior recuperação, sendo que neste caso tem-se a turbo-expansão refrigerada. O processo de turbo-expansão é indicado quando se deseja alta recuperação de etano, pois as temperaturas obtidas são suficientemente baixas para promover a condensação do etano. Já o processo Joule - Thompson requer que o gás esteja a uma pressão suficientemente elevada e temperatura suficientemente baixa para que possa haver condensação. Acerto do Ponto de Orvalho (Dew Point) O controle ou acerto de Dew point não tem por objetivo a recuperação das frações pesadas do gás, mas procura somente evitar a condensação destas frações pesadas nos dutos de transporte. O processo mais utilizado para este fim é a refrigeração porém a absorção com ou sem refrigeração também pode ser usada. 5

7 O processo por refrigeração consiste simplesmente no resfriamento do gás até uma temperatura T com conseqüente formação de condensado que sofre então uma estabilização, conforme descrito na seção anterior. O gás resultante é ainda suficientemente rico para ser processado em uma UPGN. A temperatura T deverá ser tal que a curva de pontos de orvalho do gás resultante não atinja, em toda a faixa de pressões de escoamento, a menor temperatura a que o gás será submetido a resfriamento em uma dada pressão. Formação de Hidratos São compostos sólidos formados pela combinação física entre moléculas de água e certas moléculas do gás, na presença de água livre. Estes compostos, de estrutura cristalina, crescem bloqueando linhas, válvulas e equipamentos parcial ou totalmente. A composição do gás tem efeito fundamental na formação de hidratos. Metano, etano e gás sulfídrico são, por excelência, os componentes formadores de hidratos. Propano e butano formam hidratos instáveis e moléculas maiores, ao contrário, tendem a inibir sua formação. Além disso, hidrocarbonetos condensados ajudam a evitar acúmulo de hidratos pelo efeito de lavagem. Por essa razão, gasodutos bifásicos estão menos propensos à formação de hidratos do que gasodutos monofásicos. 6

8 Início da formação de Hidratos em tubulação, provocando perda de carga e obstrução. Assim, pode-se dizer que gases de alta densidade, isto é, contendo muitos hidrocarbonetos pesados tem menor tendência a formar hidratos enquanto gases contendo altos teores de H2S e CO2 apresentam maior tendência pois estes contaminantes são mais solúveis em água que a maioria dos hidrocarbonetos. A temperatura de formação de hidrato a uma certa pressão é função da composição do gás e existem métodos relativamente precisos de determinação desta temperatura. O gás natural no Brasil A utilização do gás natural no Brasil começou modestamente por volta de 1940, com as descobertas de óleo e gás na Bahia, atendendo a indústrias localizadas no Recôncavo Baiano. Após alguns anos, as bacias do Recôncavo, Sergipe e Alagoas destinavam quase em sua totalidade para a fabricação de insumos industriais e combustíveis para a RLAM e o Pólo Petroquímico de Camaçari. 7

9 Com a descoberta da Bacia de Campos as reservas provadas praticamente quadruplicaram no período 1970-hoje (com a crise de 1970 no Oriente Medio e a descoberta da Bacia de campos em seguida do Camada pré-sal ). O desenvolvimento da bacia proporcionou um aumento no uso da matéria-prima, elevando em 2,7% sua participação na matriz energética nacional. Com a entrada em operação do Gasoduto Brasil-Bolívia em 1999, com capacidade de transportar 30 milhões de metros cúbicos de gás por dia (equivalente a metade do atual consumo brasileiro), houve um aumento expressivo na oferta nacional de gás natural. Este aumento foi ainda mais acelerado depois do apagão elétrico vivido pelo Brasil em 2001 e 2002, quando o governo optou por reduzir a participação das hidrelétricas na matriz energética brasileira e aumentar a participação das termoelétricas movidas à gás natural. Nos primeiros anos de operação do gasoduto, a elevada oferta do produto e os baixos preços praticados, favoreceram uma explosão no consumo tendo o gás superado a faixa de 10% de participação na matriz energética nacional. Nos últimos anos, com as descobertas nas bacias de Santos e do Espírito Santo as reservas Brasileiras de gás natural tiveram um aumento significativo. Existe a perspectiva de que as novas reservas sejam ainda maiores e a região subsal ou "pré-sal" tenha reservas ainda maiores. Apesar disso, o baixo preço do produto e a dependência do gás importado, são apontados como um dos inibidores de novos investimentos. A insegurança provocada pelo rápido crescimento da demanda e interrupções intermitentes no fornecimento boliviano após o processo de produção do gás na Bolívia levaram a Petrobrás a investir mais na produção nacional e na construção de infra-estrutura de portos para a importação de GNL (Gás Natural Liquefeito). Principalmente depois dos cortes ocorridos durante uma das crises resultantes da longa disputa entre o Governo Evo Morales e os dirigentes da província de Santa Cruz, obrigaram a Petrobrás reduzir o fornecimento do produto para as distribuidoras de gás do Rio de Janeiro e São Paulo no mês de novembro de Assim, apesar do preço relativamente menor do metro cúbico de gás importado da Bolívia, a necessidade de diminuir a insegurança energética do Brasil levou a Petrobrás a decidir por uma alternativa mais cara porém mais segura: a construção de terminais de importação de GNL no Rio de Janeiro e em Pecém, no Ceará. Ambos os terminais já começaram a funcionar e permitem ao Brasil, importar de qualquer país praticamente o mesmo volume de gás que hoje o país importa da Bolívia. Para ampliar ainda mais a segurança energética do Brasil, a Petrobrás pretende, simultaneamente, ampliar a capacidade de importação de gás construindo novos terminais de GNL no sul e sudeste do país até 2012, e ampliar a produção nacional de gás natural nas reservas da Santos. 8

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