Apostila - Processamento GN

Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e GeocinciasUFPE

REFINO DE PETRLEO E PROCESSAMENTO DE GS NATURALCoordenao: Prof. Srgio Lucena Realizao Programa de Ps-Graduao de Engenharia Qumica Programa de Recursos Humanos em Petrleo e Gs Natural PRH 28 Laboratrio de Controle e Laboratrio de Processos Otimizao de Processos Catalticos - LPC

Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e GeocinciasUFPE

REFINO DE PETRLEO E PROCESSAMENTO DE GS NATURALPROCESSAMENTO DE GS NATURALProfessor: Gilson Gomes de Medeiros Instituies: CEFET-RN e Depto. Eng. Qumica - UFRN

do Autor E-Mail: [email protected] ou [email protected]

1 edio (revisada) Fevereiro de 2006 Contedo Gases combustveis; composio qumica, propriedades, processamento e aplicaes do gs natural. Apoio NP 3GN - NCLEO DE PESQUISA EM PROCESSOS DE PETRLEO E GS NATURAL CEFET-RN CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DO R. G. NORTE Av. Salgado Filho, 1559 CEP: 59015-000 - Natal - RN Telefone: ( 84 ) 3215-2714

S UMRIOINTRODUO ...........................................5 FUNDAMENTOS.........................................7 C OMPOSIO QUMICA DO GS NATURAL .................. 7 Gs associado e no-associado .................. 7 Gs processado .................................... 8 Principais contaminantes ........................9 ESPECIFICAES TCNICAS E LEGAIS ......................9 PRINCIPAIS GASES COMBUSTVEIS ........................13 PROPRIEDADES DO GS NATURAL ........................13 Densidade relativa...............................14 Cor, odor, sabor .................................14 Toxidez............................................15 Ponto de ebulio ...............................15 Temperatura de ignio ........................15 Limites de inflamabilidade.....................15 Relao ar/gs (ar terico).....................16 Temperatura da chama .........................16 Poder calorfico..................................16 Velocidade de chama ............................17 Aspectos de segurana ..........................17 H ISTRICO .............................................18 C ADEIA DO GS NATURAL ...............................19 Formao e ocorrncias.........................19 Explorao........................................20 Reservas...........................................21 Perfurao........................................22 Produo ..........................................23 Processamento ................................... 25 Armazenamento ................................. 26 Transporte ........................................27 Distribuio ...................................... 29 Aplicaes e mercado ...........................29 Participao na matriz energtica ............ 30 PROCESSAMENTO PRIMRI O ....................... 32 VASOS S EPARADORES ................................... 33 Separadores bifsicos ...........................33 Separadores trifsicos ..........................34 C ONDICIONAMENTO..................................... 35 Desidratao ..................................... 35 Remoo de gases cidos e dessulfurzao . 42 UNIDADE DE PROCESSAM ENTO DE GS NATURAL (UPGN) ................................................ 45 O BJETIVOS.............................................45 PRINCIPAIS PRODUTOS.................................. 45 ESCOLHA DO PROCESSO ................................. 45 Refrigerao simples ............................48 Absoro refrigerada ...........................50 Turbo-Expanso.................................. 52 O GS NATURAL NO NORDESTE ................... 55 O PLO DE GUAMAR ............................... 56 FONTES CONSULTADAS............................. 57

PROCESSAMENTO DO GS NATURAL

IN T R O D U OO presente texto apresenta e discute as principais formas de gs combustvel, com nfase no gs natural e no seu processamento. Informaes sucintas sobre a origem do gs natural e a sua composio qumica so dadas, abordando-se tambm aspectos relacionados s suas principais propriedades fsicas e s caractersticas da sua combusto. ainda acrescentada uma breve discusso a respeito das aplicaes do gs natural e de suas perspectivas de utilizao no Brasil. O gs natural representa atualmente no Brasil uma das principais fontes alternativas para a ampliao da matriz energtica. Dados do Balano Energtivo Nacional Ano Base de 2004 (disponveis em http://www.mme.gov.br) indicam que o mercado brasileiro de energia se caracteriza por um parque de gerao instalado de aproximadamente 90 GW, dos quais 24 GW so de origem trmica. Esse potencial disponibiliza cerca de 424,8 mil GWh de energia, onde a gerao trmica a partir do gs natural entra com cerca de 4,5%. O consumo total atingiu 359,6 mil GWh em 2004, resultando um excedente eltrico de 65,2 mil GWh. Do total de consumidores de energia eltrica cadastrados, o segmento industria l participou com 44,2%, o residencial com 21,9% e o setor comercial e pblico com 22,3%. O crescimento da demanda energtica, da ordem de 5% ao ano, impele o governo a aumentar a capacidade de gerao. Nessa ampliao, o gs natural ter uma contribuio decisiva, haja vista que sua participao na oferta de eletricidade em 2000 era de apenas 1% - portanto, quatro vezes menor. Isto significa uma demanda adicional de GN (gs natural), apontando para a necessidade do aumento de sua produo no pas ou da sua importao, se necessria. Da energia eltrica gerada no Brasil, 75,5% provm de hidroeltricas, pois o Brasil possui um imenso potencial hdrico. As hidroeltricas representaram uma grande alavanca no crescimento nacional pois, alm da gerao da energia, possibilitaram o desenvolvimento da engenharia civil, mecnica e arquitetnica, tornando-se um destaque mundial. Porm, apesar de ser uma fonte de energia limpa, gera alguns inconvenientes, pois as reas inundadas pelas barragens geram problemas ecolgicos, mudam o clima da regio, pressionam o solo, modificam os habitats dos animais locais, alm de se constiturem em um grande custo devido construo da barragem, turbinas, geradores e das linhas de transmisso. As linhas de transmisso tm perdas da ordem de 30 a 40%, pois as hidroeltricas ficam distantes dos centros de consumo da energia (empresas e cidades). Um outro problema que uma hidroeltrica leva de 10 a 15 anos para ser construda, o que, junto com o custo, pode torn-la comercialmente invivel. A soluo encontrada pelo pas para acompanhar o desenvolvimento do crescimento energ tico reside na instala o de usinas termoeltricas a partir da queima do gs natural. As vantagens decorrentes so grandes: uma termoeltrica pode ser construda em local conveniente, mais prximo das regies de consumo (desde que tais regies sejam abastecidas por um gasoduto); pode gerar, alm da energia eltrica, calor (vapor) para caldeiras ou para refrigerao (atravs de chillers); o investimento bem inferior ao de uma hidroeltrica; seu prazo de construo de 2 a 3 anos e no gera problemas ambientais. 5

G ILSON GOMES DE M EDEIROS


As termoeltricas projetadas e em instalao se configuram como um dos principais vetores para alterar radicalmente o perfil de consumo do gs natural do mercado brasileiro. Com a capacidade brasileira de gerao hidreltrica perto do seu limite (devido s restries de custos e s restries ambientais), a gerao termoeltrica tem enorme potencial de crescimento, ampliando significativamente o mercado para o gs natural. O meio ambiente e a ecologia, em especial, tambm sero favorecidos pela aumento do uso de gs natural. Em comparao com outros combustveis, a queima do GN praticamente elimina a emisso de compostos de enxofre, no emite cinzas, elimina a necessidade de tratamento dos efluentes, no depende de desmatamento ou reflorestamento e melhora a qualidade do ar,pois:

no produz SOx (gases geradores da chuva cida); reduz em 40% a emisso de NOx (gases que destr oem a camada de oznio); reduz a emisso de CO 2 (gs gerador do efeito estufa).

So inmeras as vantagens econmicas do uso do gs natural, porm a sua maior contribuio a melhoria dos padres ambientais: o combustvel mais ecologicamente correto de que se pode dispor, em escala compatvel com a demanda.


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F UNDAMENTOSO gs natural um combustvel incolor, inodoro, de queima mais limpa que os combustveis fsseis tradicionais. usado para aquecimento, refrigerao, produo de eletricidade e para outras aplicaes industriais. O gs natural produzido s vezes, junto com o petrleo atravs de perfurao da crosta terrestre, onde ficou armazenado por centenas de milhares de anos. Uma vez trazido superfcie, o gs processado para remover impurezas, como gua, outros gases e resduos slidos. Ao gs natural adicionado um odorante como uma medida de segurana, de forma que pessoas possam notar se h vazamentos. Ento, transportado por tubulaes (gasodutos) que cobrem grandes distncias. Fbricas e usinas de energia eltrica podem obter gs diretamente do gasoduto por negociao direta com o fornecedor. Residncias e menores consumidores geralmente compram gs de uma companhia de distribuio local. A seguir, so discutidos diversos aspectos associados ao gs natural, que facilitaro a compreenso do estudo sobre o processamento do gs, tema principal deste trabalho.

COMPOSIO

QUMICA DO GS NATURAL

O gs natural uma mistura de hidrocarbonetos leves que, temperatura ambiente e sob presso atmosfrica, permanece no estado gasoso. , com freqncia, chamado inapropriadamente de gs metano, que, na verdade, o seu principal componente. Dependendo de como est depositado no subsolo, o GN pode ser classificado como gs associado ou no-associado, e, em decorrncia disso, apresenta diferentes composies qumicas. Depois de extrado, ele precisa ser tratado antes de chegar ao consumidor. Aps os diversos tratamentos a que submetido, o GN chamado de residual ou processado.

Gs associado e no-associadoO gs associado encontrado em reservatrios de leo cru, dissolvido no leo. O gs retirado dos poos junto com o leo. separado do leo na cabea de poo. No incio da indstria do gs natural, praticamente todo o gs vinha dos poos de leo. O gs no-associado ocorre separadamente do leo. Sua produo no depende da produo de leo cru. chamado comumente poo de gs. Aproximadamente 75% de todo o gs natural norte-americano produzido por reservatrios de gs no-associado. No Brasil, segundo dados da ANP (http://www.anp.gov.br/conheca/anuario_2004.asp), a situao semelhante, mas no caso particular das reservas da regio Nordeste, observa-se uma diviso entre 50% de gs associado e 50% de no-associado, o que proporciona maior flexibilidade da produo, ao contrrio do que ocorre na Bacia de Campos, onde a quase totalidade da produo de gs associado.


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O GN tem composio extensamente variada e depende do campo, da formao ou do reservatrio onde produzido, como mostra a Tabela a seguir:NO ASSOC IA D O 2 85,48 8,26 3,06 0,47 0,85 0,20 0,24 0,21 0,06 0,53 0,64 100

SUBSTNCIA METANO ETANO PROPANO I-B U T A N O N-B U T A N O I -P E N T A N O N -P E N T A N O HEXANO HEPTANO E S U P E R IO R E S NITROGNIO DIXIDO D E C A R B O N O TOTAL

ASSOCIA D O1 81,57 9,17 5,13 0,94 1,45 0,26 0,30 0,15 0,12 0,52 0,39 100

PROCESS A DO 3 88,56 9,17 0,42 1,20 0,65 100

C O M P O S I E S T P I C A S DO G S N A T U R A L , E M P E R C E N T U A L V O L U M T R I C O 1 G S D O C A M P O D E GAROUPA , BA C I A D E C A M P O S 2 G S D O C A M P D E MI R A N G A , B A H I A O 3 SA D A D A UPGN- C A N D E I A S , B A H I A

Os componentes principais de gs natural so metano (CH4) e etano (C2H6), mas o GN contm quantias variadas de outros componentes, como propano, butano, pentano e hidrocarbonetos mais pesados, que podem ser removidos por vrios mtodos de processamento. As composies de gs bruto (no processado) proveniente de dois diferentes tipos de reservatrio, mostradas na tabela anterior, indicam que no h nenhum gs natural bruto tpico. Porm, pode-se observar que o gs associado possui maiores fraes de componentes mais pesados, em prejuzo do teor de metano.

Gs processadoA indstria de processamento de gs tem condies de tratar o gs natural bruto para obter o assim chamado gs processado ou residual, que tem uso comercial, seja como insumo de energia til em vrias aplicaes na forma de combustvel, seja como matria-prima bsica para petroqumicas. A remoo e a separao de hidrocarbonetos individuais, atravs do processamento em refinarias, so possveis por causa das diferenas em suas propriedades fsicas. Cada componente tem peso especfico, ponto de ebulio, presso de vapor e outras caractersticas fsicas diferentes dos demais, o que permite sua separao em uma operao fsica relativamente simples. Os produtores descrevem o gs como rico ou pobre em funo da quantidade de componentes (hidrocarbonetos) mais pesados encontrados. O gs considerado rico quando a soma das percentagens de todos os componentes mais pesados a partir do propano (C 3H 8), inclusive, maior que 7%. Assim, comum, na indstria do gs natural, ouvir-se os termos gs rico e gs pobre para indicar os gases bruto e processado, respectivamente. O gs rico, por ter maior frao de pesados, possui tambm maior poder calorfico, mas no adequado para consumo, principalmente devido presena de contaminantes.


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Principais contaminantes comum o gs natural conter gua, slidos particulados, sulfeto de hidrognio (H 2S), gs carbnico (CO2), nitrognio (N2), hlio (He) ou outros componentes que podem ser contaminantes e/ou diluentes. Logo que extrado do poo, o gs natural raramente satisfatrio para transporte em tubulao ou para ser usado comercialmente. A presena de gua e sedimentos slidos (areia, xido de ferro, fragmentos de partculas de catalisadores etc.) no combustvel acarreta a reduo do poder calorfico, pela presena de inertes e pela necessidade de calor adicional para a vaporizao da gua. Alm disso, responsvel pelos seguintes problemas:

incrustraes em linhas e instrumentos; entupimentos de filtros e bicos de queimadores; eroso de bicos de queimadores, rotores de bombas, instrumentos em geral; produo de fagulhas e instabilidade de chama.

Compostos contendo enxofre, quando presentes nos combustveis, alm dos problemas de poluio devidos ao lanamento de xidos de enxofre (SOx ) na atmosfera, so a principal causa dos problemas de corroso nas regies frias de caldeiras (ventilador, chamin, preaquecedor de ar, chaparia e tubulao em geral). Como conseqncia adicional, ocorre geralmente a reduo d a eficincia da caldeira, pois, para limitar a corroso, realiza-se a liberao dos gases de combusto para a atmosfera em temperaturas elevadas (140 170 C). Portanto, se o GN contm sulfeto de hidrognio (H 2S), gs venenoso e corrosivo, este deve ser removido e processado para recuperao do enxofre elementar (S). O gs carbnico, tambm removido para prevenir a corroso destrutiva, pode ser injetado nos reservatrios de leo cru para aumentar a recuperao de leo. Um pouco de hlio eventualmente extrado, porm suas propriedades so as de um gs inerte. O gs natural para sistemas de distribuio comerciais deve estar quase que completamente composto por metano e etano, com umidade e contaminantes removidos ou reduzidos a concentraes muito baixas. Existem exigncias que impem parmetros de especificao requeridos para o sistema de produo, processamento e distribuio do gs natural, conforme se mostra a seguir.

ESPECIFICAES

TCNICAS E LEGAIS

O Regulamento Tcnico ANP N 3/2002, anexo Portaria ANP N 104, de 08.07.2002, estabelece as especificaes do gs natural, de origem nacional ou importada, a ser comercializado em todo o territrio nacional, conforme esto resumidas no quadro a seguir. (Tanto o quadro quanto as observaes que o acompanham foram transcritos da Portaria.)


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LIMITE (2) (3) CARACTERSTICA (1) Poder calorfico superior (4) ndice de Wobbe (5) Metano, mn. Etano, mx. Propano, mx. Butano e mais pesados, mx. Oxignio, mx. Inertes (N 2 + CO2), mx. Nitrognio Enxofre Total, mx. Gs Sulfdrico (H2S), mx. (6) Ponto de orvalho de gua a 1atm, mx. Observaes: (1) O gs natural deve estar tecnicamente isento, ou seja, no deve haver traos visveis de partculas slidas e partculas lquidas. (2) Limites especificados so valores referidos a 293,15 K (20 C) e 101,325 kPa (1 atm) em base seca, exceto ponto de orvalho. (3) Os limites para a regio Norte se destinam s diversas aplicaes, exceto veicular, e para esse uso especfico devem ser atendidos os limites equivalentes regio Nordeste. (4) O poder calorfico de referncia de substncia pura empregado no Regulamento Tcnico encontra-se sob condies de temperatura e presso equivalentes, respectivamente, a 293,15 K e 101,325 kPa, em base seca. (5) O ndice de Wobbe calculado empregando o Poder Calorfico Superior em base seca. Quando o mtodo ASTM D 3588 for aplicado para a obteno do Poder Calorfico Superior, o ndice de Wobbe dever ser determinado pela frmula constante do Regulamento Tcnico. (6) O gs odorizado no deve apresentar teor de enxofre total superior a 70 mg/m. Alguns dos termos empregados pelo Regulamento so explicados no seu prprio texto, e tambm esto transcritos ou comentados a seguir.G ILSON GOMES DE M EDEIROS

UNIDADE

Norte 34.000 a 38.400 9,47 a 10,67 40.500 a 45.000 68,0 12,0

Nordeste

Sul, Sudeste, CentroOeste

kJ/m kWh/m kJ/m % vol. % vol. % vol. % vol. % vol. % vol. % vol. mg/m 3 mg/m 3 C

35.000 a 42.000 9,72 a 11,67 46.500 a 52.500 86,0 10,0 3,0 1,5

0,8 18,0 Anotar 70 10,0 39 15,0 39 5,0

0,5 4,0 2,0

10,0 45

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PROCESSAMENTO DO GS NATURAL Poder Calorfico Superior (P.C.S.): quantidade de energia liberada na forma de calor, na combusto completa de uma quantidade definida de gs com o ar, a presso constante e com todos os produtos de combusto retornando temperatura inicial dos reagentes, sendo que a gua formada na combusto est no estado lquido. Poder Calorfico Inferior (P.C.I.): quantidade de energia liberada na forma de calor, na combusto completa de uma quantidade definida de gs com o ar, a presso constante e com todos os produtos de combusto retornando temperatura inicial dos reagentes, sendo que todos os produtos, inclusive a gua formada na combusto, esto no estado gasoso. Ou seja, o poder calorfico inferior difere do poder calorfico superior pela entalpia de condensao da gua. Estado de Referncia : corresponde temperatura de 20 C (ou 293,15 K) e presso de 1 atm (ou 101,325 kPa), em base seca. Precisa ser definido para padronizar os valores de poder calorfico das substncias puras empregados na determinao do P.C.I. e do P.C.S. do gs natural, conforme a norma ISO 6976. Densidade Relativa: quociente entre a massa do gs contida em um volume arbitrrio e a massa de ar seco, com composio padronizada pela ISO 6976, que deve ocupar o mesmo volume sob condies normais de temperatura e presso (CNTP) . ndice de Wobbe: quociente entre o poder calorfico superior e a raiz quadrada da densidade relativa, sob as mesmas condies de temperatura e presso de referncia (CNTP). A quantidade de energia disponibilizada em um sistema de combusto atravs de um orifcio injetor uma funo linear do ndice de Wobbe. Dois gases que apresentem composies distintas, mas com o mesmo ndice de Wobbe, disponibilizaro a mesma quantidade de energia atravs de um orifcio injetor, mesma presso. A regulagem do ndice de Wobbe mantm quase constante a potncia fornecida ao queimador por diferentes gases. A regulagem feita controlando-se a taxa de aerao da mistura. Nmero de Metano: indica a capacidade antidetonante do gs natural resultante de suas caractersticas na aplicao veicular, sendo seus limites passveis de comparao com a octanagem da gasolina. O poder antidetonante a capacidade do combustvel resistir na aplicao veicular, sem detonar, aos nveis de temperatura e presso reinantes na cmara de combusto do motor, proporcionados pela compresso a que submetida a mistura ar/combustvel. O poder antidetonante de combustveis lquidos (gasolina) medido atravs do nmero de octano. No intuito de obter uma melhor representao do poder antidetonante dos combustveis gasosos, desenvolveuse a nova escala denominada nmero de metano (NM), que utiliza como referncias o metano puro (NM = 100) e o hidrognio (NM = 0). empregado o procedimento disposto na ISO 15403 para o clculo do nmero de metano a partir da composio do gs. Composio: fraes ou percentagens mssicas, volumtricas ou molares dos principais componentes, componentes associados, traos e outros componentes determinados pela anlise do GN. Para gases ideais, a frao volumtrica equivale frao molar. O propano e os hidrocarbonetos mais pesados apresentam poder calorfico, na base volumtrica, superior ao metano. Embora adequados aos motores de combusto, so indesejveis em teores elevados no uso veicular por apresentarem poder antidetonante muito inferior ao metano, assim reduzindo o nmero de metano. No que se refere ao emprego do gs natural processado em turbinas a gs e indstrias, esses componentes acarretam problemas de qualidade de combusto.

Enxofre Total: somatrio dos compostos de enxofre presentes no gs natural. Alguns compostos de enxofre, na presena de gua, ocasionam a corroso de aos e ligas de alumnio. O gs sulfdrico (H2S) o componente mais crtico no que se refere corroso, sendo seu teor mximo definido separadamente.

Gs Sulfdrico: sua presena depende da origem bem como do prprio processo empregado no tratamento do gs e pode acarretar problemas nas tubulaes e nas aplicaes finais G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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do gs natural. O gs sulfdrico, na presena de oxignio, pode causar corroso sob tenso, especialmente em cobre, podendo ser nocivo aos sistemas de transporte e utilizao do gs natural. Ponto de Orvalho: temperatura na qual ocorre a formao da primeira gota de lquido quando o gs sofre resfriamento ou compresso. Os lquidos normalmente encontrados so gua, hidrocarbonetos ou glicol, que apresentam pontos de orvalho distintos. O requerimento de segurana mais importante do gs natural a temperatura no ponto de orvalho, para evitar formao de lquido. A gua no estado lquido precursora da formao de compostos corrosivos atravs da combinao de componentes do GN, especificamente CO2 e H2S. A combinao de agentes corrosivos e a presso varivel, durante o transporte de combustvel, pode resultar em rachaduras metlicas e causar obstrues nos sistemas de gs. Os hidratos, formados quando a gua livre reage com hidrocarbonetos, podem obstruir linhas de instrumentao, vlvulas de controle e filtros.

Inertes: compostos (principalmente o CO2 e o N2) cuja presena em misturas gasosas reduz o poder calorfico, alm de aumentar a resistncia detonao no caso do uso veicular e, portanto, o nmero de metano. A presena do dixido de carbono se deve tcnica de extrao do gs natural ou ocorrncia natural na origem do produto. O dixido de carbono tem ao corrosiva quando na presena de gua. Oxignio: presente em baixas concentraes, atua como diluente do combustvel e crtico na presena de gua, mesmo em baixas concentraes, pois pode provocar corroso de superfcies metlicas. Partculas slidas: causam problemas de contaminao, obstruo e eroso dos sistemas de alimentao de combustvel dos veculos e orifcios injetores de queimadores industriais. Quando o gs natural destinado a combustvel de turbina, as partculas slidas provocam eroso nas partes em que circula o gs quente. Partculas lquidas: causam alteraes bruscas na temperatura da chama e na carga da turbina a gs, retorno de chama nas chamas pr-misturadas e podem nuclear a condensao de fraes mais pesadas do GN. Quando a presena de lquido identificada no gs natural destinado a turbinas, so empregados separadores e o fluxo aquecido para vaporizar a fase lquida.

Portanto, todo o gs natural deve ser processado para remover vapor de gua no desejado, slidos e/ou outros contaminantes que interferem no transporte ou na comercializao do gs. Alm disso, o GN processado para separar os hidrocarbonetos lquidos que tm maior valor comercial mais alto, se vendidos como produtos separados. Estes lquidos de gs natural (LGN) so hidrocarbonetos saturados do grupo das parafinas, cuja frmula qumica tpica CnH 2n+2, e cada um tem propriedades fsicas distintas. Os principais lquidos de gs natural incluem: Etano: s existe como um lquido sob presses muito altas (acima de 53 atm) ou a temperaturas extremamente baixas (93 C). recuperado e transportado para uso como insumo na fabricao de etileno, o petroquimico bsico mais importante produzido hoje. Propano: recuperado e manuseado como lquido a presses acima de 14 atm, ou a temperaturas abaixo de 26 C. Seu principal uso como insumo para produo de etileno e propileno, bem como componente do GLP e como combustvel industrial.

n-Butano: comumente chamado apenas de butano, recuperado e manuseado como um lquido sob presso moderada. Suas aplicaes principais so: fornecer a volatilidade necessria para o combustvel de motor a gasolina; como combustvel GLP, puro ou em misturas com propano; e como insumo para a fabricao de etileno e butadieno, este ltimo o ingrediente chave para a fabricao de borracha sinttica. Tambm isomerizado para produzir iso-butano. Isobutano: ismero qumico do butano, pode ser obtido separadamente por fracionamento da mistura de hidrocarbonetos ou por isomerizao do butano normal. Sua


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importncia tem aumentado bastante em virtude do seu emprego na produo de MTBE (metil-tercbutil-ter), ingrediente que aditivado gasolina para aumentar a octanagem. Gasolina Natural: uma mistura de pentanos e hidrocarbonetos mais pesados, com quantias pequenas de butano e iso-butano. Especificaes industriais definem suas propriedades fsicas em termos de presso de vapor a 38 C (0,68 a 2,3 atm ) e porcentagem evaporada a 60 C (25 a 85%). recuperado como um lquido, principalmente para uso como um componente de combustvel de motor.

PRINCIPAIS

GASES COMBUSTVEIS

Gases combustveis so aqueles utilizados para produzir energia trmica atravs da sua queima. Freqentemente, so compostos por hidrocarbonetos, substncias que contm somente tomos de carbono (C) e hidrognio (H). O hidrocarboneto mais simples e mais leve o metano, que tem um tomo de carbono e quatro tomos de hidrognio, sendo representado, portanto, pela frmula CH4. Outros possuem mais tomos de C e de H em sua estrutura, recebendo nomes e frmulas diferentes, como o etano (C2H6), o propano (C3H8), o butano (C 4H 10), e assim por diante. Todos esses hidrocarbonetos at aqui citados so gases temperatura ambiente e sob presso atmosfrica. Hidrocarbonetos mais pesados, com muitos tomos de C e de H, podem ser lquidos ou mesmo slidos. Os gases combustveis mais usados hoje em dia so o GLP (gs liqefeito de petrleo, conhecido popularmente como gs de cozinha), o gs acetileno (empregado nos maaricos) e, mais recentemente, o gs natural, cuja produo e consumo no Brasil vm sendo estimulados. As razes para o incentivo ao uso do GN so de ordem econmica, em virtude do seu baixo custo, e tambm devido grande presso ambientalista da sociedade, pois o GN proporciona uma queima limpa (no poluente). O GN e o GLP so considerados combustveis fsseis, isso porque eles se originam da decomposio de organismos em camadas rochosas no subsolo. O GLP, composto principalmente de propano e butano, derivado do petrleo. Assim, ele obtido aps a industrializao (destilao) do petrleo nas refinarias. Por sua vez, o gs natural, cuja composio j foi apresentada, extrado diretamente dos reservatrios no subsolo, onde se encontra acumulado em rochas porosas, freqentemente acompanhado por petrleo. O acetileno no fssil. Ele um hidrocarboneto puro, de frmula C2H 2, resultado da reao qumica entre o carbureto (CaC 2) e gua, podendo ser obtido ainda pelo craqueamento de hidrocarbonetos mais pesados. O gs natural e o GLP, por sua vez, so formados por misturas de hidrocarbonetos leves. A diferena que o principal componente do GN o metano, enquanto no GLP h uma maior presena de butano e propano. Em termos quantitativos, a composio do GN varivel, como j foi mostrado na tabela da pgina 10. Existem tambm outros gases combustveis que no se incluem entre os h idrocarbonetos, como, por exemplo, H2, CO e H2S.

PROPRIEDADES

DO GS N ATURAL

As diferenas entre as propriedades do GN e de outros gases combustveis conduzem a variadas aplicaes tcnicas. A seguir, sero descritas algumas propriedades fsicas do gs natural, j resumidas na tabela abaixo: densidade relativa, cor, odor, sabor, toxidez, ponto de ebulio e caractersticas do processo de combusto (temperatura de auto-ignio, limites de inflamabilidade, relao ar/gs para combusto, temperatura de chama, velocidade de chama e poder calorfico). Sero dadas tambm algumas propriedades de outros gases combustveis para efeito de comparao. Por fim, aspectos de segurana sero resumidamente discutidos.G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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P ROPRIEDADES DO GS NATURALDENSIDADE RELATIVA COR ODOR SABOR ODORIZANTE TOXIDADE PONTO DE EBULIO TEMPERATURA DE IGNIO LIMITE INFERIOR DE INFLAMABILIDADE LIMITE SUPERIOR DE INFLAMABILIDADE RELAO TERICA AR

0,58 A 0,72SEM COR SEM CHEIRO SEM SABOR MERCAPTANA NO TXICO

161 C 550 C 4% 14% 10 / 1 1954 C 34000 A 42000 kJ/m 3

/ GS

TEMPERATURA DE CHAMA PODER CALORFICO SUPERIOR

Densidade relativaA densidade relativa do gs, j definida anteriormente, uma relao entre a massa de um certo volume de gs e a massa de igual volume de ar em condies-padro de temperatura e presso. A densidade relativa uma importante caracterstica usada para calcular vazes atravs de sistemas de tubulaes e para dimensionar corretamente orifcios de queimadores. Para uma densidade relativa do ar igual a 1,00, a densidade relativa do GN de aproximadamente 0,60 (dependendo, em ltima hiptese, da composio). Esta propriedade uma vantagem no uso do gs natural: o GN que escapa para o meio ambiente tende a subir e se dispersar naturalmente, pois mais leve que o ar. O acetileno tem densidade relativa em torno de 0,9 e tambm se dispersar em caso de vazamento. Entretanto, um gs combustvel mais denso que o ar, como o propano (componente do GLP e com densidade relativa 1,52), tem uma tendncia a permanecer em bolses prximos ao solo em concentraes perigosas, criando risco de exploso, provocada por uma fonte de calor ou ignio (chamas ou fascas). O GLP, se for composto de 50% de propano e 50% de butano,ter densidade relativa de 1,77.

Cor, odor, saborA deteco de vazamentos de gs importante para evitar incndios e exploses. Como o GN e o GLP no tm cor, no tm cheiro nem sabor, para que esses gases sejam distribudos comercialmente, deve lhes ser adicionada, por razes de segurana, uma quantidade muito pequena de um odorante bastante forte para identificar esses gases pelo cheiro, servindo de alerta em caso de vazamento. No Brasil, o odorante mais utilizado uma mistura constituda de trs compostos do grupo das mercaptanas, com a predominncia da terc-butil-mercaptana, (CH 3)3C-SH, com cerca de 77%,G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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tendo-se ainda a iso-propil-mercaptana, (CH3) 2CH-SH, e a n-propil-mercaptana, C3H7-SH, presentes em menores propores. A taxa de odorizao no gs natural varia em cada pas e, no Brasil, em funo da composio do gs, as concessionrias adotaram uma concentrao de 16 a 25 mg de odorante por m3 de gs. J o acetileno, quando no estado puro, tambm incolor, inflamvel e inodoro, mas o acetileno de grau industrial (produzido com fins comerciais) contm rastros de impurezas como fosfina (PH 3), arsina (AsH3), sulfeto de hidrognio (H 2S) e amonaco (NH 3) e tem um odor semelhante ao alho, sendo, assim, de fcil percepo.

ToxidezO GN no txico, assim como o GLP e o acetileno. No h em sua composio substncias nocivas sade, a no ser quando, antes do seu processamento, apresenta uma quantidade de gs sulfdrico que supera a especificada para consumo (no Brasil, de 10 a 15 mg/m 3, no mximo). O GN, como qualquer hidrocarboneto combustvel, produz substncias txicas (monxido de carbono e aldedos) quando combinado com oxignio em um processo de combusto incompleta. O GLP, como mais denso que o ar, pode permanecer prximo ao solo em concentraes elevadas e nesse caso causaria asfixia. O GN e o acetileno tambm so asfixiantes, mas o perigo, nesse caso, reduzido em virtude de serem eles de menor densidade que o ar.

Ponto de ebulioPonto de ebulio a temperatura em que um lquido ferve, tornando-se vapor, sob presso atmosfrica. Nessa mesma temperatura (ainda sob presso atmosfrica), o vapor pode ser convertido novamente em lquido se retirarmos uma quantidade suficiente de calor. Para a gua, por exemplo, essa temperatura de 100 C. O gs natural tem uma temperatura de ebulio igual a 161 C. Por isso, nas aplicaes em que for usado, geralmente ele estar no estado gasoso. Para o GLP, o ponto de ebulio est a 42 C, enquanto que o acetileno entra em ebulio a 83 C.

Temperatura de ignioTrs elementos so necessrios para que se realize uma combusto, ou queima: o prprio combustvel, o ar (que atua como comburente) e calor.Portanto, existindo uma mistura de combustvel e ar, a queima pode ser deflagrada se a temperatura aumentar muito, mesmo sem a presena de uma chama ou de uma fasca. A temperatura necessria para queimar espontaneamente uma mistura ar-gs e para manter a combusto chamada temperatura de ignio, e varia de um combustvel para outro. Para o GN, esta temperatura alta, de aproximadamente 550 C. Para o GLP, ela de 538 C, e para o C2H2, de 305 C.

Limites de inflamabilidadePara ocorrer a combusto de um gs, como dito acima, necessrio que esse gs esteja misturado com o ar. Porm, o ar e o gs devem estar presentes na mistura em uma proporo adequada, dentro de uma faixa de concentraes, expressas geralmente em porcentagens de volume de gs no ar. Os limites inferior e superior desta faixa so chamados limites de inflamabilidade. Para o GN, estes limites so aproximadamente os seguintes: limite inferior = 4%; limite superior = 14%. Esses limites so de 2,5 a 80% para o acetileno; 2 a 10% para o propano e 2 a 9% para o butano (2 a 9,5% para o GLP).G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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Abaixo do limite inferior, h insuficincia de combustvel para sustentar uma chama. Acima do limite superior, no h ar suficiente para a combusto. importante conhecer a mistura correta ar-gs para resolver problemas de queimadores, para assegurar suprimento adequado de ar aos equipamentos e para detectar e operar com segurana incidentes de vazamentos de gs.

Relao ar/gs (ar terico)Para queimar completamente um metro cbico de GN, so necessrios 10 metros cbicos de ar (medidos nas mesmas condies de T e P). Ento, a relao ar/gs requerida para o GN 10/1. Para outros gases combustveis, essa rela o mais elevada: 12/1 para o acetileno, 25/1 para o propano e 32/1 para o butano. Esses valores so obtidos a partir do clculo estequiomtrico da reao de combusto.

Temperatura d a chamaQuando h combusto, observa-se a formao da chama. A temperatura mais alta ocorre no topo da chama. Este valor, chamado de temperatura da chama, de aproximadamente 1.954 C para o GN, situando-se na faixa de 2.010 a 2.015 C para propano e butano e chegando a 2.632 C para o acetileno. Estes valores se referem chama para uma mistura ideal ar/gs. Uma mistura mais pobre ou mais rica que a ideal produzir uma chama de menor temperatura e inferior eficincia de combusto.

Poder calorfico superiorEsta a caracterstica que mais desperta a ateno em um gs combustvel, podendo ser expresso tomando-se por base uma massa unitria (kg) ou um volume unitrio (m). No caso da base ser volumtrica, necessrio referir-se s condies de temperatura e de presso. A temperatura de 0 C (273,15 K) e a presso de 760 mm Hg ( atm absoluta) so as condies que definem o 1 normal metro cbico, empregado com freqncia em trabalhos tcnicos. No Brasil, como define o Regulamento ANP N 3/2002, as condies de referncia so 20 C (ou 293,15 K) e 1 atm (ou 101,325 kPa), e costuma-se exprimir o poder calorfico de um gs usando vrias unidades: kJ/m 3, kcal/kg, kWh/m 3, MJ/m 3 etc. til lembrar, ento, alguns fatores de converso:

1,0 MJ = 103 kJ 1 kcal 4,2 kJ 1 kWh = 3600 kJ.

Os valores de poder calorfico do GN e do GLP variam em funo de sua composio, mas essas variaes so insignificantes para a maioria das aplicaes prticas. No Brasil, para o GN, necessrio apenas que o produto esteja dentro das especificaes, resumidas na pg. 10, em conformidade com o Regulamento acima referido, que diferencia tambm Poder Calorfico Superior (P.C.S.) e Poder Calorfico Inferior (P.C.I.), como pode ser visto na pg. 11. Para efeito de comparao, sero confrontados aqui apenas valores do P.C.S. de alguns gases combustveis, uma vez que o P.C.I. no especificado para o gs natural. comum o poder calorfico de um gs aumenta r com o nmero de tomos de carbono na molcula. Para o GN (composto principalmente por metano, que tem apenas um carbono na sua estrutura), o poder calorfico superior para a regio Nordeste especificado entre 35 MJ/m3 (9,72 kWh/m 3) e 42 MJ/m 3 (11,67 kWh/m 3). Esses valores de P.C.S. so inferiores aos encontrados para os gases acetileno (58,72 MJ/m 3), propano (101,64 MJ/m 3) e butano (133,56 MJ/m3), que tm mais tomos de carbono que o metano (dois, trs e quatro carbonos, respectivamente). O GLP mdio tem um P.C.S. em torno de 117,6 MJ/m 3.


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O poder calorfico de um gs um parmetro importante no dimensionamento de tubulaes, queimadores e acessrios. Por exemplo, como o GN e o GLP so liberados a diferentes presses, a seleo das vlvulas reguladoras deve ser feita especificamente para cada gs combustvel. A alimentao do gs deve se adequar maior capacidade instalada, com a probabilidade de todos os equipamentos estarem ligados ao mesmo tempo.

Velocidade de chama a velocidade na qual a frente da chama se move em direo mistura ar/gs fluindo para fora do orifcio de um queimador. A frente da chama a linha divisria entre a mistura ar/gs e os produtos de combusto. A velocidade da chama varia com o tipo de combustvel e com a mistura ar/gs. Como sua determinao experimental, os valores encontrados dependem das condies do teste e dos mtodos de medio e, portanto, podem apresentar divergncias. Este conceito de utilidade prtica no projeto de bocais de queimadores. Enquanto que a velocidade de sada da mistura ar-gs nos bocais tende a expulsar a chama para fora do queimador, a velocidade da chama se desloca no sentido contrrio, dirigindo-se ao bocal do queimador. Enquanto houver equilbrio entre estas velocidades, a chama se manter estvel. Para o metano, a velocidade da chama de 0,4 m/seg, sendo de 0,45 a 0,5 m/seg para o propano, 0,35 m/seg para o butano e 1,46 m/seg para o acetileno. Podemos, com base nesse critiro, dividir os gases combustveis em dois grupos: gases de baixa velocidade, como o GN e o GLP (propano + butano) e gases de alta velocidade, como o acetileno.

Aspectos de seguranaO GN apresenta riscos de asfixia, incndio e exploso. Para evitar o risco de exploso, em ambientes fechados deve evitar-se o uso de equipamentos eltricos inadequados, superfcies superaquecidas ou qualquer outra fonte de ignio externa. As reas onde o GN utilizado, bem como os arredores, devem dispor de equipamentos especiais de proteo respiratria compatveis com o tempo esperado de interveno, controlandose permanentemente o nvel de explosividade. Em caso de fogo em locais com insuficincia de ar, poder ser gerado CO, altamente txico. Vazamentos, com ou sem fogo, devem ser eliminados mediante o bloqueio da tubulao alimentadora, atravs da vlvula de bloqueio manual. A extino do fogo com extintores ou a aplicao de gua antes de fechar a alimentao de gs podem provocar acidentes graves, porque o gs pode chegar a acumular-se em algum ponto e explodir. Os equipamentos prximos ao fogo ou sujeitos sua ao devem ser mantidos resfriados com gua. Os dispositivos de segurana devem ser submetidos periodicamente a testes de funcionamento. recomendvel realizar deteces peridicas de possveis vazamentos de GN em vlvulas, acessrios e na tubulao, para assegurar sua estanqueidade. Todos os materiais e equipamentos dos sistemas que usam GN, ou com eles possam se relacionar, devem ser operados e submetidos manuteno apropriadamente. Qualquer problema, falha ou reparo necessrio deve ser solucionado imediatamente. A operao e a manuteno dos sistemas de GN devem seguir rigorosamente os manuais e normas tcnicas especficos. U m das razes para o excelente registro de segurana desfrutado pela indstria de gs natural no exterior o papel ativo desempenhado pelos distribuidores, garantindo que os clientes usem o gs natural seguramente. Algumas das medidas de segurana apoiadas por aquelas empresas esto abaixo listadas, que podero vir a ser implantadas no Brasil com o aumento da participao do gs natural na matriz energtica:G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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PROCESSAMENTO DO GS NATURAL Equipe tcnica disponvel 24 horas/dia para responder s questes dos clientes e/ou soluo de problemas;

Programa de segurana e educao, a ser implantado em escolas e outras organizaes;

Distribuio de informaes sobre segurana, atravs de inseres nas contas, anncios pblicos em rdio e televiso e na Internet;

Participao em programas de preparao de emergncia locais.

HISTRICORegistros antigos mostram que a descoberta do gs natural ocorreu no Ir, entre 6000 a.C. e 2000 a.C., e que, na Prsia, utilizavam o combustvel para manter aceso o fogo eterno, smbolo de adorao de uma das seitas locais. O GN j era conhecido na China desde 900 a.C., mas foi em 211 a.C. que o pas comeou a extrair a matria-prima com o objetivo de secar pedras de sal. Utilizavam varas de bambu para retirar o GN de poos com profundidade aproximada de 1000 m. Na Europa, o gs natural s foi descoberto em 1659, no despertando interesse por causa da grande aceitao do gs resultante do carvo carbonizado (town gas), que foi o primeiro combustvel responsvel pela iluminao de casas e ruas. J nos Estados Unidos, o primeiro gasoduto com fins comerciais entrou em operao na cidade de Fredonia, no Estado de Nova Iorque, em 1821, fornecendo energia aos consumidores para iluminao e preparao de alimentos. Durante a maior parte do sculo 19, o gs natural foi quase exclusivamente usado como uma fonte de luz. Assim, o gs natural era principalmente usado para iluminar ruas das cidades. Depois de 1890, porm, a eletricidade tornou-se a fonte preferida de energia para iluminao, e foram necessrias outras aplicaes para o gs natural. O seu emprego como combustvel industrial esbarrava, porm, na inexistncia de gasodutos de grande porte. As tcnicas de construo eram modestas e os gasodutos tinham no mximo 160 km de extenso, impedindo o transporte de grandes volumes a longas distncias, e, conseqentemente, reduzindo a participao do GN no desenvolvimento industrial, marcado pela presena de leo e carvo. Um gasoduto de 190 km, construdo em 1891, levou o gs dos campos da regio central do Estado de Indiana para Chicago. No se usou nenhuma compresso artificial, porque o gs subterrneo estava pressurizado a aproximadamente 35 atm. Isto permitiu a passagem do gs pela tubulao sem a necessidade de ser comprimindo em estaes. No final da dcada de 20 do sculo passado, os avanos na tecnologia de construo de gasodutos viabilizaram o transporte do GN para longos percursos. Entre 1927 e 1931, j existiam mais de 10 linhas de transmisso de grande porte nos Estados Unidos. Viabilizado o sistema de transporte e distribuio do gs, a indstria passou a us-lo nos processos de fabricao e como um combustvel eficiente para aquecer suas caldeiras. Tambm foi usado gs natural para aquecer casas e para uma variedade de utilidades domsticas (aquecedores de gua, fornos etc.). Mesmo assim, o mercado industrial do GN era relativamente pequeno at a II Guerra Mundial, quando ento ele tornou-se extremamente disponvel. A descoberta de vastas reservas tambm contribuiu para reduzir o preo do GN, que o tornou uma opo mais atraente que o town gas. A indstria de gs foi regulamentada pela primeira vez pelo governo federal americano em 1938, que imps regulamentos no preo do gs natural, pois a indstria passou a ter um monoplio natural e o governo precisou proteger os consumidores. No princpio, o governo teve de criar incentivos s companhias para que investissem grande quantia de capital e construssem uma infraestrutura de gasodutos para distribuio do gs a cada localidade. O governo ofereceu, como garantia para as c ompanhias, licenas exclusivas para regies de servio. Em 1954, o Supremo Tribunal regulou os preos do petrleo e do GN na cabea de poo.G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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O boom de construes ps-guerra durou at o ano de 1960 e foi responsvel pela instalao de milhares de quilmetros de dutos, proporcionado pelos avanos em metalurgia, tcnicas de soldagem e construo de tubos. Desde ento, o gs natural passou a ser utilizado em grande escala por vrios pases, devido s inmeras vantagens econmicas e ambientais. Esse panorama mudou muito nas dcadas de 70 e 80, iniciando com a escassez de gs, na dcada de 70, levando o preo para alm do regulamentado. Depois, com uma grande movimentao da indstria ao longo da dcada de 80 e incio de 1990, trazendo excelentes resultados, o fornecimento de gs voltou a crescer. Com isso, os preos caram em 50% aproximadamente, de 1985 a 1991. A competio no mercado conduziu inovao tecnolgica e a uma indstria dinmica. Avanos em tecnologia aumentaram a habilidade para achar, extrair e transportar gs natural com maior eficincia e menor custo. As perspectivas atuais de utilizao do GN so extremamente positivas, j que a demanda por combustveis no poluentes para a indstria, comrcio e transportes, bem como para gerao termeltrica, aumenta expressivamente.

CADEIA

DO

GS N ATURAL

Inicialmente, importante registrar que, no presente texto, pretende-se fazer apenas uma descrio sucinta de cada etapa que constitui a cadeia do GN, uma vez que cada uma dessas etapas pode ser estudada parte, detalhadamente.

Formao e ocorrnciasAtualmente, acredita-se que o petrleo e o gs natural se formam a partir de matria orgnica, restos de plantas e de animais que morreram, tendo seus corpos sido decompostos. O processo de eroso levou estes restos biolgicos rios abaixo e sobre as linhas de contorno da costa, onde foram depositados junto com lama e lodo. Com o passar do tempo, estes foram cobertos por outros sedimentos, e gradualmente foram comprimidos pelo peso d essas camadas que iam sendo sobrepostas. Mais tarde, o material que originalmente continha os restos biolgicos se tornou rocha sedimentar. Hoje, estas rochas sedimentares, como o arenito, o xisto e a dolomita, localizam-se onde, freqentemente, os depsitos de petrleo e gs natural so encontrados. Assim, os materiais orgnicos devem ter se transformado em petrleo e gs natural devido intensa presso e ao elevado calor nas formaes de rocha. O leo e o gs eventualmente migram da rocha matriz, onde foram formados, pelos poros das rochas sedimentares, atingindo a superfcie da terra. Se o gs alcana a superfcie, disperso na atmosfera. leos leves eventualmente tambm evaporam, enquanto o leo mais pesado se deposita na superfcie. devido formao desses depsitos superficiais que o conhecimento e o uso do petrleo remonta aos tempos mais antigos. Freqentemente, porm, o petrleo e o GN nunca vo at a superfcie. Muitas vezes, eles so aprisionados embaixo da superfcie por camadas de rochas impermeveis moldadas em cpulas, como bolsas, que se formaram sobre as rocha sedimentares (como mostra a prxima figura). A camada que retm o gs e o leo chamada formao capeadora ou trapa, e a formao resultante chamada de reservatrio. Como o gs e o leo se movimentam para cima pelas camadas permeveis de rocha, os mesmos deslocam gua que tambm estava retida nas camadas de rocha sedimentar. Quando o leo e o gs (junto com a gua) alcanam a camada de rocha impermevel (a trapa), cessa seu movimento ascendente e se separam um do outro. Essa separao, porm, no total: o leo e o gs acumulados ainda contm gua quando extrados, a qual deve ser removida antes de serem utilizados.


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Quando o reservatrio localizado em terra, freqentemente denominado on-shore, enquanto que as jazidas encontradas no mar so classificadas como off-shore. As reservas brasileiras de gs natural, em 2003, dividiam-se entre on-shore e off-shore na proporo de 1/3 e 2/3, respectivamente.

ExploraoNos primrdios da explorao de petrleo, o nico modo disponvel era procurar formaes na superfcie. Hoje, os gelogos deram para a indstria muito mais informaes sobre as formaes de petrleo e gs, bem como sobre a sua histria. Esta informao, junto com novas tecnologias que permitem ver dentro do solo, fornecem s companhias de explorao melhores condies de compreender como se formam os reservatrios e onde eles sero provavelmente encontrados, e assim, com maior probabilidade, encontrar gs e petrleo quando da perfurao dos poos. Um dos avanos tecnolgicos mais extraordinrios e efetivos que ajudaram o gelogo a encontrar depsitos de gs foi o emprego da sismologia. Sismologia o estudo de como o som, ou ondas ssmicas, se movem pela crosta da terra. Foi utilizado inicialmente para estudar os terremotos, e ainda o hoje. Porm, tambm demonstrou ser uma ferramenta inestimvel para o gelogo estudar as camadas mais profundas da crosta da terra sem perfur-las de fato. A idia de se usar a sismologia que terremotos, ou outras fontes de vibraes na crosta, interagem diferentemente com tipos distintos de rocha. Assim, ao se registrar uma onda de vibrao refletida por uma certa camada de rocha, o gelogo pode fazer uma segura considerao sobre o tipo de rocha que est presente e, aproximadamente, a que profunididade na crosta pode ser encontrada. Nas aplicaes iniciais de sismologia, a dinamite foi usada para criar vibraes previsveis em localizaes conhecidas. Estas vibraes foram registradas atravs de sismgrafos e, colocando estes dispositivos eletrnicos sobre uma vasta rea, gelogos puderam criar um modelo das camadas de rocha embaixo da crosta da terra. Hoje, companhias de explorao usam freqentemente caminhes especializados que produzem vibraes na superfcie, em lugar de exploses com dinamite. Em explorao martima, utilizam-se navios equipados com um arranjo de sensores, onde, atravs de um dispositivo que atira ar pressurizado na gua e cria vibraes que podem ser medidas por estes sensores, so reproduzidos os mesmos perfis das camadas de rocha que esto abaixo da lmina de gua.


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Recentemente, com o avano da tecnologia de computao, houve um grande aumento do valor dos dados ssmicos, permitindo aos gelogos a construo do que conhecido c omo 3 -D Ssmico, ou um mapa tridimensional das camadas de rocha abaixo da superfcie. Alm da sismologia, os gelogos confiam s vezes em informaes relativas s propriedades magnticas das rochas para achar gs e leo. Os gelogos adquirem medidas das caractersticas magnticas da crosta usando um dispositivo conhecido como magnetmetro. Este dispositivo pode medir mudanas pequenas no campo magntico da terra, no nvel da superfcie, que indica que tipos de formaes de rocha poderiam estar presentes no subsolo. Originalmente, esta tecnologia era raramente utilizada, pois o magnetmetro poderia inspecionar apenas pequenas reas. Porm, com as novas tecnologias, podem ser colocados magnetmetros em helicpteros ou avies. Em 1981, a NASA lanou um satlite de magnetmetro, chamado Magsat. Apesar de toda essa tecnologia, a nica maneira de assegurar que o gs e o leo sero encontrados perfurar. Porm, atualmente, as companhias de explorao esto realizando tanta pesquisa quanto possvel antes de perfurar, porque os custos associados com a perfurao so altos, e muito dinheiro perdido quando poos resultam secos.

Reserva sEntende-se como reservas os recursos descobertos de gs natural comercialmente recuperveis a partir de uma data de referncia. A estimativa desses valores incorpora um certo grau de incerteza quanto s informaes de geocincias, engenharia e de natureza econmica. Em funo disso, elas so classificadas como: Reservas provadas - so aquelas que, com base na anlise de dados geolgicos e de engenharia, se estima recuperar comercialmente com elevado grau de certeza; Reservas provveis - so aquelas cuja anlise dos dados indica uma maior incerteza na sua recuperao quando comparada com a estimativa de reservas provadas; Reservas possveis - so aquelas cuja anlise indica uma maior incerteza na sua recuperao quando comparada com a estimativa de reservas provveis;

Reservas totais - representa o somatrio das reservas provadas, provveis e possveis.

O desenvolvimento de um campo, ou seja, sua preparao para produzir, s ocorre se for constatada a viabilidade tcnico-econmica da descoberta, verificando-se se o volume de gs natural e/ou de petrleo recupervel justifica os altos investimentos necessrios montagem de uma infra-estrutura para produo comercial. Atravs do dimensionamento das reservas, determinam -se, primeiro, as quantidades de leo e gs existentes na jazida (volume original provado), por meio do reconhecimento de fatores como sua extenso, espessura das camadas saturadas com leo ou gs, quantidade de gua associada, percentagem de gs dissolvido no leo, porosidade da rocha, presso, temperatura etc. A seguir, calculado o volume de hidrocarbonetos que pode ser recuperado, multiplicando-se o volume original provado por um fator de recuperao. As reservas so reavaliadas anualmente, e seu volume oscila em funo de novas descobertas, das quantidades de petrleo e gs extradas a cada ano e dos avanos tcnicos que permitem elevar o fator de recuperao dos fluidos existentes no interior da rocha-reservatrio. Reservas mundiais provadas de gs natural (dados de 2003), descritas no grfico a seguir, so calculadas em aproximadamente 1 trilhes de m 3. Considerando a equivalncia, em termos 76 3 energticos, de 1000 m de gs para 1 m3 de petrleo, conforme a pgina web da Organizao Nacional da Indstria do Petrleo (http://www.onip.org.br), as reservas de gs correspondem a 96% das reservas mundiais de energia de petrleo (1,1477 trilhes de barris, sendo 1 barril 0,16 m3).G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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sia e Pacfico 8%

Amrica do Norte 4%

Amrica do Sul e Central 4% Europa 4%

Oriente Mdio 40% frica 8%

Ex-Unio Sovitica 32%

Cerca de 32% destas reservas so localizadas nas reg ies da antiga Unio Sovitica (Rssia, Azerbaijo, Cazaquisto, Turcomenisto, Ucrnia e Uzbequisto) e aproximadamente 40% nos pases de Oriente Mdio. A localizao destas reservas, longe das populaes dos principais pases consumidores, sugere que a indstria de gs natural mundial esteja em uma fase de desenvolvimento bem parecido com que esteve nos E.U.A. em torno de 1930.

PerfuraoPor uma razo ou outra, tem-se cavado a superfcie da terra desde o comeo da Histria ou at no perodo pr-histrico. Os primeiros poos tinham principalmente a finalidade de encontrar gua para beber ou para irrigao. Manualmente, foram cavados poos rasos (em relao profundidade dos poos de gs e leo de hoje), s arranhando a superfcie da Terra. Foram usadas ferramentas de pedra e madeira para cavar estes poos primitivos. Com o passar do tempo, estas ferramentas foram substitudas por outras de metal, que eram mais eficientes. J em 600 a.C., os chineses estavam usando ferramentas de percusso para cavar poos de sal: usavam setas de bambu com um pedao de metal para bater nas capas de sal. So creditados aos egpcios os mritos de serem os primeiros a usarem mecanismos rotativos para perfurar a terra, e isso em cerca de 3000 a.C. Muito mais recentemente, em 1500, Leonardo da Vinci desenvolveu um projeto para uma perfuratriz rotativa que muito semelhante s usadas hoje. Atualmente, cerca de 85% dos poos perfurados usam equipamentos de perfurao rotativos convencionais para cavar poos profundos. Uma vez determinado o local e o tamanho do reservatrio (raso ou profundo), ser determinado o equipamento a ser usado na superfcie para perfurar o poo. A natureza das formaes de rocha que devem ser perfuradas tambm ser um fator determinante do tipo de equipamento de perfurao a ser escolhido para o poo. Na superfcie, um sistema complexo de tubos, cabos, mquinas, mecanismos de apoio e equipamentos de lubrificao controla a rotao da pea debaixo da superfcie, como tambm mantm a pea lubrificada, retirando o material escavado. Debaixo da superfcie, a broca presa a um longo tubo. Seu trabalho quebrar o fundo da rocha ou da terra para permitir que o poo possa progredir mais profundamente na crosta. Na perfurao de poos profundos com diferentes camadas de rocha, vrios tipos de brocas podem ser usadas em um nico poo. Uma das tecnologias novas, excepcional e produtiva, a perfurao horizontal. A noo de perfurar poos que no so alinhados verticalmente com a superfcie no nova. Durante anos, companhias tm empregado inclinao para perfurao de poos em ngulo, visando alcanar reas onde as perfuratrizes no puderam ter sido colocadas. Inclinao ou divergncia na perfuraoG ILSON GOMES DE M EDEIROS

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tambm foi utilizada tradicionalmente em locais prximos praia, onde a despesa com plataformas probe a construo de plataformas mltiplas. Para reduzir custos, so perfurados vrios poos inclinados a partir de uma nica plataforma, os quais alcanam vrios reservatrios ou diferentes campos de leo e gs. Em alguns casos, 20 ou mais poos inclinados podem ser perfurados partindo de uma nica plataforma. leo e gs podem ser retirados de um poo at mesmo enquanto a perfurao horizontal ainda continua. Perfuraes tambm podem ser realizadas em reservas off-shore. A diferena maior entre plataforma martima e terrestre a base onde a sonda colocada. O primeiro passo para perfurar um poo martimo estabelecer um mecanismo para prender a plataforma flutuante ao fundo do oceano e ao mesmo tempo permiti-la suportar o balano e a oscilao causadas pelas ondas do mar. O tipo de plataforma varia com respeito profundidade da lmina dgua. As plataformas mais comuns so de dois tipos: (a) as plataformas semi-submersveis, que se apiam em flutuadores submarinos, cuja profundidade pode ser alterada atravs do bombeio de gua para dentro ou fora dos tanques de lastro, permitindo que os flutuadores fiquem posicionados sempre abaixo da zona de ao das ondas, o que d ao equipamento grande estabilidade; (b) as plataformas auto-elevveis, que se apiam no fundo do mar por meio de trs ou mais pernas com at 150 metros de comprimento, que se movimentam verticalmente atravs do casco. No local da perfurao, as pernas descem at o leito do mar e a plataforma erguida, ficando a uma altura adequada, acima das ondas. Finda a perfurao, as pernas so suspensas, e a plataforma est pronta para ser rebocada. J os naviossonda, recomendados para explorao e produo em guas muito profundas, parecem navios convencionais, mas possuem, no centro, uma torre e uma abertura pela qual feita a perfurao. Existem ainda plataformas permanentes, que so as maiores. Estas plataformas volumosas so colocadas em reas onde sero perfurados poos mltiplos, e de alta produo. O Brasil pioneiro na tecnologia de perfurao em guas profundas. Isto porque 76% do total das reservas brasileiras esto em guas profundas e ultraprofundas mais de 300 metros. Atualmente, est sendo desenvolvido um projeto de pesquisa para perfurao a 3000 m de lmina dgua: o Procap-3000 (Programa Tecnolgico da Petrobras em Sistemas de Explorao em guas Ultraprofundas) .

ProduoUma vez que a perfurao entra em contato com uma formao de petrleo produtiva, importante testar a formao para determinar se a companhia poder lucrar pela extrao de gs e leo, bem como sua taxa de extrao. A informao que precisa ser obtida inclui a profundidade, o tipo de formao, a relao entre gs e leo, a viscosidade do leo e a perspectiva econmica global para o projeto. No passado, os produtores tinham a inteno de extrair o mximo de leo e gs de um determinado poo no menor tempo possvel. Hoje, muito mais nfase dada ao mximo desempenho de um poo, ou sua recuperao mais eficiente. Recuperao eficiente leva em conta o planejamento de produo do poo e o tipo certo de equipamento. Taxas de produo excessivas podem danificar um poo e produzir menos leo e gs do que ele poderia suprir no final das contas.


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Alguns poos, chamados surgentes, apresentam presso interna suficiente para que o leo e o gs possam fluir livremente sem qualquer necessidade de se ter uma bomba. Existem poucos tipos destas formaes. Poos fluentes ou surgentes s requerem , para produzir gs e leo, uma rvore de natal (como a que mostrada ao lado) uma srie de vlvulas e tubos na superfcie. A maioria dos poos, porm, exige algum tipo de mtodo de aumento da presso para a extrao do leo e gs presente nas formaes. O mtodo empregado depende da profundidade do poo e de sua complexidade, sendo o mais usual a barra de bombeamento. Esse mtodo envolve uma bomba de superfcie, onde a barra, que se move de cima para baixo, bombeia leo e gs para fora de um poo. A mquina mais comum para uma bomba de barra a cabea de cavalo, ou cavalo de pau (figura abaixo). Esta bomba usa pesos para ajudar o motor a erguer e abaixar a barra do mecanismo que bombeia. Por outro lado, mesmo os poos surgentes tendem a ter sua presso reduzida com o tempo e tambm passam a necessitar de algum tipo de bombeamento. Alm dos mtodos mecnicos, existem os bombeamentos hidrulico e centrfugo e a injeo de gs, com o mesmo objetivo. Outros mecanismos de aumento de presso, como os que ficam debaixo da superfcie da terra, tambm so usados. Estas unidades de subsolo se instalam mais prximas ao depsito de petrleo, e bombeiam o leo e o gs para a superfcie. No perodo 1954-2004, a produo de gs natural no Brasil cresceu 11,8% a.a., em mdia, tendo ocorrido um grande salto na dcada de 1980, principalmente em decorrncia do incio de operao das jazidas da Bacia de Campos. Em 2004, 54,2% da produo se concentraram nos campos martimos, situao bastante distinta daquela ocorrida at 1972, quando a produo concentrava-se nos campos terrestres, especialmente no Estado da Bahia. importante observar que o volume de gs natural produzido no disponibilizado para venda em sua totalidade, uma vez que parte do volume extrado destinada a: Consumo prprio - parcela da produo utilizada para suprir as necessidades das instalaes de produo; Queima e perda - parcela do volume extrado do reservatrio que foi queimada ou perdida ainda na rea de produo;

Reinjeo - parcela do gs natural produzido que injetada de volta nos reservatrios;

LGN - parcela de hidrocarbonetos mais pesados (etano, GLP e gasolina natural) extrada do gs naturalm nas plantas de processamento.

Alm disso, uma parcela razovel do gs disponvel consumida nas refinarias da Petrobras, reduzindo, assim, o volume disponvel para o mercado.


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A seguir, apresentado um panorama da produo do GN nas principais regies do mundo (dados de 2003), onde pode-se notar que o Oriente Mdio, sendo detentor de uma grande reserva, no um grande produtor, enquanto que a Amrica do Norte, mesmo possuindo poucas reservas, um dos grandes produtores.

Oriente Mdio 10% frica 5% Ex-Unio Sovitica 28%

sia e Pacfico 12%

Amrica do Norte 29% Amrica do Sul e Central 5% Europa 11%

ProcessamentoMais adiante, um captulo inteiro dedicado etapa de processamento do gs natural. Para no quebrar a seqncia da cadeia do gs, aqui ser apresentada uma discusso preliminar. A funo do processamento do gs comea na cabea de poo, com a produo de leo cru ou gs natural bruto. O leo cru deve ser estabilizado por remoo do gs e de outros componentes volteis, para facilitar o seu transporte pelo oleoduto. O gs da cabea de poo deve ser prtratado no campo (processamento primrio), comprimido e transportado para uma refinaria central para ser finalmente processado, onde se produzir um gs de qualidade comercial. O processamento final na refinaria envolve duas operaes bsicas: extrair, do fluxo de gs, a frao lquida, conhecida por LGN (lquido de gs natural) , produzindo o gs seco, residual ou processado; e fracionar os componentes da frao LGN em GLP e C5+ (gasolina natural). Processos adicionais normalmente so exigidos para tratar e condicionar o gs natural e o LGN. Um desses processos consiste em secar o gs (retirar a gua nele contida) passando-o por uma camada fixa de um material dessecante (freqentemente, uma peneira molecular que funciona como adsorvente). s vezes, processos mais complexos, como liquefazer completamente o fluxo total de gs, esfriando-o a temperaturas extremamente baixas, so necessrios. A extrao dos lquidos mais pesados (C5+) pode ser alcanada pela compresso simples e esfriamento moderado do fluxo de gs natural. Porm, o processamento industrial moderno de gs usa uma variedade de processos sofisticados para tratar o gs natural e extrair o LGN do fluxo de gs. Os dois processos de extrao mais importantes so a absoro refrigerada e a turbo-expanso criognica, feitos em uma UPGN - Unidade de Processamento de Gs Natural. A figura seguinte apresenta o esquema bsico de uma UPGN que utiliza o processo de absoro.


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O passo bsico no processo de absoro a remoo de componentes do LGN do gs natural atravs de contato com um leo absorvedor. A recuperao lquida aumentada refrigerando-se o leo de absoro da, o nome de absoro regrigerada. Nveis de recuperao tambm podem ser aumentados baixando-se o peso molecular do leo de absoro. Dependendo de condies operacionais, cerca de 85% do propano e essencialmente todos os lquidos mais pesados so absorvidos no leo. Fraes mais leves (metano, etano e algum propano) no so recuperadas no leo absorvedor e saem pelo topo da torre absorvedora, sendo comercializadas como gs natural processado.

ArmazenamentoAntes do gs natural ser distribudo, ele pode ser armazenado. Isso ocorre principalmente nos pases em que o inverno rigoroso, e nesse perodo aumenta muito o consumo do GN para fins de calefao. No vero, o consumo cai e o gs produzido em excesso ento armazenado. O armazenamento age como um tipo de pulmo entre o gasoduto e o sistema de distribuio, e permite que as companhias de distribuio possam servir seus clientes com maior confiabilidade, retirando gs do armazenamento para responder rapidamente ao aumento da demanda nos perodos de pico. Tambm permite a venda avulsa de certas quantidades de gs natural fora dos perodos de pico. O armazenamento possibilita ainda o servio contnuo de distribuio, at mesmo quando so interrompidas a produo ou os servios de transporte pelo gasoduto. O armazenamento tambm ocasionalmente usado como uma medida de conservao para prevenir a queima ou outro desperdcio de gs, quando as taxas de produo excedem a comercializao. Exitem mais de 400 locais de armazenamento subterrneos nos Estados Unidos e Canad. Apesar destes nmeros altos, a capacidade de armazenamento est sempre aumentando a fim de acomodar o aumento do uso de gs e melhorar a confiabilidade. No armazenamento subterrneo, o gs transferido do reservatrio onde foi descoberto para outros reservatrios, normalmente mais prximos das reas comerciais, e guardado para atender as demandas do mercado. No Brasil, por no existir tal sazonalidade no consumo do GN, no utilizado o armazenamento subterrneo, sendo a prpria rede de gasodutos utilizada com essa finalidade. Apenas para o consumo final (no caso do uso veicular ou em pequenas unidades industriais de consumo relativamente baixo), o gs natural armazenado como gs comprimido em cilindros especiais, com a presso de aproximadamente 200 atm. Para comparar, observe-se que a presso de engarrafamento do GLP nos botijes de uso domstico deve ser inferior a 15 atm, valor mximo para o qual eles so projetados.G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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TransporteDepois que o gs natural bruto processado, passa a um sistema de gasodutos para ser vendido. Uma companhia de transporte uma companhia totalmente separada do produtor ou de um distribuidor, embora s vezes o transportador venda o gs diretamente aos grandes clientes. A maioria dos gasodutos, que so de ao, medem em geral de 10 a 32 de dimetro. Quando o gs natural transportado por um gasoduto, transferido a presses muito altas (de 15 a 100 atm) para se reduzir o volume do gs e prover uma fora suficiente para empurr-lo pelo tubo. Para manter o nvel de presso exigido a fim de mover grandes volumes de gs por um gasoduto, o gs precisa ser comprimido periodicamente. Isto exige a instalao de compressores estacionrios a cada 80 a 160 km ao longo do gasoduto. Por exemplo, h mais de 16 estaes de compresso de GN ao longo do gasoduto Brasil-Bolvia. Esses compressores, em sua maioria, so do tipo alternativo, acionados por uma poro muito pequena do gs natural que flui pelo gasoduto. Estes compressores so eficientes e seguros; a sua nica desvantagem que tendem a ser bem grandes. Um dos problemas ambientais clssicos com qualquer tipo de energia que uma poro da energia perdida no transporte, isto , da fonte ao destino. O transporte de gs muito eficiente neste sentido, comparado a outros recursos energticos. Apenas aproximadamente 3% da energia do gs que transportada perdida no processo. Quando se considera a eficincia de um recurso de energia do comeo ao fim da cadeia , o gs aparece como o mais eficiente. Por exemplo, o uso de gs natural muito mais eficiente que a eletricidade. Mais de 70% da energia eltrica gerada perdida durante a prpria gerao e na transmisso das linhas de fora para o consumidor. O transporte e a entrega do gs natural, por sua vez, esto acima de 90% de eficincia. O sistema de transporte de gs no Brasil est composto de mais de 5.000 km de gasodutos, incluindo os que se encontram em fase final de construo e ex cluindo as linhas de distribuio locais. Estes gasodutos precisam ser monitorados 24 horas/dia e 365 dias/ano. Para manter a informao constantemente precisa sobre as vrias sees do gasoduto, as companhias de distribuio e transporte se utilizam de supervisrios que controlam os sistemas de aquisio de dados. Estes so sistemas computadorizados que permitem que os operadores do gasoduto adquiram informao das sees distantes do gasoduto e tambm controlem o fluxo de gs nas diversas localidades usando computadores que esto ligados a satlites de comunicao e sistemas de comunicao por telefone. Estes sistemas n s permitem aos operadores do gasoduto obter o informao oportuna, mas tambm permitem aos produtores ter acesso a qualquer informao de forma que eles possam comprar servios de distribuio de acordo com o volume atual de gs em um gasoduto. Outro mtodo que companhias de gs empregam para manter os gasodutos em ordem o uso de pigs inteligentes (dispositivos de inspeo robotizado inteligente) , que so usados para inspecionar as paredes interiores do gasoduto, localizar defeitos, medir a corroso e o dimetro interior de uma seo do tubo e remover material acumulado numa seo do gasoduto. Quando um pig inteligente viaja por um gasoduto, coleta milhares de medidas com seus sensores precisos que podem ser analisados e modelados depois atravs de computadores para mostrar possveis problemas no gasoduto. Embora os gasodutos usem proteo catdica, em muitas sees mais novas eles ainda encontram problemas de corroso que debilitam algumas partes do gasoduto. So usados pigs de fluxo magntico para descobrir perda de metal nas paredes do gasoduto e localizar problemas potenciais sem o custo e risco de usar outros mtodos. A entrega do gs natural um dos meios mais seguros de distribuir energia para os clientes. Muito disto devido ao fato de que o sistema de transporte fixo e enterrado. Dados estatsticos indicam que o transporte de energia atravs de trem ou caminho representa um risco de segurana mais alto que por um gasoduto. De acordo com dados do Departamento Norte-Americano de Transporte, os transportes de gs natural e de petrleo so os mtodos mais seguros de seG ILSON GOMES DE M EDEIROS

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transportar energia. Por exemplo, a corrente eltrica responsvel por mais de 100 mortes/ano durante sua transmisso para o consumidor. Em contraste, em 1993 (no foram encontrados dados mais recentes), foram informadas apenas 14 fatalidades de acidente em gasodutos, de acordo com pesquisas norte-americanas. O gasoduto Brasil-Bolvia, acima citado, tambm conhecido por Gasbol, traz o gs natural boliviano para o territrio brasileiro. A obra, iniciada em agosto de 1997, resultado de um acordo entre a Bolvia e o Brasil, assinado pela Petrobrs e a YPFB - Yacimientos Petrolferos Fiscales de Bolvia, vlido por 20 anos e renovvel. O gasoduto Bolvia-Brasil foi um importante passo para o campo industrial brasileiro, gerando um aumento considervel de oferta de gs natural no pas. Operado pela Transportadora Brasileira Gasoduto Bolvia-Brasil S/A - TBG, este gasoduto tem 2593 km de extenso em territrio nacional e 557 km na Bolvia, e custo total aproximado de US$ 2 bilhes. A rede de dutos atravessa os Estados de Mato Grosso do Sul, So Paulo, Paran, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, como se v no mapa a seguir, atingindo, 135 municpios e mais de 4000 propriedades, e beneficia indiretamente Rio de Janeiro e Minas Gerais.

O empreendimento foi construdo em duas etapas. O Trecho Norte, de 1970 km, foi inaugurado em 9/02/1999 e entrou em operao em 1/06/1999. Este trecho comea no Rio Grande (Santa Cruz de la Sierra), na Bolvia, chega ao Brasil pela cidade de Corumb (Mato Grosso) e se estende at Paulnia, em So Paulo. O Trecho Sul foi concludo em 31/03/2000, ligando So Paulo at Canoas, no Rio Grande do Sul. O traado estratgico do gasoduto foi amplamente estudado, inclusive por meio de satlites, e seguindo as orientaes do Estudo de Impacto Ambiental (EIA/Rima), do Ibama, zelando rigorosamente pela preservao do meio ambiente. Sua construo exigiu avanadas tcnicas de engenharia, possibilitando a passagem sob rios, fazendas e estradas. Alm disso, a Petrobras investiu R$ 30 milhes em programas de compensao ambiental e se preocupou com a preservao dos 617 stios arqueolgicos encontrados.


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Em 1998, a participao do gs natural na economia brasileira era de apenas 3%. Mas o objetivo final aumentar o uso do combustvel para 12% at 2010. A meta que o gasodudo Bolvia Brasil esteja operando com capacidade mxima, em 2007, transportando diariamente 30 milhes de metros cbicos, metade da necessidade nacional. O resultado possibilitar a implantao de novas usinas termeltricas em diversas localidades. Somente o Estado de So Paulo dever absorver metade da capacidade total do gasoduto. Todo o sistema do Gasoduto Bolvia-Brasil controlado por satlites ininterruptam ente da refinaria localizada em Rio Grande, na Bolvia, at Porto Alegre, no Rio Gra nde do Sul. A operao monitorada em duas centrais de controle, instaladas em Santa Cruz de la Sierra e no Rio de Janeiro. Entre outras medidas e sistemas de proteo, destaca-se a utilizao de vlvulas de bloqueio, a cada 30 km, que interrompero a passagem do gs natural em caso de queda de presso. A obra do Gasbol, considerada como a maior obra do gnero no mundo e o mais extenso do continente, foi concluda em prazo recorde. Neste texto, encontra-se tambm um mapa que mostra a principal rede de gs natural do Nordeste do Brasil, o Gasoduto Nordesto.

DistribuioA distribuio a entrega de gs natural de um gasoduto interestadual para consumidores locais. executada atravs de companhias de distribuio locais. Os distribuidores foram muito ativos, desenvolvendo novas aplicaes de gs, tanto para aquecimento quanto para resfriamento, e novas tecnologias que ajudam a reduzir custos e melhorar o servio. Alguns dos mais importantes so: Uso de tubos flexveis, que substituem o tubo de ao rgido tradicional utilizado na entrada da medio de gs domstica, revestido com ao inoxidvel corrugado, que pode economizar 50 por cento em custos de instalao;

Tubulao de plstico, que hoje substitui as tubulaes principais de ao tradicional e linhas de servio em 90 por cento de instalaes novas;

Sistemas de leitura eletrnica da medio que reduzem os custos de leitores humanos; Sistemas de computador que ajudam a localizar tubos subterrneos;

Novas tcnicas para entrincheiramento, que reduzem a escavao e restaurao d local o em que aplicada, tanto para novas instalaes quanto para substituies de tubos ou consertos.

Alm disso, para os gasodutos interestaduais, os distribuidores fazem uso de tecnologias de transporte via computador, como as regulagens das vlvulas por satlite e supervisrios de controle e aquisio de dados, sistemas que controlam o fluxo de gs enquanto tambm provm informaes de contabilidade, dados de contrato e medidas eletrnicas do gs.

Aplicaes e mercadoO gs natural, aps ser extrado, tratado e processado, utilizado largamente em residncias, no comrcio, em indstrias e em veculos. Ele pode ser usado nas cidades, atravs de redes de distribuio, para consumo em residncias, bares, hotis e restaurantes, substituindo o gs liquefeito de petrleo. Seu uso residencial e comercial, nos pases de clima frio, predominantemente voltado para aquecimento ambiental. J no Brasil, esse uso quase exclusivo para cozimento de alimentos e aquecimento de gua.


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Na indstria, o gs natural utilizado como combustvel para fornecimento de calor, gerao de eletricidade e de fora motriz, como matria-prima nos setores qumico, petroqumico e de fertilizantes, e como redutor siderrgico na fabricao de ao. E pode, finalmente, ter outras utilizaes menos convencionais, como refrigerao de ambientes em aparelhos de ar condicionado, em geladeiras etc. Na rea de transportes, utilizado em nibus e automveis, armazenado sob presso em cilindros acondicionados adaptados, como alternativa gasolina, lcool ou leo diesel. A utilizao do gs natural vem representar uma srie de vantagens econmicas p ara as empresas, se comparada ao leo combustvel: no tem custo de frete rodovirio, garante rpida distribuio, elimina o custo de estocagem, reduz o seguro, diminui custos de manuteno, adia investimentos em troca de equipamentos, elimina a necessidade de instalao e operao de equipamentos de controle de emisses e pago depois de usado. As principais aplicaes do GN so apresentadas sucintamente a seguir. Indstria - Utilizado como combustvel, o gs natural proporciona uma combusto limpa, isenta de agentes poluidores, ideal para processos que exigem a queima em contato direto com o produto final, como, por exemplo, a indstria de cermica e a fabricao de vidro e cimento. O gs natural tambm pode ser utilizado como redutor siderrgico na fabricao de ao e, de formas variadas, como matria-prima: na indstria petroqumica, principalmente para a produo de metanol, e na indstria de fertilizantes, para a produo de amnia e uria. Gs veicular - No uso em automveis, nibus e caminhes, o gs natural recebe o nome de gs veicular, oferecendo vantagem no custo por quilmetro rodado. Como seco, o gs natural no provoca resduos de carbono nas partes internas do motor, o que, de um lado, aumenta a vida til do motor e o intervalo de troca de leo e, do outro, reduz significativamente os custos de manuteno. Gs domiciliar - No uso em residncias, o gs natural chamado de gs domiciliar. um mercado em franca expanso, especialmente nos grandes centros urbanos de todo o pas. As companhias distribuidoras estaduais tm planos de grande ampliao de suas redes, e o aumento do consumo de gs domiciliar demanda investimentos expressivos em converses e em recebimento e adaptaes nas residncias. Termeltricas - A participao em projetos de usinas termeltricas uma prioridade da Gaspetro e se insere na estratgia de ao definida para o Sistema Petrobras, pelo Governo Federal, atravs do Ministrio de Minas e Energia, com o objetivo de contribuir para assegurar o suprimento de energia eltrica nos prximos anos. Em turbinas termeltricas, combinado com caldeiras recuperadoras de calor, o gs pode ter dupla funo: gerao de energia eltrica e produo de vapor. Esse processo tem o nome de co-gerao e, por sua segurana operacional e economia, vem sendo utilizado por diversas indstrias no Pas e no mundo.

Participao na matriz energticaComo j foi referido, o GN passou a ser importante na composio da matriz energtica brasileira. Enquanto os outros pases tiveram que se desenvolver utilizando petrleo e gs, o Brasil, dispondo de enormes recursos hdricos, no se desenvolveu nesta rea. Vemos, por exemplo, que, na Venezuela , o gs natural responsvel por 47,1% da produo de energia; na Argentina, 47%; no Canad, 28,1%; no Reino Unido, 27,5%; nos Estados Unidos, 24,1%; e, na Bolvia, 21,4% (dados de 1997). No Brasil, era de apenas 2 a 3% a participao do GN na matriz energtica em 1997. Os choques do petrleo nos anos 70 seguidos pelas altas taxas de juros trouxeram uma reviso na poltica energtica brasileira, impondo como diretriz a substituio do petrleo importado e programas gerao de energia interna. Mais recentemente, foram tomadas medidas no sentido de incrementar a produo nacional e aumentar a utilizao do gs natural na matrizG ILSON GOMES DE M EDEIROS

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energtica brasileira. A importncia desta deciso baseia-se principalmente no atendimento ao aspecto ambiental e no atendimento s necessidades de energia primria. A orientao do Governo Federal foi de elevar a participao do gs natural de 2% para 12% na matriz energtica brasileira at o ano de 2010, incluindo um programa de racionalizao do uso dos derivados do petrleo e do gs natural. Por essa razo, aquele perfil mudou bastante, conforme a tabela seguinte, elaborada a partir do Balano Energtico Nacional 2004 do Ministrio das Minas e Energia, em comparao com a matriz mundial (cujos dados so de 2002 Fonte: IEA).

M U N DOHI D R U L I C A CA R V O CO M B U S T V E I SRENOVVEIS

BRASIL2% 23% 11% 21% 36% 7% HI D R U L I C A LENHAE

14% 13% 13% 9% 39% 12%

CA R V ODA

VEGETAL

DE R I V A D O S

CA N A

G S NA T U R A L PETRLEOE DERIVADOS

G S NA T U R A L PETRLEOE DERIVADOS

NU C L E A R

OU T R O S


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P ROCESSAMENTO PRIMRIOAo longo da vida produtiva de um campo de petrleo, ocorre, portanto, a produo simultnea de gs, leo e gua, juntamente com impurezas. Como o interesse econmico reside apenas na produo de hidrocarbonetos (leo e gs), h necessidade de dotar os campos (martimos ou terrestres) de facilidades de produo, que so instalaes destinadas a efetuar, sob condies controladas, o processamento primrio dos fluidos, ou seja: 1. a separao do leo, do gs e da gua contendo as impurezas em suspenso; 2. o tratamento ou condicionamento dos hidrocarbonetos, para que possam ser transferidos para as refinarias ou para as UPGNs, onde efetuado o processamento propriam ente dito; e 3. o tratamento da gua para reinjeo ou descarte. Dependendo do tipo de fluidos produzidos e da viabilidade tcnico-econmica, uma planta de processamento primrio pode ser simples ou complexa. As mais simples efetuam apenas a separao gs/leo/gua (item 1 acima citado), enquanto que as mais complexas incluem os demais processos (o condicionamento e a compresso do gs, o tratamento e a estabilizao do leo e o tratamento da gua para reinjeo ou descarte. Toda planta possui uma capacidade nominal de processamento, projetada em funo do estudo de diversos parmetros do campo produtor. A figura abaixo representa um diagrama que mostra os principais componentes de uma unidade.

O sistema comea na cabea do poo, que equipado com uma vlvula para controle da vazo de acordo com as recomendaes da engenharia de reservatrios. nesta vlvula que ocorre a maior perda de carga (queda de presso) localizada entre o reservatrio e o primeiro separador. Quando dois ou mais poos produzem para uma mesma unidade, necessrio o uso de um manifold de produo para combinar as vazes e presses dos diversos poos para a entrada da planta de processamento primrio.


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VASOS SEPARADORESOs fluidos produzidos passam, inicialmente, por vasos separadores, que podem ser bifsicos ou trifsicos, atuando em srie ou paralelo. No separador bifsico, ocorre a separao gs/lquido, enquanto que, no separador trifsico, ocorre, tambm, a separao leo/gua. Para maximizar a produo de leo e de acordo com a presso do sistema, pode ser necessria a utilizao de vrios estgios de separao, permitindo o processamento da produo de poos que tenham diferentes presses de fluxo. Os separadores so fabricados nas formas vertical e horizontal. Por apresentarem uma maior rea superficial de interface, permitindo uma melhor separao lquido/gs, os separadores horizontais so normalmente mais eficientes. So utilizados, principalmente, em sistemas que apresentem espumas e altas razes gs/leo. As desvantagens referem-se ao manuseio dos slidos produzidos (os verticais tm uma geometria que permite a deposio localizada no fundo do vaso, facilitando a remoo) e menor capacidade de absorver grandes variaes de fluxo (golfadas). Os vasos separadores baseiam-se nos seguintes mecanismos para a separao lquido/gs: ao da gravidade e da diferena de densidades: responsvel pela d ecantao do fluido mais pesado; separao inercial: mudanas bruscas de velocidade e de direo de fluxo permitindo ao gs desprender-se da fase lquida devido inrcia que esta fase possui; aglutinao das partculas: contato das gotculas de leo dispersas sobre uma superfcie, o que facilita sua coalescncia, aglutinao e conseqente decantao; fora centrfuga: aproveita as diferenas de densidade do lquido e do gs. Um separador tpico constitui-se de quatro sees distintas: seo de separao primria: onde o fluido choca-se com defletores ou dirigido por um difusor que lhe impe um movimento giratrio, fazendo com que o lquido se precipite para o fundo do vaso. nesta seo que a maior parte do lquido separado, removendo rapidamente as golfadas e as gotculas de maior dimetro do lquido. Com isso, ocorre uma diminuio da turbulncia, evitando o retorno do lquido para a fase gasosa. seo de acumulao (coleta) de lquido: onde ocorre a separao das bolhas gasosas que ficaram no seio do lquido aps a separao primria. Para que seja efetiva, o lquido deve permanecer retido durante um certo tempo (chamado tempo de reteno), o qual pode variar de 3 a 4 minutos. seo de separao secundria: onde se separam as gotculas menores de lquido carreadas pelo gs aps a separao primria. O mecanismo o mesmo da seo de acumulao, sendo grandemente influenciado pela turbulncia do gs. seo aglutinadora: onde as gotculas de lquido arrastadas pela corrente de gs, no separadas nas sees anteriores, so aglutinadas em meios porosos e recuperadas. Para reteno de pequenas gotculas de lquido na parte superior dos vasos, so utilizados vrios tipos de extratores de nvoa.

Separadores bifsicosA prxima figura ilustra um separador bifsico horizontal. O fluido entra no separador e choca-se com defletores de entrada (seo de separao primria), os quais provocam uma mudana brusca de velocidade e direo do fluido. A fora da gravidade causa a separao das gotculas lquidas mais pesadas que deixam a corrente de gs e se acumulam no fundo do vaso, onde o lquido coletado. Esta seo de coleta assegura um tempo de reteno apropriado, necessrio para que o gs se desprenda do lquido e v para o espao superior do separador.G ILSON GOMES DE M EDEIROS

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O gs separado flui sob os defletores de entrada e segue atravs da seo de separao secundria. medida que o gs flui, pequenas gotas de lquido que ficaram na fase gasosa caem por ao da gravidade na interface gs/lquido. Algumas gotas tm dimetro to pequeno que no so facilmente separadas nesta seo de decantao. Entretanto, antes de deixar o vaso, o gs passa atravs de uma seo de aglutinao e coalescncia composta por aletas de metal, almofadas de tela de arame ou placas pouco espaadas que extraem a nvoa presente no fluido. A presso no separador mantida por um controlador que atua regulando o fluxo de sada do gs pela parte superior. O lquido separado deixa o vaso atravs de vlvula de descarga, cuja abertura ou fechamento regulado por um controle de nvel.

Separadores trifsicosQuando uma emulso de leo e gua produzida e posteriormente decantada, uma camada de gua relativamente limpa aparecer no fundo, denominada de gua livre. Sobre esta camada mantm-se uma camada de emulso leo/gua, e sobre a emulso aparece uma camada de leo relativamente limpo. Separadores trifsicos, algumas vezes denominados de extratores de gua livre, so utilizados para separar e remover qualquer gua livre que possa

Apostila - Processamento GN

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