CAPÍTULO I - GÁS NATURAL

Tecnologia de Processamento em Petróleo e Gás Natural

Processamento de Gás Natural PNG 114/Jorge Calfo

O Gás Natural


Processamento de Gás Natural PNG 114/Jorge Calfo22

Gás Natural Gás Natural

substância em estado gasoso nas condições substância em estado gasoso nas condições

ambiente deambiente de temperaturatemperatura e e pressãopressão. .

por seu estado gasoso e suas características por seu estado gasoso e suas características físico–químicas naturais, qualquer processamento físico–químicas naturais, qualquer processamento desta substância, seja:desta substância, seja:

• compressãocompressão;;• expansãoexpansão;;• evaporaçãoevaporação;;• variação de temperaturavariação de temperatura; e; e• liquefação ou transporteliquefação ou transporte..

exigirá um exigirá um tratamento termodinâmicotratamento termodinâmico como como qualquer outro gásqualquer outro gás



Composição do Composição do Gás Natural Bruto Gás Natural Bruto

A A composição do gás natural brutocomposição do gás natural bruto é é função de uma série de fatores naturais que função de uma série de fatores naturais que determinaram o seu:determinaram o seu:

• processo de formação;processo de formação; e e • as condições de acumulação do as condições de acumulação do

seu reservatório de origem seu reservatório de origem..

O gás natural é encontrado em reservatórios O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos em muitos lugares do planeta, subterrâneos em muitos lugares do planeta,

tanto em tanto em terraterra quanto no quanto no marmar, tal qual o , tal qual o petróleo.petróleo.



Formação do Formação do Gás Natural Gás Natural

Os processos naturais de formação do gás Os processos naturais de formação do gás natural são:natural são:

• a degradações daa degradações da matéria matéria orgânica de origem animal orgânica de origem animal porpor bactérias anaeróbiasbactérias anaeróbias;;

• a degradações daa degradações da matéria matéria orgânica de origem vegetal orgânica de origem vegetal e e

dodo carvão por temperatura carvão por temperatura ee pressão elevadaspressão elevadas; ou ; ou

• da da alteração térmica alteração térmica dosdos hidrocarbonetos líquidoshidrocarbonetos líquidos..



Formação do Formação do Gás Natural Gás Natural

• querogêneo gordurosoquerogêneo gorduroso, quando , quando

proveniente deproveniente de algasalgas ee matéria matéria animalanimal..

A A matéria orgânica fóssilmatéria orgânica fóssil é também é também

chamada de chamada de querogêneoquerogêneo e pode ser de dois e pode ser de dois tipos:tipos:

• querogêneo secoquerogêneo seco,, quando quando

proveniente deproveniente de matéria vegetalmatéria vegetal; e; e



Formação do Formação do Gás Natural e Gás Natural e do Carvão do Carvão MineralMineral

Matéria de Origem Matéria de Origem VegetalVegetal

celulose e ligninacelulose e lignina

Querogêneo Querogêneo SecoSeco

ao alcançar maiores ao alcançar maiores profundidades na profundidades na crosta terrestre crosta terrestre

sofreu um processo sofreu um processo gradual de gradual de cozimento, cozimento,

transformando-se transformando-se em linhito, carvão em linhito, carvão negro, antracito, negro, antracito,

xisto carbonífero e xisto carbonífero e metanometanomagma



Formação do Formação do Petróleo e Petróleo e Gás NaturalGás Natural

Matéria Orgânica de Matéria Orgânica de Origem AnimalOrigem Animal

Querogêneo Querogêneo GordurosoGorduroso

Não sofre o processo de cozimento Não sofre o processo de cozimento lento, e sim, a ação das bactérias lento, e sim, a ação das bactérias anaeróbicas, formando o petróleo, anaeróbicas, formando o petróleo, Nos últimos estágios de degradação Nos últimos estágios de degradação do querogêneo gorduroso, o petróleo do querogêneo gorduroso, o petróleo apresenta-se como condensado apresenta-se como condensado volátil associado a hidrocarbonetos volátil associado a hidrocarbonetos gasosos com predominância do gasosos com predominância do metano – GÁS NATURALmetano – GÁS NATURAL



Reservas de Reservas de Gás Natural eGás Natural ePetróleoPetróleo

ASSOCIADASASSOCIADASNÃONÃO

ASSOCIADASASSOCIADAS

gás natural

água salgada

óleo

gás natural

água salgadaóleo

Reservas gás natural associadas, possui parcelas % de G.N. e Petróleo economicamente viável de exploração.Possuí além da grande participação do metano, proporções mais significativas de Etano, Propano, Butano e hidrocarbonetos mais pesados

Reservas gás natural não associadas, possui, somente, parcelas % de G.N. economicamente viável de exploração.Quase na sua totalidade de metano.



Gás Natural Gás Natural BrutoBruto

Além dos hidrocarbonetos fazem parte da Além dos hidrocarbonetos fazem parte da composição do gás natural bruto outros composição do gás natural bruto outros componentes, tais como:componentes, tais como:

• o Dióxido de Carbono (COo Dióxido de Carbono (CO22), ), • o Nitrogênio (No Nitrogênio (N22), ), • Hidrogênio Sulfurado (HHidrogênio Sulfurado (H22S), S), • Água (HÁgua (H22O), O), • Ácido Clorídrico (HCl), Ácido Clorídrico (HCl), • Metanol e Metanol e • impurezas mecânicas. impurezas mecânicas.

A presença e proporção destes elementos dependem fundamentalmente da A presença e proporção destes elementos dependem fundamentalmente da localização do reservatóriolocalização do reservatório, se em terra ou no mar, sua , se em terra ou no mar, sua condição de condição de associado ou nãoassociado ou não, do tipo de , do tipo de matéria orgânica ou misturamatéria orgânica ou mistura do qual se do qual se originou, da originou, da geologia do sologeologia do solo e do e do tipo de rocha onde se encontra o tipo de rocha onde se encontra o reservatórioreservatório, etc, etc



Gás Natural Gás Natural BrutoBruto

Composição em Alguns PaísesComposição em Alguns Países



Gás Natural Gás Natural ComercialComercial

A composição comercial do gás natural é A composição comercial do gás natural é variada e depende da composição do gás natural variada e depende da composição do gás natural bruto, do mercado atendido, do uso final e do bruto, do mercado atendido, do uso final e do produto gás que se deseja. produto gás que se deseja.

Apesar desta variabilidade da composição, são Apesar desta variabilidade da composição, são parâmetros fundamentais que determinam a parâmetros fundamentais que determinam a especificação comercial do gás natural:especificação comercial do gás natural:• o seu teor de enxofre total, o seu teor de enxofre total, • o teor de gás sulfídrico, o teor de gás sulfídrico, • o teor de gás carbônico, o teor de gás carbônico, • o teor de gases inertes, o teor de gases inertes, • o ponto de orvalho da água, o ponto de orvalho da água, • o ponto de orvalho dos hidrocarbonetos e o ponto de orvalho dos hidrocarbonetos e • o poder calorífico.o poder calorífico.

Poder Calorífico Superior (PCS) do Gás Natural fixado composição comercial Poder Calorífico Superior (PCS) do Gás Natural fixado composição comercial do gás natural é:do gás natural é:

9.400 kcal/m9.400 kcal/m33 1 atm 20 1 atm 20ooCC



Gás Natural Gás Natural ComercialComercial

Especificação para o Gás Natural Comercializado no Brasildeterminadas pela Especificação para o Gás Natural Comercializado no Brasildeterminadas pela Agência Nacional do Petróleo – ANP na Portaria N.º 41, de 15 de Abril de 1998. O Agência Nacional do Petróleo – ANP na Portaria N.º 41, de 15 de Abril de 1998. O

Gás Natural deverá atender à especificações apresentadas na Tabela 2.Gás Natural deverá atender à especificações apresentadas na Tabela 2.

Obs.:Obs.:(1) - Limites especificados são valores (1) - Limites especificados são valores referidos a 20ºC a 101,33 kPa (1 atm), referidos a 20ºC a 101,33 kPa (1 atm), exceto onde indicado.exceto onde indicado.(2) - Para as Regiões Norte e Nordeste, (2) - Para as Regiões Norte e Nordeste, admite-se o valor de 3,5.admite-se o valor de 3,5.(3) - Para as Regiões Norte e Nordeste, (3) - Para as Regiões Norte e Nordeste, admite-se o valor de 6,0.admite-se o valor de 6,0.(4) - Para as Regiões Norte e Nordeste, (4) - Para as Regiões Norte e Nordeste, admite-se o valor de - 39.admite-se o valor de - 39.

Fonte: Agência Nacional do Fonte: Agência Nacional do Petróleo – ANP, Regulamento Petróleo – ANP, Regulamento Técnico ANP N.º 001/98Técnico ANP N.º 001/98

Além de obedecer aos índices da Tabela 2, o produto deveAlém de obedecer aos índices da Tabela 2, o produto deve estar sempre livre de poeira, água condensada, odores estar sempre livre de poeira, água condensada, odores objetáveis, gomas, elementos formadores de goma, glicóis, hidrocarbonetos condensáveis, compostos aromáticos, objetáveis, gomas, elementos formadores de goma, glicóis, hidrocarbonetos condensáveis, compostos aromáticos, metanol ou outros elementos sólidos ou líquidos metanol ou outros elementos sólidos ou líquidos que possam interferir com a operação dos sistemas de transporte que possam interferir com a operação dos sistemas de transporte e distribuição e à utilização pelos consumidores.e distribuição e à utilização pelos consumidores.



U.P.G.N.U.P.G.N.Esquemático de Unidade de Esquemático de Unidade de

Processamento de Gás NaturalProcessamento de Gás Natural

C1C1C2C2C3C3C4C4C5C5C6C6C7C7++

Gás Gás NaturalNatural

UUPPGGNN

C1C1C2C2

C3C3C4C4C5C5C6C6C7C7++

FFRRAACC

GásGásProcessadoProcessado

GLPGLP

GasolinaGasolinaNaturalNatural

GGNNLL

C5C5C6C6C7C7++

C3C3C4C4



Produtos Produtos ComercializáveisComercializáveis

1414

PCS: 9.400 kcal/m3 1 atm 20PCS: 9.400 kcal/m3 1 atm 20ooCC

O gás natural é O gás natural é composto basicamente composto basicamente porpor Metano Metano e as e as quantidades dequantidades de Etano e Etano e Propano Propano presentes são presentes são apenas suficientes para apenas suficientes para elevar o poder elevar o poder calorífico e alcançar o calorífico e alcançar o valor desejadovalor desejado, , uma vez uma vez que oque o poder calorífico poder calorífico do Etano 1,8 vezes do Etano 1,8 vezes maior que o do Metano maior que o do Metano e o do Propano é mais e o do Propano é mais de 2,6 vezes superior de 2,6 vezes superior ao do Metanoao do Metano



Características do Gás Natural Características do Gás Natural

1515

Limites de Inflamabilidade – Limites de Inflamabilidade – os limites de inflamabilidade podem ser definidos os limites de inflamabilidade podem ser definidos como as percentagens mínima e máxima de gás combustível em composição com como as percentagens mínima e máxima de gás combustível em composição com o ar, a partir das quais a mistura não irá inflamar-se e permanecer em combustão. o ar, a partir das quais a mistura não irá inflamar-se e permanecer em combustão. O limite inferior representa a menor proporção de gás em mistura com o ar que O limite inferior representa a menor proporção de gás em mistura com o ar que irá queimar sem a aplicação continua de calor de uma fonte externa. Em irá queimar sem a aplicação continua de calor de uma fonte externa. Em proporções menores ao limite inferior a combustão cessa quando interrompida a proporções menores ao limite inferior a combustão cessa quando interrompida a aplicação de calor.aplicação de calor. O limite superior é a proporção de gás na mistura a partir da O limite superior é a proporção de gás na mistura a partir da qual o gás age como diluente e a combustão não pode se auto-propagar. Para o qual o gás age como diluente e a combustão não pode se auto-propagar. Para o Gás Natural, os limites de inflamabilidade inferior e superior são, Gás Natural, os limites de inflamabilidade inferior e superior são, respectivamente, 5% e 15% do volume;respectivamente, 5% e 15% do volume;

Ponto de Vaporização – Ponto de Vaporização – é o ponto em que ocorre a mudança de fase do estado é o ponto em que ocorre a mudança de fase do estado líquido para o estado gasoso em uma certa combinação de temperatura e líquido para o estado gasoso em uma certa combinação de temperatura e pressão.pressão. À pressão atmosférica a vaporização do gás natural ocorre à À pressão atmosférica a vaporização do gás natural ocorre à temperatura de (-162) ºC;temperatura de (-162) ºC;

Densidade – o gás natural é o único gás cuja densidade relativa é inferior à 1,0, Densidade – o gás natural é o único gás cuja densidade relativa é inferior à 1,0, sendo portanto mais leve que o ar. sendo portanto mais leve que o ar. Este fato tem importância decisiva para Este fato tem importância decisiva para segurança;segurança;



COMBUSTÃOCOMBUSTÃO A combustão é oA combustão é o processo de reações químicas que se produzem processo de reações químicas que se produzem durante a oxidação completa ou parcial do carbono, do durante a oxidação completa ou parcial do carbono, do hidrogênio e do enxofre contidos em um combustívelhidrogênio e do enxofre contidos em um combustível . .

A A análise destas reaçõesanálise destas reações é feita através deé feita através de Balanço de Massas e Balanço de Massas e de Balanço Térmico.de Balanço Térmico.

No No Balanço de MassasBalanço de Massas está em consideração a está em consideração a quantidade de ar quantidade de ar empregada para a combustãoempregada para a combustão, sendo a referência a quantidade mínima , sendo a referência a quantidade mínima

exata para reagir completamente o combustível, chamada exata para reagir completamente o combustível, chamada estequiométricaestequiométrica..

No No Balanço TérmicoBalanço Térmico são analisadas as são analisadas as quantidades de calor quantidades de calor liberadas, a temperatura da combustão e a quantidade de liberadas, a temperatura da combustão e a quantidade de calor perdido na exaustãocalor perdido na exaustão..

São características importantes da combustão a São características importantes da combustão a composição do composição do combustível e sua temperatura, a pressão em que ocorre, seu combustível e sua temperatura, a pressão em que ocorre, seu estado e o formato da câmara de combustãoestado e o formato da câmara de combustão. Estes determinam a . Estes determinam a

forma com que forma com que ocorrerá o processoocorrerá o processo, se por , se por detonação ou por detonação ou por deflagraçãodeflagração. .

CAPÍTULO I - GÁS NATURAL

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