Estudos Das Instalações De Armazenamentos De Gnl E Glp E Diferentes Métodos De Transporte.pdf

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS REFINAÇÃO EM PETÓLEOS

ESTUDOS DAS INSTALAÇÕES DE ARMAZENAMENTOS DE GNL E GLP E DIFERENTES MÉTODOS DE TRANSPORTE

Cristina João Manuel Helena Poba Mapassi

4º ANO DOCENTE: N’dongala Nsiala

24 de Setembro de 2010

EPIGRAFE Determinação coragem e auto confiança são factores decisivos para o sucesso. Se estamos possuídos por uma inabalável determinação conseguiremos superá-los. Independentemente das circunstâncias, devemos ser sempre humildes, recatados e despidos de orgulho.

Dima Line

AGRADECIMENTOS Começo a agradecer primeiramente a Deus pela vida e a força diária no momento de execução do trabalho, agradeço também as pessoas que me disponibilizaram os seus livre para execução do presente trabalho e agradecemos também ao professor que nos deu a oportunidade de investigarmos este trabalho, a paciência que tem tido connosco e agradecemos também pela a tenção dos colegas e aos demais.

RESUMO A demanda mundial por energia limpa está crescendo. Diversos governos na Europa, África, Ásia e os Estados Unidos estão impondo legislações de ares limpos cada vez mais rigorosos. O aumento de reservas de gás não aproveitáveis com a utilização de tecnologias tradicionais de transporte (gasodutos e gás natural liquefeito – GLP) e o desenvolvimento de nichos de mercado para combustíveis sintéticos, em função da legislação ambiental, impulsionaram a renovação do interesse das empresas pela tecnologia GTL. O desenvolvimento da conversão do gás de síntese (CO + H2) pelo processo de Fischer-Tropsch vem sendo promovido pela disponibilidade do gás natural, principalmente daqueles provenientes de regiões remotas (“stranded gas”). Plantas de processos GTL acima de 40.000 barris/dia são viáveis, mesmo em condições económicas menos favoráveis, apresentando-se como um investimento de baixo risco. Devido às políticas de economia de energia, emissões de dióxido de carbono (CO2) que são culpadas pelo aquecimento global e a queima de gás natural por flairs que vem sendo taxada, o processo “Gas to Liquids” (GTL) ganha grande interesse. O aumento de reservas de gás não aproveitáveis com a utilização de tecnologias tradicionais de transporte (gasodutos e gás natural liquefeito – GLP) e o desenvolvimento de nichos de mercado para combustíveis sintéticos, em função da legislação ambiental, impulsionaram a renovação do interesse das empresas pela tecnologia GTL.

ÍNDICE

INTRODUÇÃO Definições Gás natural O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos leves com predominância acentuada de metano, razão de ser considerado, na prática, como metano "simplesmente". Na terminologia usada nos transportes, já se consagra inclusive o termo metano automotivo em lugar de gás natural. O gás natural pode ser proveniente de três fontes:  Da degradação da matéria orgânica por bactérias anaeróbias;  Da degradação da matéria orgânica e do carvão a temperatura e pressão elevadas;  Da alteração térmica dos hidrocarbonetos líquidos. Por outro lado, a matéria orgânica fóssil (querogêneo) pode ser de dois tipos:  Seca, quando derivada de matéria vegetal;  Gordurosa, quando proveniente de algas e matéria de origem animal. O querogêneo seco alcançando lentamente maiores profundidades no solo, passa a sofrer um processo gradual de cozimento, sendo então transformado em linhito, carvão negro, xisto carbonífero e metano. O gás natural pode ser gerado tanto através dos processos de decomposição do querogêneo seco quanto do gorduroso. Estima-se, portanto, que as reservas de gás natural existentes sejam maiores que as de petróleo e de carvão, visto que ele pode ser encontrado na natureza na presença destes dois elementos, ou procedentes destes, dependendo de sua origem. Constitui-se um reservatório de gás natural quando este é encontrado na natureza acumulado em rochas porosas no subsolo, frequentemente acompanhado por petróleo. Pode-se generalizar dizendo que, a partir de 6 km de profundidade, somente gás natural pode ser encontrado. Em certo sentido pode-se considerar o gás natural como o “irmão gêmeo” do petróleo ou, de outra forma, determiná-lo como petróleo em estado gasoso. Uma definição: gás natural é uma fracção de petróleo composta por uma mistura de hidrocarbonetos parafínicos leves, predominantemente metano, contendo etano, propano e outros compostos de maiores pesos moleculares, apresentando normalmente baixos teores de contaminantes (nitrogénio, dióxido de carbono, água e compostos de enxofre) e raras presenças de gases nobres.

Produção do gás natural O gás natural é dividido em duas categorias:  O gás associado;  O gás não associado. A primeira forma é daquele que, no reservatório está dissolvido no petróleo ou sob forma de capa de gás. Neste caso, a produção é determinada basicamente pela produção de petróleo. Já o gás não-associado é aquele que quando não está livre, a presença de petróleo se dá em quantidades muito pequenas. Nesse caso, só se justifica comercialmente produzir o gás. Ainda, do ponto de vista de produção, o gás natural, ao ser extraído dos poços, é denominado rico ou húmido. O gás natural húmido é proveniente dos poços de gás não-associado ou das estações colectoras, quando provém de poços de gás associado. Ele contém, em geral, hidrocarbonetos mais pesados que o metano que devem ser removidos, seja por motivos comerciais, pois possuem alto valor económico, seja por motivos operacionais, já que devem ser eliminados para tornar o gás apropriado a sua utilização como combustível ou o seu transporte em gasodutos. Composição A composição do gás natural pode variar de campo para campo pelo facto de estar associado ou não ao petróleo e também por ter sido processado em unidades industriais. É um gás inodoro, incolor, inflamável e asfixiante quando aspirado em altas concentrações. Geralmente, para facilitar a identificação de vazamentos, compostos à base de enxofre são adicionados ao gás em concentrações suficientes para lhe dar um cheiro marcante, mas sem lhe atribuir características corrosivas, em um processo conhecido como odorização. De maneira equivocada, o gás natural muitas vezes é confundido com outros gases, muito embora cada um deles tenha origem e particularidades próprias. Pode-se destacar:  GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) – Gás de botijão ou gás de cozinha, contém essencialmente propano e butano;  Gás de Refinaria – Etano;  Gás Manufacturado – H2 (36,52%), CH4 (25,63%), N2 (20,33%), CO2 e CO;  Gás de Nafta;  Gás de Carvão ou Town Gás;  Biogás – Produzido por bactérias anaeróbias. A tabela 1 apresenta a composição típica para o gás natural de alguns países. Nota-se que o percentual de metano na maioria dos casos excede 70%, seguido pelo etano e restando em média 15% de outros hidrocarbonetos e impurezas.

Tabela 1 – Composição Típica do Gás Natural em % volumétrica Origem País/campo

5,6 24,0 4,3 0,5 4,0 3,3 0,6 2,9 14,0 3,0

3,4 1,8 0,2 1,0 1,0 0,4 10,5 0,5

2,2 1,8 0,1 1,0 1,1 0,2 7,0 0,4

0,1 0,6 0,1 16,0 9,6 17,8 0,9 1,5 0,1

6,9 1,0 2,6 1,3 2,0 0,6 7,5 14,4 1,0 1,3

Densidade Poder calorífero superior2 (mJ/mm ) 42,7 46,7 43,4 39,6 35,0 36,0 29,9 0,640 31,4 0,870 52,3 0,590 38,6

6,0 9,9 4,0 6,1 6,6

3,3 5,5 1,2 2,1

4,4 4,9 0,0 0,8

1,9 0,4 0,5 -

6,4 1,2 1,0 1,5 -

0,702 0,578 0,607 0,640

Composição em % volume Metano Etano Propano C4 +

61,8 ASU/Panh ASU/Ashlaw 75,0 88,5 Canadá 97,8 Rússia 76,0 Austrália 69,2 França 74,0 Alemanha 81,2 Holanda 88,0 Pérsia Mar do 94,7 Norte 76 Argélia 78,1 Venezuela 95,5 Nigeria 90,8 Bolívia 90,0 Chile (Fonte: GasNet)

CO2

N2

46,2 47,7 40,7 38,8 45,2

A tabela 2 apresenta as propriedades físico-químicas mais relevantes para o gás natural, as quais são relacionadas na Portaria nº 41 da ANP. Os valores referenciados representam os limites para que o gás natural, após processamento, seja considerado apto para comercialização, segundo a agência.

Fonte Nacional do Petróleo – ANP, Regulamento Técnico ANP N.º 001/98: Agência. Usos e Aplicações do Gás Natural Uma das principais utilizações para o gás natural é a produção de metanol e a fixação de nitrogénio do ar na produção de fertilizantes. Nesses processos o gás natural é o melhor insumo a

ser utilizado, porém eles exigem escala de produção muito grande (centenas de milhares de toneladas por ano). Além do preço da matéria-prima reduzido, a produção em larga escala também é uma razão pela qual as plantas produtoras se localizam junto à região onde há grandes jazidas de gás e longe dos mercados consumidores deste produto como combustível. Outro uso importante para o gás natural é como matéria-prima para a indústria petroquímica, visando a produção de eteno, principalmente, e de propeno. A fracção do gás natural utilizada neste caso é o etano e hidrocarbonetos mais pesados. A economicidade deste processo induz para que a separação destas fracções seja feita junto às unidades de processamento (UPGN’s), com as unidades produtoras de eteno localizando-se em suas proximidades, ou em posição alcançável economicamente por pipelines que conduzam a mistura etano e hidrocarbonetos mais pesados, em separado do gás seco (gás natural úmido que foi processado nas UPGN’s). Normalmente não é económico transportar o gás seco e fazer esta separação num segundo estágio. O uso do gás natural como combustível em motores de combustão interna é bastante difundido em alguns países, tanto em veículos leves (táxis em particulares) quanto pesados (autocarros e caminhões). Nos veículos automotivos, o gás é armazenado em cilindros à pressão de 194 atm, que são muito pesados e limitam a quantidade armazenável, restringindo um pouco a autonomia do veículo, mas sem prejuízos para a maioria dos seus usos urbanos. Compressão do Gás A compressão do gás natural tem papel importante em toda sua cadeia, desde a produção até o consumo, seja para desenvolver as actividades de transporte, armazenagem ou alimentação de equipamentos. Conhecido o comportamento das variáveis pressão, temperatura e volume para o gás natural pode-se calcular a potência teoricamente necessária para comprimi-lo através de expressões analíticas que consideram o desvio dos gases reais da Lei de Estado dos Gases Ideais. Quando está disponível, pode-se obter este valor directamente no Diagrama de Mollier para gases reais. Quando um gás real é comprimido em um único estágio a compressão se aproxima de um processo adiabático, ou seja, praticamente sem troca de calor entre o gás comprimido e o ambiente. Os cálculos teóricos de uma compressão adiabática resultam no máximo trabalho teórico necessário para comprimir o gás entre dois níveis de pressão. Por outro lado, os cálculos teóricos de uma compressão isotérmica, ou seja, na qual a temperatura do gás comprimido não se altera com a elevação de pressão, determinam o valor do mínimo trabalho necessário para se efectuar a compressão.

p2

W12 = ò Vdp p1

Onde: W é o trabalho requerido para comprimir o gás do estado 1 ao 2; V é o volume; p1 e p2 são as pressões inicial e final; Para calcular de forma prática a potência necessária à compressão do gás natural pode-se utilizar as fórmulas abaixo. Na primeira são levados em conta o factor de compressibilidade do gás e a eficiência do compressor e, na segunda, uma fórmula mais simples e adequada a pressões superiores a 2 kg/cm ², é considerada a característica do compressor. Primeira Equação 2 1

W = 0,00281 ´

Q´z

h

éæ p ö k ´ ´ êç 2 ÷ k - 1 êè p1 ø ë

k -1

k

ù - 1ú úû

Onde: W é a potência de compressão [kW]; Q é a vazão [Nm3/h]; z é o fator de compressibilidade; h é a eficiência do compressor; k é a razão entre os calores específicos do gás (Cp/Cv). Para o gás natural é 1,31; P1 e P2 são as pressões de entrada e saída; ii.Segunda Equação

æp ö W12 = K .Q. log çç 2 ÷÷ èp ø Onde: W é a potência de compressão [kW]; K é a característica do motor-compressor e varia de 0,1 a 0,16; Q é a vazão de descarga [m³/h]; Expansão do Gás A expansão do gás natural tem algumas aplicações importantes como a liquefação do gás em pequenas proporções e a realização de trabalho recuperando energia do gás natural liquefeito quando da sua vaporização. Assim como ocorre na compressão, a expansão de um gás se aproxima de uma expansão adiabática e obedece à equação teórica abaixo:

p2

W12 = ò Vdp p1

Os processos termodinâmicos são semelhantes, com a única diferença de que a expansão libera energia enquanto a compressão consome energia. Assim, se a expansão é feita através de uma turbina (turbo-expansor), pode-se realizar trabalho útil vencendo uma resistência (carga) sobre seu eixo. Neste processo de expansão adiabática as variáveis de estado (P-V-T) comportam-se de tal forma que a temperatura final é significativamente menor que a inicial, permitindo sua aplicação em processos de liquefação. Liquefação do Gás A liquefação consiste em processos termodinâmicos que promovem a mudança de estado dos gases para o estado líquido. Devido às características de alguns gases, o Metano entre eles, a mudança para o estado líquido não ocorrer com a elevação da pressão, sendo necessário a adopção de resfriamento. Para tais gases, chamados criogênicos, a temperatura acima da qual não existe uma mudança distinta das fases líquido e vapor, a temperatura crítica, se encontra abaixo da temperatura ambiente. O Gás Natural Liquefeito (GNL)‚ uma mistura, em fase líquida de vários constituintes. Seu comportamento, na presença dos vapores destes componentes obedece às leis da termodinâmica do equilíbrio de fases das misturas. Na prática, são usadas as curvas e tabelas do componente de maior proporção, o metano. Para representar comportamento termodinâmico são usados os diagramas de entropia (temperatura/entropia), entalpia ( entalpia/pressão) e de Mollier (entalpia/entropia) do metano com excelente aproximação, para GNL de alto teor de metano, no cálculo das mudanças de fase gas-GNL. A liquefação do gás natural permite estoca-lo e transporta-lo sob forma condensada em condições técnico-econômicas viáveis. Como pesa menos de 500 Kg/m3, não necessita de uma estrutura mais forte do que se fosse para água. Se o gás fosse comprimido, a estrutura necessitaria de mais aço. 6.1.Composição e Características Físicas do GNL A composição do gás natural liquefeito, igualmente à do gás natural comercial depende fundamentalmente do seu reservatório de origem. Antes da liquefação é necessário submeter o gás natural bruto a tratamentos que dependem das características originais do gás e normalmente consistem dos seguintes processos:  Desidratação total para evitar o risco de formação de hidratos ou a formação de gelo;  Dessulfurização, para evitar riscos de corrosão dos equipamentos;  Descarbonatação e eliminação dos C5+, para evitar a formação de partículas abrasivas;

 Separação eventual do mercúrio cuja condensação pode provocar estragos nas canalizações de alumínio;  Retirada de hélio; Dentre as características relevantes do Gás Natural Liquefeito, podemos ressaltar:  Incolor;  Temperatura do líquido à pressão atmosférica é entre (-165) ºC e (-155) ºC, dependendo da composição;  Pressão operacional da planta entre poucos mbar até 75 bar;  Densidade relativa entre 0,43 a 0,48, conforme a composição;  Calor de vaporização latente de 120 Kcal/Kg;  Elevada taxa de expansão. A vaporização de 1 m3 de GNL produz entre 560 e 600 Nm3 de gás.

Historial

O uso do petróleo como uma importante fonte de energia para o mundo pode ser considerado recente. Apesar de registros de uso do hidrocarboneto desde a civilização egípcia e a Grécia antiga1, sua utilização para fins energéticos tem início na iluminação, substituindo o óleo de baleia, já na década de 60 do século XVII. A indústria petrolífera propriamente dita iniciou suas actividades em 1859, na Pensilvânia. Rapidamente os Estados Unidos (EUA) tornam-se o maior produtor de petróleo do mundo, sendo também o maior consumidor. A indústria de gás natural é uma indústria de rede e, portanto, possui especificidades que a distinguem de outras indústrias. A mais fundamental delas é a necessidade de constituir uma rede física que transporte o produto entre os segmentos da cadeia. Diferentemente do petróleo, o gás natural se encontra em estado gasoso à temperatura e pressão ambientes. Este elemento traz dificuldades do ponto de vista tecnológico e maiores custos do ponto de vista económico para o transporte deste hidrocarboneto. Por esta razão, a indústria gasífera 1se desenvolveu historicamente por meio da construção de gasodutos de transporte de gás, que ligavam regiões produtoras a mercados consumidores (Foss, 2005). Seu crescimento, portanto, na maior parte das vezes, ocorreu em escala regional. A elevada especificidade dos activos de transporte de gás natural e o elevado custo destes activos capital intensivos tornavam necessária a existência de mecanismos de garantia para que investimentos fossem efectivamente realizados neste segmento da cadeia de valor do gás natural. Proliferaram-se, portanto, os contratos de longo prazo com a presença de cláusulas que garantiam o retorno do investimento, como as cláusulas de take or pay2 (ToP) e ship or pay 3(SoP) (Jensen, 2004). A evolução da indústria e o comércio internacional do energético foi historicamente calcada na construção de grandes pipelines de transporte com rígidos esquemas contratuais de longo prazo (Foss, 2005). Foram, portanto, construídas redes de transporte entre campos produtores e mercados consumidores cujas distâncias não eram muito elevadas. Na Europa construíram-se redes de transporte de gás natural por meio de pipelines , ligando o principal país produtor do hidrocarboneto, a então, União Soviética, aos principais mercados consumidores (na Europa Ocidental). Posteriormente, foram também construídos pipelines de transporte de gás natural entre o norte da África e o continente europeu, via Espanha e Itália.

A América do Norte também se interligou por meio de gasodutos de transporte. Na América do Sul, inicialmente foram feitas conexões entre Argentina (principal consumidor de gás natural da 1

a indústria gasífera:

2

Nas cláusulas de take or pay o comprador assume a obrigação de pagar por uma quantidade mínima de gás contratada, independente do volume efectivamente retirado. A inclusão destas cláusulas nos contratos garante o fluxo de caixa dos projectos em transporte de gás natural, viabilizando tais empreendimentos. Este tipo de contratação tem também o objectivo de diluir o risco entre os participantes do projecto (Jensen, 2003) 3

No caso das cláusulas de ship or pay, o contratante do serviço é obrigado a pagar pelo transporte do gás natural, mesmo que este não seja transportado (paga-se pela capacidade de transporte).

região) e a Bolívia e entre a Argentina e o Chile. Recentemente, o Brasil também se conectou, por meio de gasodutos, com a Bolívia e com a Argentina. Diferentemente destes casos, o consumo de gás natural na Ásia, foi possível em função do transporte de gás natural liquefeito (GNL). O transporte marítimo de gás natural por meio de navios metaneiros 4é tão mais vantajoso do ponto de vista económico quanto maiores as distâncias percorridas. Desta forma, dada a ausência de reservas de gás natural próximas aos mercados asiáticos e em função da necessidade do abastecimento desta região, optou-se pela utilização do transporte do GNL. Com redes de transportes constituídas houve um incremento na comercialização internacional do energético e foram naturalmente criados mercados regionais significativos mas isolados uns dos 12

outros: o mercado europeu, o norte americano e o asiático. , como pode ser visto no mapa 1. O maior dos três mercados é o norte americano (aproximadamente 30% do consumo mundial de gás natural), no qual o uso comercial do energético remonta o século XIX. Os EUA são caracterizados pela presença de uma extensa malha de transporte dutoviário de gás natural, com alcance de praticamente todo o país, conectada ao México e ao Canadá. A expansão do mercado foi possível pela ampliação da rede de gasodutos. Os EUA possuem o mercado mais atomizado e competitivo de gás natural, no qual há cerca de mil produtores de gás natural, vendendo a centenas de milhares de clientes em um mercado liberalizado, cujos preços são voláteis e fortemente determinados pela competição gás-gás (Skinner, 2004).

Vantagens do Gás Natural Abaixo estão mostradas as vantagens do gás natural: 4

 Gás mais leve que o ar, dissipando-se rapidamente na atmosfera (o mesmo não ocorre com o GLP, cuja tendência é se acumular ao nível do solo durante um vazamento);  Apresenta combustão completa emitindo somente CO2 e água;  Permite queima directa;  Apresenta elevada eficiência térmica em comparação com outros combustíveis no momento da queima;  Possui os maiores limites de inflamabilidade em misturas com o ar, garantindo uma maior segurança em relação à explosão;  Apresenta grande versatilidade de usos;  Substitui qualquer energia convencional;  Possibilita controle de vazão e temperatura;  Aumenta a disponibilidade de equipamento (estrutural), pois é um combustível mais limpo;  Não deposita contaminantes no produto;  É isento de compostos pesados;  As emissões de SO2 são insignificantes;  As emissões de NOx são reduzidas em comparação com todas as demais de combustíveis fósseis. O gás natural é utilizado também como matéria-prima para a produção de hidrogénio, produto cada vez mais importante na indústria de refino de petróleo. Estas instalações geralmente são localizadas junto às refinarias, devido ao alto custo do transporte de hidrogénio. Uma utilização do gás natural que vem assumindo uma crescente importância no mundo inteiro é a geração de energia eléctrica em grandes usinas próximas aos maiores centros de consumo. Esta alternativa complementa os sistemas existentes (hidreléctricas ou usinas nucleares), com riscos de transporte bem menores (“apagões”) ou riscos ambientais compatíveis com a sua localização junto às metrópoles. Essa alternativa tecnológica permite também a geração de energia eléctrica por indústrias médio consumidoras, sendo económica até potências de alguns poucos megawatts. Processo de Liquefação O GN é submetido a um processo que consome grande quantidade de energia, no qual seu volume se reduz em aproximadamente 600 vezes. Neste processo, por razões de segurança e economia, o gás é mantido levemente acima da pressão atmosférica e sua temperatura reduzida para 162 °C negativos. O vapor do GNL só é inflamável em concentrações de 5% a 15% no ar.

O Transporte de Gás Natural No estado gasoso, o transporte do gás natural é feito por meios de ductos (pipelines) ou em casos específicos, em cilindros de alta pressão (como GNC – gás natural comprimido). No estado líquido, o gás natural pode ser transportado por meio de navios, barcaças e caminhões criogénicos a -160ºC e seu volume é reduzido em cerca de 600 vezes, facilitando o armazenamento.

Gasodutos O transporte por gasodutos é a solução mais amplamente utilizada. Gasoduto é uma tubulação utilizada para transportar gás natural de um lugar para outro. O gasoduto pode fazer filtração em pontos estratégicos para a melhor obtenção do produto que se quer ter, podendo ser também pressurizado. A Bolívia é um dos grandes produtores de gás natural mundial, transportado para o Brasil através do Gasoduto Brasil-Bolívia. Basicamente a construção e montagem de um gasoduto compreende as seguintes etapas : 1- Abertura de pista : Onde uma faixa de terra (com largura previamente determinada conforme cada projecto) ao longo por onde se pretende construir o gasoduto é tratada por maquinários , de maneira a deixar o local livre e limpo para poder receber e guardar os tubos a serem utilizados , além de permitir a passagem e movimentação de equipamentos especiais para a sua construção e também dos trabalhadores. Antes desta etapa , é necessário contactar os proprietários dos terrenos por onde o suposto gasoduto iria passar , para que o mesmo autorize a entrada de máquinas e equipamentos na sua propriedade , que muitas vezes podem ser pessoas particulares como : casas , sítios , fazendas, etc ,ou mesmo entidades públicas como rodovias , ferrovias , redes eléctricas de alta-tensão ou até mesmo outros ductos etc . 2- Desfile de tubos : Os tubos a serem utilizados são perfilados ao longo da pista 3- Soldagem :os tubos são soldados um a um até formar um certo comprimento que passa a receber o nome de " coluna" A soldagem pode ser feita de maneira tradicional , isto é : manualmente através de electrodos por soldadores, ou mecanicamente através de máquinas automáticas , e após a soldagem , inspeções são necessárias para detectar possíveis falhas através de vários métodos que podem ser :  Gama grafia (um tipo de Raio-X);  Ultra-som;  Testes hidrostáticos. Sendo este ultimo é feito como o próprio nome sugere , enchendo a coluna com água sob pressão e depois de algumas horas verificar se há vazamento nas juntas soldadas . Várias estações são construídas ao longo de um gasoduto, elas são necessárias para garantir a segurança e possibilitar a manutenção de um gasoduto; sempre de forma subterrânea, o único local onde um gasoduto aflora na superfície terrestre é nas estações , onde unidades mecânicas , eléctricas e instrumentais complementam todos os sistemas de monitoramento, e tudo isso

fortemente protegido por pára-raios para não causar explosões do material transportado - o gás , que podem ser provocadas pelas descargas atmosféricas . Outra técnica usada em gasodutos é chamada de Protecção Catódica 5, ela evita ou diminui a corrosão dos tubos pelos agentes oxidantes com o passar do tempo , já que os tubos são feitos de metal ; de um modo grosseiro, uma pequena carga eléctrica controlada é enviada à tubulação para manter esse equilíbrio electrolítico, prolongando assim a vida útil do gasoducto.

Gasoduto é um ducto (uma tubulação) para conduzir o gás natural, que nele é introduzido sob alta pressão por meio de compressores. Por força do fluxo, há uma perda de energia por atrito e a pressão vai caindo ao longo da tubulação, sendo necessária uma estação de compressão (de distância em distância) para elevar a pressão e permitir a continuidade do fluxo do produto. A operação do gasoduto é modernamente feita a distância, sendo monitorada por instrumentos ao longo da tubulação, seja com a utilização de comunicação de satélite, seja com fibras ópticas na faixa de domínio do gasoduto (as quais são também utilizadas para comunicação de interesse geral). Esta instrumentação acompanha a evolução da pressão na tubulação (para identificar a eventual perda de gás para a atmosfera) e também mede o fluxo que passa ao longo dela, inclusive as saídas nos pontos de energia aos distribuidores para fins de faturamento. Figura 1: pipelines utliluzado para transporte do gás natural liquefeito de petróleo

Fonte Gás Net

Gasodutos e o seu percurso Tubulação 5

Protecção Catódica: é um método de combate a corrosão que consiste na transformação da estrutura para proteger o cátodo de uma célula electroquímica ou electrolítica. É empregado para resguardar estruturas enterradas ou submersas tais como ductos, tanques, pés-de-torre, navios e plataformas

Tipicamente, a tubulação tem diâmetros na faixa de 24 a 47 polegadas (0,6 a 1,12 m) operando a altas pressões (de 40 a 100 bar). City Gates Os city-gates são os pontos onde o gás é medido e tem sua pressão abaixada, de forma que possa ser entregue nas cidades, através de ramais menores, de distribuição, para atendimento de concessionárias de distribuição e para o uso no transporte veicular, na indústria, na geração de energia eléctrica, etc. Navios Metaneiros / Navios criogénicos O transporte de gás natural liquefeito (GNL), à temperatura de -162ºC em navios criogénicos, só costuma ser económico para grandes volumes e distâncias. É usado onde não há possibilidade de outras alternativas como, por exemplo, nas transferências do Sudeste da Ásia e da Austrália para o Japão, de onde não havia alternativa na época em que os sistemas foram implantados (da Argélia para a França e Espanha). Os navios que levam o GNL das unidades de liquefação aos pontos de refrigeração dispõem de reservatórios isolados, capazes de suportar a temperatura do gás durante o transporte, não havendo refrigeração na viagem. Há uma perda que, mesmo nos navios mais modernos, vai a 0,1% ao dia. Além disto, o GNL é normalmente utilizado como combustível e uma pequena parte volta com o navio para manter os tanques frios. A figura2: mostra um exemplo de um navio criogénico 6para o transporte de gás natural liquefeito (GNL).

(Fonte: Chileportuario)

Tecnologia Criogênica

6

criogénico

O Gás Natural Liquefeito ou GNL não é mais que o gás em forma de líquido criogênico cuja 3 densidade é de (26,5 lb/p ) sendo mais leve que o ar. O GNL precisa estar em forma de vapor e misturado com o ar para queimar, o GNL não explode nem queima. Visto que o GNL é um líquido criogênico o contacto físico ou derramamento constitui um perigo para pessoas e equipamentos. Eventualmente o GNL pode apresentar perigo de asfixia, ao vaporizar-se o GNL causa a condensação de mistura atmosférica (nuvem visível), esta nuvem adverte a fuga de GNL. Não havendo uma fonte ignição quando ocorrer o vazamento, se manifesta em forma de pluma7 que pode migrar com ventos baixos a considerável distância. Segundo especialistas da área de criogenia, quando ocorrer uma catástrofe causada por colisão ou acto de terrorismo, apareceriam numerosas fontes de ignição próximas ao cilindro e ocorreria baixa queima. Petroleiros A classificação dos petroleiros 8 Classe

Descrição

Capacidade mínima Peso (DWT) máximo (ton) 10.000 55.000

Tamanho máximo para o canal do Panamá Tamanho American Freight Rate Assoc. Tamanho máximo para o canal de Suez Grande demais para Suez e Panamá Very Large Crude Carrier Ultra Large Crude Carrier

60.000

75.000

75.000

120.000

120.000

200.000

80.000 200.000 320.000

Sem limites 319.000 Sem limites

Handymax Panamax Aframax Suezmax Capesize VLCC ULCC (Fonte: GasNet)

As esferas são capazes de armazenar mais de 25.000 metros cúbicos de GNL que representam 11.125 toneladas. Os maiores navios contém cinco esferas e têm capacidade para transportar mais de 125.000 metros cúbicos ou 55.625 toneladas. O custo de um navio metaneiro com capacidade para 125.000 metros cúbicos de GN varia entre US$ 200 milhões e US$ 220 milhões, representando um custo unitário médio de US$ 1.680 por metro cúbico de capacidade.

7

8

pluma

Um petroleiro é um tipo particular de navio tanque, utilizado para o transporte de hidrocarbonetos, nomeadamente petróleo bruto (petroleiros para pretos) e derivados (petroleiros para brancos)

Os numerosos benefícios que oferecem o GNL vêm de uma cada vez maior valorização do seu potencial como combustível para o transporte. Estes benefícios incluem: Elevada densidade de energia Como é um líquido, uma maior quantidade de GNL pode ser armazenado num espaço menor, assim, conseguir melhor relação volume/peso, o que é importante para o transporte em veículos. Entrega e disponibilidade O GNL pode ser transportado em caminhões reboque que carregam mais de 40 mil litros, em pequenos caminhões cisterna e reboques, vagões ferroviários, e navios metaneiros com capacidades que chegam 114 milhões de litros. Os caminhões reboque de GNL são muitas vezes utilizados para reabastecer postos GNV, semelhante à entrega do diesel ou a gasolina.

Como Compostos Derivados O transporte do gás natural sob a forma de compostos derivados é muitas vezes a forma mais económica, uma vez que ele é transformado em produtos líquidos ou sólidos que têm custo de transporte menos oneroso. Uma das soluções mais utilizadas é a produção de metanol, combustível líquido de alto poder calorífico e muito usado em vários países. No Brasil, há restrições ao seu uso como combustível, por apresentar agressividade no contato com pessoas e sua ingestão, mesmo em pequenas quantidades é perigosa, pois causa envenenamento mortal. É mais agressivo que o etanol – álcool da cana-de-açúcar (que também causa envenenamento em doses maiores). Outra possibilidade é a produção de combustíveis líquidos como gasolina, querosene e óleo diesel a partir do gás natural, a chamada tecnologia GTL com a aplicação do processo conhecido como Síntese de Fischer-Tropsch que é o assunto base deste trabalho. Há também a possibilidade do transporte do gás natural na forma sólida como hidratos, os chamados Hidratos de Gás Natural (GNH), como pode ser visto na figura 5.

Impactos Devidos ao Transporte de Gás Natural  Os impactos devidos à construção dos gasodutos: escavações, desmatamentos para se abrirem áreas necessárias à construção dos dutos, além do impacto causado pela criação do acesso das pessoas e materiais necessárias ao processo.  Os impactos oriundos de vazamentos costumam ser reduzidos.

(Fonte: GasNet) ARMAZENAMENTO DOS PRODUTOS DE ALTAS TANQUES ESFÉRICOS Os tanques esféricos são usados para armazenar produtos sob pressão. A forma da esfera distribui a pressão uniformemente sobre toda a superfície do tanque, tornando-o capaz de suportar muito mais pressão do que um tanque de formato convencional de mesmo tamanho.

Em alguns casos, a faixa de servidão, embora pequena em área, causa distúrbios na corrente migratória de certas espécies. Processamento de Gás Natural Realizado através de uma instalação industrial denominada Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN), cujo objetivo é separar:  Frações pesadas ou ricas (propano e mais pesados) existentes no gás natural úmido ou rico;

 Frações leves, Gás natural seco ou pobre (metano e etano). Fração Pesada  GLP (propano + butano);  LGN (Corrente de Líquido de Gás Natural). Tipos de processos aplicáveis a uma UPGN

Gás liquefeito do petróleo O gás de petróleo liquefeito (GPL), também chamado de gás liquefeito de petróleo (GLP), é uma mistura de gases de hidrocarbonetos utilizado como combustível em aplicações de aquecimento (como em fogões) e veículos. Propano é caracterizada pela presença de três átomos de Carbono e oito átomos de hidrogênio (C3H8).

Butano, pela presença de quatro átomos de Carbono e dez átomos de Hidrogênio (C4H10). mais pesado do que o propano a sua tendência em uma mistura é a de ficar depositada no fundo do recipiente de armazenagem. O percentual de mistura desses gases chama-se densidade. Quanto maior a presença percentual de Propano na mistura, menor a densidade do produto e, consequentemente menor o peso. Ao contrário, quanto maior o percentual de Butano na mistura maior a densidade e consequentemente o seu peso. O GPL é a mistura de gases condensáveis presentes no gás natural ou dissolvidos no petróleo. Os componentes do GPL, embora à temperatura e pressão ambientais sejam gases, são fáceis de condensar. Na prática, pode-se dizer que o GPL é uma mistura dos gases propano e butano. O propano e o butano estão presentes no petróleo (crude, bruto) e no gás natural, embora uma parte se obtenha durante a refinação de petróleo, sobretudo como subproduto da destilação fraccionada catalítica (FCC, da sigla em inglês Fluid Catalytic Cracking).

(Fonte: GasNet) VANTAGENS DO GLP Comparado a outros combustíveis, o GLP apresenta vantagens técnicas e económicas, associando a superioridade dos gases na hora da queima com a facilidade de transporte e armazenamento dos líquidos. Como gás, sua mistura com o ar é mais simples e completa, o que permite uma combustão limpa, não poluente e de maior rendimento. Liquefeito, sob suave pressão na temperatura ambiente, pode ser armazenado e transportado com facilidade, inclusive em grandes quantidades. O rendimento do GLP e seu poder calorífico também é comparativamente mais elevado. 1kg de GLP corresponde a cerca de 1,8 kg de coque 1,3 litros de óleo diesel 4 kg de lenha seca 1,4 litros de gasolina 3m3 de gás de rua 3 kg de bagaço de cana 1,4 litros de querosene 14 kw/ h 2kg de carvão de lenha Poder calorífico de GLP em relação a outros combustíveis Combustível Poder calorífico Quantidade GPL 11.500 kcal 1kg Óleo diesel 10.200 kcal 1kg Carvão 5000 kcal 1kg Energia eléctrica 860 kcal 1kw

Nafta 1m3 Gás natural 1m3 (Fonte: GasNet) ARMAZENAMENTO DE GLP

4.200 kcal 9.400kcal

Recipientes Transportáveis São os recipientes com capacidade até 0,25 metros cúbicos, que podem ser transportados manualmente ou por qualquer outro meio, não estando incluídos nesta classificação, os recipientes utilizados coma tanque de combustível de veículos automotores. Recipientes Estacionários (Recipientes fixos, com capacidade superior a 0,25 metros cúbicos). A escolha do tipo de recipiente e da estrutura das instalações depende do uso que se pretende dar ao GLP. Os diferentes conjuntos técnicos são definidos por normas técnicas e de segurança, que orientam tanto a fabricação de seus componentes como sua instalação. Os botijões são fabricados com chapas de aço, capazes de suportar altas pressões e segundo normas técnicas de segurança (AINT )9 segundo o ( Dr: Edward Diming em 1923). O gás dentro dos botijões encontra-se no estado líquido e no de vapor. Do volume do botijão, 85% é de gás em fase líquida e 15% em fase de vapor, o que constitui um espaço de segurança que evita uma pressão elevada dentro do botijão. À temperatura ambiente, mas submetido à pressão na faixa de 3 a 15 kgf/cm2, o GLP se apresenta na forma líquida. Desde facto resultam o seu nome - gás liquefeito de petróleo - e a sua grande aplicabilidade como combustível, devido à facilidade de armazenamento e transporte do gás, a partir do seu engarrafamento em vasilhames. Para que os vazamentos de gás seja, facilmente identificados, compostos a base de enxofre são adicionados, apenas para lhe dar um odor característico, sem lhe atribuir características corrosivas. Utilização do GLP O GLP pode ser produto final, onde caso será armazenado em esferas ou produto intermediário, indo para unidade de tratamento cáustico. O GLP tem sua maior utilização como combustível doméstico, porém ele também pode ser utilizado como combustível industrial, matéria-prima para obtenção de gasolina de aviação e insumo para a indústria petroquímica.

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AINT: Associação internacional de Normas Técnica

Esquema resumida para obtenção do GLP

Fig: Tratamento MEROX DO GLP Pode ser feita de seguinte maneira:  Com hidróxido de sódio;  Com DEA. O processo conhecido como MEROX é aquele adotado para que se obtenha uma regeneração da soda cáustica que retira o H2S. Dessa maneira o MEROX é um processo que visa a economia do NaOH utilizado no tratamento cáustico.

O Tratamento MEROX pode ser aplicado a fracções leves (GLP e nafta) e intermediárias (querosene e diesel). Utiliza um catalisador organometálico (ftalocianina de cobalto) em leito fixo ou dissolvido na solução cáustica, de forma a extrair as mercaptanas dos derivados e oxidálas a dissulfeto. Reações: 2NaOH + H2S ® Na 2S + 2H 2 O

NaOH + RSH ® NaSR + H 2 O O tratamento com DEA tem como objetivo remover o ácido sulfidrico, do gás combustível e do GLP, afim de que tais frações possam atender às especificações relacionadas à corrosividade e ao teor de enxofre. A dietanolamina é a mais utilizada para este tratamento, é um líquido claro e viscoso.Tem forte odor de amoníaco, solúvel em água e quase insolúvel em hidrocarbonetos. No tratamento, é

usada em solução aquosa, com concentração próxima de 20% em massa. Neste tratamento, fazse passar o GLP em contracorrente por uma torre extratora de H2S e CO2 e o gás combustível por uma torre absorvedora. Esquema tecnologico para o tratamento do GLP utilizando o NaOH MEA , DEA E TEA.

Fig: (Fluxograma do Tratamento MEROX para o GLP) DESCRIÇÃO DO ESQUEMA TECNOLÓGICA O GLP a ser tratado é enviado à torre extratora onde entra em contato em contracorrente com a solução de DEA, que entra pelo topo. Na saída da torre pelo topo tem o produto tratado e na base, a solução de DEA rica em compostos de enxofre. Esta solução de DEA é dirigida para o regenerador, onde é aquecida, liberando parte dos compostos de enxofre que são posteriormente processados em unidades de recuração de enxofre. Soluções de etanolamina (mono, di e tri) têm a propriedade de se combinar com o H2S formando produtos estáveis em temperaturas próximas a do ambiente. Os produtos ao serem submetidos ao aquecimento, se decompõe, regenerando a solução original e liberando o gás H2S.

Conclusões Assim como na indústria do petróleo, a indústria do gás natural também tem evoluído em direcção a um mercado globalizado, com transacções spot e um preço de referência. A análise da evolução da indústria petrolífera sob a óptica da teoria microeconómica permite identificar factores que fizeram com que esta indústria alcançasse uma escala global. Factores técnicos (com implicações económicas) e económicos criaram as pré-condições para o desenvolvimento de um mercado petrolífero que congrega um grande número de participantes, no qual o preço se reflecte respostas conjunturais dos mercados. Dentre esses elementos destacam-se a distância entre reservas e mercados (fundamental para a existência do comércio internacional), os avanços tecnológicos no transporte que permitiram o aproveitamento de economias de escala, as inovações tecnológicas na produção, que diminuíram a especificidade dos activos de produção, permitindo que equipamentos fossem utilizados em diferentes regiões produtoras, o aumento no ritmo do crescimento da demanda (que também propiciaram ganhos de escala em todos os segmentos da cadeia petrolífera), as estratégias de multinacionalização das grandes companhias petrolíferas e, finalmente, mecanismos contratuais mais flexíveis.

As características básicas desses transportes são: a) Transporte na fase gasosa O transporte é realizado à altas pressões na temperatura ambiente. Para pequenas quantidades e distâncias o transporte do gás natural no estado gasoso comprimido pode ser realizado através de barcaças ou caminhões-feixe e armazenado em feixe tubulações comprimido a pressões de cerca de 230 Kgf /cm 2 o volume é da ordem de 5000 m 3 de gás natural por reboque, para o caso do transporte rodoviário. No caso de grandes volumes em regime de operação contínua nas mais variadas distâncias o transporte por gasodutos a pressões de até 120 Kgf/cm 2 se apresenta como meio de transporte econômico e confiável. b) Transporte na fase líquida O gás natural para se tornar líquido é refrigerado e mantido à temperatura de -160 graus centígrados à pressão próxima da atmosférica, exigindo um complexo sistema de armazenamento e transporte específico para operar com o gás natural nessas condições. Pode-se dizer que, em média, 600 m3 de gás natural quando liquefeito ocupam l m3 razão pela qual esta é a forma mais conveniente para ser transportado em navios ou barcaças e armazenado no terminal.

O transporte marítmo de GNL é efectuado em navios com capacidade de até 125000m3 de GNL e o fluvial através de barcaças ou navios de pequeno porte com capacidade variando de 600 à 6000 m3 de GNL. Normalmente, o terminal marítimo armazena o GNL em tanques criogênicos e o gás natural é enviado ao sistema de transporte ductoviário com o auxílio de bombas centrífugas e vaporizador de GNL. O transporte terrestre pode ser efectuado através de caminhões-tanque ou vagões-tanque com capacidade da ordem de 35 m3 de GNL. Os tanques são fabricados com aço e isolamento térmico especial para manter o gás natural na fase líquida e, por este motivo, os custos são muito elevados. É importante dizer que o GLP é originado a partir do gás natural do petróleo ou mesmo do próprio petróleo, e os métodos de transporte do mesmo são iguais aos métodos de transporte de gás natural liquefeito do petróleo.