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Tecnologia da Indstria do Gs Natural
Clio Eduardo Martins Vaz Joo Luiz Ponce Maia Walmir Gomes dos Santos
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CONTEDOCAPTULO 1 A IMPORTNCIA DO GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1 1.2 1.3 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Matriz energtica no mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evoluo e estimativa da participao do gs natural na matriz energtica do Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
12 4
CAPTULO 2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1 Denies de petrleo e de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Denio de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Denies de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Constituintes do petrleo e gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Hidrocarbonetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 No-hidrocarbonetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Composio do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Frao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Teores expressos como ppm, ppb e ppt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Concentrao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.4 Composies tpicas do gs natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5 Anlise do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Comportamento dos gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 O estado gasoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Gs ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 Volume molar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4 Massa molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.5 Quantidade de matria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.6 Massa molar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.7 Massa molar mdia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.8 Massa especca e densidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.8.1 Massa especca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.8.2 Densidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.8.3 Massa especca e densidade de gases ideais . . . . . . . . . . . . . 2.4.9 Mistura de gases ideais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.10 Gs real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1516 16 16 16 17 22 23 24 25 26 28 29 31 31 31 34 35 36 37 37 38 38 38 38 39 40
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xviii2.5
TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
2.6
2.7
2.8
2.9
Comportamento das fases do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2 Diagrama de substncia pura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3 Mistura de componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comportamento das fases gua e hidrocarbonetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.1 Ponto de orvalho da gua e de hidrocarbonetos . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2 Teor de umidade do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3 Medio da umidade e ponto de orvalho da gua . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3.1 Perclorato de magnsio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3.2 xido de alumnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3.3 Cristal de quartzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3.4 Espelho resfriado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propriedades do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.1 Riqueza do gs natural gs rico ou gs pobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.2 Poder calorco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.3 Faixa de inamabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Especicao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8.1 Especicao do gs natural para transferncia . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8.2 Especicao do gs natural para transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceitos de engenharia de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9.1 Denio de gs associado e gs no-associado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9.2 Razo Gs-Lquido (RGL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9.3 Conceitos fundamentais sobre reservas de gs . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43 43 44 44 46 47 47 48 48 48 50 51 52 52 53 55 57 57 59 62 62 63 64
CAPTULO 3 RESERVAS DE GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1 A origem do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Gs bacteriolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Gs trmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evoluo das reservas de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bacias sedimentares no Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perspectivas das reservas de gs no Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nova provncia petrolfera brasileira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6768 68 68 70 73 75 78
3.2 3.3 3.4 3.5
CAPTULO 4 A CADEIA PRODUTIVA DO GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 4.2 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Macrouxo da movimentao de gs natural nacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Atividades de prospeco e explorao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Perfurao dos poos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Atividade de completao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8182 83 84 86 86
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Contedo
xix86 87 88 89 89 89 90 90 91 91 93 94 94 95 96 98 98 98
4.2.4 Reservatrios de hidrocarbonetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5 Produo de gs natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.6 Condicionamento de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.7 Transferncia de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.8 Processamento de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.9 Transporte de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.10 Distribuio de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.11 Comercializao de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.12 Utilizao pelo consumidor nal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Balano da produo de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consumo nacional de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consumo de gs natural por estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produo de gs natural por estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Utilizao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.1 Segmentos consumidores do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.2 Substituio de combustveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.3 Perl de utilizao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Importao de gs boliviano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CAPTULO 5 REGULAO DO GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Regulao internacional da indstria de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Regulao da produo de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.3.1 Regulao dos gasodutos em reas de produo . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Aspectos regulatrios da indstria de gs natural no Brasil . . . . . . . . . . . . . 105 5.4.1 A criao da Transpetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Aspectos regulatrios da cadeia de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 A consolidao do mercado de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Aplicao da Portaria ANP n. 104/2002 na regulao do mercado . . . . . . . . 111 Nveis de relacionamentos entre os atores do mercado de gs natural . . . . 112 A nova lei do gs principais aspectos em discusso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
CAPTULO 6 SISTEMAS DE PRODUO DE GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . 1156.1 6.2 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Sistema de produo de gs associado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.2.1 Mecanismos de drenagem do reservatrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 6.2.2 Elevao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.2.3 Poos de produo e rvore de natal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
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xx
TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
6.3
6.2.4 Dutos de produo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.5 Manifold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.6 Tipos de unidades de produo de petrleo e gs natural . . . . . . . . . . 6.2.7 Planta de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.8 Gasodutos de transferncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de produo de gs natural no-associado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Sistema de produo do Campo de Urucu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Sistema de produo do Campo de Merluza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Sistema de produo do Campo de Mexilho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.4 Sistema de produo do Campo de Pero-Cango . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.5 Sistema de produo do Campo de Manati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
123 123 125 129 131 131 131 136 138 140 142
CAPTULO 7 CONDICIONAMENTO DO GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1437.1 7.2 7.3 7.4 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Descrio do processo de condicionamento de gs associado . . . . . . . . . . . Separao primria de uidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Depurao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 O vaso depurador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3 Mecanismos bsicos de formao de nvoas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.4 Mecanismos de captao de nvoas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.5 Equipamentos tpicos utilizados para eliminao de nvoas . . . . . . . . 7.4.5.1 Eliminadores tipo malha tricotada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.5.2 Eliminadores tipo placa corrugada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.5.3 Filtro coalescedor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.5.4 Ciclone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.6 Critrios para seleo da tecnologia do eliminador de nvoa . . . . . . . 7.4.7 Dispositivos especiais de entrada dos depuradores . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.8 Critrios de dimensionamento de depuradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.9 Modelos compactos de depuradores de gs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.10 Principais problemas operacionais dos depuradores . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Adoamento do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.2 Processos de corroso por H2S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.3 Escolha do processo de adoamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.4 Descrio do processo de adoamento com MEA . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.5 Principais variveis operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.6 Principais problemas operacionais da unidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.7 Outros processos utilizados para adoamento do gs natural . . . . . . . 144 144 145 148 148 148 150 151 152 153 153 154 156 156 157 160 162 164 166 166 166 166 169 170 172 173
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Contedo
xxi
7.6
Compresso do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 7.6.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 7.6.2 Tipos de compressores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 7.6.2.1 Compressores alternativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 7.6.2.2 Compressores centrfugos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7.6.3 Descrio do sistema de compresso em multiestgios . . . . . . . . . . . . 180
7.7
Hidratos de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 7.7.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 7.7.2 Denio de hidrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 7.7.3 Estrutura bsica do hidrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 7.7.4 Mecanismo e condies para formao de hidratos . . . . . . . . . . . . . . . 189 7.7.5 Previso de formao de hidrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.7.6 Local de formao de hidrato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 7.7.7 Identicao da presena de hidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 7.7.8 Mtodos de dissociao de hidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 7.7.9 Inibidores da formao de hidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 7.7.10 Ponto de injeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 7.7.11 Procedimento para o clculo da vazo de inibidor de hidrato . . . . . . . 196
7.8
Desidratao de gs natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 7.8.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 7.8.2 O agente desidratante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 7.8.3 Descrio do processo de desidratao de uma plataforma de produo de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 7.8.4 Equipamentos do sistema de desidratao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 7.8.4.1 Torre absorvedora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 7.8.4.2 Vaso de expanso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 7.8.4.3 Sistema de ltrao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 7.8.4.3.1 Filtro cartucho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.8.4.3.2 Filtro carvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 208
7.8.4.4 Trocadores TEG/TEG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.8.4.5 Torre regeneradora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.8.4.6 Bomba de circulao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 7.8.5 Principais variveis operacionais do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 7.8.6 Principais problemas operacionais da unidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 7.8.7 Sistema de monitoramento da unidade do gs tratado . . . . . . . . . . . . 220 7.9 Tratamento de gs combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 7.9.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 7.9.2 Usurios de gs natural em uma unidade de produo . . . . . . . . . . . . 220 7.9.3 Qualidade do gs combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
7.9.4 Descrio do sistema tpico de tratamento de gs combustvel . . . . . 222 7.9.5 Principais variveis operacionais do sistema de gs combustvel . . . . 225 7.9.6 Principais problemas operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.10 Tratamento qumico do gs natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 7.10.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 7.10.2 Produtos qumicos injetados no gs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
CAPTULO 8 PROCESSAMENTO DE GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2298.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Objetivos do processamento de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Produtos do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Congurao bsica de uma unidade de processamento de gs natural . . . 232 Tipos de unidades de processamento de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Escolha do processo termodinmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Processo Joule-Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 8.7.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 8.7.2 Fundamento termodinmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.7.3 Principais caractersticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.7.4 Descrio bsica do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.7.5 Esquema do processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 8.7.6 Principais malhas de controle do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 8.8 Processo refrigerao simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 8.8.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 8.8.2 Fundamento termodinmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 8.8.3 Principais caractersticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 8.8.4 Descrio bsica do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 8.8.5 Principais malhas de controle da unidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 8.8.6 Esquema do processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 8.8.7 Principais problemas operacionais da unidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 8.9 Processo absoro refrigerada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 8.9.1 Introduo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 8.9.2 Fundamento termodinmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 8.9.3 Principais caractersticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 8.9.4 Descrio bsica do processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 8.9.5 Esquema simplicado do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 8.9.6 Etapa de separao de lquidos (gua e condensado) . . . . . . . . . . . . 246 8.9.7 Etapa de desidratao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
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Contedo
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8.9.8 Etapa de regenerao do MEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 8.9.9 Etapa de refrigerao a propano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 8.9.10 Etapa de absoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 8.9.11 Etapa de desetanizao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 8.9.12 Etapa de fracionamento do leo rico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.9.13 Etapa de desbutanizao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 8.9.14 Etapa de reposio de propano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 8.9.15 Etapa de condicionamento de leo de absoro . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 8.9.16 Principais problemas operacionais da unidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 8.10 Processo turbo-expanso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 8.10.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 8.10.2 Fundamento termodinmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 8.10.3 Principais caractersticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 8.10.4 Descrio bsica do processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 8.10.5 Esquema do processo turbo-expanso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 8.10.6 Etapa de compresso inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.10.7 Etapa de dessulfurizao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 8.10.8 Etapa de desidratao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 8.10.9 Regenerao das peneiras moleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 8.10.10 Etapa de pr-resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 8.10.11 Etapa de refrigerao a propano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 8.10.12 Etapa de expanso isentrpica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 8.10.13 Etapa de desmetanizao do LGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 8.10.14 Etapa de compresso de gs seco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 8.10.15 Etapa de fracionamento do LGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 8.10.16 Processo turbo-expanso para produo de etano Exemplos de aplicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 8.10.16.1 Projeto Cabinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 8.10.16.2 Projeto MEGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 8.10.17 Principais problemas operacionais do processo turbo-expanso . . . 291 8.11 Processos combinados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 8.11.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 8.11.2 Planta de gs de San Alberto Bolvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 8.11.3 Unidade de processamento de gs da UEGA Araucria (PR) . . . . . 293 8.12 Comparao entre os principais processos utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 8.12.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 8.12.2 Expanso isentlpica versus isentrpica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 8.12.3 Refrigerao simples versus absoro refrigerada . . . . . . . . . . . . . . . 296
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
8.13 Processamento de condensado de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.13.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.13.2 Separao de fases do gs natural escoado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.13.3 Unidade de processamento de condensado de gs natural . . . . . . . . 8.13.4 Etapas bsicas do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14 Tratamento dos produtos gerados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.2 Especicao do GLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.3 Tratamento custico do GLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.4 Sistemas patenteados de tratamento de GLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.5 Odorizao do GLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.6 Tratamento do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.7 Dessulfurizao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14.8 Odorizao do gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.15 Unidades de processamento de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.15.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.15.2 Unidades existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.15.3 Novos projetos de unidades de processamento de gs natural . . . . . 8.15.4 Novas reas produtoras de gs em desenvolvimento . . . . . . . . . . . . .
297 297 298 301 302 305 305 305 306 308 308 310 310 311 312 312 313 314 317
CAPTULO 9 TRANSPORTE DE GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3199.1 9.2 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de transporte de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1 Fase gasosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2 Aspectos relevantes no dimensionamento de dutos . . . . . . . . . . . . . . 9.2.3 Fase lquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gs Natural Comprimido (GNC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Armazenamento de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gs Natural Adsorvido (GNA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rede de transporte de gs natural no Cone Sul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hidratos de Gs Natural (HGN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 321 321 328 329 338 340 346 348 349
9.3 9.4 9.5 9.6 9.7
CAPTULO 10 DISTRIBUIO DE GS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35110.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regulao da atividade de distribuio de gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . Companhias estaduais de distribuio de gs do Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . Agncias reguladoras estaduais em operao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Redes de distribuio de gs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estao de transferncia de custdia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 352 354 360 361 363
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Contedo
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CAPTULO 11 COMERCIALIZAO DE GS NATURAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37511.1 11.2 11.3 11.4 11.5 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Histrico sobre o preo do gs natural no Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Principais aspectos para a determinao do preo do gs. . . . . . . . . . . . . . . Contratos de comercializao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aspectos relevantes sobre a importao de gs da Bolvia . . . . . . . . . . . . . . 376 376 379 381 385
CAPTULO 12 TECNOLOGIAS E APLICAES EM DESENVOLVIMENTO . . . . . 38912.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2 Separao e captura de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.1 Protocolo de Quioto e mercado de carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.2 Descrio das tecnologias de separao e captura de CO2 . . . . . . . . 12.2.3 Possveis aplicaes para o CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3 Otimizao e racionalizao energtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4 Tecnologias de gerao distribuda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1 Clulas a combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.2 Microturbinas a gs natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5 Gas to Liquids (GTL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.1 Gs de sntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.2 Converso Fischer-Tropsch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 390 390 392 396 402 404 405 407 409 410 411
Referncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
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nologia stria naturalA Importncia do Gs Natural
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1
A Importncia do Gs Natural10/6/2008 12:39:26
A Importncia do Gs Natural
9
de Gs (Petrobras, 2006) haver equilbrio entre as participaes do gs associado e no-associado, produzidos no Pas, e um aumento da importao de gs devido presena do GNL (ver Grco 1.6).
%
Expectativa nacional
12,0%
9,6% 7,5%
2,2% 1,8% 0,7% 0,1% 1970 1980 1990 1996 2003 2006 2010
Fonte: MME, 2007.
Grco 1.4 Crescimento e estimativa da participao do gs natural na matriz energtica brasileira 1970-2010
Biomassa 30,2%
Petrleo e derivados 37,7%
Hidrulica e eletricidade 14,8%
Urnio 1,6%
Carvo mineral 6,0%
Gs natural 9,6%
Fonte: MME, 2007.
Grco 1.5 Estrutura da oferta interna de energia no Brasil em 2006 Uma iniciativa realizada pelo governo federal para reduzir tal dependncia do gs boliviano foi a implantao, em 2006, do Plano de Antecipao da Produo de Gs (Plangs). O objetivo desse programa aumentar a produo nacional de gs, at 2008, para o equivalente vazo importada atualmente da Bolvia (cerca de 25 x 106 m3/d).
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A Importncia do Gs Natural
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106 m3/d
PeroCango Fase 2 80,0 Manati 70,0 de Janeiro Espadarte Md. 2 Piranema 50,0 Cidade de Vitria 45,7 40,0 Golfinho Md. 2 Frade 30,0 28 20,0 Roncador (P-52) Lagosta Parque das Conchas Rio
UruguTamba
Pirapitanga
Urucu Incio de venda Bacia de Campos Canapu 64,1 Camarupin Mexilho 71,1
70,8 71,3
60,0
Albacora
Marlim Sul Md. 3 (P-56)
Espadarte Md.3
Jubarte (P-57)
Barracuda
Cidade Niteri Jabuti (FPSO) Marlim Sul Md. 2 (P-51) Marlim Leste (P-53) 2008
10,0
Roncador (P-54) 0,0 2007
2009
2010
2011
2012
Gs no-associado
Gs associado
Grco 1.7 Oferta futura de gs no Brasil (2007-2012)
As perspectivas de crescimento da produo de gs esto principalmente suportadas na instalao de novas unidades martimas de produo previstas para esta dcada e no aumento da importao do gs da Bolvia. Este ltimo menos provvel, em virtude da nacionalizao das reservas de hidrocarbonetos na Bolvia e dos altos tributos e impostos estabelecidos sobre as companhias operadoras de petrleo naquele pas. No segmento industrial existem vrias aplicaes, tais como combustvel para a gerao de calor, matria-prima para a petroqumica, redutor siderrgico para a fabricao do ao, entre outras.
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A Importncia do Gs Natural
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A prevalecer o quadro atual, a meta governamental de 12%, prevista para 2010, pode car comprometida. Essa preocupao se justica, uma vez que o uso das termeltricas corresponde a 40% da demanda futura de gs para 2010, segundo estimativa da Petrobras (2006) apresentada no Grco 1.9. O cenrio atual de alta do preo do gs natural tanto de ordem nacional como domstico, e da energia eltrica (leiles compra/venda), o que caracteriza o que alguns autores chamam de racionamento econmico (desestmulo do consumo para priorizar o uso das usinas termeltricas).
Unidade: 106 m3/d 121
17,7% a.a.
34,00
38,60 45,4 13,5 24,80 7,10 2005 (Consumido) 2011 48,40
Outros Industrial Termeltrica
Grco 1.9 Estimativa da demanda futura de gs para 2011
Diante das incertezas citadas anteriormente, do atraso do cronograma de obras das usinas do PPT e dependendo tambm das condues pluviomtricas no nal desta dcada, existe risco de novos eventos de racionamento fsico de energia. Com uma nova regulao do setor de gs no Brasil, esperam-se maiores incentivos ao uso do gs, substituindo o consumo da eletricidade, o do Gs Liquefeito de Petrleo (GLP) e o do leo diesel; especialmente nos segmentos industrial e de transporte. Essa nova viso privilegia maior desconcentrao da demanda futura de gs (setor termeltrico principalmente) e o desenvolvimento de novos mercados. Aps essa abordagem sobre a importncia do gs natural como fonte de energia primria, o leitor encontrar no captulo seguinte conceitos fundamentais relacionados composio qumica e propriedades (qumicas, fsicas, fsico-qumicas e termodinmicas) desse combustvel. Esses conceitos iro permitir ao leitor uma melhor compreenso, sobretudo a respeito de algumas etapas que constituem a cadeia produtiva do gs (produo, condicionamento, processamento e transporte).
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nologia stria naturalConceitos Fundamentais
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2
Conceitos Fundamentais16/6/2008 11:23:07
26
TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Quando se trata de gs, o teor em ppm expresso em volume ou em quantidade de matria, como ser visto no item 2.4.10 (equao 2.35). Embora no seja recomendado o uso de ppm, comum ainda o seu uso; por isto, neste livro quando for necessrio aparecer a expresso ppm vol.
Tabela 2.4
Formas de expressar teor para materiais diludos Unidades equivalentes a ppm ppb ppt
Tipo de base Massa
mg kg cm3 ou m3 l l
g kg mm3 ou nl l m3 mol kmol ou mmol Mmol
ng kg mm3 ou pl l km3 nmol kmol ou mol Mmol
Volume Quantidade de matria
mol ou mmol mol kmol
Fonte: BRASIL, 1999, p. 89.
2.3.3 ConcentraoO termo concentrao utilizado para denir a quantidade de uma substncia (denominada soluto) em determinada quantidade do material expressa em volume. A quantidade do soluto pode ser expressa em massa, em volume, ou em quantidade de matria. Dessa forma, tem-se trs diferentes tipos de concentrao: Concentrao em massa. Concentrao em volume. Concentrao em quantidade de matria.
Segundo as normas da Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada (IUPAC), o termo concentrao, sem qualquer simplicao, s deve ser usado quando se referir concentrao em quantidade de matria.8 Entretanto, se o uso isolado do termo concentrao for ambguo, deve-se utilizar o termo completo, ou seja, concentrao em quantidade de matria. A Tabela 2.5 apresenta as seguintes formas de expressar as diferentes concentraes.
8
Antes denominado molaridade. Atualmente, este termo, assim como concentrao molar, no deve ser mais usado.
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Conceitos Fundamentais
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A relao (PVm)real/(PVm)ideal chamada de fator de compressibilidade de uma espcie gasosa, e identicada pela letra z. z PVm PVm ideal PVm RT (2.36)
O fator z de um gs ideal sempre igual a 1, enquanto para o gs real, a depender da natureza molecular e das condies de temperatura e presso, poder apresentar valor acima ou abaixo de 1. Quando z for maior do que 1, prevalecem as foras repulsivas, pois as molculas tendem a se afastar uma das outras e ocupar um volume superior ao que ocuparia se fosse gs ideal. O contrrio ocorre na condio de z inferior a 1, em que, ento, predominam as foras atrativas e o volume ocupado pelo gs real inferior ao que ocuparia se fosse gs ideal.
1.50 H2 200 C 1.40 CH4, 0 C 1.30 1.20 1.10 1.00(PVm) Gs ideal (PVm) Gs real
CH4, 200 C H2, 0 C CO2, 0 C
0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0 100 200 300 400 Presso (atm) 500 600 700
Fonte: HIMMELBLAU, 1974.
Grco 2.2 Desvio dos gases reais da lei dos gases ideais a altas presses
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Conceitos Fundamentais
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ponto de orvalho ou teor de umidade do gs. Na presena de umidade, as propriedades eltricas desse material (sensor) possibilitam uma variao da sua capacitncia, e, conseqentemente, de uma corrente eltrica, que correlacionada massa de gua absorvida. A quantidade de gua medida na forma de teor de umidade, expresso em lb/MMscf ou em ppm vol., podendo tambm ser calculado o correspondente ponto de orvalho na presso de amostragem (100 kPa).
10 0000 80 000 60 000 50 000 40 000
a kP 0 10
30 000 20 000 10 000 8 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 800 600 500 400 300 200
[1
ba
0 20
kPkP 0 40 a
akP 0 70 a
r]
Teor de umidade (mg/m3)
1.
0
M
Pa.0 M
2
Pa M 0 MPa a 3. 0 P a 4. .0 MMP Pa 5 .0 M a P 7 .0 10 .0 M MPa 5 0 1 . Pa 30 .0 M 70
Pa
100 80 60 50 40 30 20 10 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Temperatura de orvalho (C) Fonte: MCKETTA; WEHE, 1958.
Grco 2.7 Teor de umidade do gs na condio de saturao
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nologia stria naturalReservas de Gs Natural
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Reservas de Gs Natural15/5/2008 11:53:01
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Outro aspecto de grande importncia diz respeito explorao e produo futura de blocos situados em reas sensveis (sul da Bahia e outras regies de preservao ambiental). Nesse contexto, novas tecnologias sero necessrias para atendimento da legislao ambiental das diversas esferas de governo, cada vez mais restritiva quanto qualidade dos euentes, incluindo tambm a questo das emisses atmosfricas.
Margem equatoriana
Cear e Potiguar Solimes e Amazonas
Sergipe e Alagoas Recncavo e Sul da Bahia
Esprito Santo, Campos e Santos Petrobras Paran Outras companhias Pelotas
Fonte: ANP, 2006.
Figura 3.2 Mapa das bacias sedimentares brasileiras
24% 45%
Bacias terrestres (Amazonas, Paran, Acre, outras) Bacias costeiras (Potiguar, Sergipe-Alagoas e Esprito Santo, outras) Bacias de Campos (da Foz do Amazonas, Par-Maranho, Santos, outras)
31% Fonte: BACOCCOLI, 2004.
Grco 3.6 Distribuio das bacias sedimentares segundo localizao geolgica
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
UPGN
Figura 3.3 Representao esquemtica da futura planta de gs para o campo de Mexilho
III BS-500Este plo est localizado no Rio de Janeiro, a cerca de 160 km da capital, e prev a instalao de sistemas de produo de gs e leo.
IV SulEste plo est localizado a cerca de 200 km da costa dos Estados de So Paulo, Paran e Santa Catarina. Essa bacia j produz atualmente, por meio da plataforma de Coral, localizada no Paran, cerca de 9 x 103 barris por dia de leo. Est prevista ainda, a partir de 2008, a entrada em operao do campo de Cavalo-Marinho, localizado em Santa Catarina.
V CentroEste plo est localizado a cerca de 250 km da costa dos Estados de So Paulo e do Rio de Janeiro; porm, ainda em fase exploratria. Caso sejam conrmadas as potencialidades de produo de hidrocarbonetos, haver possibilidade de escoamento do gs para a plataforma de Mexilho e sua posterior transferncia para tratamento, em uma planta a ser construda no litoral paulista.
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Reservas de Gs Natural
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ps-sal
Sal
pr-sal
10 km
Figura 3.6 Camada do pr-sal
Na Figura 3.7 ilustra-se a abrangncia da nova provncia exploratria.
MG
ES
Bacia do Esprito Santos
SP
RJ
Bacia de Campos PR Nova Provncia Petrolfera do pr-sal5 a 8 BB
SCO
Bacia de Santos
rea de Tupi Poos testados
Figura 3.7 Nova provncia exploratria
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ce
an o15/5/2008 11:55:39
At
l
nt ic
o
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nologia stria naturalA Cadeia Produtiva do Gs Natural
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A Cadeia Produtiva do Gs Natural10/6/2008 17:17:45
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
A cada transferncia de custdia entre os atores da cadeia, a responsabilidade pela qualidade e quantidade do gs entregue passa de um a outro participante, at a efetiva entrega ao consumidor nal. Na gura a seguir, apresentado um macrouxo geral da movimentao do gs pelos principais participantes da cadeia de gs natural, em que so indicados os principais pontos de transferncia de responsabilidade (denominados pontos de transferncia de custdia) entre os participantes diretamente envolvidos nesse uxo.
Atividades de produo Atividades de pesquisa e explorao Reservatrio Produo do gs natural Condicionamento do gs natural Tratamento primrio do gs
Gasodutos propsito especfico Transferncia do gs natural
Transferncia de custdia para o processador Destinao final Consumidor final Gerao do valor do gs natural Redes de distribuio Distribuio do gs natural Gasodutos propsito geral Transporte do gs natural UPGNs Processamento do gs natural Conforme Portaria n. 104 da ANP Transferncia de custdia Transferncia de custdia para o transportador para distribuidoras estaduais
Figura 4.1 Cadeia de valor do gs natural
O uxo do gs natural apresentado, desde a fonte de matria-prima at o consumo nal do produto, permite a visualizao das inter-relaes e dos servios prestados pelos participantes da cadeia do gs e dene claramente a agregao de valor em cada etapa, at a concluso do ciclo, quando temos, ento, o estabelecimento do valor do gs natural como fonte de riqueza nacional.
4.2.1 Atividades de prospeco e exploraoA primeira etapa para se explorar o gs natural vericar a existncia de bacias sedimentares que possuam rochas reservatrias ricas na acumulao de hidrocarbonetos. O Brasil possui 29 bacias sedimentares principais, que se distribuem por mais de 6,4 milhes de quilmetros quadrados, sendo 4,9 milhes de quilmetros quadrados
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
No considerado o gs liquefeito nas UPGNs, para a produo de GLP e gasolina natural, nem o gs queimado no utilizado por falta de infra-estrutura para a sua movimentao dos pontos de produo at os centros consumidores. O consumo nacional, aps um longo perodo de estagnao, tem apresentado relevante crescimento a partir do incio desta dcada, atingindo cerca de 20% de crescimento anual (2006). A tendncia que esse crescimento se mantenha pelos prximos anos, desde que no ocorra falta do produto.
4.5 CONSUMO DE GS NATURAL POR ESTADOSo Paulo e Rio de Janeiro so os estados brasileiros que atualmente mais consomem gs natural. Juntos, respondem por mais da metade do consumo total de gs natural no Pas. Na regio nordeste, o Estado da Bahia tem hoje o maior consumo, sendo o terceiro maior estado consumidor. Poucos estados brasileiros ainda no iniciaram a utilizao do gs natural como combustvel em suas atividades que demandam consumo de energia. A relao completa do porcentual de consumo em relao ao consumo total do Pas apresentada no Grco 4.2 a seguir.
Consumo de gs natural por estado RN 1% SC SE 4% 1% SP 32% . - ..... . .. - ..... . .. . - -- ........ - - -. .. -- .. .... .. . .. ---- ----...... ...... .. - ----- . ... ..... -- -- ... .... -- -.. . .. -..... - - - -- -..... . AL PR PE PB BA 1% MG ES CE 2% 4% 1% 10% 5% 3% 2% RS 6% -- -- ------- ------- -- -- --- ---------- --------
RJ 28%
Fonte: Relatrio de gs natural Gs & Energia, Petrobras. Dados referentes a abril de 2007.
Grco 4.2 Relao dos estados consumidores de gs natural
4.6 PRODUO DE GS NATURAL POR ESTADOAtualmente, os campos de petrleo e gs associado, localizados na Bacia de Campos, plataforma continental do Estado do Rio de Janeiro, respondem praticamente
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A Cadeia Produtiva do Gs Natural
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por metade da produo nacional de gs natural. Esse quadro dever ser alterado a mdio prazo, com o incio da produo dos campos martimos de gs no-associado dos Estados de So Paulo (Mexilho, Cedro) e Esprito Santo (Pero, Cango, Golnho, Parque das Baleias e das Conchas). S a produo martima desses dois estados tem condies de substituir, em grande parte, o gs boliviano, hoje fundamental para o abastecimento do mercado de gs nacional. Embora a garantia do abastecimento a longo prazo do mercado nacional no possa ser fundamentada apenas na produo desses dois estados, certo que esta em muito contribuir nesse sentido, principalmente se considerarmos as novas alternativas de suprimento externo de gs, via Gs Natural Liquefeito (GNL) e Gs Natural Comprimido (GNC).
Estados produtores de gs natural SE RN 3% 6% SP AL 2% 5% ... . ......... . ....... ... .. .... ..... .. . -- -- - - - - - -- - - - - - - - - -- - - - -- ---- ---- - - --- -- - ---- - ---- -- - - - -- - - ---- - - -- - ES 6% AM 20%
------ ---- --------------- -- ---- -- -- --- ---- ---------- --- ---- ---
RJ 46%
CE 1%
BA 11%
Fonte: Relatrio de gs natural Gs & Energia, Petrobras. Dados referentes a abril de 2007.
Grco 4.3 Relao dos estados produtores de gs natural
4.7 UTILIZAO DO GS NATURALO gs natural o combustvel de maior crescimento na matriz energtica mundial atual, apresentando grandes vantagens de utilizao, como combusto limpa, eciente, manuteno econmica e no poluidor do meio ambiente. A participao do gs natural na matriz energtica mundial de 21%, havendo pases, como a Argentina, que j superou a casa dos 30%. No Brasil, a participao em 1995 era de 2,7% e, em 2002, atingiu 3,0%, um valor considerado pouco expressivo. Atualmente, 50% da produo bruta nacional destina-se venda, enquanto em outros pases (mdia mundial) atinge 83%. A expectativa que, nos prximos anos, o gs natural passe a representar 12% da demanda de energia primria no Pas (participao de 12% na matriz energtica brasileira).
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nologia stria naturalRegulao do Gs Natural
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Regulao do Gs Natural9/5/2008 10:36:06
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Com base na anlise de que os procedimentos de coleta, tratamento e medio da produo fazem parte do conjunto de operaes de preparo para movimentao, essas instalaes seriam enquadradas como de produo, e no estariam submetidas ao livre acesso. Dessa forma, a regulamentao do acesso aos ativos instalados se iniciaria aps essa etapa. Certamente, essa anlise no exclui a possibilidade de compartilhamento das instalaes de produo, as quais podero ser motivo de acordo e negociao direta entre as partes interessadas.
5.3.1 Regulao dos gasodutos em reas de produoOs gasodutos existentes em reas de produo de gs apresentam caractersticas especcas para a atividade de coleta de gs. Essa atividade compreende a movimentao de pequenas quantidades de gs por meio de gasodutos com dimetro reduzido. Estes, geralmente, operam sob baixa presso, conectando diferentes poos produtores e estendendo-se por pequenas distncias. Antes de entrar na rede de transporte de alta presso, o gs, que movimentado dentro da rede de coleta, deve ser tratado, medido e comprimido. A Figura 5.1, a seguir, identica as diferentes instalaes de transporte do gs natural desde as reas de produo at a linha de transporte principal.
Poos produtores
Compresso
Gasoduto principal
Linhas de coleta de produo Coletor da produo
Ponto de injeo
Figura 5.1 Instalaes tpicas de coleta de gs natural
Assim, estariam sob o amparo da Lei os dutos localizados em reas de produo desde que a movimentao se desse em meio ou percurso considerado de interesse geral. importante notar, porm, que os dutos ditos de transferncia, denidos no inc. VIII, do art. 6, como aqueles no quais a movimentao ocorre em meio e em percurso
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nologia stria naturalSistemas de Produo de Gs Natural
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6
Sistemas de Produo de Gs Natural16/6/2008 10:16:49
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Sistema de Produo na Bacia de Campos
7 - Planta de Processo
8 - Escoamento de leo
15 - UPGN
12 - FPSO 13 - SS 14 - Gasoduto 10 - Gasoduto
6 - FPSO 9 - Navio Aliviador
5 - Risers de Produo 4 - Linhas de Produo (flowline) 3 - rvore de Natal
11 - Manifold Submarino
1- Reservatrios
2 - Poo Produtor
Figura 6.1 Tpico de um sistema de produo na Bacia de Campos
Perfuram-se e instalam-se poos de produo (Etapa 2) de modo a possibilitar a retirada do uido contido no reservatrio. No fundo do mar, precisamente na cabea do poo, instala-se um equipamento composto com vlvulas e acessrios chamado de rvore de natal (Etapa 3), com a nalidade de possibilitar a operao segura do poo. Em seguida, o uido enviado para a unidade de produo por meio de dutos submarinos denominados linhas de produo. Estas so divididas em dois trechos: owline (Etapa 4) para o trecho sob o leito marinho e riser (Etapa 5), entre o leito marinho e a plataforma. medida que o leo escoa pelo poo produtor, do reservatrio at a unidade de produo, a presso declina, visto que alguns hidrocarbonetos passam da fase lquida para a gasosa. A mistura constituda por leo (petrleo), gs e gua produzida atinge a plataforma (Etapa 6) e alimenta a planta de processo (Etapa 7) com um sistema de separao primria e tratamento individual das fases leo, gs e gua. O leo tratado armazenado nos tanques da plataforma do tipo FPSO, os quais, quando cheios, tranferem esse leo para outro navio, utilizando mangote utuante (Etapa 8). O navio que recebe o leo chamado de navio aliviador (Etapa 9). Essa operao de descarregamento conhecida como operao de ofoading. O gs tratado (condicionado) transferido para o continente por meio de um gasoduto de transferncia (Etapa 10) e cuja especicao visa atender aos requisitos necessrios para garantir o escoamento at o destino nal. No fundo do mar existe uma malha de gasodutos, unidos por dispositivos chamados de manifold (Etapa 11), trata-se de um coletor contendo vlvulas, que recebe a produo de gs de outras plataformas (Etapa 12). Aps o manifold, o gasoduto sobe a uma
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Sistemas de Produo de Gs Natural
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O mtodo de elevao articial por gas-lift baseia-se na injeo de gs na coluna de produo, objetivando gaseicar o uido desde o ponto de injeo at a unidade de produo. Com o aumento da quantidade de gs na coluna de produo diminui-se a massa especca do uido, com conseqente diminuio da presso de uxo e aumento da vazo. Na Figura 6.4, pode ser observada a Bomba Centrfuga Submersa (BCS) no poo. Nesse tipo de bombeio, a energia transmitida por meio de um cabo eltrico. A energia eltrica movimenta a bomba centrfuga, transmitindo a energia para o uido na forma de presso, elevando-o para a superfcie.
Plataforma Nvel do mar
ANM
Bomba Poo com BCS Bomba Centrfuga Submersa Motor
Figura 6.4 Mtodo de elevao articial com BCS
6.2.3 Poos de produo e rvore de natalO poo produtor de petrleo ou de gs natural constitudo por tubos e equipado com uma diversidade de acessrios, que so selecionados a partir de diversos fatores, tais como: localizao terrestre ou martima, profundidade do solo, lmina dgua, equipamentos necessrios dentro do poo (gas-lift ou BCS, por exemplo), linhas de injeo qumica, entre outros. Na Figura 6.5, ilustra-se um projeto de poo do tipo horizontal. Na Figura 6.6, demonstra-se uma cabea de produo, esse equipamento colocado na terminao do revestimento (tubo) de produo, sendo a interface entre a rvore de natal (com ou sem adaptador) e as linhas de produo. Na Figura 6.7, mostra-se uma rvore de natal do tipo molhada (ANM). Esta o equipamento de interface entre o poo produtor e as linhas de produo submarinas.
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Sistemas de Produo de Gs Natural
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Alm desses constituintes, as guas produzidas contm ainda slidos provenientes das rochas (silte, argilas etc.), de processos corrosivos (xidos, hidrxidos, sulfetos de ferro etc.) e de incrustaes (carbonato de clcio e sulfatos de brio, clcio e estrncio). O seu tratamento tem por nalidade remover o leo e condicion-la para reinjeo ou descarte ao mar, de acordo com as exigncias ambientais vigentes e estabelecidas no processo de licenciamento do empreendimento.
6.2.8 Gasodutos de transfernciaExiste uma rede de gasodutos interligando as plataformas da Bacia de Campos, permitindo, assim, o escoamento do gs excedente. Trs gasodutos partem de plataformas centrais de recebimento de gs com destino s unidades de processamento de gs de Cabinas e da Reduc.
Figura 6.21 Gasodutos de transferncia de gs
6.3 SISTEMAS DE PRODUO DE GS NATURAL NO-ASSOCIADO6.3.1 Sistema de produo do Campo de UrucuA Provncia Petrolfera do Rio Urucu, localizada no municpio de Coari, a 650 km a sudoeste de Manaus, no corao da oresta amaznica, Figura 6.22, comeou a ser explorada comercialmente em 1988, dois anos aps o estabelecimento do primeiro poo.
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nologia stria naturalCondicionamento do Gs Natural
143
7
Condicionamento do Gs Natural16/6/2008 10:47:43
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Adoamento Produo Separao primria gs Depurao filtrao Tratamento qumico Consumo interno Tratamento de gs combustvel Escoamento para terra gasodutos Gs especificado para venda Processamento (UPGN) Compresso Desidratao
Reservatrio
Figura 7.1 Diagrama de blocos do condicionamento de gs
Gs Separador de produo trifsico
Produo
leo gua produzida
Figura 7.2 Vaso separador primrio de produo
O processamento primrio dos uidos produzidos em um campo de produo pode ser apenas entre leo e gs (separao bifsica), entre gua, leo e gs (separao trifsica), conforme ilustrado na Figura 7.2, ou mesmo uma separao quaternria entre areia, gua, leo e gs. O nvel de complexidade da planta de processamento primrio vai depender dos tipos de uidos produzidos e da viabilidade tcnico-econmica do campo de produo. O gs separado euente do separador sai na condio de vapor saturado, com umidade e gotculas muito pequenas de lquido (nvoa). Devido limitao da ecincia de reteno de lquido nesse separador, o gs necessita passar por uma srie de processos, de forma a garantir o seu escoamento para os locais de consumo. O leo e a
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Condicionamento do Gs Natural
155
Tela Fibras para evitar arrastes
Gs com nvoaFibras coletoras
Gs limpoLquido drenado
Sada de gs limpo
Eliminador de nvoa Entrada do gs com nvoa
Dreno do lquido
Fonte: Catalog Monsanto Company, USA, 1990.
Figura 7.11 Filtro coalescedor
O ltro coalescedor normalmente constitudo por um trecho tubular cilndrico seguido de um trecho cnico. A entrada do uxo gasoso ocorre de forma tangencial no primeiro trecho, no qual o uxo similar ao de um tufo, com formao de redemoinho. Alguns fabricantes oferecem o ltro coalescedor com um ou mais cartuchos, em dimenses pequena ou grande, e de formato horizontal ou vertical. Esse tipo de eliminador de nvoa apresenta os trs mecanismos de captao desta, j citados anteriormente. Em geral, no aplicado quando da presena de lquido no gs, porm, trata-se de um dispositivo de elevado custo e que pode se danicar pela presena de depsitos orgnicos (parana).
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Figura 7.53 Foto do trocador de TEG
Sada vapor dgua Caixa de ligao Serpentina (8 voltas) Carga do enchimento Jogo de resistncias
Entrada TEG rico
Sela Intalox
Nvel de glicol
Sada TEG pobre
Figura 7.54 Refervedor e torre regeneradora
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nologia stria naturalProcessamento de Gs Natural
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Processamento de Gs Natural16/6/2008 11:11:49
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
A diviso das entradas de carga nessa torre permite a manuteno do perl de temperatura sem grandes desvios. Na prtica, por meio da diviso das entradas de carga evita-se a falta de lquido em algumas sees da torre, o que comprometeria a ecincia nal de separao e a qualidade dos produtos gerados pela desetanizadora. O gs separado aps a pr-saturao do leo pobre sai do vaso acumulador de topo da torre sob controle de presso, sub-resfria o propano refrigerante e enviado para ser comprimido nos compressores de gs residual. Cumpre lembrar que parte queimada como gs combustvel no forno da unidade.
8.9.12 Etapa de fracionamento do leo ricoA funo da torre fracionadora separar o LGN da aguarrs, que retorna s torres de absoro e desetanizao por um processo de destilao convencional (ver Figura 8.14). O leo rico euente do fundo da desetanizadora pr-aquecido e entra na fracionadora, onde recebe o aquecimento nal no fundo da torre.
PC
Presso Flare Gs
PC
A.R. Condensador Vaso de topo Refluxo
Fracionadora
Nvel LC Para torre desbutanizadora Temperatura LGN TC Vazo
FC Para refervedor da desetanizadora Controle em cascata Da torre desetanizadora Refervedor 1 Refervedor 2 Refervedor 3 Refervedor 4
FC
Carga da torre condicionadora Consumidores de carga trmica
Presso
Observao: Refervedor 1 Torre desbutanizadora; Refervedor 2 Regenerao do MEG; Refervedor 3 Torre de produo de propano; Refervedor 4 Torre condicionadora. Figura 8.14 Sistema de fracionamento do leo rico
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
PC
Presso Condensador Gs rico compressor
A.R. PC
Presso Flare
FC Gs rico compressor Desetanizadora Nvel LC Condensado Presso do coletor FC PC Vaso Vazo separador Refervedor Refervedor LC Nvel Vazo
Vaso topo
Nvel LC A.R. GLP
Temperatura TC
Resfriador Desbutanizadora Temperatura leo trmico TC Forno Nvel A.R. LC C5+
Resfriador
Figura 8.44 Unidade de processamento de condensado de gs natural UPCGN
8.13.4 Etapas bsicas do processo Etapa de desmetanizao do condensadoEsta etapa prev a separao do metano do condensado de gs natural. A retirada do metano do lquido permite uma estabilizao inicial do condensado e gera uma corrente de gs de alta riqueza (em torno de 25%). Basicamente, o condensado submetido a uma expanso isentlpica de baixa intensidade, apenas suciente para liberar o metano da fase lquida. O gs liberado do vaso separador (em mdia presso) comprimido e enviado para uma unidade de processamento de gs natural.
Etapa de desetanizao do condensadoEsta etapa permite a estabilizao nal da Presso de Vapor Reid (PVR) do condensado, tornando-o adequado para a prxima etapa do processo. Em ltima anlise, a desetanizao especica a presso de vapor do GLP a ser produzido na etapa de desbutanizao da unidade. Nessa fase, o suprimento de uma carga trmica no fundo da torre desetanizadora garante a vaporizao do etano do lquido de gs natural. As condies operacionais
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Processamento de Gs Natural
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vendido ao consumidor nal, cada novo campo produtor de gs colocado em produo exige que novas unidades de processamento de gs natural sejam construdas. Dessa forma, as reas produtoras mais importantes de gs do Pas esto sempre associadas a grandes complexos de tratamento e processamento de gs.
8.15.2 Unidades existentesA Tabela 8.4 apresenta as principais unidades de processamento de gs natural existentes no Brasil, sua localizao e seus principais dados de projeto. Todas as unidades citadas so de propriedade da Petrobras. Tabela 8.4Unidades de processamento de gs natural da Petrobras Loc. AM AM AM CE RN RN RN AL SE SE BA BA BA BA ES RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ SP Cap. nom. (103 m3/d)(*) 600 6 000 3 000 350 2 000 2 000 1 500 1 800 2 000 350 1 400 2 500 6 000 2 000 150 600 3 000 1 500 (**) 5 400 5 400 2 400 2 400 2 300 Processo termodinmico absoro refrigerada turbo-expanso turbo-expanso absoro refrigerada absoro refrigerada turbo-expanso turbo-expanso turbo-expanso absoro refrigerada refrigerao simples absoro refrigerada turbo-expanso Joule-Thomson + RS absoro refrigerada refrigerao simples absoro refrigerada refrigerao simples condensado turbo-expanso turbo-expanso absoro refrigerada turbo-expanso Joule-Thomson + RS Prod. nominal (m3) GLP 178 1990 615 147 545 632 248 290 580 52 330 490 31 179 689 564 576 C5+ 11 113 69 33 89 168 82 30 250 17 150 91 225 12 15 295 94 51 1 500 3 000 3 000 1 100 302 LGN
Unidade URUCU I URUCU II URUCU III LUBNOR GUAMAR I GUAMAR II GUAMAR III PILAR ATALAIA CARMPOLIS CATU I CATU II MANATI CANDEIAS LAGOA PARDA UPGN CABINAS URGN CABINAS UPCGN CABINAS URL I CABINAS URL II CABINAS REDUC I REDUC II UGN RPBC
(*) Condies 101,3 kPa e 20 C. RS = refrigerao simples. (**) Metros cbicos de condensado de gs natural por dia (fase lquida).
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nologia stria naturalTransporte de Gs Natural
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Transporte de Gs Natural
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Gasoduto Uruguaiana-Porto AlegreO gasoduto Uruguaiana-Porto Alegre constitudo por trs trechos: 1 fronteira at Uruguaiana (25 km), 2 Uruguaiana at Porto Alegre (565 km em construo) e 3 Copesul at Porto Alegre (25 km). A capacidade desse gasoduto de 12 x 106 m3/d. A Figura 9.3 apresenta, de forma esquemtica, o traado do gasoduto Uruguaiana-Porto Alegre.
Bolvia
Cuiab
Braslia Goinia
Corumb R. Grande
Belo Horizonte Betim
SParaguai Dourados
oC
arl
os
e Rib
ir
o ret oPVarginha
Vitria Campos
Rio de Janeiro Chile Assuno So Paulo Curitiba Joinville Florianpolis
Urugu
aianaAlegrete Porto Alegre
Argentina Uruguai Santiago Buenos Aires Montevidu
Em construo Atual Sob avaliao GASBOL
Figura 9.2 Gasodutos de importao de gs
Gasoduto Lateral CuiabO gasoduto Lateral Cuiab interliga o gasoduto Gasbol cidade de Cuiab, com extenso de 267 km e capacidade de 2,8 x 106 m3/d. Esse gasoduto operado pela transportadora Gasocidente. Para atendimento da demanda futura de gs nas regies Norte e Nordeste, foi criado o Projeto Malhas (ver Figura 9.3). Tal projeto prev a ampliao da atual rede de gasodutos no Pas, incluindo a interligao da malha sul/sudeste com a norte/nordeste. Dessa forma, o gs produzido localmente poder ser comercializado em outras
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Malsia para Japo/Coria. Abu Dhabi para Japo. Qatar para Japo/Coria. Trinidad para Europa/EUA. Para melhor visualizao dessas rotas e outras existentes no mundo, apresenta-se a Figura 9.5.
88.41 43.57 64.95 17.83 104.18 11.55 3.05 6.6 9.49 2.62 2.05 12.44 11.81 4.83 8.63 Estados Unidos Canad Mxico Amrica Central e do Sul Oriente Mdio Europa e Eursia frica Pacfico asitico 13.05 6.50 21.30 25.23 3.85 4.49 5.80 8.90 4.95 8.35 19.00 5.80 4.32 17.65 4.10 7.51 1.84
10.14 2.75
10.14
Gs Natural GNL
Fonte: BP Sttistical Review, 2006.
Figura 9.5 Principais rotas comerciais de gs e futuras de GNL
O gs natural liquefeito em torno de -160 C presso atmosfrica, com reduo aproximada de volume de 600 vezes. O metano, que o componente de maior participao na composio do gs natural, apresenta ponto de condensao de -161,5 C presso atmosfrica, tendo uma reduo volumtrica de 629. A Figura 9.6 apresenta uma estrutura bsica da cadeia de transporte de GNL. Os tanques criognicos usam paredes duplas, ligadas por suportes de baixa condutibilidade trmica, e possuem, nas zonas de baixas temperaturas, materiais de alta resistncia ao impacto e grande resistncia mecnica. A parede interna que entra em contato com o GNL feita de ao-liga (nquel ou alumnio), enquanto o lado externo feito de concreto protendido.
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Transporte de Gs Natural
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seguida, transferido para o continente (atendimento demanda de consumidores). Outro aspecto relevante dessa instalao o fato de o gs armazenado incorporar fraes pesadas de hidrocarbonetos existentes no reservatrio, o que possibilita aumento de riqueza e naturalmente de seu valor energtico.
rea de produo
rea de tratamento Instalao de armazenamento de gs: composta por tubos de grande dimetro
Rede de distribuio
Figura 9.15 Sistema de armazenamento de gs natural de baixa capacidade
Gasoduto
Armazenamento de gs
Figura 9.16 Reinjeo de gs em instalaes martimas de produo de petrleo
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nologia stria naturalDistribuio de Gs Natural
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Distribuio de Gs Natural13/6/2008 12:25:56
Distribuio de Gs Natural
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Sistemas adicionais de proteo a exemplo das tubulaes de transporte, as linhas de distribuio tambm contam com sistemas de proteo catdica, anodos de sacrifcio, medies de potencial de corroso e outros sistemas de garantia de integridade das tubulaes.
Termeltrica
Gasoduto de transporte
Residncia
Residncia
Residncia
Residncia
Residncia
Residncia
Ponto de entrega
Indstria
Indstria
Indstria Entrega companhia distribuidora
Indstria
Shopping
Prdio
Comrcio
Posto de abastecimento
Rede de distribuio de gs natural aos clientes finais
Figura 10.1
Esquema de rede de distribuio de gs natural
10.6 ESTAO DE TRANSFERNCIA DE CUSTDIAAs estaes de transferncia de custdia, tambm chamadas de pontos de entrega de gs (PEs) ou simplesmente City Gates, referem-se ao ponto em que o gs passa de uma linha principal de transmisso para um sistema de distribuio local. o ponto em que uma rede de distribuio recebe gs de uma companhia transportadora ou de um sistema de transmisso para distribuio pulverizada aos clientes nais do gs.
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Distribuio de Gs Natural
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PC Gs combustvel
PC
PC
FI LSLL FSLL
Queimador
TC TC
LSLL FSLL
TC Queimador
Nota: LSLL = Chave de nvel muito baixoFI = Indicador de vazo FSLL = Chave de uxo muito baixo
Figura 10.4
Esquema do mdulo de aquecimento
Mdulo de regulagem de pressoNo mdulo de regulagem, a presso da linha principal reduzida at a presso de fornecimento contratada com o consumidor. composto de, no mnimo, dois ramais, visto que um ca em condio de reserva automtica (hot stand-by), podendo entrar em operao de forma imediata e automtica, no caso de falha do sistema principal. Os principais componentes do mdulo de regulagem de presso so os seguintes: Vlvula de bloqueio manual o elemento inserido em pontos estratgicos da rede, com o objetivo de propiciar o isolamento de uma parte do sistema, para que possa ser efetuado um servio de manuteno ou facilitar a dre-
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nagem de impurezas acumuladas. Os tipos de vlvulas mais utilizados so: esfera, macho, globo e borboleta. Vlvula de bloqueio automtico com fechamento por alta presso, essa vlvula limita a presso mxima do ramal, desabilitando-o em caso de falha das vlvulas controladoras de presso. um dos dispositivos de proteo recomendado pela norma, que atua rapidamente caso ocorra uma anormalidade no setor em que estiver instalado, decorrente do aumento excessivo da presso (falha no regulador de presso) ou do aumento exagerado do uxo de gs (rompimento da tubulao).
Figura 10.5
Teste de fbrica dos aquecedores do mdulo de aquecimento
Vlvula controladora de presso esta vlvula utilizada para manter os nveis de presso dentro de uma faixa satisfatria. Similarmente vlvula de bloqueio automtica, pode ser acionada diretamente ou por piloto. No acionamento direto, o grau de abertura da vlvula obtido pelo equilbrio entre as foras que atuam no conjunto mola-diafragma e quanto maior a presso, menor a abertura, o que compatibiliza o uxo do gs passante com a demanda desse combustvel. Em geral, cada ramal de regulagem de presso (tambm chamado de tramo de regulagem de presso) possui duas vlvulas controladoras em srie, que operam com valores diferenciados. A primeira, tipo falha-abre, tambm
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nologia stria naturalComercializao de Gs Natural
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Comercializao de Gs Natural
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Tarifas zonais So aquelas que se aplicam quando o gasoduto dividido em zonas tarifrias, dentro das quais as tarifas por unidade de volume tm o mesmo valor. Utiliza-se o conceito de centro de carga para estabelecer o valor da tarifa em cada zona. Segundo a ANP, as tarifas postais so utilizadas em mercados monopolistas e ultramaduros. As tarifas no-postais se justicam para ns da eliminao do subsdio cruzado entre usurios do servio.3
Ressalta-se que essas alternativas no so excludentes, podendo-se ponderar a contribuio da distncia com a poltica de integrao geogrca, favorecendo a insero do gs em locais mais distantes. Adicionalmente, devem ser consideradas nesse contexto as redes virtuais de transporte de gs, que poderiam antecipar o fornecimento e o desenvolvimento do mercado no Pas.
11.4 CONTRATOS DE COMERCIALIZAONa indstria do petrleo, as relaes comerciais ao longo de toda a cadeia produtiva so realizadas por meio de contratos. Trata-se de instrumentos contratuais de compra e venda do produto, estabelecendo as quantidades envolvidas, qualidade do produto, condies de entrega, preo, garantias, entre outros itens. As seguintes terminologias tcnicas so comuns de serem encontradas nesses contratos: Quantidade Diria Programada (QDP). Quantidade de gs (objeto do contrato) em que a compradora tenha solicitado vendedora para que lhe seja colocada disposio no ponto de entrega4 (normalmente da companhia distribuidora local) no correspondente dia conrmado pela vendedora. Quantidade Diria Contratual (QDC). Quantidade de gs (objeto do contrato) em que a vendedora compromete-se a aceitar uma determinada Quantidade Diria Programada (QDP).
Atualmente, esses contratos so negociados livremente entre as partes e, segundo a Portaria n. 001/03, a ANP deve ter conhecimento e apreciao das disposies contratuais acordadas.3 4
Consumidores mais prximos subsidiando consumidores mais distantes. Tambm conhecido como City Gate.
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nologia stria naturalTecnologias e Aplicaes em Desenvolvimento
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Tecnologias e Aplicaes em Desenvolvimento16/6/2008 11:49:50
Tecnologias e Aplicaes em Desenvolvimento
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Gs tratado Gs cido
Coluna de absoro Reciclo de solvente
Coluna de esgotamento
Carga (gs cido)
Solvente rico em CO2 /H2S
Figura 12.1
Fluxograma esquemtico do processo de absoro com aminas
2RNH2
H2O
CO2 (RNH3)2 CO3 H2O CO2 2RNH3 HCO3
(12.1) (12.2)
(RNH3)2 CO3
Segundo Bailey e Feron (2005), esse processo considerado estado da arte na separao de CO2 oriundo de gases de combusto. Acrescentam ainda que utilizado tanto em alta como em baixa presso, mesmo considerando a baixa concentrao de CO2 existente na mistura. A Monoetanolamina (MEA) considerada solvente do estado da arte (CHAPEL MARIZ, 1999; BARCHAS, 1992) para captura de CO2 em gases de combusto. Entretanto, devido elevada energia trmica requerida no processo de regenerao da MEA, j esto disponveis no mercado novos solventes (MIMURA et al., 2001). Entre os novos produtos adequados para processos de ps-combusto e que esto disponveis para comercializao no mundo, destacam-se os seguintes:
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
Aliviador
Instalao de produo
Figura 12.3
Representao esquemtica da operao de transferncia de petrleo
c) Recuperao do petrleo (mtodo miscvel com gs e CO2)Como foi apresentado anteriormente, existe o mtodo convencional de recuperao do petrleo,3 em geral por meio da injeo de gua ou gs no reservatrio. Entretanto, nas ltimas dcadas foi feita uma classicao dos mtodos de recuperao e surgiu a denominao dos mtodos especiais de recuperao secundria.4 Segundo Rosa et al. (2006), na literatura inglesa os mtodos especiais de recuperao secundria so conhecidos como mtodos Enhanced Oil Recovery (EOR), o que pode ser traduzido como recuperao melhorada ou avanada de petrleo. Recentemente, esse termo foi substitudo pelo Improved Oil Recovery (IOR), que signica a recuperao melhorada de leo. Este ltimo alm de admitir todos os antigos mtodos EOR (especiais ou tercirios), incorpora quaisquer mtodos ou tcnicas no-convencionais ou modernas que tenham como objetivo aumentar a recuperao e/ou acelerar a produo de leo. Entre os mtodos especiais existentes no mundo tm-se os mtodos miscveis, que, segundo Rosa et. al (2006), so classicados como:
3 4
Anteriormente denominado de mtodo de recuperao secundria. Anteriormente denominado de mtodo de recuperao terciria.
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TECNOLOGIA DA INDSTRIA DO GS NATURAL
grande aplicao para sistemas de cogerao; modularidade de seus componentes; gerao de energia distribuda; linhas de transmisso desnecessrias; poluio ambiental abaixo dos padres; poluio sonora reduzida. As CCs funcionam com combustveis fsseis, como o gs natural e o carvo gaseicado, e com gases e lquidos renovveis, como o etanol e o biogs. A estrutura de uma clula combustvel apresentada na Figura 12.4.
i Combustvel + Oxidante
H2
O2
H2O
-
H2O
Combustvel/ Produtos Anodo Eletrolito Catodo
Oxidante/ Produtos
Figura 12.4
Esquema de clula combustvel
A fonte de suprimento de combustvel, na forma de um hidrocarboneto, sofre uma reao de reforma cataltica,5 em um reformador, cujas reaes so apresentadas a seguir. CnHm n H2O n/2 CO2 (m/2 n) H2 (12.4)
A reao anterior altamente endotrmica (consome energia) e as temperaturas podem atingir valores acima de 900 C. O hidrognio produzido na reforma fornecido clula, reagindo com o anodo existente, no qual ocorre a reao eletroqumica de oxidao, apresentada a seguir: H2 2 H 2 e (12.5)
5
Processo mundialmente conhecido como a maior fonte de produo de hidrognio.
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