Gás natural liquefeito: produção e tecnologia globais

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Gás natural liquefeito: produção e tecnologia globais
Foto: Oleksandr Kalinichenko | Dreamstime
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Frequentemente encontrada na literatura científica, a abreviatura LNG nem sempre é clara para o leitor ou outra pessoa interessada, por isso surgem periodicamente perguntas sobre como LNG é traduzido e o que isso significa.

O que é gás natural liquefeito?

O GNL ou gás natural liquefeito é um produto do impacto secundário no metano produzido, o gás etano, obtido para facilitar seu transporte e armazenamento. Na fase de compressão, o nitrogênio é adicionado a ele.

O principal componente do gás é o metano, cuja concentração não é inferior a 75% da massa. Como o gás natural é diferente do gás liquefeito? Este último tem as seguintes características:

  • é incolor e inodoro (o gás natural tem cheiro de ovo podre, pois contém compostos de enxofre – mercaptanos e, após a extração, são adicionados odorantes, permitindo que você perceba um vazamento a tempo);
  • A densidade do GNL é quase metade da da água (0,425-0,46 kg/l);
  • a ebulição ocorre a -159°C;
  • não combustível neste estado agregado;
  • não tem efeito tóxico;
  • gás não é agressivo;
  • a reação de combustão de vapores é acompanhada pela liberação de dióxido de carbono e vapor de água;
  • em condições de espaço aberto a 25°C e 760 mm. art. coluna de gás comprimido assume o estado gasoso original, dissolvendo-se no ar;
  • durante o processo de evaporação, o gás pode inflamar se entrar em contato com uma fonte de chama (a concentração no ar necessária para a ignição é de 5-15% vol. – ou seja, a ignição não ocorrerá abaixo e acima desses valores ).
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Assim, as diferenças entre gás natural e gás liquefeito são óbvias.

Como o gás natural é liquefeito

Os principais objetivos na produção de um produto liquefeito são:

  • receber o produto final como item comercial;
  • isolamento da fração de gás butano, propano, etano;
  • extração de hélio.
LNG
Foto: Phonprom | Dreamstime
O fracionamento ocorre em baixas temperaturas (até -168°C). Essas condições levam a uma diminuição da densidade do gás natural liquefeito em relação ao convencional em 600 vezes. Aproximadamente, 1.380 m³ de gás natural podem ser comprimidos por resfriamento a 1.000 kg de GNL. Estas são as proporções aproximadas de gás liquefeito para gás natural.

Na produção, a liquefação do gás é realizada usando uma tecnologia de vários estágios. A transição de um estágio para outro é caracterizada por uma compressão de 12 vezes do fluxo, até que o estado agregado do fluxo mude. A desvantagem deste método é que as perdas de energia chegam a 25% na saída.

Até o momento, duas tecnologias para a obtenção de GNL foram desenvolvidas:

  • compressão;
  • tecnologia baseada em processos de troca de calor.

No primeiro caso, o processo de condensação prossegue com uma pressão constante, o que afeta negativamente a intensidade energética como um todo. Na segunda variante, o fluxo é resfriado, seguido de um estrangulamento acentuado até os parâmetros de temperatura desejados, porém, após o primeiro estágio, o grau de liquefação do gás é de apenas 4%. A saída é usar tecnologias em cascata que aumentam a eficiência de refrigeração em até 100%.

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Atenção especial na produção de GNL deve ser dada aos equipamentos de troca de calor e isolamento de alta qualidade, pois determinam a possibilidade de custos adicionais de energia. Assim, com uma queda de temperatura dentro do reator ou trocador de calor de 1°C quando 100.000 m3 de mistura gasosa passam por ele, o custo da compressão em termos de potência aumenta em 5 kW.

Existem sete opções de operação para tecnologias de liquefação de mistura de gases:

  • Para produção de GNL de grande capacidade, 82% escolhem os processos de fabricação da Air Products: AP-SMR, AP-C3MR, AP-X.
  • em segundo lugar está uma tecnologia chamada Cascata Otimizada, que é de propriedade da ConocoPhillips;
  • O terceiro lugar é ocupado por instalações GTL de pequeno porte destinadas ao uso em instalações industriais fechadas;
  • As unidades de instalação individual na produção de GNL no mundo são amplamente utilizadas em ciclos de síntese de combustíveis para motores a gás natural.

Para garantir a disponibilidade dos campos de gás (relativos à produção offshore), foram colocadas em operação embarcações marítimas especiais, bem como plataformas flutuantes (desenvolvidas pela Shell) equipadas com equipamentos de refrigeração – na verdade, a liquefação ocorre de acordo com o mecanismo in situ.

LNG
Foto: Pere Sanz | Dreamstime

Não é possível tirar uma conclusão inequívoca sobre a eficácia de cada um, pois depende e é determinada apenas pelas circunstâncias.

No entanto, se levarmos em conta uma única planta para a produção de GNL na Rússia, seu equipamento é o seguinte:

  • equipamento para a preparação de matérias-primas, em particular, um sistema de purificação de gás;
  • equipamento para o loop de processo principal;
  • água reciclada, condensado, linhas de vapor de processo;
  • tanques herméticos projetados para armazenar líquidos, tipo criocister (recipiente Doire);
  • Equipamento para carregamento de transporte de GNL sem perda por evaporação;
  • tanques de transporte e outros meios de transporte;
  • fonte de alimentação ininterrupta e água fria como refrigerante.

Recentemente, a maior atenção tem sido dada à tecnologia que economiza até 50% dos custos de energia para obter o produto desejado. Baseia-se no uso de energia própria (potencial) de gás liquefeito e resfriamento natural da vazão quando a pressão na tubulação principal diminui até o nível de pressão do consumidor (aproximadamente de 6 MPa a 1,2 MPa).

Histórico da produção de gás natural liquefeito

Pela primeira vez, tentativas de obter gás natural comprimido na escala de uma produção foram realizadas no início do século XX. No século XVII, as usinas americanas conseguiram obter gás liquefeito, que tem uma diferença fundamental com o gás natural. No entanto, naquela época não havia soluções tecnológicas para a implantação do transporte de líquidos, o que retardou significativamente o desenvolvimento do complexo industrial.

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A construção da primeira planta nacional de produção de GNL, de acordo com o projeto desenvolvido, foi realizada em 2006. O projeto Sakhalin-2 lançou as bases para isso. Um papel especial na melhoria do complexo foi desempenhado pela Gazprom, cujo objetivo era realizar-se como líder entre as empresas de energia existentes no mercado mundial, de modo que a construção de uma planta de GNL na Rússia, sua produção e perspectivas bem estabelecidas tornaram-se um passo importante para ampliar a influência da empresa no mercado mundial. Três anos depois, em 2009, ocorreu um lançamento solene da planta de GNL na Rússia, que ainda está funcionando em 2018.

Transporte

Existem várias maneiras de transportar gás comprimido:

  • por mar em navios-tanque;
  • utilizando veículos projetados para transportar gás em tanques;
  • de trem em tanques criogênicos.
LNG
Foto: Kamchai Charoenpongchai | Dreamstime

No ponto de chegada, o produto é regaseificado – o líquido volta ao estado gasoso e é fornecido aos consumidores pelo sistema de gasodutos.

Japão, Coreia do Sul, Bélgica, Espanha e França são considerados os principais consumidores de gás russo.

Produção mundial

Países produtores (2009): Catar, Malásia, Indonésia, Austrália, Argélia, Trinidad e Tobago, dos quais o Catar é líder (produção 49,5 bcm).

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Países exportadores (2009): Japão, República da Coreia, Espanha, França, EUA, Índia, dos quais o Japão é líder. No entanto, até o início de 2020, as empresas norte-americanas planejam lançar novas instalações de produção com capacidade total de mais de 57,8 milhões de toneladas por ano.

Na Federação Russa, de acordo com dados de 2018, existem 2 plantas. A primeira delas é de propriedade da Gazprom, Shell, Mitsui e Mitsubishi, com capacidade total de 10,8 milhões de toneladas/ano de GNL. A segunda planta para a produção de gás natural liquefeito está localizada no Okrug Autônomo Yamal-Nenets, de propriedade da Novatek. A empresa planeja construir uma planta adicional como parte do projeto Arctic LNG no campo de gás natural de Nyakhartinskoye.

Fatos interessantes sobre gás natural liquefeito

  • No final do século 20 (1971) O maior acidente ocorreu no Turcomenistão durante a perfuração de um poço de exploração de gás. Um grupo de geólogos em processo de trabalho encontrou uma cavidade no solo, como resultado da qual a instalação com todos os equipamentos caiu literalmente várias centenas de metros. Por razões de segurança, decidiu-se incendiar o gás com a esperança de um rápido esgotamento. No entanto, as reservas eram tão grandes que o gás ainda está queimando hoje. Os viajantes apelidaram o lugar de “A Porta do Inferno”.
  • O comprimento total dos gasodutos na Rússia excede a distância do satélite da Terra até nós em 2 vezes. Se traduzirmos o valor para o tamanho do equador, o comprimento dos gasodutos excede o último em 20 vezes.
  • O maior navio-tanque de GNL tem 3,5 vezes o comprimento de um campo de futebol (345 m).
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