Gás Natural

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Antecedentes

O gás natural é uma mistura de gases combustíveis formados no subsolo pela decomposição de materiais orgânicos em plantas e animais. Geralmente é encontrado em áreas onde o petróleo está presente, embora existam vários grandes reservatórios subterrâneos de gás natural onde há pouco ou nenhum petróleo. O gás natural é amplamente utilizado para aquecimento e cozinha, bem como para uma variedade de aplicações industriais.

História

O gás natural era conhecido pelo homem primitivo na forma de infiltrações de rochas e nascentes. Às vezes, raios ou outras fontes de ignição faziam com que essas infiltrações de gás queimassem, dando origem a histórias de incêndio saindo do solo. Em cerca de 900 a.C. o gás natural foi extraído de poços na China. O gás era queimado e o calor usado para evaporar a água do mar a fim de produzir sal. No primeiro século, os chineses desenvolveram técnicas mais avançadas para explorar reservatórios subterrâneos de gás natural, o que lhes permitiu perfurar poços com profundidades de até 4.800 pés (1.460 m) em solo mole. Eles usaram brocas de metal inseridas em seções de tubos de bambu vazados para alcançar o gás e trazê-lo para a superfície.

Os romanos também sabiam sobre gás natural, e Júlio César supostamente testemunhou uma "fonte ardente" perto de Grenoble, na França. Templos religiosos no início da Rússia foram construídos em torno de locais onde vazamentos de gás natural em chamas formavam "chamas eternas".

Nos Estados Unidos, o primeiro uso intencional de gás natural ocorreu em 1821, quando William Hart perfurou um poço para abrir uma bolsa de gás rasa ao longo da margem de Canadaway Creek perto de Fredonia, Nova York. Ele canalizou o gás através de toras vazadas para um prédio próximo, onde o queimou para iluminação. Em 1865, a Fredonia Gas, Light, and Waterworks Company tornou-se a primeira empresa de gás natural dos Estados Unidos. O primeiro gasoduto de longa distância percorreu 25 milhas (40 km) de um campo de gás até Rochester, Nova York, em 1872. Ele também usava toras vazadas para canos. O desenvolvimento do bico de Bunsen por Robert Bunsen em 1885 despertou o interesse pelo uso do gás natural como fonte de aquecimento e cozimento, além de seu uso para iluminação. Em 1891, um depósito de gás de alta pressão foi explorado no centro de Indiana e um gasoduto de 120 milhas (192 km) foi construído para levar o gás para Chicago, Illinois.

Apesar desses esforços iniciais, a falta de um bom sistema de distribuição de gás natural limitou seu uso às áreas locais onde o gás foi encontrado. A maior parte do gás que veio à superfície como parte da perfuração de petróleo em áreas mais remotas foi simplesmente liberado para a atmosfera ou queimado em chamas gigantes que iluminaram os campos de petróleo dia e noite. Na década de 1910, as empresas de petróleo perceberam que essa prática estava lhes custando lucros potenciais e deram início a um programa agressivo de instalação de gasodutos em grandes áreas metropolitanas dos Estados Unidos. Só depois da Segunda Guerra Mundial esse programa de gasoduto alcançou cidades e vilas suficientes para tornar o gás natural uma alternativa atraente à eletricidade e ao carvão.

Em 2000, havia mais de 600 plantas de processamento de gás natural nos Estados Unidos conectadas a mais de 300.000 milhas (480.000 km) de dutos de transporte principais. Em todo o mundo, também existem depósitos significativos de gás natural na ex-União Soviética, Canadá, China e países do Golfo Pérsico do Oriente Médio.

Matérias-primas

O gás natural bruto é composto por vários gases. O principal componente é o metano. Outros componentes incluem etano, propano, butano e muitos outros hidrocarbonetos combustíveis. O gás natural bruto também pode conter vapor de água, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, nitrogênio e hélio.

Durante o processamento, muitos desses componentes podem ser removidos. Alguns - como etano, propano, butano, sulfeto de hidrogênio e hélio - podem ser parcial ou totalmente removidos para serem processados ​​e vendidos como mercadorias separadas. Outros componentes - como vapor d'água, dióxido de carbono e nitrogênio - podem ser removidos para melhorar a qualidade do gás natural ou para facilitar o transporte do gás por grandes distâncias por meio de dutos.

O gás natural processado resultante contém principalmente metano e etano, embora não exista um gás natural "típico". Certos outros componentes podem ser adicionados ao gás processado para dar-lhe qualidades especiais. Por exemplo, um produto químico conhecido como mercaptano é adicionado para dar ao gás um odor característico que avisa as pessoas sobre um vazamento.

O processo de fabricação

Os métodos usados ​​para extrair, processar, transportar, armazenar e distribuir o gás natural dependem da localização e composição do gás bruto e da localização e aplicação do gás pelos usuários finais. Aqui está uma sequência típica de operações usadas para produzir gás natural para aquecimento doméstico e uso na cozinha.

Extraindo

• 1 Alguns reservatórios subterrâneos de gás natural estão sob pressão interna suficiente para que o gás flua pelo poço e alcance a superfície da Terra sem ajuda adicional. No entanto, a maioria dos poços requer uma bomba para trazer o gás (e óleo, se houver) para a superfície. A bomba mais comum tem uma haste longa presa a um pistão no fundo do poço. A haste é alternadamente puxada para cima e mergulhada de volta no poço por uma viga que balança lentamente para cima e para baixo no topo de um suporte vertical. Essa configuração costuma ser chamada de bomba de cabeça de cavalo porque o formato do mecanismo de tração na extremidade da viga oscilante lembra a cabeça de um cavalo.
• 2 Quando o gás natural bruto atinge a superfície, ele é separado de qualquer óleo que possa estar presente e é canalizado para uma planta central de processamento de gás nas proximidades. Várias centenas de poços podem alimentar a mesma planta.

Processando

• 3 Cerca de 75% do gás natural bruto nos Estados Unidos vem de reservatórios subterrâneos onde pouco ou nenhum petróleo está presente. Esse gás é mais fácil de processar do que o gás de poços de petróleo. Independentemente da fonte, a maior parte do gás natural bruto contém sujeira, areia e vapor d'água, que devem ser removidos antes do processamento adicional para evitar contaminação e corrosão do equipamento e dutos. A sujeira e a areia são removidas com filtros ou armadilhas próximas ao poço. O vapor de água é geralmente removido passando o gás através de uma torre cheia de grânulos de um dessecante sólido, como alumina ou sílica gel, ou através de um dessecante líquido, como um glicol. Depois de limpo e seco, o gás bruto pode ser processado posteriormente ou pode ser enviado diretamente para uma estação de compressão e bombeado para um duto de transporte principal.
• 4 Se o gás natural bruto contiver uma grande quantidade de gases de hidrocarbonetos mais pesados, como propano e butano, esses materiais são removidos para serem vendidos separadamente. O método mais comum é borbulhar o gás bruto através de uma torre alta e fechada contendo um óleo de absorção frio, semelhante ao querosene. Conforme o gás entra em contato com o óleo frio, os gases hidrocarbonetos mais pesados ​​se condensam em líquidos e ficam presos no óleo. Os gases hidrocarbonetos mais leves, como metano e etano, não se condensam em líquidos e fluem para fora do topo da torre. Cerca de 85% do propano e quase todo o butano e hidrocarbonetos mais pesados ​​são capturados dessa maneira. O óleo de absorção é então destilado para remover os hidrocarbonetos presos, que são separados em componentes individuais em uma torre de fracionamento.
• 5 Neste ponto, o gás natural contém metano, etano e uma pequena quantidade de propano que não foi capturado. Também pode conter quantidades variáveis ​​de dióxido de carbono, Um diagrama representando a produção de gás natural desde a fonte subterrânea até o uso doméstico. sulfeto de hidrogênio, nitrogênio e outros materiais. Uma parte do etano às vezes é removida para ser usada como matéria-prima em vários processos químicos. Para conseguir isso, o vapor de água no gás é reduzido ainda mais usando um dos vários métodos, e o gás é então submetido a ciclos repetidos de compressão e expansão para resfriar o etano e capturá-lo como um líquido.
• 6 Algum gás natural contém uma alta porcentagem de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. Esses produtos químicos podem reagir com o vapor de água remanescente no gás para formar um ácido, que pode causar corrosão. Eles são removidos fluindo o gás através de uma torre enquanto um spray de água misturado com um solvente, como a monoetanolamina, é injetado no topo. O solvente reage com os produtos químicos e a solução é drenada da parte inferior da torre para processamento posterior.
• 7 Algum gás natural também contém uma alta porcentagem de nitrogênio. Como o nitrogênio não queima, ele reduz o valor de aquecimento do gás natural. Depois que o dióxido de carbono e o sulfeto de hidrogênio são removidos, o gás passa por um processo de destilação em baixa temperatura para se liquefazer e separar o nitrogênio. Juntos, os processos nas etapas 6 e 7 às vezes são chamados de "atualização" do gás porque o gás natural agora está mais limpo e queimará mais quente.
• 8 Se o gás hélio tiver que ser capturado, isso é feito depois que o nitrogênio é removido. Isso envolve um processo complexo de destilação e purificação para isolar o hélio de outros gases. O gás natural é a principal fonte de hélio industrial nos Estados Unidos.

Transporte

• 9 Mercaptan é injetado no gás natural processado para dar a ele um odor de advertência distinto, e o gás é canalizado para uma estação de compressor onde a pressão é aumentada para cerca de 200-1.500 psi (1.380-10.350 kPa). O gás é então transportado através do país por meio de um dos vários dutos principais instalados no subsolo. Esses dutos variam de 20 a 42 pol. (51 a 107 cm) de diâmetro. Aproximadamente a cada 100 mi (160 km), outro compressor aumenta a pressão do gás para compensar as pequenas perdas de pressão causadas pelo atrito entre o gás e as paredes do tubo. Isso mantém o gás fluindo.
• 10 Quando o gás natural pressurizado chega às proximidades de seu destino final, às vezes é injetado de volta ao solo para armazenamento. Reservatórios subterrâneos de gás e petróleo esgotados, camadas de rocha porosa conhecidas como aquíferos ou cavernas de sal subterrâneas podem ser usados ​​para armazenar o gás. Isso garante um abastecimento pronto durante os meses mais frios do inverno.

Distribuindo

• 11 Quando o gás é necessário, ele é retirado do armazenamento subterrâneo e transportado por dutos a pressões de até 1.000 psi (6.900 kPa). Esses gasodutos levam o gás para a cidade ou área onde será usado.
• 12 A pressão é reduzida para menos de 60 psi (410 kPa), e o gás é distribuído em dutos subterrâneos que correm por toda a área. Antes que o gás seja canalizado para cada casa ou empresa, a pressão é ainda mais reduzida para cerca de 0,25 psi (1,7 kPa).

Controle de qualidade

O gás natural queima facilmente no ar e pode explodir violentamente se uma grande quantidade entrar em ignição repentinamente. Prédios inteiros foram destruídos por fortes explosões resultantes de vazamentos de gás natural. Em outros casos, as pessoas sufocaram em salas fechadas que se encheram lentamente de gás natural. Como o gás natural é inodoro, o mercaptano com cheiro desagradável é adicionado ao gás para que mesmo um pequeno vazamento seja imediatamente perceptível. Para proteger os gasodutos subterrâneos de alta pressão, uma fita plástica amarela brilhante é enterrada alguns metros acima do gasoduto para alertar as pessoas que podem estar cavando na área. Dessa forma, eles descobrirão a fita antes de realmente atingirem o pipeline abaixo. Sinais de advertência também são colocados no nível do solo ao longo de todo o comprimento do oleoduto como uma precaução adicional.

O Futuro

Por ser uma queima limpa, o gás natural está sendo considerado um combustível alternativo para veículos motorizados. Carros e caminhões a gás natural comprimido (GNV) já estão circulando em muitas áreas. Empresas que utilizam processos industriais que exigem altas temperaturas também estão se voltando para o gás natural em vez de outros combustíveis, a fim de reduzir a poluição do ar emitida por suas fábricas. Isso inclui empresas envolvidas na fabricação de aço, vidro, cerâmica, cimento, papel, produtos químicos, alumínio e alimentos processados.