Como e por que o gás é liquefeito: tecnologia de produção e escopo de uso do gás liquefeito
As tecnologias relacionadas com a produção, transporte e processamento de gás natural estão a desenvolver-se a um ritmo acelerado.E muitas pessoas hoje ouvem as abreviaturas GLP e GNL. Quase todos os dias, o gás natural é mencionado nas notícias em um contexto ou outro.
Mas, veja bem, para ter uma compreensão clara do que está acontecendo, é importante entender inicialmente como o gás é liquefeito, por que isso é feito e quais benefícios ele traz ou não. E há muitas nuances nesta questão.
Para liquefazer hidrocarbonetos gasosos, estão sendo construídas grandes usinas de alta tecnologia. A seguir, examinaremos cuidadosamente por que tudo isso é necessário e como acontece.
O conteúdo do artigo:
Por que o gás natural é liquefeito?
O combustível azul é extraído das entranhas da terra na forma de uma mistura de metano, etano, propano, butano, hélio, nitrogênio, sulfeto de hidrogênio e outros gases, bem como seus diversos derivados.
Alguns deles são utilizados na indústria química e outros são queimados em caldeiras ou turbinas para gerar energia térmica e elétrica. Além disso, parte do volume extraído é usado como combustível para motores a gás.
A principal razão para a liquefação do gás natural é simplificar o seu transporte em longas distâncias. Se o consumidor e o poço de produção de gás combustível estiverem localizados em terrenos não muito distantes um do outro, será mais fácil e lucrativo colocar um tubo entre eles.Mas, em alguns casos, construir uma rodovia é muito caro e problemático devido a nuances geográficas. Por isso, recorrem a diversas tecnologias para a produção de GNL ou GLP na forma líquida.
Economia e segurança do transporte
Depois que o gás é liquefeito, ele é bombeado para a forma líquida em recipientes especiais para transporte marítimo, fluvial, rodoviário e/ou ferroviário. Ao mesmo tempo, tecnologicamente, a liquefação é um processo bastante caro do ponto de vista energético.
Em diferentes fábricas, isso consome até 25% do volume original de combustível. Ou seja, para gerar a energia exigida pela tecnologia, é preciso queimar até 1 tonelada de GNL para cada três toneladas dele finalizado. Mas o gás natural tem agora uma grande procura e tudo está a dar frutos.
Embora o gás natural seja um líquido, não é inflamável nem explosivo. Somente após a evaporação durante a regaseificação, o resultado mistura de gases acaba por ser adequado para queimar em caldeiras e fogões. Portanto, se GNL ou GLP forem usados como combustível de hidrocarbonetos, eles deverão ser regaseificados.
Use em vários campos
Na maioria das vezes, os termos “gás liquefeito” e “liquefação de gás” são mencionados no contexto do transporte de transportadores de energia de hidrocarbonetos. Ou seja, primeiro é extraído o combustível azul e depois é convertido em GLP ou GNL. O líquido resultante é então transportado e retornado ao estado gasoso para um uso ou outro.
O GLP de propano-butano é usado principalmente como:
- combustível para motores a gás;
- combustível para bombeamento em tanques de gás de sistemas de aquecimento autônomos;
- líquidos para recarga de isqueiros e botijões de gás com capacidade de 200 ml a 50 l.
O GNL é normalmente produzido exclusivamente para transporte de longa distância. Se um recipiente capaz de suportar a pressão de várias atmosferas for suficiente para armazenar GLP, serão necessários tanques criogênicos especiais para metano liquefeito.
Os equipamentos de armazenamento de GNL são altamente tecnológicos e ocupam muito espaço. Não é lucrativo usar esse combustível em automóveis de passageiros devido ao alto custo dos cilindros. Caminhões movidos a GNL na forma de modelos experimentais únicos já estão circulando nas estradas, mas no segmento de automóveis de passageiros é improvável que esse combustível “líquido” seja amplamente utilizado num futuro próximo.
O metano liquefeito como combustível é agora cada vez mais utilizado em operação:
- locomotivas ferroviárias a diesel;
- embarcações marítimas;
- transporte fluvial.
Além de serem utilizados como transportadores de energia, o GLP e o GNL também são utilizados diretamente na forma líquida em plantas de gás e petroquímicas. Eles são usados para fazer vários plásticos e outros materiais à base de hidrocarbonetos.
Tecnologias para obtenção de GLP e GNL
Para converter o metano de gás em líquido, ele deve ser resfriado a -163 °C. E o propano-butano se liquefaz a -40 °C. Consequentemente, as tecnologias e os custos em ambos os casos são muito diferentes.
As seguintes tecnologias de diferentes empresas são utilizadas para liquefazer o gás natural:
- AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
- Cascata Otimizada;
- DMR;
- PRICO;
- MFC;
- GTL et al.
Todos eles são baseados em processos de compressão e/ou troca de calor. A operação de liquefação ocorre na planta em várias etapas, durante as quais o gás é gradativamente comprimido e resfriado até a temperatura de transição para a fase líquida.
Preparação da mistura gasosa
Antes de poder liquefazer o gás natural bruto, você deve remover dele água, hélio, hidrogênio, nitrogênio, compostos de enxofre e outras impurezas. Para tanto, costuma-se utilizar a tecnologia de adsorção para purificação profunda da mistura gasosa, passando-a por peneiras moleculares.
Em seguida, ocorre a segunda etapa de preparação da matéria-prima, durante a qual os hidrocarbonetos pesados são removidos. Com isso, apenas etano e metano (ou propano e butano) com volume de impurezas inferior a 5% permanecem no gás, para que essa fração possa começar a ser resfriada e liquefeita.
O fracionamento permite eliminar impurezas prejudiciais e isolar apenas o gás principal para posterior liquefação. A uma pressão de 1 atm, a temperatura de transição para o estado líquido do metano é -163 °C, para o etano -88 °C, para o propano -42 °C e para o butano -0,5 °C.
São justamente essas diferenças de temperatura que explicam o motivo pelo qual o gás que entra na planta é dividido em frações e só depois liquefeito. Não existe uma tecnologia única de liquefação para todos os tipos de compostos gasosos de hidrocarbonetos. Para cada um deles é necessário construir e utilizar sua própria linha de produção.
Processo básico de liquefação
A base para a conversão do gás em estado líquido é o ciclo de refrigeração, durante o qual o calor é transferido por um ou outro refrigerante de um ambiente com temperatura baixa para um ambiente com temperatura mais alta. Este processo é multiestágio e requer compressores potentes para expansão/compressão do líquido refrigerante e trocadores de calor.
Os seguintes são usados como refrigerante em diferentes estágios de liquefação:
- propano;
- metano;
- etano;
- azoto;
- água (marinha e purificada);
- ar.
Por exemplo, para o resfriamento primário de gás natural no Yamal LNG da Novatek, é utilizado ar frio do Ártico, o que permite que a temperatura da matéria-prima seja reduzida imediatamente, com custo mínimo, para +10 °C. E nos meses quentes de verão, em vez disso, é prevista a utilização da água do mar do Oceano Ártico, que, independentemente da época do ano, está a uma profundidade constante de 3–4 ° C.
Ao mesmo tempo, o nitrogênio, obtido diretamente do ar no local, é usado como refrigerante final em Yamal. Como resultado, o Ártico fornece tudo o que é necessário para produzir GNL – desde o gás natural inicial até aos agentes de trabalho utilizados no processo de liquefação.
O propano se liquefaz de maneira semelhante ao metano. Só que requer temperaturas de resfriamento muito mais baixas - 42 °C negativos versus 163 °C negativos. Portanto liquefação gás para tanques de gás Custa várias vezes menos, mas o próprio GLP propano-butano resultante é menos procurado no mercado.
Transporte e armazenamento
Quase todo o volume de GNL é transportado por grandes navios-tanque de gás marítimo de uma costa a outra.O transporte terrestre é limitado pela necessidade de manter a temperatura do “combustível líquido azul” em valores de cerca de -160 ° C, caso contrário o metano começa a se transformar em estado gasoso e se torna explosivo.
A pressão no tanque de GNL está próxima da atmosférica. No entanto, se a temperatura do metano líquido subir acima de -160 °C, ele começará a passar de líquido para gás. Como resultado, a pressão no recipiente começará a aumentar, o que representa um sério perigo. Portanto, os navios-tanque de GNL estão equipados com unidades de manutenção de baixa temperatura e uma espessa camada de isolamento térmico.
O GLP é regaseificado em gás diretamente no tanque de gás. E a regaseificação do GNL é realizada em instalações industriais especiais sem acesso a oxigênio. Segundo a física, o metano líquido em temperaturas positivas gradualmente se transforma em gás. No entanto, se isso acontecer diretamente no ar, fora de condições especiais, tal processo levará a uma explosão.
Depois que o gás natural na forma de GNL é liquefeito na planta, ele é transportado e, novamente na planta (apenas regaseificação), é convertido novamente em estado gasoso para uso posterior.
Perspectivas para hidrogênio liquefeito
Além da liquefação direta e da utilização nesta forma, também é possível obter outro portador de energia a partir do gás natural - o hidrogênio. Metano é CH4, propano C3N8e butano C4N10.
O componente hidrogênio está presente em todos esses combustíveis fósseis, basta isolá-lo.
Para transformar o hidrogênio de gás em líquido, ele deve ser resfriado a -253 °C. Para este efeito, são utilizados sistemas de refrigeração multiestágios e instalações de “compressão/expansão”. Atualmente, essas tecnologias são muito caras, mas estão em andamento trabalhos para reduzir seu custo.
Recomendamos também a leitura de nosso outro artigo, onde descrevemos detalhadamente como fazer com as próprias mãos um gerador de hidrogênio para sua casa. Mais detalhes - vá link.
Além disso, ao contrário do GPL e do GNL, o hidrogénio liquefeito é muito mais explosivo. O menor vazamento em combinação com o oxigênio produz uma mistura gás-ar que se inflama à menor faísca. E o armazenamento de hidrogênio líquido só é possível em recipientes criogênicos especiais. O combustível de hidrogênio ainda tem muitas desvantagens.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
Como o gás liquefeito é produzido e por que é liquefeito:
Tudo sobre gases liquefeitos:
Existem diversas tecnologias para liquefazer gases. Para o metano eles são deles, e para o propano-butano eles são deles. Ao mesmo tempo, é mais barato obter GPL e é mais fácil e seguro transportar/armazenar. A produção de metano GNL é um processo mais caro e complexo. Além disso, a sua regaseificação requer equipamentos especializados. Ao mesmo tempo, o metano é hoje mais procurado no mercado, por isso é liquefeito em volumes muito maiores.
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