GTA- GRUPO a2.pptx uma apresentação que descreve sobre a extração do petróleo bruto

Aula sobre a cadeira de Gases Técnicos e Aplicações

1. Princípios Fundamentais do Gás Natural . Armando M. Micheque Benildo Herminio Dércio Zangado Denilson S. Jofesse Laque Bila Tojó A ntonio GASES TÉCNICOS E APLICAÇÕES 21/08/2025

2. Introdução O gás natural é o combustível fóssil energético mais eficiente e, quando é utilizado no lugar de óleo ou carvão, oferece benefícios importantes para economia de energia. Embora o principal uso do gás natural seja como combustível, ele também é uma fonte de hidrocarbonetos para matérias-primas petroquímicas e uma grande fonte de enxofre elementar, um importante produto químico industrial. 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 1

3. conceitos O gás natural é um combustível fóssil, basicamente uma mistura de hidrocarbonetos leves, podendo estar associado ou não ao petróleo. Ou seja, é composto por gases inorgânicos e hidrocarbonetos saturados com predominância de metano (CH₄) e, em menos quantidades, o etano, propano e o butano, entre outros. (Monteiro e Silva, 2018, p.67) 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 2

4. Origem e Formação Há diferentes teorias sobre as origens dos combustíveis fósseis. A teoria mais amplamente aceita da origem do gás natural assume que os hidrocarbonetos do gás natural vêm de matéria orgânica, ou seja, restos de terra e plantas aquáticas, animais e micro-organismos que ficavam presos nos sedimentos à medida que se depositavam e se transformavam durante longos períodos até sua forma atual. 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 4

5. Origem e formação Exites dois principais mecanismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica fóssil nos sedimentos ( Rojey et al., 1997). 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 5 Mecânismo Biogénico Mecânismo Termogénico formado em profundidades rasas e em baixas temperaturas devido à ação das bactérias sobre a acumulação de detritos orgânicos nos sedimentos. formado em profundidades maiores pela degradação da matéria orgânica, chamada querogênio , acumulada em sedimentos muito finos, especialmente argilas e folhelhos.

6. Composição e classificação do gás natural O gás natural é uma mistura complexa de constituintes de hidrocarbonetos e não hidrocarbonetos e existe como um gás sob condições atmosféricas. Praticamente, centenas de diferentes compostos poderiam estar presentes no gás natural em quantidades variáveis. Os gases são compostos por dois grandes grupos: 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 6 Gas Orgânico Gas Inorgânico

7. Composição e classificação do gás natural Gás inorgânico s ão substâncias gasosas que não possuem carbono como elemento principal em sua estrutura molecular. A tabela abaixo ilustra alguns exemplos: 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 7 Gás Inorgânico Fórmula Propriedades principais Oxigênio Essencial à respiração e à combustão Nitrogênio Gás inerte, compõe 78% do ar atmosférico Dióxido de enxofre Gás ácido, poluente atmosférico Amônia Gás alcalino, usado em fertilizantes Cloro Gás tóxico, usado na purificação da água Hidrogênio Gás leve e inflamável, usado como combustível Gás Inorgânico Fórmula Propriedades principais Oxigênio Essencial à respiração e à combustão Nitrogênio Gás inerte, compõe 78% do ar atmosférico Dióxido de enxofre Gás ácido, poluente atmosférico Amônia Gás alcalino, usado em fertilizantes Cloro Gás tóxico, usado na purificação da água Hidrogênio Gás leve e inflamável, usado como combustível

8. Composição e classificação do gás natural Os gases orgânicos são compostos gasosos que contêm carbono em sua estrutura molecular, geralmente associados a hidrogênio , oxigênio , nitrogênio ou outros elementos. Eles são derivados de compostos orgânicos e podem ser encontrados tanto na natureza quanto em processos industriais. Fontes Naturais e Industriais: Pântanos e esgotos : geram metano por fermentação anaeróbica Oceano e fitoplâncton : liberam gases orgânicos Industrias químicas : produzem vapores orgânicos como solventes e álcoois 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 8

9. Composição e classificação do gás natural Alguns gases orgânicos s ã o apresentados na tabela abaixo : 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 9 Gás Orgânico Fórmula Origem / Aplicação Metano Decomposição anaeróbica, gás natural Etano Gás natural, petroquímica Propano Gás de cozinha, aquecedores Butano Isqueiros, combustível portátil Dimetil sulfeto Produzido por fitoplâncton marinho Álcool etílico Vapores em processos industriais Acetato de etila Solvente orgânico, vapores industriais Gás Orgânico Fórmula Origem / Aplicação Metano Decomposição anaeróbica, gás natural Etano Gás natural, petroquímica Propano Gás de cozinha, aquecedores Butano Isqueiros, combustível portátil Dimetil sulfeto Produzido por fitoplâncton marinho Álcool etílico Vapores em processos industriais Acetato de etila Solvente orgânico, vapores industriais

10. Composição e classificação do gás natural Quanto a classificação, os gases classificam-se em relação a propoção dos hidrocarbonetos. Que estes podem ser considerados como: 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 10 Seco Úmido Condensado

11. Gas natural seco : contém principalmente metano . Composição e classificação do gás natural 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 11 Gás natural úmido : possui hidrocarbonetos liquidos como o propano e butano . Gases condensados (GNL): têm um teor alto de hidrocarbonetos líquidos refrigerados a -162 graus Celsius para facilitar o transporte.

12. Composição e classificação do gás natural Os gases naturais também são comumente classificados de acordo com seu teor de líquidos (como pobre ou rico) e de acordo com o teor de enxofre (como doce ou azedo). Para quantificar o teor de líquido de uma mistura de gás natural, a indústria utiliza GPM, ou galões de líquidos recuperáveis por 1.000 pés cúbicos padrão do gás. O gás natural pobre tem menos de 2,5 GPM em 60 °F. E gás natural muito rico tem mais de 5 GPM. GMP - Good Manufacturing Practices , ou em português, Boas Práticas de Fabricação (BPF). 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 12

13. Propriedades- Densidade do gas A densidade de um gás natural é definida como a razão entre a massa específica do gás e a massa específica do ar, ambas definidas na mesma pressão e temperatura. Essas massas específicas geralmente são definidas nas condições normais (14,7 psia e 60˚F). Portanto, a densidade do gás é definida como: = Onde : - e o peso molecular do gas - e o peso molecular do ar , igual a 29.   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 13

14. Propriedades- peso molecular dos gases M = Onde : é peso molecular da espécie e é a fração molecular da espécie. As várias propriedades do gás, incluindo os pesos moleculares dos componentes puros, são apresentadas na tabela que se segue:   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 14

15. Propriedades - químicas e físicas do gás natural 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 15

16. Propriedades- Equação de estado Uma equação de estado fornece a relação entre a pressão, P, a temperatura, T, e o volume V (ou o volume específico, v) para uma substância. Quando um gás apresentar comportamento ideal, ou seja, o gás pode ser modelado como se não houvesse forças intermoleculares e como se as moléculas não ocupassem volume, as seguintes formas equivalentes da equação de estado dos gases ideais se aplicam :   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 16

17. Propriedades- Fator de compressibilidade do gás O fator de desvio do gás é, por definição, a razão entre o volume realmente ocupado por um gás em uma dada pressão e a temperatura para o volume que ele ocuparia se se comportasse de maneira ideal. Onde: P- pressão V- volume Z- fator de compressibilidade n- numero de moles R- Constante dos gases ideais T- temperatura   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 17 NB : O fator de compressibilidade Z, permanece próximo de 1 em pressões baixas e temperaturas altas, o que significa que o gás se comporta como um gás ideal nessas condições.

18. Fator de compressibilidade do gás A teoria dos estados correspondentes dita que o fator pode ser definido unicamente como uma função da pressão e da temperatura reduzidas. A pressão e a temperatura reduzidas são definidas como: = e = Onde :   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 18

19. Propriedades do gás 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 19 Onde:  

20. Fator volume de formação do gás O fator volume de formação do gás é definido como a razão entre o volume de um mol do gás em condições do reservatório e o volume de um mol do gás em condições-padrão ( ) . Usando a lei do gás real e supondo que o fator Z em condições normais seja 1, a equação para o fator volume de formação ( ) pode ser escrita como: = = = Essa equação pode ser escrita de três formas- padrão bem conhecidas: = 0,0283 onde é em /scf, P é em psia e T é em R.   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 20

21. Fator volume de formação do gás = 0,3507 / Onde: P é em [kPa ] T é em K. Em alguns casos, é mais conveniente definir o valor de em bbl / scf . A equação pode ser escrita com = 0,005 Onde: T é em R e P é em psia.   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 21

22. Massa Específica do gás A massa específica do gás é definida como a massa por volume unitário e, portanto, também pode ser derivada e calculada a partir da lei do gás real: = =   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 22

23. Compressibilidade isotérmica dos gases A compressibilidade isotérmica também é chamada módulo da elasticidade volumétrica. O gás geralmente é o meio mais compressível no reservatório. No entanto, cuidado deve ser tomado para que ele não seja confundido com o fator de desvio do gás, Z, que às vezes é chamado fator de supercompressibilidade:   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 23

24. Compressibilidade isotérmica dos gases 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 24 Para o gás ideal, podemos definir a compressibilidade como:   para o gás não ideal, a compressibilidade é definida como:  

25. Viscosidade do gás Segundo o método de, Lee et al (1966), é uma relação simples que dá resultados bastante precisos para misturas típicas do gás natural com baixo teor de não hidrocarbonetos. A correlação de Lee et al (1966) foi avaliada por Jeje e Mattar (2004), cuja fórmula é mostrada aqui: = K exp K= X= 3,5 + + 0,01 Y= 2,4 - 0,2X   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 25

26. Viscosidade do gás Nessa expressão, a temperatura é dada em (˚R), a massa específica do gás em lb / ft 3 (calculada na pressão e temperatura do sistema), e a viscosidade resultante é expressa em centipoises ( cp ). A viscosidade das misturas do gás a uma atmosfera e temperatura do reservatório pode ser determinada a partir da composição da mistura de gases: =   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 26

27. Viscosidade do gás Onde: - é a viscosidade da mistura do gás na temperatura e pressão atmosférica desejadas. -é a fração mássica do componente de ordem i . - é a viscosidade do componente de ordem i da mistura do gás na temperatura desejada e pressão atmosférica . - é o peso molecular do componente de ordem i da mistura do gás e N - é o número de componentes na mistura do gás.   21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 27

28. Exercicios 1 . Pretende-se armazenar 1 kmol de Gás Metano a uma temperatura de 320K e pressão de 60MPa Determine: a) O volume do reservatório considerando equação de gás Ideal. b) O factor de compressibilidade. 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 28

29. RESOLUÇÃO 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 29

30. EXERCICIOS 2. Gás Natural de condensação retrógrada com composição molar percentual conforme dados abaixo 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 30 METANO ETANO PROPANO N2 CO2 H2S TOTAL[%] 70 3 4 2 2 19 100 a) Fator volume de formação do gás, se o gás estiver a uma pressão 80MPa e temperatura 47°C. b) O peso do gás a ser armazenado num reservatório cil í ndrico de 8 metros de diâmetro e 24 mm de comprimento, nas mesmas condições de temperatura e pressão da alínea a

31. RESOLUÇÃO Elemento quimico MW C 𝐻4 70 16,043 4,604 190,6 𝐶2𝐻6 3 30,069 4,880 305,4 C 3𝐻8 4 44,069 4,249 369,8 2 28,013 3,399 126,3 2 44,011 7,382 304,2 19 34,08 9,005 373,6 Elemento quimico MW C 𝐻4 70 16,043 4,604 190,6 𝐶2𝐻6 3 30,069 4,880 305,4 C 3𝐻8 4 44,069 4,249 369,8 2 28,013 3,399 126,3 2 44,011 7,382 304,2 19 34,08 9,005 373,6 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 31

32. RESOLUÇÃO 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 32

33. RESOLUÇÃO 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 33

34. RESOLUÇÃO 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 34

35. ANEXO 21/08/2025 GRUPO II- PRINCIPIOS FUNDAMENTAIS DOS GASES 35