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Gás natural

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O gás natural é uma gasoso combustível fóssil que consiste principalmente de metano , mas incluindo quantidades significativas de etano , propano , butano, e hidrocarbonetos removidos antes da utilização como combustível mais pesado do consumidor pentano--bem como o dióxido de carbono , azoto , hélio e sulfeto de hidrogênio. Pode ser encontrada em campos de petróleo (associados) ou dissolvidos ou isoladas em campos de gás natural (não associado), e em camadas de carvão (como carvão metano). Quando os gases são rico em metano produzido pela decomposição anaeróbica de não fóssil orgânica material, estes são referidos como biogás. Fontes de biogás incluir pântanos, pântanos, e aterros (veja gás de aterro), bem como esgoto e lamas estrume por meio de digestores anaeróbios, além fermentação entérica particularmente no gado .

Desde que o gás natural não é um produto puro, quando o gás não associado é extraído de um campo sob supercrítico (pressão / temperatura) condições, pode condensar parcialmente em cima de despressurização isotérmico - um efeito chamado de condensação retrógrada. Os líquidos assim formados pode ficar preso por deposição nos poros do reservatório de gás. Um método para lidar com este problema é voltar a injectar gás seco isento de condensado para manter a pressão subterrânea e para permitir reevaporation e extracção de condensados.

O gás natural é muitas vezes informalmente denominado simplesmente de gás, especialmente quando comparado com outras fontes de energia, tais como electricidade. Antes de o gás natural pode ser utilizado como um combustível, devem ser submetidos a extensa processamento para remover quase todos os outros materiais do metano. Os subprodutos de processamento que incluem etano, propano, butanos, pentanos e hidrocarbonetos de peso molecular mais elevado, enxofre elementar, e por vezes de hélio e de azoto.

Composição química

O principal componente do gás natural é metano ( C H 4), o menor e mais leve molécula de hidrocarboneto. Muitas vezes também contém hidrocarbonetos gasosos mais pesados tais como etano ( C 2 H 6), propano ( C 3 H 8) e butano ( C 4 H 10), bem como outros enxofre gases contendo, em quantidades variáveis, ver igualmente condensado de gás natural. O gás natural que contém hidrocarbonetos à excepção do metano é chamado de gás natural molhado. O gás natural, consistindo apenas de metano é chamado de gás natural seco .

Componente Em peso típico. %
O metano (CH 4) 70-90
Etano (C 2 H 6) 5-15
Propano (C 3 H 8) e butano (C 4 H 10) <5
CO 2, N 2, H 2 S, etc. equilíbrio

Azoto, hélio, dióxido de carbono e vestígios de sulfeto de hidrogênio, água e odorantes também podem estar presentes. O gás natural também contém e é a fonte mercado primário de hélio . Mercury também está presente em pequenas quantidades em gás natural extraído de alguns campos. A composição exata do gás natural varia entre os campos de gás.

Organosulfurados compostos e sulfureto de hidrogénio são contaminantes comuns que devem ser removidos antes de a maioria dos usos. Gás com uma quantidade significativa de impurezas de enxofre, tal como sulfureto de hidrogénio, é denominado gás ácido; gás com enxofre ou dióxido de carbono impurezas é gás ácido. Gás natural processado que está disponível para os usuários finais é insípido e inodoro, no entanto, antes do gás é distribuído para os usuários finais, é odorizado pela adição de pequenas quantidades de odorantes (misturas de mercaptano de t-butilo, mercaptanthiol isopropilo, tetrahidrotiofeno, sulfureto de dimetilo e outros compostos de enxofre), para auxiliar na detecção de vazamentos. Gás natural processado é, em si, inofensivo para o corpo humano, no entanto, o gás natural é um simples asphyxiant e pode matar se desloca o ar para o ponto onde o teor de oxigénio não suportar a vida.

O gás natural também pode ser perigoso para a vida ea propriedade por meio de um explosão. O gás natural é mais leve do que o ar, e por isso tende a escapar para a atmosfera. Mas quando o gás natural é confinado, como dentro de uma casa, as concentrações de gás pode chegar a misturas explosivas e, se inflamado, resultar em explosões que poderiam destruir edifícios. O metano tem um menor limite explosivo de 5% em ar, e um limite superior de 15% explosivo. Preocupações explosivas com o gás natural comprimido utilizados em veículos são quase inexistente, devido à natureza do gás que escapa, e a necessidade de manter as concentrações de entre 5% e 15% para provocar explosões.

O conteúdo de energia, estatísticas e preços

As quantidades de gás natural são medidos em metros cúbicos normais (correspondendo a 0 ° C a 101,325 kPaa) ou em pés cúbicos padrão (correspondentes a 60 ° F (16 ° C) e 14,73 Psia). O calor bruto de combustão de uma metros cúbicos normais de gás natural de qualidade comercial é de cerca de 39 megajoules (≈10.8 kWh), mas este pode variar em vários pontos percentuais. Em Unidades norte-americanas, uma pés cúbicos padrão de gás natural produz cerca de 1.030 Unidades térmicas britânicas (BTUs). O valor real de aquecimento quando a água formada não é condensar o calor líquido de combustão e pode ser tanto quanto 10% menos.

O preço do gás natural varia muito, dependendo da localização e do tipo de consumidor. Em 2007, a um preço de US $ 7 por mil pés cúbicos (28 m 3) era típico nos Estados Unidos. O valor calórico típico do gás natural é cerca de 1.000 BTU por pé cúbico, dependendo da composição do gás. Isso corresponde a cerca de US $ 7 por milhões de BTU, ou cerca de US $ 7 por gigajoule. Em abril de 2008, o preço de atacado foi de US $ 10 por mil pés cúbicos (m 3) 28 (US $ 10 / MMBTU). O preço varia residencial de 50% a 300% mais do que o preço de atacado. No final de 2007, este foi de US $ 12-US $ 16 por 1.000 pés 3 (ou MMBTU). O gás natural nos Estados Unidos é comercializado como um contrato de futuros sobre o New York Mercantile Exchange. Cada contrato é de 10.000 MMBTU ( gigajoules), ou 10 bilhões de BTU. Assim, se o preço do gás é de US $ 10 por milhão de BTU no NYMEX, o contrato é de US $ 100.000.

Nos Estados Unidos, as vendas no varejo são muitas vezes em unidades de therms (th); 1 Term = 100.000 BTU. Os medidores de gás medir o volume de gás usado, e este é convertido em termas multiplicando o volume o teor de energia do gás utilizada durante o mesmo período, que varia ligeiramente com o tempo. Transacções grossistas geralmente são feitas em decatherms (DTH), ou em mil decatherms (MDth), ou em milhões decatherms (MMDth). Um milhão de decatherms é aproximadamente um bilhão de pés cúbicos de gás natural.

O gás natural é também comercializado como uma commodity na Europa, principalmente no Reino Unido NBP e cubos europeus relacionados, tais como o TTF na Holanda.

No resto do mundo, GNL ( gás natural liquefeito) e GLP ( gás liquefeito de petróleo) é negociado em toneladas ou MMBtu como as entregas pontuais. Contratos de longo prazo são assinados em toneladas métricas. O GNL e GLP é transportado por especializada navios de transporte, como o gás liquefeito é a temperaturas criogênicas. A especificação de cada carga de GNL / GLP conterão usualmente o teor energético, mas esta informação é, em geral, não estão disponíveis ao público.

Processamento de gás natural

A planta de processamento de gás natural

A imagem abaixo é um esquema diagrama de blocos de uma unidade de transformação típica de gás natural. Ele mostra os vários processos unitários utilizados para converter gás natural bruto em gás pipeline de vendas para os mercados de usuários finais.

O diagrama de fluxo bloco também mostra como o processamento das matérias rendimentos de gás natural subproduto enxofre, subproduto etano e líquidos de gás natural (LGN) propano, butanos e gasolina natural (indicado como pentanos +).

Diagrama de fluxo esquemático de uma usina de processamento de gás natural típico

Armazenamento e transporte

Gás de polietileno principal que está sendo colocado em um trincheira.

A maior dificuldade na utilização de gás natural é o transporte e armazenamento por causa de sua baixa densidade. Gás natural pipelines são econômicos, mas são impraticáveis em todo oceanos . Muitos gasodutos existentes na América do Norte estão prestes a atingir a sua capacidade, o que levou alguns políticos que representam áreas mais frias a falar publicamente de potencial escassez.

Transporte de GNL pode ser usada para transportar gás natural liquefeito (LNG) através dos oceanos, enquanto caminhões-tanque pode levar liquefeito ou gás natural comprimido (GNC) em distâncias mais curtas. Eles podem transportar gás natural directamente aos utilizadores finais, ou aos pontos de distribuição, tais como condutas para posterior transporte. Estes podem ter um custo mais elevado, o que requer recursos adicionais para liquefação ou compressão no ponto de produção e, em seguida a gaseificação ou descompressão em instalações de uso final ou em um pipeline.

Povos Gas Manlove Campo área de armazenamento de gás natural em Newcomb Township, Condado de Champaign, Illinois. No primeiro plano é um dos inúmeros poços para a área de armazenamento subterrâneo, com uma planta de GNL e acima de tanques de armazenamento à terra no fundo.

No passado, o gás natural que foi recuperada no decurso de recuperação de petróleo não poderia ser lucrativamente vendidos, e foi simplesmente queimada em campo de petróleo (conhecido como queima). Este prática esbanjadora agora é ilegal em muitos países. Além disso, as empresas reconhecem agora que valor para o gás pode ser alcançado com GNL, GNC, ou outros métodos de transporte para no futuro os usuários finais. O gás é agora re injetado de volta para a formação para a recuperação posterior. Isso também auxilia óleo de bombeamento , mantendo subterrâneo pressões mais elevadas. Na Arábia Saudita , no final de 1970, um "Sistema de Gás Master" foi criada, acabando com a necessidade de queima. Observação por satélite, infelizmente, mostra que alguns grandes países produtores de gás ainda usam queima e da ventilação rotineiramente. O gás natural é utilizada para gerar electricidade e calor para dessalinização. Da mesma forma, alguns aterros que também cumprirá gases de metano foram criados para capturar o metano e geração de energia elétrica.

O gás natural é muitas vezes armazenados em cavernas subterrâneas formadas dentro reservatórios de gás esgotados de poços de gás anteriores, domos de sal, ou em tanques como gás natural liquefeito. O gás é injetado durante os períodos de baixa demanda e extraído durante os períodos de maior demanda. Armazenamento perto das finais usuários finais ajuda a melhor atender às demandas voláteis, mas isso pode não ser sempre possível.

Com 15 nações responsáveis por 84% da produção mundial, o acesso ao gás natural tornou-se um fator significativo na economia e política internacional. A este respeito, o controle sobre os gasodutos é um importante fator estratégico.

Uso

Geração de energia

O gás natural é uma fonte importante de geração de energia elétrica através do uso de turbinas a gás e vapor turbinas. Particularmente altas eficiências pode ser conseguido através da combinação de turbinas a gás com uma turbina a vapor em modo de ciclo combinado. O gás natural queima mais limpa do que outros combustíveis fósseis , como o petróleo eo carvão, e produz menos dióxido de carbono por unidade de energia liberada. Para uma quantidade equivalente de calor, queima de gás natural produz cerca de 30% menos dióxido de carbono do que a queima de petróleo e cerca de 45% menos do que a queima de carvão . Geração de energia de ciclo combinado a gás natural é, portanto, a fonte mais limpa de energia disponível utilizando combustíveis fósseis, e esta tecnologia é amplamente usado sempre que o gás pode ser obtido a um custo razoável. Tecnologia de célula de combustível pode eventualmente fornecer opções mais limpas para a conversão de gás natural em energia elétrica, mas ainda não é a preço competitivo.

Hidrogênio

O gás natural pode ser utilizada para produzir hidrogénio , com um método comum é a reformador de hidrogênio. O hidrogênio tem várias aplicações: é uma matéria-prima principal para a indústria química, um agente de hidrogenação, um produto importante para refinarias de petróleo, e uma fonte de combustível em veículos a hidrogénio.

Veículos a Gás Natural

A Metrobus utilização do gás natural

Gás natural comprimido ( metano ) é uma alternativa mais limpa a outros automóveis combustíveis como o gasolina (gasolina) e diesel. A partir de 2005, os países com o maior número de veículos a gás natural foram Argentina , Brasil , Paquistão , Itália , Irã , eo EUA . A eficiência energética é geralmente igual ao dos motores a gasolina, mas mais baixa em comparação com motores diesel modernos. Benzeno (aka gasolina, gasolina) veículos convertido para funcionar com gás natural sofrer por causa da baixa taxa de compressão de seus motores, resultando em um corte de energia entregue durante a execução em gás natural (10% -15%). Motores CNG-específicos, no entanto, usar uma maior taxa de compressão devido à maior deste combustível índice de octanas 120-130.

Uso doméstico residencial

O gás natural é fornecido para casas, onde é usado para finalidades como cozinhar em intervalos movidos a gás natural e / ou fornos, gás natural aquecida secadores de roupa, aquecimento / arrefecimento e aquecimento central. Casa ou outro edifício aquecimento pode incluir caldeiras, fornos, e aquecedores de água. GNC é usado em casas rurais sem conexões com Tubulação serviços de utilidade pública, ou com portátil grelhadores. No entanto, devido a CNG ser menos econômico do que o GPL, o GPL (propano) é a fonte dominante de gás rural.

Fertilizante

O gás natural é uma matéria prima importante para a produção de amoníaco , através do Processo Haber, para uso em fertilizantes produção.

Aviação

Russa fabricante de aeronaves Tupolev está actualmente em execução um programa de desenvolvimento para produzir LNG- e hidrogênio aeronaves -Alimentado. O programa está em funcionamento desde meados de 1970, e visa desenvolver redes de GNL e de hidrogênio variantes do Tu-204 e Aviões de passageiros Tu-334, e também o Aviões de carga Tu-330. Alega que, a preços correntes de mercado, uma aeronave movida a GNL custaria 5.000 rublos menos para operar por tonelada, equivalente a 60%, com reduções consideráveis para o monóxido de carbono , e hidrocarbonetos as emissões de óxido de azoto.

As vantagens de metano líquido como combustível de motores a jato são de que ele tem uma energia mais específico do que o padrão misturas de querosene e que sua baixa temperatura pode ajudar a resfriar o ar que o motor comprime para uma maior eficiência volumétrica, com efeito a substituição de um intercooler. Alternativamente, pode ser utilizado para baixar a temperatura dos gases de escape.

Outro

O gás natural é também utilizado no fabrico de tecidos , vidro , aço , plástico , pintar, e outros produtos.

Segurança

De qualquer forma, uma pequena quantidade de odorante, tal como t-butil-mercaptano, com um cheiro de decomposição da-couve como, é adicionada à de outra forma incolor e quase gás inodoro, de modo que vazamentos podem ser detectados antes de um incêndio ou explosão ocorre. Às vezes, um composto relacionado, thiophane é usado, com um cheiro de ovo podre. Adicionando odorante ao gás natural começou nos Estados Unidos depois de 1937 Nova explosão London School. O acúmulo de gás na escola passou despercebido, matando três centenas de estudantes e professores quando se acendeu. Odorantes são considerados não tóxicos nas concentrações extremamente baixas que ocorrem no gás natural fornecido ao utilizador final.

Em minas , onde o metano se infiltrando a partir de formações de rocha não tem odor, Os sensores são usados, e os aparelhos de mineração têm sido desenvolvidos especificamente para evitar fontes de ignição, por exemplo, a Lâmpada de Davy.

Explosões causadas por catástrofes naturais vazamentos de gás ocorrem algumas vezes por ano. Individual casas, pequenas empresas e barcos são mais freqüentemente afetados quando um vazamento interno acumula gás no interior da estrutura. Freqüentemente, a explosão será suficiente para danificar significativamente um edifício, mas deixá-lo de pé. Nestes casos, as pessoas no interior tendem a ter menor para moderar lesões. Ocasionalmente, o gás pode obter em quantidades elevadas o suficiente para provocar uma explosão mortal, desintegrando-se uma ou mais construções no processo. O gás geralmente se dissipa facilmente ao ar livre, mas às vezes pode coletar em quantidades perigosas, se meteorológicas condições forem adequadas. No entanto, considerando as dezenas de milhões de estruturas que utilizam o combustível, o indivíduo risco de utilização de gás natural é muito baixa.

Alguns campos de gás produzir gás ácido contendo sulfeto de hidrogênio (H 2 S). Este gás é tratada tóxico. Amine tratamento de gás, um processo em escala industrial que remove ácidos gasosos componentes, é muitas vezes usado para remover o sulfureto de hidrogênio a partir do gás natural.

A extracção de gás natural (ou óleo) conduz à diminuição em pressão no reservatório . Isto, por sua vez, pode levar a subsidência ao nível do solo. Subsidência pode afetar ecossistemas, cursos de água, esgoto e sistemas de abastecimento de água, fundações, etc.

Sistemas de aquecimento de gás natural são a principal causa de monóxido de carbono mortes nos Estados Unidos, de acordo com a Consumer Product Safety Commission dos EUA. Quando um mau funcionamento do sistema de gás natural de aquecimento, produz monóxido de carbono inodoro. Com nenhum fumos ou fumaça para dar aviso, vítimas de intoxicação são facilmente asfixiado pelo monóxido de carbono. Os detectores estão disponíveis que alertam de monóxido de carbono e / ou gás explosivo (metano, propano, etc)

Comparação de custos com combustível para aquecimento nos EUA

É difícil avaliar o custo do aquecimento de uma casa com gás natural comparada com a de óleo de aquecimento, devido a diferenças de eficiência de conversão de energia, e o preço amplamente flutuante de petróleo bruto. No entanto, para ilustração, pode-se calcular um custo representante por BTU. Assumindo os seguintes valores correntes:

  • Para o gás natural
    • Um pé cúbico de gás natural produz cerca de 1.030 BTU (38,4 MJ / m³)
    • O preço do gás natural é de US $ 9,00 por mil pés cúbicos (0,32 $ / m³)
  • Para o óleo de aquecimento
    • Um galão norte-americano de óleo de aquecimento produz cerca de 138.500 BTU (38,6 MJ / l)
    • O preço do óleo de aquecimento é de R $ 2,50 por US galão (0,66 dólares / l)

Isso dá um custo de 8,70 dólares por milhão de BTU ($ 8,30 / GJ) para o gás natural, em comparação com US $ 18 por milhão de BTU ($ 17 / GJ) por óleo combustível. Claro, tais comparações flutuar com o tempo e pode variar de lugar para lugar dependente do custo das matérias-primas e tributação local.

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