Diferenças entre edições de "Gás natural"

Edição atual desde as 22h26min de 26 de abril de 2019

Feito por: Adriano Dias & Joel Sansana. Editado por: Carina Castanheta.

No âmbito de Integração e Intensificação de Processos - Mestrado Integrado em Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.

Definição de gás natural

O gás natural é um combustível versátil, de queima limpa e de alta eficiência, gasoso às condições de pressão e temperatura normais. O seu principal componente é o metano, tendo um Índice de Wobbe de 46 500 a 53 500 kJ/m³.

O gás natural é um combustível fóssil que se forma ao fim de longos períodos de tempo a partir de camadas de restos de animais, plantas e sedimentos geológicos, que quando sujeitos a pressão e elevadas temperaturas dão origem a petróleo e esta fonte de energia. A sua composição é maioritariamente metano (CH₄), poderá ainda conter outros hidrocarbonetos, dióxido de carbono e azoto.

Transporte e armazenamento

O transporte é feito por gasodutos a pressões relativamente altas, para se poder transportar maiores quantidades, em que o gás tem de ser comprimido e arrefecido, pois o atrito com as paredes do gasoduto causa aquecimento e risco de ignição, embora também seja transportado em redes de média pressão (4-20 bar) e grande parte das suas aplicações seja a pressões baixas (<4 bar). O gás é armazenado nas próprias canalizações ou em depósitos esféricos.

Aplicações do gás natural por setor

Aquecedor de água por contacto direto.

Aplicações

Uma das principais aplicações do gás natural é a produção de hidrogénio por steam reforming. Esta via consiste na reação entre metano e vapor de água, a qual origina monóxido de carbono e hidrogénio.

É também utilizado domesticamente, no setor da mobilidade, na geração de eletricidade e no setor industrial.

Deve ainda ser referido que consoante a aplicação do gás natural este deve ser submetido a um processamento de forma a remover nitrogénio, água ou para a obtenção de by-products, como por exemplo etano, propano e butano.

Utilizações industriais

O elevado consumo energético industrial, torna este setor um dos maiores consumidores de gás natural, como é visível na figura. É ainda expectável que as exigências deste setor continuem a aumentar.

Como utilidade o gás natural pode ser utilizado em inúmeras instalações auxiliares dos mais variados processos.

Aquecedores de água por contacto direto

Sistemas com eficiências que rondam os 70%. O aquecimento da água dá-se por transferência direta de calor entre a chama resultante da combustão do gás e a água.

Caldeira de Co-queima.

Caldeiras de Co-queima

Nesta tecnologia o gás natural é apenas um combustível auxiliar à combustão de outros, como por exemplo, carvão, madeira ou biomassa. Apesar deste método apresentar perdas significativas de energia, a adição do gás natural permite a redução de emissão de compostos nocivos.

Bomba de calor de absorção de gás

Consiste num ciclo de permuta de calor alimentada por gás natural. Num primeiro estágio é feita a combustão de gás natural, o que cria um aumento de pressão e temperatura da mistura de água e fluído térmico, tal que é criado um gradiente que permite a remoção eficaz de calor do ar.

Ciclo combinado

Este tipo de tecnologia permite a utilização da energia libertada na queima do gás natural para mover uma turbina, e de seguida transformar a energia mecânica gerada em elétrica. Para além disso, a energia dos gases que se formam durante a combustão a elevadas temperaturas pode ser recuperada como demonstrado na figura.

Esquema de ciclo combinado.

Segurança e emissões gasosas

O gás natural é um combustível com baixo impacto ambiental quando comparado a outros combustíveis fósseis, isto deve-se ao facto de ser maioritariamente constituído por hidrocarbonetos leves.

Em caso de fuga, tendo em conta que, a condições normais (1 atm e 25°C), a sua densidade (0.648 kg/m3) é inferior à do ar (1.184 kg/m3)^, o gás dispersar-se-á formando uma nuvem. Esta terá zonas que terão concentrações dentro da gama de flamabilidade do gás natural, nomeadamente, entre 4.4 e 15%.

É ainda importante referir que este gás apresenta um ponto de ebulição bastante baixo de -162°C e ainda risco de autoignição para temperaturas superiores a 595°C.

Quando em contacto com o ar, oxidantes ou compostos halogenados poderá formar uma mistura perigosa e até mesmo explosiva. A sua decomposição produz óxidos de carbono (COx), óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de nitrogénio (NOx).

As instalações de gás natural têm de estar equipadas com vários equipamentos de segurança como vávulas de corte e detetores de fuga que atuam em caso de incêndio ou fuga do gás, para além de terem de estar devidamente sinalizadas e protegidas de descargas elétricas. Também devem haver sistemas de purgas para retirar os líquidos condensados de modo a evitar entupimentos nas tubagens.

Vantagens

A grande vantagem do gás natural prende-se com o seu custo reduzido face ao fuelóleo e outros combustíveis. Sendo um subproduto da prospeção de petróleo acaba por ser escoado a baixo preço. Por outro lado as técnicas de fracking também não envolvem investimentos avultados, mantendo assim a competitividade do gás natural. Como já foi referido, o transporte deste combustível é relativamente barato, pois havendo pipelines é possível transportar grandes quantidades sem grande esforço ou preparação, exceptuando a compressão e arrefecimento. O gás natural tem ainda a vantagem de ter uma queima limpa, sendo menos poluente que outros combustíveis fosséis como o fuelóleo, o petróleo carburante (tratol), a gasolina, etc.

Desvantagens

As precauções com a segurança são a maior preocupação a ter com o gás natural, pois o risco de explosão é real e evitável. No caso do shale gas tem havido suspeitas de danos ambientais, atribuídas à técnica de fratura hidráulica. Alegadamente, o denominado fracking causa ilfiltrações de gás natural nos cursos de águas, provocando água inflamável, e desabamento de terras. Estas suspeitas estão ainda em investigação por parte das autoridades competentes.

Estudo de Mercado

Evolução do preço de alguns combustíveis.

O preço do gás natural em Portugal para o ano de 2018 para consumidores industriais foi de aproximadamente 9.33 €/GJ. Quando comparado com o preço de outros combustíveis, verifica-se que o gás natural tem apresentado uma diminuição de tal forma que se torna uma alternativa menos dispendiosa.

Os principais produtores em 2015 foram os Estados unidos, Rússia, Irão e Qatar, com produção respetiva de 766; 598; 185 e 164 mil milhões de metros cúbicos.

Informações relativas a outros paises da União Europeia

Referências

Gás natural - Wikipédia (em inglês)
Ficha de segurança do gás natural
Armazenamento e transporte de gás natural (em inglês)
Usos do gás natural (em inglês)
Manual de especificações técnicas - EDP Gás Distribuição
Vantagens do gás natural - Galp Energia
Natural Gas Explained. EIA. (em inglês)
Turton, R., Bailie, R. C., Whiting, W. B., Shaeiwitz, J. A. Debangsu, B. Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes. 5th ed. Prentice Hall. 2018.
Natural gases uses. Geology. (em inglês)
Natural Gas: industrial uses. Natural Gas. (em inglês)
Heat from natural gas. Wingas. (em inglês)
Vantagens do Ciclo Combinado a Gás Natural face a outras Tecnologias de Produção de Energia. UFP.
Uses of natural gas. UCS. (em inglês)
Densidade do metano. Engineeringtoolbox. (em inglês)
Densidade do ar. Engineeringtoolbox. (em inglês)
Methane safety sheet. Linde. (em inglês)
Odourized natural gas safety sheet. Hydro. (em inglês)
Preços do gás natural para utilizadores domésticos e industriais. Pordata.
Natural gas – production. CIA. (em inglês)

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 Feito por:
+Adriano Dias & Joel Sansana. Editado por: Carina Castanheta.
-Adriano Dias & Joel Sansana para a cadeira de Integração e Intensificação de Processos - Mestrado Integrado em Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
+No âmbito de Integração e Intensificação de Processos - Mestrado Integrado em Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
 ==Definição de gás natural==
-O gás natural é um combustível versátil, de queima limpa e de alta eficiência, gasoso às condições de pressão e temperatura normais. O seu principal componente é o metano, tendo um Índice de Wobbe de 46 500 a 53 500 kJ/m³ e limite de  explosividade superior ao ar de 17% v/v e inferior de 6,5% v/v..
+O gás natural é um combustível versátil, de queima limpa e de alta eficiência, gasoso às condições de pressão e temperatura normais. O seu principal componente é o metano, tendo um Índice de Wobbe de 46 500 a 53 500 kJ/m³.
-Este é de origem fóssil, produzido a partir da compressão, causada pela acumulação de sedimentos, da matéria orgânica pré-histórica.
-[[Ficheiro:Shares_—_Final_energy_consumption_of_natural_gas_by_sector.png|thumbnail|400px|Utilização do Gás Natural- http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/daviz/final-energy-consumption-of-natural-2#tab-chart_2]]
-O gás natural de origem fóssil é extraído do solo, estando associado muitas vezes ao petróleo, havendo ainda extração de gás natural (''shale gas'') a partir de processos de fratura hidráulica.<br />Apesar de ter uma denominação diferente, o biogás é quimicamente idêntico ao gás natural, sendo este produzido a partir de uma digestão anaeróbia de matéria orgânica.<br />Em suma, o gás natural e o biogás, são semelhantes, sendo a sua maior distinção o facto de o primeiro ser produzido a partir de um processo físico-químico e o segundo por um processo biológico podendo ser um substituto mais limpo do gás natural clássico.
+O gás natural é um combustível fóssil que se forma ao fim de longos períodos de tempo a partir de camadas de restos de animais, plantas e sedimentos geológicos, que quando sujeitos a pressão e elevadas temperaturas dão origem a petróleo e esta fonte de energia. A sua composição é maioritariamente metano (CH<sub>4</sub>), poderá ainda conter outros hidrocarbonetos, dióxido de carbono e azoto.
 ==Transporte e armazenamento==
 O transporte é feito por gasodutos a pressões relativamente altas, para se poder transportar maiores quantidades, em que o gás tem de ser comprimido e arrefecido, pois o atrito com as paredes do gasoduto causa aquecimento e risco de ignição, embora também seja transportado em redes de média pressão (4-20 bar) e grande parte das suas aplicações seja a pressões baixas (<4 bar).
 O gás é armazenado nas próprias canalizações ou em depósitos esféricos.
+[[Ficheiro:Aplicações do gás natural.jpg|miniaturadaimagem|[https://geology.com/articles/natural-gas-uses/ Aplicações do gás natural por setor]]]
+[[Ficheiro:Caldeira contato direto.jpg|miniaturadaimagem|[http://naturalgas.org/overview/uses-industrial/ Aquecedor de água por contacto direto.]]]
+==Aplicações==
+Uma das principais aplicações do gás natural é a produção de hidrogénio por ''steam reforming.'' Esta via consiste na reação entre metano e vapor de água, a qual origina monóxido de carbono e hidrogénio.
+É também utilizado domesticamente, no setor da mobilidade, na geração de eletricidade e no setor industrial.
+Deve ainda ser referido que consoante a aplicação do gás natural este deve ser submetido a um processamento de forma a remover nitrogénio, água ou para a obtenção de ''by-products'', como por exemplo etano, propano e butano.
 ==Utilizações industriais==
+O elevado consumo energético industrial, torna este setor um dos maiores consumidores de gás natural, como é visível na figura. É ainda expectável que as exigências deste setor continuem a aumentar.
-[[Ficheiro:Vitomax-100-HS-M33A-Schnitt.jpg|thumbnail|300x300px|Caldeira flamotubular-http://www.viessmann.pt/pt/imprensa/caldeiras-de-vapor-vitomax-hs.html]]
-O gás natural tem um enorme leque de aplicações industriais, designadamente caldeiras, turbinas, fornos, fornalhas ou é ainda introduzido em processos de fabrico como é o caso do hidrogénio utilizado para a produção de amoníaco que resulta da reação de metano com vapor de alta pressão.
+Como utilidade o gás natural pode ser utilizado em inúmeras instalações auxiliares dos mais variados processos.
-As caldeiras industriais podem ser aquotubulares ou flamotubulares, sendo que nas primeiras é utilizada água em grandes pressões e a combustão é feita numa câmara, onde passam tubos com a água, enquanto que nas segundas o depósito de águas é aquecido pelos gases de combustão que passam no interior dos tubos a altas temperaturas.
-[[Ficheiro:Caldeiras-76-638.jpg|thumb|300x300px|Caldeira aquotubulares-http://www.slideshare.net/Sergio1500/caldeiras-44542296?nomobile=true]]
+==='''Aquecedores de água por contacto direto'''===
-A principal função das caldeiras é a produção de vapor ou a produção de água quente, que serve de utilidade nos processos. O vapor pode ainda ser utilizado para a produção de energia elétrica.
+Sistemas com eficiências que rondam os 70%. O aquecimento da água dá-se por transferência direta de calor entre a chama resultante da combustão do gás e a água.
-As turbinas são equipamentos que aproveitam a redução de pressão do gás natural da linha de distribuição para linha fabril de maneira a produzir energia eléctrica.
+[[Ficheiro:Caldeira co-queima.jpg|miniaturadaimagem|[https://www.wingas.com/en/raw-material-natural-gas/heat-from-natural-gas.html Caldeira de Co-queima.]]]
-Os fornos são reatores que precisam de alta temperatura e ambiente oxidante, onde o aquecimento é feito a partir de chama directa.
-As fornalhas são sistemas de aquecimento que utilizam a queima de gás natural para aproveitamento energético por radiação e convecção (gases de combustão).
+==='''Caldeiras de Co-queima'''===
+Nesta tecnologia o gás natural é apenas um combustível auxiliar à combustão de outros, como por exemplo, carvão, madeira ou biomassa. Apesar deste método apresentar perdas significativas de energia, a adição do gás natural permite a redução de emissão de compostos nocivos.
+==='''Bomba de calor de absorção de gás'''===
+Consiste num ciclo de permuta de calor alimentada por gás natural. Num primeiro estágio é feita a combustão de gás natural, o que cria um aumento de pressão e temperatura da mistura de água e fluído térmico, tal que é criado um gradiente que permite a remoção eficaz de calor do ar.
+==='''Ciclo combinado'''===
+Este tipo de tecnologia permite a utilização da energia libertada na queima do gás natural para mover uma turbina, e de seguida transformar a energia mecânica gerada em elétrica. Para além disso, a energia dos gases que se formam durante a combustão a elevadas temperaturas pode ser recuperada como demonstrado na figura.
+[[Ficheiro:Ciclo combinado.jpg|miniaturadaimagem|Esquema de ciclo combinado.]]
+==Segurança e emissões gasosas==
+O gás natural é um combustível com baixo impacto ambiental quando comparado a outros combustíveis fósseis, isto deve-se ao facto de ser maioritariamente constituído por hidrocarbonetos leves.
+Em caso de fuga, tendo em conta que, a condições normais (1 atm e 25°C), a sua densidade (0.648 kg/m3) é inferior à do ar (1.184 kg/m3)<sup>,</sup> o gás dispersar-se-á formando uma nuvem. Esta terá zonas que terão concentrações dentro da gama de flamabilidade do gás natural, nomeadamente, entre 4.4 e 15%.
+É ainda importante referir que este gás apresenta um ponto de ebulição bastante baixo de -162°C e ainda risco de autoignição para temperaturas superiores a 595°C.
+Quando em contacto com o ar, oxidantes ou compostos halogenados poderá formar uma mistura perigosa e até mesmo explosiva. A sua decomposição produz óxidos de carbono (COx), óxidos de enxofre (SOx) e óxidos de nitrogénio (NOx).
-==Medidas de segurança==
 As instalações de gás natural têm de estar equipadas com vários equipamentos de segurança como vávulas de corte e detetores de fuga que atuam em caso de incêndio ou fuga do gás, para além de terem de estar devidamente sinalizadas e protegidas de descargas elétricas. Também devem haver sistemas de purgas para retirar os líquidos condensados de modo a evitar entupimentos nas tubagens.
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 No caso do shale gas tem havido suspeitas de danos ambientais, atribuídas à técnica de fratura hidráulica. Alegadamente, o denominado fracking causa ilfiltrações de gás natural nos cursos de águas, provocando água inflamável, e desabamento de terras. Estas suspeitas estão ainda em investigação por parte das autoridades competentes.
+==Estudo de Mercado==
-==Custos==
+[[Ficheiro:Evolução dos preços.jpg|miniaturadaimagem|Evolução do preço de alguns combustíveis.]]
-Os maiores produtores de gás naturais são a Federação Russa e os Estados Unidos da América. Os maiores comercializadores são a Gazprom e a EDF.
+O preço do gás natural em Portugal para o ano de 2018 para consumidores industriais foi de aproximadamente 9.33 €/GJ. Quando comparado com o preço de outros combustíveis, verifica-se que o gás natural tem apresentado uma diminuição de tal forma que se torna uma alternativa menos dispendiosa.
+Os principais produtores em 2015 foram os Estados unidos, Rússia, Irão e Qatar, com produção respetiva de 766; 598; 185 e 164 mil milhões de metros cúbicos.
-Em Portugal, o custo do gás natural industrial é negociado com o fornecedor. A média do custo para o ano de 2016 foi de 11,61 €/GJ. Já o gás natural para uso doméstico foi de 25,35 €/GJ.
 [http://www.pordata.pt/DB/Europa/Ambiente+de+Consulta/Tabela Informações relativas a outros paises da União Europeia]
 ==Referências==
-* [https://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural Gás natural - Wikipédia]
+*[[wikipedia:Natural_gas|Gás natural - Wikipédia]] (em inglês)
-* [https://www.copergas.com.br/wp-content/uploads/2010/03/Ficha_de_Seguran__a_do_G__s_Natural.pdf Ficha de segurança do gás natural]
+*[https://www.copergas.com.br/wp-content/uploads/2010/03/Ficha_de_Seguran__a_do_G__s_Natural.pdf Ficha de segurança do gás natural]
-* [http://www.ordemengenheiros.pt/fotos/dossier_artigo/20111011_distribuicao_de_gas_natural_gsousa_13722040174e9c0884c5110.pdf Distribuição do gás natural - Galp Energia]
-* [[wikipedia:Natural_gas#Storage_and_transport|Armazenamento e transporte de gás natural]] (em inglês)
+*[[wikipedia:Natural_gas#Storage_and_transport|Armazenamento e transporte de gás natural]] (em inglês)
-* [http://www.ucsusa.org/clean-energy/coal-and-other-fossil-fuels/uses-of-natural-gas#.WP5oIrPSPeS Usos do gás natural] (em inglês)
+*[http://www.ucsusa.org/clean-energy/coal-and-other-fossil-fuels/uses-of-natural-gas#.WP5oIrPSPeS Usos do gás natural] (em inglês)
-* [http://www.edpgasdistribuicao.pt/downloads/file265_pt.pdf Manual de especificações técnicas - EDP Gás Distribuição]
+*[http://www.edpgasdistribuicao.pt/downloads/file265_pt.pdf Manual de especificações técnicas - EDP Gás Distribuição]
-* [http://www.galpenergia.com/PT/ProdutosServicos/GasNatural/Vantagens/Paginas/industria.aspx Vantagens do gás natural  - Galp Energia]
+*[http://www.galpenergia.com/PT/ProdutosServicos/GasNatural/Vantagens/Paginas/industria.aspx Vantagens do gás natural  - Galp Energia]
+*[https://www.eia.gov/energyexplained/index.php?page=natural_gas_home Natural Gas Explained. EIA.] (em inglês)
-* [http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/daviz/final-energy-consumption-of-natural-2#tab-chart_2 Consumo energético de gás natural por sector] (em inglês)
+*Turton, R., Bailie, R. C., Whiting, W. B., Shaeiwitz, J. A. Debangsu, B. ''Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes''. 5th ed.  Prentice Hall. 2018.
-* [http://www.pordata.pt/Europa/Pre%C3%A7os+do+g%C3%A1s+natural+para+utilizadores+dom%C3%A9sticos+e+industriais+%28Euro%29-1478 Preços do gás natural para utilizadores domésticos e industriais]
+*[https://geology.com/articles/natural-gas-uses/ Natural gases uses. Geology.] (em inglês)
+*[http://naturalgas.org/overview/uses-industrial/ Natural Gas: industrial uses. Natural Gas.] (em inglês)
+*[https://www.wingas.com/en/raw-material-natural-gas/heat-from-natural-gas.html Heat from natural gas. Wingas.] (em inglês)
+*Vantagens do Ciclo Combinado a Gás Natural face a outras Tecnologias de Produção de Energia. UFP.
+*[https://www.ucsusa.org/clean-energy/coal-and-other-fossil-fuels/uses-of-natural-gas Uses of natural gas. UCS.] (em inglês)
+*[https://www.engineeringtoolbox.com/methane-density-specific-weight-temperature-pressure-d_2020.html Densidade do metano. Engineeringtoolbox.] (em inglês)
+*[https://www.engineeringtoolbox.com/air-density-specific-weight-d_600.html Densidade do ar. Engineeringtoolbox.] (em inglês)
+*[http://hiq.linde-gas.com/en/images/Natural%20Gas%20SDS%20Linde%20EU%20format%20HiQ%20Jan%202011_tcm899-92364.pdf Methane safety sheet. Linde.] (em inglês)
+*[https://www.hydro.mb.ca/safety/pdfs/odourized_natural_gas_sds.pdf Odourized natural gas safety sheet. Hydro.] (em inglês)
+*[https://www.pordata.pt/Europa/Pre%C3%A7os+do+g%C3%A1s+natural+para+utilizadores+dom%C3%A9sticos+e+industriais+(Euro)-1478-211462 Preços do gás natural para utilizadores domésticos e industriais. Pordata.]
+*[https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/rankorder/2249rank.html Natural gas – production. CIA.] (em inglês)
 [[Categoria:Utilidades industriais]]