petrol

Adrian-Nicolae Şorop Gazele naturale si gazele petroliere

CAP.1.GAZELE NATURALE SI GAZELE PETROLIERE

1.1 FORMARE SI EXPLOATARE

Gazul natural ia naştere prin procese asemănătoare petrolului cu care este găsit frecvent.

Gazul se formează din organisme microscopice moarte (alge, plancton) fiind izolat de aerul

atmosferic, în prezenţa unor temperaturi şi presiuni ridicate, condiţii care au luat naştere prin

sedimentarea pe fundul mărilor fiind acoperite ulterior de straturi impermeabile de pământ.Cea mai

mare parte a gazelor naturale s-au format în urmă cu 15 până la 600 milioane de ani, fiind asociate

cu zăcămintele de petrol, mai rar se pot găsi zăcămintele unice de petrol sau gaz. Pentru prima oară

în 1844 s-a găsit în Europa gaz natural în zona gării de est din Viena, urmate de noi descoperiri în

1892 prin forajele din regiunea Wels, Austria.

1.2 COMPOZIŢIE SI PROPRIETĂŢI

Gazul natural este un amestec de gaze, care poate fi foarte diferit după aşezarea

zăcământului. Cea mai mare parte este constituită din metan, la care se adaugă uneori cantităţi

apreciabile de hidrocarburi saturate (alcani), metan (CH4), etan (C2H6), propan (C3H8), hidrocarburi

nesaturate, alchene sau olefine, şi hidrocarburi aromatice sau arene care în lanţul formulei chimice

au o legătură dublă (=) ca etilena (C2H4). Alcanii ce au o structură chimică inelară mai sunt numiţi şi

cicloalcani, având formula chimică generală CnH2n. Alchenele pot avea de asemenea forme ciclice

ca ciclopentanul.Alchinele sunt hidrocarburi ce conţin mai multe triple legături chimice, cel mai

reprezentativ fiind etina (acetilenă): C2H2. Ultima grupă mai importantă a hidrocarburilor nesaturate

este benzenul care are o formă structurală ciclică: C6H6; dintr-o subgrupă a acestor hidrocarburi

aromatice face parte naftalina: C10H8, pe când terpenele (terebentină) nu sunt hidrocarburi pure din

punct de vedere chimic.Gazele naturale mai conţin: vapori de gaze condensate din care cauză mai

sunt numite gaze umede, hidrogen sulfurat (H2S), care necesită îndepărtarea sulfului, şi până la 9%

dioxid de carbon (CO2) care diminuează calitatea gazului.În general, gazul natural are în compoziţie

85% metan, 4% alţi alcani (etan, propan, butan, pentan) şi 11% gaze inerte (care nu ard). Deosebit

de valoroase sunt gazele naturale care conţin heliu, aceste gaze fiind sursa principală de obţinere a

heliului.

Gazul natural este un gaz toxic inflamabil, de regulă insipid şi inodor (din care cauză

pentru odorizare se adaugă gazului mercaptan) cu o temperatură de aprindere de circa 600 °C. Este

9


un gaz mai uşor ca aerul; pentru arderea 1 m³N de gaz sunt necesari circa 10 m³N de aer. Gazul este

clasificat după compoziţie în diferite categorii, gaz sărac şi gaz bogat.

Gazul sărac are un procent mai ridicat de metan (87–99% volumic), pe când în gazul bogat

conţinutul în metan oscilează între 80 şi 87% volumic, având în compoziţie cantităţi mai mari de

dioxid de carbon şi azot. Densitatea este între 0,700–0,840 kg/m³. După compoziţie (gaz sărac sau

gaz bogat), căldura degajată prin ardere (puterea calorifică) este: 8,2– 11,1 kWh/m³N = 30–40

MJ/m³N.

Principala sursă de componenţi gazoşi în rafinăriile de ţiţei, gazele petroliere cunoscute şi

sub denumirea de gaze de sondă sau gaze de rafinărie, o constituie instalaţiile de stabilizare a

gazolinelor şi benzinelor-precum şi instalaţiile de prelucrare termica şi catalitica fracţiilor de

ţiţei.Conţinutul iniţial de hidrocarburi gazoase dizolvate în ţiţei şi care sunt separabile în cursul

operaţiilor de separare primară variază mult cu natura şi condiţiile de extracţie şi transport ale

ţiţeiurilor şi se situează de obicei sub 0,3 % propan şi 0,2-1,4 % butan .Gazele rezultate în

instalaţiile de degazolinare au după răcire şi comprimare la 25 atmosfere un conţinut ridicat în

componenţi C2 -C5 , aşa cum rezultă şi din următoarea compoziţie tip : metan 0-1% g , etan 0,8-3,5

% g , propan 27-32% g, izobutan 11-15% g, n-butan 32-42 % g, izopentan 1-2 % g, alţi componenţi

2-4 % g.Compoziţia gazelor rezultate de la instalaţiile de stabilizare este dependentă atât de modul

de operare cât şi de strategia tehnologică de prelucrare a materiilor prime care determină filiera

tehnologică de prelucrare.

Gazele rezultate prin aplicarea procedeelor de prelucrare termică şi catalitică a ţiţeiului şi a

fracţiunilor superioare constituie una din sursele importante de hidrocarburi C2-C5. În funcţie de

compoziţia diferitelor zăcăminte de hidrocarburi naturale precum şi în raport cu diversitatea

tehnologiilor de prelucrare primara se pot obţine multiple compoziţii de gaze pentru fiecare caz în

parte.

Dată fiind importanţa utilizării acestor materii prime pentru industria petrochimică şi a

faptului că sursele naturale sunt limitate şi epuizabile, în prezent se manifestă o tot mai mare

preocupare pe plan mondial în scopul măririi producţiei de etan, propan şi alte fracţiuni uşoare prin

procese catalitice, folosind ca materii prime fracţiunile grele din ţiţei. Curenţii de transport ai

acestor categorii de gaze se suprapun pe curenţii de transport ai ţiţeiului, dinspre zonele

producătoare şi care posedă şi facilităţile de prelucrare respective, dar şi din zonele importatoare de

petrol brut pe care-l prelucrează şi îl exportă ulterior sub forma de produse finite.

10


1.3 REZERVELE,PRODUCŢIA SI CONSUMUL DE GAZ NATURAL PE PLAN MONDIAL

În anul 2009 se estimeaza ca sunt 103 de tari care deţin rezerve de gaz natural acestea

totalizând 184 000 miliarde m3, din care principalele resurse sunt deţinute de Rusia cu 23,5%

urmată de Iran cu 16%, Quatar cu 13,5%,Turkmenistan cu 4,2% si Arabia Saudita 3,9%.

Poate fi transportat prin conducte sau cu alte mijloace de transport în stare comprimată sau

în stare lichidă, actualmente fiind folosit pe scară tot mai largă ca înlocuitor al benzinei.Uscarea

gazului reprezintă procesul de înlăturare a vaporilor de apă, care face parte din metodele de

pregătire a gazului înainte de utilizare. Îndepărtarea apei din gaz este importantă, deoarece prin

uscarea gazului se înlătură posibilitatea formării cristalohidraţilor. Aceştia sunt impurităţi solide

care blochează conductele şi dăunează armăturilor. Gradul de uscare al gazului se stabileşte astfel

încât cristalohidraţii să se formeze doar sub -8°C .

Figura1.1 Distribuţia mondială de surse de gaz

Un numar de 15 state exploatează peste 80% din producţia mondială de gaz(figura 1.1).

Cantitatea netă de gaz exploatat în anul 2009 a fost de 3109 miliarde m³, din care 27,2%

revine Eurasiei, 25,7% Americii de Nord, 13,2% Asia si Oceania si 12.7% Orientul Mijlociu.Gazul

natural acoperă 24% din necesarul de energie al lumii. Zăcămintele de gaz, de regulă, sunt sub

presiune, fapt ce uşurează exploatarea lui.

Pentru a transporta gazul natural la mare distanţă sunt necesare următoarele operaţiuni:

extracţia , traterea , care constă în eliminarea urmelor de apă , separarea hidrocarburilor superioare ,

eliminarea agenţilor corozivi dintre care compuşii cu sulf sunt pe primul loc , şi în final diminuarea

efectului gazelor inerte .Pentru realizarea acestor faze de tratament în general sunt necesare două

tipuri de instalaţii : pentru desulfatare şi pentru dezbenzinare . După tratarea primară , gazul se

transportă la marii consumatori sub formă de gaz comprimat sau lichefiat pe conducte , sau cu

cisterne ori tancuri speciale care pot fi confecţionate pentru tranportul terestru sau maritim.

Deoarece între diverşii consumatori şi zonele cu rezerve potenţiale sunt distanţe şi solicitări

11


diferite, s-au dezvoltat diferite variante de transport . Totuşi trebuie remarcat faptul că varianta

transportului gazului în stare lichefiată este mai economică în condiţiile contractelor preconizate

datorită faptului că potenţialul mare producător - Orientul Mijlociu - nu este legat continental de

marii consumatori .S.U.A., ţara cu cel mai mare consum de gaze naturale , are perpectiva cea mai

apropuiata a epuizării rezervelor certe în circa 10 ani , şi datorită acestui fapt a studiat cu precădere

posibilitatea transportului de gaze naturale lichefiate la mare distanţă .Dezvoltarea tehnologiilor de

transport la mare distanţă a deschis noi perspective producţiei şi consumului de gaze naturale şi deci

a tehnologiilor de prelucrare şi consum .

Figura1.2 Principalii curenţi de transport maritim ai gazelor naturale pe glob

1.4 GAZE LICHEFIATE TRANSPORTATE PE MARE

Transportul pe mare al gazelor lichefiate a început prin anii 1920, odată cu transportarea

primelor încărcături de propan şi butan în tancuri presurizate, la temperatura mediului ambiant .Prin

anii 1950 gazele lichefiate au început să fie parţial refrigerate, iar navele să fie dotate cu

cargotancuri pentru temperaturi scăzute .Începând cu anii 1960, au apărut nave complet refrigerate

care trasportau LPG, LNG şi etilenă la presiunea atmosferică. În acelaşi timp, transportul

amoniacului a devenit o operaţiune obişnuită, iar transportul gazelor chimice ca butadienă , a

devenit o operaţiune comercială comună .Marfa gazoasă este transportată în stare lichefiată ,

întrucât lichidul ocupă un volum de 600 de ori mai mic decât volumul ocupat de gaz , ceea ce

înseamnă că se poate tramsporta o cantitate mult mai mare de gaze .

12


1.4.1 Lichefierea gazelor

Prin lichefierea gazelor se înţelege trecerea unui gaz în stare lichidă , lichefierea făcându-se

prin următoarele procedee:

-lichefierea prin răcire .Prin acest procedeu, gazul, aflat iniţial la parametrii atmosferici,

este răcit la o presiune atmosferică constanta până la atingerea temperaturii de saturaţie

corespunzătoare temperaturii atmosferice .

-lichefierea prin comprimare.Prin acest procedeu gazul este comprimat în una sau mai

multe trepte până la atingerea presiunii de saturaţie corespunzătoare temperaturii atmosferice.

Pentru ca acest lucru să fie posibil este necesar că parametrii critici ai gazului să fie superiori

parametrilor atmosferici.Un gaz răcit sub temperatura sa critică poate fi lichefiat şi prin creşterea

presiunii exercitate asupra sa.

Cele mai uzuale transporturi de gaze lichefiate transportate pe mare cuprind următoarele

categorii :

-gaze petroliere lichefiate - LPG - ( liquefied petroleum gas) , din care fac parte butanul ,

propanul , isoprenul , butadiena , butilena , propilena etc .

-gaze chimice lichefiate - CLG - ( chemical liquefied gas ) , din care fac parte amoniacul ,

clorura de vinil ( VCM ) , oxidul de etilenă , oxidul de propilenă , clorul etc .

-etilena ( etylene )

-gaz natural lichefiate - LNG - ( liquefied natural gas ) , care este un amestec format în

principal pe bază de metan şi în proprtii mai mici gazele asociate ( etan , propan şi butan), precum şi

alte componente ca azotul , bioxidul de carbon , hidrogennul sulfurat , heliul , argonul şi alte gaze

inerte.

1.4.2 Caracteristici termodinamice ale gazelor

Presiunea

Prin presiune se înţelege raportul dintre mărimea forţei care apasă normal şi uniform pe o

suprafaţă practic plană şi aria acelei suprafeţe .În cazul gazelor întâlnim următoarele noţiuni în

legătură cu presiunea :

-presiunea gazelor , este presiunea exercitată de un gaz asupra pereţilor vasului în care este

depozitat , fiind produsă de ciocnirea moleculelor gazului de pereţii vasului .

13


-presiunea absolută , este presiunea faţă de vidul absolut , respectiv presiunea zero , fiind

numită şi presiunea barometrică .

-presiunea atmosferică , este presiunea exercitată de atmosferă , şi este egală cu

aproximativ 1,033 Kg/cm.p.Presiunea atmosferică variază după condiţiile atmosferice locale şi

după altitudinea locului .

presiunea de vapori , este presiunea exercitată de către vaporii unui lichid asupra pereţilor vasului

incare este depozitat lichidul .Această presiune are un maxim care depinde numai de natura

substanţei şi de temperatură .

-presiunea de vaporizare , este presiunea la care are loc trecerea unui lichid în stare de

vapori , la o temperatură dată .

Temperatura

Prin temperatură se defineşte mărimea caracteristaca a stării termice a unui corp . Aceasta

poate fi :

-temperatura absolută , este temperatura măsurată pe scară absolută ( Kelvin ) . Punctul

zero al scării absolute se ia temperatura de - 273,16°C , la care moleculele unui gaz perfect nu mai

posedă energie cinetică . Pentru a transforma gradele Celsius în grade absolute se adună gradele

Celsius la valoarea punctului zero .

-temperatura critică a gazului, este considerată a fi temperatura peste care acel gaz nu mai

poate fi lichefiat numai prin presiune.Se disting astfel, gazele având o temperatură critică peste

mediul ambiant şi care pot fi lichefiate prin simpla compresiune(propan, butan, butadienă , amoniac

etc.),temperaturra lor de lichefiere la presiune atmosferică fiind întotdeauna superioară temperaturii

de -50°C , şi , gazele care au temperatura critică sub mediul ambiant . Acestea trebuie să fie puternic

refrigerate pentru a fi transportate în stare lichidă(metan,etilenă ).Temperatura lor de lichefiere la

presiune atmosferică este inferioară temperaturii de - 100°C .

-temperatura de fierbere , este temperatura la care o substanţă fierbe . Valoarea ei depinde de

temperatura exterioară . Se numeşte temperatură normală de fierbere , temperatura la care substanţa

fierbe sub o presiune de 760 mm Hg .

-temperatura de topire , reprezintă temperatura la care un corp trece din stare solidă în stare lichidă .

Această temperatură depinde de presiunea excercitata asupra corpului respectiv .

Starea lichidă

14


Prin starea lichidă se înţelege starea materiei , intermediară între starea solidă şi starea

gazoasă . Un corp în stare lichidă are un volunm definit , dar nu are formă proprie , luând forma

vasului în care se află depozitat .

Starea de vapori

Vaporii sunt gaze reale care se află în apropierea punctului de lichefiere . Orice gaz real

poate lichefia în anumite condiţii de presiune şi temperatură . La presiuni scăzute şi temperaturi

ridicate , vaporii tind către comportamentul gazului perfect . Pe timpul procesului de vaporizare

temperatura rămâne constantă . Pracesul de vaporizare continuă până la transformarea integrală a

lichidului în vapori .

Vaporizarea

Vaporizarea reprezintă trecerea unei substanţe din stare lichidă în stare de vapori . Când aceasta

trecere are loc la o temperatură la care presiunea vaporilor produşi este egală cu presiunea

exterioară sub care se află lichidul , acesta fierbe . Vaporizarea gazelor poate fi :

-discontinua , atunci când vaporii din partea superoara a tancului sunt extraşi , producând fierberea

lichidului din tanc şi având ca efect scăderea temperaturii .La un amestec de butan şi propan ,

elementele cele mai volatile tind să se evapore primele astfel că , proporţiile care formează

amestecul se modifică şi după în timp oarecare este posibil să rămână numai butannul pur.

- bruscă , vaporizarea are loc atunci când lichidul este extras de la partea inferioară a tancului şi este

introdus într-un vaporizor unde are loc vaporizarea consistenteii unui amestec rămas.

Dacă marfa este transportată presurizat ,la temperatura mediului ambiant , cargotancurile

trebuie să fie capabile să reziste la presiunea mărfii la o temperatură anticipată ca fiind cea mai

ridicată care se poate întâlni pe toată durata marşului cu nava încărcată .În cazul în care marfa este

transportată la o temperatură mai mică decât temperaturaa mediului înconjurător , cargotancurile

trebuie să fie capabile să reziste la presiunea mărfii , iar materialele din care sunt confecţionate

trebuie să fie ductile la temperatura mărfii şi să fie compatibile cu aceasta .De asemenea ,

cargotancurile trebuie să fie izolate .Gazul în stare lichidă dintr-un rezervor este în echilibru de

presiune cu vaporii săi . Fiecărei presiuni îi corespunde o temperatură bine determinată . Orice

modificare a temperaturii în rezervor produce o evaporare ( dacă există un aport de căldură ) sau o

condensare ( dacă există o răcire ) până ce reapare un nou echilibru sub o presiune mai mare ,

respectiv mai mică . Cuplul temperatură - presiune este deci un parametru caracteristic condiţiilor

15


de transport al produsului .Temperaturile atmosferice întâlnite pe mare variază între - 25°C. şi

+45°C .Din această cauză condiţiile de referinţă pentru transportul de gaze au fost fixate la + 45°C

pentru temperatură şi la o atmosferă ( 1,013 bar ) pentru presiune .Aceasta înseamnă că navele

trebuie să păstreze şi să transporte produse de încărcătură lichidă în aceste condiţii . În special

navele care transportă produse al căror punct de fierbere la presiunea atmosferică ester inferior

valorii de + 45°C şi vor trebui să aibă două instalaţii de răcire capabile să menţină produsul sub

formă lichidă sau să posede o izolaţie pentru a întârzia cât mai mult posibul evaporarea.Modul de

transport al gazelor lichefiate este pus în evidenţă de caracteristicile termodinamice ale gazelor.

16

petrol

Documents