Ecopetro - Cadeia de Producao Gas Natural.

Cadeia de produc¸˜ao de g´as natural no Brasil:

hist´orico e perspectivas futuras

Gabriel Ranea (11011014), Matheus Martins(11026512), Nicollas Candil (11016814), Pedro Kezan (11008014),

Rodrigo Pagnoca (11081914)

Resumo - O g´as natural ´e uma alternativa interessante quando comparado ao petr´oleo, pois n˜ao ´e t˜ao agressivo ao meio ambiente. Nos ´ultimos anos, este combust´ıvel vem ganhando destaque na matriz energ´etica mundial. Desde a prospecc¸˜ao at´e seu consumo final, o processo produtivo do g´as natural apresenta uma s´erie de particularidades e regulac¸˜oes que visam garantir a qualidade e a expans˜ao deste tipo de combust´ıvel. Al´em do apelo ambiental, o g´as natural ´e vers´atil, podendo ser utilizado diretamente em motores de combust˜ao automotivos, gerac¸˜ao de energia el´etrica, vapor e calor, sendo aplic´avel em todos os setores da economia.

Abstract—The natural gas presents itself as an interesting alternative for energy generation when compared to oil, for it is not as aggressive, environmentally speaking. In the last few years, this resource has gained recognition in the world’s energetic matrix. Since the natural gases prospection until its final use, there are a lot of particularities and regulations that aim to maintain the quality and expand its use. Besides the environmental concerns, this resource is versatile and it is possible to use it in combustion engines, electricity, heat and vapor generation, therefore it is applicable in every economic sector.

I. INTRODUC¸ ˜AO

O g´as natural ´e um combust´ıvel f´ossil que vem ganhando espac¸o recentemente. Por ser menos poluente que os de-mais combust´ıveis f´osseis e pelo fato de sua explorac¸˜ao ser bem conhecida, mostrou-se uma ´otima alternativa quando comparado ao petr´oleo e, principalmente, ao carv˜ao natural. Al´em disso, ´e um recurso vers´atil, tendo desde aplicac¸˜ao dom´estica, at´e no setores industrial e energ´etico. Logo que se deu in´ıcio a explorac¸˜ao do petr´oleo, o g´as natural era tratado como um empecilho pois dificultava a extrac¸˜ao e exigia uma s´erie de mecanismos de seguranc¸a que encare-ciam e dificultavam o processo, al´em de n˜ao possuir uma rede de transporte adequada. Por´em, com o crescimento do consumo de energia el´etrica e com as crises do petr´oleo na segunda metade do s´eculo XX, o mundo viu-se obrigado a buscar alternativas energ´eticas, o que ocasionou em um maior interesse e maior importˆancia do g´as natural. Isso mostra-se evidente quando analisamos o crescimento da produc¸˜ao desse recurso: conforme estudo da Key World Energy Statics publicado pela International Energy Agency IEA) em 2008, a produc¸˜ao mundial entre 1973 e 2007 mais que dobrou. Em termos nacionais, no mesmo per´ıodo, o Brasil apresentou uma crescente de 5650%, segundo BP Statical Review of World Energy. A figura 1 mostra graficamente a evoluc¸˜ao da produc¸˜ao desse recurso em func¸˜ao do tempo.

Fig. 1. S´erie hist´orica de produc¸˜ao mundial de g´as natural

Ainda em ˆambito nacional, acredita-se que com a descoberta do Pr´e-Sal e programas de incentivo de explorac¸˜ao do recurso, o Brasil encontra-se em um momento prop´ıcio para a produc¸˜ao do mesmo. Prova disso ´e o calend´ario de rodadas de licitac¸˜oes j´a estipulado pela a Agˆencia Nacional do Petr´oleo (ANP) at´e 2019 e com previs˜oes de aumento para 2020 em diante. Como consequˆencia da crescente produc¸˜ao, est´a em pauta de discuss˜oes a criac¸˜ao de um ´org˜ao regulador espec´ıfico para o g´as natural. Todavia, atualmente ainda s˜ao encontrada algumas dificuldades na cadeia produtiva desse combust´ıvel f´ossil, principalmente quanto ao transporte. Apesar de novas tecnologias como a liquefac¸˜ao j´a estarem sendo aplicada, ainda ´e necess´ario um maior desenvolvimento tecnol´ogico desde a origem da produc¸˜ao at´e o fornecimento do mesmo para o consumo final. Dessa forma, ser˜ao discutidas cada parte do processo de produc¸˜ao, apresentando como cada etapa ´e realizada e quais impasses s˜ao encontrados.

II. OBJETIVOS

Discorrer sobre a cadeia produtiva do g´as natural, de-screvendo cada etapa envolvida e citando os processos aplica-dos.

A. Objetivos espec´ıficos

• Estudar os processos de explorac¸˜ao, perfurac¸˜ao, extrac¸˜ao, refino e distribuic¸˜ao do g´as natural;

• Identificar impasses da cadeia produtiva;

• Comparar os diferentes tipos de g´as natural no mercado;

• Analisar as poss´ıveis aplicac¸˜oes(automotiva, gerac¸˜ao de energia e consumo residencial).

III. ACADEIA PRODUTIVA DO GAS NATURAL´

A cadeia produtiva do g´as natural ´e bem similar `a do petr´oleo. Inicialmente, ´e realizada a prospecc¸˜ao com o intuito de descobrir reservas com potencial de explorac¸˜ao. Ap´os isso, a reserva ´e perfurada e o g´as ´e extra´ıdo. Uma vez que ele escoa para fora do poc¸o, ´e direcionado para ser tratado durante a fase do refino. Por fim, o g´as ´e transportado para os destinos de entrega, sendo depois distribu´ıdos para o consumo final.

A. Regulac¸˜ao

A determinac¸˜ao dos segmentos da ind´ustria do petr´oleo e g´as no Brasil que devem ser regulados, bem como o escopo dessa ac¸˜ao est˜ao especificados na Lei n.o 9.478/97, instituindo a Agˆencia Nacional do Petr´oleo (ANP), ´org˜ao respons´avel pela regulac¸˜ao setorial da ind´ustria do g´as natural,esta ´e respons´avel pela regulac¸˜ao das atividades de produc¸˜ao, importac¸˜ao, pro-cessamento e transporte de g´as natural, al´em de estabelecer os requisitos a serem cumpridos pelas empresas interessadas em operar postos revendedores varejistas deste energ´etico. No que diz respeito ao segmento da produc¸˜ao, a ac¸˜ao reg-ulat´oria est´a atualmente voltada `a emiss˜ao de regulamen-tos de ordem t´ecnica (que garantam o exerc´ıcio da ativi-dade dentro dos melhores padr˜oes internacionais, visando `a seguranc¸a do abastecimento, bem como do meio ambiente e das populac¸˜oes, al´em do uso eficiente dos recursos naturais) e da conseq¨uente ac¸˜ao fiscalizadora. O ramo de processamento ´e regulamentado pela Portaria n.o28/99, onde ficou estabelecido que a ”construc¸˜ao, a ampliac¸˜ao e a operac¸˜ao de unidades de processamento de g´as natural” ser´a realizada mediante pr´evia e expressa autorizac¸˜ao da ANP, a autorizac¸˜ao para a execuc¸˜ao das atividades acima estabelecidas n˜ao possui car´ater de concess˜ao e exclusividade de exerc´ıcio da atividade, fica tamb´em estabelecido que h´a a possibilidade de transferˆencia de titularidade,desde que previamente submetida `a aprovac¸˜ao da ANP. J´a o monitoramento da atividade acima citada ´e estabelecido pela Portaria n.o54/2001, devendo o agente enviar informac¸˜oes a respeito dos volumes que entraram e sa´ıram de cada unidade de processamento, bem como as quantidade obti-das, por produto, e o n´ıvel de perda do processo (Costa,2003) Por fim, a atividade de transporte de g´as natural ´e a que merece mais atenc¸˜ao.Conforme ser´a mencionado no item 3.6, esta pode ser executada via diversos tecnologias. No que se refere ao escoamento por gasodutos, as especificidades de ind´ustria de rede recaem sobre a atividade, necessitando, desta forma, de uma regulac¸˜ao expressiva para garantir a eficiˆencia econˆomica. Com relac¸˜ao ao transporte realizado por outros meios, n˜ao caracterizados como ind´ustria de rede, devem-se fixar requisitos claros para garantir a prestac¸˜ao de servic¸o ao consumidor de forma segura.

B. Prospecc¸˜ao

Assim como o petr´oleo, o g´as natural tamb´em ´e encontrado em rochas sedimentares porosas e perme´aveis. Para tentar mit-igar sua localizac¸˜ao com maior precis˜ao, ge´ologos e geof´ısicos aplicam algumas t´ecnicas como por exemplo a s´ısmica onde ondas s˜ao emitidas ao solo e a forma com que se propagam e

refletem variam com a composic¸˜ao da rocha exemplificado na figura 2, podendo assim indicar a presenc¸a de petr´oleo e g´as nas rochas reservat´orio, bem como a sua posic¸˜ao. Uma vez que existe alta probabilidade de ser economicamente vi´avel a explorac¸˜ao de tal jazida ser´a iniciada a perfurac¸˜ao de um poc¸o explorat´orio para confirmar os estudos at´e ent˜ao feito por m´etodos indiretos.

Fig. 2. Exemplo do m´etodo s´ısmico

C. Perfurac¸˜ao

Uma vez que foram obtidos resultados positivos na prospecc¸˜ao com a utilizac¸˜ao das ferramentas de an´alise geol´ogica e geof´ısica, ´e dado o in´ıcio a perfurac¸˜ao do poc¸o explorat´orio. A perfurac¸˜ao dos poc¸os ´e desempenhada por uma coluna de perfurac¸˜ao. Nesta etapa, as rochas s˜ao perfuradas por uma broca de alto poder de penetrac¸˜ao, como pode ser observado na figura 3. Durante o processo, formam-se cascalhos proveniente do solo que foi triturado pela broca, e eles s˜ao removidos do fundo do poc¸o atrav´es da injec¸˜ao de fluido de perfurac¸˜ao, que por sua vez tem um papel primordial na perfurac¸˜ao, pois al´em de remover os detritos, ele serve como lubrificante para a broca e tamb´em tem a func¸˜ao de resfriamento do conjunto rotativo que gera uma grande quantidade de calor devido ao atrito causado entre a broca e a rocha. O fluido de perfurac¸˜ao ou lama de perfurac¸˜ao tamb´em exerce um papel primordial na sustentac¸˜ao do poc¸o, dado que o mesmo ´e sempre preenchido inteiramente pela lama, impedindo que haja o colapso das suas paredes.

Fig. 3. Broca de perfurac¸˜ao para poc¸os.

Os detrimentos cont´em fragmentos das rochas perfuradas e s˜ao analisadas pelos ge´ologos para identificar os tipos de rocha encontrados e anotar a profundidade de onde foram retiradas. Ao comparar os perfis de rochas encontrados em poc¸os perfurados em uma mesma ´area ´e poss´ıvel ter uma vis˜ao tridimensional da sequˆencia de rochas nela existentes. A perfurac¸˜ao de um poc¸o ´e dividida em fases ao t´ermino das quais ´e necess´ario revestir a sec¸˜ao para prosseguir de forma segura com a pr´oxima, repetindo-se este processo at´e atingir o objetivo final do poc¸o, esse processo ´e denominado completac¸˜ao. O revestimento ´e constitu´ıdo por tubos de ac¸o de menor diˆametro do que a broca utilizada para perfurac¸˜ao com a func¸˜ao de isolar o poc¸o das formac¸˜oes, sendo que a lacuna existente entre a parede rochosa e o tudo tamb´em ´e preenchida de concreto para aumentar a rigidez do sistema e dar sustentac¸˜ao. Ap´os a completac¸˜ao, pequenos orif´ıcios s˜ao feitos na parte do tubo de revestimento na altura de interesse (passando pela zona de produc¸˜ao), fornecem um caminho para que o g´as escoe a partir da rocha reservat´orio. Depois de um percurso de fluxo ser feito, ´acidos e fluidos de fraturamento s˜ao bombeados para dentro do poc¸o para produzir ”fracking” (fraturamento hidr´aulico), para estimular a rocha reservat´orio a produc¸˜ao de hidrocarbonetos no poc¸o.

D. Produc¸˜ao

Ap´os o poc¸o ser perfurado e estimulado, ele comec¸a a produzir g´as natural que ser´a captado e tratado na superf´ıcie. Enquanto esse poc¸o tiver press˜ao suficiente para expelir o g´as contido em seu interior de maneira natural, isso ´e, sem nenhum mecanismo de aux´ılio para a extrac¸˜ao do g´as, ele ´e chamado de poc¸o surgente. Ap´os certo per´ıodo de produc¸˜ao, o poc¸o n˜ao ter´a mais um gradiente de press˜ao suficiente para expelir o g´as que se encontra em seu interior de maneira natural, sendo necess´aria a utilizac¸˜ao de t´ecnicas de recuperac¸˜ao para aumentar o volume de g´as produzido pelo poc¸o. Uma das limitac¸˜oes da produc¸˜ao de g´as e petr´oleo, ´e a porcentagem do recurso que pode ser extra´ıda (fator de recuperac¸˜ao) do reservat´orio, em detrimento de todo o volume que est´a ali contido. Aumentar o fator de recuperac¸˜ao, significa aumentar

a lucraividade e este se apresenta como um dos desafios da ind´ustria.

E. Refino (Processamento)

O processamento do g´as natural ´e realizado em um com-plexo industrial denominado Unidade de Processamento de G´as Natural (UGPN). O principal objetivo deste processo ´e separar os componentes do g´as natural em parcelas que atendam as especificac¸˜oes requeridas e controladas pelo mer-cado, aproveitando de forma mais eficiente o g´as extra´ıdo e agregando um maior valor aos seus produtos (Baraldi, A. 2015). No in´ıcio do processamento ocorre a separac¸˜ao do g´as e a fase l´ıquida, que cont´em basicamente ´agua e outros hidrocarbonetos l´ıquidos. Depois de separado, o g´as ´e desidratado, resfriado e fracionado. Como produtos deste fracionamento tˆem-se: etano e eteno, g´as residual, GLP e C5+ (gasolina natural). A figura 4 ilustra de forma simplificada as etapas e os produtos do processamento do g´as natural

Fig. 4. Fluxograma do processamento do g´as natura.(Baraldi, A. 2015)

F. Transporte

O transporte do g´as natural ´e uma etapa que sempre apre-sentou dificuldades. Por ser extremamente vol´atil, antigamente transportar o g´as por longas distˆancia era algo extremamente desafiador. Isso deve-se ao fato de o primeiro meio a ser designado para essa func¸˜ao ter sido o gasoduto e as malhas existentes n˜ao serem suficientemente sustent´aveis e extensas para atender a consumidores distantes. Atualmente, com o crescimento na produc¸˜ao do g´as natural, os demais setores participantes de atividades relacionadas ao recurso viram-se na obrigac¸˜ao de evolu´ırem junto `a produc¸˜ao, desenvolvendo novas tecnologias com o objetivo de aumentar a qualidade e a eficiˆencia de seus processos. Relacionadas ao transporte, podemos citar trˆes tecnologias de destaque: G´as Natural Lique-feito (GNL), G´as Natural Comprimido (GNC) e Gas to Liquid (GTL).

Gasodutos

Conforme citado acima, os gasodutos foram o primeiro meio designado para o transporte do g´as natural. Por´em, sua rede de dutos n˜ao era suficientemente grande para atender a demandas distantes. Como ilustra a figura 5, divulgada pela Empresa

de Pesquisa Energ´etica (EPE), a malha brasileira est´a em um per´ıodo de grande expans˜ao.

Fig. 5. Mapa de gasodutos de transporte no Brasil.

Um dos principais motivos pela qual o ´org˜ao optou pela implementac¸˜ao desse projeto foi a descoberta do Pr´e-Sal, que tende a aumentar de forma exponencial a produc¸˜ao e, portanto, necessita de uma rede transportadora que atenda sua necessidade de escoamento.

G´as Natural Liquefeito (GNL)

Esse m´etodo ´e baseado em submeter o g´as a temperaturas extremamente baixas (inferiores a -160 C), de modo que ela seja inferior `a temperatura de ebulic¸˜ao dos hidrocarbonetos presentes na amostra. Dessa forma, o g´as sofre condensac¸˜ao, ´e transformado para o estado l´ıquido e pode ser transportado dentro de cilindros por ve´ıculos rodovi´arios ou mar´ıtimos, superando os impasses relativos ao alcance de entrega. ´E importante ressaltar que o transporte de GNL exige que o destino da entrega tenha plantas de regaseificac¸˜ao para que o l´ıquido possa tornar-se g´as novamente sem perder suas propriedades f´ısico-qu´ımicas.

G´as Natural Comprimido (GNC)

O g´as natural ´e submetido a press˜ao pr´oxima `as condic¸˜oes de m´ınimo fator de compressibilidade de forma que, `a tem-peraturas pr´oximas `a ambiente, ´e condensado e transforma-se em l´ıquido. Ao sofrer essa transformac¸˜ao, “O G´as Nat-ural Comprimido ocupa um volume aproximadamente 268 vezes menor que o volume ocupado nas condic¸˜oes normais”, conforme Pascoal Rigolin em sua tese “Avaliac¸˜ao global dos modos energ´eticos de transporte de g´as natural inclusive como energia secund´aria”. Dessa forma, o g´as pode ser transportado igual ao GNL, mas, nesse caso, o destino da entrega deve possuir uma planta de descompress˜ao de modo a reduzir a press˜ao do l´ıquido, transformando-o novamente em g´as para o uso final.

Gas to Liquid (GTL)

Nesse caso, o g´as natural ´e transformado em hidrocar-bonetos l´ıquidos por meio do processo de Fischer-Tropsch. Esse processo consiste em transformar gases de s´ınteses em hidrocarbonetos mais est´aveis por meio de processos qu´ımicos. Dessa forma, o g´as pode ser transportado como nas sec¸˜oes anteriores.

IV. CONSUMOFINAL

O g´as natural, como j´a citado, ´e uma fonte muito vers´atil. Isso pode ser observado ao analisar as aplicac¸˜oes finais do mesmo, podendo ser utilizado na gerac¸˜ao de energia el´etrica, em motores de combust˜ao do setor de transportes, na produc¸˜ao de chamas, calor e vapor. Dessa forma, a aplicac¸˜ao ´e poss´ıvel em todos os setores da economia: ind´ustria, com´ercio, servic¸os e residˆencias.

V. CONSIDERAC¸ ˜OESFINAIS

A busca, por parte dos governos, pela diversificac¸˜ao da matriz energ´etica e independˆencia nesse quesito ´e, sem d´uvida, um grande desafio atual. Esse se torna ainda mais delicado numa sociedade contemporˆanea, cuja demanda por energia el´etrica cresce ao longo dos anos. O Brasil, possui grande parte de sua matriz, dependente de fonte h´ıdrica e o investimento em outras fontes para a gerac¸˜ao de energia se faz necess´ario. O pa´ıs possui significativa quantidade de g´as natural em seu territ´orio e deve investir ainda mais na produc¸˜ao do mesmo, dada a sua versatilidade para uso final.

VI. REFERENCIASˆ

1. COSTA, Heloise Helena Lopes Maia da.A regulac¸˜ao da ind´ustria do g´as natural no Brasil:fatos e desafios. Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2003

2.ALBU, A; RIBEIRO, L.M. Estimativa de Reservas de Hidrocarbonetos, Petrobr´as, Rio de Janeiro, 1987

3. Agˆencia Nacional do Petr´oleo, G´as Natural e Biocombust´ıveis. A Cadeia do Petr´oleo e G´as no Brasil. Rio de Janeiro, Maio 2008. Dispon´ıvel em: www.anp.gov.br/wwwanp/?dw=6911htt p : //www.anp.gov.br/wwwanp/?dw = 6911

4. htt p: //www.iee.usp.br/sites/de f ault/ f iles/Seminario%20Lei%20do%20Gas%20− %20Pro f Marcelo.pd f

5.BARALDI, A. An´alise, Modelagem e Otimizac¸˜ao do Ciclo de Refrigerac¸˜ao de Uma Unidade de Processamento de G´as Natural. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2015.

6. htt p: //www.anp.gov.br/wwwanp/images/Palestras/Decio− Oddone08 − 11 − 2017RJ.pdf

7. htt ps : //www.maxwell.vrac.puc −

8. htt p : //www.anp.gov.br/wwwanp/movimentacao − estocagem − e − comercializacao − de − gas − natur al/tr ansporte − de −gas − natur al

9. htt p: //www.rcgi.poli.usp.br/pt −br/estudo−avalia− ex pansao − do − uso − de −gas − natur al − em − sao − paulo/ 10. Agˆencia Nacional de Energia Eletrica. Atlas de Energia El´etrica do Brasil 3a edic¸˜ao. Bras´ılia, 2008. Dispon´ıvel em: htt p: //www2.aneel.gov.br/ar quivos/pd f /atlas3ed.pd f .

11.Agˆencia Nacional de Energia Eletrica. Atlas de Energia El´etrica do Brasil 3a Edic¸˜ao. Bras´ılia, 2008. Dispon´ıvel em: htt p: //www2.aneel.gov.br/ar quivos/pd f /atlas3ed.pd f

12. Agˆencia Nacional do Petr´oleo, G´as Natural e Bio-combust´ıveis. Oportunidades no Mercado de G´as Natural no Brasil. Rio de Janeiro, Novembro 2017. Dispon´ıvel em: htt p: //www.anp.gov.br/wwwanp/images/Palestras/Decio − Oddone08 − 11 − 2017RJ.pdf

13. Agˆencia Nacional do Petr´oleo, G´as Natural e Biocombust´ıveis. Transporte de G´as Natural. Rio de Janeiro, Dezembro 2017 . Dispon´ıvel em: htt p : //www.anp.gov.br/wwwanp/movimentacao − estocagem − e − comercializacao − de − gas − natur al/tr ansporte − de −gas − natural