GAZE NATURALE SI GAZE PETROLIERE DE SONDA

GAZE NATURALE SI GAZE PETROLIERE DE SONDA

1.1. Economia gazelor naturale Aspecte generale

Prin denumirea generala de 'gaze naturale' se defineste in general gazul metan deoarece metanul reprezinta un procent ridicat de cca. 70-99 % din totalul gazelor naturale care se gasesc in zonele potential exploatabile .Celelalte hidrocarburi care se gasesc alaturi de metan , si care sunt numite si gaze asociate sunt in majoritate formate din etan , propan si butan . Alte componente care se afla in amestec cu metanul sunt azotul , bioxidul de carbon , hidrogenul sulfurat , heliul , argonul , si alte gaze inerte .

Gazul natural se afla acumulat in zacaminte similare celor petroliere , cantitati mici gasindu-se asociate cu petrolul si cu      carbunele . In general zacamintele sunt independente , putand avea , dupa originea geologica , urmatoarea provenienta : degradarea biochimica a materiei organice din rocile sedimentare , de mica adancime si care dateaza in general din ere geologice recente , sau au provenit prin degradarea chimica a rezidurilor organice din rocile

profunde si vechi , procese ce constituie originea celei mai mari parti a gazului metan . Din aceasta ultima categorie fac parte zacamintele din Marea Nordului , Olanda , Romania , etc .

Compozitia gazelor naturale depinde in general de trei factori , si anume :conditiile de temperatura si de presiune ale zacamantului , structura geologica a zonei de extractie si gradul de saturatie la temperatura de iesire din zacamant .

In general zacamintele de gaze naturale se pot imparti in functie de compozitie in doua mari categorii si anume : gaze neasociate sau uscate care contin in special metan in proportie de 99,9 % , si gaze asociate care pe langa metan au un continut de hidrocarburi care poate varia in limite foarte largi intre 1-60 % .Hidrocarburile superioare C2-C4 sunt separate chiar la iesirea din zacamantul respectiv deoarece la presiunea de transport s-ar lichefia si ar produce perturbatii in timpul transptortului prin conducte . In ceea ce priveste alti componenti , prezinta importanta compusii cu sulf care sunt cei mai nedoriti deoarece in procesele de prelucrare inhibeaza catalizatorii si produc substante toxice si corozive , ceea ce impune inlaturarea lor inainte de utilizarea gazelor in procesele tehnologice .

Compusii inerti sunt nepoluanti dar conduc la diminuarea potentialului caloric sau tehnologic.Din aceasta categorie heliul prezinta un interes economic deosebit deoarece are o gama din ce in ce mai larga de utilizari si pana in prezent constituie singura sursa de preparare industriala

In functie de natura si numarul componentilor asociati cu metanul din zacamintele naturale , 'gazul brut' este supus unor procese variate de separare , purificare si prelucrare . De remarcat este faptul ca in conceptia moderna a valorificarii complexe componentelor din gazul natural se considera ca se pot valorifica tehnologic integral toate aceste componente , iar eficienta economica a utilizarii acestei pretioase materii prime depinde in special de randamentul cu care se transforma toate componentele in produse tehnologice sau de uz casnic utile .

1. Rezervele , productia si consumul de gaz natural pe plan mondial

Utilizarea industriala a gazelor naturale a inceput din anul 1930 sub forma unei industrii firave . Odata cu intrarea in circuitul economic mondial , gazele naturale au devenit din ce in ce mai solicitate de catre comsumatori datorita avantajelor tehnologice si energetice pe care le prezinta . Urmare a cresterii continue a consumului , in ultimile trei decenii se observa o preocupare permanenta pentru dezvoltarea cercetarii geologice de noi surse si a cercetarii tehnologice in scopul valorificarii superioare a acestei forme de energie primara

Rezervele mondiale de gaze naturale si petrol repartizate pe principalele zone si tari sunt prezentate in tabelul urmator . O mare parte din rezervele de gaze naturale se afla in zone indepartate, in tari cu o industrie mai putin dezvoltata , fapt care a determinat organizarea transportului de gaze la distante mari pentru echilibrarea balantelor energetice si satisfacerea cererii marilor consumatori din tarile cu industrie puternic dezvoltata

REPARTITIA PRINCIPALELOR ZACAMINTE DE GAZE NATURALE PE GLOB

REZERVELE MONDIALE DE PETROL SI GAZE NATURALE

Pentru a transporta gazul natural la mare distanta sunt necesare urmatoarele operatiuni: extractia , tratarea , care consta in eliminarea urmelor de apa , separarea hidrocarburilor superioare , eliminarea agentilor corozivi dintre care compusii cu sulf sunt pe primul loc , si in final diminuarea efectului gazelor inerte .Pentru realizarea acestor faze de tratament in general sunt necesare doua tipuri de instalatii : pentru desulfitare si pentru dezbenzinare . Dupa tratarea primara , gazul se transporta la marii consumatori sub forma de gaz comprimat sau lichefiat pe conducte , sau cu cisterne ori tancuri speciale care pot fi confectionate pentru transportul terestru sau maritim . Deoarece intre diversii consumatori si zonele cu rezerve potentiale sunt distante si solicitari diferite, s-au dezvoltat diferite variante de transport . Totusi trebuie remarcat faptul ca varianta transportului gazului in stare lichefiata este mai economica in conditiile contractelor preconizate datorita faptului ca potentialul mare producator - Orientul Mijlociu - nu este legat continental de marii consumatori . S.U.A., tara cu cel mai mare consum de gaze naturale , are perpectiva cea mai apropiata a epuizarii rezervelor certe in circa 10 ani , si datorita acestui fapt a studiat cu precadere posibilitatea transportului de gaze naturale lichefiate la mare distanta . Dezvoltarea tehnologiilor de transport la mare distanta a deschis noi perspective productiei si consumului de gaze naturale si deci a tehnologiilor de prelucrare si consum .

PRINCIPALII CURENTI DE TRANSPORT MARITIM AI GAZELOR NATURALE PE GLOB

1. Gazele petroliere

Principala sursa de componenti gazosi in rafinariile de titei - gazele petroliere cunoscute si sub denumirea de gaze de sonda sau gaze de rafinarie - o constituie instalatiile de stabilizare a gazolinelor si benzinelor - precum si instalatiile de prelucrare termica si catalitica fractiilor de titei .

Continutul initial de hidrocarburi gazoase dizolvate in titei si care sunt separabile in cursul operatiilor de separare primara variaza mult cu natura si conditiile de extractie si transport ale titeiurilor si se situeaza de obicei sub 0,3 % propan si 0,2 - 1,4 % butan .

Gazele rezultate in instalatiile de degazolinare au dupa racire si comprimare la 25 atm. un continut ridicat in componenti C2 -C5 , asa cum rezulta si din urmatoarea compozitie 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. , alti componenti 2-4 % g.

Compozitia gazelor rezultate de la instalatiile de stabilizare este dependenta atat de modul de operare cat si de strategia tehnologica de prelucrare a materiilor prime care determina filiera tehnologica de prelucrare.

Gazele rezultate prin aplicarea procedeelor de prelucrare termica si catalitica a titeiului si a fractiilor superioare constituie una din sursele importante de hidrocarburi C2-C5. In functie de compozitia diferitelor zacaminte de hidrocarburi naturale precum si in raport cu diversitatea tehnologiilor de prelucrare primara se pot obtine multiple compozitii de gaze pentru fiecare caz in parte .

Data fiind importanta utilizarii acestor materii prime pentru industria petrochimica si a faptului ca sursele naturale sunt limitate si epuizabile , in prezent se manifesta o tot mai mare preocupare pe plan mondial in scopul maririi productiei de etan , propan si alte fractii usoare prin procese catalitice , folosind ca materii prime fractiunile grele din titei .

Curentii de transport ai acestor categorii de gaze se suprapun pe curentii de transport ai titeiului , dinspre zonele producatoare si care poseda si facilitatile de prelucrare respective , dar si din zonele importatoare de petrol brut pe care-l prelucreaza si il exporta ulterior sub forma de produse finite.

Gaze lichefiate transportate pe mare

Prin lichefierea gazelor se intelege trecerea unui gaz in stare lichida , lichefierea facandu-se prin urmatoarele procedee:

Lichefierea prin racire .Prin acest procedeu , gazul , aflat initial la parametrii atmosferici , este racit la o presiune atmosferica constanta pana la atingerea temperaturii de saturatie corespunzatoare temperaturii atmosferice .

Lichefierea prin comprimare . Prin acest procedeu gazul este comprimat in una sau mai multe trepte pana la atingerea presiunii de saturatie corespunzatoare temperaturii atmosferice. Pentru ca acest lucru sa fie posibil este necesar ca parametrii critici ai gazului sa fie superiori parametrilor atmosferici. Un gaz racit sub temperatura sa critica poate fi lichefiat si prin cresterea presiunii exercitate asupra sa.

Cele mai uzuale transporturi de gaze lichefiate transportate pe mare cuprind urmatoarele categorii :

a. gaze petroliere lichefiate - LPG - ( liquefied petroleum gas ) , din care fac parte butanul, propanul , isoprenul , butadiena , butilena , propilena etc .

b. gaze chimice lichefiate - CLG - ( chemical liquefied gas ) , din care fac parte amoniacul , clorura de vinil ( VCM ) , oxidul de etilena , oxidul de propilena , clorul etc .

c. etilena ( etylene )

d. gaz natural lichefiate - LNG - ( liquefied natural gas ) , care este un amestec format in principal pe baza de metan si in proportii mai mici gazele asociate ( etan , propan si butan), precum si alte componente ca azotul , bioxidul de carbon , hidrogennul sulfurat , heliul , argonul si alte gaze inerte .

Transportul pe mare al gazelor lichefiate a inceput prin anii 1920, odata cu transportarea primelor incarcaturi de propan si butan in tancuri presurizate, la temperatura mediului ambiant. Prin anii 1950 gazele lichefiate au inceput sa fie patial refrigerate, iar navele sa fie dotate cu cargotancuri pentru temperaturi scazute .

Incepand cu anii 1960 , au aparut nave complet refrigerate care transportau LPG , LNG si etilena la presiunea atmosferica In acelasi timp , transportul amoniacului a devenit o operatiune obisnuita, iar transportul gazelor chimice ca butadiena, a devenit o operatiune comerciala comuna

Marfa gazoasa este transportata in stare lichefiata intrucat lichidul ocupa un volum de 850 de ori mai mic decat volumul ocupat de gaz , ceea ce inseamna ca se poate tramsporta o cantitate mult mai mare de gaze .

Daca marfa este transportata presurizat, la temperatura mediului ambiant, cargotancurile trebuie sa fie capabile sa reziste la presiunea marfii la o temperatura anticipata ca fiind cea mai ridicata care se poate intalni pe toata durata marsului cu nava incarcata

In cazul in care marfa este transportata la o temperatura mai mica decat temperatura mediului inconjurator, cargotancurile trebuie sa fie capabile sa reziste la presiunea marfii, iar materialele din care sunt confectionate trebuie sa fie ductile la temperatura marfii si sa fie compatibile cu aceasta .De asemenea , cargotancurile trebuie sa fie izolate .

Gazul in stare lichida dintr-un rezervor este in echilibru de presiune cu vaporii sai . Fiecarei presiuni ii corespunde o temperatura bine determinata. Orice modificare a temperaturii in rezervor produce o evaporare (daca exista un aport de caldura) sau o condensare ( daca exista o racire ) pana ce reapare un nou echilibru sub o presiune mai mare , respectiv mai mica . Cuplul temperatura - presiune este deci un parametru caracteristic conditiilor de transport al produsului .

Temperaturile atmosferice intalnite pe mare variaza intre - 25^o C. si +45^oC .Din aceasta cauza conditiile de referinta pentru transportul de gaze au fost fixate la + 45^oC pentru temperatura si la o atmosfera 1,013 bar ) pentru presiune. Aceasta inseamna ca navele trebuie sa pastreze si sa transporte produse de incarcatura lichida in aceste conditii. In special navele care transporta produse al caror punct de fierbere la presiunea atmosferica este inferior valorii de + 45^o C si vor trebui sa aiba doua instalatii de racire capabile sa mentina produsul sub forma lichida sau sa posede o izolatie pentru a intarzia cat mai mult posibil evaporarea .

Modul de transport al gazelor lichefiate este pus in evidenta de caracteristicile termodinamice ale gazelor. Principalele caracteristici ale celor mai uzuale gaze intalnite in transporturile comerciale comune sunt urmatoarele :

a. Presiunea

Prin presiune se intelege raportul dintre marimea fortei care apasa normal si uniform pe o suprafata practic plana si aria acelei suprafete. In cazul gazelor intalnim urmatoarele notiuni in legatura cu presiunea :

presiunea gazelor, este presiunea exercitata de un gaz asupra peretilor vasului in care este depozitat , fiind produsa de ciocnirea moleculelor gazului de peretii vasului .

presiunea absoluta, este presiunea fata de vidul absolut, respectiv presiunea zero, fiind numita si presiunea barometrica

presiunea atmosferica , este presiunea exercitata de atmosfera si este egala cu aproximativ 1,033 Kg/cm.p. Presiunea atmosferica variaza dupa conditiile atmosferice locale si dupa altitudinea locului .

Presiunea de vapori , este presiunea exercitata de catre vaporii unui lichid asupra peretilor vasului in care este depozitat lichidul .Aceasta presiune are un maxim care depinde numai de natura substantei si de temperatura

presiunea de vaporizare, este presiunea la care are loc trecerea unui lichid in stare de vapori , la o temperatura data

b. Temperatura

Prin temperatura se defineste marimea caracteristica a starii termice a unui corp. Aceasta poate fi :

temperatura absoluta , este temperatura masurata pe scara absoluta ( Kelvin ) . Punctul zero al scarii absolute se ia temperatura de - 273,16 ^o C , la care moleculele unui gaz

perfect nu mai poseda energie cinetica . Pentru a transforma gradele Celsius in grade absolute se aduna gradele Celsius la valoarea punctului zero .

temperatura critica a gazului , este considerata a fi temperatura peste care acel gaz nu mai poate fi lichefiat numai prin presiune .Se disting astfel ,gazele avand o temperatura critica peste mediul ambiant si care pot fi lichefiate prin simpla compresiune ( propan, butan, butadiena , amoniac etc .) ,temperatura lor de lichefiere la presiune atmosferica fiind intotdeauna superioara temperaturii de - 50^o C , si gazele care au temperatura critica sub mediul ambiant. Acestea trebuie sa fie puternic refrigerate pentru a fi transportate in stare lichida (metan, etilena). Temperatura lor de lichefiere la presiune atmosferica este inferioara temperaturii de - 100^o C .

temperatura de fierbere , este temperatura la care o substanta fierbe . Valoarea ei depinde de temperatura exterioara . Se numeste temperatura normala de fierbere, temperatura la care substanta fierbe sub o presiune de 760 mm Hg .

temperatura de topire , reprezinta temperatura la care un corp trece din stare solida in stare lichida Aceasta temperatura depinde de presiunea exercitata asupra corpului respectiv .

c. Starea lichida

Prin starea lichida se intelege starea materiei , intermediara intre starea solida si starea gazoasa . Un corp in stare lichida are un volum definit , dar nu are forma proprie , luand forma vasului in care se afla depozitat .

d. Starea de vapori

Vaporii sunt gaze reale care se afla in apropierea punctului de lichefiere . Orice gaz real poate lichefia in anumite conditii de presiune si temperatura . La presiuni scazute si temperaturi ridicate , vaporii tind catre comportamentul gazului perfect . Pe timpul procesului de vaporizare temperatura ramane constanta. Procesul de vaporizare continua pana la transformarea integrala a lichidului in vapori .

e. Vaporizarea

Vaporizarea reprezinta trecerea unei substante din stare lichida in stare de vapori. Cand aceasta trecere are loc la o temperatura la care presiunea vaporilor produsi este egala cu presiunea exterioara sub care se afla lichidul , acesta fierbe. Vaporizarea gazelor poate fi :

discontinua , atunci cand vaporii din partea superioara a tancului sunt extrasi , producand fierberea lichidului din tanc si avand ca efect scaderea temperaturii .La un amestec de butan si propan , elementele cele mai volatile tind sa se evapore primele astfel ca, proportiile care formeaza amestecul se modifica si dupa un timp oarecare este posibil sa ramana numai butanul pur.

brusca , vaporizarea are loc atunci cand lichidul este extras de la partea inferioara a tancului si este introdus intr-un vaporizor unde are loc vaporizarea consistentii unui amestec ramas