Grande Química: Gás Natural Liquefeito

Jun 12, 2023

O tema da energia tem sido uma prioridade para nós desde que o primeiro de nossos ancestrais desceu das árvores em busca de algo para comer que não os comesse. Mas em um mundo onde a luta interminável por energia foi abstraída para o toque de um dedo em um interruptor de luz ou termostato, graças a forças geopolíticas, muitos de nós agora enfrentamos a ira do inverno com uma visão completamente diferente do que é preciso. para ficar aquecido.

O problema não é necessariamente que não temos energia suficiente, é mais que o que temos não é distribuído uniformemente nem facilmente obtido. Mover a energia de onde ela é produzida para onde ela é necessária raramente é uma questão simples e geralmente apresenta desafios de engenharia significativos e interessantes. Isso é especialmente verdadeiro para fontes de energia que não ocupam muito espaço em um espaço pequeno, como o gás natural. Atravessá-lo em um continente já é bastante desafiador; atravessá-lo por um oceano é outra coisa, e é aí que o gás natural liquefeito, ou GNL, entra em cena.

Antes de começarmos a ver como o GNL é feito, é melhor começar perguntando por que precisamos do GNL em primeiro lugar. Afinal, temos uma infraestrutura de dutos incrivelmente complexa, abrangendo todo o continente, otimizada para o transporte a granel de longa distância de gás natural. Por que se preocupar em passar por todo o esforço e despesa de liquefazer o gás natural?

Em uma palavra: oceanos. Essas vastas redes de dutos praticamente terminam na beira da água e, embora certamente existam alguns dutos de gás natural submarinos, eventos recentes nos mostraram o quão vulneráveis ​​eles podem ser. Assim, o transporte marítimo de gás natural tornou-se um meio necessário para mover a energia do ponto A ao ponto B. E para fazer isso de forma eficiente, você precisa reduzir drasticamente seu volume. Transformar o gás natural em líquido faz exatamente isso: aumenta sua densidade em 600 vezes, tornando viável o transporte a granel.

A matéria-prima para o gás natural liquefeito é, obviamente, o gás natural. Já cobrimos bastante sobre o processo de coleta e distribuição de gás natural, mas resumidamente, o gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos como metano e etano produzidos a partir da decomposição de biomassa antiga em formações geológicas. Junto com hidrocarbonetos líquidos e contaminantes como nitrogênio, dióxido de carbono, compostos contendo enxofre e vapor d'água, o gás se acumula em reservatórios subterrâneos que são extraídos por perfuração.

O gás natural bruto é transportado, sob sua pressão natural ou com a ajuda de enormes compressores, por meio de dutos até as usinas que limpam o gás. Recuperar enxofre e hélio, ambos elementos químicos valiosos, do gás bruto é especialmente importante, mas também é importante remover contaminantes de baixo valor, como água e CO2, do gás natural, pois ambos podem causar problemas de congelamento no futuro. A água é removida borbulhando o gás natural bruto através de trietilenoglicol (TEG), uma solução extremamente higroscópica, enquanto o CO2 é removido usando um purificador de amina, que expõe o gás bruto ácido a soluções de amina contendo nitrogênio, como dietilamina (DEA), que adsorve o CO2. Após purificação adicional, que remove quaisquer hidrocarbonetos mais pesados ​​remanescentes e contaminantes como o mercúrio, que não se comporta quando exposto ao alumínio e ao aço inoxidável, a matéria-prima do gás natural é cerca de 85% a 90% de metano (CH4), sendo o restante uma mistura de etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10).

O gás natural limpo e seco está pronto para a liquefação. Como a maioria dos gases, o gás natural se condensa em um líquido quando sua temperatura cai abaixo de seu ponto de ebulição, que é -161,5°C para o metano. Portanto, para produzir GNL, é necessário um processo criogênico em escala industrial. A maior parte do GNL hoje é feita com um processo chamado C3MR, que é um sistema de resfriamento progressivo de circuito duplo. O "C3" refere-se ao propano, um composto de três carbonos usado como refrigerante no circuito de pré-resfriamento. Cada metade do ciclo é essencialmente a mesma encontrada em qualquer refrigerador, embora muito diferente em escala. No estágio de pré-resfriamento, o propano líquido passa por uma válvula de expansão, o que causa uma mudança de fase e uma queda brusca de temperatura. O propano resfriado remove o calor do gás natural por meio de um trocador de calor, o propano é comprimido com um compressor de três estágios e o calor é removido por meio de um condensador para que o ciclo possa recomeçar.