Avaliação de Correlações e Equações de Estado para Determinação de Fatores de Compressibilidade de Gás Natural

O fator de compressibilidade (Z) de gás natural é utilizado em vários cálculos na engenharia de petróleo (avaliação de formações, perda de carga em tubulações, gradiente de pressão em poços de gás, cálculos de balanço de massa, medição de gás, compressão e processamento de gás). As fontes mais comuns de valores de Z são medições experimentais, caras e demoradas. Essa propriedade também é estimada por correlações empíricas, modelos baseados no princípio dos estados correspondentes ou equações de estado (EOS). Foram avaliadas as capacidades das EOS de Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Patel-Teja (PT), Patel-Teja-Valderrama (PTV), Schmidt-Wenzel (SW), Lawal-Lake-Silberberg (LLS) e AGA-8 para previsão desta propriedade em aproximadamente 2200 pontos de dados experimentais. Estes pontos foram divididos em quatro grupos: Grupo 1 (Presença de frações C7+, Grupo 2 (temperaturas inferiores a 258,15 K), Grupo 3 (pressões superiores a 10000 kPa) e Grupo 4 (pressões inferiores a 10000 kPa). Os cálculos utilizando as equações de estado sob diferentes esquemas de previsão de coeficientes binários de interação foram cuidadosamente investigados. Os resultados sugerem que a EOS AGA-8 apresenta os menores erros para pressões de até 70000 kPa. Entretanto, observou-se uma tendência de aumento nos desvios médios absolutos em função das concentrações de CO2 e H2S. As EOS PTV e a EOS SW são capazes de predizer o fator de compressibilidade (Z) com desvios médios absolutos entre os valores calculados e experimentais com precisão satisfatória para a maioria das aplicações, para uma variada faixa de temperatura e pressão. Este estudo também apresenta uma avaliação de 224 métodos de cálculo de Z onde foram utilizadas 8 correlações combinadas com 4 regras de mistura para estimativa de temperaturas e pressões pseudorreduzidas das amostras, junto com 7 métodos de caracterização das propriedades críticas da fração C7+, quando presente na composição do gás. Em função dos resultados são sugeridas, para diferentes tipos de sistemas, as melhores combinações de correlações com regras de mistura capazes de predizer fatores de compressibilidade (Z) com os menores erros absolutos médios relativos

Modelagem e simulação da formação de hidrocarbonetos na combustão do gás natural

A exaustão de um veículo de motor a diesel é uma importante fonte de poluentes atmosféricos, pois forma uma matriz complexa composta de poluentes regulados e não regulados pelos órgãos governamentais. Dentre os poluentes regulados podemos citar óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado. Os poluentes não regulados são pouco estudados até hoje e dentre estes encontra-se a classe dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e seus derivados nitrados (nitro-HPA). Estes são encontrados na exaustão do diesel na forma gasosa ou agregados ao material particulado. Hoje, o interesse em estudos destes compostos vem aumentando, devido às suas atividades carcinogênicas e mutagênicas às quais estão sujeitas as populações dos centros urbanos. O impacto causado pelos nitro-HPA emitidos por motores a ciclo diesel ao ambiente não está ainda completamente estabelecido. Este estudo consiste na modelagem e simulação do processo de combustão de hidrocarbonetos na faixa de C1 a C4 com o objetivo de descrever a formação de compostos aromáticos, principalmente HPA, e óxidos de nitrogênio a partir de modelos cinéticos de combustão propostos na literatura como referência e fazendo uso do software de simulação Kintecus. Este projeto tem como objetivo em longo prazo propor um modelo cinético para combustão do óleo Diesel. Foi iniciada a construção de um modelo cinético de combustão a partir de modelos de hidrocarbonetos simples de C1 a C4, com formação de aromáticos, HPA e óxidos de nitrogênio. Os modelos originais foram avaliados e modificados a fim de estudar como parâmetros do modelo afetam a concentração das espécies de interesse. Foi observado a tendência de formação de benzeno e fulveno em baixas temperaturas e a tendência de formação de antraceno, pireno, fenantreno a temperaturas mais altas. Foi avaliado que a conversão NO-NO2 ocorre em maiores proporções em reações iniciadas a baixas temperaturas, 600 K. Os resultados indicam que propano é o maior responsável por esta conversão. O modelo final obtido resultou da união dos modelos de combustão Hori e Marinov mais inclusão do GRI-Mech 3.0 e reações adicionais de NOx retiradas da base de dados NIST

Otimização multi-objetivo de projetos de redes de transporte dutoviário de gás natural

Dutos de transmissão são tubulações especialmente desenvolvidas para transportar produtos diversos a longas distâncias e representam a forma mais segura e econômica de transporte para grandes quantidades de fluidos. Os dutos de gás natural, denominados gasodutos, são usados para transportar o gás desde os campos de produção até os centros consumidores, onde o gás é inserido em redes de distribuição para entrega aos consumidores finais. Os gasodutos de transporte apresentam diversas características de monopólio natural, que são o principal argumento econômico para sua regulação. A regulação visa garantir que esta atividade seja explorada de maneira eficiente, refletindo em tarifas de transporte justas para os consumidores e que proporcionem o retorno adequado aos investidores, levando-se em consideração a quantidade de gás transportado. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo propor metodologias de otimização multi-objetivo de projetos de redes de gasodutos de transporte, envolvendo métodos a posteriori. O problema de otimização formulado contempla restrições associadas ao escoamento do gás e o comportamento das estações de compressão. A solução do problema fornece um conjunto de projetos ótimos de redes de transporte em função da maximização da quantidade de gás natural transportado e da minimização da tarifa associada a esse serviço. A ferramenta foi aplicada a diversos estudos de caso com configurações típicas da indústria de transporte de gás natural. Os resultados mostraram que as metodologias propostas são capazes de fornecer subsídios que permitem ao tomador de decisão do ponto de vista regulatório realizar uma análise de trade-off entre a quantidade de gás transportado e a tarifa, buscando assim atender ao interesse da sociedade em relação à exploração do serviço de transporte

A exploração e a produção não convencionais de petróleo e gás natural:uma proposta de regulação não convencional

Esta dissertação debruçou-se sobre o estudo da regulação da exploração e da produção de recursos não convencionais de petróleo e gás natural e de controvérsias acerca da matéria. Partimos de fundamentos e segmentos do Direito Internacional Contemporâneo, sua interseção com o direito interno, precisamente no que diz respeito ao tema da regulação e os seus novos contornos, para então adentrar na regulação propriamente dita dos recursos não convencionais. Após ilustrarmos os diferentes tratamentos conferidos à exploração e à produção de recursos não convencionais no direito comparado, destacamos, como estudo de caso, o tratamento conferido no Brasil à questão e as controvérsias decorrentes dos não convencionais. Ao final, apresentamos algumas proposições com vistas a viabilizar tal atividade não apenas no Brasil como em demais países, por meio de uma regulação não convencional, isto é, elaborada de forma compartilhada e global, pautada nas Melhores Práticas da Indústria, nos princípios de direito internacional e na governança global, que respeite as peculiaridades dos recursos não convencionais e que conte com uma maior aceitação pelos diferentes atores envolvidos e/ou afetados por essa atividade exploratória, por meio da promoção do diálogo e do esclarecimento necessário. Acreditamos que dessa forma estar-se-ia por estimular uma era de ouro global ao gás natural, a considerar todas as suas vantagens perante demais fontes energéticas, proporcionando o desenvolvimento dos Estados de forma ambientalmente sustentável, resguardando-se os interesses dos investidores e, principalmente, dos principais beneficiários da política energética que são os indivíduos.

Gas separation with organo-soluble high performance aromatic polyimide films

An organo-soluble polyimide based on 4,4'-(1,4-phenylenedioxy)diphthalic anhydride and 2,2'-dimethyl-4,4'-methylenedianiline was synthesized by two-step polycondensation accompanied by chemical imidization. Polyimide films were prepared by spray casting onto glass substrates. The study focused on the separation of carbon dioxide (CO2) from natural gas and the enrichment of methane (CH4) from butane (C4H18). The permeability and permselectivity coefficients of these gases were determined.

Vantagens do ciclo combinado a gás natural face a outras tecnologias de produção de energia. Estudo de caso

Seria impensável concebermos os nossos dias sem a utilização de energia eléctrica. Esta forma de energia é responsável pelo desenvolvimento económico e a sua disponibilidade é indicadora da qualidade de vida dos povos. A procura de formas de obtenção desta energia que minimizem os impactes para o ambiente tem levado à adopção de energias renováveis mas também ao desenvolvimento de novas tecnologias que permitam aumentar a eficiência de conversão de energia entre as suas várias formas. Neste sentido procedeu-se à análise de um estudo de caso da central termoeléctrica a gás natural com tecnologia de ciclo combinado da Tapada do Outeiro, Portugal. Living without electricity is nowadays unconceived. The economic growth and quality of life is strongly dependent on this source of energy. The search for new forms of producing electricity in order to minimise environmental impacts has lead to the adoption of renewable energies and to the improvement of new technologies which allow at the same time to reach high efficiency in the process of energy conversion from the chemical form to the electrical one. This article is about a case study of a natural gas turbine power plant with combined cycle, at “Tapada do Outeiro”, Portugal.

Methane contamination of drinking water accompanying gas-well drilling and hydraulic fracturing.

Directional drilling and hydraulic-fracturing technologies are dramatically increasing natural-gas extraction. In aquifers overlying the Marcellus and Utica shale formations of northeastern Pennsylvania and upstate New York, we document systematic evidence for methane contamination of drinking water associated with shale-gas extraction. In active gas-extraction areas (one or more gas wells within 1 km), average and maximum methane concentrations in drinking-water wells increased with proximity to the nearest gas well and were 19.2 and 64 mg CH(4) L(-1) (n = 26), a potential explosion hazard; in contrast, dissolved methane samples in neighboring nonextraction sites (no gas wells within 1 km) within similar geologic formations and hydrogeologic regimes averaged only 1.1 mg L(-1) (P < 0.05; n = 34). Average δ(13)C-CH(4) values of dissolved methane in shallow groundwater were significantly less negative for active than for nonactive sites (-37 ± 7‰ and -54 ± 11‰, respectively; P < 0.0001). These δ(13)C-CH(4) data, coupled with the ratios of methane-to-higher-chain hydrocarbons, and δ(2)H-CH(4) values, are consistent with deeper thermogenic methane sources such as the Marcellus and Utica shales at the active sites and matched gas geochemistry from gas wells nearby. In contrast, lower-concentration samples from shallow groundwater at nonactive sites had isotopic signatures reflecting a more biogenic or mixed biogenic/thermogenic methane source. We found no evidence for contamination of drinking-water samples with deep saline brines or fracturing fluids. We conclude that greater stewardship, data, and-possibly-regulation are needed to ensure the sustainable future of shale-gas extraction and to improve public confidence in its use.

Implications of shale gas development for climate change.

Advances in technologies for extracting oil and gas from shale formations have dramatically increased U.S. production of natural gas. As production expands domestically and abroad, natural gas prices will be lower than without shale gas. Lower prices have two main effects: increasing overall energy consumption, and encouraging substitution away from sources such as coal, nuclear, renewables, and electricity. We examine the evidence and analyze modeling projections to understand how these two dynamics affect greenhouse gas emissions. Most evidence indicates that natural gas as a substitute for coal in electricity production, gasoline in transport, and electricity in buildings decreases greenhouse gases, although as an electricity substitute this depends on the electricity mix displaced. Modeling suggests that absent substantial policy changes, increased natural gas production slightly increases overall energy use, more substantially encourages fuel-switching, and that the combined effect slightly alters economy wide GHG emissions; whether the net effect is a slight decrease or increase depends on modeling assumptions including upstream methane emissions. Our main conclusions are that natural gas can help reduce GHG emissions, but in the absence of targeted climate policy measures, it will not substantially change the course of global GHG concentrations. Abundant natural gas can, however, help reduce the costs of achieving GHG reduction goals.

Gas Hydrate Inhibition: A Review of the Role of Ionic Liquids

Ionic liquids (ILs) are popular designer green chemicals with great potential for use in diverse energy-related applications. Apart from the well-known low vapor pressure, the physical properties of ILs, such as hydrogen-bond-forming capacity, physical state, shape, and size, can be fine-tuned for specific applications. Natural gas hydrates are easily formed in gas pipelines and pose potential problems to the oil and natural gas industry, particularly during deep-sea exploration and production. This review summarizes the recent advances in IL research as dual-function gas hydrate inhibitors. Almost all of the available thermodynamic and kinetic inhibition data in the presence of ILs have been systematically reviewed to evaluate the efficiency of ILs in gas hydrate inhibition, compared to other conventional thermodynamic and kinetic gas hydrate inhibitors. The principles of natural gas hydrate formation, types of gas hydrates and their inhibitors, apparatuses and methods used, reported experimental data, and theoretical methods are thoroughly and critically discussed. The studies in this field will facilitate the design of advanced ILs for energy savings through the development of efficient low-dosage gas hydrate inhibitors.

Molecular simulation of gas adsorption equilibria in nanoporous materials

This work is divided into two distinct parts. The first part consists of the study of the metal organic framework UiO-66Zr, where the aim was to determine the force field that best describes the adsorption equilibrium properties of two different gases, methane and carbon dioxide. The other part of the work focuses on the study of the single wall carbon nanotube topology for ethane adsorption; the aim was to simplify as much as possible the solid-fluid force field model to increase the computational efficiency of the Monte Carlo simulations. The choice of both adsorbents relies on their potential use in adsorption processes, such as the capture and storage of carbon dioxide, natural gas storage, separation of components of biogas, and olefin/paraffin separations. The adsorption studies on the two porous materials were performed by molecular simulation using the grand canonical Monte Carlo (μ,V,T) method, over the temperature range of 298-343 K and pressure range 0.06-70 bar. The calibration curves of pressure and density as a function of chemical potential and temperature for the three adsorbates under study, were obtained Monte Carlo simulation in the canonical ensemble (N,V,T); polynomial fit and interpolation of the obtained data allowed to determine the pressure and gas density at any chemical potential. The adsorption equilibria of methane and carbon dioxide in UiO-66Zr were simulated and compared with the experimental data obtained by Jasmina H. Cavka et al. The results show that the best force field for both gases is a chargeless united-atom force field based on the TraPPE model. Using this validated force field it was possible to estimate the isosteric heats of adsorption and the Henry constants. In the Grand-Canonical Monte Carlo simulations of carbon nanotubes, we conclude that the fastest type of run is obtained with a force field that approximates the nanotube as a smooth cylinder; this approximation gives execution times that are 1.6 times faster than the typical atomistic runs.

Development of new membranes based on ionic liquid materials for gas separation

In the field of energy, natural gas is an essential bridge to a clean, low carbon, renewable energy era. However, natural gas processing and transportation regulation require the removal of contaminant compounds such as carbon dioxide (CO2). Regarding clean air, the increasing atmospheric concentrations of greenhouse gases, specifically CO2, is of particular concern. Therefore, new costeffective, high performance technologies for carbon capture have been researched and the design of materials with the ability to efficiently separate CO2 from other gases is of vital importance.(...)

Power to Gas - sähköenergiasta luonnonkaasua, liiketoimintamahdollisuudet Suomessa

Uusiutuvan sähköntuotannon osuuden kasvaessa kasvaa tarve tasata sähköntuotannon ja kulutuksen vaihteluita varastoimalla sähköä. Power to Gas (PtG) - sähköenergiasta luonnonkaasua tarjoaa yhden mahdollisuuden varastoida sähköä. Sähköä käytetään veden elektrolyysiin, jossa syntynyt vety käytetään metanoinissa yhdessä hiilidioksidin kanssa muodostamaan korvaavaa luonnonkaasua. Näin syntynyttä korvaava luonnonkaasua sähköstä kutsutaan e-SNG-kaasuksi. Tässä työssä tutkitaan PtG-laitoksen investointi, käyttö- ja kunnossapitokuluja. Työssä luodaan laskentamalli, jolla lasketaan PtG-laitoksen neljälle käyttötapaukselle kannattavuuslaskelma. Käyttötapauksille lasketaan myös herkkyystarkasteluja. Kannattavuuslaskelmien perusteella päätellään PtG-laitoksen liiketoimintamahdollisuudet Suomessa. Työssä laskettujen kannattavuuslaskelmien perusteella PtG-laitoksen perustapausten liiketoimintamahdollisuudet ovat huonot. Laskettujen herkkyystarkastelujen perusteella havaittiin, että investointikulut, laitoksen ajoaika ja lisätulot hapesta ja lämmöstä ovat kannattavuuden kannalta kriittisimmät menestystekijät.