O
gás natural como matéria prima ou insumo é utilizado
em quatro conjuntos principais de processos: a alimentação
direta (combustão e potência), a siderurgia, a produção
de combustíveis sintéticos e a produção
de gasoquímicos. O enfoque de valorização do
insumo gás natural é diferenciado em cada uma destas
vias principais.
A primeira via caracteriza o gás natural como
um combustível para atendimento térmico direto residencial,
comercial ou industrial, para geração de potência
de acionamento em termelétricas ou processos industriais e
como carburante para o transporte, proporcionando a menor valorização
possível.
A segunda via, que exige menor investimento inicial,
quando comparada às seguintes, e resulta em menor valorização
do insumo é, por exemplo, a aplicação siderúrgica,
onde o gás natural é usado como redutor siderúrgico
no processamento de minérios.
A terceira via necessita de investimento maiores e
agrega mais valor ao insumo, utilizando o gás natural como
matéria prima básica de processos de produção
de combustíveis sintéticos como gasolina, nafta, querosene,
gasóleo, óleos lubrificantes, óleo diesel, parafina
e outros.
A quarta via, que requer investimentos de magnitude
bastante elevada e valoriza o insumo gás natural de forma específica
é a produção de gasoquímicos, que são
a base da indústria moderna. Gasoquímica é a
produção de petroquímicos à partir do
gás natural que se diferencia da produção tradicional
a partir de derivados do petróleo pelo insumo básico
e por inúmeras vantagens, em particular a redução
expressiva de impactos ambientais. Os produtos são os mesmos,
eteno, propeno, buteno, polímeros(polietileno e polipropileno),
matéria prima na fabricação de fibras sintéticas,
borrachas sintéticas, plásticos, revestimentos, química
automotiva, produtos nitrogenados, detergentes e outros.
1.1 Métodos Básicos de Conversão
Variados são os métodos de conversão
aplicáveis ao gás natural para quebrar ou rearranjar
as moléculas de seus principais componentes: metano, etano,
propano e butano. Incluem-se entre estes métodos processos
térmicos, elétricos, catalíticos e fotossintéticos
com ou sem adição de elementos como o oxigênio,
o cloro ou o nitrogênio, entre outros.
O metano (CH4), principal componente do gás
natural, tem um elevado equilíbrio molecular devido à
sua distribuição e geometria e, portanto é o
hidrocarboneto mais difícil de quebrar o craquear.
Estão apresentados a seguir alguns processos
básicos aplicados direta ou indiretamente na conversão
do gás natural em matéria prima básica da indústria
química.
1.1.1 Decomposição Térmica,
Catalítica e Elétrica
É a divisão da molécula do hidrocarboneto
em partes menores ou em carbono e hidrogênio dissociados, através
de aquecimento (pirólise), aquecimento com efeito adicional
de catalisadores ou de descargas elétricas.
1.1.2 Oxidação Térmica
ou Catalítica
É a reação da molécula
do hidrocarboneto com oxigênio, ar atmosférico ou oxigênio
aditivado, ativada por calor o catálise, na qual o oxigênio
é introduzido na molécula do hidrocarboneto ou a molécula
é transformada em monóxido de carbono e hidrogênio,
dióxido de carbono e hidrogênio ou dióxido de
carbono e água.
1.1.3 Halogenação Térmica,
Catalítica ou Fotolítica
É a reação da molécula
do hidrocarboneto com um halogênio flúor (F2),
cloro (Cl2), bromo (Br2) ou iodo (I2), ativada por calor, catálise
ou luz, onde um ou mais átomos do halogênio substituem
um número equivalente de átomos de hidrogênio.
1.1.4 Nitrogenação Térmica
ou Fase Vapor
É a reação da molécula
do hidrocarboneto com ácido nítrico (HNO3), acelerada
por calor e pressão onde uma molécula de dióxido
de nitrogênio (NO2) substitui o átomo de hidrogênio.
1.1.5 Sulfuração
É a reação da molécula
do hidrocarboneto com enxofre (S) ou sulfito de hidrogênio (H2S)
para formar compostos sulfurados tais como sulfitos orgânicos,
mercaptans e disulfitos.
1.1.6 Desulfuração Catalítica
Remoção do átomo de enxofre de
moléculas hidrogênio-carbono-enxofre para produzir moléculas
livres de enxofre ativada através de catálise e fornecimento
de calor.
1.1.7
Hidrogenação Termo-catalítica ou Catalítica
É a adição de átomos de
hidrogênio (H2) à molécula do hidrocarboneto,
ativada por calor e catálise ou apenas catálise, para
produzir uma ou mais molécula saturadas (rica em hidrogênio).
A hidrogenação é chamada destrutiva quando a
molécula original do hidrocarboneto é quebrada para
formar mais de uma molécula hidrogenada menor ou, não
destrutiva quando a quebra da molécula original não
ocorre e o hidrogênio é apenas adicionado.
1.1.8 De-hidrogenação Térmica
ou Catalítica
É uma forma de decomposição controlada
onde átomos de hidrogênio são removidos da molécula
original do hidrocarboneto para formar uma molécula menos saturada
ou insaturada. A de-hidrogenação é chamada destrutiva
quando a molécula original do hidrocarboneto é quebrada
para formar mais de uma molécula menor ou, não destrutiva
quando não ocorre quebra de ligação carbono-carbono.
1.1.9 Alkylation Térmica ou Catalítica
É a união química de um radical
ALKYL e uma molécula de hidrocarboneto, usada em particular
para realizar a combinação de uma olefina e uma iso-parafina
ou aromática em condições de elevada temperatura
ou na presença de catalisadores.
1.1.10 Polimerização Térmica
ou Catalítica
É a combinação de pequenas moléculas
ou monômeros em cadeias moleculares ou polímeros de grande
peso molecular. A polimerização é chamada seletiva
quando agrupa as moléculas sem alterar sua composição
inicial básica e não seletiva quando forma compostos
cuja composição é diferente da original.
1.1.11 Isomerização Térmica
ou Catalítica
É a transformação da estrutura
molecular de um hidrocarboneto sem modificar sua composição
empírica ou seu peso molecular.
1.1.12 Aromatização ou Ciclização
Térmica ou Catalítica
É a conversão de moléculas de
hidrocarbonetos parafínicos ou olefínicos em moléculas
cíclicas ou aromáticas. É acompanhado por de-hidrogenação
e polimerização prévia em alguns casos, quando
a matéria prima é um hidrocarboneto gasoso.
1.1.13 Síntese de Hidrocarbonetos
Formação de hidrocarbonetos a partir
de materiais orgânicos ou inorgânicos idênticos
aos produzidos à partir do petróleo através de
processos sintéticos.
1.2. Aplicações
1.2.1 Gás Liqüefeito de Petróleo
(GLP) e Gasolina Natural
Como se sabe, o gás natural proveniente de poços
em alta pressão devem passar por separadores que efetuam a
remoção de impurezas e hidrocarbonetos condensados.
Muitos gases naturais contém quantidade suficiente de octano
(C8H18), butano (C4H10) e propano (C3H8) que garantem a instalação
de uma planta para produção de GLP e Gasolina Natural.
Estes produtos oriundos do gás natural são de qualidade
superior ao resultante dos processos de refino do petróleo.
Considerando que em uma refinaria só é
possível extrair do petróleo, no máximo 8 % de
GLP, a produção deste combustível a partir do
gás natural pode atingir proporções significativas
do mercado, sendo mais importante ressaltar a íntima relação
entre o crescimento da produção de gás natural
e a produção de GLP, demonstrando de forma definitiva
que estes não são combustíveis concorrentes e
que a economicidade da cadeia produtiva do gás natural é
dependente da comercialização do GLP.
1.2.2 Siderurgia
O gás natural é aplicado na siderurgia
principalmente como redutor na fabricação de ferro esponja.
Este processo de produção de ferro esponja, matéria
prima rica em ferro e carbono utilizada para a produção
de aço, teve ampliação da aplicação
devido ao aumento das fontes de gases redutores e às exigências
de mercado por produtos de maior qualidade.
No processo de redução direta o óxido
de ferro (Fe2O3), em pelotas ou pedaços, é convertido
em ferro de alta pureza através da sua reação
com o Hidrogênio e o Monóxido de Carbono, como pode ser
visto na Tabela 1.
Tabela 1 Processo Químico de Redução
do Óxido de Ferro
Redução
Carbonização
Reforma
Fe2O3
+ 3H2 => 2Fe + 3H2O
3Fe
+ 2CO=>Fe3C + CO2
CH4
+ CO2 => 2CO + 2H2
Fe2O3
+ 3CO => 2Fe + 3CO2
3Fe
+ CH4 => Fe3C + 2H2
CH4
+ H20 => CO + 3 H2
O minério é introduzido em um reator onde,
numa zona de redução, é aquecido e o oxigênio
removido e substituído pelo carbono contido no contrafluxo de
gás de redução contendo hidrogênio e monóxido
de cabono, como pode ser visto na Figura 1.
Figura
1 Reator de Redução
Fonte: Direct From Midrex, 1st Quarter 2000
Na
zona de resfriamento, o gás em contrafluxo resfria o ferro e
eleva seu teor de carbono, o processo de carbonização,
chegando à índices de 3 a 4 % de teor de carbono.
O
gás de redução é gerado a partir de uma
mistura de gás natural e gás reciclado oriundo do reator,
como pode ser visto na Figura 2. Esta mistura é quimicamente
convertida em uma mistura de 90 à 92 % de Hidrogênio e
Monóxido de Carbono em um conversor catalítico
Figura
2 Processo de Redução de Minério de Ferro
Fonte: Direct From Midrex, 1st Quarter 2000
A
tecnologia de produção de ferro esponja com redução
usando gás natural como combustível é o processo
energeticamente mais eficiente e a MIDREX, empresa detentora desta é
a líder mundial em produção, servindo de referência
para o setor.
O consumo médio de gás natural por tonelada
de ferro esponja produzido é 250 Nm3. Considerando que dos 39
milhões de toneladas produzidas no ano de 1999, 67 % aplicaram
este processo, o consumo de gás natural para fins siderúrgicos
foi da ordem de 6,5 bilhões de Nm3.
1.2.3 Petroquímicos
Dentro da perspectiva de valorização do
gás natural superior à seu uso como combustível
está o seu uso como matéria-prima de substituição
na petroquímica e alcoolquímica.
Vários produtos químicos intermediários
podem ser sintetizados, direta ou indiretamente, a partir das transformações
do metano, chamada também de Química do C1. De uma maneira
geral é possível dividir estes produtos em três
categorias:
Derivados
diretos do metano ou de primeira geração, principalmente
os clorados e o ácido cianídrico;
Derivados
de segunda e terceira gerações, principalmente baseados
nos gases de síntese (metanol e amônia), os álcoois
oxo, acrilatos, fosfogeno, acetaldeído, ácido acético,
etileno glicol e acetato de vinila;
Derivados
de gerações superiores, que têm como origem os
produtos dos dois grupos citados;
1.2.3.1
Gases de Síntese
Os hidrocarbonetos do gás natural são colocados
a reagir com vapor em presença de catalisadores e a altas temperaturas
para produção de hidrogênio(H2), carbono(C) e óxidos
de carbono(COx). A utilização de outros catalisadores
permite a conversão completa dos hidrocarbonetos em óxidos
de carbono e hidrogênio. A altas temperaturas este processo pode
ser realizado com oxigênio sem a adição de catalizadores.
As misturas de hidrogênio e óxidos de carbono
são chamadas gases de síntese e se aplicam em diversos
processos.
1.2.3.2 Misturas Hidrogênio e Monóxido
de Carbono
O gás de síntese resultante da reação
entre vapor e hidrocarbonetos do gás natural é uma mistura
de hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono
e metano. A partir deste gás se produz uma mistura composta apenas
por hidrogênio e monóxido de carbono com diferentes composições
adequadas às várias operações de síntese
como a produção de metanol, álcoois Oxo e aplicação
no processo Fischer-Tropsch[1].
1.2.3.3 Hidrogênio
Há elevada demanda de hidrogênio para o
processos de hidrogenação de produtos do petróleo,
da petroquímica, da química e da indústria alimentícia.
A produção de hidrogênio à partir do gás
natural se realiza através de processos de oxidação
parcial ou reforma por vapor que resultam em misturas de hidrogênio
e óxidos de carbono. A partir deste gás de síntese
os óxidos de carbono são removidos e o gás rico
em hidrogênio é resfriado à baixas temperaturas
e sua purificação realizada por fracionamento. O processo
final de liquefação do hidrogênio ocorre a temperatura
inferior a 230 ºC.
A produção de hidrogênio de elevada
pureza à partir do gás natural exige um circuito de produção
com etapas de purificação e limpeza do gás, produção
de hidrogênio, purificação do hidrogênio,
reativação por aminas e a compressão e armazenagem
do hidrogênio puro.
1.2.3.4 Amônia Sintética e seus Produtos
A produção de amônia sintética
pode ser realizada utilizando-se gás natural como fonte de hidrogênio,
uma vez que aquele possui uma percentagem relativamente grande deste,
uma vantagem no processo da amônia.
Aproximadamente metade do gás natural utilizado
se destina ao processo em si e como combustível de acionamento
de compressores de refrigeração. O restante se destina
à caldeira e como gás de reforma. O total consumido é
de aproximadamente 900 Nm3 por tonelada de amônia produzida.
O gás natural é inicialmente transformado
em gás d síntese e posteriormente, numa seqüência
de tratamentos térmicos, elevação de pressão,
trocas químicas e catalíticas a mistura contém
apenas hidrogênio, nitrogênio e traços de metano,
argônio e outros inerte, sendo então processado e transformado
em amônia (NH3).
Em processamento adicional amônia é convertida
em uréia e outros fertilizantes.
1.2.3.5 Metanol
A partir de um gás de síntese, oriundo
dos hidrocarbonetos do gás natural, com composição
de 2 (duas) partes de hidrogênio para 1 (uma) parte de monóxido
de carbono, estes são combinados para a formação
do metanol em presença de vapor dágua, à
pressão de 35 MPa e 400 ºC.
O metanol ou álcool metílico (CH3OH) é
utilizado para diversas finalidades na indústria química
como fabricação de formal-formaldeídos para matérias
plásticas, filmes e poliésteres e solventes diversos,
ácido acético e metil terciário butil éter
(MTBE) ou como combustível. Sua obtenção à
partir do gás natural é fácil, em processos de
baixa pressão e fabricação mais econômica
em comparação à outras matérias primas.
O metanol oferece risco de explosão, apresenta
elevada agressividade ao alumínio e certas matéria plásticas
e seu vapor é tóxico, sendo a concentração
acima de 220 ppm/m3 de ar suficiente para causar distúrbios digestivos
e da visão.
Como combustível pode ser empregado misturando-se
à gasolina numa proporção de 10 % de metanol e
10 % de etanol para veículos auto motores, em células
combustíveis ou em turbinas a gás.
No Brasil o metanol não apresenta nenhuma vantagem
comparado ao álcool de cana de açúcar, que tem
um poder calorífico de 27,2 MJ/kg e não oferece riscos.
1.2.3.6 Eteno e Derivados Superiores
O eteno e o propeno ocupam o primeiro lugar em importância
como matéria-prima da indústria química. Sua produção
comercial é tradicionalmente obtida por recuperação
dos gases de refinaria de petróleo, craqueamento térmico
de hidrocarbonetos leves, principalmente etano e propano, ou uma combinação
destes dois processos.
A recuperação do eteno é geralmente
realizada em processos de fracionamento e absorção a baixa
temperatura e pressões de moderadas a altas.
A tecnologia de conversão do gás natural
em olefinas, conhecida como GTO (Gas to Olefins) está baseada
em um processo de conversão de metanol em olefinas, principalmente
eteno e propeno e também o buteno, conhecido como MTO (Methanol
to Olefins).
Como insumo o gás natural é primeiramente
convertido em metanol, através da produção dos
gases de síntese.
No processo MTO o metanol é convertido de forma
controlada em uma peneira molecular sintética porosa composta
por óxidos de silicone, alumínio e fósforo. Estes
materiais são combinados com outros componentes catalisadores
para converter o metanol seletivamente em olefinas leves.
Assim, o processo GTO é uma combinação
da produção de gás de síntese, produção
de metanol e conversão do metanol em olefinas, como pode ser
visto na Figura 3 e Figura 4 abaixo.
Figura
3 Esquema do Processo GTO Gas to Olefins
Fonte: Pétrole e Techniques, n.º417, pag.
117
Figura 4 Processo MTO de Produção
de Polímeros
Fonte: Pétrole e Techniques, n.º417, pag.
117
O
processo MTO apresenta uma eficiência global de 80 %, com base
no metanol utilizado, e permite uma produção de eteno
e propeno em proporções que variam de 0,75:1 a 1,5: 1,
modificando as condições do reator, visto na Figura 5.
Estas características demonstram um processo de elevada rendimento
com suficiente flexibilidade para atender às oscilações
de demanda do mercado.
Figura
5 Proporção dos Produtos no Processo MTO
Fonte: Pétrole e Techniques, n.º417, pag.
117
1.2.3.7
Acetileno
O princípio fundamental que orienta todos os processos
de quebra de hidrocarbonetos para a produção de acetileno
se baseia na rápida elevação da temperatura do
gás até os valores de processo e na obtenção
do produto após um curto período de reação.
As reações químicas de produção
do acetileno (C2H2) a partir de hidrocarbonetos são endotérmicas
e três métodos podem ser utilizados para fornecer o calor:
arco elétrico ou centelha, calor de combustíveis auxiliares
ou combustão parcial da mistura gás oxigênio de
alimentação do processo.
1.2.3.8 Químicos Diversos
Uma variedade de outros produtos químicos podem
ser produzidos tendo o gás natural como insumo, tais como carvão
negro, químicos aromáticos como benzeno, tolueno e xileno,
ácido clorídrico e disulfito de carbono.
A Tabela 2 apresenta uma lista de produtos químicos
derivados do metano, direta ou indiretamente, separados por sua geração
de processamento.
Tabela
2 Produtos Químicos Derivados do Metano
Fonte: 2o. Seminário Internacional: Gás
Natural Energia e Matéria Prima 1988
1.2.4
Combustíveis Sintéticos
A principal referência para a importância
dos combustíveis sintéticos hidrocarbonetos líquidos
derivados do gás natural é a produção de
combustíveis automotivos de rótulo Premiun.
A qualidade superior em termos do desempenho e emissões
da gasolina, diesel e querosene, entre outros combustíveis líquidos
produzidos a partir do gás natural através do processo
Fisher-Tropsch é o diferencial dos processos GTL (Gas to Liquid).
A transformação direta do metano e líquidos
combustíveis (hidrocarbonetos pesados) é um processo muito
difícil de realizar, complexo e oneroso, e por isso as tecnologias
desenvolvidas efetuam o processo de forma indireta.
Neste processo o gás natural é convertido
em gás de síntese num processo de oxidação
e reforma com vapor numa primeira etapa. A seguir, o gás de síntese
é processado em um reator Fischer-Tropsch com catalisadores como
cobalto e ferro. O processo seguinte é a hidroizomerização,
adição de hidrogênio e arranjo da estrutura molecular
do hidrocarboneto.
O
processo GTL é apresentado na Figura 6 abaixo.
Figura
6 Processo Integrado GTL Gas to Liquid
Fonte: Pétrole e Techniques, n.º413, pag.
67
Figura 7 Projetos GTL
Plantas existentes operada em nível de demonstração
Capacidade planejada e plantas de teste
Fonte:
International Energy Outlook - March 2000 - Energy Information Administration
/ U.S.DOE
Gás
Natural, Economia e Meio Ambiente no Século XXI
Reportamo-nos aos quatro focos de análise anteriormente
abordados para compreensão do gás natural, o gás,
o combustível, o produto e a matéria prima, para elaborarmos
uma síntese conceitual que se propõe a apresentar as tendências
de participação do gás natural como insumo básico
da sociedade do século XXI diante do contexto de elevadas restrições
ambientais e exigências econômicas.
Ao analisarmos o gás natural com foco em sua característica
de estado físico, ou seja, uma mistura de gases, verificamos
que suas propriedades são similares às de dezenas de outros
gases da natureza e às de milhares de outras misturas gasosas
antropogênicas e concluímos que, se por um lado este fato
o coloca no conjunto do tradicional e das técnicas convencionais,
por outro demonstra que ele não apresenta nenhuma característica
extraordinária além de particular leveza devido à
sua densidade inferior à do ar.
Como combustível o gás natural começa
a apresentar algumas características relevantes que o diferenciam,
seja por permitir variados e inovadores processos tecnológicos
de atendimento direto ao uso final ou por realizar este atendimento
com baixíssimas restrições ambientais entretanto,
dependendo das características próprias de cada uso final,
tecnologia de aplicação, local e país, muitos outros
combustíveis podem realizar o atendimento energético e
competir em condições de igualdade com ele.
Ao se passar à perspectiva do gás natural
como produto, as possibilidades de sua valorização econômica
se ampliam e a perspectiva comercial define as melhores oportunidades
de negócio e os nichos específicos de valorização.
O gás natural é um produto fácil de entregar, como
foi visto, através de tubulação, reservatórios
pressurizados ou na forma de gás natural liqüefeito e seu
valor comercial é diretamente proporcional ao grau de desenvolvimento
tecnológico do uso final e ao valor agregado associado às
sua características como produto. Entretanto, esta consideração
não alcança o limite superior de sua valorização
nem justifica a importância estratégica que lhe é
atribuída para o início do século XXI.
É como matéria prima que o gás natural
encontra seu potencial máximo de valorização. Aparentemente
este máximo se apresenta como conseqüência de sua
aplicação como redutor siderúrgico, sua conversão
em combustíveis líquidos ou em produtos tradicionalmente
derivados da petroquímica que são, respectivamente, usos
mais nobres que o uso energético direto e resultam em produtos
de elevado valor agregado que dispõe de bons mercados consumidores,
como pode ser visto na Figura 8.
Figura
8 Valor dos Produtos Derivados de 1 MBTU de GN
Fonte: Pétrole e Techniques, n.º 417, pág.
115
Entretanto,
esta valorização não é justificada simplesmente
pelo valor do produto final obtido à partir da matéria
prima gás natural. Os fatores preponderantes nesta valorização
são a coincidência verificada entre as características
econômicas deste negócio e as procuras do capital financeiro
disponível no mundo, a elevada oferta mundial de gás natural
prevista para os anos próximos, o crescimento da demanda de insumos
químicos no mercado e a variável ambiental.
As
Variáveis Econômicas
Hoje enormes volumes de capital estão disponíveis
no mercado financeiro mundial à procura de projetos de investimento
e no futuro próximo estes volumes tendem a ser tornar extraordinariamente
maiores devido à redução das despesas em infra-estrutura
mundial e armamento bélico.
Embora disponível o capital os grandes grupos
financeiros internacionais que o administram não financiam qualquer
projeto, sendo critérios fundamentais de sua decisão,
por ordem de relevância:
Volume
Financeiro do Negócio: a massa de capital deve ser significativa
se comparada aos volumes disponíveis. Pequenos projetos,
em termos de volume financeiro, mesmo que com elevada rentabilidade
não despertam interesse;
Rentabilidade:
naturalmente a taxa interna de retorno do investimento e apresenta
como o mais importante critério após a adequação
do volume;
Tempo
de Retorno: a preferência por projetos que retornem o investimento
realizado com maior rapidez é natural;
Riscos:
a aversão aos riscos ambientais, políticos e econômicos;
As
unidades de conversão do gás natural em combustíveis
líquidos e petroquímicos intermediários e finais
apresentam características de investimentos convergentes à
estes critérios, como pode ser visto na Tabela 3 abaixo. Nela
verificamos a comparação econômica entre processos
de liquefação de gás natural (GNL), conversão
em combustíveis líquidos (GTL Gas to Liquid),
conversão em petroquímicos intermediários (GTO
Gas to Olefins) e conversão em polímeros
(GTP Gas to Polymers).
Tabela
3 Características Econômicas dos Investimentos
Notas:
Preço
do GN 0,75 US$/MBTU
Custos
de capital não incluídos
Fonte:
Pétrole e Techniques, n.º417, pag. 119
Verificamos
na Figura 9 que a sensibilidade do tempo de retorno dos investimentos
na produção dos gasoquímicos com relação
ao preço do gás natural é reduzida, aumentando
ainda mais a atratividade econômica.
Figura
9 Impacto do Preço do GN no Tempo de Retorno do Investimento
Fonte: Pétrole e Techniques, n.º417, pag.
119
De
maneira geral os processos de conversão de gás natural
alcançaram avanços tecnológicos recentes que reduziram
significativamente os custos de produção e elevaram a
economicidade dos projetos. Os principais avanços ocorreram na
liquefação de gás (GNL), produção
de amônia, uréia e metanol, produção de combustíveis
líquidos (GTL), olefinas (GTO) e polímeros (GTP).
O gás natural pode ser convertido em amônia
ou metanol via gás de síntese e o metanol usado para produção
de produtos petroquímicos como olefinas. O gás de síntese
pode ser utilizado em um reator Fischer-Tropsch para produzir óleo
sintético e outros produtos químicos e, como vimos, os
produtores de gás natural estão submetidos pelas forças
econômicas a considerar a conversão em olefinas leves e
polímeros.
O mercado de metanol e amônia está saturado
e a transformação em GNL é limitada pelos mercados.
Muitas empresas já desenvolveram processos GTL para a produção
de combustíveis como gasolina, óleo diesel, querosene
e gasóleo. Estas tecnologias produzem um amplo espectro de produtos
que podem ser usados ou vendidos a preços razoáveis, que
permitem retorno do investimento e que já respondem ao Clean
Air Act de 1990.
As
tecnologias comercialmente mais avançadas são de conversão
indireta e os principais processos são: SASOL, MTG (Mobil), SMDS
(Shell), AGC (Exxon), GMD (Staloil), MTO (Mobil) e Syntholeum. Abaixo
vemos na Tabela 4 e Tabela 5 alguns dados recentes sobre os processos
Tabela
4 Investimentos e Rendimento Térmico GTL (50.000
b/dia)
Fonte: Petrole & Gas Informations, n.º 1745,
pág. 21
Tabela 5 Projetos GTL em Operação
ou Desenvolvimento
Fonte: Petrole & Gas Informations, n.º 1745,
pág. 22
A
Oferta Mundial de Gás
É crescente a oferta mundial de gás natural
e atualmente 108 Gm3 são queimados em flares por ano. Deve-se
esperar um aproveitamento melhor do gás e a conversão
direta no campo. Os produtores de gás natural encontram-se face
a face com o problema de desenvolvimento de campos de produção
distantes dos mercados consumidores de combustíveis.
O gás natural é tradicionalmente visto
como uma fonte combustível fóssil abundante e limpa para
a geração de energia térmica e elétrica.
Atualmente 90 % do seu consumo global se destina ao uso combustível
ou energético e apenas 10 % à produção de
amônia ou metanol cujos mercados têm tamanho limitado e
consumiriam apenas uma fração de todo gás natural
disponível.
O uso direto como combustível ou para geração
de energia elétrica exige uma infra-estrutura local de distribuição
até o consumidor final, seja em redes de gasodutos ou do transporte
e revaporização de GNL.
A movimentação de gás natural por
longas distâncias através de gasodutos de alta pressão
ou na forma de GNL é consideravelmente cara e as margens de lucro
do gás natural oriundo deste campos remotos é erodida
por estes elevados custos de transporte.
Os processos de conversão do gás natural
o transformam em commodities químicas e combustíveis facilmente
transportáveis em tanques, modificando o problema do transporte
de gás em transporte de líquido e elevando o seu valor
agregado. Isto remove as restrições de elevados custos
de transporte e restrição de acesso aos mercados distantes,
além de ser uma rota de elevação do valor agregado.
Assim, estes projetos não dependem de circunstâncias
de mercado locais e podem ser baseadas em pequenas reservas de gás
natural. Além disso, podem ser empregados para suplementar as
taxas de produção de gás em mercados locais limitados
ou para justificar um projeto de exploração onde não
exista mercado próximo ou o GNL não seja viável.
A Demanda Crescente por Insumos Químicos e
Carburantes Limpos
O crescimento da demanda mundial de eteno e propeno está
estimada em 4 a 5 % ao ano no período dos próximos 5 anos
enquanto a demanda por polietileno e polipropileno deve crescer no mínimo
7 % a.a. no mesmo período.
As margens potenciais de lucratividade da produção
de olefinas e polímeros à partir do gás natural
são atrativas, as taxas de crescimento do mercado deveram ser
elevadas e uma quantidade razoável de campos já se encontra
em condições econômicas de iniciar a aplicação
das tecnologias de conversão.
A cada ano se elevação as restrições
ambientais às emissões de veículos automotores,
principalmente nos grandes centros urbanos, saturados de automóveis,
ônibus e caminhões. Os índices permissíveis
dos compostos nos escapamentos vai diminuindo, elevando as pesquisas
por alternativas e ampliando o espaço para penetração
dos combustíveis limpos.
A Questão Ambiental
O gás natural já ocupa o lugar de fonte
energética abundante menos nociva ao meio ambiente da atualidade.
Se considerarmos a demanda cada dia maior por carburantes
ambientalmente menos poluentes, como a gasolina e o diesel sem enxofre,
e os custos de transformação tecnológica da frotas
ao GNL, hidrogênio, metanol, etanol e eletricidade e, por outro
lado, as necessidades crescentes de insumos químicos para suportar
o desenvolvimento da industria mundial e as restrições
ambientais aos processos tradicionais de produção compreendemos
a importância e a potencialidade dos processos de conversão
do gás em combustíveis líquidos e gasoquímicos.
Hoje, e no futuro ainda mais, muitos projetos cuja viabilidade
econômica é frágil estão sendo implementados
graças à internalização de custos e benefícios
ambientais e sociais antes negligenciados.
Neste panorama, os processos de conversão do gás
se apresentam como escolha natural, pois além de economicamente
atrativos, são atividades industriais que não requerem
insumos nem geram rejeitos agressivos ao meio ambiente.
Verificamos assim que no século nascente o gás
natural deverá desempenhar um papel fundamental na sociedade
mundial, permitindo a estruturação de uma civilização
tecnológica e economicamente desenvolvida, ambiental e ecologicamente
sustentável, atendendo à demanda energética industrial,
comercial e residencial e à demanda de insumos da moderna indústria
química e de materiais, base do progresso industrial do século
XX.
A lógica da destruição do meio ambiente
ou do aproveitamento sem limites dos bens naturais dos modelos de produção
baseados exclusivamente na rentabilidade econômica e na otimização
financeira está chegando a seu fim. O novo paradigma se apoia
na tecnologia para para encontrar soluções efetivamente
globais e justas para o binômio Meio Ambiente Desenvolvimento.
Este desenvolvimento sustentável tem passagem
obrigatória pela transformação da matriz energética
do mundo, que será bastante árdua e exigirá antes
de mais nada a mobilização coordenada e a conscientização
dos interessados.
Cada vez mais se fortalece a percepção
de que o ótimo técnico-econômico de um processo
industrial é quase independente dos fatores econômicos,
principalmente a longo prazo. No que diz respeito à energia,
sua participação relativa em um processo otimizado é
constante, dependente basicamente das tecnologias utilizadas e também
independente dos fatores econômicos.
Por outro lado, a participação da energia
nos custos dos processos industriais não energo-intensivos é
marginal e a otimização do consumo energético dependem
prioritariamente das tecnologias empregadas e não do preço
da energia. Assim, as soluções industriais futuras deverão
reduzir o consumo energético em 50% para os processos térmicos
e em 80% para os processos de transporte de bens ou de informações.
O gás natural será uma energia mais eficiente
se, e somente se, as tecnologias associadas forem divulgadas, tendo
sua as aplicações um papel fundamental na educação
industrial futura.
O gás natural hoje, depois o metano e, no futuro,
o hidrogênio, não são energias alternativas nem
substitutos ao petróleo ou à eletricidade. São,
na verdade, vetores de desenvolvimento de tecnologias específicas
e competitivas, ambientalmente adequadas e economicamente atrativas.
Ainda que não seja o estágio final ou definitivo,
após algumas décadas de especulação sobre
as fontes energéticas adequadas para o futuro, o gás natural
surge como a melhor alternativa para realizar de forma ordenada e segura
a transição da sociedade industrial atual para uma nova
sociedade tecnológica e ecológica, baseada em insumos
e processos ambiental e economicamente sustentáveis.
A Flexibilização da matriz energética
mundial e o petróleo
As últimas previsões sobre o consumo mundial
energético anual indicam que serão utilizados 11,7 bilhões
de toneladas equivalentes de petróleo (109 Tep) em 2010 e 14,2
bilhões em 2020 contra 8,9 bilhões em 1997. Não
obstante, os países já vêm apoiando o consumo do
gás natural, em detrimento do petróleo, do carvão
e da energia nuclear. Assim, o consumo de gás natural será
da ordem de 3,5 trilhões de metros cúbicos em 2010 e 4,7
trilhões em 2020, contra 2,3 trilhões em 1997, ou seja,
um crescimento de 52 % ou 4,2 % por ano na próxima década.
O gás natural é uma fonte abundante, com
suas reservas somando 146 trilhõers de metros cúbicos,
o equivalente a 60 anos de consumo. As reservas adicionais prováveis
são de 260 trilhões de metros cúbicos, ou 83 anos
suplementares do consumo previsto para 2010. Trata-se também
de uma energia diversificada: no Oriente Médio, sua participação
é de 32%; na Comunidade Européia, de 37%; e no restante
do mundo atinge 31%. Por fim, é uma energia barata. No Mar do
Norte, onde as condições de exploração são
as mais difíceis, o custo de produção passou de
US$ 3,7 por MBTU (british termal units) para US$ 2. No restante do mundo,
o custo é da ordem de US$ 0,5 por MBTU. Contudo, o custo do transporte
é mais elevado que o do petróleo bruto, sendo, em média,
de US$ 1,5 por MBTU (7 mil a 11 mil quilômetros).
Paralelamente, a produção de energia elétrica
com termelétrica em ciclo combinado e a cogeração
deverão provocar retração na demanda de petróleo
e de energia elétrica proveniente de fontes hídrica e
nuclear. Os combustíveis para os veículos automotores
continuarão sendo a gasolina, o óleo diesel e o GLP, mas
a conversão do gás em líquidos aparece como uma
solução já economicamente competitiva. A conversão
do gás é feita para a produção de amônia/uréia,
metanol, gasolina, óleo diesel (GTL) e olefinos (MTO).
A lógica da procura de rentabilidade pelos produtores
de gás natural conduz imprescindivelmente, à valorização
máxima do gás na fonte de produção, de modo
a evitar transportar, a custo elevado, o gás somente para a queima,
que tem baixo valor agregado.
A capacidade mínima de demanda de gás natural
para a conversão de primeira geração (amônia-metanol)
ou para a geração elétrica ou GNL é de 3
MNm³/dia, enquanto para a conversão em gasolina ou óleo
diesel chega a 15 MNm³/dia.
A tecnologia de conversão do gás natural
em líquidos (gasolina, óleo diesel) para veículos
está totalmente dominada: o primeiro processo, Fisher Tropsh,
é operacional desde 1920. Mas, a escala de produção
tem de ser de grande monta para que se possa amortizar o capital intensivo
necessário.
São os preços elevados de petróleo
que, paradoxalmente, reduziram o interesse na conversão do gás
natural. De fato, o preço do gás bruto acompanhou o preço
do petróleo. Os produtos obtidos a partir do gás são
de qualidade superior aos derivados do petróleo. Novas tecnologias,
como as da Sasol, Shellsmos, Exxon, Syntinleum, são das mais
avançadas e o custo para uma planta de 50 mil barris por dia
fica entre US$ 1,2 bilhão e 1,5 bilhão. Para ser competitivo
com os derivados de petróleo (US$ 12 por barril), os derivados
do gás têm de ser produzidos, por enquanto, com um gás
associado a um custo marginal.
Todavia, devemos ressaltar que, mesmo com esse investimento
alto, os produtos custariam US$ 0,15 por litro, enquanto o preço
de venda dos derivados de petróleo na bomba hoje é de
US$ 0,7 a US$ 1,1 por litro. Isso sem considerar a margem, importante,
relativa à comercialização e aos impostos.
Assim, qualquer aumento do preço de petróleo
cru poderá levar a uma opção pelos líquidos
sintéticos derivados do gás natural. É isso, pois,
que explica a manutenção do preço do petróleo
em US$ 11 por barril, aproximadamente.
A demanda crescente de etileno necessita de fontes alternativas
ao nafta: o etano, o GLP, o óleo diesel e, a partir do gás
natural, o metanol e olefinos. Entretanto, o fator mais importante a
impulsionar a conversão do gás é a limitação
do mercado de geração de energia elétrica e da
queima direta: limitação de capacidade e de valor agregado,
ou seja, a escala de geração termelétrica e da
queima é muito baixa e somente a conversão poderá
oferecer valorização e lucros significativos para os produtores
de gás natural.
Para o custo de US$ 0,5 por MBTU na produção
do gás, o gasto com derivados é, no caso da gasolina,
de US$ 2; de destilados, de US$ 2,5; de GNL, de US$ 2,8; de metanol,
de US$3,5; de olefinos, de US$5; e de polímeros, de US$ 9. Assim,
o retorno do capital investido é mais rápido quando a
valorização do derivado é maior.
Fica óbvio que a tendência, generalizada
no mundo, de proteção ao meio ambiente deverá limitar
bastante o uso de derivados de petróleo não tratados.
A tendência de valorização dos derivados do gás
natural provocará uma oferta alternativa, em escala cada vez
maior, de energéticos limpos. Com isso, haverá uma retração
da demanda de petróleo antes dos fins das reservas. Até
lá, teremos 50 anos de desenvolvimento tecnológico associado
à disponibilidade cada vez maior de petróleo e do gás
natural.
A capacidade de refino de petróleo na Europa é
10% superior à demanda, ou seja, 15 refinarias deverão
ser fechadas, de modo que os maiores grupos petrolíferos iniciaram
uma reestruturação por meio de fusão. No futuro
próximo, antes mesmo do fim das reservas veremos acontecer com
o petróleo o que aconteceu com o carvão. Esses dois energéticos
fósseis nunca esgotáveis serão utilizados para
conter qualquer tentativa de supervalorização de preços
dos derivados do gás natural.
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[1]
Processo catalítico de hidrogenação do CO de gases
de síntese e produção de hidrocarbonetos superiores