1. O Gás - A Matéria Prima

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 d’água, 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.
-------------------------------
[1] Processo catalítico de hidrogenação do CO de gases de síntese e produção de hidrocarbonetos superiores