Building bridges between the oil industry and academic ... ?· technical or business-related presentations…

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    15-Sep-2018

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  • Building bridges between the oil industry and academic circles by delivering technical or business-related presentations by professors or experts.

  • LE GAZ NATUREL

    D.Saincry Octobre 2017

  • AGENDA

    Introduction & fondamentaux Dfinitions & units

    Comparaison avec les autre nergies & aspects environnementaux

    Chaine gazire vs chaine ptrolire

    Demande nergtique mondiale - Rserves, production et commerce international du gaz

    Les dbouchs du gaz naturel Ptrochimie & industrie

    Gnration lectrique, cycle combin et cognration

    Autres usages : GTL, CNG

    La chaine du gaz naturel Production & Traitement

    Stockage &Transport

    Le gaz naturel liqufi (GNL) Interts et spcificits du GNL

    Procds & usines de liqufaction

    Mthaniers

    Terminaux de re-gazification

    Le Futur Les gaz acides

    Les gaz Non Conventionnels

  • Un peu dhistoire

    Revue des hydrocarbures

  • SEG - 5

    Revue des hydrocarbures

    Le Gaz est souvent plus difficile produire que le ptrole, les risques

    sont plus nombreux: pression, gaz acide et les cots de production

    sont plus levs.

    La production de Gaz ne fut dabord conomique que lorsque le

    champ tait prs des consommateurs. (USA)

    En Europe pour quelques dcennies, le seul gaz disponible tait un

    gaz synthtique pauvre (faible HHV) destin lclairage de ville et

    des habitations.

    Aprs la 2me guerre mondiale, une succession de dcouvertes

    gazires (en Europe et en Algrie) tait une incitation pour crer des

    rseaux de distribution: cuisine, chauffage.

    Plus recemmen appriion as de schise e NL

    Produire de lhuile, cest mieux que produire du gaz !!

  • SEG - 6

    Revue des hydrocarbures

    Les champs dhuile sont trs souvent des champs mixtes

    dhuile et de gaz . On dit simplement que le rservoir dhuile

    est avec du gaz associ .

    Pendant de nombreuses annes, le gas associ (et mme le

    gaz tout court) ntait pas un avantage, mais plutt un

    inconvnient: il fallait le brler la torche.

    Mais aujourdhui torcher le gaz est une pratique trs

    rglemente. Par ailleurs le recours au procd de

    liqufaction permet la commercialisation sur le march

    mondial.

    Mais huile et gaz sont

    souvent mlangs

    En Amrique du Sud, 55% des rservoirs de gaz

    sont des gaz associs, 36% au Moyen-Orient,

    20% en Afrique

  • SEG - 7

    Revue des hydrocarbures

    Le transport du gaz a t depuis longtemps un challenge

    conomique et technique.

    Le problme thermodynamique reste la contrainte : mme

    une pression de 100 bars, un certain volume de gaz

    reprsente seulement 1/6 de lnergie du mme volume de

    ptrole.

    En liqufiant le gaz une temprature de -160C (+/-), les

    ingnieurs ont introduit sur le march il y a une quarantaine

    dannes un excellent produitmais ce nest pas gratuit.

  • Introduction & Fondamentaux:

    -Dfinitions & units,

    - Comparaison avec les autres nergies,

    - Aspects environnementaux

  • Systme Hydrocarbures

    UNCONVENTIONAL HYDROCARBONS CONVENTIONAL OIL AND GAS

    Coal

    Oil Shales Oil Sands

    Coal bed methane

    Heavy Oil

    Shale gas Tight gas / Oil

  • SEG -

    G123*3 - Fvrier 2002

    Liquides

    Champ Gazier

    Gaz Non-Associ

    Gaz

    Eau

    Gaz Associ

    Ptrole

    Ptrol

    e Eau

    Champ Ptrolier non

    satur

    Champ Ptrolier satur Ptrole

    Liquides Ptrole

    Gaz Associ Dome Gas

    Eau

    Gaz

    Champs de gaz naturel

  • Quest ce que le gaz naturel ?

    MELANGE INCOLORE, SANS ODEUR, SANS GOUT

    COMPOSITION : 85 95 % mthane (CH4) + thane, propane, butane, azote, CO2,...

    COMBUSTION : avec 5 15% dair CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

    LIQUEFACTION : Obtention de Gaz Naturel Liqufi (GNL)

    Temprature : -259F (-162C)

    Taux de compression : 1/600

    POUVOIR CALORIFIQUE : Pouvoir Calorifique Suprieur PCS (y compris chaleur latente)

    Pouvoir Calorifique Infrieur PCI

    G111

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Methane-3D-balls.png

  • SEG -

    G131*5 - Novembre 2002

    METHANE

    ETHANE

    PROPANE

    BUTANE

    PENTANES & FRACTIONS

    LOURDES:

    Pentanes plus

    Essence naturelle

    Condensats

    C3

    C4

    C2

    C1

    C5+

    GPL

    Gaz de Ptrole

    Liqufis

    Eau Azote Helium

    CO2 H2S Mercure ...

    Sparer les liquides des gaz pour un transport plus efficace.

    Enlever des produits comme lacide sulfurique et leau.

    Atteindre une qualit donne spcifie par les acheteurs de gaz.

    Composition et traitement du gaz naturel

  • SEG -

    Acid Gas haute teneur en CO2 et/ou H2S

    Lean (Dry) Gas faible teneur en LGNs

    Rich (Wet) Gas haute teneur en LGNs

    Sweet Gas faible teneur en H2S

    Sour Gas haute teneur en H2S

    Low Cal Gas haute teneur en CO2 / N2

    La qualit du gaz a un impact conomique majeur.

    Prsence des composants lourds (GPL, Condensat) amliore la

    profitabilit dun projet gazier.

    Prsence de H2S, CO2 et Azote induit des cots de traitement plus

    levs et rduit donc la profitabilit dun projet gazier.

    G133*6 - Fvrier 2002

    Qualit du gaz naturel

  • Dfinitions

    Comburant

    Cest le corps qui provoque et entretient la combustion du combustible. Le plus

    souvent, lair (environ 21 % doxygne 79 % dazote).

    Limite dinflammabilit

    Si le mlange est trop pauvre en combustible, linflammation ne se produit pas.

    Le pourcentage est au-dessous de la limite infrieure dinflammabilit (LII).

    Si le mlange est trop pauvre en comburant, linflammation ne se produit pas.

    Ce second seuil est la limite suprieure dinflammabilit (LSI).

    Temprature dauto-inflammation (auto-ignition)

    En labsence de source dallumage, un mlange gazeux compris dans les limites

    dinflammabilit peut senflammer spontanment sil est port une certaine

    temprature. Il sagit de la temprature dauto-inflammation.

  • quivalences nergtiques

    1 000 m3 = 6,29 bep

    de gaz naturel

    38 GJ ou 36 MMbtu

    0,67 tep

    0,33 tep

    1 t de ptrole (brut)

    = 7,33 barils

    42 GJ ou 40 MMbtu

    1 t

    de houille

    28 GJ ou 27 MMbtu

    1 t

    de lignite

    14 GJ ou 13 MMbtu

    1 tep

    0,9 tep

    La tonne d'quivalent ptrole (tep) vaut, par dfinition, 42 GJ ou 10 Gcal ou 40

    MMbtu, ce qui correspond au pouvoir calorifique d'une tonne de ptrole.

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Gigahttp://fr.wikipedia.org/wiki/Joulehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Calorie

  • Lvolution des proccupations environnementales

    Par Gjoule de chaleur produite, la combustion va mettre:

    Charbon: 100 kg de C02

    Ptrole: 75

    Gaz naturel: 55

    Donc jusqu rcemment, le gaz naturel tait considr comme la source

    dnergie la moins polluante, et la meilleure des nergies fossiles, par

    opposition au charbon et au ptrole eLe gaz a t souvent prsent comme

    lnergie du 21me sicle

    Le gaz naturel nest plus peru comme cette nergie verte (mme si elle

    reste la moins polluante des nergies fossiles) mais plus comme une

    alternative transitoire du fait de lmergence et la croissance des nergies

    renouvelables

  • GG001

    Source: Shell

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    800

    900

    1000

    1100

    1200

    1300

    1400

    20 30 40 50 60

    CO2 emissions

    kg/MWh

    Co-generation of heat and power

    can boost the thermal efficiency up

    to 90%

    Low Rank Coal

    (LHV < 10,000

    kJ/kg) Bituminous Coal

    Heavy Fuel Oil

    Gas Oil

    Natural Gas

    Net Efficiency

    (%)

    Plant Type

    Peaking

    Combustion Turbine

    Thermal Plant

    Integrated Gas

    Combined Cycle

    Combined

    Cycle

    Gas Turbine

    Pourquoi laccent sur le Gaz?

  • Chane Ptrolire

    Chane courte et flexible

    Interruptions faciles compenser

    (stockage)

    Mcanismes de march

    (offre/demande)

    Chane Gazire

    Chane longue et rigide (gazoduc)

    Investissements trs lourds (1 train

    GNL 4.8 MTPA = 3+ milliards US$)

    Lien contractuel rigide ; de la tte de

    puits jusquau bruleur

    (contrats Take Or Pay )

    Marchs rgionaux avec peu de

    mcanismes de march (indexation)

    Le processus de marketing du gaz naturel

    est donc fondamentalement diffrent de celui du ptrole.

    Chane ptrolire vs chane gazire

  • La consommation rsidentielle est trs saisonnire.

    Le gaz est substituable pour tous ses marchs contrairement au

    ptrole.

    Le gaz a une prime sur certains marchs (gnration

    dlectricit, usages domestiques, industries propres...) mais

    peut toujours tre substitue par les produits ptroliers.

    Le ptrole a 70% de son march difficilement substituable : 50%

    pour le transport, 10% ptrochimie, 10% autres. (la substitution

    est possible seulement trs haut cot sur longue priode).

    Les marchs ptrole et gaz : les diffrences conomiques

    CHALLENGES MAJEURS

  • Consquences pour lconomie gazire

    PRINCIPAUX CHALLENGES

    - Comment concentrer lnergie du gaz naturel = comment augmenter

    sa densit nergtique ?

    pression (entre 70 et 200 bars).

    liqufaction ( -160C).

    chimie (GTL).

    La "concentration" a un cot !

    structure identique !!

    diffrente structure

    molculaire !!

    OPPORTUNITIES MAJEURES

    - Haut pouvoir calorifique

    - Lnergie fossile qui met le moins de CO2.

  • Facteurs de conversion approximatifs

    Energie GJ kWh Mcal

    Million btu (MMbtu) 1 300 250

    Volume (cubic feet)

    Cubic meter (cm) 35

    1 cargaison GNL de 130 000 m3 0,9 TWh

    Pouvoir calorifique Million cubic feet

    per day

    MMcf/d

    Billion cubic meter

    per year

    Bcm/y

    100 1

    Dbit

    Equivalence MMbtu m3 gaz

    1 bep 6 150

    1 t charbon 25 750

    GNL

    GNL Typique mondial (GIIGNL) :

    PCS = 12,19 kWh/m3(n) = 23,89

    MJ/m3(n)

    masse volumique = 456 kg/m3

    1 m3 GNL = 567,46 m3(n) gaz

    m3 GNL m3 (gaz) MMbtu kWh

    1 t (GNL) 2,2 1 250 52 15 150

    btu/cf btu/m3 MJ/m3 kWh/m3 Mcal/m3

    1000 35 000 35 10 9

  • Demande nergtique mondiale, Rserves, production, et commerce

    international du gaz

  • Slow change in the worldwide energy mix

    Fossil energies to represent

    74% of energy supply in 2035

    Gas to become the second-

    largest energy source before

    2030

    Share of nuclear to remain

    constant

    Strong growth of new energies,

    notably solar and wind 0

    100

    200

    300

    2010 2020 2035

    Mboe/d

    Oil

    Gas

    Coal

    Nuclear

    Biomass

    Hydro

    Solar, wind, others

    32%

    22%

    27%

    6%

    10% 2% 1%

    31%

    24%

    25%

    5%

    10%

    3% 2%

    28%

    25%

    21%

    6%

    11%

    3%

    6%

    TOTALs energy mix scenario

  • BP Statistical Review of World Energy 2017

    BP p.l.c. 2017

    Distribution of proved gas reserves: 1996, 2006 and 2016 Percentage

  • Main Producers & Consumers (2016 Figures)

    Main producing countries

    (Gm)

    Main consuming countries

    (Gm)

    USA 749 USA 779

    Russia 579 Russia 391

    Canada 152 Iran 201

    Iran 202 China 210

    Qatar 181 Japan 111

    China 138 Canada 100

    Norway 117 Saudi Arabia 109

    Saudi Arabia 109 Mexico 89

    Algeria 91 UK 77

    Indonesia 70 Germany 80

    Total World 3551 Total World 3543

    source: BP Statistical Review 2016

  • 26

    WORLD GAS DEMAND 2015/2035: ~ 1,7% / YEAR BASE CASE TOTAL VISION

    North America

    Bcm/y

    North America: enough reserves to

    meet domestic demand and LNG

    exports

    1%

    CAGRT15/35

    0%

    CAGR15/35

    3%

    CAGR15/35

    Asia: LNG is essential to

    balance gas market despite

    increasing production and

    pipe imports

    Europe: limited potential growth

    for gas (energy efficiency and

    competition with renewable/coal)

    Europe

    Bcm/y

    Asia Importers

    Bcm/y

    2505007501 0001 250

    2015 LNG Exports

    200

    400

    600

    800

    1 000

    1 200

    1 400

    2015 2025 2035

    200

    400

    600

    800

    1 000

    1 200

    1 400

    2015 2025 2035

    200

    400

    600

    800

    1 000

    1 200

    1 400

    2015 2025 2035

  • La Consommation mondiale dnergie

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    50%

    60%

    70%

    80%

    90%

    100%

    Unite

    d Ki

    ngdo

    m

    Ger

    man

    y

    Spain

    Italy

    Fran

    ce

    RUSS

    IA

    IRAN

    EGYP

    TUS

    A

    Mex

    ico

    Arge

    ntina

    Japa

    n

    INDIA

    Malay

    sia

    Thailand

    China

    S.Ko

    rea

    GAS VS OTHER ENERGIES

    GAS FUEL Nuclear Hydro COAL

    Des variations considrables

  • World Gas Reserves: conventional & un-conventional SOURCE: TOTAL (2011)

    * (%) before taking into account unconventional resources

    Tcf

    3%

    5%

    10%

    16%

    22%

    17%

    27%

    CBM

    Tight gas

    Shale gas

    Conventional gas

    North America

    Europe

    Middle East

    FSU

    Asia Africa

    South America

    (8%*)

    (30%*)

    (33%*)

    (13%*)

  • BP Statistical Review of World Energy 2017

    BP p.l.c. 2017 Source: Includes data from FGE MENAgas service, GIIGNL, IHS Waterborne, PIRA Energy Group, Wood

    Mackenzie.

    Major gas trade movements 2016 Trade flows worldwide (billion cubic metres)

  • About 69% of Gas is used in the country where it is produced but international exchanges are rapidly growing

    Pipeline trade: 20%

    LNG trade: 10%

    Indigenous production:

    70%

    World Gas Consumption in 2016 : 3543 Bcm

    2016 International Gas trade was around 1084 Bcm, of which 347 Bcm

    of LNG

    Gas Trade

  • GAZPROM (Russia) 1332

    NIOC (Iran) 438

    EXXON MOBIL 349

    ARAMCO (Saudi Arabia) 303

    QPC (Qatar) 280

    SHELL 267

    CNPC (China) 256

    SONATRACH (Algeria) 216

    BP 209

    TOTAL 167

    Mm3/d

    Top 10 Companies by Natural Gas Production Year 2012

  • BP Statistical Review of World Energy 2017

    BP p.l.c. 2017

    Gas prices $/mmBtu

  • Les dbouchs du gaz naturel

  • LECTRICIT GASOIL GPL

    LECTRICIT CHARBON

    FUEL

    Rsidentiel & Commercial

    Industrie

    Pro

    d. E

    lec

    tric

    it

    P

    tro

    ch

    imie

    CHARBON

    FUEL

    NUCLAIRE

    NAPHTA

    GAZ

    NATUREL

    Le gaz naturel

    na pas de march

    captif

    Marchs du gaz naturel

  • Le gaz naturel dans la ptrochimie

    2 sources de matire premire la ptrochimie:

    Le naphta, coupe issue de la distillation du ptrole,

    Le gaz naturel (mthane, thane,..)

    La ptrochimie est base principalement sur deux types de

    procds : craquage la vapeur et procds d'extraction. Par

    rformage la vapeur du gaz naturel ou des naphthas, elle

    dbouche sur la production d'hydrogne qui sert, au-del de son

    utilisation comme vecteur nergtique et vecteur ptrochimique.

    Avec le premier type de procds, on obtient des olfines tandis

    qu'avec le deuxime type, on extrait des aromatiques. Les olfines

    et les aromatiques sont des matires premires qu'on appelle des

    grands intermdiaires servant dans l'industrie des plastiques,

    pharmaceutique, cosmtique, lectronique, aronautique et du

    textile.

  • Charbon Fuel CCGT Nuclaire Hydro

    Investissement

    Rendement

    Emissions

    SO2

    NOx

    CO2

    Dure de

    Construction

    $/kW

    %

    g / kWh

    g / kWh

    g / kWh

    annes

    1000-1300 600-1300 350-400 1300-2000 1000-3000

    38-42 38-42 54-60 35 > 90

    1-4 1-2 - - -

    1.5-2 1-1.5 0.5-1 - -

    - - - 800-900 650-750 350-400

    4 3-5 2-3 6-10 8-10

    CCGT : Combined Cycle Gas Turbine

    Avantages du gaz naturel pour la production dlectricit

    Une solution modulaire et flexible lencombrement

    rduit particulirement adapte !!

  • Cycle combin

  • - Source : GDF

    Un cot d'investissement faible

    Des dlais de construction et d'installation rduits

    Une solution modulaire et flexible

    Un dlai de mise en fonctionnement trs court

    Fiabilit et simplicit

    Un excellent rendement

    Une solution propre

    Un encombrement rduit

    Les avantages des cycles combins

  • Gas to Liquids

  • La technologie Fischer-Tropsch

    Trois tapes incontournables

    Synthse

    Fischer-

    Tropsch

    Paraffine

    s

    CH4

    O

    2 H2O

    CO+H2 Production

    de gaz de

    synthse Paraffine

    s

    Raffinage

    des

    produits

    Krosn

    e Diesel

    Cires

    Naphta

    20-25% 15-20%

    Technologies

    Matures

    Coteuses

    Dveloppemen

    ts

    Racteur+catalyseur

    Amlioration design

    et rendements

    Dmonstrations

    Hydrocraquage

    Mature

    Adaptable

    Investissement

    60%

  • SEG -

    G145*9 Octobre 2006

    Usines GTL dans le monde

    Nigeria Escra...

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