Apostila Processamento GN 2010

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    INSTITUTO BRASILEIRO DE PETRLEO, GS E BIOCOMBUSTVEIS

    AAPPOOSSTTIILLAA

    PPRROOCCEESSSSAAMMEENNTTOODDEEGGSSNNAATTUURRAALL

    Walmir Gomes dos Santos .Engenheiro de ProcessamentoSnior .

    agosto / 2010 .

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    SUMRIO..............................................................................................................................................................................

    I) CONCEITOS BSICOS SOBRE GS NATURAL

    Definies usuais

    Composies tpicas

    Classificao dos contaminantes

    Caractersticas gerais

    Propriedades Fsico-qumicas

    Aspectos relevantes da composio

    Equivalncia energtica

    Prioridade de utilizao

    Aplicaes tpicas

    Vantagens de utilizao

    II) REGULAO DO MERCADO DE GS NATURAL

    Objetivo

    Especificao tcnica do gs natural conforme a Resoluo ANP n16

    Nveis de relacionamentos

    Cadeia Produtiva do Gs Natural

    III) CONDICIONAMENTO DE GS NATURAL

    Diagrama de blocos

    Separao primria

    Depurao de gs natural Dessulfurizao de gs natural

    Desidratao de gs natural

    IV) FORMAO DE HIDRATOS

    Definio

    Estrutura bsica

    Mecanismo de formao

    Identificao da ocorrncia

    Mtodos de remoo

    Injeo de inibidores

    V) PROCESSAMENTO DE GS NATURAL

    Objetivo

    Produtos

    Configurao bsica

    Tipos de unidades de processamento de gs natural

    VI) PROCESSO JOULE-THOMSON

    Fundamento termodinmico

    Principais caractersticas

    Esquemtico do processo

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    .............................................................................................................................................................

    VII) PROCESSO REFRIGERAO

    Fundamento termodinmico Principais caractersticas

    Descrio bsica do processo

    Esquemtico do processo

    Principais problemas operacionais da unidade

    VIII) PROCESSO ABSORO REFRIGERADA

    Fundamento termodinmico

    Principais caractersticas

    Descrio bsica do processo

    Esquemtico do processo

    Principais etapas do processo

    Principais problemas operacionais da unidade

    IX) PROCESSO TURBO-EXPANSO

    Fundamento termodinmico

    Principais caractersticas

    Descrio bsica do processo

    Esquemtico do processo

    Principais etapas do processo

    Principais problemas operacionais

    X) PROCESSOS COMBINADOS

    Planta de gs de San Alberto - Bolvia

    Unidade de processamento de gs da UEGA Araucria PR

    XI) COMPARAO ENTRE OS PRINCIPAIS PROCESSOS

    Expanso isentlpica x isentrpica

    Refrigerao simples x absoro refrigerada

    XII) TRATAMENTO DOS PRODUTOS GERADOS

    Tratamento custico do GLP

    Processos patenteados de tratamento

    Sistema de odorao

    XIII) UNIDADES DE PROCESSAMENTO DE GS NATURAL

    Unidades existentes

    Novos projetos

    ANEXOS:

    ANEXO 01: baco J.J.Maketta Determinao da umidade do gs natural

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    CONCEITOS BSICOS SOBRE GS NATURAL

    Introduo:

    Profundas mudanas no campo da tecnologia e da preservao ambiental, associadas aoenorme problema da dependncia mundial do suprimento de petrleo, tm levado o gsnatural a conquistar uma participao crescente no atendimento das necessidadesenergticas de muitos pases.

    No Brasil, embora o consumo venha se expandindo, este energtico possui uma participaoainda limitada na matriz energtica do pas. Porm, as recentes descobertas de gsrealizadas no Brasil, principalmente na Bacia de Santos, litoral da Bahia e do Esprito Santo,abrem uma nova dimenso mais otimista para o gs natural no cenrio nacional. Taisdescobertas tm grande potencial para atrair capital estrangeiro e ampliar toda a rea deinfra-estrutura de processamento, transporte e distribuio de gs, fortalecendo aparticipao do gs no desenvolvimento da indstria brasileira e fomentandosignificativamente o nosso emergente mercado de gs natural.

    Embora o gs natural tenha ainda uma participao modesta na matriz energtica nacional,contribuindo com cerca 9% apenas, a demanda tem aumentado a um ritmo de mais de 20%ao ano, evidenciando que, se houver gs suficiente para suprir o mercado no futuro, essaparticipao ser o dobro j nos primeiros anos da prxima dcada. fato que a indstrianacional tem hoje um potencial para consumir cerca de 100 milhes de metros cbicos pordia.

    A elaborao de estudos mais consistentes referentes aos aspectos tcnicos e econmicosassociados aos diversos usos do gs natural permitir uma maior alavancagem aocrescimento do mercado de gs natural no Brasil. Neste sentido, o desafio consiste em

    desenvolver o mercado conforme as diretrizes de poltica energtica do pas e assegurar aaplicao dos recursos necessrios a este desenvolvimento, atravs da utilizao de capitalnacional e estrangeiro. A elaborao do Marco Regulatrio do Gs Natural, estabelecendoregras claras, transparentes e duradouras certamente tem muito a contribuir com esteobjetivo. Igualmente, a implementao de um Plano de Massificao do Uso do Gs acondio necessria para se desenvolver demandas sustentveis para o gs natural no pas.

    Definies usuais:

    - Gs natural: Conforme a definio estabelecida na Lei n 9.478/97, gs natural a porodo petrleo que existe na fase gasosa ou em soluo no leo, nas condies originais doreservatrio, e que permanece no estado gasoso nas condies atmosfricas de presso etemperatura.

    O gs natural um combustvel fssil, basicamente uma mistura de hidrocarbonetossaturados leves, predominando o metano e, em menores quantidades o propano e o butano,entre outros. No estado bruto, apresenta tambm baixos teores de contaminantes, como onitrognio, o dixido de carbono, a gua e compostos de enxofre. encontrado em rochasporosas no subsolo, podendo estar associado ou no ao petrleo. Pode ser extradodiretamente a partir de reservatrios petrolferos ou gaseferos, incluindo gases midos,secos, residuais e gases raros.

    - Gs associado: considerado gs associado, todo gs natural existente nos reservatrios,em que o plano de explotao prev a produo de leo como principal energtico,reservatrios estes considerados como produtores de leo.

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    Caracteriza-se por um teor expressivo de hidrocarbonetos pesados na fase gasosa e pelaproduo em baixa presso, como processo final de separao.

    - Gs no associado: considerado no associado, todo gs natural existente nosreservatrios, em que o plano de explotao prev a produo de gs como principalenergtico, reservatrios estes, considerados como produtores de gs.

    Caracteriza-se por uma poro de hidrocarbonetos de baixa massa molar(predominantemente metano) na forma gasosa, associada a outros hidrocarbonetos maispesados na forma lquida, a qual se costuma chamar de condensado.

    - Condensado de gs natural: Mistura de hidrocarbonetos na fase lquida obtida dacondensao do Gs Natural nos gasodutos e coletores durante o escoamento.

    - Heterotomos: tomos diferentes de carbono e hidrognio que entram na composioqumica de molculas de produtos considerados contaminantes para o gs natural,

    notadamente oxignio, enxofre e nitrognio.

    - Funo hidrocarboneto:Para que possamos entender as caractersticas do gs natural e,dessa forma otimizarmos a sua utilizao, necessrio conhecermos o comportamentofsico-qumico dos seus principais componentes, atravs do estudo da funo qumica doshidrocarbonetos ou carboidretos.

    Esta a funo da qumica orgnica cujos componentes so formados por molculascompostas unicamente por tomos de carbono e hidrognio. Podem possuir molculas decadeias abertas ou fechadas, saturadas ou insaturadas. A funo dividida em famlias, asquais apresentam caractersticas bem definidas que identificam seus componentes.

    Dentre as famlias de hidrocarboneto existentes, sem dvida a mais importante para o estudoe compreenso do gs natural a famlia dos alcanos. Todos os componentesrepresentativos do gs natural pertencem a esta famlia.

    Frmula Geral: CnH2n+2

    Composio qumica do gs natural:

    O gs natural constitudo por molculas de baixa massa molar da funo hidrocarboneto,basicamente pertencentes famlia dos alcanos. comum identificarmos at o icosano (C20)na cromatografia de um gs natural tpico.

    Os principais componentes do gs natural so apresentados na tabela abaixo:

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    COMPONENTES

    HIDROCARBONETOS NO-HIDROCARBONETOS

    CH4 ( C1 ) metano N2 nitrognioC2H6 ( C2) etano CO2 dixido de carbono

    C3H8 ( C3) propano H2O gua(vapor)

    C4H10 ( iC4) isobutano H2S gs sulfdrico

    C4H10 ( nC4) n butano COS sulfeto de carbonila

    C5H12 ( iC5) isopentano CS2 dissulfeto de carbono

    C5H12 ( nC5) n pentano

    C6H14 ( C6) hexano

    C7H16 ( C7) heptano

    C8H18 ( C8) octano

    C9H20 ( C9) nonanoC10H22 ( C10) decano

    Contaminantes do gs natural:

    Os contaminantes mais comuns do gs natural geralmente esto associados aosheterotomos, formando compostos estranhos ao gs natural.

    As molculas de contaminantes, de uma forma geral, podem ser classificadas comocompostos polares, de baixa massa molar, alta atividade qumica e alto potencial corrosivo.Os principais contaminantes do gs natural so os seguintes:

    ENXOFRE: H2S, Mercaptans (RSH)

    OXIGNIO: H2O, CO2, Fenis, cidos orgnicos

    NITROGNIO: Aminas, Amidas, NO2, N2

    Classificao dos contaminantes:

    A fase de no hidrocarbonetos (contaminantes) pode ser classificada segundo trs tiposbsicos:

    - Inertes: Possuem como caractersticas principais o fato de no apresentaremreatividade qumica com os compostos e materiais da unidade, como o composto

    Nitrognio;- Vapor dgua:A sua presena deve ser limitada no gs exportado, uma vez queteores elevados contribuem para a ocorrncia de formao de hidratos e corroso;

    - Gases cidos:Assim so chamados, por formarem uma soluo de caractersticascidas quando na presena de gua, como o gs carbnico, gs sulfdrico e demaiscompostos de enxofre (sulfeto de carbonila e dissulfeto de carbono).

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    Caractersticas gerais do gs natural:

    Gs natural possui energia, apresentando poder calorfico superior a 9400 kcal/m3;

    Gs natural apresenta estabilidade de chama, tornando-se inflamvel entre oslimites de 5 a 15 % de gs em mistura com ar atmosfrico;

    Possui temperatura de ignio entre 593 e 704 C, portanto bem acima datemperatura ambiente;

    Gs natural mais leve que o ar, por isso se dispersa rapidamente quandoliberado;

    Isento de enxofre, vandio e sdio, garante a ausncia de processo corrosivoproporcionado por tais compostos;

    Maior relao hidrognio/carbono (4:1), implicando numa queima limpa e com baixondice de emisses de poluentes;

    Excepcional caracterstica anti-detonante (aceita elevadas taxas de compresso, da

    ordem de 16:1); Menor formao de depsitos, maior durao do lubrificante, troca de filtros com

    menor frequncia e menor desgaste dos componentes do motor;

    Odorizado com produtos do tipo mercaptans para fins de comercializao.

    Propriedades Fsico-qumicas do gs natural:

    Cabe ANP a definio das caractersticas tcnicas do gs natural e definio dos principaisensaios a serem utilizados na determinao da qualidade do gs referidos aos seusrespectivos significados e propriedades de desempenho:

    - Poder Calorfico Superior (PCS):Quantidade de energia liberada na forma de calor, na

    combusto completa de uma quantidade definida de gs com o ar, presso constante ecom todos os produtos de combusto retornando temperatura inicial dos reagentes, sendoque a gua formada na combusto est no estado lquido.

    - Poder Calorfico Inferior (PCI): Quantidade de energia liberada na forma de calor, nacombusto completa de uma quantidade definida de gs com o ar, presso constante ecom todos os produtos de combusto retornando temperatura inicial dos reagentes, sendoque todos os produtos inclusive a gua formada na combusto esto no estado gasoso.

    Dessa forma, vlido dizer que o poder calorfico superior difere do poder calorfico inferiorpela entalpia de condensao da gua.

    - Densidade Relativa (d):Quociente entre a massa do gs contida em um volume arbitrrioe a massa de ar seco com composio padronizada pela ISO 6976 que deve ocupar omesmo volume sob condies normais de temperatura e presso.

    - ndice de Wobbe (IW):Quociente entre o poder calorfico e a raiz quadrada da densidaderelativa sob as mesmas condies de temperatura e presso de referncia.

    IW= PCS/d

    IW ndice de WobbePCs poder calorfico superiord densidade relativa

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    O ndice de Wobbe uma medida da quantidade de energia disponibilizada em um sistemade combusto atravs de um orifcio injetor. A quantidade de energia disponibilizada umafuno linear do ndice de Wobbe.

    Dois gases que apresentem composies distintas, mas com o mesmo ndice de Wobbedisponibilizaro mesma quantidade de energia atravs de um orifcio injetor mesmapresso.

    - Poder anti-detonante:O poder anti-detonante a capacidade do combustvel resistir naaplicao veicular, sem detonar, aos nveis de temperatura e presso reinantes na cmarade combusto do motor, proporcionados pela compresso a que submetida misturaar/combustvel.

    - Nmero de octano:O poder anti-detonante de combustveis lquidos (gasolina) medidoatravs do nmero de octano (MON ou RON). Os valores tpicos do nmero de octano dogs natural encontram-se entre 115 e 130, sendo que o metano apresenta valor de 140.

    - Nmero de Metano (NM): No intuito de obter uma melhor representao do poder anti-detonante dos combustveis gasosos, desenvolveu-se a nova escala denominada nmerode metano NM que utiliza como referncias o metano puro (NM = 100) e o hidrognio (NM= 0). empregado o procedimento disposto na Norma ISO 15403 para o clculo do nmerode metano a partir da composio do gs.

    O nmero de metano indica a capacidade anti-detonante do gs natural resultante de suascaractersticas na aplicao veicular, sendo seus limites passveis de comparao com aoctanagem da gasolina.

    - Ponto de Orvalho: O ponto de orvalho a temperatura na qual ocorre a formao daprimeira gota de lquido quando o gs sofre resfriamento ou compresso. Os lquidosnormalmente encontrados so gua, hidrocarbonetos ou glicol, que apresentam pontos deorvalho distintos.

    O requerimento de segurana mais importante do gs natural a temperatura no ponto deorvalho para evitar formao de lquido. A gua no estado lquido precursora da formaode compostos corrosivos atravs da combinao de componentes do gs natural,especificamente CO2 e H2S. A combinao de agentes corrosivos e a presso varivel,durante o transporte de combustvel, pode resultar em rachaduras metlicas e causarobstrues nos sistemas de gs.

    Aspectos relevantes da Composio do gs natural

    Fraes ou percentagens mssicas, volumtricas ou molares dos principais componentes,componentes associados, traos e outros componentes determinados pela anlise do gsnatural. Para gases ideais a frao volumtrica equivale frao molar.

    O propano e os hidrocarbonetos mais pesados apresentam poder calorfico, na basevolumtrica, superior ao metano. Embora adequados aos motores de combusto, soindesejveis em teores elevados no uso veicular por apresentarem poder anti-detonantemuito inferior ao metano, assim reduzindo o nmero de metano. No que se refere aoemprego do gs natural processado em turbinas a gs e equipamentos industriais em geral,esses componentes acarretam problemas de qualidade de combusto.

    - Enxofre Total: o somatrio dos compostos de enxofre presentes no gs natural. Alguns

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    compostos de enxofre na presena de gua ocasionam a corroso de aos e ligas dealumnio. O gs sulfdrico (H2S) o componente mais crtico no que se refere corroso.

    - Gs Sulfdrico: Sua presena depende da origem bem como do prprio processoempregado no tratamento do gs e pode acarretar problemas nas tubulaes e nasaplicaes finais do gs natural. O gs sulfdrico na presena de oxignio pode causarcorroso sob tenso, especialmente em cobre, podendo ser nocivo aos sistemas detransporte e utilizao do gs natural.

    - Inertes:Os principais compostos inertes presentes no gs natural so o dixido de carbono(CO2) e o nitrognio (N2).

    Sua presena em misturas gasosas reduz o poder calorfico, alm de aumentar a resistncia detonao no caso do uso veicular e, portanto, o nmero de metano. A presena do dixidode carbono se deve tcnica de extrao do gs natural ou ocorrncia natural na origemdo produto. O dixido de carbono tem ao corrosiva quando na presena de gua.

    - Oxignio: Presente em baixas concentraes. Nestas condies atua como diluente docombustvel e crtico na presena de gua, mesmo em baixas concentraes, pois podeprovocar corroso de superfcies metlicas.

    - Partculas slidas:Causam problemas de contaminao, obstruo e eroso dos sistemasde alimentao de combustvel dos veculos e orifcios injetores de queimadores industriais.Quando o gs natural destinado a utilizao como combustvel de turbina, as partculasslidas provocam eroso nas partes em que circula o gs quente.

    - Partculas lquidas:Causam alteraes bruscas na temperatura da chama e na carga daturbina a gs, retorno de chama nas chamas pr-misturadas e podem nuclear a condensaode fraes mais pesadas do gs natural. Quando a presena de lquido identificada no gsnatural destinado a turbinas, so empregados separadores e o fluxo aquecido paravaporizar a fase lquida.

    Equivalncia energtica:

    A comparao do gs natural com outros combustveis lquidos nos permite definir umaequivalncia energtica entre os mesmos. A tabela abaixo apresenta quantos metros cbicosde gs so necessrios queimar para obtermos a mesma quantidade de energia de ummetro cbico de combustvel lquido.

    COMBUSTVEL LQUIDO GS NATURAL EQUIVALENTE

    (m3gs / m3 comb) (*)Petrleo Mdio 1000

    G L P 695

    Gasolina 950

    leo Diesel 1045

    leo Combustvel A (BPF) 1100

    leo Combustvel B (APF) 1090OBS: (*) m3 de gs referido a 20oC e 1atm

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    Prioridades para utilizao do gs natural:

    As prioridades de utilizao do gs natural, definidas na portaria do Ministrio de Minas e

    Energia MME no 1.061, de 08/08/1986, pelo ento Conselho Nacional de Petrleo (CNP) soas seguintes:

    PRIORIDADE DE UTILIZAO:

    1 - Reinjeo em poos de petrleo, produo de GLP e gasolina natural;

    2 - Substituio de GLP de uso residencial, comercial, industrial e outros;

    3 - Utilizao como matria prima na indstria Petroqumica e de Fertilizantes;

    4 - Substituio do leo diesel nas frotas de nibus urbanos e interurbanos, emfrotas cativas de servios pblicos, e em veculos de transporte de cargas;

    5 - Substituio de derivados de petrleo na indstria;

    6 - Outros usos a critrio da ANP.

    Aplicaes tpicas do gs natural:

    O gs natural o combustvel de maior crescimento na matriz energtica mundial,apresentando grandes vantagens de utilizao como combusto limpa, eficiente,manuteno econmica e no poluidor do meio ambiente.

    A participao do gs natural na Matriz Energtica Mundial de 21%, havendo pases comoa Argentina que j superou a casa dos 30%. No Brasil a participao em 1995 atingia 2,7% eem 2002 atingiu 3,0%, um valor considerado muito pouco expressivo.

    Atualmente 50% da produo bruta nacional destina-se venda, enquanto que, em outrospases (mdia mundial), atinge 83%. A expectativa que nos prximos anos, o gs naturalpasse a representar cerca de 10 a 12% da demanda de energia primria no Pas(participao de 10 a 12% na Matriz Energtica Brasileira).

    O gs natural apresenta diversas aplicaes, podendo ser usado como combustvel parafornecimento de calor, gerao e cogerao de energia, como matria-prima nas indstriassiderrgica, qumica, petroqumica e de fertilizantes.

    Na rea de transportes, o gs natural utilizado como substituto de outros combustveis demaior custo para o consumidor (mais nobres), como o diesel, e a gasolina automotiva.

    As principais reas de utilizao do gs natural atualmente no Brasil podem ser assimdefinidas:

    - Indstrias de petrleo: Utilizado para injeo nos reservatrios para aumentar o fator derecuperao do petrleo, utilizado como combustvel para gerao de energia trmica emcaldeiras, fornalhas e refervedores, muito utilizado em turbo-geradores para a gerao deenergia eltrica em plataformas e unidades de produo em terra e tambm para alimentarmotores para acionamento de turbo compressores utilizados no escoamento do gs naturalproduzido.

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    - Transporte: Caracteriza-se como uma opo tcnica e economicamente vivel desubstituio do lcool e gasolina para os veculos de passeio. Tambm pode ser usado emveculos pesados, movidos a diesel, como caminhes e nibus de transporte urbano.

    O gs natural reduz fortemente a emisso de resduos de carbono, o que aumenta aqualidade do ar, reduz os custos de manuteno e aumenta a vida til do motor. Por ser maisbarato que outros combustveis lquidos, gera uma considervel economia para os usurios.

    - Setor Energtico:Permite a gerao de energia eltrica, a partir de motores a combustointerna, turbinas a gs e at mesmo das recentes clulas a combustvel.

    O gs natural tambm bastante utilizado em sistemas de cogerao de energia, que aproduo seqencial de mais de uma forma til de energia, a partir do mesmo energtico.Desta forma, pode-se, por exemplo, ter um sistema acionado por turbina a gs que geraenergia eltrica e energia trmica, a qual pode ser utilizada em sistemas industriais dediversas formas.

    - Combustvel industrial e comercial: O gs natural vem sendo utilizado como combustvelna substituio de uma variedade de outros combustveis alternativos, como: a madeira,carvo, leo combustvel, diesel, GLP, nafta e energia eltrica, tanto em indstrias, como emcomrcios.

    Proporciona uma combusto limpa, isenta de agentes poluidores, sendo ideal para processosque exigem a queima em contato direto com o produto final, como, por exemplo, a indstriade cermica e a fabricao de vidro e cimento.

    - Matria Prima: Utilizao como redutor siderrgico em companhias siderrgicas, utilizaocomo matria prima em processos de transformao qumica, principalmente para aproduo de metanol, e na indstria de fertilizantes, para a produo de amnia e uria.

    - Domiciliar:Evita o consumo de energia eltrica para o aquecimento de gua e ambientes,substitui o GLP em foges e aquecedores domiciliares, oferece mais conforto e segurana nouso, diminuindo os riscos de vazamentos, intoxicao no manuseio e incndio.

    Vantagens da utilizao do gs natural:

    As vantagens da utilizao do gs natural so bastante evidentes e definitivas,principalmente em se tratando de preservao ambiental, seja por emisso de menoresndices de poluentes durante a queima, seja por reduo de reas desmatadas para agerao de combustveis vegetais.

    Melhorar da qualidade do ar nas cidades, quando utilizado no transporte urbano enas indstrias, atravs da queima isenta de resduos e baixo teor de enxofre (baixapoluio);

    Favorecer o uso racional do carvo vegetal e da lenha, evitando o desmatamentoindiscriminado e contribuindo para a preservao do meio ambiente;

    Promover a reduo de custos e a racionalizao energtica, aumentando aeficincia de certos processos industriais atravs da cogerao;

    Garantir a qualidade na fabricao de produtos, atravs da estabilidade dosprocessos produtivos de produtos como cermica, vidros, felpudos e alimentos,conferindo aos mesmos, competitividade em nvel internacional;

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    Reduo de manuteno de equipamentos, custos operacionais e reduo deestoques (menor imobilizao financeira);

    Garantir a disponibilidade ampla, crescente e dispersa do combustvel, possibilitandoa gerao de energia eltrica junto aos grandes centros consumidores, com menorescustos com redes de distribuio;

    Reduzir a utilizao do transporte de combustveis lquidos pela malha rodo-ferro-hidroviria, possibilitando maior oferta para escoamento da produo industrial eagrria;

    Atrair capital externo para investimentos na cadeia produtiva do gs natural;

    Permitir a diversificao das fontes de suprimento de energia, proporcionando maiorautonomia energtica ao pas e segurana no abastecimento, atravs da utilizao dogs de origem nacional e importado (Diversificao da Matriz Energtica Brasileira).

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    CONDICIONAMENTO DE GS NATURAL

    Introduo

    O objetivo do Condicionamento do gs natural a remoo de compostos e materiais, quealteram as caractersticas do gs e danificam os equipamentos utilizados no aproveitamentodo gs, dessa forma, garantindo as condies de qualidade mnimas do gs, com vistas arealizar a transferncia do mesmo de forma eficiente e segura, das reas de produo at oscentros processadores, evitando problemas como formao de hidratos, corroso, ao decompostos agressivos, acidentes na manipulao, etc.

    Condicionamento de gs natural um termo genrico que abrange vrios processos unitrios(fsicos, qumicos e mecnicos) pertencentes a um sistema global de tratamento primrio daproduo de leo e gs.

    Tais processos tm a funo de transformar a matria prima produzida nos campos de

    produo (leo bruto) em correntes especificadas de acordo com padres tcnicos, quepermitam o transporte dos produtos gerados para as unidades de processamento de leo egs natural ou o descarte no mar, no caso da gua produzida.

    Os processos unitrios mais comumente utilizados no condicionamento de gs natural so osseguintes:

    Separao de leo e gs;

    Depurao de gs;

    Filtrao de gs;

    Dessulfurizao e Remoo de CO2;

    Desidratao; Compresso;

    Injeo de inibidor de hidrato.

    Os gases cidos presentes em vrios campos de produo, quando presentes em teoreselevados, comprometem a qualidade do gs a ponto de inviabilizar o seu transporte eutilizao pelos consumidores.

    A presena de resduos slidos em altos teores pode comprometer a integridade fsica dosistema de transporte de gs, (o qual composto basicamente por gasodutos) a partir defenmenos do tipo eroso e corroso.

    Aps a etapa de separao a corrente gasosa entra na etapa de depurao e filtrao, quetem como finalidade a remoo de gotculas de leo de pequeno tamanho. O gs depurado efiltrado se dirige ao mdulo de dessulfurizao de gs, quando necessrio.

    O gs natural dessulfurizado comprimido e segue para o mdulo de desidratao de gs.Esta unidade tem a finalidade de especificar o gs tratado segundo o teor de umidadedefinido pelo projeto, para garantia do escoamento eficiente at a unidade deprocessamento, sem a ocorrncia de hidratos e com a qualidade necessria.

    Os principais compostos a serem removidos pelas etapas de condicionamento do gs naturalou reduzidos a determinados teores estabelecidos por Normas ou padres so os seguintes:

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    gua;

    Compostos sulfurados (H2S, CS2, COS, etc);

    Dixido de carbono (CO2);

    Slidos (areia, xidos de ferro, produtos de corroso);

    Lquidos (condensado de gs, produtos qumicos).

    Diagrama de blocos

    O diagrama de blocos abaixo apresenta as etapas bsicas do condicionamento de gsnatural em uma unidade de produo:

    Fig: Diagrama de blocos do condicionamento

    Separao primria

    O processamento primrio dos fluidos produzidos em um campo de produo se inicia com aseparao de fases que ocorre no prprio campo. Essa separao pode ser apenas entre

    leo e gs (separao bifsica), entre gua, leo e gs (separao trifsica), ou mesmo umaseparao quaternria entre areia, gua, leo e gs. O nvel de complexidade da planta deprocessamento primrio vai depender do tipo de fluidos produzidos e da viabilidade tcnico-econmica do campo de produo.

    A separao primria de fases em um campo de produo conseguida atravs dautilizao de um vaso separador bifsico (separao de leo e gs) ou trifsico (separaode leo, gua e gs). Atualmente este ltimo mais utilizado, por permitir uma adequaomais fcil do leo s condies de escoamento.

    O gs separado no separador sai do mesmo saturado de umidade e partculas muitopequenas de leo (nvoa).

    Separaoprimria

    Depurao Compresso Desidratao

    ExportaoConsumo

    interno

    Dessulfurizao

    Remoo de CO2

    Processamento(UPGN)

    GGsseessppeecciiffiiccaaddoo

    Reservatrio

    Injeo deprodutosqumicos

    Condicionamento do Gs

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    Fig: vaso separador primrio de produo

    Depurao de gs natural

    Depurao do gs significa remoo de partculas lquidas do gs, principalmentegotculas de leo. Este leo proveniente de arraste em fase lquida ou sob forma denvoas.

    Basicamente, um sistema eficiente de depurao em uma unidade de produo depetrleo evita uma srie de possveis problemas operacionais nas etapas docondicionamento de gs natural subseqentes. A presena de lquidos na correntegasosa causa contaminao dos produtos qumicos injetados na etapa de tratamento degs, perda de eficincia da unidade de desidratao de gs, alm de graves problemasna compresso e na unidade de tratamento de gs combustvel (a presena de lquidono gs combustvel pode gerar srios danos a equipamentos complexos como asturbinas acionadoras de geradores e compressores de uma plataforma de produo).

    O sistema de depurao consiste basicamente de vasos depuradores que, de acordocom a vazo de lquido, so verticais ou horizontais. Os vasos depuradores possuem

    quatro sees principais para promover a separao das partculas da fase gasosa:- Seo de entrada: utilizada para separar a poro principal de lquido livre dacorrente de entrada. O bocal de entrada deve direcionar o fluxo tangencialmente parede interna do vaso, ou anteposto a uma placa defletora. Esta possui a vantagem doefeito inercial da fora centrfuga e a variao abrupta da direo, obtendo assim, aseparao da maior parte de lquidos provenientes da corrente gasosa.

    - Seo de precipitao: planejada para a atuao da fora gravitacional, aumentandoa separao das partculas que entram. constituda pela poro do vaso, na qual avelocidade com que o gs se desloca relativamente baixa e pouco turbulenta.

    Separador de produo trifsicoGGssmmiiddoo

    gguuaaoolleeoossaa

    lleeoo

    leobruto

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    - Seo de crescimento: Utiliza os eliminadores de nvoas, que remove as partculaspequenas de lquido (nvoas). Esta seo responsvel pela performance doequipamento, que possui o destaque do referente trabalho.

    - Seo de drenagem: o fundo do vaso, responsvel pela drenagem do lquido retidonas sees anteriores.

    Fig: vaso depurador de gs natural

    Equipamentos tpicos para eliminao de nvoas

    So utilizados no interior dos vasos depuradores, com o objetivo de reter partculas bempequenas de lquidos, na forma de gotculas arrastadas do processo primrio de separao.

    - Eliminadores Mesh Pads (Demister ou Wire Mesh):

    Consiste em um colcho de tela de fio metlico tipo arame, enrolada ou disposta emcamadas. fabricado em qualquer tamanho e forma requeridos, podendo ser instalado emqualquer vaso de processamento, novo ou j existente.

    O principal mecanismo de captao de nvoas por impacto inercial. As gotculas lquidasque se encontram em suspenso, em uma corrente gasosa, tentam passar atravs docolcho; mais devido a sua maior inrcia, no se desviam dos fios da tela e se chocam com asuperfcie dos mesmos, ficando brevemente retidas.

    Estas gotculas se acumulam e crescem em seu tamanho, at que possam sobrepujar afora do fluxo do vapor e a tenso superficial caindo livremente (fenmeno denominado decoalescncia).

    SSeeooeennttrraaddaa

    SSeeooccrreesscciimmeennttoo

    SSeeoopprreecciippiittaaoo

    SSeeooddrreennaaggeemm

    lquido

    Gs depurado

    Gs mido

    Eliminador de nvoa

    Placa defletora

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    Fig: Eliminador de nvoa tipo Wire Mesh

    - Eliminadores Vane Type (Tp Vane):

    Consiste basicamente, por um conjunto de chapas metlicas no formato de zig-zag, onde, oprincipal mecanismo de captao de nvoas tambm por impacto inercial. O gs escoa,

    horizontalmente ou verticalmente, e as palhetas direcionam o escoamento do gs em ummodelo sinuoso. As gotculas de nvoa so carregadas adiante pelo gs.

    Por causa do momentum das gotculas de densidade maior, estas tendem a moverem emlinhas mais retilneas que o gs. Em toda a mudana na direo do gs, algumas gotculaschocam-se e aderem na superfcie. O gs escoando em volta de uma curva gera uma foracentrfuga que lana as gotculas para fora. As gotculas capturadas coalescem sobre aspalhetas, formando gotas maiores com peso suficiente para gotejar (escorrer).

    Fig: Eliminador de nvoa tipo TP Vane

    Dessulfurizao e remoo de CO2do gs natural

    O processo de dessulfurizao de gs natural tem trs principais objetivos dentro do conjuntode operaes do processamento primrio de gs natural, quais sejam:

    Segurana operacional;

    Especificao do gs para venda;

    Recuperao de gases cidos para comercializao.

    Os gases cidos encontrados no gs natural so basicamente componentes do tipo: H2S(gs sulfdrico), CO2 (gs carbnico), mercaptans (RSH, onde R um radicalhidrocarboneto), COS (sulfeto de carbonila) e CS2(dissulfeto de carbono).

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    O CO2 apesar de no possuir valor energtico, pode ter a sua recuperao viabilizadaeconomicamente para utilizao na recuperao terciria de petrleo ou comercializaopara empresas de bebidas gasosas ou de gases industriais.

    Compostos de enxofre como COS e CS2 no so removidos facilmente por processo dedessulfurizao baseado em absoro com MEA (monoetanolamina). Esses compostospromovem reaes de degradao da MEA circulante e, apesar de no apresentaremcaractersticas corrosivas, podem sofrer hidrlise durante o transporte, propiciando aformao de H2S e CO2.

    O gs natural tpico apresenta teores insignificantes de mercaptans, dessa forma, esta classede contaminante no requer nenhum processo de purificao, diferentemente do gs derefinaria, onde a corrente gasosa uma mistura de hidrocarbonetos de composiesvariadas oriunda de diversas unidades de processo. Neste caso, inevitvel a utilizao detratamento custico ou outro semelhante para a eliminao dos mercaptans e especificaodas correntes de produtos gerados.

    A segurana operacional est vinculada aos teores mximos de H2S permitidos no gs paraa garantia da manipulao segura. O H2S quase duas vezes mais txico que o monxidode carbono (CO) e quase to txico quanto o gs ciandrico (HCN). As conseqncias deexposio ao H2S, em teores variveis so descritos na tabela abaixo:

    Ppm vol H2S EFEITOS

    0,01 0,15 Limite da deteco do odor

    10 Mxima concentrao permitida para exposio prolongada

    100 150 Pode causar enjos e fraqueza aps 1 hora> 200 Perigoso aps 1 hora

    > 600 Fatal aps 30 minutos

    > 1000 Morte imediataTabela: Efeitos do H2S

    O processo de absoro qumica que utiliza a monoetanolamina como solvente o maisutilizado para tratamento de gs natural, principalmente se o mesmo tiver altos teores degases cidos. Tem como caractersticas principais, a necessidade de baixas taxas decirculao de solvente, fcil remoo de H2S, devido a sua grande afinidade com o mesmo eboa eficincia do processo, mesmo quando submetido a baixas presses (at o limite de

    presso de 490 kPa ou 5 kgf/cm2).

    A MEA a amina de utilizao mais generalizada devido principalmente, s suascaractersticas de baixo custo, alta reatividade, excelente estabilidade qumica, facilidade derecuperao e seletividade pelo H2S em presena de CO2. Devido a sua alta reatividade como H2S e CO2, conduz a menores vazes circulantes, o que se reflete em menor consumo deutilidades, carga trmica e menores equipamentos, tornando o processo de menor custoquando comparado com unidades que utilizam DEA.

    Como a MEA forma compostos no regenerveis ao reagir com o COS e CS2, o seu uso no recomendado no tratamento de gases com altos teores dos mesmos, como o caso degs de refinaria.

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    Caractersticas fsico-qumicas:

    Massa molar: 61,08 kg/kmol

    Temperatura de ebulio: 171 CTemperatura de congelamento: 10,5 C

    Massa especfica @ 20 C: 1018 kg/m 3

    Frmula qumica: HOC2H4 NH2

    Fig: esquemtico da unidade de dessulfurizao

    - Reaes de neutralizao dos compostos cidos do gs natural

    Neutralizao do H2S: 2 (HOC2H4NH2) + H2S (HOC2H4NH3)2S

    Neutralizao do CO2: 2 (HOC2H4NH2) + H2O + CO2 (HOC2H4NH3)2CO3

    Desidratao de gs natural

    A funo da desidratao do gs natural especificar o teor de umidade do gs tratado parafins de escoamento para terra, gs lift e gs combustvel, evitando a formao de hidratosnestes sistemas.

    O gs natural oriundo de qualquer formao encontra-se saturado com vapor dgua.Conforme o gs vai se aproximando da superfcie dentro da linha de produo do poo,comea a ocorrer formao de gua livre.

    Vapores deH2S e CO2

    calor

    Gs doce

    calor

    Soluo de MEA

    regenerada

    recheio

    Regeneraoda MEA

    MEA + prod.

    neutralizadosH2S CO2

    Gs cido

    calor

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    A preocupao com a formao de hidratos passa a ter maior importncia no momento emque a temperatura do fundo do mar atinge valores baixos (2 a 4C) e presses deescoamento acima de 1500 psi, condies comuns ao desenvolvimento de novos campos de

    produo, situados lmina dgua profunda.

    - Agente desidratante:

    O glicol um lcool comercializado nas seguintes formas: MEG (monoetilenoglicol), DEG(dietilenoglicol) e TEG ( trietilenoglicol). O MEG mais utilizado para desidratao de gs emunidades de processamento tipo absoro refrigerada e o TEG o mais recomendado paraabsoro de umidade do gs natural em unidades de produo martimas.

    As caractersticas que determinam a escolha do glicol como agente desidratante utilizadopara secagem do gs natural so as seguintes:

    Alta solubilidade com a gua; Baixa volatilidade;

    Baixa viscosidade;

    Alta estabilidade qumica;

    No inflamvel;

    Grande capacidade higroscpica.

    PRODUTO PRESSO DEVAPOR

    (mmHg a 25 C)

    VISCOSIDADE

    (cP a 25 C)

    MASSA MOLAR

    (kg/kmol)

    TEMPERATURA DEDEGRADAO

    (C)

    MEG 0,12 16,5 62,1 164DEG < 0,01 28,2 106,1 164

    TEG < 0,01 37,3 150,2 206

    O poder higroscpio das solues de glicol diretamente afetado pelo teor do mesmo nasoluo com gua, sendo tanto maior quanto maior for a participao do glicol na mistura. Aquantidade de gua removida da corrente gasosa aumenta proporo que aumenta o teorde glicol na soluo.

    - Descrio do processo:

    O processo de desidratao de gs que utiliza absoro com glicol um processo quepromove o contato ntimo entre duas fases, uma gasosa (gs natural) e outra lquida (asoluo de glicol).

    O gs natural mido, com elevado ponto de orvalho, entra na torre contactora (tambmchamada de torre absorvedora) e recebe em contracorrente a soluo de glicol provenientedo sistema de regenerao. O contato entre o gs e a soluo de glicol se d intimamenteatravs do leito recheado (constitudo por recheio tipo sela intalox de ao inox, ou recheioestruturado, tambm de ao inox), e medida que esta soluo desce pela torre, absorve aumidade do gs natural.

    No topo da torre absorvedora, um eliminador de nvoa remove partculas lquidas de glicol

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    arrastadas pela corrente de gs. O gs seco que sai pelo topo desta torre possui um teor deumidade em torno de 150 ppm v.v. e ponto de orvalho em torno de -1 C, nos projetos maisrecentes.

    O glicol que absorve a umidade do gs sai pelo fundo da torre passa por filtros para remoode contaminantes e escoa para o sistema de regenerao de glicol para retirada da guaabsorvida.

    Fig: Esquemtico da unidade de desidratao

    Compresso de gs natural

    A etapa de compresso do gs natural necessria para que o mesmo tenha condies deescoar do centro produtor at o centro processador destino, garantindo assim, aespecificao do produto para posterior venda.

    O gs isento de H2S comprimido, normalmente em um turbo-compressor tipo centrfugo dedois estgios de compresso para atingir a presso de descarga necessria para o

    escoamento at o centro processador e tambm para a injeo e gs lift, quando existente.

    Parte do gs comprimido utilizada para suprimento do anel de gs combustvel do centroprodutor (uma plataforma ou uma base terrestre) para consumo interno.

    Pode existir uma rede secundria de gs de baixa presso que coleta o gs separado nosegundo estgio de separao da produo. Este gs de baixa presso comprimido em umcompressor booster tipo parafuso ou alternativo e alinhado para a suco do sistema decompresso principal.

    Vapor dgua emequilbrio

    calor

    Gs seco

    calorTEG + gua

    absorvida

    Gs mido

    Soluo de TEGregenerada

    recheio

    Regeneraodo TEG

    Vaporesde H2O

    calor

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    leo para otratador

    eletroststico

    Exportao

    Gs lift eInjeo

    Consumointerno

    Injeo deprodutosqumicos

    Sistema deSeparao de leo

    1o.

    gua

    2o.

    gua

    Sistema de gs

    Reservatrio

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    REGULAO DO MERCADO DE GS NATURAL

    Introduo:

    A crescente demanda de gs natural, principalmente verificada nos mercados emergentes,tem requerido a definio de regras bsicas que garantam o abastecimento dos mercadosconsumidores de gs natural em quantidades e qualidade requeridas e, simultaneamente, osinteresses econmicos dos produtores, carregadores, processadores, transportadores,distribuidores e investidores em geral.

    Objetivo:

    O objetivo da regulao do mercado de gs natural a definio de regras bsicas e clarasque garantam a estabilidade do relacionamento entre os atores integrantes da cadeia do gsnatural no Brasil.

    A regulamentao do mercado visa fomentar o mercado e os negcios em torno do gs

    natural, atravs da definio de regras consistentes e coerentes e tambm da garantia dedireitos formalizados em contratos padres de compra, venda, transporte, produo eindustrializao do gs natural.

    Estas regras de mercado fundamentalmente, garantem o acesso da matria prima aosconsumidores, o preo justo cobrado em cada etapa da cadeia de gs, o abastecimento alongo prazo dos mercados e, dessa forma, o retorno dos investimentos necessrios.

    Neste sentido, a Agencia Nacional do Petrleo (ANP) tem buscado regular este setor, atravsde Portarias que definem exatamente o papel de cada ator que participa deste importante ecrescente mercado de gs natural.

    Movimentao do gs natural:

    A figura abaixo traduz a movimentao macro do gs, desde os campos produtores at oscentros consumidores:

    Produodo gsnatural

    Condicionamentodo gs natural

    Transfernciado gsnatural

    Processamentodo gs natural

    Transportedo gsnatural

    Distribuiodo gsnatural

    UPGNs

    Entrega aosConsumidores

    Gasodutos

    GasodutosRedes de distribui o

    Transfernciade custdia

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    Resoluo ANP n16 de julho de 2008

    a Resoluo que estabelece a especificao tcnica do gs natural, de origem nacional ou

    importada, a ser comercializada em todo o territrio nacional. tambm a ResoluoRegulamentadora que define as regras para a atuao de todos os atores participantes dacadeia produtiva do gs natural.

    Seus principais artigos sintetizados abaixo estabelecem os tpicos mais relevantes para aregulao do mercado de gs natural no Brasil.

    - Art. 1.Estabelece a especificao do gs natural, de origem nacional ou importada, a sercomercializada em todo o territrio nacional, consoante as disposies contidas noRegulamento Tcnico da ANP.

    - Art. 2. Estabelece as obrigaes para importadores, processadores, carregadores,transportadores e distribuidores de gs natural que operam no pas, transcritas no

    Regulamento Tcnico, nas suas etapas de comercializao e de transporte.- Art. 3.Define os papeis dos atores integrantes da cadeia de gs natural:

    Produtor:Pessoa jurdica que possui a concesso do Estado para explorao paraproduzir gs natural em um campo produtor;

    Carregador: Pessoa jurdica que detm o controle do gs natural, contrata otransportador para o servio de transporte e negocia a venda deste com ascompanhias distribuidoras;

    Transportador: Pessoa jurdica autorizada pela ANP a operar as instalaes detransporte;

    Processador:Pessoa jurdica autorizada pela ANP a processar o gs natural, a fimde garantir a especificao do gs natural para venda;

    Distribuidor:Pessoa jurdica que tem a concesso do Estado para comercializar gsnatural junto aos consumidores finais.

    - Art. 5.Estabelece as anlises e especificaes de gs natural necessrias, assim como osmtodos a serem empregados pelos participantes da cadeia de gs natural.

    - Art. 10.Define a obrigatoriedade da odorao do gs natural no transporte, de acordo comas exigncias previstas durante o processo de licenciamento ambiental.

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    Nveis de relacionamentos entre os atores do mercado de gs natural

    Fig: nveis de relacionamentos

    Especificao tcnica do gs natural (conforme Resoluo ANP n16 )

    Reservatrio

    Produtor Processador

    Distribuidor

    Consumidor final

    Gs condicionado

    Gs especificadop/ venda

    transferncia

    transporte

    Carregador

    Agente

    comercializadorDono dos contratos

    Transportador

    Agenciasestaduais

    opciona

    obrigatrio

    Concessofederal

    Redes dedistribuio

    ANPAgenciafederal

    Tabela:Caractersticastcnicas do gs

    naturalespecificadopara venda

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    A partir da edio da Resoluo n16 pela Agencia Nac ional de Petrleo, todo gs naturaldestinado venda deve estar de acordo com a especificao tcnica abaixo. Casosespeciais devem ser submetidos aprovao da ANP, aps negociao entre as partes

    envolvidas.A Cadeia Produtiva do Gs Natural

    - Fase de Explorao: A explorao est dividida em pesquisa e perfurao. A pesquisalevanta os diversos fatores que indicam a formao de grandes acumulaes dehidrocarbonetos, tais como: presena de rochas geradoras responsveis pela gerao doshidrocarbonetos; presena de rochas porosas e permeveis que permitam receber oshidrocarbonetos em seus espaos vazios; presena de armadilhas que tenham acapacidade de armazenar grandes quantidades de hidrocarbonetos; e rochas selantes queno deixam os hidrocarbonetos se perder na superfcie. Uma vez identificados todos estesfatores, feita a perfurao do poo.

    - Fase de Desenvolvimento e Produo: Depois de confirmada a existncia de acumulaode hidrocarbonetos, inicia-se a fase de desenvolvimento e produo. At este ponto asindstrias de petrleo e gs natural caminham juntas. Nas unidades de produo, parte dogs utilizada como gs lift para reduzir a densidade do petrleo facilitando sua extrao eparte reinjetada com duas finalidades: recuperao secundria (que aumenta a pressointerna do reservatrio) ou armazenamento em poos de gs no associado.

    O restante pode ser consumido internamente na gerao de eletricidade e vapor; queimadoem flares, caso no haja infra-estrutura suficiente que permita seu aproveitamento; escoadopara Unidades de Processamento de Gs Natural (UPGN) ou diretamente consumido.

    - Fase do Processamento: A parcela do gs natural produzida e conduzida atravs degasodutos at as Unidades de Processamento de Gs Natural (UPGNs) processada etransformada em produtos finais para atendimento a clientes finais.

    Nestas UPGN's, ocorre a separao das fraes mais leves do gs natural (metano e etano),e obtm-se o gs natural seco, o Gs Liquefeito de Petrleo (GLP formado por propano ebutano) e a gasolina natural (pentano e mais pesados).

    - Fase do Transporte: Das UPGN's, o gs seco pode ser transportado at os pontos deentrega para as companhias distribuidoras ou, eventualmente, diretamente a um grandeconsumidor. O transporte do gs natural pode ser feito por meio de dutos, que a formaconvencional; atravs de cilindros de alta presso, como o gs natural comprimido (CNC) ouno estado lquido, como gs natural liquefeito (GNL).

    Na fase lquida, pode ser transportado por meio de navios, barcaas e caminhescriognicos, a -160C. Nesta forma lquida, seu volume reduzido em cerca de 600 vezes,facilitando o armazenamento. Tambm nesse caso, para ser utilizado, o gs deve serrevaporizado em equipamentos apropriados.

    - Fase de Distribuio: A partir do transporte do gs natural, seja por quaisquer meiosexistentes, este combustvel pode ser comprado pelas Concessionrias de DistribuioEstaduais e ento vendido para os consumidores finais atravs dos ramais de distribuio.

    O gs natural pode ser utilizado de diversas formas. Desde a produo de calor e frio para oconsumo industrial e residencial at a gerao de eletricidade em Usinas Termoeltricas e autilizao como matria-prima pela indstria de transformao.

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    FORMAO DE HIDRATOS

    Introduo

    A formao de hidratos seja nos dutos de transporte, seja nos equipamentos de uma plantade processamento de gs natural, determina a parada geral do sistema causando grandesperdas de recursos, lucro cessante, tempo e aumento de risco operacional. Evitar a formaode hidratos nestes sistemas de fundamental importncia para o efetivo aproveitamento dogs natural produzido nos campos de produo.

    A causa bsica da formao de hidratos a presena de gua, seja esta na forma de gualivre (fase lquida) ou em equilbrio com o gs na fase vapor. Com a utilizao detemperaturas cada vez mais baixas nas unidades de processamento de gs natural, oproblema se torna bastante crtico, podendo ocasionar tamponamento dos dutos eequipamentos da unidade, causando paralisao do sistema, danos aos equipamentos evlvulas e interrupes no fornecimento dos produtos gerados.

    Definio de hidrato

    uma soluo slida, visualmente similar ao gelo, de composio mal definida entremolculas de hidrocarbonetos de baixa massa molar e gua.

    HIDROCARBONETO + GUA + BAIXA TEMPERATURA = HIDRATO

    Trata-se de cristais formados pelos componentes do gs natural em presena de gua. Oshidrocarbonetos ficam encapsulados em uma estrutura cristalina de hidrato, isto , presos nointerior da estrutura. Isto explica o favorecimento da formao de hidratos com molculas demetano e etano (molculas de pequeno tamanho).

    Hidrocarbonetos de maior massa molar como o butano e pentano, devido ao tamanho desuas cadeias, tendem a atrapalhar a formao da estrutura cristalina, dificultando a suaformao. Gases com alta massa molar (grande quantidade de pesados) geram uma faselquida de hidrocarbonetos (condensado de gs natural) quando submetidos a resfriamento.Esta fase lquida tende a atrapalhar a formao de hidratos.

    Gases com elevados teores de H2S e CO2apresentam maior tendncia a formarem hidratos,pois estes contaminantes so bastante solveis em gua.

    Estrutura bsica do hidrato

    A estrutura formada pelas molculas de gua e hidrocarbonetos na constituio de um blocode hidrato depende de caractersticas fsicas do sistema, tais como presso e temperatura doambiente hidratado, conformao fsica deste ambiente (pontos mortos ou de baixavelocidade de escoamento), caractersticas qumicas dos constituintes, tais como acomposio do gs natural, presena e quantidade de contaminantes (cidos orgnicos, H2S,CO2, sais, e outros), e tambm a quantidade de gua presente.

    Basicamente, na estrutura do hidrato temos molculas de hidrocarbonetos aprisionadas emarmadilhas (chamadas traps) formadas por molculas de gua ligadas umas as outras, emuma estrutura rgida, muito semelhante ao gelo.

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    Fig: Estrutura bsica do hidrato

    Mecanismo de formao de hidratos

    A formao de hidrato resultante de um processo de solidificao (congelamento), destemodo, a diminuio da temperatura e o aumento da presso favorecem sua formao. Outrofator que favorece sua formao a presena de gua livre.

    Pontos de acmulo de gua como curvas em tubulaes, conexes e vlvulas, so locaisprovveis de ocorrncia de hidratos, quando as condies bsicas de formao estopresentes.

    Quando a temperatura do interior do equipamento ou tubulao tubo for inferior quela daformao de hidrato, cristais comearo a se formar, e se acumularo nos pontos deestagnao do equipamento ou duto, podendo atingir a sua completa obstruo.

    Local de formao do hidrato

    Em condies normais, o hidrato se forma em pontos de mudana de fluxo ou restriescausadas por acessrios de tubulao.

    Pontos de mudana de fluxo das tubulaes;

    Pontos de instalao de acessrios.

    Fig: ponto de formao do hidrato

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    Fig: Exemplo da formao de Hidratos

    Identificao da presena de hidratos

    A identificao prtica da formao de hidrato passa pelo conhecimento das limitaesoperacionais da planta de processo no que diz respeito temperatura de formao dehidrato. Este o primeiro passo a ser dado com a finalidade de se reduzir as perdasoperacionais devido a formao de hidratos. A temperatura de formao de hidrato dependeda presso e densidade do gs.

    Uma vez tamponada a linha de gs, ocorre aumento da presso montante da formao dehidrato, e queda na presso jusante da mesma. O acompanhamento desta varivel,atravs da leitura de indicadores de presso, possibilita a identificao prvia de problemas,antes dos mesmos se tornarem significativos.

    As curvas de formao de hidratos tm como uma de suas aplicaes, a determinao dapresso, a partir da qual o mesmo comea a se desfazer (no h necessidade dedespressurizar totalmente a linha, mas sim at o ponto determinado pela curva).

    Depsitos de hidratos

    Reservas de gs natural na forma de hidrato, localizadas no fundo do mar, ainda noexplorveis comercialmente. Ocorre como resultado de erupes vulcnicas submarinas porpequenas fissuras no fundo do mar. O metano liberado das fendas a altas presses encontraas baixas temperaturas do fundo do mar e tem como resultado a formao de grandesdepsitos de hidratos submarinos.

    Mtodos de remoo de hidratos

    Quando a formao de hidratos torna-se um fato, algumas tcnicas para sua remoo podemser utilizadas, tais como: descompresso, aquecimento e injeo de inibidores de hidrato.

    O processo de aquecimento o mais eficiente e por isso, o mais usado em unidades deprocessamento de gs. Basicamente, isola-se a fonte de frio da unidade, desligando oscompressores de propano, o turbo-expansor e desviando a carga dos permutadores derecuperao de frio, conforme o tipo de unidade. Uma vez isolada a fonte de frio, a unidadevai esquentar at atingir a temperatura ambiente e normalmente, isso suficiente paradesfazer o hidrato formado.

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    A injeo de inibidor de formao de hidrato tambm utilizada, principalmente quandoocorre algum problema operacional no sistema de desidratao de gs. O inibidor injetadocomo medida preventiva e tem melhor efeito quando injetado antes do incio da formao do

    hidrato.A tcnica da descompresso bastante utilizada para decompor hidrato formado emgasodutos, no sendo uma prtica usual em unidades de processamento de gs. Baseia-seno abaixamento da presso at atingir valores inferiores a presso de formao do hidrato.Apesar deste procedimento, sempre ficam pequenos cristais remanescentes no sistema, umavez que a decomposio dos mesmos se processa lentamente.

    Aps a utilizao de qualquer um dos mtodos, torna-se necessrio o uso de um colcho delcool anidro antes de voltar operao do sistema. Por ser um inibidor, o colcho delcool tem a finalidade de evitar que volte a haver formao de hidrato, quando o gasodutoou a unidade industrial forem novamente colocados em condies normais de operao..

    Injeo de inibidores

    A forma mais segura de se evitar a formao de hidratos processar apenas gs seco, comseu ponto de orvalho especificado para as condies operacionais do sistema (ponto deorvalho abaixo da menor temperatura que o gs ser submetido na unidade). Porm ocorremmuitas vezes desequilbrios momentneos na unidade que levam ao aumento do teor degua do gs e conseqentemente, a possibilidade de formao de hidratos. Neste instante, ainjeo de inibidores de forma preventiva pode evitar perdas de produo por paradasoperacionais.

    O inibidor de hidratos tem a finalidade de se combinar com a gua livre, diminuindo atemperatura em que o hidrato se forma. Deve ser injetado na corrente gasosa, antes que sejaatingida a temperatura de formao de hidrato. O ponto de injeo deve ser tal que permita amaior disperso possvel no gs, com a utilizao de bicos nebulizadores.

    Fig: Bico nebulizador de etanol

    A eficincia do inibidor est relacionada a uma boa nebulizao do lquido na massa gasosa,provocando uma maior homogeneizao da mistura lcool-gs. Os bicos nebulizadorespulverizam o lcool, formando nvoas, dispersando-se na massa gasosa e aumentandoconseqentemente o contato com a mesma. Com a utilizao destes bicos, obtm-se umareduo de cerca de 40% do consumo de lcool em relao ao sistema de injeo sem biconebulizador.

    EETTAANNOOLL

    GGSS

    BIC O A SPE RSO R

    CANETA REMOVVEL

    CCOONNEECCHHEEIIOO

    T UB UL A O

    NEBULIZADOR

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    PROCESSAMENTO DE GS NATURAL

    Introduo:

    Com o advento da uniformizao da especificao bsica para a venda de gs no Pas,definido na regulamentao do setor, o processamento de gs natural passou a ser umrequisito fundamental e indispensvel para o adequado aproveitamento deste combustvel,seja em escala industrial, automotiva ou domiciliar.

    Sistemas industriais so projetados e construdos para permitir o tratamento do gs naturalproduzido em um campo e, dessa forma, garantir a especificao do gs comercializado.Cada campo produtor vai requerer caractersticas especficas das suas instalaes deprocessamento de gs natural, em funo da qualidade e quantidade dos componentespresentes neste gs. Cabe ao processador dimensionar os equipamentos das instalaesindustriais de processamento de forma a garantir a adequao do gs comercializado sespecificaes definidas nas normas vigentes.

    Certamente, a atividade de processamento do gs natural proporciona a otimizao dautilizao deste insumo e assegura a sua presena e relevncia estratgica na matrizenergtica Brasileira.

    Objetivo:

    O objetivo bsico do processamento de gs natural separar os componentes do mesmo emprodutos com especificao definida e controlada, para que possam ser utilizados com altodesempenho em aplicaes especficas, permitindo a incorporao de maior valor agregadoaos produtos gerados.

    Semelhante destilao de petrleo, que fraciona o leo em produtos de especificaodefinida, uma unidade de processamento de gs natural tem como funo bsica fracionar ogs em produtos especificados para atendimento a aplicaes diversas.

    Produtos do gs natural:

    Basicamente, o processamento do gs natural gera gs especificado e pronto para consumoem qualquer equipamento trmico industrial, motor a combusto a gs ou uso domiciliar,conforme especificao contida na Resoluo n16 da A NP. Normalmente este gs fornecido chamado no mbito industrial de gs combustvel, gs seco, gs processado, gs residualou simplesmente de gs especificado.

    Outro combustvel de grande importncia obtido a partir do gs natural o Gs Liquefeito de

    Petrleo ou simplesmente GLP. Este produto do gs natural o combustvel de maiorutilizao no mbito domiciliar, possuindo um alto valor agregado.

    Como o mercado de GLP ainda parcialmente atendido por importao, qualquer aumentode produo interna do mesmo gera uma economia direta de divisas para o Pas. Nestecenrio, o processamento de gs natural tem uma relevante importncia estratgica, poisuma boa parte da produo nacional de GLP oriunda deste processo industrial.

    Normalmente, o fracionamento do Lquido de Gs Natural (LGN) gera, alm do GLP, umafrao mais pesada denominada gasolina natural, ou frao C5+. Esta frao, por nopossuir uma especificao bem definida, no tem uma aplicao mais nobre.

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    O principal destino dado a esta corrente a injeo em correntes de petrleo empraticamente todas as unidades de processamento de gs natural da Petrobras.

    O mais novo produto derivado do processamento do gs natural o etano petroqumico, oqual deve ser fornecido como matria prima para a indstria de base para a fabricao depolietilenos de vrias densidades, como por exemplo, o Plo Gs Qumico do Rio de Janeiro.

    Fig : Produtos do gs natural

    Configurao bsica de uma unidade de processamento de gs natural:

    Uma unidade de processamento de gs natural composta basicamente por duas reasdistintas:

    rea fria:rea responsvel pela obteno do lquido de gs natural, que a fraoconstituda pelos componentes mais pesados do gs natural e separao do gsprocessado disponibilizado para venda. Opera normalmente com baixastemperaturas e altas presses.

    rea quente:rea responsvel pelo fracionamento do lquido de gs natural geradona rea fria em produtos finais e tratamento destes. Opera normalmente comtemperaturas mais altas e presses mais baixas.

    Sistemas auxiliares: Sistemas responsveis pela gerao das facilidadesnecessrias para a perfeita operao das reas fria e quente. Os principais sistemasauxiliares so os seguintes:

    Sistema de aquecimento de leo trmico: Normalmente um forno aquece leotrmico e este cede carga trmica para todos os refervedores da rea quente daunidade. Em unidades com sistema de gerao de vapor, este fluido pode serutilizado como fonte quente.

    H2ON2CO2

    C1C2C3C4C5C6C7C8..

    .Cn

    PPRROOCCEESSSSAAMMEENNTTOO

    N2CO2C1

    C3C4

    C5C6C7C8...

    Cn

    H2O

    COMPONENTES PROCESSAMENTO PRODUTOS(SEPARAO)

    C2H2S

    .........GS RESIDUAL

    ........ETANO PETROQUMICO

    .........GS LIQUEFEITO DEPETRLEO (GLP)

    ...........GASOLINA NATURAL(C5+)

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    Sistema de compresso de propano: Utilizado como fonte fria (sozinho ou emconjunto com a turbo-expanso) para obteno do frio necessrio para acondensao das fraes pesadas do gs.

    Sistema de desidratao de gs natural: Responsvel pela retirada da gua dogs, visando evitar a formao de hidratos na unidade durante a etapa deresfriamento.

    Outros sistemas auxiliares podem ser adicionados ao projeto, visando a especificao finalde produtos, a gerao de facilidades para consumo interno ou outros sistemas de apoio operao.

    Fig : esquemtico bsico de uma UPGN

    Tipos de unidades de processamento de gs natural:

    O ponto vital deste tipo de unidade o sistema de gerao de frio, responsvel pelaliquefao dos componentes pesados do gs. O processo termodinmico escolhido define otipo de unidade utilizada, sendo que os processos atualmente utilizados nos projetos paraesta finalidade so os seguintes:

    Efeito Joule-Thomson;

    Refrigerao;

    Absoro refrigerada; Turbo expanso;

    Processos combinados.

    O processo absoro refrigerada, embora envolva duas operaes unitrias distintas daengenharia de processo (absoro e refrigerao), no considerado propriamente umprocesso combinado, pois no existe unidade que opere apenas com a etapa de absoro.

    A escolha do processo Termodinmico:

    Basicamente, a escolha do processo a ser utilizado no projeto de uma nova unidade dependede fatores tcnicos, ligados ao reservatrio, e tambm de fatores econmicos de mercado.

    GN SISTEMA DE

    GERAO

    DE FRIO

    SISTEMA DE

    SEPARAO

    DE PRODUTOS

    SISTEMA DE

    TRATAMENTO

    DE PRODUTOS

    SISTEMAS

    AUXILIARES

    Liquefao EspecificaoFracionamento

    ProcessoTermodinmico

    utilizado

    Produtosgerados

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    Para o desenvolvimento de um estudo de viabilidade tcnico-econmica (EVTE) quenormalmente d suporte deciso gerencial sobre a escolha do processo a ser utilizado, osfatores abaixo relacionados devem ser levantados e discutidos pelo grupo encarregado do

    estudo:

    Qualidade do Gs Residual requerida;

    Curva de produo (durao das reservas);

    Vazo de gs natural disponvel;

    Produtos requeridos (C2, GLP...);

    Proximidade de centros consumidores;

    Tempo de retorno do capital investido.

    Muitas vezes, apenas um dos fatores acima define o nico processo que deve ser utilizadoem determinada aplicao. Como exemplo, se temos como objetivo produzir etano

    petroqumico, o processo j est escolhido, pois s a turbo-expanso tem capacidade degerar o produto.

    A quantidade de gs disponvel tambm muito importante nesta escolha. luz da avaliaofinanceira do empreendimento mais difcil viabilizar unidades que utilizam tecnologias maiscomplexas como o processo turbo-expanso, com baixa capacidade nominal (quantidadepequena de gs disponvel).

    A qualidade requerida do gs residual gerado tambm pode definir pela utilizao ou no deum processo, haja vista de que processos de baixo investimento podem no garantir oatendimento a especificaes mais rgidas. Como exemplo, o processo Joule-Thomson no capaz de garantir o atendimento Resoluo n16 da ANP para venda de gs. Tambm oprocesso refrigerao simples pode necessitar ajustes para permitir esta garantia.

    De uma forma geral, quanto maior rigor nas especificaes dos produtos for requerido, maiordever ser o investimento necessrio, pois nos abriga a utilizar processos de tecnologia maisrefinada, com sistemas de controle mais complexos e equipamentos mais eficientes.

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    Processo JOULE-THOMSON

    Introduo:

    o mais simples e barato dos processos, porm tambm o de uso mais restrito, devido ssuas limitaes tcnicas.

    Este processo no garante a especificao para venda do gs processado, por isso no considerado um processo completo, no sendo utilizado isoladamente no projeto de umaunidade de processamento de gs natural.

    Basicamente, um processo utilizado para acerto de ponto de orvalho de gs naturalobjetivando sua adequao para transporte. Dessa forma, o processo pode ser utilizado paraseparar fraes pesadas do gs natural e permitir seu transporte em escoamentomonofsico, de maior eficincia (elimina-se o risco de condensao no interior dos gasodutosde transporte).

    Fundamento termodinmico:

    O fundamento termodinmico associado a este processo a liquefao dos componentesmais pesados do gs natural devido ao abaixamento de temperatura proporcionado pelaexpanso isentlpica em uma vlvula de controle de presso.

    O processo no chega a atingir o equilbrio termodinmico, gerando uma baixa eficincia naperformance do sistema, ou seja, nem todas as partculas pesadas do gs so liquefeitas.Isto ocorre devido ao processo no atender cintica reacional necessria ao atingimento doequilbrio termodinmico do sistema, uma vez que a expanso extremamente rpida, nopermitindo o tempo necessrio para que a cintica do processo seja atendida.

    Principais caractersticas:

    As principais caractersticas desse processo so basicamente o baixo custo e,evidentemente a sua baixa eficincia de performance na liquefao das fraes pesadas dogs natural.

    Este processo apresenta as seguintes caractersticas mais relevantes:

    Expanso isentlpica (h = 0);

    Baixa eficincia de performance;

    Baixo nvel de recuperao de propano;

    Baixo investimento;

    Processo utilizado para acerto de ponto de orvalho de gs natural.

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    Esquemtico do processo:

    Fig: Esquemtico Joule-Thomson

    Pode ser utilizada prvia compresso ou no, a depender do nvel de presso disponvel etambm do nvel de ajuste de ponto de orvalho ao qual o gs deve ser submetido.

    Uma vlvula de controle de presso (PV) quebra a presso da linha e garante a estabilidadeda presso de fornecimento de gs tratado.

    O gs gerado possui um menor teor de pesados do que o gs na entrada da unidade, pormno garantida a separao total da frao mais pesada. O ponto de corte definido emfuno da temperatura mnima que o gs atingir durante o escoamento. O projeto deveracertar o ponto de orvalho do gs, de forma que esta temperatura mnima durante oescoamento no gere mais condensao no interior dos gasodutos.

    Neste processo, temos ainda que definir o que fazer com o lquido gerado, pois o mesmopossui uma alta presso de vapor (valor usual prximo a 2,9 MPa ou 30 kgf/cm2) e no podeser descartado sem maiores cuidados. No caso de existncia de unidades industriais quepossam receber esse descarte, o problema mais facilmente resolvido. De outra forma,precisaremos projetar um sistema de estabilizao do condensado. Para este fim possvelutilizar vasos separadores como estgios de equilbrio (um ou dois estgios, dependendo daspresses envolvidas).

    COMPRESSO

    SEPARAOEXPANSO

    FRAESPESADAS

    GN

    RESFRIAMENTO

    G SSECO

    (P)

    condensado

    opcional

    Lquido

    de altapresso

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    Processo REFRIGERAO SIMPLES

    Introduo:

    considerado um processo simples e de mdio investimento, podendo gerar gsespecificado para venda, embora este processo tambm possua algumas limitaestcnicas, principalmente no que diz respeito ao teor residual de propano (C 3) no gsprocessado.

    O sistema mais delicado de uma unidade que utiliza este processo o ciclo de refrigerao,o qual utiliza compressores de propano como fonte de frio para liquefao das fraes maispesadas do gs natural.

    Normalmente, unidades que utilizam este processo termodinmico so do tipo DPP (dewpoint plant) ou unidade de acerto de ponto de orvalho (UAPO). Estas unidades tm comoobjetivo principal apenas especificar o gs processado, sem grandes compromissos com a

    especificao do lquido gerado e separado.

    Apesar de tambm ser utilizado isoladamente, este processo termodinmico normalmente complementado por uma etapa de absoro quando necessrio um aumento da garantiade especificao de produtos e otimizao do processo.

    Fundamento termodinmico:

    Neste processo temos a liquefao das fraes mais pesadas do gs natural atravs doabaixamento de temperatura provocado pela troca trmica do gs com um fluido refrigerante.

    Normalmente utilizado o propano como fluido refrigerante, em um ciclo de refrigerao

    convencional. Este propano utilizado no ciclo produzido a partir do prprio gs natural,atravs de fracionamento de uma poro do LGN gerado na unidade.

    Devido ao atingimento de baixas temperaturas, o gs natural precisa ser desidratado antesde ser submetido s trocas trmicas nos permutadores de aproveitamento de frio e nospermutadores a propano.

    Basicamente, usa-se a injeo de monoetilenolicol, que funciona como agente desidratanteem um ciclo fechado. O glicol regenerado em um sistema auxiliar composto por uma torreretificadora com refervedor que elimina o vapor de gua absorvido pelo glicol do gs natural.

    Principais caractersticas:

    Exige desidratao do gs natural; Atinge baixas temperaturas;

    Utilizao de um ciclo de refrigerao a propano;

    Bom nvel de recuperao de propano;

    Mdio investimento.

    Descrio bsica do processo:

    O gs natural separado do condensado e da gua livre. Aps esta primeira separao, ogs desidratado atravs da utilizao de um produto qumico, que age como um agentedesidratante em um sistema de absoro por contato fsico em uma torre de recheio. No

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    caso de uma UPGN tipo refrigerao simples, o produto usado o monoetilenoglicol (MEG).Aps a injeo e absoro da gua do gs, a soluo aquosa de glicol separada do gs esegue para o sistema de regenerao de glicol.

    O gs seco ento resfriado no sistema de refrigerao da unidade, atravs da utilizao deum ciclo de refrigerao a propano, causando a condensao das fraes mais pesadas dogs. O gs frio remanescente troca calor com o gs natural carga da unidade, para recuperarfrio.

    Em uma torre de desetanizao, o excesso de etano incorporado ao lquido gerado na etapade refrigerao vaporizado e separado do lquido restante. Esta retirada de excesso deetano permite a alcanar a especificao da PVR (presso de vapor Reid) do lquido gerado.O etano vaporizado gera um gs residual que sai pelo topo dessa torre. Pelo fundo, o lquidode gs natural (chamado simplesmente de LGN) deixa a torre para ser submetido prximaetapa.

    O LGN pode ser destilado em uma torre desbutanizadora para produo de GLP e C5+ ousimplesmente ser misturado com a carga de outra unidade para processamento posterior.

    Esquemtico do processo:

    Fig: Esquemtico do processo refrigerao

    Variaes no esquema de recuperao do frio podem ser utilizadas, no sentido de seotimizar o aproveitamento energtico da unidade. De uma forma geral, deve-se fazer ascorrentes frias trocarem calor com o gs natural de entrada da unidade, dessa forma, apotncia requerida e logicamente o tamanho e custo dos compressores de propano serosignificativamente menores. A troca trmica com o lquido frio separado deve ser a ltima,devido maior capacidade de troca do lquido em relao ao gs. Esta disposio dasetapas de troca maximiza o aproveitamento de energia.

    GLPRESFRIAMENTO SEPARA O

    GLICOL

    C3

    Gs paravenda

    FRACIONAMENTO

    GN

    GNrefrigerado

    REGENERA ODO GLICOL

    LGN

    L+V

    C5+

    GSSECO

    Aproveitamento de energia

    In e o de licol nos es elhos dos ermutadores

    Ciclo depropano

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    Principais problemas operacionais da unidade:

    Formao de hidrato

    Os principais fatores que podem ocasionar hidratao em uma unidade tipo refrigerada sorelacionados com a injeo de desidratante ou o sistema de regenerao do mesmo.Aumento do teor de gua no gs natural tambm pode ocasionar formao de hidratos naunidade.

    Parada dos compressores de propano

    Problemas relacionados com a qualidade do propano refrigerante do ciclo podem acarretarproblemas operacionais nos compressores, como presso muito alta ou muito baixa nadescarga da mquina, o que pode causar a queda do compressor. Problemas eltricostambm podem causar queda dos compressores.

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    Processo ABSORO REFRIGERADA

    Introduo:

    O processo absoro refrigerada possui alto rendimento na recuperao de propano, sendocapaz de garantir a especificao do gs processado, conforme a Resoluo n16 da ANP.

    Possui um custo mdio razovel, dessa forma, precisa de uma vazo mnima que garanta oretorno do investimento. Normalmente, plantas com capacidade igual ou acima de um milhode metros cbicos por dia de gs natural tm retorno garantido em pouco tempo deoperao, porm, em caso de carga com alto teor de riqueza (da ordem de 10%), podem serviabilizadas com capacidades menores.

    Fundamento termodinmico:

    Neste processo, o fundamento termodinmico utilizado a combinao da refrigerao com

    o efeito da absoro de pesados do gs natural atravs do uso de um solvente adequado,aqui neste caso, uma frao de hidrocarboneto na faixa da aguarrs.

    Neste processo temos a liquefao de parte das fraes mais pesadas do gs naturalatravs do abaixamento de temperatura proporcionada por troca trmica com utilizao deum ciclo de propano e parte proporcionada pela absoro provocada pela lavagem emcontra-corrente do gs natural com aguarrs.

    Como sistemas principais, temos um ciclo de refrigerao a propano utilizado na etapa derefrigerao e uma torre absorvedora utilizada na etapa de absoro.

    O gs natural obviamente precisa ser desidratado antes de ser resfriado para evitar a

    formao de hidratos que geram obstrues nas linhas da unidade. Neste sentido, utilizadoum sistema auxiliar de injeo e regenerao de glicol para garantir a adequada desidrataodo gs natural.

    Principais caractersticas:

    As principais caractersticas do processo absoro refrigerada so as seguintes:

    Processo fsico e exotrmico; Utilizao de solvente (leo de absoro); Mecanismo de absoro: lavagem do gs em contra-corrente; Variveis de controle importantes:

    o Temperatura;o Presso;o Vazo de solvente;

    Aspecto crtico: afinidade x seletividade do solvente; Alta recuperao de propano; Alto investimento.

    Descrio bsica do processo:

    A unidade dividida em sistemas bsicos e auxiliares, nos quais ocorrem os diversosprocessos unitrios que fazem parte da operao de processamento do gs natural.

    O gs natural previamente separado da fase lquida (condensado de gs natural) e da gua

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    livre presente na corrente de hidrocarbonetos em equipamento especfico para essaoperao de separao.

    Aps esta primeira separao, o gs recebe a injeo de um produto qumico, cujo objetivo retirar a gua presente na fase vapor, atravs de um processo de absoro. No caso de umaUPGN, o produto usado o monoetilenoglicol (MEG). Aps a injeo e absoro da gua dogs, a soluo aquosa de glicol separada do gs e segue para o sistema de regeneraode glicol.

    O gs isento de gua livre e gua na fase vapor, refrigerado no sistema de refrigerao apropano, quando ocorre ento aproximadamente metade da condensao total obtida naunidade. A outra metade da condensao ocorre na torre de absoro, atravs da lavagemdo gs natural com um lquido de absoro (solvente) que injetado em contracorrente como gs resfriado. O que no absorvido constitui-se no gs residual que sai pelo topo da torrede absoro.

    O produto de fundo da torre de absoro chamado de leo rico, constitudo pelo lquido deabsoro (chamado leo de absoro) e pela frao do gs que foi condensada narefrigerao ou absorvida na torre de absoro.

    Como na etapa de absoro, um teor muito alto de etano incorporado ao leo rico, partedeste componente ento retirado na torre de desetanizao, que fica aps a torre deabsoro, gerando um gs residual rico em etano no topo e um leo rico desetanizado nofundo da torre.

    Em uma torre de fracionamento, o leo rico separado em lquido de gs natural (LGN) quesai pelo topo da torre e em leo de absoro isento de gs natural, chamado de leo pobre,que sai pelo fundo da torre, aps receber calor no forno para utilizao nos refervedores dasoutras torres da unidade.

    Aps perder energia nos refervedores das torres de processo e ser resfriado com gua ecom leo rico frio, o leo pobre retorna s torres de absoro e desetanizao, paranovamente absorver LGN do gs natural (ciclo fechado).

    O LGN separado que sai pelo topo da torre fracionadora alimenta a torre desbutanizadorapara separao em GLP, que sai pelo topo da torre e gasolina natural, que sai pelo fundo.

    Aps a retirada de componentes que transmitem corrosividade ao GLP em um sistema detratamento (custico ou outro com a mesma finalidade) e aps receber a odoraonecessria, o produto enviado para as esferas de armazenamento e da paracarregamento, enquanto a gasolina natural vai para os tanques de C5+, para posterior

    destino final.

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    Esquemtico simplificado do processo:

    Fig: Fluxograma simplificado - processo absoro refrigerada

    Etapa de separao de Lquidos (gua e condensado):

    A gua livre que chega com o gs natural dos campos de produo separada na entradada unidade, gerando um gs em equilbrio com vapor dgua (gs saturado ou no ponto deorvalho).

    Etapa de desidratao:

    O gs, embora isento de gua livre, possui vapor de gua em equilbrio, que deve serremovido para permitir a operao da unidade em baixas temperaturas.

    O processo usado na desidratao do gs natural em unidades tipo absoro refrigerada aabsoro da gua (soluto) pelo monoetilenoglicol (solvente), aproveitando a maior afinidadequmica existente entre o glicol e a gua, uma vez que as duas substncias possuemmolculas polares, enquanto os hidrocarbonetos componentes do gs natural so apolares.

    O MEG nebulizado na corrente de gs por intermdio de nebulizadores instalados naentrada do permutador responsvel pela refrigerao do gs natural e no permutador gs-gs, pr-resfriador do gs natural. So utilizados bicos nebulizadores que transformam amassa do lquido em gotculas de pequeno tamanho, que se dispersam na massa gasosacom grande facilidade. No havendo remoo adequada de gua, haver formao dehidratos que causaro obstruo das linhas e equipamentos da Unidade.

    hidrocarbonetospesados

    gua

    GsEspecificadopara venda

    REGENERA ODO MEG

    GN C3

    C2

    LGN

    GLP

    C5+LEO DEABSOR O

    ABSOR

    O

    FRACIONAMEN

    TO

    DESETANIZAO

    FORNO

    DESBUTANIZ

    AO

    SEPARADORDE LQ.

    SEPARADORDE MEG

    SEPARADOR

    C3 C3

    A.R.

    LC

    A.R

    Ciclo depropano

    Suprimentotrmico

    vap

    liq

    liq

    A.R.

    FlareFlare

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    Fig: Esquemtico sistema de regenerao de monoetilenoglicol

    Etapa de refrigerao:

    A unidade utiliza um ciclo de refrigerao a propano para atingir as temperaturas negativasnecessrias ao processo. O gs natural refrigerado com propano antes de entrar na torreabsorvedora, assim como os vapores de topo da torre absorvedora e desetanizadora, asquais possuem condensadores a propano no sistema de topo.

    O ciclo possui dois compressores de propano de dois estgios de compresso, para atuar noprocesso de compresso dos vapores de propano gerado nos permutadores. O vapor depropano, aps compresso, resfriado e liquefeito no condensador de propano e vai para ovaso acumulador. Do acumulador, o propano sub-resfriado com os vapores do topo datorre desetanizadora e segue para o vaso economizador de propano, onde ocorre um flash,gerando um vapor a 392 kPa (4,0 kgf/cm 2) que entra no 2 estgio do compressor depropano e um lquido que segue ento para o vaso separador de propano.

    Do separador, o propano lquido alimenta os trs permutadores do sistema de refrigerao eretorna na fase vapor para o mesmo vaso, para da ento retornar suco doscompressores sob controle de presso a 83 kPa (0,85 kgf/cm 2). A energia requerida (calorlatente) pela mudana de fase do propano, que passa da fase lquida para a fase vapor, retirada das correntes gasosas do gs natural no refrigerador de gs e nos condensadoresdas torres absorvedora e desetanizadora.

    Vaso separador de glicol

    FILTROS

    LEODE

    ABSORO

    TORREREGENERADORA

    Bomba

    Gs-gs

    GLICOL REGENERADO

    GLICOL SATURADO

    separador

    flare

    recheio

    VaporH2O

    TC

    PC

    PD

    Glicol + GN

    Cartucho&

    Carvo ativado

    refervedor

    Pre-aquecedor

    condensador

    nvel

    Presso diferencial

    temperatura

    glicol x glicol

    propano

    pressoGs combustvel

    nvel

    Injeo nospermutadores da

    unidade

    Bicos nebulizadores FCSP vazo

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    Fig: Ciclo de refrigerao da UPGN

    Diagrama Presso x Entalpia:

    O diagrama P xH permite avaliar termodinamicamente o ciclo de refrigerao da unidade:

    Fig: Presso x Entalpia

    Etapa de absoro:

    O processo de absoro pode ser fsico ou qumico. Se a absoro for qumica, esta pode sedar por reaes reversveis ou irreversveis. As reaes qumicas reversveis exigemequipamento adicional para regenerao do solvente, j as reaes irreversveis exigem odescarte do solvente. O solvente no deve ser caro ou txico, para no inviabilizar oprocesso. Deve tambm apresentar uma boa estabilidade qumica e uma baixa presso de

    EVAPORAO

    EXPANSO

    CONDENSA O

    2o estgio

    1o estgio

    COMPRESSO

    LIQ L + V VAP

    H

    1a etapa

    2a etapa

    C3 liq

    C3 vap

    SUBRESFRIAMENTO

    INTERCOOLER

    10% VAPORIZAO

    RESFRIAMENTO DO G S NATURAL

    P

    GN

    C3Lq

    C3vapor

    1. EST 2. EST

    1. EST2. EST

    GN

    vapor

    CONDENSAO

    COMPRESSO

    EXPANSO

    EVAPORAO

    Sub-resfr