Condicionamento do GN-Desidratação

O que é um hidrato?

É uma solução sólida, visualmente similar ao gelo, de

composição mal definida entre moléculas de

hidrocarbonetos e água livre.

HIDRATO = HIDROCARBONETO + ÁGUA LIVRE

Hidratos

Em uma estrutura cristalina de hidrato, os hidrocarbonetos ficam encapsulados, isto

é, presos no interior da estrutura. Tal fato explica o favorecimento da formação de

hidratos com moléculas de metano e etano (moléculas de pequeno tamanho). Note

que hidrocarbonetos de maior peso molecular como o butano, pentano, etc., devido

ao tamanho de suas cadeias tendem a atrapalhar a formação da estrutura cristalina,

dificultando a sua formação. Logo poderemos dizer que gases com alto peso

molecular, isto é , com maior teor de componentes pesados, tem menor tendência a

formar hidratos, enquanto gases com elevados teores de H2S e CO2 apresentam maior

tendência, pois estes contaminantes são mais solúveis em água do que a maioria dos

hidrocarbonetos.

Como os hidratos são formados?

Água + HC

Alta Pressão

Baixa temperatura

gás natural quando submetido a alta pressão e baixa temperatura, tal como em gasodutos submarinos e manifolds de gás lift, há tendência a formação de hidratos.

Formação de Hidratos

Portanto pontos de acúmulo de água, tais como curvas, conexões e válvulas, são locais prováveis de ocorrência de hidratos. A figura abaixo exemplifica a sequência de formação de cristais até a sua obstrução.

Com a redução da temperatura do ambiente, a medida que o duto

de gás alcança profundidades maiores, ocorre condensação da

água presente na fase vapor, acumulado-se então no duto. Tal fato

só não ocorre para gás desidratado, onde então o seu ponto de

orvalho (dew point), está especificado para as condições do

escoamento. Nesse caso o ponto de orvalho fica abaixo da

temperatura do gás no fundo do mar (menor temperatura a ser

atingida num escoamento para terra).

CURVA DE FORMAÇÃO DE HIDRATO PARA O GÁS DE ALTA PRESSÃOSIMULAÇÃO REALIZADA PELO PROGRAMA HYD - CENPES)

Previsão de Formação de Hidrato

A previsão do ponto de formação de hidratos, poderá ser feita

rapidamente, segundo o Método de Katz. Segundo tal método,

tem-se a apresentação de um gráfico, onde é possível

determinar os limites de variação de temperatura e pressão de

um gás, para que não ocorra formação de hidratos. A sua

aplicação está restrita a gases naturais contendo menos de 3%

molar de N2 + CO2 + H2S e menos de 7% molar de

hidrocarbonetos mais pesados que o C3+.

CONDIÇÕES DE FORMAÇÃO DE HIDRATOS

Remoção de Hidratos

Descompressão

Aquecimento

Injeção de inibidores de hidrato.

Descompressão e aquecimento

Descompressão

A descompressão é bastante utilizada para decompor um hidrato

formado e baseia-se no abaixamento da pressão até atingir valores

inferiores a pressão de formação do mesmo. Apesar deste procedimento,

sempre ficam pequenos cristais remanescentes no sistema, pois esta

decomposição se processa lentamente. Principalmente quando a

descompressão ocorre de forma acelerada, há grandes possibilidades da

permanência destes cristais, pois em tal procedimento ocorre intensa

queda de temperatura, dificultando a desestruturação destes sólidos.

Este método é o mais viável de utilização em plataformas marítimas.

Aquecimento

No processo de aquecimento, normalmente se utiliza gás

quente próximo ao local obstruído, ao mesmo tempo em que se

reduz a pressão do sistema. Tal método não é viável de

utilização em plataformas marítimas.

Aquecimento

O processo de aquecimento para fins de remoção de hidrato é mais

comum de ocorrência em sistemas definitivos de produção (plataformas

fixas), que dispõe de árvore de natal seca. Nesse sistema o local mais

propenso a ocorrência de hidratos é a jusante dos chokes de gás lift,

pois a queda de pressão nos mesmos poderá atingir valores muito alto,

como por exemplo 30 Kgf/cm2, e daí a temperatura resultante poderá

atingir valores muito baixos (próximo a 0 °C). Nessa situação um artifício

bastante utilizado pela operação é a injeção de água quente na

superfície do choke afetado, de forma que o hidrato formado se

desmanche. Tal operação não tem se mostrado eficiente, até porque

quando é utilizado, a ducha de hidrato já se encontra em estado

avançado de desenvolvimento, e daí o processo se torna lento e

ineficiente.

...

Após a utilização do método de descompressão, torna-se

necessário o uso de um “colchão de álcool anidro” antes de

voltar a operação do sistema. Tal “colchão” tem a finalidade

de evitar que volte a ocorrer hidrato, quando o gás for

pressurizado.

Exemplificando uma situação de despressurização de um duto que interliga duas plataformas marítimas

Identificação Prática da Formação de Hidratos

Conhecer as limitações operacionais da planta

de processo

temperatura de formação de hidrato

vazão mínima de injeção de álcool

queda de pressão

Temperatura

Quando o escoamento do gás natural ocorre em dutos de exportação, onde

não há quedas de pressão significativas, a menor temperatura que o gás

atinge é aquela ditada pela temperatura de fundo do mar.

O cálculo do consumo de injeção de inibidor leva em consideração a maior

temperatura do gás após sofrer o último estágio de separação gás/líquido, e

não considerando tal fato leva a erros significativos na vazão de injeção de

álcool.

Vazão

Esta variável é fundamental para a verificação da formação de hidratos. No caso de

dutos de exportação, normalmente existem nas plataformas um sistema de medição (FR

ou FQI) onde é possível a identificação da queda de vazão de gás face ao tamponamento

da linha. No caso de FR, o indicador de pressão diferencial registra valores bem abaixo

do normal e o indicador de pressão estática apresenta valores acima do normal. No caso

de separadores de produção é possível verificar o poço com problemas de hidrato à

partir do alinhamento da produção para o separador de teste. Se a produção for oriunda

de um manifold submarino onde vários poços estão produzindo através de uma linha,

teremos como sintoma de formação de hidrato, a queda na vazão (e decréscimo na

temperatura de chegada) do óleo bruto. Outra forma de verificar a formação de hidrato é

observar o FR de gás lift teste ou total, uma vez que o poço com problema de hidrato

não consumirá mais gás e com isso ocorre uma diminuição da vazão de gás lift (teste ou

total). Vejamos a seguir os seguintes exemplos práticos de ocorrência de hidrato em

manifold de Gás Lift .

Sistema de desidratação do gás natural

Objetivo: Especificar o Teor de Umidade do Gás

Tratado para Fins de Escoamento para Terra, Gás

Lift e Gás Combustível, evitando a Formação de

Hidratos nestes Sistemas, além da presença de

água livre( responsável pela formação de

processos corrosivos).

GN +água

encontra-se saturado com vapor d’água.

Superfície

começa a ocorrer formação de água

livre

começa a ocorrer formação de água

livre

Com o desenvolvimento de novos campos de produção

situados à lâmina d água profunda (maior do que 500 m),

onde a temperatura do fundo do mar atinge valores

extremamente baixos (2 a 4o C) e pressões de escoamento

acima de 1500 psi, a preocupação com a formação de

hidratos passa a ser prioritária.

Absorção: Alguns Aspectos Conceituais e Práticos

Soluto

Solvente

Absorção

a força motriz para provocar a absorção é a diferença de

concentrações de soluto no gás e no líqüido. Vamos ser

mais rigorosos nessa afirmação. A diferença de

concentrações que importa é a do gás "em contato" com o

líqüido, ou seja, o gás e o líqüido numa mesma seção da

coluna, que são exatamente as correntes passantes.

Absorção com glicol.

Trata-se de um processo que envolve o contato íntimo entre

duas fases, geralmente uma gasosa e outra líquida.O

objetivo é a remoção de compostos indesejáveis presentes

na corrente gasosa , atendendo as especificações do

processo

Nosso Alvo ...

água

Uso de substâncias higroscópicsa

Propriedades do material higroscópico

alta solubilidade com a água

baixa volatilidade

baixa viscosidade

estabilidade química

não inflamável , etc

Produtos químicos utilizados

O glicol é um álcool (produto orgânico) que é comercializado

nas seguintes formas :

MEG (monoetilenoglicol);

DEG (dietilenoglicol);

TEG (trietilenoglicol), porém este último é o mais

recomendado para absorção de umidade no gás natural. Em

seguida apresentaremos algumas características importantes

dos glicóis.

O poder higroscópio das soluções de glicol é diretamente afetado pela concentração do TEG na solução TEG e água , sendo tanto maior quanto for a participação de teg na mistura.

Componentes produtos

Pressão de vapor

(mmHg) a 25ºC

Viscosidade (cP) a 25ºC

Peso molecular

Temperatura de

degredação

MEG 0,12 16,5 62,1 164

DEG <0,01 28,2 106,1 164

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

Gás

Comprimido (turbocompressores)

Unidade de Desidratação

Gás úmido

ponto de orvalho acima de 30o C

Desidratação