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MESTRADO EM ENGENHARIA DE PROCESSOS

FRACIONAMENTO DO GÁS

1Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT

NATURAL

DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL

Regulamentação

� As instalações industriais de processamento de gás natural tiveram regulamentações específicas por parte da ANP, constantes no Regulamento Técnico 2/2001, anexo da Portaria ANP 54, de 30/03/2001

� Definições da Portaria:

-UPGN (Unidade de Processamento de Gás Natural):


-UPGN (Unidade de Processamento de Gás Natural):objetiva realizar a separação das frações pesadas (C3

+) existentes no gás natural do metano e etano, gerando GLP (C3 e C4) e gasolina natural (C5

+)

-URGN (Unidade de Recuperação de Gás Natural): objetiva separar o metano e o etano das frações mais pesadas, contendo C3

+ na forma de líquido (LGN)

Regulamentação

� Obs: o LGN é o gás natural liquefeito por meio de redução de temperatura e/ou aumento de pressão

�Definições da Portaria:

-URL (Unidade de Recuperação de Líquidos do Gás Natural) : objetiva separar o metano das frações mais pesadas, contendo C2

+ na forma de líquido (LGN)


pesadas, contendo C2 na forma de líquido (LGN)

-UFL (Unidade de Fracionamento de Líquidos do Gás Natural): objetiva separar o LGN obtido na URL em correntes contendo etano, propano, GLP e C5

+.

�Etano é comumente incorporado ao GLP, em teores que não alterem a especificação estabelecida pela ANP

RegulamentaçãoTipo Denominação Produtos UPGN Unidade de

Processamento de Gás Natural

Gás industrial GLP Gasolina natural(C5

+) URGN Unidade de

Recuperação de Gás Natural

Gás industrial LGN(C3

+)

URL Unidade de Gás industrial


URL Unidade de Recuperação de Líquidos de Gás Natural

Gás industrial LGN(C2

+)

UFL Unidade de Fracionamento de Líquidos de Gás Natural

Etano Propano GLP Gasolina natural(C5

+)

Dessulfurização/Remoção CO2

Desidratação � Remoção de água

Gás Natural (gás úmido)

PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL (UPGN)


UPGN �� separação das frações leves das pesadas

? εδ <K

Fração pesada (maior valor comercial-LGN) →→→→ GLP + C5

+Metano e etano (gás residual, industrial

ou Gás seco)

Consumido na elevação artificial de petróleo – gas lift

Injeção em poços – recuperação secundária;Como combustível (GNV) ou produção de gás de síntese

Adicionado ao óleo –P/ transferência.

Composições médias Correntes

Componentes (%mol)

CARGA GÁSINDUSTRIAL

LGN

CO2 0,73 <0,01 -

N2 0,82 1,00 -

C1 83,11 89,00 <0,1

C2 9,29 9,00 3

C3 3,31 0,4(C3+) 50

C 0,70 12


C4 0,70 12

C5 0,62 18(C5+)

C6 0,29

C7+ 0,18

Gasolina Natural

� Composta de hidrocarbonetos de 5 átomos de carbono ou mais (C5

+)

� É uma gasolina bastante volátil

� Apropriada para mistura em combustíveis automotivos, especialmente para facilitar a partida em períodos frios


�Algumas usinas realizam isomerização da gasolina natural, produzindo isobutano e isopentano puros, utilizados para alquilação com olefinas leves (oriundas do gás de craqueamento), fornecendo gasolina alquilada

Processos para diminuir

�Recuperação de líquidos (100% de butanos e mais pesados, 90% a 95% de propano e 80% etanos (%molar)

Processamento do Gás Natural (UPGN)

Processos de absorção


Processos para diminuir temperatura e/ou

aumentar a pressão do Gás Natural

Processos de absorção com óleo

Processamento do Gás Natural (UPGN)

�Refrigeração simples ou destilação a baixa temperatura:condensação de HCs mais pesados por meio de redução da temperatura, com o uso de fluido refrigerante

� Absorção refrigerada: contato com fluido auxiliar (óleo de absorção) numa torre da alta pressão e baixa temperatura, com o uso de fluido refrigerante (propano)


com o uso de fluido refrigerante (propano)

�Turboexpansão: Abaixamento da temperatura do gás, através de sua expansão numa turbina, condensando HCs mais pesados;

�Expansão Joule-Thompson: Expansão em uma válvula causa redução de pressão e abaixamento de temperatura

URGN – TURBOEXPANSÃO

turbina


UPGN-ATALAIA

Aspectos Operacionais da UPGN-ATA

- Entrada em operação: 1980

-Carga nominal : 2.800.000 m³/d (a 1,033 kgf/cm² abs e20 °C)

-Finalidade:

- Recuperar 88% do propano e 100% dos hidrocarbonetosmais pesados

UPGN-ATALAIAProdutos da UPGN-ATA

- Gás industrial rico em metano, com teor máximo de água 20mg/Nm³, destinado à Unidade de Amônia e Uréia, reinjeção depoços, gás lift, fornecimentos aos Distritos Industriais de Aracaju,Estância, N.S. Socorro, Bahia (Gaseb) e consumo interno;

- Gás de alto poder calorífico, do sistema de desetanização doslíquidos produzidos, rico em metano e etano, para reinjeção emlíquidos produzidos, rico em metano e etano, para reinjeção emGuaricema e consumo interno;

- GLP, fração contendo propano e butano, especificado de acordocom a regulamentação do CNP, Resolução 2/75, para fornecimentolocal, via carregamento de caminhões-tanque ou por bombeamentodireto;

- Gasolina desbutanizada, contendo a fração de hidrocarbonetos depentanos e mais pesados, que irá para tanques do TECARMO.

SEPARAÇÃO DO GÁS INDUSTRIAL POR ABSORÇÃO REFRIGERADA COM ÓLEO DE ABSORÇÃO:

- A solubilidade de gases em líquidos, cresce com o aumento da pressão e diminuição da temperatura;

- Utiliza-se óleo de absorção, a pressões e temperaturas - Utiliza-se óleo de absorção, a pressões e temperaturas que garantam a absorção de propano (C3) e mais pesados. Nesta etapa, no entanto, algum metano e etano são também absorvidos.

UPGN-ATALAIA2. O Processo

A UPGN-ATA pode ser dividida em 10 sistemas básicos:

2.1 Alimentação de Gás Natural, Recuperação e Estabilização de Condensado

2.2 Desidratação e Resfriamento do Gás Úmido

2.3 Sistema de Regeneração de Glicol (MonoetilenoGlicol)

2.4 Sistema de Absorção

2.5 Sistema de Desetanização2.5 Sistema de Desetanização

2.6 Sistema de Fracionamento do Óleo Rico

2.7 Sistema de Desbutanização do LGN

2.8 Tratamento Cáustico do GLP

2.9 Sistema de Refrigeração a Propano

2.10 Sistema de Odorização do GLP


2.1 Alimentação de Gás Natural, Recuperação e Estabilização de Condensado

- O gás é admitido a 33,5 kgf/cm² (man) de pressão dos seguintes alimentadores:

a) Gasoduto Norte;b) Estação de Compressão de Atalaia (ECA's)

- O gás proveniente do Gasoduto Norte passa pelo Coletor de Condensado, ondese separam água e condensado de gás, que aparecem em grandes quantidades nase separam água e condensado de gás, que aparecem em grandes quantidades naoperação de passagem de “pig” espuma pelo gasoduto. O condensado éarmazenado nos cilindros do coletor, indo o gás para processamento na UPGN-ATA.- O condensado proveniente dos cilindros de armazenamento é enviado para oSistema de Estabilização de Condensado, onde troca calor com condensadoestabilizado, entrando em seguida no topo da Torre de Estabilização deCondensado.- O condensado estabilizado passa por um permutador, e é enviado para o tanquede armazenamento de condensado ou enviado direto para os Tanques daTRANSPETRO.


2.2 Desidratação e Resfriamento do Gás Úmido

• O desidratante usado é o monoetilenoglicol (MEG), com a finalidadede impedir o congelamento da água e a formação de hidratos. Éatomizado na corrente de gás por intermédio de aspersores instaladosna entrada do permutador gás-gás e no resfriador de gás.

• Gás + condensado + solução de glicol exausto escoam para umvaso, onde o glicol exausto+condensado é separado do gás. O glicolvaso, onde o glicol exausto+condensado é separado do gás. O glicolexausto (com condensado) é então encaminhado para o vaso deexpansão de glicol, onde hidrocarbonetos condensados que tenhamsido arrastados pelo glicol exausto, são aqui separados.

• O glicol exausto, isento de hidrocarbonetos, é encaminhado para oSistema de Regeneração de Glicol


2.3 Sistema de Regeneração de Glicol (MonoetilenoGlicol)

• O glicol usado para absorver a água do gás natural deverá estar naconcentração entre 76% e 86% em peso.

• O glicol úmido primeiramente é filtrado e ao passar por uma válvulade controle de nível, sofre uma expansão brusca, sendo encaminhado àtorre T-20406torre T-20406

• A torre T-20406 opera à pressão atmosférica; possui um refervedoraquecido com óleo de absorção e um condensador de topo (P-20418).

• A água é retirada da torre em forma de vapor, pelo topo; este vapord’água é condensado em permutador e separado do CO2 em vaso.

• O glicol regenerado escoa do fundo da torre para um permutador,onde é resfriado, antes de voltar à circulação para absorção d’água.


2.4 Sistema de Absorção

T-204.01: Absorção das frações mais pesadas que o etano;

- Escoamento em contracorrente, de um óleo de absorção com o gás rico;

- Refrigeração com propano (atinge até -250C), com o objetivo de removero calor de absorção gerado ao longo da torre;

- O gás de topo da torre absorvedora constitui o gás industrial de baixopoder calorífico (rico em CH4) que, antes de deixar a UPGN-ATA, trocacalor com o gás natural

- A torre T-20401 opera com recuperação de 91% do propano contido nogás natural, visando uma recuperação final de propano em 88%, após seperder uma parte deste no topo da torre desetanizadora (T-20402).

- O produto de fundo da torre é o óleo rico (óleo+hidrocarbonetos), queconstitui a carga para a desetanizadora (T-20402).


Torres de Absorção (T-204.01), Desetanização (T-204.02), Fracionadora deÓleo (T-204.03) e Desbutanizadora (T-204.04)

T-204.02

T-204.04T-204.03T-204.01


2.5 Sistema de Desetanização (T-20402)

• A torre desetanizadora é uma fracionadora que utiliza umrefervedor para retirar o metano e o etano do óleo.

• Uma corrente de óleo de absorção pobre é alimentada pelo topoda torre, para absorver o propano e mais pesados.da torre, para absorver o propano e mais pesados.

• O óleo rico do fundo da desetanizadora é a carga para afracionadora de óleo (T-20403), sendo rico em C3

+;

• O produto de topo da desetanizadora (rico em C2) é enviadopara a sucção dos compressores Sulzer, que têm a opção de enviaro gás para a entrada da planta (UPGN-ATA) ou para a sucção doscompressores da ECA.


2.6 Sistema de Fracionamento do Óleo Rico (T-20403)

• Objetivo: separar o líquido do gás natural (LGN), do óleo de absorção

• Óleo de absorção, produto de fundo, retorna às torres absorvedora edesetanizadora.

• LGN, produto de topo, é condensado em um permutador, indo em• LGN, produto de topo, é condensado em um permutador, indo emseguida para um vaso, sendo uma parte bombeada de volta à torrecomo refluxo e outra parte para a torre desbutanizadora (T-20404).


2.6 Sistema de Fracionamento do Óleo Rico

F-20401 – Forno Refervedor da Fracionadora


2.7 Sistema de Desbutanização do LGN (Torre T-20404)

• Objetivo: Separar GLP (C3-C4) da gasolina natural (C5+)

• O produto de fundo é a gasolina natural (C5+), é resfriado e

enviado aos tanques de armazenamento de gasolina ou tanques daTRANSPETRO.TRANSPETRO.

• O produto de topo é o GLP (C3,C4), que condensa-se, indo emseguida para um vaso, voltando parte à torre como refluxo, e outraparte sendo enviada para o tratamento cáustico de GLP, indo emseguida para as esferas de armazenamento após filtragem eodorização


2.8 Tratamento Cáustico do GLP

• O GLP efluente da torre desbutanizadora (T-20404) alimentamvasos com recheio, cheios de solução cáustica;

• O GLP efluente destes vasos alimenta outro vaso, tambémrecheado, para sofrer lavagem com água.recheado, para sofrer lavagem com água.

• Antes de ser enviado para as esferas de armazenamento, o GLPpassa em outro no vaso, para coalescimento das gotículas de águaarrastadas.


2.9 Sistema de Refrigeração a Propano

• Consiste de um conjunto de compressores, válvula deexpansão, condensadores, resfriadores, trocadores de calor evasos

• Função: fornecer propano para refrigerar as torres


2.10 Sistema de Odorização do GLP

Objetivo - odorização do GLP e dos gasodutos do DIA e SAMARSA, atravésda injeção do odorante etil mercaptan (C2H5SH); o sistema é constituído de umvaso acumulador de odorante e de dois vasos dosadores.

UPGN – Absorção Refrigerada - Outra Planta

UPGN – Absorção Refrigerada – Outra Planta


UPGN-CARMÓPOLIS1. Informações Gerais

- Processo: Abaixamento da temperatura com refrigeração a propanoe expansão do gás residual (não usa óleo de absorção)

2. Liquefação do GN

- Teor médio de C3+ no gás de entrada: 5,5%

- Injeção de monoetilenoglicol a 75% em peso nos feixes de 3- Injeção de monoetilenoglicol a 75% em peso nos feixes de 3permutadores de calor (130, 4 e 5 L/h), para misturar-se com águacondensada do gás, formando solução a 69% em peso de glicol

-GN sai do 10 permutador a -160C e 41,8 Kgf/cm2 e do 30 permutadora -32,20C e 41,2 Kgf/cm2, com 7,1% dos moles no estado líquido e92,9% no estado gasoso.

- Saída do 30 permutador: gás e líquido (hidrocarbonetos +monoetilenoglicol)

UPGN-CARMÓPOLIS3. Expansão em válvula de controle

- Pressão reduzida de 41,2 para 30,6 Kgf/cm2; temperatura caide -32,20C para -390C; mais condensado é obtido.

4. Separação Líquido-Gás- Separador trifásico (V-1231-01)→ fase líquida 1 (glicol) +fase líquida 2 (LGN) + fase gasosa (C1, C2)1 2-Possui eliminador de névoas no topo, bota (controle de nívelinterface glicol-LGN) e vertedor de líquido

5. Expansão do gás em válvula de controle- Pressão reduzida de 30,6 para 8,5 Kgf/cm2; temperatura caide -390C para -57,50C- Gás troca calor até atingir temperatura de 19,60C, condiçãoque sai da UPGN-CP para o anel de gás combustível

UPGN-CARMÓPOLIS6. Desetanização do LGN

- LGN efluente do vaso V-1231-01 sofre expansão em válvula,de 30,6 Kgf/cm2 para 27 Kgf/cm2; 3,41% do LGN passam parafase gasosa

- Conduzido para torre desetanizadora, com 14 estágiosteóricos; estabilização para se obter pressão de 14 Kgf/cm2

- No topo, sai gás rico em etano (9150 m3/dia) que se junta agás residual do V-1231-01

- No fundo, sai LGN (63 m3/dia) que é odorizado cometilmercaptana (C2H5SH), na dosagem de 500 ml deodorizante para cada carreta de 35m3

- LGN armazenado ou encaminhado para UPGN-Atalaia,gerando 23 ton/dia de GLP e 15 m3/dia de C5

+

UPGN-CARMÓPOLIS7. Regeneração de glicol

- Glicol efluente do V-1231-01, com 69% em peso de glicol e a-390C, vai para torre de esgotamento, saindo dela com 75%

- HC eventualmente arrastado também é separado

- Água é eliminada por aquecimento, saindo na forma devapor pelo topo, sendo lançado na atmosferavapor pelo topo, sendo lançado na atmosfera

- Glicol sai pelo fundo da torre de regeneração a 1220C, éresfriado para 800C e alimenta os permutadores, semisturando ao gás natural de entrada na unidade e fechando ociclo

UPGNUPGN

CarmópolisCarmópolis--SESE

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