processamento de gás natural

7/27/2019 Processamento de gs natural

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Daniel H. M. Filho Introduo ao Processamento e Tratamento do Gs Natural Eng.Processamento / UN-BSOL

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Autor

Daniel Henrique Maximo Filho: Engenheiro Qumico graduado pela Universidade Federalde Minas Gerais, atua como Engenheiro de Processamento na Gerncia de Operaes doAtivo de Produo de Urucu da Unidade de Negcio da Bacia do Solimes em Manaus-AM.

Colaboradores:

Eng. KEN WHEELER DA SILVA ARAUJOEng. TIAGO TERIBELEEng. PHILIPP WOLFGANG MAI RODRIGUES

Introduo ao Processamento e Tratamento do Gs Natural / Daniel Henrique MaximoFilho, autor. UN-BSOL/ATP-U/OP Manaus-AM.

Reservam-se os direitos desta Petrleo Brasileiro S.A.

Av. Repblica do Chile, 65 - Centro - 20031-912Rio de Janeiro - RJ

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ndice

CAPITULO 1: CONCEITUAO ..................................................................................... 4

1.1OGSNATURAL...................................................................................................... 41.2PROCESSAMENTOPRIMRIODOGSNATURAL ........................................... 61.3TRATAMENTO.......................................................................................................... 71.4-RIQUEZADOGSNATURAL ................................................................................. 7

CAPTULO 2: CONDICIONAMENTO E PROCESSAMENTO DO GS NATURAL8

2.1CONDICIONAMENTODOGSNATURAL.......................................................... 82.1.1 - Estabilizao e processamento de condensados.................................................. 8

2.2UNIDADEDEPROCESSAMENTODEGSNATURAL-UPGN ...................... 102.2.1 - Importncia econmica das UPGNs.................................................................. 11

2.3ESCOLHADOPROCESSO..................................................................................... 132.4PROCESSODEREFRIGERAOSIMPLES ....................................................... 162.5PROCESSOJOULE-THOMSON ............................................................................ 182.6PROCESSODEABSOROREFRIGERADA..................................................... 192.7PROCESSODETURBO-EXPANSO................................................................... 23

CAPITULO 3: TRATAMENTO........................................................................................ 27

3.1DESIDRATAO ................................................................................................... 273.1.1 gua no gs natural .......................................................................................... 273.1.2 Analisadores de umidade no gs natural .......................................................... 303.1.3 Hidratos............................................................................................................. 33

3.1.4 Injeo de inibidores de hidrato........................................................................ 353.1.5 Desidratao por Absoro .............................................................................. 373.1.6 Desidratao por Adsoro .............................................................................. 383.1.7 Parmetros de projeto ....................................................................................... 423.1.8 Vantagens e desvantagens dos sistemas de adsoro ....................................... 45

3.2REMOODEGSESCIDOS ........................................................................... 463.2.1 Objetivos............................................................................................................ 463.2.2 Seleo do tratamento ....................................................................................... 473.2.3 Tratamento com solues de aminas................................................................. 493.2.4 Tratamento com Carbonato de Potssio a quente ............................................ 513.2.5 Tratamento com Sulfinol ................................................................................... 51

3.2.6 Tratamento com Ferro Esponja ........................................................................ 523.2.7 Tratamento com Peneiras Moleculares............................................................. 533.2.8 Tratamento com o processo Ryan-Holmes........................................................ 533.2.9 Tratamento de Permeao por Membranas ...................................................... 54

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 56

ANEXOS .............................................................................................................................. 57

ANEXO 1 - ESPECIFICAO DO GSNATURAL DE ORIGEM NACIONAL OU IMPORTADA ..... 57

ANEXO 2- ESPECIFICAES DOS GASES LIQEFEITOS DE PETRLEO (GLP)..................... 58ANEXO 3- GLOSSRIO DO RAMO DE PETRLEO ................................................................. 60

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Capitulo 1: Conceituao

1.1 O GS NATURALDefinio: Gs Natural ou Gs: todo hidrocarboneto que permanea em estado gasoso nas

condies atmosfricas normais, extrado diretamente a partir de reservatrios petrolferosou gaseferos, incluindo gases midos, secos, processados e gases raros. - LEI N 9.478/97

O gs natural um combustvel fssil encontrado em rochas porosas no subsolo, podendoestar associado ou no ao petrleo (gs associado ou gs no associado). composto porhidrocarbonetos leves: principalmente por metano(C1) e etano(C2), passando pelo propano(C3), butano(C4) e pentano(C5), podendo chegar ao decano(C10). O gs natural permaneceno estado gasoso, sob presso atmosfrica e temperatura ambiente. Geralmente apresenta

baixos teores de contaminantes como o nitrognio, dixido de carbono, gua e compostos deenxofre.

Mais leve que o ar, o gs natural dissipa-se facilmente na atmosfera em caso de vazamento,o que o torna mais seguro que o GLP. Para que se inflame (auto ignio) preciso que sejasubmetido a uma temperatura superior a 470C. A ttulo de comparao, vale lembrar que olcool se inflama a 200C e a gasolina a 300C. Alm disso, incolor e inodoro, queimandocom uma chama quase imperceptvel. Por questes de segurana, o GN comercializado odorizado com compostos de enxofre para que seja facilmente detectvel.

A principal vantagem do uso do gs natural a preservao do meio ambiente. Alm dosbenefcios econmicos, o GN um combustvel no-poluente; sua combusto limpa, razopela qual dispensa tratamento dos produtos lanados na atmosfera. um timo substitutopara as usinas termoeltricas a leo, lenha e nucleares, diminuindo os nveis de poluio, de

desmatamento e de acidentes ambientais.Embora o gs natural seja o petrleo na forma de gasosa, durante muitos anos foi tratadocomo um produto inferior. S a partir da dcada de 70, aps duas crises internacionaiscausadas por bruscas elevaes do preo do petrleo, o gs passou a ser usado comocombustvel em substituio aos demais derivados do petrleo. Hoje, devido s muitasvantagens de sua utilizao, principalmente econmicas e ambientais, o gs considerado

produto nobre. Os grficos abaixo mostram o aumento do consumo do gs natural na matrizde energia primria mundial.

Grafico 1.1.1 Consumo de energia em 1974 Grafico. 1.1.2 Consumo de energia 2004

Fonte: BP Statistical Review of World Energy June 2004.

Consumo mundial de energia 1974

48%

18%

30%

1%

3%

leo

Gs Natural

Carvo

Energia Nuclear

Hidro elet.

Consumo Mundial de energia 2004

Petrleo37%

Gs Natural24%

carvo27%

nuclear6%

hidroeltrica6%

Petrleo

Gs Natural

carvo

nuclear

hidroeltrica

Consumo total = 10.224 BI TEPConsumo total = 6 072 BI TEP

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No Brasil o consumo do gs natural ainda considerado baixo. Em 2004 apenas 9,1% damatriz de energia primria brasileira foi produzida pelo gs natural, enquanto que naArgentina o gs corresponde a 55%, nos EUA 25% e na Unio Europia 24,4% (ano 2004).

% Gs na matriz energtica

25,0%26,2%

55,0%

9,1%

15,3%

23,4%

35,9%

11,2%

54,1%

16,9%

38,9%

2,5%

24,4%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

USA

Canada

Argentina

Brasil

Franca

Alem

anha

Italia

Portugal

Fed

erao

Russ

Espanha

ReinoUnido

China

UE

Fonte: BP Statistical. Review of World Energy. Jun 2005

Os grficos abaixo mostram a evoluo do consumo e da produo de gs no Brasil.Podemos notar que a partir de 1999 com a entrada em operao do gasoduto Bolvia-Brasilhouve um aumento no consumo em relao produo.

Grfico 1.1.3 Consumo de gs natural no Brasil de 1980 a 2004.

Consumo de gs no B rasi l

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

Ano

Bilhoesm3

Fonte: BP Statistical. Review of World Energy. Jun 2005

Grfico 1.1.4 Produo de gs natural no Brasil de 1980 a 2004, excludo o gs enviadopara flare ou recirculado.Produ o de gas no B rasil

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

An o

Bilhesm3

Fonte: BP Statistical. Review of World Energy. Jun 2004.

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1.2 PROCESSAMENTO PRIMRIO DO GSNATURAL

Entende-se por processamento de gs natural a seqncia de operaes unitrias que tm porobjetivo separar os componentes mais pesados do gs em uma corrente lquida, tornando ogs mais leve.

A corrente lquida, normalmente formada pelo propano(C3) e mais pesados, conhecidacomo LGN, Lquido de Gs Natural. O LGN fracionado para se obter o GLP, Gsliquefeito de Petrleo, e a nafta leve(C5+). Estas correntes lquidas possuem um maior valorenergtico, e conseqentemente, um maior valor econmico.

O gs mais leve, de menor valor energtico, denominado gs processado, gs seco ouresidual, sendo composto basicamente por metano(C1) e etano(C2), este o gs utilizado

por indstrias, automveis, residncias, comrcio e usinas de gerao de energia(termoeltricas).

Gs Natural bruto

Processamento

Gs industrial;

Gs Natural Veicular (GNV);Gs Metano (residencial,

comercial e gerao de energia).

Lquido do Gs Natural (LGN);Gs Liquefeito de Petrleo (GLP);Propano lquido; Butano lquido,Nafta leve (C5+), etano lquido.

A tabela 1.2.1 mostra a composio tpica do gs natural de algumas unidades daPETROBRAS :Tabela 1.2.1 - Composio molar mdia de alguns gases:

ELEMENTOSASSOCIADO

(1)NO ASSOCIADO

(2)PROCESSADO

(3)METANO 65,18 85,48 72,49ETANO 11,11 8,26 12,23PROPANO

4,82

3,06

0,45

I-BUTANO 0,57 0,47 -N-BUTANO 1,16 0,85 -I-PENTANO 0,16 0,20 -N-PENTANO 0,20 0,24 -HEXANO 0,06 0,21 -HEPTANO E SUPERIORES 0,09 0,06 -NITROGNIO 16,52 0,53 14,64DIXIDO DE CARBONO 0,13 0,64 0,19TOTAL 100 100 100

1- Gs do campo de LUC, Bacia do Solimes - Urucu;2- Gs do campo de Miranga, na Bahia;

3- Sada da UPGN 2 , Urucu.

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1.3 TRATAMENTO

O gs natural bruto vindo do campo de produo pode conter contaminantes que so

classificados em dois tipos bsicos: inertes e gases cidos. Os inertes esto sempre presentesno gs e so o nitrognio e o vapor dgua. Os gases cidos, assim chamados por formaremsolues cidas quando na presena de gua livre, englobam o gs carbnico (CO2) e oscompostos de enxofre, a saber, o gs sulfrdrico (H2S), mercaptans (R-SH sendo R umradical hidrocarboneto), sulfeto de carbonila (COS) e dissulfeto de carbono (CS2). Otratamento o conjunto de processos aos quais o gs ser submetido para remoo oureduo dos teores de contaminantes para atender as especificaes de mercado, segurana,transporte ou processamento posterior. Os processos de tratamento sero detalhados nocaptulo 3.

1.4- RIQUEZA DO GS NATURAL

Um conceito muito utilizado no processamento de gs a riqueza, que a soma dasporcentagens molares dos componentes mais pesados do gs, isto , o somatrio doscomponentes a partir do propano, inclusive. De acordo com este critrio um gs considerado rico se a sua riqueza for superior a 4 % (este percentual pode variar conformeas condies tcnicas e econmicas do projeto). As riquezas dos gases de Urucu so LUC7,4%, RUC 6,91%.

Existe um outro conceito menos utilizado que o ndice de riqueza do gs (IRG) definidocomo sendo a quantidade de lquido que pode ser obtida atravs do processamento

primrio. expressa em metros cbicos de lquido a 15,5 C e 1 atm por 1.000 m3 de gsnatural a 20C e 1 atm. Dada a composio de um gs, a riqueza, segundo esta definio obtida pelo somatrio do produto da porcentagem molar de cada componente por um fatorF dado no quadro abaixo, cujo valor funo de densidade e do peso molecular docomponente.

Componente FatorEtano C2 0,0352

Propano C3 0,0362Iso butano iC4 0,0431

Normal butano nC4 0,0415Iso pentano iC5 0,0482

Normal pentanonC5 0,0477Hexano C6 0,0541Heptano C7 0,0607

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Captulo 2: CONDICIONAMENTO E PROCESSAMENTO DOGS NATURAL

2.1 CONDICIONAMENTO DO GS NATURALO condicionamento do gs visa seu enquadramento s caractersticas necessrias ao seutransporte em gasodutos, de forma que possa ser realizado sem prejuzo para as instalaesutilizadas nestas operaes (tubulaes, compressores, etc.). Como comentadoanteriormente, o gs natural bruto contm hidrocarbonetos e vapor dgua que podem passardo estado gasoso para o lquido com as variaes de temperatura e/ou presso, mesmo que

pequenas; isto provoca o acmulo destes lquidos em linhas e dutos, o que gera problemasde escoamento, corroso e at tamponamento pela formao de hidratos. Para evitarmos tais

problemas o gs deve ser condicionado para atender as especificaes de transporte.

Normalmente o principal parmetro a ser controlado no condicionamento o ponto deorvalho (dew point) dos hidrocarbonetos e do vapor dgua. Define-se como ponto deorvalho a temperatura na qual, a uma determinada presso, comea ocorrer a condensaode lquidos (hidrocarbonetos ou gua). O ajuste usual do ponto de orvalho de 5C abaixoda mnima temperatura de operao do gasoduto, na presso de trabalho, para garantir a noformao de hidrocarbonetos lquidos ou gua lquida. No Brasil, para a comercializao dogs, o ponto de orvalho da gua limitado ao mximo de 45C a 1 atm, sendo que nasregies norte e nordeste admitem-se o valor de 39C. Em alguns casos deve-se tratar o gs

para enquadrar os teores de gs sulfrdrico (H2S) em no mximo 20 ppm e de dixido decarbono (CO2) em no mximo 2 % vol.. A portaria da ANP que trata da especificao do gsa ser comercializado no Brasil a de N 104 de 8/7/2002- DOU 9/7/2002. O anexo 1apresenta a tabela com as especificaes do gs natural conforme a portaria da ANP.

Fig. 2.1.1 Produtos de uma unidade de Condicionamento.

Gs Natural

Condicionamento

N2CO2C1C2C3C4

H2OC5C6C7+

Gs Naturalcondicionado

Condensados

N2CO2C1C2C3C4C5C6C7+

2.1.1 - Estabilizao e processamento de condensados

Os condensados formados nas linhas de produo e/ou condicionamento geralmente soenviados para uma UPGN ou refinaria para serem processados. Quando o volume decondensados significativo construda uma Unidade de Processamento de Condensado deGs Natural (UPCGN) que formada basicamente de torres de fracionamento.

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Fig. 2.1.2 - Curvas tpicas de ponto de orvalho - condensao retrograda por reduo d


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2.2 UNIDADE DE PROCESSAMENTO DE GSNATURAL UPGN

Definio:instalao industrial que objetiva realizar a separao das fraes pesadas

(propano e mais pesados), existentes no gs natural, gerando gs processado(metano eetano), GLP e gasolina natural (C5+).

Uma Unidade de Processamento de Gs Natural (UPGN) visa recuperao doshidrocarbonetos mais pesados do gs na forma lquida, de maior valor agregado, e naespecificao do gs natural processado (residual) para usos industrial, residencial eveicular. Os processos variam de um simples acerto do ponto de orvalho (dew point)chegando at a produo de etano lquido. Vrias so as configuraes que podem serobtidas em uma UPGN, conforme mostrado na fig. 2.2.1. A alternativa A a mais simples econsiste em produzir apenas um Lquido de Gs Natural (LGN), para posterior tratamento,que composto de propano e hidrocarbonetos mais pesados que ele. Em algumas unidades o

processamento inclui o fracionamento do LGN em Gs Liquefeito de Petrleo (GLP) e C5+(alternativa B). Em outras se consegue incorporar parte do etano ao GLP (alternativa C) emteores que no alterem a especificao de Presso de Vapor fixada pela Agncia Nacional doPetrleo(ANP) para este derivado. Em unidades mais complexas pode-se produzir atmesmo etano lquido (alternativa D).

As recuperaes de lquidos que podem ser alcanadas dependem do tipo de processoutilizado e da riqueza do gs. Comumente se consegue recuperar 100% dos butanos ehidrocarbonetos mais pesados, 90 a 95 % do propano e at 80 % do etano. Cabe ressaltarque a recuperao do etano quer no GLP, quer como produto puro, acarreta reduo do

poder calorfico do gs processado.

Fig. 2.2.1 Produtos de uma UPGN

Alternativa A

Gsprocessado

Tambmconhecida comoURGN Unidadede Recuperao deGN.

UPGN

N2CO2C1C2

C3C4C5

C6C7+

LGN

N2CO2C1C2C3C4C5

C6C7+

Alternativa B N2CO2C1C2

C3C4

Nafta leve(C5+)

C5C6C7+

GLPUPGN


Gsprocessado


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Alternativa C

UPGN

N2

CO2C1C2

C2C3C4

Nafta leve(C5+)

C5C6C7+

GLP


Gsprocessado

Alternativa D

UPGN

N2CO2C1C2

C3C4

Gsrocessado

Nafta leve(C5+)

C5C6C7+

C2 Etano lquido

GLP

N2CO2C1C2C3C4C5C6

C7+

2.2.1 - Importncia econmica das UPGN`s

As refinarias so responsveis pela produo da maior parte do GLP, entretanto a opo deaumentar a oferta de GLP simplesmente a partir do aumento da capacidade de refino no se

revela a mais atraente do ponto de vista de custos, uma vez que o aumento de 40% dacapacidade do refino, necessrio para se atender o mercado, acarretaria em uma sobraconsidervel de outros combustveis, principalmente gasolina e leo combustvel, e aconseqente dificuldade de comercializ-los a preos atrativos. Assim sendo as UPGNsso, em termos econmicos, muito importantes para a balana comercial Brasileira, pois

produzem grandes quantidades de GLP alm de especificar o gs natural para o consumoindustrial, residencial ou veicular.

Nos ltimos anos a PETROBRAS vem investindo na construo de UPGNs por todo opas, o grfico 2.2.1 a seguir mostra a reduo das importaes de GLP em relao aoaumento da produo das UPGNs.

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Grfico 2.2.1 Importao X Produo

Fonte: ANP - Boletim Mensal de Produo submetido ANP.

0

1.000.000

2.000.000

3.000.000

4.000.000

5.000.000

6.000.000

m3

Ano

Importao GLP X Produo de LGN

Importao

Produo

Importao 5.096.778 3.851.092 3.355.396 2.039.941 1.880.419

Produo 2.085.089 2.331.767 2.610.825 3.267.008 3.570.419

2000 2001 2002 2003 2004

Tabela 2.2.1- Situao atual das UPGNs na Petrobras junho/04.Unidades Capacidade

1000 m3/dProduo LGN

m3Incio operao Processo

Urucu 1 (AM) 700 200 1993 Absor. Refrig.Urucu 2 (AM) 6.000 2.100 2000 TE Refrig.

Urucu 3 (AM) 3.000 980 2004 TE Refrig.Lubnor (CE) 350 180 1987 Absor. Refrig

Guamar 1 (RN) 2.200 640 1985 Absor. RefrigGuamar 2 (RN) 2.400 640 2001 TE RefriGuamar 3 (RN) 1.500 625 TE Refri

Atalaia (SE) 3.000 830 1981 Absor. RefrigCarmpolis (SE) 350 80 1989 Refrig. Simples

Pilar (AL) 2.000 450 2003 TE Refrig..Catu 1 (BA) 1.950 480 1962 Absor. RefrigCatu 3 (BA) 2.750 600 2005 TE

Candeias (BA) 2.950 715 1972 Absor. Refrig

Lagoa Parda 1 (ES) 400 50 1983 Refrig. SimplesLagoa Parda 2 DPP(ES) 1.500 60 2003 Refrig. SimplesCabinas 1 (RJ) 560 195 1987 Absor. RefrigCabinas 2 (RJ) 3.000 690 1997 Refrig. SimplesCabinas 3 (RJ) 5.400 690 2002 TECabinas 4 (RJ) 5.400 690 Em construo TE

UPCGN Cabinas (RJ) 1,5 900 1987 FracionamentoREDUC 1 (RJ) 2.400 660 1983 Absor. RefrigREDUC 2 (RJ) 2.000 660 1987 TE Refrig.

UFL-REDUC (RJ) 5,4 2002RPBC (SP) 2.400 630 1993 Joule Thomson

Total 52.217 13.745Fonte: Encontro Tcnico de UPGN`s Petrobras/2005

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2.3 ESCOLHA DO PROCESSO

Em termos econmicos, a escolha do melhor processo a ser utilizado em uma UPGN

depende basicamente de 03 fatores: composio do gs, presso disponvel e recuperaodesejada. No entanto, como no existem critrios rgidos que orientem a seleo, recomendvel que se faa um estudo tcnico e uma anlise econmica para cada tipo de

processo. A anlise dever considerar, entre outras coisas, os seguintes fatores :

- recuperaes obtidas;- quantidade, tipo, origem (nacional ou importado);- custo de equipamentos e instrumentao;- custos operacionais;- consumo de utilidades.

So quatro os tipos de principais de processos para a recuperao de lquidos ou controle dedew-point (ponto de orvalho) do gs natural:

- refrigerao simples;- expanso JouleThomson (JT);- absoro refrigerada;- Turbo-expanso (TE).

A fig 2.3.1 mostra um esquema simplificado, em funo da riqueza do gs, as faixas derecuperao para 03 dos processos acima. Contudo o comparativo no inclui o processo deabsoro que, embora perdendo terreno para a turbo-expanso, ainda utilizado em grandenmero de instalaes no mundo todo.

Todos os processos tm em comum o princpio bsico de promover a condensao doshidrocarbonetos mais pesados por reduo de temperatura.

O processo de absoro refrigerada, no entanto, utiliza a refrigerao apenas como auxiliarpara obter maiores recuperaes, sendo o leo de absoro o agente fundamental narecuperao dos hidrocarbonetos lquidos. Sua aplicao tpica na recuperao de propanoe mais pesados, havendo sempre uma recuperao incidente de etano. Como os

investimentos e custos de operao da Absoro Refrigerada esto diretamente relacionados vazo de circulao de leo de absoro, este tipo de processo deixa de ser interessante medida que se deseja recuperaes de etano mais elevadas e que requerem maiorescirculaes de leo. A grande vantagem deste processo a manuteno da presso deadmisso do gs, requerendo pouca, ou nenhuma, recompresso do gs processado.

Quanto aos dois processos de expanso, JT e TE, ambos causam resfriamento do gs devido reduo de presso (flash adiabtico), chamado de efeito Joule-Thomson; a diferena

bsica entre eles, em termos termodinmicos, que o primeiro isentlpico (no h geraode trabalho) e o segundo isoentrpico (h gerao de trabalho).

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Para processos de fluxo, a variao da entalpia dada pela diferena entre o calor trocadocom o ambiente e o trabalho executado pelo fluido (H = Q W). A expanso Joule-Thomson ocorre em uma vlvula e, por ser instantnea, pode ser considerada um processoadiabtico (Q = 0), isto , um processo em que no h troca de calor com o ambiente. Comotambm nenhum trabalho executado pelo fluido durante a expanso (W = 0), conclui-se

que no h variao de entalpia, sendo assim o processo isentlpico.

Fig. 2.3.1 Seleo de processos de recuperao de LGN em funo da riqueza do gs e donvel de recuperao.

Recupera-o invivelde lquidos

Turbo-ExpansoOu

Joule-Thomson comrefrigerao

Refrigeraosimples

Turbo-ExpansoOu

Joule-Thomson

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

Nvel

.Recu

perao

A expanso do gs em uma turbina tambm pode ser considerada um processo adiabtico,

porm diferentemente da expanso em uma vlvula, possvel realizar trabalho, geralmenteem um eixo que aciona um compressor, e neste caso a variao de entalpia diferente dezero. Se o processo fosse adiabtico e reversvel seria um processo entropia constante, isto, isoentrpico. Como na prtica todos os processos so, em maior ou menor grau,irreversveis, considera-se o processo de Turbo-Expanso como isentrpico e aplica-se umaeficincia variando de 60 a 85% para levar em conta a irreversibilidade. Em outras palavras,a eficincia do processo a relao entre o trabalho realmente recuperado no Turbo-Expansor e o trabalho que seria produzido se a turbina fosse isoentrpica. A eficincia dotrabalho de Turbo-Expanso importante por vrias razes: alm de estar diretamenterelacionada ao trabalho produzido, da eficincia do processo, depender dela a temperaturaobtida e a produo de lquidos.

ndice de Riqueza do Gs (m3 liq./1000 m3 gs)

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A fig. 2.3.2 mostra esquematicamente em um diagrama entalpia X entropia os resultados deuma expanso Joule-Thomson e Turbo-Expansores em vrios nveis de eficincia. Nota-seque para uma mesma queda de presso a turbo-expanso proporciona temperaturas mais

baixas que a expanso JT que equivalente a uma turbina com 0% de eficincia.

O processo de TE indicado quando se deseja altas recuperaes de etano, pois astemperaturas obtidas so suficientemente baixas para promover a condensao destecomponente. J o processo JT requer que o gs esteja a uma presso suficientemente elevadae temperaturas suficientemente baixas para que possa haver condensao do etano.

Fig. 2.3.2 Exemplo de diagrama Entalpia X Entropia para uma expanso do gs natural

T = - 6 9 1 1 CEntal

p

ia

(kJ/kgmol)

T = - 87,93 C

T = - 83,58 C

T = - 79,05 C

T = - 7 4 2 5 C

T = - 4 1 0

EF d = 100%

EFc=75%

EFb=50%

EFa=25%

EF 1 = 0%

H2d = -7,189 e4

H2c = -7,150 e4

H2b = -7,111 e4

H2a = -7,072 e4

H1 = -7,033 e4

Entropia (kJ/kgmol/C)

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2.4 PROCESSO DE REFRIGERAO SIMPLES

2.4.1 GERAL

O processo de recuperao de hidrocarbonetos lquidos por refrigerao simples, como oprprio nome sugere, consiste meramente no resfriamento do gs de modo a promover acondensao do propano e mais pesados. Este processo encontra aplicao quando oobjetivo apenas recuperar componentes a partir do propano (LGN) e no se desejarecuperaes muito elevadas ou deseja-se apenas condicionar o dew-point do gs para otransporte em gasodutos.

O fluido refrigerante mais utilizado o propano puro que permite atingir temperaturas de at40C. O gs deve estar disponvel a altas presses (>4.000 kPa) a fim de que haja acondensao desejada a temperaturas de operao. O lquido condensado, LGN, pode ser

separado posteriormente originando GLP e C5+(nafta leve).

2.4.2 DESCRIO DO PROCESSO

A fig. 2.4 um fluxograma simplificado do processo de refrigerao simples paracondies tpicas de presso e temperatura.

O gs disponvel a 27C e 517 kPa comprimido at 4.480 kPa e 49 C. O gs sofre entoresfriamentos sucessivos, primeiro com o prprio gs residual da unidade e depois com o

propano refrigerante atingindo assim 37 C. Antes de cada resfriamento h a injeo de

glicol para inibir a formao de hidratos. A corrente resfriada entra em um vaso trifsicoonde so separados o gs residual, os hidrocarbonetos condensados e o glicol injetadoanteriormente. O gs residual troca calor com o gs rico na entrada da unidade, conformemencionado anteriormente, se aquecendo at 38C. O glicol enviado para regenerao e

posterior reutilizao. O lquido do vaso trifsico sofre uma expanso em uma vlvula at1.186kPa, com conseqente resfriamento at 60C. Aps a expanso o lquido segue parauma torre deetanizadora onde o etano e os componentes mais leves so separados no topo eo LGN retirado pelo fundo. O gs do topo chamado residual de baixa em contraposioao residual de alta liberado no vaso trifsico. Este gs residual de baixa presso se aqueceat 38C e sub-resfria o propano refrigerante na etapa de compresso do ciclo de propano.

O LGN bombeado do fundo da deetanizadora para a torre desbutanizadora onde separado em GLP e C5+. Antes de entrar na torre, o LGN aquecido pela corrente de C5+que produto de fundo da prpria torre. O produto de topo, GLP, condensado a 1.470 kPa,sendo parte do lquido bombeado de volta a torre para servir de refluxo e o restante enviado para estocagem.

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Fig. 2.4 - Fluxograma simplificado do processo de refrigerao simples.

Gs processado Gs prde alta Glicol Propano

Gs entrada510 kPa27C

Glicol

4.350 kPa

- 37 C

1470 kPa50 C

GLP

leoquente

4350 kPa- 37 C

77 C

65 C

Torredesbutanizadora

82 C

179 C

Glicol p/regenerao

4480 kPa49 C

5,6 C


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2.5 PROCESSO JOULE-THOMSON

O processo de expanso Joule-Thomson (JT) aplicado ao gs natural quando se desejarecuperar propano e hidrocarbonetos mais pesados. Esta recuperao se deve a expansoisentlpica do gs de carga.

Sua aplicao tpica no condicionamento do gs natural, resfriamentos secundrios emoutros processos ou em substituio ao Turbo-Expansor (TE) quando este apresenta algumaindisponibilidade. A figura 2.5 mostra um exemplo prtico de uma vlvula JT.

As recuperaes comumente obtidas com este processo so:

- propano (C3) 75% ;- butano e mais pesados 100%.

Fig. 2.5 Exemplo do processo JT.

1.600 kPa4.100 kPa- 60,6C- 41C

VlvulaJT

Processo Isentlpico = no h gerao de TRABALHO


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2.6 PROCESSO DE ABSORO REFRIGERADA

2.6.1 GERAL

O processo de absoro refrigerada se baseia na recuperao dos componentes pesados dogs por uma absoro fsica promovida pelo contato do gs com um leo de absoro. O

princpio deste processo a diferena entre a presso de vapor dos componentes no leo esua presso parcial no gs. Como a 1 menor que a 2, ocorre a transferncia de massa dogs para o leo, com liberao de energia e conseqente aumento de temperatura. Este

princpio se aplica a todos os hidrocarbonetos, porm, numa segunda etapa, quando apresso reduzida, os componentes leves so liberados do leo, ficando retidos apenas oshidrocarbonetos pesados.

As recuperaes comumente obtidas com este processo so:- etano (C2) mximo de 50% ;- propano (C3) 90 a 95% ;- butano e mais pesados 100% .

O contato entre o leo de absoro e o gs ocorre em contra-corrente em uma torreabsorvedora onde o leo admitido pelo topo e o gs pelo fundo. O leo utilizadogeralmente um hidrocarboneto lquido, ou mistura de hidrocarbonetos, com massa molarna faixa de 100 a 180, dependendo da temperatura de absoro. Em Urucu na UPGN 01 oleo de absoro utilizado a prpria nafta leve (C5+) produzida na unidade.

A eficincia de absoro depende, entre outros fatores, da presso e temperatura de operaodo sistema, das quantidades relativas de gs e leo de absoro e da qualidade do contato

promovido entre o gs e o lquido. As condies mais comuns de operao da torreabsorvedora so 2.750 kPa a 6.850 kPa e temperaturas que variam de ambiente at 40C.A refrigerao obtida atravs de um fluido auxiliar, geralmente propano.

Denomina-se leo rico o leo saturado com hidrocarbonetos e leo pobre o leo isentodestes componentes. Os hidrocarbonetos absorvidos pelo leo so posteriormente retirados,

pela ao do calor, em uma torre de fracionamento (destilao). O leo pobre retorna torreabsorvedora e os hidrocarbonetos so separados de modo a fornecer os produtos desejados

(LGN, GLP, C5+).


A fig 2.6 um fluxograma simplificado do processo de absoro refrigerada da UPGN 01 deUrucu que uma unidade tpica de absoro refrigerada.

A unidade alimentada com gs a 4.100 kPa e 32C. O gs passa por um vaso separador(scrubber), V-100, para a retirada de lquidos arrastados pelo gs, ento ele segue para umfiltro (V-101) para a retirada de partculas slidas que possam estar sendo carregadas pelogs. Os lquidos de fundo dos vasos V-100 e V-101 so enviados para serem reprocessados,o gs segue para ser resfriado, uma parte da corrente vai para o permutador E-120 (gs/gs)

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saindo a 6C e o restante no E-121(gs/lq.) saindo a 11C. Neste dois permutadores ascorrentes recebem a injeo de glicol para evitar a formao de hidratos, as sadas destesdois permutadores se misturam formando uma nova corrente a 8,6C que segue para sernovamente resfriada no E-122 (gs/propano) saindo a 29C. Neste permutador o gs recebenova injeo de glicol, em seguida a corrente vai para o vaso separador V-103 para a

separao dos lquidos, o glicol exausto, isto contendo gua, retirado pelo fundo do vasosendo enviado para regenerao. Os hidrocarbonetos lquidos separados no V-103 soenviados para o E-121 para refrigerar o gs de entrada e posteriormente seguem para a torredeetanizadora.

O gs seco e refrigerado segue ento para a torre absorvedora a onde ele entra em contato,em contra corrente, com o leo de absoro, que neste caso a prpria nafta (C5+) do

processo. Neste momento ocorre ento a lavagem do gs, isto , a passagem doshidrocarbonetos mais pesados para o leo de absoro; o gs pobre a alta presso sai pelotopo da torre absorvedora a 17C e segue para o E-120 para resfriar o gs rico de entradasaindo a 29C sendo destinado para venda ou injeo. O leo rico, contendo um alto teor de

hidrocarbonetos leves, sai do fundo da torre absorvedora e segue para a torre deetanizadora,mas antes sofre uma expanso de 4.050 kPa para 2.150kPa entrando pelo topo da torre a

34C.

Na torre deetanizadora o gs formado na expanso entra em contato com o refluxo de toposendo lavado o que promove a separao dos componentes leves e pesados. O lquidodesce para o fundo da absorvedora para ser aquecido para a retirada dos hidrocarbonetosleves restantes que sobem pela torre trocando calor e massa saindo na corrente de gs notopo, esta corrente a 15C o gs pobre de baixa presso. O lquido do fundo dadeetanizadora que o leo rico (LGN) segue para a torre debutanizadora, mas antes sofre umaexpanso de 2.150 kPa para 1.600 kPa entrando pelo prato n 10 da torre a 64C.

Na torre debutanizadora o gs formado na expanso entra em contato com o refluxo de toposendo lavado. O lquido segue para o fundo da torre sendo aquecido, o que promove o seufracionamento. No fundo da torre a nafta sai lquida 167C sendo resfriada no air-coolerAC-231 para 49C de onde segue para ser dividida em duas correntes, uma segue paratancagem e a outra bombeada para ser resfriada nos permutadores E-125(gs/gs) e E-124(gs/propano) para ser utilizada como leo de absoro na torre absorvedora. O GLP sai

pelo topo na forma de vapor, sendo resfriado no air-cooler AC-230 e acumulado no vasoV-203 de onde bombeado sendo parte desta corrente utilizada como refluxo de topo dadebutanizadora e a outra segue para tancagem de GLP (esferas).

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Fig. 2.6 - Fluxograma simplificado do processo de absoro refrigerada

Propa

Gsentrada

GsProcessadoAlta

Glicol

Glicol

Glicol p/

regenerao

Torredeetanizadora

Torreabsorvedora

V-103

E-124

V-101

B

B

Propano E-122

C

V-100

ARe rocesso

E-120

A


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2.7 PROCESSO DE TURBO-EXPANSO

2.7.1 GERAL

Este processo mais eficiente por gerar temperaturas mais baixas que os demais e normalmente adotado quando se deseja recuperar etano juntamente com os componentesmais pesados (GLP) ou etano lquido. indicado para gases disponveis alta pressoembora seja vivel para presses moderadas e at mesmo baixas.

As recuperaes que podem ser atingidas em um processo de turbo-expanso so asseguintes:

- etano 85% ;- propano 99% ;- butanos e mais pesados 100%.

A recuperao de lquidos consiste basicamente na secagem e refrigerao do gs de entradaem contra-corrente com o gs de sada (corrente fria) da prpria unidade, seguido de umaexpanso no TE. O processo de Turbo-Expanso mais eficiente devido a dois efeitos:Joule-Thomson em conjunto com a liberao de energia do gs, na forma de trabalho decompresso, o que provoca um maior abaixamento de temperatura e conseqentemente umamaior condensao dos hidrocarbonetos. Algumas vezes pode ser empregada umarefrigerao adicional atravs de um fluido auxiliar, geralmente propano, e tambm umacompresso do gs de entrada.

O Turbo-Expansor uma mquina composta por de trs partes principais: uma turbina deexpanso(1), um eixo rotativo(2) e um compressor rotativo(3) (ver figura 2.7.1) . O

princpio de funcionamento o acionamento da turbina de expanso, pela entrada do gs aalta presso, gerando energia (trabalho) e refrigerao (efeito JT). A energia gerada noExpansor transferida ao compressor rotativo atravs do eixo comum. O TE usado para

produzir refrigerao e recuperar energia.

Fig. 2.7.1 Partes de um Turbo-Expansor com exemplo de funcionamento.

3

2

Eixorotativo

1

1.600 kPa- 83,5C

5.500 kPa- 41,0C

5.670 kPa56C

4.110 kPa30C

Compressor

Expansor


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A figura 2.7.2 um fluxograma simplificado do processo de uma UPGN a Turbo-Expansocapaz de produzir GLP (etano, propano, butanos) e nafta leve (C5+).

O gs natural entra na unidade a 4.110 kPa e 30 C, passa por um vaso separador,V-123101 (scrubber), para remoo de lquidos condensados e segue para um filtro (FT-123102) que visa retirada de partculas que podem ser arrastados pelo gs; aps a filtraoo gs entra em um compressor acoplado ao Turbo-Expansor (C-123101), saindo com 5.670kPa e 56 C, em seguida o gs passa por uma bateria de 03 permutadores, P-123101 (gua),P-123102 (placas gs-gs) e P-123103 (propano) onde a temperatura reduzida para 38C,29C e 22C respectivamente. O gs segue ento para um outro vaso separador (V-123102)

para retirada de lquidos condensados gerados com o aumento de presso e o resfriamento.O gs segue para a secagem passando por um leito de Peneiras Moleculares, V-123103 A ouB, esta secagem realizada com peneiras moleculares que garantem uma umidade menor

que 1 ppm; aps a secagem o gs passa por um novo filtro (FT-123101) que visa retiradade partculas da peneira que podem ter sido arrastadas pelo gs.

Com o gs limpo e seco inicia-se a refrigerao do gs em uma srie de permutadores quevisa iniciar a condensao dos componentes de interesse (etano, propano, butanos, etc.). Eleentra em um permutador de placas (P-123104) onde sua temperatura passa de 22C para2C, em seguida passa por um permutador a propano (P-123105) e sua temperatura chega a

6C, ento a corrente de gs/lquidos separada no V-123104, o lquido segue para a torredeetanizadora (T-123101), o gs sai pelo topo do vaso e segue para um outro permutador de

placas (P-123106) de onde sai com uma temperatura de 29C, novamente a corrente passapor um separador (V-123105), o lquido separado segue para a torre T-123101 e o gscontinua a ser resfriado em um permutador de placas (P-123107) de onde sai a 41C, entoa corrente de gs/lquidos separada no V-123106, o lquido se junta a corrente de gs nasada do V-123107 e segue para a torre deetanizadora; o gs sai pelo topo do vaso e segue

para a entrada do Expansor a 41C e 5.480 kPa saindo a 83C e 1.570 kPa., esta correnteentra em um novo vaso separador (V-123107), o lquido passa pelo P-123108 a onde aquecido a 68C para entrar na torre deetanizadora, o gs se encontra com o lquido vindodo V-123106 e tambm passa pelo permutador P-123108 a onde aquecido a 68C para emseguida entrar na T-123101.

Na torre deetanizadora, T-123101, o gs lavado pelos lquidos que entram pelo topo datorre (refluxo) saindo pelo topo a 65C sendo resfriado no P-123108 para 71C gerandolquidos que so separados no V-123108, sendo utilizados no refluxo da torre, o gs

processado que sai pelo topo do V-123108 segue o caminho inverso trocando calor nospermutadores de placas resfriando o gs de entrada do processo; aps trocar calor no P-123102 ele segue para segue para venda ou injeo em poos. No fundo da torredeetanizadora os lquidos condensados (LGN) so aquecidos (49C) para a retirada de levese ento enviados para a torre debutanizadora T-123102.

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Antes de entrar na torre debutanizadora T-123102 o LGN pr-aquecido no P-123110,dentro da T-123102 o LGN separado em GLP (C3 e C4) pelo topo e nafta leve (C5+) pelofundo. O GLP na forma de vapor (55C) sai pelo topo e condensado no permutador a gua(P-123111), o GLP lquido (38C) contido no vaso V-123109 de onde bombeado sendoque parte do GLP utilizado como refluxo da torre e o restante segue para ser armazenado

nas esferas. O fundo da torre mantido a 163C para a retirada de leves, a nafta leve (C5+) retirada do fundo desta torre sendo resfriada no P-123110 e P-123113 at 38C e prosseguepara armazenamento.

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Figura 2.7.2 fluxograma simplificado do processo de uma UPGN a Turbo-Ex


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Capitulo 3: TRATAMENTO

O tratamento o conjunto de processos aos quais o gs ser submetido para se remover oureduzir os teores de contaminantes para atender as especificaes de mercado, segurana,transporte ou processamento posterior. As especificaes mais freqentes so relacionadascom:

- poder calorfico;- teor mximo de compostos de enxofre;- teor mximo de dixido de carbono;- teor mximo de vapor dgua ou ponto de orvalho em relao gua;- ponto de orvalho em relao aos hidrocarbonetos;- teor de slidos.

O tratamento do gs visando apenas remoo de compostos de enxofre denomina-sedessulfurizao. Quando se visa remoo de gases cidos usa-se o nome genrico deadoamento.

O vapor dgua, embora por si s seja classificado como inerte, ao condensar em linhas ouequipamentos na presena de gases cidos ou hidrocarbonetos pode causar inconvenientetais como corroso e formao de hidratos, alm de reduzir a capacidade das linhas detransferncia. A remoo de gua, isto desidratao, a forma mais eficiente de combateros problemas acima mencionados, muito embora existam solues alternativas que em

alguns casos se aplicam melhor que a desidratao

3.1 DESIDRATAO

3.1.1 gua no gs natural

Podemos considerar que qualquer gs natural produzido, associado ou no associado, estsaturado com vapor de gua, isto , contm a mxima quantidade possvel de gua no estadovapor. Quantidades adicionais que tendem a se vaporizar voltaro a condensar, exceto sehouver alterao nas condies de presso e/ou temperatura do gs.

O teor de gua de saturao do gs funo de 3 parmetros: presso, temperatura, epresena de contaminantes, ou gases cidos, que tm a propriedade de elevar este teor.Quanto menor a presso e maior a temperatura , maior a capacidade do gs de reter gua noestado vapor.


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A gua contida em uma corrente de gs natural deve ser parcial ou totalmente removida comos seguintes objetivos:

1 - Manter a eficincia dos dutos de transporte, uma vez que a gua condensada nas

tubulaes causa a reduo na rea de passagem com o aumento da perda de carga e reduode vazo de gs que poderia fluir pela mesmas;2 - Evitar a formao de meio cido corrosivo decorrente da presena de gua livre

em contato com gases cidos que podem estar presentes no gs;3 - Evitar a formao de hidratos.

A especificao do gs desidratado, a uma certa presso, pode ser dada em termos de teor degua, ponto de orvalho ou depresso do ponto de orvalho, sendo essas duas ltimas opesnormalmente as mais adequadas e precisas em termos prticos. comum especificar-se umvalor para o ponto de orvalho requerido de 5C abaixo da temperatura mnima a que o gs

ser submetido, na presso de operao.

Para fins prticos comum utilizar-se grficos do tipo mostrado na figura 3.1.1 (diagramade Mcketta) para determinao do teor de gua de saturao de um gs natural em funodas condies de presso e temperatura.

Exemplo: Qual a massa de gua que contm o gs natural a 30C e 4.100 kPa? E a 20C?Para 30C, do grfico obtemos 900 mg de gua/m3 de gs aproximadamente.Para 20C, do grfico obtemos 475 mg de gua/m3 de gs aproximadamente, com umareduo de 10C na temperatura haver uma reduo de quase a metade da massa de vaporde gua.

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Fig. 3.1.1 Diagrama de Mcketta para teor de gua de saturao no gs natural.

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3.1.2 Analisadores de umidade no gs natural

A determinao da umidade existente no gs natural e um fator fundamental no controle deoperaes de processamento, distribuio e consumo do gs natural. Com a determinao do

ponto de orvalho poderemos saber se o gs est seco o bastante para no formar hidratos

aps a sua refrigerao ou gua lquida em dutos. As unidades mais utilizadas para seexpressar a umidade no gs natural so temperatura de ponto de orvalho (mais usual) e

ppm(v).Existem vrios tipos de medidores: espelho refrigerado, ticos, eletrolticos, capacitores dexido metlico e piezoeltricos. Vamos conhecer os mais utilizados: 1 espelho, 2capacitor de oxido metlico (AL2O3) e 3 piezoeletricos (Cristal de Quartzo).

Medidor tipo espelho refrigerado:

um aparelho de medida direta da umidade e seu princpio est baseado na determinao datemperatura do ponto de orvalho pela condensao da umidade sobre a superfcie de umespelho. Foi o 1 sistema de medida de umidade utilizado para o gs natural. O gs circula

por dentro de uma cmara que contm o espelho que resfriado por um sistema auxiliarenquanto este espelho reflete um facho de luz infravermelha. No momento que o gs atingea temperatura do ponto de orvalho a umidade se condensa no espelho atrapalhando areflexo da luz infravermelha, neste momento um sensor receptor da luz infravermelhadetecta a condensao e determina a temperatura do ponto de orvalho.

Vantagens :- leitura direta do ponto de orvalho;- custo baixo;

Desvantagens:- no pode ser usado para ponto de orvalho caso exista outro condensvel no gs;- limitado a temperaturas de 40C a 40C;

- medidor no contnuo, ciclos de 15 a 40 minutos.

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Medidor tipo capacitor de oxido metlico (AL2O3):

um medidor indireto e seu princpio est baseado na determinao da umidade pelavariao da capacitncia do sensor. Uma camada de xido de alumnio (dieltrico) ficaentre uma camada muito fina do ouro e uma placa de alumnio (condutores) formando um

capacitor. O vapor de gua atravessa a camada de ouro entrando nos poros da camada doxido, alterando a constante dieltrica mudando a capacitncia (C0), variao em relao calibrao do sensor relacionada como a umidade.

Uma gota do cido sulfrico colocada em uma peformando o xido, o excesso de cido adicionado a

pronto para a etapa seguinte que a colocao da f daplaca do sensor, formando um capacitor.

quena parte da placa de alumnioo alumnio limpo, e o sensor estina camada de ouro que ser a segun

C0

C2

R1

R0

R2

C0 = Capacitncia da camada de xidoR1 = resistncia do poroR2 = resistncia da base do poroC2 = capacitncia da base do poroR0 = resistencia do xido de alumnio.

Vantagens :

- pode ser usado para baixas temperaturas de ponto de orvalho (-80 C);- custo relativamente baixo;

Desvantagens:- no possue boa acurcia;- calibrao a cada 6meses, somente na fbrica;- incompatvel com presena de mercrio.

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Medidor tipo Piezoeltrico:

um medidor indireto e seu princpio est baseado na determinao da umidade pelavariao freqncia natural do cristal de quartzo. O sensor formado por um cristal dequartzo coberto por pelcula fina de um material higroscpico e dentro de uma pequena

cmara. Quando o cristal exposto ao fluxo de gs o material higroscpico adsorve asmolculas de gua contidas no gs, o que aumenta a massa do sensor, diminuindo afreqncia de oscilao do cristal. A umidade do gs medida atravs da comparao dafreqncia do sensor seco e do mido.

Vantagens :- Alta sensibilidade, alguns modelos medem ppb de gua no gs;

Desvantagens:- custo elevado;- medidor no contnuo;

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3.1.3 Hidratos

So compostos formados pela combinao fsica entre molculas de gua lquida com outrasmolculas pequenas de hidrocarbonetos e/ou contaminantes formando um slido deaparncia de gelo, mas com estrutura molecular diferente. Estes compostos, de estrutura

cristalina, crescem bloqueando linhas, vlvulas e equipamentos, parcial ou totalmenteconforme fotos abaixo.

Fig. 3.1.3.1 Hidrato formado em linha.

Acredita-se que para haver a formao do hidrato necessria a presena de gua no estadolquido, a gua no estado de vapor no seria capaz de formar hidratos. Alguns autores citamque em condies especiais pode ocorrer a formao de hidratos diretamente da gua noestado vapor pelo processo de sublimao.

A composio do gs tem efeito fundamental na formao de hidratos. Metano, etano, gscarbonico e gs sulfdrico so, por excelncia, os componentes formadores de hidratos dotipo 1. Propano, butanos e nitrognio formam hidratos do tipo 2. Molculas maiores, aocontrrio, tendem a inibir a formao de hidratos, alm disso, hidrocarbonetos condensadosajudam a evitar acmulo de hidratos pelo efeito de lavagem. Por esta razo, gasodutos

bifsicos esto menos propensos formao de hidratos do que gasodutos monofsicos.

Assim, pode-se dizer que gases de alta densidade, isto , contendo muitos hidrocarbonetospesados tm menor tendncia formar hidratos enquanto que gases contendo altos teores deH2S e CO2 apresentam maior tendncia pois estes contaminantes so mais solveis em gua

que a maioria dos hidrocarbonetos. A temperatura de formao de hidrato a uma certatemperatura funo da composio do gs e existem mtodos relativamente precisos dedeterminao desta temperatura. Contudo, estimativas feitas a partir de grficos como os dafig. 3.1.3.2 e fig. 3.1.3.3 so suficientes para quase todos os fins prticos.

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Fig. 3.1.3.2 - Condies para a formao de hidratos para gases leves

Fig. 3.1.3.3 - Expanso possvel sem a formao de hidrato a uma determinadatemperatura para gases de densidade relativa de 0,6 e 0,7.

Ateno: As figuras 3.1.3.3 acima devem ser usadas somente para as avaliaes iniciais dascondies de formao de hidrato.

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3.1.4 Injeo de inibidores de hidrato

Embora a remoo da gua do gs elimine o problema da formao de hidratos, em algumascircunstncias no possvel ou no interessante proceder-se a desidratao. Paracontornar esta situao freqente a injeo de compostos que inibem a formao do

hidrato. Tais compostos, que tem funo de se combinar com a gua livre, na verdadeapenas diminuem a temperatura em que os hidratos se formariam, isto , causam umadepresso na temperatura de formao dos mesmos (crioscopia).

Os pontos mais freqentes de injeo de inibidores so poos de produo, a montante dochoke, linhas de transporte e correntes que sero submetidas a refrigerao

O inibidor deve ser injetado na corrente gasosa antes que seja atingida a temperatura dehidrato. O ponto de injeo deve ser tal que permita a maior disperso possvel no gs, como uso de bicos injetores (spray nozzles).

Os inibidores mais usados so o metanol, etanol, mono-etileno glicol (MEG) e di-etilenoglicol (DEG). Todos podem ser posteriormente regenerados e recirculados de volta ao

processo embora a recuperao do metanol e do etanol sejam anti-econmica em muitoscasos. Cada inibidor, no entanto, tem sua aplicao limitada a certas faixas de temperatura.

O ponto de congelamento (freezing) uma propriedade importante para o uso de glicois poisdefine a faixa de concentraes (% em peso de glicol na soluo aquosa) entre o glicolexausto e regenerado a ser usado na inibio de hidratos.

Quando se compara o MEG ao DEG, pode-se dizer que o DEG usado para temperaturasmoderadas, at 10C, enquanto o MEG utilizado em temperaturas inferiores, prximas de

25C, abaixo disto sua viscosidade aumenta muito e o metanol deve ser utilizado. Cabenotar, tambm, que o MEG apresenta a vantagem de se separar mais facilmente doshidrocarbonetos arrastados ou absorvidos (condensados), mas em compensao o volume de

perdas maior, pois sua presso de vapor superior a do DEG. Em resumo, a medida queaumenta o peso molecular do glicol aumentam sua tendncia ao congelamento e suaviscosidade, dificultando o escoamento, enquanto diminui sua presso de vapor econseqentemente as perdas por vaporizao do produto.

Assim o tri-etileno glicol (TEG) normalmente no usado para injeo devido a sua maiorfacilidade de congelamento, alm de promover um contato muito pobre com o gs na linha

por causa de sua elevada viscosidade a baixas temperaturas.

As solues de glicol, aps contato com a corrente gasosa, devem ser regeneradas de modoa eliminar a gua absorvida; o processo simples e requer temperaturas entre 148 e 204C. interessante notar que, dado certo sistema de injeo e recuperao, possvel substituirMEG por DEG, ou vice-versa, devido a proximidade das cargas trmicas envolvidas,temperaturas de regenerao e capacidades calorficas dos dois produtos.

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A princpio, os sistemas de injeo/regenerao de glicol so de operao simples e nodeveriam apresentar problemas de formao de espuma e de corroso, problemas estes queresultam em aumento das perdas, reduo da eficincia e danos em equipamentos. Porm,como o gs com freqncia contm impurezas tais como hidrocarbonetos condensados,

produtos qumicos de tratamento de leo, contaminantes cidos e slidos, alm da eventual

presena de oxignio no sistema, algumas precaues devem ser tomadas para evitar taisproblemas, a saber:

- Evitar a condensao de hidrocarbonetos, ou promover sua separao do glicol,para evitar a formao de espuma;

- Controlar o pH em torno de 7 a 8,5 de modo a manter o meio bsico, prevenindoa corroso.

Tabela 3.1.4 - Propriedades fsicas dos glicois e metanolMono-etileno glicol(MEG)

Di-etilenogilicol(DEG)

Tri-etilenoglicol (TEG)

Metanol

Formula C2H6O2 C4H10O3 C6H14O4 CH3OHMassa Molar 62,1 106,1 150,2 32,04Ponto de bolha 1 atm, C 197,3 244,8 285,5 64,5Presso de vapor, a 25CmmHg

0,12


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3.1.5 Desidratao por Absoro

Verbete: absoro = Fixao de uma substncia, geralmente lquida ou gasosa, no interiorda massa de outra substncia sendo resultante de um conjunto complexo de fenmenos de

capilaridade, atraes eletrostticas, reaes qumicas, etc.

A desidratao por absoro requer que haja contato entre o gs e a soluo de absorvente.O contato pode ser em linha, como o caso da injeo de inibidores, ou em uma torrerecheada ou de pratos.

O poder higroscpico das solues de glicol diretamente afetado pela concentrao, sendotanto maior quanto maior a porcentagem de glicol na soluo. Assim, a depresso no pontode orvalho de uma corrente gasosa aumenta a medida que a concentrao de glicol aumenta,e a partir de um certo valor de concentrao o efeito marcadamente acentuado. Essacaracterstica das solues de glicois especialmente importante em relao ao TEG j que possvel chegar a uma concentrao de 98,77% com uma temperatura de regenerao de204C; essa temperatura inferior ao ponto de degradao trmica do produto que de206C (abaixo da temperatura de ebulio).

J o MEG e o DEG possuem temperatura de degradao igual a 164C (abaixo datemperatura de ebulio), o que permite a obteno de uma soluo de glicol regenerado de97% em peso no mximo, correspondente a temperatura de regenerao de 163C. Essa

concentrao leva a uma depresso mxima no ponto de orvalho de 33C enquanto que, nocaso do TEG, essa depresso pode chegar a 80C correspondendo a uma soluo regeneradacom 99% de glicol.

Abaixo est representado um fluxograma simplificado do processo de regenerao de glicol.O glicol exausto, isto contendo gua, pr-aquecido em um permutador de entradaseguindo para uma serpentina no topo da torre regeneradora a onde serve como fluido friorealizando a condensao dos vapores de glicol, fazendo com que apenas o vapor dguasaia pelo topo; posteriormente o glicol sofre uma expanso no vaso de flash, para aliberao dos hidrocarbonetos retidos o que reduz a tendncia de formao de espuma na

regeneradora. Aps o vaso de flash o glicol pr-aquecido novamente para entrar na partesuperior da torre de regenerao a onde entrar em contato com os vapores que sobem doaquecimento pelo refervedor. O glicol regenerado e quente acumulado em um vaso deonde sai para pr-aquecer o glicol exausto que entra na regeneradora, posteriormente ele

bombeado para o permutador de entrada para pr-aquecer o glicol exausto que entra nosistema para ento ser reutilizado no processo principal.

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Fig. 3.1.5 - Fluxograma simplificado do processo de regenerao de glicol

Glicolregenerado p/

processo

Sada de gs

Refervedor

Glicol

Vasode

flash

Regenerado

Vapordgu

TrocadorGlicol /Glicol

Vaso

Glicol

3.1.6 Desidratao por Adsoro

Verbete: adsoro = Fixao de molculas de uma substncia (o adsorvato) na superfcie deoutra substncia.

Entende-se por adsoro qualquer processo em que molculas de um gs so condensadas eretiradas na superfcie de um slido por meio de foras de atrao superficiais. Cabemencionar, por clareza de definio, que o processo de adsoro se aplica correnteslquidas e que alm da adsoro fsica o processo pode ser qumico envolvendo uma reaoentre o adsorvente e os compostos adsorvidos.

A adsoro fsica encontra aplicao na desidratao do gs natural, podendo-se atingir com

este processo teores de gua na corrente efluente menores que 1 ppm.

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Um material para ser um bom adsorvente deve apresentar uma srie de caractersticas sendoas mais importantes as seguintes:

- grande rea superficial, entre 500 a 800 m2/grama;- afinidade pela gua;

- seletividade;- elevada resistncia mecnica;- pequena resistncia ao fluxo de gs;- facilidade de reativao ou regenerao;- preservao das caractersticas com o tempo: vida til.

A elevada razo entre rea superficial e peso dos materiais adsorventes devida a estruturacristalina dos mesmos na qual os poros do retculo conferem ao material uma enormesuperfcie interna, sendo a superfcie externa das partculas praticamente insignificante.

De um modo geral, os adsorventes industriais adsorvem tanto hidrocarbonetos quanto guaapresentando, no entanto, uma preferncia ou seletividade, pela gua. O adsorvente saturadodeve ser reativado ou regenerado o que feito normalmente pela ao do calor que causa aliberao dos lquidos adsorvidos. O adsorvente sofre, portanto, aquecimentos eresfriamentos cclicos correspondentes as etapas de adsoro e regenerao e este ciclo detemperatura juntamente com a presena de leo, glicois ou lquidos livres na corrente gasosainfluenciam a vida til do adsorvente que varia de 3 a 5 anos.

Os materiais que satisfazem os requisitos listados anteriormente e de uso freqente notratamento do gs natural so:

- slica gel;- alumina ativada;- peneira molecular.

A) Slica gel

A slica gel basicamente composta por dixido de silcio SiO2. Antes da descoberta doglicol, a slica gel foi o adsorvente mais utilizado para especificar o teor de gua do gs

desidratado para transporte, isto , 64 a 112 kg/milhes m

3

de gs. Quando utilizada paradesidratao ela pode obter valores de ponto de orvalho de at 60C.

A slica gel um composto essencialmente inerte no sendo afetada nem pelos gases cidosporventura presentes no gs natural. Contudo, tem tendncia a adsorver hidrocarbonetoscom conseqente reduo de sua capacidade de adsorver gua. Aps atingir a saturao, aslica gel pode ser regenerada tanto com a corrente de gs mido quanto com o gsdesidratado, a temperaturas que variam entre 220 e 260C.

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B) Alumina Ativada

A alumina ativada composta por xido de alumio hidratado, Al2O3(nH2O), e da mesmaforma que a slica gel, tem tendncia a adsorver hidrocarbonetos pesados do gs natural.Contudo, estes hidrocarbonetos dificultam mais a regenerao da alumina do que a da slica

gel. Esta caracterstica faz com que a alumina seja usada preferencialmente paracomponentes puros, tais como etileno, propileno, propano, no contaminados comhidrocarbonetos pesados. Quando utilizada para desidratao ela pode obter valores de

ponto de orvalho de at 70C. Ainda comparativamente com a slica, a alumina apresentamenor custo e maior resistncia mecnica sendo menos suscetvel a quebras durante o

processamento. Da mesma forma que a slica, pode ser regenerada com gs mido oudesidratado, porm requer temperaturas um pouco menores, da ordem de 176 a 204C.

C) Peneira Molecular

Peneiras Moleculares so alumino-silicatos metlicos, tambm conhecidas como zelitas, de

estrutura cristalina, com poros de 3 a 10 ngstrom de dimetro (1 = 1 E -10 m ou 1 E-1nm), sendo que esta dimenso determinada pelo metal que, para a maioria das aplicaes em

processamento de gs natural o sdio (Na[AlSiO4]H2O) conhecido como tipo 4A. Onmero 4 representa a dimenso da abertura dos poros em ngstrom. Existe tambm oszelitos 3A e 5A, dependendo do tipo de metal, alcalino ou alcalino terroso, existente dentroda estrutura bsica do aluminossilicato. Quando os ons de sdio so substitudos pelos de

potssio, o aluminossilicato resultante conhecido como zelito 3A. O on potssio maiorque o on sdio e conseqentemente bloqueia os poros. No zelito 5A, os ons sdio sosubstitudos pelos ons clcio. Os raios inicos de Ca2+ e Na+ so aproximadamente iguais,mas a quantidade de ctions de clcio necessria a metade da quantidade de ons de sdio.Portanto, os poros do zelito contendo clcio so maiores que os daquele contendo sdio.

Fig. 3.1.6.1 Estrutura cristalina do zelito tipo 4A.

Devido ao tamanho to controlado dos poros, as peneiras moleculares no tem tendncia aadsorver hidrocarbonetos, muito embora a presena destes interfira na sua boa operao. oadsorvente que requer maiores temperaturas de regenerao, entre 260 a 316C. Obtm-secom a peneira molecular teores de gua no gs desidratado inferiores a 1 ppm e por isto, aaplicao tpica deste adsorvente para gases que sero submetidos a processos criognicoscomo os das UPGN 2 e 3 em Urucu. Pode se obter valores de ponto de orvalho menores que-100C em alguns casos.

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Tabela 3.1.6 - Propriedades tpicas dos desecantes:

Tipo de desecante

forma Densidadekg/m3

Tamanho dapartcula

mm

Capacidadecalorfica

kJ/(kg K)

Teor mnimoaproxim.de

gua na sada

ppmAlumina gelAlcoa H-151

esfrica 830 6 0,840 5- 10

Alumina ativadaAlcoa F-1

granular 830 6-2 - 0,1

Slica gelSorbead-R

esfrica 785 5-2 1,050 5-10

Slica gelSorbead-H

esfrica 720 7-2 1,050 5-10

PeneiraMolecular

Davison 4A

esfrica 670-720 5-2 ou 2-1 1,000 0,1

PeneiraMolecularLinde 4A

cilindrica 640-705 3 ou 1,5 1,000 0,1

Descrio do processo

A fig. 3.1.5.2 representa um fluxograma de processo simplificado para uma unidade de

desidratao pelo processo de adsoro de gs com a utilizao de gs seco para aregenerao. Para qualquer sistema de adsoro essencialmente o mesmo, variando onmero de leitos e a durao do ciclo de adsoro, normalmente de 6 a 24 horas.

Como visto anteriormente o leito de adsorvente s pode adsorver uma quantidade finita degua, aps o qual precisa ser regenerado. Assim, para que se tenha um processo contnuodois ou mais vasos so necessrios. Geralmente um leito est na etapa de regeneraoenquanto o(s) outro(s) esto na etapa de adsoro. Na etapa de regenerao o aquecimentodo leito consome ceda de 60% do tempo de adsoro e os 40% restantes correspondem aoresfriamento.

O gs primeiramente passa em um separador de entrada para remoo de hidrocarbonetoslquidos que, quando presentes, contribuem para a diminuio da vida til do adsorvente.Segue ento para uma bateria de trocadores de calor para ajustar a temperatura antes deentrar no(s) leito(s) de adsoro que estiver adsorvendo. Aps a passar pelo leito parte dogs seco desviada para um soprador (blower) para ganhar presso para vencer as perdasde cargas do processo de regenerao, a vazo necessria para a regenerao de cerca de 5a 10% da vazo de entrada, o gs ento segue para um trocador de calor para ser aquecido a260C de onde segue para o leito que estiver sendo regenerado entrando pela parte de baixodo vaso, ao contrrio do fluxo de adsoro, o gs mido e quente sai pela parte de cima dovaso e seque ento para um segundo trocador de calor para ser resfriado para que a guaremovida do leito seja condensada e descartada e o gs possa ser reaproveitado no processo

normal. Esta etapa de aquecimento dura de 3 a 12 horas conforme o projeto, aps este tempotoda a gua do leito j foi retirada e ento o leito deve ser resfriado.

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Na etapa de resfriamento o gs by-passa o primeiro trocador de calor e segue frio para oleito, o resfriamento dura de 2 a 8 horas conforme o projeto, aps este tempo o leito estarem condies de novamente adsorver a umidade do gs. Poder existir um tempo de espera(stand-by) at que o tempo de adsoro do outro leito seja completado.

3.1.7 Parmetros de projeto

O projeto de unidades de desidratao pelo processo de adsoro consiste em dimensionar odimetro das torres de adsoro, a altura do leito e determinar a vazo de gs deregenerao. O dimetro das torres funo da vazo de gs a ser desidratado; a altura doleito funo do teor de gua no gs de entrada e do teor desejado no efluente; e a vazo degs de regenerao depende da quantidade de calor que deve ser fornecida ao leito paraaquec-lo, bem como a todo o vaso que o contm, e do calor para aquecer e liberar oscompostos adsorvidos, gua e hidrocarbonetos em alguns casos.

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Fig . 3..1.6.2 - Fluxograma de processo simplificado para uma unidade de desidratao pelo processo de ad

gua

gua p/descarte

Lquido p/reprocesso

Entrada de gs


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3.1.8 Vantagens e desvantagens dos sistemas de adsoro

Os sistemas de adsoro, comparados com o principal processo alternativo de desidrataoque a absoro com glicol, apresentam as seguintes vantagens:

- o gs tratado pode atingir pontos de orvalho muito mais baixos;- o gs tratado no conter lquidos, o que contribui para aumentar ou manter a

eficincia dos gasodutos;- adequao as unidades criognicas que requerem que o gs a ser processado

esteja completamente isento de gua de modo a evitar a formao de hidratos;

Por outro lado, os sistemas de adsoro tem seu uso limitado pelas desvantagens queapresentam em comparao com o sistema de glicol convencional:

- para especificar o gs destinado a transporte o custo dos equipamentos 2 a 4vezes maior do que um de absoro. Isso se deve ao fato de todos osequipamentos terem que ser projetados para a presso de projeto do gasoduto,

por muitas vezes elevadas. Num sistema de glicol s a absorvedora projetadapara esta presso;

- o custo operacional do sistema de adsoro, tambm para especificar o gs paratransporte maior, pois, requer temperaturas de regenerao mais elevadas que osistema de absoro;

- a perda de carga varia de 25 a 60 kPa enquanto que nos sistemas de absoro aqueda de presso de 35 kPa no mximo;

Do exposto, pode-se concluir que uma alternativa adequada para desidratao do gs passapor uma anlise tecnico-econmica para que seja encontrada a melhor relao custobenefcio. Nos ltimos anos a utilizao de peneiras moleculares vem aumentando emdiversas reas da industria (produo de lcool, separao de gases do ar, etc) devido a suaalta capacidade seletiva.


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3.2 REMOO DE GSES CIDOS

3.2.1 Objetivos

A remoo de compostos de enxofre e dixido de carbono do gs natural cumpre vriosobjetivos desde especificar o gs para a venda e consumo, passando por aspectos desegurana e operacionais, at a recuperao destes componentes indesejveis para posteriorutilizao e mesmo comercializao.

A remoo do CO2 pode visar o aumento do poder calorfico do gs e a reduo do custo detransporte do mesmo, principalmente se este contaminante estiver presente em grandesquantidades pois, sendo um inerte sem valor energtico, seu transporte, por vezes a longadistncias, um nus que deve ser eliminado. O dixido de carbono pode ser removido comos objetivos de evitar a formao de gelo seco (CO2 slido) em correntes que sero

submetidas a processamento criognico, ou minimizar problemas de corroso em dutos detransferncia e equipamentos de processo. A ANP no estipula o teor mximo de CO2, masestipula os teores de inertes como CO2+ N2 para cada regio do pais: norte 18%, nordeste5% e sudeste 4%. Pode-se dizer que, at o presente, a remoo do CO2 do gs produzido no

pais se deu com o objetivo de evitar a formao de meio cido corrosivo ou comoconseqncia da remoo de compostos de enxofre.

Dos compostos de enxofre presentes no gs, o H2S o de maior relevncia visto ser o queaparece em teores mais elevados, contudo, mercaptans (RSH), sulfetos de carbonila (COS) e

bissulfeto de carbonila (CS2), so tambm importantes e devem ser considerados ainda queapenas traos dos mesmos estejam presentes no gs. Ocorre, no entanto, muitas vezes estes

contaminantes no so detectados devido a anlises imprecisas ou mtodos falhos dedeterminao, induzindo a concluso errnea de que esto ausentes; posteriormente quandosua presena descoberta, so inmeras as dificuldades para compatibilizar o sistema

projetado apenas para H2S com os novos contaminantes. interessante notar a possibilidadede recuperao de enxofre simultaneamente de gases cidos, principalmente porque o pasno auto suficiente na produo deste elemento, importando grandes quantidades. Quasetodas as refinarias da Petrobras possuem unidades de recuperao de enxofre empregando o

processo Claus que o mais utilizado em conjunto com unidades de tratamento de gsnatural ou de gs de refinaria.

Quanto ao H2S, o principal motivo de sua remoo sua toxidez, quase duas vezes mais

txico que o monxido de carbono (CO) e quase to txico que o cido ciandrico (HCN).As conseqncias da exposio ao H2S em vrios teores so dadas no quadro a seguir:

ppm vol H2S Efeitos0,01 a 0,15 Limite de deteco do odor

10 Mxima concentrao permitida para exposio prolongada100 a 150 Pode provocar enjos e fraqueza aps uma hora

>200 Perigoso aps uma hora>600 Fatal aps 30 minutos

>1.000 Morte imediata

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Quando dissolvido em gua, o H2S corrosivo ao ao. A corroso com o ferro em meioaquoso produz hidrognio atmico e sulfeto de ferro, que catdico em relao ao ao,acarretando a formao de pilhas galvnicas e, por conseguinte, corroso por pites. Ohidrognio atmico que no pode se combinar formando hidrognio molecular devido, porexemplo, presena do prprio sulfeto de ferro, se difunde atravs do ao, podendo interagir

com incluses no metlicas e acarretar, nestes locais, na abertura de interfaces e acumulode hidrognio, j na fase gasosa, formando bolhas ou trincas. Um outro tipo de corrosopassvel de ocorrer na presena de H2S e gua e a fratura do ao, caso este seja constitudode materiais suscetveis e esteja submetido a esforo de trao.

O gs carbnico ao se dissolver em gua forma cido carbnico (H2CO3), o qual aceleraqualquer ao corrosiva relacionada ao H2S, embora inicie seu prprio processo corrosivocom o ao.

Quanto aos demais compostos do enxofre, pode-se dizer que sua presena no gs e suaremoo requerem ateno especial. Assim, por exemplo, um dos processos mais

largamente utilizados no remove mercaptans e o solvente empregado se decompe napresena de COS e CS2. Se estes produtos permanecerem no gs, por ocasio doprocessamento iro se concentrar no GLP tirando-o de especificao quanto a corrosividadee teor de enxofre total. Embora o COS e o CS2 por si s no sejam corrosivos, podem sofrerhidrolise durante o transporte ou armazenamento do produto conduzindo formao de CO2e H2S.

3.2.2 Seleo do tratamento

Vrios so os processos disponveis para tratamento de gs natural. A maioria dos processosutiliza solventes os quais absorvem os gases cidos fisicamente ou quimicamente. Naabsoro qumica as reaes podem ser reversveis (H2S) ou irreversveis (COS). As reaesirreversveis implicam no descarte dos solventes, o que aumento muito o custo da produo.A grande vantagem dos solventes qumicos sua capacidade de absorver gases cidos semgrande sensitividade em relao presso.

Fig. 3.2.2.1 Fluxograma tpico para processos de absoro qumica.

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Os processos de absoro fsica atuam na proporo direta das presses parciais dos gasescidos que sero removidos. A presso parcial de um componente em uma mistura gasosa igual ao produto de sua frao molar pela presso total do sistema, assumindo-se que amistura se comporta idealmente.

Pi = xi * P

Se a presso parcial dos gases cidos no gs de entrada for muito baixa, quer porque apresso total do gs baixa, quer porque o teor de contaminantes baixo, todos os processosfsicos podem ser eliminados. O mesmo se aplica a presso parcial dos gases cidos no gstratado tambm for muito baixa, exceto se a presso total do sistema for alta. Os processosde absoro fsica tm duas grandes desvantagens: A) afinidade dos solventes de absorverhidrocarbonetos pesados e B) os solventes geralmente so caros. Todos estes processos solicenciados pelo detentor da patente e requerem pagamento de royalties para o seu uso. Asvantagens destes processos so as baixas taxas de circulao de solvente e o consumoreduzido de utilidades, especificamente a energia gasta na regenerao do solvente.

Fig. 3.2.2.2 Fluxograma tpico para processos de absoro fsica.

Da escolha do solvente para uma unidade de tratamento de gs depender no s a eficinciado processo como tambm o tamanho dos equipamentos e o custo total da unidade. Aescolha do solvente deve ser baseada na composio, temperatura e presso do gs, alm daespecificao desejada para o produto. Estes parmetros determinaro se um solvente fsicoou qumico o mais econmico.

Alm dos processos com solventes, outros tais como a destilao e os processos de leitoslido, estes usados especificamente na remoo de compostos de enxofre, tambm soempregados com sucesso no tratamento de gs natural. A tabela abaixo classifica os

principais processos em uso de acordo com o princpio bsico que os define.

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ProcessoAminas

- Monoetanolamina (MEA);- Dietanolamina (DEA);- Metildietanolamina (MDEA);

- Di-isopropilamina (DIPA).Carbonato de potssio quente

- Benfild;- Catarcrb;- Lurgi;- Vetrocoke.

Absoro

Qumica

Outros- Streford;- Amnia;- Etc.

SulfinolSelexolRectisolPurisolSolvente flor

Absoro fsica

guaxido de ferro (ferro esponja)Peneiras molecularesxido de zincoLeito slidoCarvo ativado

Destilao Ryan-Holmes

Permeao Membranas

3.2.3 Tratamento com solues de aminas

Os processos de tratamento que utilizam solues de aminas so largamente utilizados naremoo de CO2 e H2S do gs natural, principalmente por serem os processos de circulaocontinua de menor vazo circulante e por removerem facilmente o H2S at os nveisrequeridos, operando com presses de contato a partir de 686 kPa. A presses menores, a

presso de equilbrio limitante da remoo que pode ser obtida.

A monoetanolamina (MEA) a amina de uso mais generalizado, mas a escolha entre MEA eDEA puramente econmica. Quando o gs contm quantidades relativamente altas deCOS e CS2 a MEA deve ser evitada por reagir irreversivelmente com estes compostosformando produtos de degradao que obrigaro freqente substituio da soluo. Noentanto, tanto a MEA quanto a DEA se degradam atravs de reaes iniciadas pelo CO2 einfluenciadas pela presso, temperatura e concentrao da soluo.

O uso da MEA tambm no recomendado quando o gs contm mercaptans, pois a mesmano capaz de absorve-los da corrente gasosa. As vantagens que podem ser atribudas aMEA so sua maior reatividade e a facilidade de atingir a especificao de 20 ppm de H2S

no gs tratado em comparao a DEA. Contudo a DEA tem a seu favor a menor quantidade

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de calor requerida para liberar os gases cidos na etapa de regenerao devido ao fato de seruma base quimicamente mais fraca do que a MEA.

A metildietanolamina (MDEA) uma amina que vem sendo utilizada em substituio santeriores com as seguintes vantagens, entre outras:

- maior resistncia degradao;- menores problemas de corroso;- seletividade pelo H2S em presena de CO2.

Quando se emprega a monoetanolamina (MEA), a concentrao da soluo aquosa no deveser superior a 20% em peso para no acentuar os problemas de corroso inerentes aos

processos com aminas. Quando a dietanolamina (DEA) usada, as concentraes usuais sode 25 a 30% em peso que, em termos molares, equivalente a uma faixa de 15 a 20% parasolues de MEA. Se fossem utilizadas solues de amina com concentraes maiores, asquantidades de gases cidos absorvidos tambm seriam maiores, obrigando que todos osequipamentos que entram em contato com a soluo rica tivessem uma metalurgia especial

para resistir corroso da mesma.

Alm da corroso provocada pelos gases cidos, as aminas se oxidam rapidamente e osprodutos da oxidao so extremamente corrosivos ao ao carbono; elas so ainda instveisa altas temperaturas e os produtos de decomposio tambm so corrosivos. Devido a isso,algumas preocupaes devem ser tomadas no projeto e operao das unidades, a saber:

- evitar que as solues entrem em contato com o ar atmosfrico atravs daselagem dos tanques de soluo e vasos pulmo;

- evitar temperatura excessiva na regenerao, no devendo ultrapassar 126C;- projetar mecanicamente a unidade para suportar permanentemente uma soluo

corrosiva, isto , prover sobre espessura de corroso nos equipamentos maissujeitos a sofrerem corroso;

- prever equipamentos para remoo dos compostos corrosivos, sendo o mtodomais econmico a instalao de um refervedor adicional.

A afinidade das aminas por gases cidos uma reao qumica reversvel. As ligaes soqumicas so to fracas que o processo se assemelha muito a uma adsoro fsica. De ummodo geral, com o aumento da temperatura das reaes reversveis tm seu equilbriodeslocado no sentido dos

processamento de gás natural

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