Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Tecnologia do Gás Natural

Aula 8: Processamento de Gás Natural
by

Edson Pereira Gonzaga

on 22 November 2012

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Tecnologia do Gás Natural

Tecnologia do Gás Natural 22/11/2012 Processamento do GN Edson P. Gonzaga edsonpgonzaga@gmail.com Introdução

Com o advento da uniformização da especificação básica para a venda de gás no País, definido na regulamentação do setor, o processamento de GN passou a ser um requisito fundamental e indispensável para o adequado aproveitamento desse combustível, seja no âmbito industrial, comercial, automotivo ou domiciliar.
Sistemas industriais são projetados e construídos para permitir o tratamento do gás natural produzido em um campo e, dessa forma, garantir a especificação do gás comercializado. PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL

Cada campo produtor vai requerer características específicas das suas instalações de processamento de GN em função da qualidade e quantidade de componentes presentes nesse gás.

Cabe ao processador dimensionar os equipamentos das instalações industriais de processamento de forma a garantir a adequação do gás comercializado às especificações definidas nas normas vigentes. VAZ et al., 2008 “Certamente, a atividade de processamento do gás natural proporciona a otimização da utilização desse insumo, assegura a sua presença e relevância
estratégica na matriz energética brasileira e
garante, de forma segura, o retorno dos
investimentos aplicados
nessa atividade.” OBJETIVOS DO PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL

Separar seus componentes em produtos com especificação definida e controlada, para que possam ser utilizados com alto desempenho em aplicações específicas, permitindo a incorporação de maior valor agregado aos produtos gerados.

De modo semelhante a destilação de petróleo, que fraciona o óleo em produto de especificação definida, uma Unidade de Processamento de Gás Natural (UPGN) tem como função básica fracionar o gás em produtos especificados para atendimento a diversas aplicações requeridas pelo mercado. PRODUTOS DO GÁS NATURAL

Basicamente, o processamento do gás natural gera gás especificado e pronto para consumo em qualquer equipamento térmico industrial, motor a combustão a gás ou uso domiciliar, conforme especificação contida na Portaria n. 104 da ANP de 08 de julho de 2002.

Normalmente, esse gás fornecido e chamado, no âmbito industrial, de gás combustível, gás seco, gás processado, gás residual ou, simplesmente, de gás especificado. PRODUTOS DO GÁS NATURAL

Outro combustível de grande importância obtido a partir do gás natural é o Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). Esse produto do gás natural é o combustível de maior utilização no âmbito domiciliar, possuindo um alto valor agregado.

Como o mercado de GLP ainda é parcialmente atendido por importação, qualquer aumento de produção interna deste gera uma economia direta de divisas para o País.

Nesse cenário, o processamento de GN tem uma relevante importância estratégica, pois uma boa parte da produção nacional de GLP é oriunda desse processo industrial. PRODUTOS DO GÁS NATURAL

Normalmente, o fracionamento do Líquido de Gás Natural (LGN) gera, além do GLP, uma fração mais pesada denominada gasolina natural, ou fração C5+. Esta, por não possuir uma especificação bem definida, não tem uma aplicação mais nobre. O principal destino dado a essa corrente e a injeção em correntes de petróleo em praticamente todas as UPGN da Petrobras.

O mais novo produto é o etano petroquímico, o qual deve ser fornecido como matéria-prima para a industria de base para a fabricação de polietilenos de várias densidades, como o Pólo Gás Químico do Rio de Janeiro. Figura 1 C5
C6
C7
C8
.
.
Cn
C3
C4 C2 H2O H2S N2
CO2
C1
PROCESSAMENTO H2O
N2
CO2
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
.
.
.
Cn Produtos Processamento
(Separação) Componentes do gás natural PRODUTOS DO GÁS NATURAL Liquefação Fracionamento Especificação Figura 2 Configuração básica de uma Unidade de Processamento de Gás Natural

Composta basicamente par duas áreas distintas e sistemas auxiliares e de tratamento de produto (Figura 2). ÁREAS DO PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL

Área Fria - Área responsável pela liquefação dos componentes mais pesados do GN, gerando uma fração líquida de alto valor agregado. A área fria de uma unidade de processamento de gás opera normalmente com baixas temperaturas e altas pressões, condições que favorecem a condensação da riqueza do GN.


Área quente - Área responsável pelo fracionamento do LGN gerado na área fria em produtos finais com especificação bem definida. Opera, em geral, com temperaturas mais altas e pressões mais baixas do que a área fria. A alta temperatura e baixa pressão favorecem a separação das frações de hidrocarbonetos constituintes do LGN obtido. PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL

Sistema de compressão de propano - Utilizado como fonte fria (sozinho ou com a turbo-expansão) para obtenção da temperatura necessária para a condensação das frações pesadas do gás.

Sistema de desidratação de gás natural - Responsável pela retirada da água do gás, visando evitar a formação de hidratos na unidade durante a etapa de resfriamento.

Outros sistemas auxiliares podem ser adicionados ao projeto, visando a especificação final de produtos, a geração de facilidades para consumo interno ou outros sistemas de apoio a operação. Malhas de Controle da Unidade

As principais malhas de controle operacional da unidade e os valores usualmente praticados na sua operação são os seguintes:

Vazão de carga da unidade - controla a entrada de gás na unidade. Os valores usuais dependem do porte da unidade. A faixa normal de capacidades nominais de projeto vai de 150 000 m3/d a 5 000 000 m3/d.

Pressão de descarga do compressor de propano - é função da qualidade do propano refrigerante e da carga da unidade. Carga acima do valor nominal ou alto teor de etano no propano refrigerante causam alta pressão da descarga do compressor. Valores usuais em torno de 1,18 MPa a 1,47 MPa (12 kgf/cm2 a 15 kgf/cm2). Malhas de Controle da Unidade

Temperatura de regeneração do MEG - a baixa eficiência do sistema de regeneração pode ocasionar baixo teor de MEG na vazão circulante e, consequentemente, formação de hidratos na unidade. Valor usual: 120°C.

Vazão de circulação de MEG - a baixa vazão circulante de MEG pode causar formação de hidratos. Valores usuais: em torno de 25 a 45 litros de solução de MEG a 80% em volume por litro de água retirada do gás.

Nível do vaso separador de MEG - o descontrole do nível desse vaso pode ocasionar arraste de MEG pelo gás (nível alto) ou passagem de gás para o sistema de regeneração de MEG (nível baixo). Valores usuais: em torno de 50% a 70% do nível máximo. Malhas de Controle da Unidade

Pressão do vaso separador de condensado - a pressão do vaso separador influencia diretamente o escoamento do gás processado para as redes de distribuição. Valores usuais: função direta da pressão necessária para o escoamento do gás até a rede de distribuição.

Nível de fundo da torre desetanizadora - controla a retirada de produto líquido da torre. Valores usuais: em torno de 50% a 70% do nível máximo.

Pressão da torre desetanizadora - controla a teor de etano do LGN produzido (é responsável pela pressão de vapor do líquido separado). Valores usuais: em torno de 0,98 MPa a 1,67 MPa (10 kgf/cm2 a 17 kgf/cm2). Malhas de Controle da Unidade

Temperatura de fundo da torre desetanizadora - com a pressão da torre controla a teor de etano residual no LGN produzido. Valores usuais: em torno de 90 °C a 100 °C.

Temperatura de fundo da torre desbutanizadora - controla a nível de corte entre as produtos de topo (GLP) e de fundo (C5 +). Determina a Pressão de Vapor Reid (PVR) do produto de fundo. Valores usuais: em torno de 110 °C a 125 °C.

Temperatura de topo da torre desbutanizadora - esta variável e controlada pela razão de refluxo. Valores usuais: em torno de 55 °C a 70 °C.

Nível de fundo da torre desbutanizadora - controla a retirada de produto líquido da torre. Valores usuais: em torno de 50% a 70% do nível máximo. Principais problemas operacionais da unidade


Formação de hidratos relacionados à injeção de desidratante.

Entupimento no bico nebulizador ou baixa eficiência da bomba de circulação, podem levar à formação de hidrato.

A baixa eficiência de regeneração por falha na alimentação do fluido quente do refervedor ou por geração de caminhos preferenciais no leito do recheio da torre regeneradora são os principais motivos da piora da qualidade da solução monoetileno glicol (MEG), o que, certamente, pode acarretar a formação de hidrato na unidade. Principais problemas operacionais da unidade

Formação de hidrato

O aumento do teor de umidade no GN, acima dos valores previstos no projeto original, também pode ocasionar formação de hidratos na unidade (nesse caso, a vazão circulante torna-se insuficiente para promover a desidratação adequada do gás).

Parada dos compressores de propano

Por ser uma unidade criogênica, o ciclo de propano pode ser considerado o principal sistema desta.

Problemas relacionados à qualidade do propano refrigerante do ciclo podem acarretar problemas operacionais nos compressores, como pressão muito alta ou muito baixa na descarga da máquina, o que poderia causar a parada destes. Nesse mesmo sentido, problemas elétricos também podem provocar o mesmo efeito. Principais problemas operacionais da unidade

Entupimento no bico nebulizador ou baixa eficiência da bomba de circulação podem levar à formação de hidrato.

A baixa eficiência de regeneração por falha na alimentação do fluido quente do refervedor ou por geração de caminhos preferenciais no leito do recheio da torre regeneradora são os principais motivos da piora da qualidade da solução de MEG, o que, certamente, pode acarretar a formação de hidrato na unidade. Adaptado da apresentação do Professor Marcos A. Faria
2009 VAZ, C. E. M., MAIA, J. L. P., SANTOS, W. G. dos. Tecnologia da Indústria do Gás Natural, 1ª Edição, São Paulo: Blucher 2008. REFERÊNCIA CRIOGENIA

A criogenia é um ramo da físico-química que estuda tecnologias para a produção de temperaturas muito baixas (abaixo de −150°C, de −238°F ou de 123 K), principalmente até a temperatura de ebulição do nitrogênio líquido ou ainda mais baixas, e o comportamento dos elementos e materiais nessas temperaturas sendo que a tecnologia usada explora os efeitos de transferência térmica entre um agente e o meio.
Transformação isentálpica:

É aquela em que a variação de entalpia é igual a zero. Também se diz apenas, por simplicidade, isentálpica. http://static.panoramio.com/photos/original/9318174.jpg RIO POLÍMEROS S.A. – Duque de Caxias - RJ PROCESSO DE ABSORÇÃO REFRIGERADA Esse processo, por ter um nível maior de complexidade, possui um custo médio razoavelmente maior; assim, para garantir o retorno do investimento realizado, precisa ser dimensionado para uma capacidade nominal de carga mínima.

Normalmente, plantas com capacidade nominal igual ou acima de 1 000 000 m3/d de GN tem retorno do investimento garantido em pouco tempo de operação. Entretanto, em caso de a carga apresentar alto teor de frações de hidrocarbonetos pesados (C3+ da ordem de 10%), podem ser viabilizadas plantas com capacidades menores. PROCESSO ABSORÇÃO REFRIGERADA

Fundamento Termodinâmico

Nesse processo, o fundamento termodinâmico utilizado é a combinação da refrigeração com o efeito da absorção de fração de pesados do GN por meio do uso de um solvente adequado, nesse caso, uma fração de petróleo na faixa da aguarrás.

Nessa etapa ocorre a liquefação de parte das frações mais pesadas do GN por meio da queda de temperatura proporcionada por um ciclo de propano e parte pela absorção provocada pela lavagem em contracorrente do GN com aguarrás. PROCESSO ABSORÇÃO REFRIGERADA

Fundamento Termodinâmico

Como sistemas principais, temos um ciclo de refrigeração a propano utilizado na etapa de refrigeração e uma torre absorvedora utilizada na etapa de absorção.

O GN obviamente precisa ser desidratado antes de ser resfriado para evitar a formação de hidratos que geram obstruções nas linhas da unidade. Nesse sentido, é utilizado um sistema auxiliar de injeção e regeneração de MEG para garantir a adequada desidratação do GN. Principais Características

As principais características do processo absorção refrigerada são as seguintes:

Processo físico e exotérmico.
Utilização de solvente (óleo de absorção).
Mecanismo de absorção - lavagem do gás em contracorrente.

Variáveis de controle:

temperatura;
pressão;
vazão de solvente. DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

A unidade e dividida em sistemas básicos e auxiliares, nos quais ocorrem os diversos processos unitários que fazem parte da operação de processamento do GN.

O GN é previamente separado da fase líquida e da água livre presente na corrente de hidrocarbonetos e recebe a injeção de MEG, de forma idêntica ao já descrito no processo refrigeração simples. DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

O gás praticamente isento de água é resfriado no sistema de refrigeração a propano quando ocorre, então, aproximadamente metade da condensação total obtida na unidade.

A outra metade da condensação ocorre na torre de absorção por meio do contato do gás natural com um liquido de absorção (solvente), que é injetado em contracorrente com o gás resfriado.

A fração não absorvida constitui-se no gás residual (basicamente metano e etano) que sai pelo topo da torre de absorção e é especificado para venda ao consumidor final. DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

O líquido condensado pelo resfriamento com propano sai do vaso separador de glicol e entra pelo fundo da torre absorvedora, juntamente com o gás não condensado.

O gás sobe pela torre e o líquido sai pelo fundo desta com o solvente e o condensado formado nessa etapa de absorção, sem participar do equilíbrio de fases que ocorre nos estágios dessa torre (para efeito de equilíbrio termodinâmico é como se o líquido gerado na etapa de refrigeração não entrasse na torre de absorção). DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

O produto de fundo da torre de absorção (chamado de óleo rico) é constituído pelo óleo de absorção e pela fração do gás condensado nas etapas de refrigeração e absorção.

Na etapa de absorção, uma grande quantidade de etano é incorporada ao óleo rico. Dessa forma, parte desse componente é retirada do óleo rico na torre de desetanização; localizada após a torre de absorção, gerando um gás residual rico em etano no topo da desetanizadora e um óleo rico desetanizado no fundo desta. DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

A próxima etapa do processo e a etapa de fracionamento do LGN gerado.

Em uma torre fracionadora, o óleo rico (aguarrás + LGN) é separado em líquido de gás natural (LGN) que sai pelo topo da torre na fase vapor e em óleo de absorção (aguarrás) isento de frações do LGN gerado no processo. Esse óleo de absorção destilado é chamado de óleo pobre e sai pelo fundo da torre.

0 calor necessário para promover essa separação é proporcionado por um forno, que funciona, nesse caso, como o refervedor da torre de fracionamento. DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

Parte do óleo pobre que sai do fundo da fracionadora transfere energia térmica para os refervedores das torres de processo da unidade, e resfriada com água e, finalmente, com óleo rico frio.

Essa passagem por uma série de permutadores permite uma melhor otimização energética da unidade, pois ao mesmo tempo em que provê carga térmica para todos os consumidores da unidade, possibilita o resfriamento do óleo pobre necessário para a etapa de absorção.

Após o resfriamento, o óleo pobre e novamente injetado nas torres de absorção e desetanização em um ciclo fechado. DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

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

O GLP oriundo do topo da torre desbutanizadora segue para a etapa de tratamento final, onde ocorre a retirada de componentes que transmitem corrosividade ao produto.

Esta etapa pode ser realizada em uma unidade de tratamento cáustico convencional ou em um sistema patenteado a base de óxidos metálicos (Fe ou Zn). DESCRIÇÃO BÁSICA DO PROCESSO

Uma vez tratado, o GLP segue para o sistema de odorização, onde e injetado na corrente de GLP produzido um agente indicador de vazamento, por questão de segurança de manuseio. (O odorante usado no GLP é o etil mercaptan, devido a sua maior afinidade com a fração do GLP) .

Após ser odorizado, o GLP é enviado para as esferas de armazenamento e, em seguida, para o carregamento por carretas, enquanto a gasolina natural e enviada para os tanques de C5+, para posterior bombeio ao destino final. PRINCIPAIS PROBLEMAS OPERACIONAIS

Formação de hidrato;
Parada dos compressores de propano;
Arraste do líquido na absorção;
Perda de nível no fracionamento;
Sistema térmico (geração de calor);
Isolamento t,ermico frio danificado; http://www.gasnet.com.br/novo_gasnatural/glossario_gas.asp Gás Liquefeito de Petróleo (GLP): mistura de hidrocarbonetos leves, gasosos, predominantemente propano e butano. São armazenados no estado líquido em botijões ou cilindros, através da elevação moderada da pressão ou da redução da temperatura. Também conhecido como gás engarrafado, gás envasilhado ou gás de cozinha.

http://www.gasnet.com.br/novo_gasnatural/glossario_gas.asp Gás Natural ou Gás: todo hidrocarboneto ou mistura de hidrocarbonetos que permaneça em estado gasoso ou dissolvido no óleo nas condições originais do reservatório, e que se mantenha no estado gasoso nas condições atmosféricas normais, extraído diretamente a partir de reservatórios petrolíferos ou gaseíferos, incluindo gases úmidos, secos, residuais e gases raros. Ao se processar o gás natural úmido nas UPGNs se obtém: (i) o gás seco, que contém principalmente metano (C1,) e etano (C2); (ii) o líquido de gás natural (LGN), que contem propano (C3) e butano (C4), que formam o gás liquefeito de petróleo (GLP); e (iii) a gasolina natural (C5).

http://www.gasnet.com.br/novo_gasnatural/glossario_gas.asp Gasolina Natural (C5+): Mistura de hidrocarbonetos que se encontra na fase líquida, em determinadas condições de pressão e temperatura, composta de pentano (C5) e outros hidrocarbonetos pesados. Obtida em separadores especiais ou unidades de processamento de gás natural (UPGN) Pode ser misturada à gasolina para especificação, reprocessada ou adicionada à corrente do petróleo.

http://www.gasnet.com.br/novo_gasnatural/glossario_gas.asp Gasolina Natural
(C5+) Gás Liq. De Petróleo (GLP) Etano Petroquímico Gás Especificado GN
Sistema de geração de baixa temperatura
Sistema de tratamento de produto
Sistema de separação de produtos Produtos
gasosos Processo
Termodinâmico
utilizado Sistema
auxiliares LGN (líquidos de gás natural): Hidrocarbonetos de alto valor comercial, que podem ser extraídos do gás natural produzido, a forma líquida. Inclui etano, GLP e pentano, além de alguns hidrocarbonetos mais pesados, como a gasolina.

http://www.gasnet.com.br/novo_gasnatural/glossario_gas.asp Alguns conceitos Tudo bem?

Para seu melhor desempenho na avaliação regimental, segue conteúdo que merece mais atenção.

Desidratação do GN; objetivos da desidratação; agentes desidratantes; vantagens (benefícios) do uso do glicol; função do Vaso de Expansão.
Transporte do GN; regaseificação do GN; tanques trapezoidais e tanques esféricos; Válvulas Bloqueadoras e suas características.
Distribuição do GN; diferença entre distribuição e transporte.
Principais problemas na comercialização do GN.
Principais objetivos no processamento do GN.

Abraço!

Prof. Edson
Full transcript