Processamento de gas natural
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(1) O documento descreve as principais etapas de processamento de gás natural em Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN), incluindo tratamento, ajuste de ponto de orvalho e processamento de condensado. (2) A UPGN remove impurezas como H2S, CO2 e Hg do gás e produz gás natural seco, GLP e condensado. (3) O documento explica os equipamentos e processos envolvidos em cada etapa, como torres, leitos fixos, ciclos de resfriamento e compressores.
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- 1. Gás Natural Processamento em UPGNs 1 Gabriel Costa Engenheiro Químico
- 2. 1. Introdução • Da produção até o consumo, o Gás Natural passa por várias etapas: * UPGN – Unidade de Processamento de Gás Natural 2 Consumidor Citygate Gás Natural Especificado Gás Natural Úmido Exploração & Produção Processamento (UPGN)
- 3. 1. Introdução • De modo geral, uma UPGN consiste de: – Unidade de tratamento do gás (UTG) Remove impurezas, Hg, H2S, CO2 e H2O em excesso – Unidade de Ajuste do Ponto de Orvalho (UAPO) Especifica o Gás Natural, removendo LGN, e o comprime – Unidade de Processamento de Condensado de Gás Natural (UPCGN) Processa o LGN, particionando-o em diversas frações – Unidades de tratamento dos produtos Tratamento cáustico (UTC) e estabilização dos produtos – Unidades Auxiliares Sistema de tocha e armazenamento dos produtos 3
- 4. 1. Introdução • Esquema simplificado: LGN DESMETANIZADORA DESETANIZADORA DESPROPANIZADORA DESBUTANIZADORA Gás Natural Úmido (GNU) com contaminantes Gás Natural Seco (GNS) Etano Propano GLP UTG H2S CO2 (Hg) UTC Unidades Auxiliares GNU C3+ C4+ C5+ 4
- 5. 2. Unidade de Tratamento do Gás (1) É usado um vaso de carga para recuperar o condensado da corrente após a primeira queda de pressão. Vaso de carga GNU com contaminantes Condensado Filtro para sólidos Filtro para sólidos Aquecimento Leito fixo para remoção de Hg (2) O mercúrio é removido por meio de um leito fixo com sulfeto metálico (FeS, MgS, etc). 5
- 6. 2. Unidade de Tratamento do Gás • Remoção do Mercúrio 6 : Partículas de Sulfeto Metálico GN com mercúrio gasoso – Hg(g) GN sem mercúrio Hg + FeS -> FeHgS Hg + MgS -> MgHgS Hg + CuS -> CuHgS
- 7. 2. Unidade de Tratamento do Gás (3) Após nova recuperação de condensado, o gás é submetido a um filtro coalescedor para remover o restante dos sólidos e gotículas de condensado. Vaso de carga Filtro Coalescedor Condensado (4) O H2S é removido usando óxidos metálicos. Filtro para sólidos Leitos para remoção de H2S 7
- 8. 2. Unidade de Tratamento do Gás • Filtro coalescedor Coalescência: capacidade de formar agregados e precipitar 8 GN com partículas : partículas de impurezas
- 9. 2. Unidade de Tratamento do Gás • Filtro coalescedor Coalescência: capacidade de formar agregados e precipitar 9 Fase líquida Fase líquida com partículas GN com partículas GN sem partículas : partículas de impurezas
- 10. 2. Unidade de Tratamento do Gás • Remoção de H2S 10 : Partículas de Óxido Metálico GN com H2S GN sem H2S H2S + FeO -> FeS + H2O H2S + MgO -> MgS + H2O H2S + CuO -> CuS + H2O
- 11. 2. Unidade de Tratamento do Gás (5) O gás é lavado com MEA e DEA para remover CO2 (e H2S residual). A amina pode ser regenerada. (6) A amina é regenerada e o CO2 e o H2S são enviados para a atmosfera e/ou incinerados. Torre absorvedora GNU tratado Vaso de topo Amina para descarte (purga) Amina Amina para regeneração Tocha Vaso de fundo Torre Regeneradora Gás rico em CO2 e H2S Vasos de amina Amina nova Amina nova + regenerada 11
- 12. 2. Unidade de Tratamento do Gás • Remoção de CO2 e do H2S restante 12 GN com CO2 (e H2S residual) GN sem CO2 e sem H2S CO2 + MEA -> MEA-CO2 - + MEA-H+ Solução de aminas regenerada Solução de aminas esgotada MEA: monoetanolamina DEA: dietanolamina CO2 + DEA -> DEA-CO2 - + DEA-H+
- 13. 2. Unidade de Tratamento do Gás • Regeneração da solução de aminas 13 A reação é reversível sob aquecimento. Ar quente Solução de aminas esgotada Solução de aminas regenerada Ar com água e CO2
- 14. 2. Unidade de Tratamento do Gás 14
- 15. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho (1) A pressão do gás é reduzida em duas etapas, recolhendo-se o condensado, e o gás é filtrado. (2) A água residual é removida (quando necessário) por meio de leitos fixos de zeólitas. GNU Condensado Condensado Filtro Coalescedor Vasos secadores Filtro para sólidos 15
- 16. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho • Remoção de água 16 : Zeólitas GN com água GN sem água Exemplos de zeólitas Sua estrutura possui túneis e cavidades nos quais a água fica retida. (fonte: www.scielo.br)
- 17. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho (3) O gás úmido passa por um resfriamento inicial, e é submetido ao resfriamento simples com ciclo de propano. (4) O gás resfriado passa pelo turboexpansor e entra na torre desmetanizadora. Ciclo de Propano LGN para a coluna Gás do topo da coluna Gás para o expansor Gás seco Bomba Desmetanizadora ou desetanizadora Compressor + Turboexpansor Refervedor Gás resfriado LGN do resfriamento LGN 17
- 18. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho • Ciclo de Propano 18 GN GN resfriado Propano a -35°C
- 19. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho • Turboexpansor 19 GN a -30°C GN expandido, a -100°C No turboexpansor, o gás perde pressão e esfria (cerca de 1°C por atm perdido). Este processo gera energia que pode ser recuperada posteriormente na compressão do próprio gás. Turboexpansor (fonte: geoilandgas.com) Energia Mecânica
- 20. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho (5) O gás é comprimido para ser enviado para a malha de gasodutos. Após cada compressor o gás deve ser resfriado, pois sua temperatura aumenta. Compressor 3 GNS Compressor 1 (acoplado ao Turboexpansor) Compressor 2 Gás seco após troca térmica com gás úmido 20
- 21. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho 21
- 22. 4. Unidade de Processamento de Condensado (1) O LGN e o condensado são misturados e aquecidos a 25°C para a saída do etano e de parte do propano, que serão usados como combustível. Gás rico em etano e propano LGN + Condensado do coletor de condensado e dos vasos de carga C3+ (2) Outra parte do propano é retirada em uma coluna e pode ser usada como insumo petroquímico ou misturado à corrente combustível. (3) O GLP é separado do C5+ em outra coluna. C3+ Despropanizadora Propano C5+ Desbutanizadora GLP 22
- 23. 4. Unidade de Processamento de Condensado 23
- 24. 5. Unidades de Tratamento e Auxiliares • Coletor de Condensado • Tanques de fluido refrigerante e de soda cáustica • Ciclo de Propano • Unidade de Tratamento do GLP Lavagem cáustica para remoção de mercaptanas e dissulfeto de carbono. • Esferas de GLP • Tanques de C5+ 24
- 25. 6. Custo da UPGN • Vasos • Bombas • Compressores • Válvulas • Torres 25 Custo(US$) Capacidade ou tamanho
- 26. 7. Conclusões • Quantidade de Gás Natural Seco e produtos gerados • Previsão de investimentos – UPGNs do Pré-Sal – UPGNs em campos de gás novos • Custo de processamento do Gás Natural = Custo da UPGN Número de anos x Gás processado por ano • Preço final do gás = custo de E&P + custo de escoamento + custo de processamento + custo de distribuição + impostos 26