FRACIONAMENTO DO GÁS NATURAL

MESTRADO EM ENGENHARIA DE PROCESSOS FRACIONAMENTO DO GÁS NATURAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 1

Regulamentação As instalações industriais de processamento de gás natural tiveram regulamentações específicas por parte da ANP, constantes no Regulamento Técnico 2/2001, anexo da Portaria ANP 54, de 30/03/2001 Definições da Portaria: -UPGN (Unidade de Processamento de Gás Natural): objetiva realizar a separação das frações pesadas (C 3+ ) existentes no gás natural do metano e etano, gerando GLP (C 3 e C 4 ) e gasolina natural (C 5+ ) -URGN (Unidade de Recuperação de Gás Natural): objetiva separar o metano e o etano das frações mais pesadas, contendo C 3+ na forma de líquido (LGN) Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 2

Regulamentação Obs: o LGN é o gás natural liquefeito por meio de redução de temperatura e/ou aumento de pressão Definições da Portaria: -URL (Unidade de Recuperação de Líquidos do Gás Natural) : objetiva separar o metano das frações mais pesadas, contendo C 2+ na forma de líquido (LGN) -UFL (Unidade de Fracionamento de Líquidos do Gás Natural): objetiva separar o LGN obtido na URL em correntes contendo etano, propano, GLP e C 5+. Etano é comumente incorporado ao GLP, em teores que não alterem a especificação estabelecida pela ANP Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 3

Regulamentação Tipo Denominação Produtos UPGN Unidade de Gás industrial Processamento de GLP Gás Natural Gasolina natural(c + 5 ) URGN Unidade de Gás industrial Recuperação de Gás LGN(C + 3 ) Natural URL Unidade de Gás industrial Recuperação de LGN(C + 2 ) Líquidos de Gás Natural UFL Unidade de Etano Fracionamento de Propano Líquidos de Gás GLP Natural Gasolina natural(c + 5 ) Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 4

PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL (UPGN) Gás Natural (gás úmido) Desidratação Remoção de água Dessulfurização/Remoção CO 2 UPGN separação das frações leves das pesadas Metano e etano (gás residual, industrial ou Gás seco) Fração pesada (maior valor comercial -LGN) GLP + C 5 + Consumido na elevação artificial de petróleo gas lift Injeção em poços recuperação secundária; δ K < ε? Como combustível (GNV) ou produção de gás de síntese Adicionado ao óleo P/ transferência. Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 5

Correntes Componentes (%mol) Composições médias CARGA GÁS INDUSTRIAL CO 2 0,73 <0,01 - N 2 0,82 1,00 - LGN C 1 83,11 89,00 <0,1 C 2 9,29 9,00 3 C 3 3,31 0,4(C 3+ ) 50 C 4 0,70 12 C 5 0,62 18(C 5+ ) C 6 0,29 C 7 + 0,18 Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 6

Gasolina Natural Composta de hidrocarbonetos de 5 átomos de carbono ou mais (C 5+ ) É uma gasolina bastante volátil Apropriada para mistura em combustíveis automotivos, especialmente para facilitar a partida em períodos frios Algumas usinas realizam isomerização da gasolina natural, produzindo isobutano e isopentano puros, utilizados para alquilação com olefinas leves (oriundas do gás de craqueamento), fornecendo gasolina alquilada Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 7

Processamento do Gás Natural (UPGN) Recuperação de líquidos (100% de butanos e mais pesados, 90% a 95% de propano e 80% etanos (%molar) Processos para diminuir temperatura e/ou aumentar a pressão do Gás Natural Processos de absorção com óleo Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 8

Processamento do Gás Natural (UPGN) Refrigeração simples ou destilação a baixa temperatura: condensação de HCs mais pesados por meio de redução da temperatura, com o uso de fluido refrigerante Absorção refrigerada: contato com fluido auxiliar (óleo de absorção) numa torre da alta pressão e baixa temperatura, com o uso de fluido refrigerante (propano) Turboexpansão: Abaixamento da temperatura do gás, através de sua expansão numa turbina, condensando HCs mais pesados; Expansão Joule-Thompson: Expansão em uma válvula causa redução de pressão e abaixamento de temperatura Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 9

URGN TURBOEXPANSÃO turbina Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 10

Aspectos Operacionais da UPGN-ATA - Entrada em operação: 1980 UPGN-ATALAIA -Carga nominal : 2.800.000 m³/d (a 1,033 kgf/cm² abs e 20 C) -Finalidade: - Recuperar 88% do propano e 100% dos hidrocarbonetos mais pesados

Produtos da UPGN-ATA UPGN-ATALAIA - Gás industrial rico em metano, com teor máximo de água 20 mg/nm³, destinado à Unidade de Amônia e Uréia, reinjeção de poços, gás lift, fornecimentos aos Distritos Industriais de Aracaju, Estância, N.S. Socorro, Bahia (Gaseb) e consumo interno; - Gás de alto poder calorífico, do sistema de desetanização dos líquidos produzidos, rico em metano e etano, para reinjeção em Guaricema e consumo interno; - GLP, fração contendo propano e butano, especificado de acordo com a regulamentação do CNP, Resolução 2/75, para fornecimento local, via carregamento de caminhões-tanque ou por bombeamento direto; - Gasolina desbutanizada, contendo a fração de hidrocarbonetos de pentanos e mais pesados, que irá para tanques do TECARMO.

SEPARAÇÃO DO GÁS INDUSTRIAL POR ABSORÇÃO REFRIGERADA COM ÓLEO DE ABSORÇÃO: - A solubilidade de gases em líquidos, cresce com o aumento da pressão e diminuição da temperatura; - Utiliza-se óleo de absorção, a pressões e temperaturas - Utiliza-se óleo de absorção, a pressões e temperaturas que garantam a absorção de propano (C 3 ) e mais pesados. Nesta etapa, no entanto, algum metano e etano são também absorvidos.

2. O Processo UPGN-ATALAIA A UPGN-ATA pode ser dividida em 10 sistemas básicos: 2.1 Alimentação de Gás Natural, Recuperação e Estabilização de Condensado 2.2 Desidratação e Resfriamento do Gás Úmido 2.3 Sistema de Regeneração de Glicol (MonoetilenoGlicol) 2.4 Sistema de Absorção 2.5 Sistema de Desetanização 2.6 Sistema de Fracionamento do Óleo Rico 2.7 Sistema de Desbutanização do LGN 2.8 Tratamento Cáustico do GLP 2.9 Sistema de Refrigeração a Propano 2.10 Sistema de Odorização do GLP

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.1 Alimentação de Gás Natural, Recuperação e Estabilização de Condensado - O gás é admitido a 33,5 kgf/cm² (man) de pressão dos seguintes alimentadores: a) Gasoduto Norte; b) Estação de Compressão de Atalaia (ECA's) - O gás proveniente do Gasoduto Norte passa pelo Coletor de Condensado, onde se separam água e condensado de gás, que aparecem em grandes quantidades na operação de passagem de pig espuma pelo gasoduto. O condensado é armazenado nos cilindros do coletor, indo o gás para processamento na UPGN- ATA. - O condensado proveniente dos cilindros de armazenamento é enviado para o Sistema de Estabilização de Condensado, onde troca calor com condensado estabilizado, entrando em seguida no topo da Torre de Estabilização de Condensado. - O condensado estabilizado passa por um permutador, e é enviado para o tanque de armazenamento de condensado ou enviado direto para os Tanques da TRANSPETRO.

2. O Processo 2.2 Desidratação e Resfriamento do Gás Úmido UPGN-ATALAIA O desidratante usado é o monoetilenoglicol (MEG), com a finalidade de impedir o congelamento da água e a formação de hidratos. É atomizado na corrente de gás por intermédio de aspersores instalados na entrada do permutador gás-gás e no resfriador de gás. Gás + condensado + solução de glicol exausto escoam para um vaso, onde o glicol exausto+condensado é separado do gás. O glicol exausto (com condensado) é então encaminhado para o vaso de expansão de glicol, onde hidrocarbonetos condensados que tenham sido arrastados pelo glicol exausto, são aqui separados. O glicol exausto, isento de hidrocarbonetos, é encaminhado para o Sistema de Regeneração de Glicol

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.3 Sistema de Regeneração de Glicol (MonoetilenoGlicol) O glicol usado para absorver a água do gás natural deverá estar na concentração entre 76% e 86% em peso. O glicol úmido primeiramente é filtrado e ao passar por uma válvula de controle de nível, sofre uma expansão brusca, sendo encaminhado à torre T-20406 A torre T-20406 opera à pressão atmosférica; possui um refervedor aquecido com óleo de absorção e um condensador de topo (P-20418). A água é retirada da torre em forma de vapor, pelo topo; este vapor d água é condensado em permutador e separado do CO 2 em vaso. O glicol regenerado escoa do fundo da torre para um permutador, onde é resfriado, antes de voltar à circulação para absorção d água.

2. O Processo 2.4 Sistema de Absorção UPGN-ATALAIA T-204.01: Absorção das frações mais pesadas que o etano; - Escoamento em contracorrente, de um óleo de absorção com o gás rico; - Refrigeração com propano (atinge até -25 0 C), com o objetivo de remover o calor de absorção gerado ao longo da torre; - O gás de topo da torre absorvedora constitui o gás industrial de baixo poder calorífico (rico em CH 4 ) que, antes de deixar a UPGN-ATA, troca calor com o gás natural - A torre T-20401 opera com recuperação de 91% do propano contido no gás natural, visando uma recuperação final de propano em 88%, após se perder uma parte deste no topo da torre desetanizadora (T-20402). - O produto de fundo da torre é o óleo rico (óleo+hidrocarbonetos), que constitui a carga para a desetanizadora (T-20402).

2. O Processo UPGN-ATALAIA Torres de Absorção (T-204.01), Desetanização (T-204.02), Fracionadora de Óleo (T-204.03) e Desbutanizadora (T-204.04) T-204.02 T-204.03 T-204.04 T-204.01

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.5 Sistema de Desetanização (T-20402) A torre desetanizadora é uma fracionadora que utiliza um refervedor para retirar o metano e o etano do óleo. Uma corrente de óleo de absorção pobre é alimentada pelo topo da torre, para absorver o propano e mais pesados. O óleo rico do fundo da desetanizadora é a carga para a fracionadora de óleo (T-20403), sendo rico em C 3+ ; O produto de topo da desetanizadora (rico em C 2 ) é enviado para a sucção dos compressores Sulzer, que têm a opção de enviar o gás para a entrada da planta (UPGN-ATA) ou para a sucção dos compressores da ECA.

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.6 Sistema de Fracionamento do Óleo Rico (T-20403) Objetivo: separar o líquido do gás natural (LGN), do óleo de absorção Óleo de absorção, produto de fundo, retorna às torres absorvedora e desetanizadora. LGN, produto de topo, é condensado em um permutador, indo em LGN, produto de topo, é condensado em um permutador, indo em seguida para um vaso, sendo uma parte bombeada de volta à torre como refluxo e outra parte para a torre desbutanizadora (T-20404).

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.6 Sistema de Fracionamento do Óleo Rico F-20401 Forno Refervedor da Fracionadora

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.7 Sistema de Desbutanização do LGN (Torre T-20404) Objetivo: Separar GLP (C 3 -C 4 ) da gasolina natural (C 5+ ) O produto de fundo é a gasolina natural (C 5+ ), é resfriado e enviado aos tanques de armazenamento de gasolina ou tanques da TRANSPETRO. O produto de topo é o GLP (C 3,C 4 ), que condensa-se, indo em seguida para um vaso, voltando parte à torre como refluxo, e outra parte sendo enviada para o tratamento cáustico de GLP, indo em seguida para as esferas de armazenamento após filtragem e odorização

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.8 Tratamento Cáustico do GLP O GLP efluente da torre desbutanizadora (T-20404) alimentam vasos com recheio, cheios de solução cáustica; O GLP efluente destes vasos alimenta outro vaso, também recheado, para sofrer lavagem com água. Antes de ser enviado para as esferas de armazenamento, o GLP passa em outro no vaso, para coalescimento das gotículas de água arrastadas.

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.9 Sistema de Refrigeração a Propano Consiste de um conjunto de compressores, válvula de expansão, condensadores, resfriadores, trocadores de calor e vasos Função: fornecer propano para refrigerar as torres

2. O Processo UPGN-ATALAIA 2.10 Sistema de Odorização do GLP Objetivo - odorização do GLP e dos gasodutos do DIA e SAMARSA, através da injeção do odorante etil mercaptan (C 2 H 5 SH); o sistema é constituído de um vaso acumulador de odorante e de dois vasos dosadores.

UPGN Absorção Refrigerada - Outra Planta

UPGN Absorção Refrigerada Outra Planta Prof. André Luis Dantas Ramos e Prof. Alexandre Ferreira Santos, PEP/NDTR/UNIT 28

1. Informações Gerais UPGN-CARMÓPOLIS - Processo: Abaixamento da temperatura com refrigeração a propano e expansão do gás residual (não usa óleo de absorção) 2. Liquefação do GN - Teor médio de C 3+ no gás de entrada: 5,5% - Injeção de monoetilenoglicol a 75% em peso nos feixes de 3 permutadores de calor (130, 4 e 5 L/h), para misturar-se com água condensada do gás, formando solução a 69% em peso de glicol -GN sai do 1 0 permutador a -16 0 C e 41,8 Kgf/cm 2 e do 3 0 permutador a -32,2 0 C e 41,2 Kgf/cm 2, com 7,1% dos moles no estado líquido e 92,9% no estado gasoso. - Saída do 3 0 permutador: gás e líquido (hidrocarbonetos + monoetilenoglicol)

3. Expansão em válvula de controle UPGN-CARMÓPOLIS - Pressão reduzida de 41,2 para 30,6 Kgf/cm 2 ; temperatura cai de -32,2 0 C para -39 0 C; mais condensado é obtido. 4. Separação Líquido-Gás - Separador trifásico (V-1231-01) fase líquida 1 (glicol) + fase líquida 2 (LGN) + fase gasosa (C 1, C 2) -Possui eliminador de névoas no topo, bota (controle de nível interface glicol-lgn) e vertedor de líquido 5. Expansão do gás em válvula de controle - Pressão reduzida de 30,6 para 8,5 Kgf/cm 2 ; temperatura cai de -39 0 C para -57,5 0 C - Gás troca calor até atingir temperatura de 19,6 0 C, condição que sai da UPGN-CP para o anel de gás combustível

6. Desetanização do LGN UPGN-CARMÓPOLIS - LGN efluente do vaso V-1231-01 sofre expansão em válvula, de 30,6 Kgf/cm 2 para 27 Kgf/cm 2 ; 3,41% do LGN passam para fase gasosa - Conduzido para torre desetanizadora, com 14 estágios teóricos; estabilização para se obter pressão de 14 Kgf/cm 2 - No topo, sai gás rico em etano (9150 m 3 /dia) que se junta a gás residual do V-1231-01 - No fundo, sai LGN (63 m 3 /dia) que é odorizado com etilmercaptana (C 2 H 5 SH), na dosagem de 500 ml de odorizante para cada carreta de 35m 3 - LGN armazenado ou encaminhado para UPGN-Atalaia, gerando 23 ton/dia de GLP e 15 m 3 /dia de C 5 +

7. Regeneração de glicol UPGN-CARMÓPOLIS - Glicol efluente do V-1231-01, com 69% em peso de glicol e a -39 0 C, vai para torre de esgotamento, saindo dela com 75% - HC eventualmente arrastado também é separado - Água é eliminada por aquecimento, saindo na forma de vapor pelo topo, sendo lançado na atmosfera - Glicol sai pelo fundo da torre de regeneração a 122 0 C, é resfriado para 80 0 C e alimenta os permutadores, se misturando ao gás natural de entrada na unidade e fechando o ciclo

UPGN Carmópolis-SE