Curso tratamento de gás

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Produção e Tratamento de Gás Natural
Gustavo Garios Lage NS69
Ramal: 704-5969
Produção e Tratamento de Gás Natural
Bibliografia
Projetos das Unidades Marítimas da Petrobras
Diretrizes de Projeto para unidades marítimas/terrestres
Gas Conditioning and Processing (JMCampbell – Volumes 1 e 2)
GPSA – (Gas Processors Suppliers Association) – Engineering Data Book
Fundamentos de Engenharia de Petróleo (José Eduardo Thomas)
TECNOLOGIA DA INDÚSTRIA DO GÁS NATURAL (Ponce Maia João, Vasquez Célio e Gomes Walmir)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Todos os fluidos produzidos são enviados a uma Unidade de Produção, em terra (onshore) ou em mar (offshore), para haver a separação das fases (gás, óleo e água).
Na UP, existem instaladas plantas de processamento, onde irá haver a separação e o tratamento das fases. 
O conjunto de operações unitárias utilizados para separar e tratar o gás, o óleo e água é denominado de Processamento Primário de Petróleo.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Produção e Tratamento de Gás Natural
Manuseio dos efluentes do poço (fluidos e eventuais sólidos) visando especificá-los para atender aos requisitos das fases de downstream e/ou utilização na própria planta de processamento primário.
 óleo estabilizado e desidratado
 gás desidratado e livre de gases ácidos e frações pesadas
 água produzida condicionada para descarte e/ou reinjeção
 sólidos condicionados para descarte
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Produção e Tratamento de Gás Natural
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Finalidades do Processamento Primário do Gás
 Separação do hidrocarboneto líquido (equilíbrio de fases)
 Remoção do líquido carreado sob a forma de gotículas
 Remoção da umidade de forma a atender as especificações da planta ou a vigente para os consumidores, evitando problemas de corrosão e de formação de hidratos
 Remoção do H2S para teores inferiores a 20 ppm
Produção e Tratamento de Gás Natural
Modelo Unidade Autônoma 
Sistema Transferência Gás Integrado
Produção e Tratamento de Gás Natural
 PLATAFORMA FIXA => águas rasas
 Garoupa
Produção e Tratamento de Gás Natural
 PLATAFORMA SEMI-SUBMERSÍVEL
=> águas profundas, influência dos movimentos
 P-19
 P-25
Produção e Tratamento de Gás Natural
 FPSO
 águas profundas
 influência dos movimentos
 armazenamento da produção de óleo 
 P-31
 P-37
Produção e Tratamento de Gás Natural
 elevação artificial
 gás combustível
 Exportação de gás
 Reinjeção 
Poços Produtores
exportação de óleo
descarte
Processamento Primário
Produção e Tratamento de Gás Natural
Aquecimento, Separação, Tratamento do Óleo
Produção e Tratamento de Gás Natural
Configuração Sistemas Separação/Tratamento de Óleo
 (1 estágio de aquecimento) 
P-19, P-26, P-27, P-31, P-33, P-35, P-37, P-40, P-43, P-48, P-51,
P-52,P-55
Produção e Tratamento de Gás Natural
Compressão e Tratamento do Gás
Produção e Tratamento de Gás Natural
Compressão/Tratamento de Gás
Produção e Tratamento de Gás Natural
Compressor 
 Poço
de produção
Tratamento
Separação
gás combustível
exportação
petróleo
água
óleo
gás lift
Gas Lift 
gás lift
gás
petróleo
Produção e Tratamento de Gás Natural
3) Seção de depuração do gás
Produção e Tratamento de Gás Natural
Sistema de produção off-shore:
 gás proveniente dos separadores de produção se encontra 
 úmido, com partículas liquida e névoa
Sistema de processamento do gás a jusante dos separadores:
 gás deve estar isento de líquidos
Necessidade de instalação de vasos depuradores
Produção e Tratamento de Gás Natural
Sistema de Compressão: o acúmulo ou a deposição de óleo nos compressores provocam desbalanceamento e vibrações nos compressores, com conseqüente quedas e manutenções dos mesmos
Sistema de Tratamento: o óleo arrastado contamina os produtos químicos utilizados no tratamento do gás, trazendo como conseqüência, a perda de qualidade do gás e aumento no consumo do produto
Sistema de Escoamento: o acúmulo de óleo em gasoduto, provoca perda de eficiência de escoamento
Sistema de Gás Combustível: A presença de líquido no gás combustível ocasionam sérios danos a turbinas e a motores
Baixo desempenho da depuração do gás
Produção e Tratamento de Gás Natural
P-40: sujeira oleosa montante compressor booster (22/05/2003)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Arraste de Óleo
Produção e Tratamento de Gás Natural
Produção e Tratamento de Gás Natural
remoção de óleo no gás, arrastado em fase líquida ou sob forma de névoa
Depuração
Produção e Tratamento de Gás Natural
Névoa 
 partícula líquido de diâmetro menor ou igual a 10m
 imersas em uma corrente gasosa
Produção e Tratamento de Gás Natural
Wire mesh: 
conjunto constituído por um colchão de tela fio metálico, enrolado ou disposto em camadas, com espessuras de 4” a 6”
Produção e Tratamento de Gás Natural
Fonte: FMC Technologies
Supressor de névoa (Demister)
Dispositivo Eliminador de Névoa – Wire mesh
Produção e Tratamento de Gás Natural
Energético: Consumo em turbinas a gás (turbogeradores), caldeiras e fornos.
Não Energético: Processos físico de tratamento da água produzida, água de injeção, gás natural ,selagem de vasos da planta de processo e outros.
Distribuição do gás combustível (% vol)
Consumo interno representa 
cerca 12 % do vol.
de gás produzido
Gráf1
		80
		20
Plan1
		
		
		
		
								80		20
								ENERGETICO		NÃO ENERGETICO
Plan1
		0
		0
Plan2
		
Plan3
		
Produção e Tratamento de Gás Natural
COMPRESSÃO PRINCIPAL
estágio
DEPURADOR
RESFRIADOR
COMPRESSOR
estágio de compressão
Produção e Tratamento de Gás Natural
Produção e Tratamento de Gás Natural
UNIDADE
 Capac.individual (m3/d) 
N° Comp.
P-43 (Barr)
3
P-48 (Cara)
P-50 (ABL)
P-51 (MLS)
P-52 (RO)
P-53 (MLL)
P-54 (RO)
Projetos recentes
(Capacidade de compressão de gás - principal)
P-55 (RO)
P-57 (JUB)
2000000
3
3
3
3
3
3
3
2
2000000
2400000
2400000
2000000
2400000
3100000
2000000
2000000
 Pdesc (kgf/cm2g) 
180
180
200
200
200
200
200
200
200
Produção e Tratamento de Gás Natural
COMPRESSÃO AUXILIAR
Aumentar pressão correntes baixa pressão
Envio para compressor principal
Produção e Tratamento de Gás Natural
Degaseificador
Pré-óleo
Aquecedor
Produção
Resfriador
de óleo
Aquecedor 
 óleo
óleo
Separador
Produção
BSW: 8 a 30%
Pré-água
Tratador de óleo
 (eletrostático)
Compressor Auxiliar
Tanques de Carga
 Poços
Produtores
T = 120°C
P = 5.5 kgf/cm2a
T = 140°C
P = 4 kgf/cm2a
T = 37 - 61°C
P = 10 kgf/cm2a
Água produzida
Bomba Transf. 
Resfriador
de Água
BSW: 8 a 45%
Medição 
Hidroc.
Hidroc.
Hidroc.
Compressor Auxiliar
Compressor Principal
Produção e Tratamento de Gás Natural
Capacidade: 
Compressor: 200 000 m3/d (2 x 50%)
Vaso de Drenagem Fechada
T=55°C
Vaso Deg. TO
Sep. Produção
Desaeradora
T=40°C
P=10 kgf/cm2a
P=1.5kgf/cm2a
Compressor principal
T=40°C
COMPRESSÃO AUXILIAR
Produção e Tratamento de Gás Natural
UNIDADE
 Capac.individual (m3/d) 
N° Comp.
P-43 (Barr)
1
P-48 (Cara)
P-50 (ABL)
P-51 (MLS)
P-52 (RO)
P-53 (MLL)
P-54 (RO)
NOVOS PROJETOS
(Capacidade de compressão de gás - auxiliar)
P-55 (RO)
P-57 (JUB)
100000
1
1
1
2
2
2
1
2
150000
230000
230000
195000
155000
150000
100000
85000
 Pdesc (kgf/cm2g) 
9
9
9
9
9
9
9
9,5
9
Produção e Tratamento de Gás Natural
Desidratação de Gás Produzido
		- Formação de hidratos e os problemas causados na produção 
 em unidades marítimas de produção
 		- Especificação do gás natural nas unidades de tratamento
- Sistemas com absorvente líquido (MEG,DEG,TEG)
		- Projeto de unidades de desidratação para unidades marítimas 
 de produção
		- Outros sistemas (peneiras moleculares, membranas)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Formação de Hidratos
Produção de água com o petróleo/gás 
=> gás saturado
FORMAÇÃO DE HIDRATOS
(risco, possibilidade)
Produção e Tratamento de Gás Natural
 GÁS NATURAL
 capacidade de absorver água
Função da composição, pressão, temperatura
Gás saturado => absorveu limite de sua capacidade (@ P, T)
Formação de Hidratos
Produção e Tratamento de Gás Natural
TEOR DE ÁGUA EM GÁS NATURAL
Pressão
Temperatura
Teor água
(lb/MMscf,
 kg/MMm3)
CORREÇÃO:
 Peso Molecular
 Teor CO2, H2S
 Salinidade da água
Produção e Tratamento de Gás Natural
Formação de Hidrato
HIDRATOS:
 São compostos formados pela reação entre água livre e formadores de hidratos (metano, etano, propano, CO2, etc) em uma condição favorável de temperatura e pressão.
 São cristais sólidos como CH4.7H2O, C2H6.8H2O e C3H8.18H2O.
Produção e Tratamento de Gás Natural
MOLÉCULA DE METANO
Estrutura rígida formada por moléculas de água
Estrutura do Hidrato
Produção e Tratamento de Gás Natural
Formação de Hidratos
Produção e Tratamento de Gás Natural
Formação de Hidratos
Produção e Tratamento de Gás Natural
Hidrato: gelo que “queima”
Produção e Tratamento de Gás Natural
Formação de Hidratos
 Água livre
 HCs leves (C1, C2, C3), CO2)
 Pressão, Temperatura
 (alta P, baixa T)
HIDRATOS
 bloqueio de linhas, instrumentos
Produção e Tratamento de Gás Natural
Condições: baixa T e alta P
Formação de Hidratos
Região de formação
de hidratos
Plan1
		SIMULADOR TERMOESTATÍSTICO DE FORMAÇÃO DE HIDRATOS DATA : 08/05/2001
		--------------------------------------------------
		
		************************************************************************************************
		* TÍTULO : 7-RO-08-RJS *
		* COMENTÁRIO: *
		************************************************************************************************
		
		PONTOS DE EQUILÍBRIO - P x T
		----------------------------
		
		1) COMPOSIÇÃO DA MISTURA GASOSA (%)
		Metano = 69.99
		Etano = 11.86
		Propano = 9.01
		n-Butano = 3.45
		i-Butano = 1.38
		Pentano = 2.10
		n-Hexano = 0.83
		n-Heptano = 0.54
		N2 = 0.82
		CO2 = 0.02
		
		2) ALGORÍTMO DE CÁLCULO UTILIZADO = MÉTODO DE MUSSUMECI
		
		3) TIPO DA ESTRUTURA DO HIDRATO = II
		
		4) INIBIDOR UTILIZADO = Sem Inibidor
		
		5) PONTOS DE EQUILÍBRIO - P x T
		
		CONCENTRAÇÃO DO INIBIDOR:
		Inibidor 1 Inibidor 2 Inibidor 3 Inibidor 4
		--------------- --------------- --------------- ---------------
		0.00%
		--------------- --------------- --------------- ---------------
		P(bar) T(ºC)
		
		4.90 0.00
		5.64 1.00
		6.45 2.00
		7.36 3.00
		8.38 4.00
		9.53 5.00
		10.82 6.00
		12.27 7.00
		13.91 8.00
		15.76 9.00
		17.86 10.00
		20.25 11.00
		22.97 12.00
		26.10 13.00
		29.71 14.00
		33.94 15.00
		38.94 16.00
		44.97 17.00
		52.44 18.00
		62.09 19.00
		75.22 20.00
		93.46 21.00
		117.09 22.00
		145.69 23.00
		179.08 24.00
		217.10 25.00
		259.60 26.00
		306.41 27.00
		357.39 28.00
		412.38 29.00
		471.24 30.00
Gráfico2
		4.9
		5.64
		6.45
		7.36
		8.38
		9.53
		10.82
		12.27
		13.91
		15.76
		17.86
		20.25
		22.97
		26.1
		29.71
		33.94
		38.94
		44.97
		52.44
		62.09
		75.22
		93.46
		117.09
		145.69
		179.08
		217.1
		259.6
		306.41
		357.39
		412.38
		471.24
Temperatura (oC)
Pressão (kgf/cm2)
Plan2
		P(bar)		T(ºC)
		4.9		0
		5.64		1
		6.45		2
		7.36		3
		8.38		4
		9.53		5
		10.82		6
		12.27		7
		13.91		8
		15.76		9
		17.86		10
		20.25		11
		22.97		12
		26.1		13
		29.71		14
		33.94		15
		38.94		16
		44.97		17
		52.44		18
		62.09		19
		75.22		20
		93.46		21
		117.09		22
		145.69		23
		179.08		24
		217.1		25
		259.6		26
		306.41		27
		357.39		28
		412.38		29
		471.24		30
Plan3
		
Produção e Tratamento de Gás Natural
UNIDADE
Ponto de orvalho
P-43 (Barr)
-10°C @ 211 kgf/cm2a
P-48 (Cara)
P-50 (ABL)
P-51 (MLS)
P-52 (RO)
P-53 (MLL)
P-54 (RO)
NOVOS PROJETOS
(Especificação do gás – teor de água)
P-55 (RO)
P-57 (JUB)
 Teor água (lb/MMscf) 
< 3
-10°C @ 211 kgf/cm2a
-15°C @ 200 kgf/cm2a
-15°C @ 201 kgf/cm2a
-15°C @ 201 kgf/cm2a
-15°C @ 201 kgf/cm2a
-15°C @ 201 kgf/cm2a
-15°C @ 201 kgf/cm2a
-15°C @ 201 kgf/cm2a
< 3
< 2
< 2
< 2
< 2
< 2
< 2
< 2
Produção e Tratamento de Gás Natural
Sistemas com absorvente líquido
Glicóis usados para desidratação/inibição :
 Monoetileno glicol (MEG ou EG)
 Dietileno glicol (DEG)
 Trietileno glicol (TEG)
Tetraetileno glicol (TREG)
Desidratação: TEG (mais utilizado)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Sistemas com absorvente líquido
Principais propriedades para escolha do glicol :
 Viscosidade
 Pressão de Vapor
 Solubilidade em hidrocarboneto
Produção e Tratamento de Gás Natural
Sistemas com absorvente líquido
Em sistemas de desidratação, o solvente deve ser :
 higroscópico
 não corrosivo
 não volátil
fácil regeneração a altas concentrações
insolúvel em HCs líquidos
não reativo com HCs, CO2 e compostos enxofre
Produção e Tratamento de Gás Natural
GLICOL
Temp.
decomposição (°C)
EG
DEG
TEG
TREG
 Pto orvalho de água
equilíbrio @ 38°C (2)
165
Sistemas com absorvente líquido
Conc. glicol
pobre (%w) (1)
164
206
238
96,0
97,1
98,7
> 99
3°C
3°C
- 8°C
- 18°C
(1) concentração de equilíbrio na Tdecomp e 1atm
(2) na concentração de saída da coluna
Produção e Tratamento de Gás Natural
Sistemas com absorvente líquido
DEG
 mais barato (+)
 maior perda por vaporização (-)
 menor depressão no ponto de orvalho (-)
mais difícil regeneração em altas concentrações (-)
TREG
 menor Pv => menor perda (+)
 mais viscoso (-)
 mais caro (-)
Produção e Tratamento de Gás Natural
TEG => mais utilizado
 altamente higroscópico
 estável
 facilidade de regeneração
Sistemas com absorvente líquido
(desidratação de gás)
Produção e Tratamento de Gás Natural
DESIDRATAÇÃO DE GÁS
Processo de remoção de 
água do gás natural
 evitar formação de hidratos
 evitar mistura corrosiva pela 
 absorção de CO2 e H2S.
Produção e Tratamento de Gás Natural
DESIDRATAÇÃO COM TEG
Produção e Tratamento de Gás Natural
T=40°C
P=200kgf/cm2a
Torre Absorvedora
Vaso
Depurador
TEG Pobre
TEG Rico
Gás Alta Pressão
Gás para consumo/exportação
DESIDRATAÇÃO DE GÁS
(absorção, alta pressão)
recheio estruturado
pratos
Produção e Tratamento de Gás Natural
DESIDRATAÇÃO DE GÁS
(regeneração, baixa pressão)
B-123301A/D
P-123301
TEG Pobre
P-123303
TEG Rico
 Filtros
Slop Vessel
Vent
P-Z-123301-01
V-Z-123301
T-123302
T-Z-123301
V-123301
P-Z-123301-02A/C
Tocha
V-123303
T=102°C
P=5.7kgf/cm2a
T=42.6°C
T=93°C
P=6.0kgf/cm2a
T=150°C
P=6.8kgf/cm2a
T=204°C
T=160°C
Bomba
P-123302
Produção e Tratamento de Gás Natural
Projeto de sistemas – unidades marítimas
Desidratação - TEG
Balanço de Massa e Energia
definição vazão equipamentos, carga térmica trocad.
taxa circulação TEG, n°estágios teóricos torre abs.
1) Quantidade
de água na entrada
pressão
temperatura
vazão de gás
- gráfico McKetta
- figura GPSA
teor de água entrada (lb/MMscf)
vazão de água entrada (kg/h)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Projeto de sistemas – unidades marítimas
Desidratação - TEG
2) Quantidade de água na saída
pressão
temperatura
“approach”(5°C)
vazão de gás
teor de água saída (lb/MMscf)
vazão de água saída (kg/h)
- gráfico McKetta
- figura GPSA
ponto orvalho
“approach” => correção para condição real (diferente do equilibrio)
pto orvalho entrada – pto orvalho saída = depressão ponto orvalho
água entrada – água saída = água removida
Produção e Tratamento de Gás Natural
3) Concentração mínima de TEG 
 pobre*
	
[A-3]
temperatura de operação da torre
pto orvalho desejado - “approach”
concentração mínima de TEG pobre
* TEG pobre = concentrado
 TEG rico = contaminado com água absorvida
gráfico de equilíbrio
Produção e Tratamento de Gás Natural
[A-3]
(Influência da concentração de TEG)
Concentração = 99,0%
Pto orvalho = 10°F (-12°C)
Concentração = 99,8%
Pto orvalho = -30°F (-22°C)
Concentração = 99,9%
Pto orvalho = -40°F (-40°C)
Uma das variáveis mais importantes
T = 100°F (37,8°C)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Como se obtém a concentração
desejada de TEG pobre?
[A-3]
98,7%
aquecimento
T=204°C => 98,7%
se %mínima > 98,7%
injeção gás de stripping
Produção e Tratamento de Gás Natural
Injeção de gás de stripping
[A-3]
Gráfico – NATCO: Efeito gás stripping na conc. TEG
 gás de stripping
 conc.TEG
 vazão = 3 scf/galTEG
conc.TEG ~ 99.5%
 (injeção direta reboiler)
conc.TEG ~ 99.8%
 (injeção coluna Stahl)
Produção e Tratamento de Gás Natural
vent
coluna Stahl
torre stripping
reboiler
Injeção de gás de stripping
gás combustível 
 (baixa pressão)
Produção e Tratamento de Gás Natural
Produção e Tratamento de Gás Natural
bombas de circulação
TEG pobre
TEG rico
vaso surge
resfriador de TEG
 gás 
saturado
gás desidratado
9) Bombas de Circulação
 - pulmão para bombas
 - reposição de TEG
 - resfriamento TEG pobre
 - 5-16°C acima gás entrada
Produção e Tratamento de Gás Natural
Bombas de Teg 
Produção e Tratamento de Gás Natural
 TEG : 			98,74 % p/p
	DEG : 		 0,70 % p/p
	MEG : 		 0,02 % p/p
	POLIGLICOL :	 0,48 % p/p
	ÁGUA : 		 0,06 % p/p]
Composição típica do teg 
Produção e Tratamento de Gás Natural
Vazão Teg x Ponto Orvalho
Produção e Tratamento de Gás Natural
FIM
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Água é o grande contaminante –todas as platas removem água do gás
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Uma vez formado, aquecimento ou SGN (sistema gerador de nitrogenio – reação química que gera calor e nitrogênio – usa cloretos)
Mais usado para remover parafinas
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Vários pontos na plata não formamos hidratos (P e T)
Fundo do mar é grande risco (linha de prod e gasodto
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
HC incond tocha cond slop
Vaso 3f – 
T-123302 – SPARGER COLUMN REFINAR RETIRADA DE ÁGUA DO TEG 
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
Produção e Tratamento de Gás
*
HC incond tocha cond slop
Vaso 3f – 
T-123302 – SPARGER COLUMN REFINAR RETIRADA DE ÁGUA DO TEG 
Produção e Tratamento de Gás
*