Tratamento de gás

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Processamento primário de petróleo
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Tratamento de gás natural
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Tratamento de gás natural
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O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos cuja
composição abrange do metano (CH 4 ) ao hexano (C 6 H 14 ), sendo o
metano o principal componente.
Apresenta, também, pequenas quantidades de componentes
diluentes, como o nitrogênio e o vapor d’água, e contaminantes (gás
sulfídrico e dióxido de carbono).
Em geral, o teor de hidrocarbonetos é superior a 90%, ficando o
percentual restante distribuído entre os diluentes e contaminantes. É
considerado rico quando a soma das porcentagens de todos os
componentes mais pesados que o propano (C3), inclusive, é maior que
7%.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Tratamento de gás natural
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Composição típica de um gás natural.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Tratamento de gás natural
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O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos cuja
composição abrange do metano (CH 4 ) ao hexano (C 6 H 14 ), sendo o
metano o principal componente.
O gás natural é mais leve do que o ar (densidade 0,7, em relação a
densidade do ar, a 20º C). Não tem cheiro e a sua combustão
(queima) fornece de 8000 a 10000 kcal/m³.
Ocorre na natureza associado ou não ao petróleo:
 O gás natural associado é todo aquele proveniente de um
reservatório produtor de óleo, podendo ser encontrado em solução
na massa de óleo ou em estado livre formando a capa de gás.
 O gás não-associado provem de um reservatório produtor de gás,
onde pequenas quantidades de óleo podem ocorrer.
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Tratamento de gás natural
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Os esforços exploratórios da Petrobras preferencialmente tem sido
focados na descoberta e produção de óleo, portanto a partir de
reservatórios em que o gás apresentava um papel secundário.
Até recentemente, os reservatórios produtores de gás chegavam a ser
desconsiderados, quer devido a logística para sua produção ou devido
a relativamente pequena participação do gás na matriz energética
brasileira.
A partir de 2002, passou-se a observar um incremento no interesse e
na produção do gás. As novas descobertas na região Sul/Sudeste, por
exemplo em Merluza e Mexilhão, muito contribuíram para a alteração
no cenário do gás.
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Tratamento de gás natural
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O tratamento do gás natural deverá ser definido de acordo com as
características do gás, determinadas através de cromatografia e
análise do teor de H2S e CO2.
Deverá ser efetuado no projeto básico um estudo das condições mais
críticas a qual o gás será submetido (gas-lift, escoamento,
despressurização em chokes, etc.).
Este estudo irá servir de base para a definição do material a ser usado
no sistema de gás ou a necessidade de tratamentos como
desidratação, dessulfurização ou remoção de CO2.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Tratamento de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Destaque do processamento primário de gás.
Principal problema operacional da etapa de separação 
de fases
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• Formação de espuma:
Causa: Bolhas de gás devido à presença de impurezas.
Problemas:
 Controle de nível dos separadores;
 Arraste de líquido para o sistema de gás;
 Danos nos componentes internos;
 Obstrução na saída de líquido;
 Saída de óleo pela tocha.
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Principal problema operacional da etapa de separação 
de fases
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• Problemas decorrentes da presença de Espuma:
 Falha do controle de nível de líquido - atuação espúria de chaves
de nível (parada de produção);
 Arraste de líquido pela corrente de gás efluente do separador -
danos a compressores;
 Contaminação de sistemas de desidratação/dessulfurização -
prejuízo ao equilíbrio de fases.
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Combate à formação de espuma e seus problemas 
decorrentes
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 Falha do controle de nível de líquido - atuação espúria de chaves
 Utilização de anti-espumantes (produtos à base de silicone,
diluídos em fração de aguarrás);
 Manter equipamentos reserva para injeção de anti-espumantes;
 Utilização de temperaturas adequadas na separação primária;
 Monitorar o nível do separador de forma contínua (remoto e local);
 Manter o nível água-óleo do separador na faixa de 50% a 70%;
 Evitar reduzir muito a pressão de operação dos separadores.
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Tratamento de gás natural
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 Separação do hidrocarboneto líquido (separação de fases em
equilíbrio);
 Remoção do líquido carreado sob a forma de gotículas pelo gás
 Remoção da umidade de forma a atender as especificações da
planta, evitando problemas de corrosão e de formação de hidratos
 Remoção do H2S para teores inferiores a 20 ppm;
 Remoção de CO2 para teores inferiores a 2% em volume;
 Injeção de produtos químicos;
 Elevação da pressão para escoamento (compressão de gás);
 Tratamento de gás para consumo interno e gás lift (gás
combustível).
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Tratamento de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Etapas do tratamento de gás.
Depuração de gás natural
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Sistema de produção off-shore:
 O gás proveniente dos separadores de produção se encontra
úmido, com partículas liquidas e névoa;
 Sistema de processamento do gás a jusante dos separadores
necessita que o gás esteja isento de líquidos;
Necessidade de instalação de vasos depuradores:
Separadores Gravitacionais Bifásicos (Gás/Líquido)responsáveis pela
remoção de óleo no gás, arrastado em fase líquida ou sob forma de
névoa.
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Depuração de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Vaso depurador de gás.
Depuração de gás natural
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Seções do vaso depurador - separador gravitacional:
 Seção de separação primária - separar a porção principal de liquido
livre da corrente de entrada;
 Seção de decantação de gotículas (separação secundária) - atuação
da força gravitacional, velocidade baixa e pouco turbulenta;
 Seção de depuração do gás (eliminação de névoa) - seção de
coalescência, remove as partículas pequenas de líquido;
 Seção de drenagem de líquido - seção de fundo, de eliminação do
líquido separado.
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Depuração de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Placas defletoras e difusores de entrada – seção primária.
Depuração de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Dispositivos ciclônicos de entrada – seção primária.
Depuração de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Dispositivos “Wire mesh” eliminadores de névoa – seção de depuração do gás.
Wire mesh: Conjunto constituído por 
um colchão de tela e fio metálico, 
enrolado ou disposto em camadas, 
com espessuras de 4” a 6”.
Depuração de gás natural
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Dispositivos “TP Vane” eliminadores de névoa –seção de depuração do gás.
TP Vane: Conjunto de chapas 
metálicas ou plásticas em forma de 
“zig-zag”.
Depuração de gás natural
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Problemas gerados pelo baixo desempenho da depuração do gás
 Sistema de Compressão: o acúmulo/deposição de óleo nos
compressores provocam desbalanceamento e vibrações nos
compressores, com consequente quedas e manutenções dos
mesmos;
 Sistema de Tratamento: o óleo arrastado contamina os produtos
químicos utilizados no tratamento do gás, trazendo como
consequência, 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.
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Remoção de gases ácidos
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O processo de dessulfurização de gás natural tem três principais
objetivos principais:
 Segurança operacional;
 Especificação do gás para venda;
 Recuperação de gases ácidos para comercialização (não usual em
etapa de condicionamento de gás natural).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Remoção de gases ácidos
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Remoção de gases ácidos (baixas concentrações)
Para baixas concentrações de CO2 (teor < 2%):
 Utilização de materiais adequados;
 Injeção de anti-corrosivos.
Para baixas concentrações de H2S (até 20 ppm):
 Utilização de materiais adequados;
 Injeção de sequestrante de H2S.
Não se utiliza nenhum tratamento adicional nesses casos.
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Remoção de gases ácidos
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Remoção de gases ácidos (altas concentrações)
Adoçamento do gás:
 Absorção com solventes (MEA, DEA, TEA);
 Peneiras moleculares (leito sólido);
 Membranas (permeação em polímero).
Sistemas com base em Aminas:
 Tecnologia de solventes químicos baseada na reação de uma base
(alcanoamina) com um ácido (CO2 , H2S). A reação é reversível, o
que proporciona a regeneração do solvente por meio de
aquecimento.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Remoção de gases ácidos – Absorção com solventes
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Absorção com solventes:
 É o processo de absorção química que utiliza a solução aquosa de
mistura de aminas (geralmente MEA, DEA e TEA) como solvente;
 É o processo mais utilizado para tratamento de gás natural,
principalmente se o mesmo tiver altos teores de gases ácidos;
 Tem como características principais, a necessidade de baixas taxas
de circulação de solvente, fácil remoção de H2S, devido a sua
grande afinidade com o mesmo e boa eficiência do processo,
mesmo quando submetido a baixas pressões (até o limite de 490
kPa ou 5 kgf/cm²).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Remoção de gases ácidos – Absorção com solventes
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Reações de neutralização dos compostos ácidos do gás natural:
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Remoção de gases ácidos – Absorção com solventes
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquemático do sistema de remoção de gases ácidos utilizando aminas.
Remoção de gases ácidos – Absorção com solventes
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquema completo do sistema de amina.
Remoção de gases ácidos – Absorção com solventes
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Amina é injetada no torre contactora para absorção dos gases ácidos.
A amina com H2S, CO2 é bombeada para a regeneradora para
“stripping” (liberação dos gases ácidos absorvidos pela MEA), através
de aquecimento no refervedor.
A parte aquosa dos vapores do topo condensa no condensador e é
separada no vaso de refluxo. O líquido acumulado neste vaso retorna
à torre como refluxo.
Os gases ácidos não condensáveis vão para flare. A regeneração da
amina ocorre pela vaporização parcial desta no refervedor da
regeneradora. A amina regenerada é resfriada e injetada na
contactora, fechando o ciclo.
Cerca de 10% da amina passa por filtros cartucho e de carvão para
retenção de impurezas e contaminantes. O sistema dispõe de um vaso
acumulador que estabiliza a vazão circulante.
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Remoção de gases ácidos – Peneiras moleculares
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquema de remoção de gases ácidos com peneiras moleculares.
Remoção de gases ácidos – Membranas
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquema de remoção de gases ácidos com membranas.
Remoção de gases ácidos – Membranas
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquema de remoção de gases ácidos com membranas.
Remoção de gases ácidos – Compressão
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Compressão é a etapa de passagem do gás por um conjunto de
compressores, a fim de fornecer a energia necessária a esse fluido
para que ele possa ser transferido para as unidades de processamento
de gás (exportação), injetados em poços de gas lift ou utilizados pelos
consumidores da unidade de produção.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Desidratação
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A desidratação tem dois principais objetivos:
 Evitar formação de hidratos;
 Evitar mistura corrosiva pela absorção de CO2 e H2S pela água.
Mas, o que é um hidrato?
São compostos formados pela reação entre água livre e formadores de
hidratos (metano, CO2 , etc) em uma condição favorável de
temperatura e pressão.
 Processo de solidificação (congelamento);
 Moléculas de água dão rigidez à estrutura;
 Moléculas de metano, etano e propano ficam presas nas
“armadilhas” (traps).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Desidratação - Hidratos
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquema de formação de hidratos.
Desidratação - Hidratos
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Estrutura de um hidrato.
Desidratação - Hidratos
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Medidas preventivas:
 Melhor forma de se evitar a formação de hidratos é escoar e
processar apenas gás seco com ponto de orvalho especificado para
as condições operacionais do sistema (ponto de orvalho abaixo da
menor temperatura que o gás será submetido na unidade)
 Injeção de inibidores de hidrato;
• Tem melhor efeito quando injetado antes do início da formação do
hidrato;
• O inibidor de hidratos se combina com a água livre, diminuindo a
temperatura em que o hidrato se forma;
• Deve ser injetado na corrente gasosa, antes que seja atingida a
temperatura de formação de hidrato;
• O ponto de injeção deve permitir a maior dispersão possível no gás, com a
utilização de bicos nebulizadores;
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Desidratação - Hidratos
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Experiência com hidratos.
Desidratação - Hidratos
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Exemplo da ocorrência de hidratos.
Desidratação – Absorção com glicóis
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Objetivo: Reduzir o teor de umidade residual do gás natural a valores
adequados ao escoamento.
Processo: Processo de remoção de água do gás natural através da
absorção da umidade do gás natural por contato direto com um
agente desidratante.
Glicóis usados para desidratação:
 Monoetileno glicol (MEGou EG);
 Dietileno glicol (DEG);
 Trietileno glicol (TEG) – mais utilizado;
 Tetraetileno glicol (TREG).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Desidratação – Absorção com glicóis
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Características principais dos agentes desidratantes:
 Alta solubilidade com a água;
 Baixa solubilidade com o hicrocarboneto;
 Baixa volatilidade (baixa pressão de vapor);
 Baixa viscosidade;
 Alta estabilidade química;
 Não inflamável;
 Fácil regeneração;
 Não reativo com contaminantes;
 Grande capacidade higroscópica.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Desidratação – Absorção com glicóis
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Exemplo da ocorrência de hidratos.
Desidratação – Absorção com glicóis
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Comparação entre glicóis:
Utilização do DEG:
 mais barato (+)
 maior perda por vaporização (-)
 menor depressão no ponto de orvalho (-)
 mais difícil regeneração em altas concentrações (-)
Utilização do TREG
 menor Pv = menor perda (+)
 mais viscoso (-)
 mais caro (-)
Utilização do TEG:
 altamente higroscópico
 estável
 facilidade de regeneração
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Desidratação – Planta de TEG
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A planta de desidratação por absorção com TEG está dividida em dois
subsistemas principais:
 Subsistema de absorção: Etapa onde acontece efetivamente a
remoção da umidade presente no gás. É a etapa de alta pressão e
baixa temperatura;
 Subsistema de regeneração: Etapa de concentração do agente
desidratante, onde a água absorvida é removida do TEG. É a etapa
de baixa pressão e alta temperatura.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Desidratação – Planta de TEG
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Esquemático simplificado da planta de TEG.
Desidratação – Planta de TEG
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Esquemático completo da planta de TEG.
Desidratação – Planta de TEG
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Esquemático da seção de absorção.
Desidratação – Planta de TEG
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Exemplo de recheios estruturados.
Desidratação – Planta de TEG
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Seção de absorção:
 O gás úmido entra na seção inferior da absorvedora e atravessa um
eliminador de névoa;
 Sobe pela absorvedora em contracorrente com o TEG proveniente
do sistema de regeneração;
 O contato entre o gás e o TEG ocorre através do leito recheado;
 À medida que o TEG desce pela torre, absorve a umidade do gás
natural e se acumula no fundo da absorvedora;
 No topo da absorvedora, um eliminador de névoa remove
partículas líquidas de TEG arrastadas pelo gás;
 O gás seco sai pelo topo da mesma e passa em um vaso depurador.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Desidratação – Planta de TEG
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Esquemático da seção de regeneração.
Desidratação – Planta de TEG
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Mas como conseguimos a concentração desejada de TEG pobre se o
limite de aquecimento é de 206ºC e nessa temperatura só
conseguimos chegar aos 98,7% de concentração?
 Gás de stripping!!!
Objetivo: redução da pressão parcial do vapor d’água.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Desidratação – Planta de TEG
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Esquemático da injeção de gás de stripping.
Tratamento de gás natural
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FIM
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014