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EQO088 2016/1
Alexandre Leiras 1
Refino de Petróleo
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1. INTRODUÇÃO
PETRÓLEO - do latim Petra (pedra) e Oleum (óleo)
⇒ O petróleo é uma substância oleosa, inflamável, menos
densa que a água, com cheiro característico e de cor
variando entre o negro e o castanho escuro
⇒Admite-se que sua origem esteja ligada à
decomposição dos seres que compõem o plâncton -
organismos em suspensão nas águas doces ou salgadas
tais como protozoários, celenterados e outros - causada
pela pouca oxigenação e pela ação de bactérias
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⇒ O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos
parafínicos, naftênicos e aromáticos, além de
hidrocarbonetos com heteroátomos
⇒Apresenta-se nas fases:
Gasosa: Gás Natural
Líquida: Óleo Cru
Sólida: Xisto
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2. A INDÚSTRIA DO PETRÓLEO
⇒A localização, produção, transporte, processamento e
distribuição dos hidrocarbonetos existentes nos poros e
canais de uma rocha reservatório, estabelecem os cinco
segmentos básicos da indústria do petróleo
♦ Exploração: A reconstrução da história geológica de
uma área, através da observação de rochas e formações
rochosas
♦ Explotação: A fase explotatória do campo petrolífero
engloba as técnicas envolvidas no desenvolvimento e na
produção da reserva comprovada de hidrocarbonetos de
um campo petrolífero
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♦ Transporte: Pelo fato dos campos petrolíferos não
serem localizados, necessariamente, próximos dos
terminais e refinarias de óleo e gás, é necessário o
transporte da produção através de embarcações,
caminhões, vagões, ou tubulações (oleodutos e gasodutos)
♦ Refino: Processamento da mistura de hidrocarbonetos
proveniente da rocha reservatório, para a obtenção dos
componentes que serão utilizados nas mais diversas
aplicações (derivados)
♦ Distribuição: Comercialização dos produtos finais com
as distribuidoras, que se incumbirão de oferecê-los, na
sua forma original ou aditivada, ao consumidor final
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O esquema a seguir resume estes segmentos
Campos de
Petróleo e GN
Separador
UPGN Refinaria
GN 
úmido
Petróleo
Gás
Canalizado
Consumidor
Final
GN seco
Bases
Distribuição
Consumidor
Final
Derivados
U
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Petróleo
GN associado
GN
ñ associado
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e 
Comercialização
Explotação
Exploração
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importação
Transporte
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⇒ O petróleo extraído no campo de produção é chamado
Óleo Cru
3. NATUREZA DO PETRÓLEO
⇒ Por isso, existem petróleos
marrons, amarelados, verdes e
pretos
⇒ Dependendo da Rocha-
reservatório de onde foi
extraído, variam o aspecto
visual e a constituição do óleo
cru
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⇒ Um outro ponto a ser esclarecido é o de que . . . 
. . . O ÓLEO NÃO ESTÁ SOZINHO NO SEU 
RESERVATÓRIO !
♦ Normalmente, ele é encontrado junto com Gás,
Água e outros Compostos Inorgânicos
♦ Essas substâncias, incluindo o óleo, estão
distribuídas no reservatório de acordo com suas
Densidades
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* Na zona superior do reservatório, geralmente há uma
“capa” de gás rico em metano (CH4), conhecido como
Gás Associado. Esse gás é composto também por outros
hidrocarbonetos (no estado gasoso) e por gases
corrosivos, como o gás sulfídrico (H2S) e o dióxido de
carbono (CO2)
* Na zona intermediária, está o Óleo propriamente dito,
contendo Água Emulsionada e também os mesmos
componentes presentes no gás associado
* Na zona inferior, encontramos Água Livre (não
misturada com óleo), com Sais Inorgânicos dissolvidos e
Sedimentos
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4. PROCESSAMENTO PRIMÁRIO
⇒Acima de determinados níveis, a presença no óleo do gás
associado e da salmoura (como é chamada a mistura de
água, sais e sedimentos) causaria problemas . . .
⇒ O gás associado, contendo substâncias corrosivas e sendo
altamente inflamável, deve ser removido por problemas de
segurança (corrosão ou explosão)
⇒ Água, sais e sedimentos também devem ser retirados,
para reduzirem-se os gastos com bombeamento e transporte,
bem como para evitar-se corrosão ou acumulação de sólidos
nas tubulações e equipamentos por onde o óleo passa
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♦ Por isso, antes de ser enviado à refinaria, o petróleo
passa pelo chamado Processamento Primário, realizado
em equipamentos de superfície, nos próprios campos de
produção
♦ Ao final desse processamento, teremos fluxos
separados de óleo e gás, além de salmoura descartável
♦ O óleo final conterá teores menores daqueles
hidrocarbonetos mais facilmente vaporizáveis; ficando,
então, menos inflamável que o óleo cru. Por isso, esse
óleo “processado” é também chamado Óleo EstabilizadoDI
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⇒A primeira etapa do Processamento Primário é a
separação gás-óleo-água livre
* A separação gás-óleo-
água livre é realizada
em equipamentos
chamados separadores,
onde essas substâncias,
são separadas por ação
da gravidade
Isto é chamado Decantação
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⇒A segunda etapa do Processamento Primário é a
Desidratação do óleo que sai da separação
♦ Durante o processo de produção, parte da água do
reservatório se mistura com o óleo na forma de gotículas
dispersas, gerando uma Emulsão água-óleo
♦ A desidratação é realizada para remover ao máximo
essa Água Emulsionada do óleo
♦ Para romper a emulsão água-óleo, são injetadas
substâncias químicas chamadas Desemulsificantes
♦ As gotículas de água se juntam (ou se “coalescem”) e
agora, em gotas com diâmetros maiores, boa parte dessa
água emulsionada se separa do óleo
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⇒ O Processamento Primário permite então que o óleo
atenda as especificações exigidas pelo refino:
♦ Um mínimo de componentes mais leves (os gases)
♦ Quantidade de sais abaixo de 300 miligramas por
litro (300 mg/L) de óleo
♦ Quantidade de água e sedimentos abaixo de 1%
(do volume do óleo). Essa quantidade é conhecida
como BS&W (Basic Sediments and Water - Água e
Sedimentos Básicos)
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5. GÁS NATURAL
⇒ Gás Natural é a porção do petróleo que existe na fase
gasosa ou em solução no óleo, nas condições de
reservatório, e que permanece no estado gasoso nas
condições atmosféricas de pressão e temperatura
(Definição estabelecida na Lei nº 9.478/97).
⇒ Os hidrocarbonetos que participam da sua composição
são o metano, o etano, o propano e outros componentes
de maior peso molecular. A composição depende da
origem, sua maior ou menor associação ao óleo e ao grau
de tratamento submetido.Refino de Petróleo
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5. GÁS NATURAL (continuação)
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5. GÁS NATURAL (continuação)
⇒A fase de não hidrocarbonetos (contaminantes) pode
ser classificada segundo três tipos básicos:
- Inertes: Possuem como características principais o fato
de não apresentarem reatividade química com os
compostos e materiais da unidade, como o N2;
- Vapor d’água: A sua presença deve ser limitada no gás
exportado, uma vez que teores elevados contribuem para
a ocorrência de formação de hidratos e corrosão;
- Gases ácidos: Assim são chamados, por formarem uma
solução de características ácidas quando na presença de
água, como o CO2, H2S e demais compostos de enxofre.
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5. GÁS NATURAL (continuação)
⇒ Características gerais do gás natural:
· Gás natural possui energia, apresentando poder
calorífico superior a 9.400 kcal/m3;
· Gás natural apresenta estabilidade de chama, tornando-
se inflamável entre os limites de 5 a 15 % de gás numa
mistura de ar;
· Possui temperatura de ignição entre 593 e 704 ºC,
portanto bem acima da temperatura ambiente;
· Gás natural é mais leve que o ar, por isso se dispersa
rapidamente quando liberado;
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5. GÁS NATURAL (continuação)
⇒ Características gerais do gás natural:
· Maior relação hidrogênio/carbono (4:1), implicando
numa queima limpa e com baixo índice de emissões de
poluentes;
· Excepcional característica anti-detonante (aceita
elevadas taxas de compressão, da ordem de 16:1);
· Menor formação de depósitos, maior duração do
lubrificante, troca de filtros com menor frequência e
menor desgaste dos componentes do motor;
· Odorizado com produtos do tipo mercaptans para fins
de comercialização.
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6. IMPORTÂNCIA DO GN
⇒ Na Matriz Energética Brasileira:
Petróleo
32%
Hídrica
34%
Lenha
13%
GN
3%Carvão
6%
Cana
11%
outros
1%
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⇒ Na Matriz Energética Mundial:
Petróleo
40%
Hídrica
7%
Carvão
28%
Nuclear
2%
GN
23%
6. IMPORTÂNCIA DO GN (continuação)
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Reinjeção
17,6 %
Perdas
18,5 %
Liquefeito
3,9 %
PETROBRAS
38,8 %
Companhias Gás
61,2 %
Consumo Nacional
60 %
Produção Total
30.000.000 m3/d
⇒ Na Indústria de
GN no Brasil
6. IMPORTÂNCIA DO GN (continuação)
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Reinjeção
11,5 %
Perdas
4,2 %
Liquefeito
5,0 %
Comb. Ind.
28,7 %
MP Ind.
4,8 %
Geração Energia
25,9 %
Dom., Transp. e Ag.
26,1
Comb. Ind. HC
14,5 %
Consumo
79,3 %
Produção Total
8.000.000.000 m3/d ⇒ Na Indústria deGN Mundial
6. IMPORTÂNCIA DO GN (continuação)
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7. CLASSIFICAÇÃO
⇒ Uma classificação muito importante refere-se aos
conceitos de Gás Natural Associado e Gás Natural Não
Associado:
A. Gás Natural Associado:
⇒ Caracterizado como todo aquele proveniente de um
reservatório produtor de óleo, podendo ele estar em
solução na massa de óleo ou em estado livre, formando
a denominada capa de gás.
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
A. Gás Natural Associado:
• Produzido juntamente com o petróleo (poços
produtores de óleo);
• Produção em baixa pressão, como processo final de
separação de óleo;
• Apresenta alto teor de pesados (riqueza);
• Interrupção da produção impacta a produção de
petróleo.
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
B. Gás Natural Não Associado:
⇒ Caracterizado como todo aquele proveniente de um
reservatório produtor de gás, predominando a
quantidade de energia do gás e, do ponto de vista da
produção, é ele que define o programa da produção.
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
B. Gás Natural Não Associado:
• Produzido sem a presença de petróleo (poços
produtores de gás);
• Produção em alta pressão;
• Apresenta baixo teor de pesados;
• Praticamente metano puro;
• Interrupção da produção não impacta a produção
de petróleo (funciona como regulação entre
produção e consumo).
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
⇒ Geralmente o Gás Natural Não Associado é produzido
com elevadas pressões de superfície, objetivando melhor
aproveitamento da energia dos reservatórios.
⇒ O Gás Natural Não Associado traz, portanto, toda a
energia necessária a sua produção, condicionamento e
transporte, o que não ocorre com o gás associado, o qual
requer energia complementar em função da energia
despendida na produção do óleo.
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
⇒ Podemos, ainda, caracterizar a participação energética
do gás associado num reservatório produtor de óleo
através do conceito de RGO. Ou seja, a razão gás-óleo,
RGO é a razão entre os volumes produzidos de gás
associado e óleo.
VolÓleo
GNVolRGO=
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
⇒ Na prática, adota-se a relação entre a vazão
instantânea de gás pela vazão instantânea de líquido,
ambas medidas a 20 oC e 1 atm, chamada de Razão Gás-
Líquido – RGL.
VolLíquido
GásVolRGL =
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7. CLASSIFICAÇÃO (continuação)
⇒ O conceito de RGL é adotado para a classificação de
reservatórios:
• Reservatório de Óleo
RGL ≤ 900
• Reservatório de Gás Condensado
900 < RGL < 18.000
• Reservatório de Gás
RGL ≥ 18.000
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As principais características do GN são:
∗ Composição: Peso Molecular, Densidade, Fator
de Compressibilidade, Massa Específica.
∗ Poder Calorífico: Capacidade de uma substância
fornecer uma determinada quantidade de calor,
necessária para produzir um determinado aumento de
temperatura.
8. CARACTERÍSTICAS
∗ A água no combustível como umidade, e o
hidrogênio queimado, formando água, incorporam-se
aos produtos da combustão na forma de vapor.
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∗ No calorímetro, durante a determinação do poder
calorífico, esse vapor se condensa, incorporando seu
conteúdo térmico ao poder calorífico.∗ Por isso, chama-se Poder Calorífico Superior (PCS)
a quantidade de calor liberado pelo combustível na
determinação do calorímetro, inclusive a da
condensação do vapor de água.
∗ Ao se descontar o calor de condensação do vapor
d’água temos o Poder Calorífico Inferior (PCI).
8. CARACTERÍSTICAS (continuação)
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∗ Poderes caloríficos dos principais combustíveis:
8. CARACTERÍSTICAS (continuação)
Superior Inferior
Óleo Combustível 10.700 10.150
Óleo Diesel 10.900 10.300
Gasolina 11.100 10.500
GLP 11.900 11.000
Petróleo Médio 10.800 10.200
GN 9.400 8.550
(gases a 1 atm e 20oC)
PODER CALORÍFICO 
Kcal/Kg (Kcal/m3)COMBUSTÍVEL
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∗ Equivalência Energética
(com base no PCI médio do GN):
8. CARACTERÍSTICAS (continuação)
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∗ GLP: Basicamente C3/C4, oriundos da refinaria, com
usos doméstico e industrial;
∗ Gás de Refinaria: Basicamente C2, parcela mais leve
gerada na destilação com uso na própria refinaria;
∗ Gás Manufaturado: GN reformado, composto por
H2, CH4 e N2, com baixo PCI (3.900 kcal/m3).
8.1 COMPARAÇÃO DOS GASES COMERCIALIZADOS
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⇒ Entende-se por Processamento Primário do gás
natural a seqüência de operações que têm por objetivo
separar as frações mais pesadas do gás, de maior valor
econômico, originando um outro gás, de menor valor
energético, denominado residual;
⇒As frações pesadas, obtidas no estado liquido, são
constituídas por hidrocarbonetos de maior peso
molecular, enquanto o gás residual é composto
basicamente por metano e etano que, juntos, somam
cerca de 75% em peso do gás natural;
9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL
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⇒ Um conceito muito utilizado no processamento de
gás é o Índice de Riqueza do Gás (IRG) definido como
sendo a quantidade de liquido, previamente
estabelecida como C2+ ou C3+, que poderá ser obtida
através do processamento primário;
⇒ Dada a composição de um gás, a riqueza, segundo
esta definição, é obtida pelo somatório da porcentagem
molar de todos os componentes a partir do propano;
9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL (continuação)
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⇒ Definiremos a RIQUEZA como o conjunto dos
componentes do gás natural mais pesados do que o
etano (fração C3+):
• Gás considerado rico: riqueza alta (> 8,0%);
• Gás considerado pobre: riqueza baixa (< 6,0%);
• Riqueza mediana: (entre 6,0% e 8,0%).
9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL (continuação)
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9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL (continuação)
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⇒ Condicionamento, ou tratamento, é o conjunto de
processos aos quais o gás será submetido de modo a
remover ou reduzir os teores de contaminantes para
atender especificações de mercado, segurança,
transporte ou processamento posterior;
9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL (continuação)
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45
⇒ Condicionamento
9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL (continuação)
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⇒As especificações mais freqüentes são relacionadas
com:
Teor máximo de água ou ponto de orvalho em
relação à água;
Ponto de orvalho em relação aos
hidrocarbonetos;
Teor de sólidos;
Teor de inertes (CO2 + N2 - O2);
Teor de H2S;
Teor de enxofre total.
9. PROCESSAMENTO/CONDICIONAMENTO
DO GÁS NATURAL (continuação)
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47
9.1. Depuração:
⇒ Depuração é a remoção de óleo, proveniente de arraste
em fase líquida ou sob forma de névoa, da corrente de
gás;
⇒A névoa é toda e qualquer partícula líquida de
diâmetro menor ou igual a 10 µm, imersas em uma
corrente de gás;
⇒A presença de líquidos causa danos aos compressores,
equipamentos térmicos e diminui a eficiência na unidade
de desidratação de gás;
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⇒O Vaso Depurador é o equipamento utilizado para depurar 
o GN:
9.1. Depuração:
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• Seção de entrada → Usada para separar a porção
principal do líquido livre da corrente de entrada;
• Seção de precipitação → Decantação das partículas
devida à brusca redução de velocidade e de mudança de
direção do fluxo;
• Seção de crescimento (coalescência) → Remove as
partículas pequenas de líquidos (névoas) através de
placas corrugadas, ciclones, demister ou filtro
coalescedor;
• Seção de drenagem → Fundo do vaso, responsável pela
drenagem do líquido retido;
9.1. Depuração:
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⇒ Os métodos de dimensionamento dos depuradores
estabelecem a velocidade máxima admissível da corrente
gasosa, de forma a evitar o carregamento das gotículas de
líquidos pelo fluxo de gás;
⇒ Os principais problemas operacionais são o
descontrole de nível do vaso e a baixa eficiência de
retenção de névoa.
9.1. Depuração:
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51
⇒A remoção dos gases ácidos visa atender a
especificação do gás natural para transferência,
segurança operacional e redução da corrosividade do
sistema;
⇒ Os processos disponíveis são:
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
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52
A - Dessulfurização com MEA:
⇒ É o processo de absorção química que utiliza a
monoetanolamina (MEA) 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 5 kgf/cm2).
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
53
A - Dessulfurização com MEA:
⇒ Reações de neutralização dos compostos ácidos do gás
natural:
Neutralização do H2S: 
2 (HOC2H4NH2) + H2S ↔ (HOC2H4NH3)2S
Neutralização do CO2
2 (HOC2H4NH2) + CO2 ↔ (HOC2H4NH3)2CO3
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
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54
A - Dessulfurização com MEA:
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9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
DI
ST
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 PR
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Alexandre Leiras 10
Refino de Petróleo
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55
A - Dessulfurização com MEA:
⇒ Problemas operacionais:
• formação de espuma na solução de MEA;
• alto teor de H2S/CO2 no gás tratado;
• corrosão na unidade;
• perda de MEA.
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
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56
A - Dessulfurização com MEA:
⇒ Variáveis operacionais:
• pressão de operação da torre absorvedora;
• relação H2S/CO2 da carga;
• vazão de água de reposição (teor de MEA da
solução);
• ≠ TMEA pobre e gás doce;
• T topo da regeneradora;
• Teor de H2S no gás doce.
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
57
A - Dessulfurização com MEA:
Torre 
Absorvedora
Gás Ácido
Gás Doce
Amina PobreAmina Pobre Regeneração
(alta temp. ebaixa pressão)
retirada
CO2 e H2S
Amina Rica
CO2, H2S
Regeneração
(alta temp. ebaixa pressão)
retirada
CO2 e H2S
Amina Rica
Regeneração
(alta temp. ebaixa pressão)
retirada
CO2 e H2S
Regeneração
(alta temp. ebaixa pressão)
retirada
CO2 e H2S
Amina RicaAmina Rica
CO2, H2SCO2, H2S
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
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58
CH4
CO2
GÁS DE 
ENTRADA
NÃO PERMEADO
PERMEADO
MEMBRANA
NÃO PERMEADO - GÁS NATURAL 
APÓS REMOÇÃO DE PARTE DO CO2
PERMEADO – CO2 
CONTAMINADO COM METANO
Permeação por Membranas:
9.2. Remoção de Compostos Sulfurados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
59
⇒ Nos sistemas de produção e condicionamento de gás,
os compressores são empregados para efetuar a ligação
entre a produção e a aplicação do gás;
⇒ Diferentemente do que ocorre no processo de
bombeamento de um líquido, a compressão de gases é
acompanhada por dois efeitos colaterais importantes:
• a redução do volume especifico;
• a elevação da temperatura.
⇒A eficiência do sistema de compressão é definida pela
razão de compressão:
sucção
adesc
P
P arg
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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60
Depurador
VASO DE DRENAGEM
BOOSTER
BOOSTER
SEP ATM
DESAERADORA
Resfriador
Depurador
Compressor
Unidade Compressão
LCLC
9.3. Compressão de Gás Natural:
DI
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Refino de Petróleo
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61
⇒ Tipos de compressores:
• Compressores volumétricos: de deslocamento
positivo, onde a elevação da pressão é obtida mediante
redução do volume ocupado pelo gás no interior da
câmara de compressão. O Compressor alternativo é um
exemplo;
• Compressores dinâmicos: turbocompressores,
realizam a compressão em 2 etapas: aspira o gás pelo
impelidor e escoa pelo difusor, de forma contínua. São os
compressores centrífugos.
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
62
⇒ Dependendo da faixa de pressão necessária para a
aplicação do GN (10.000 – 20.000 kPa), não se consegue
atingi-la com apenas um compressor, necessitando
utilizar um sistema multiestágios de compressão;
⇒ O sistema de compressão em multiestágios tem a
finalidade de realizar a compressão em estágios
sucessivos, de forma a obter a razão de compressão
requerida pelo processo;
⇒ Para isso, é necessário resfriar e depurar o gás após
cada estágio de compressão;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
63
LCLCLC
estágio
DEPURADOR
RESFRIADOR
COMPRESSOR
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
64
⇒ O envelope de fases representa a curva de equilíbrio
ao longo do processo real de compressão;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
65
⇒ O gás proveniente da separação primária está na
condição de vapor saturado, ou seja, no seu ponto de
orvalho;
⇒ Porém, a separação entre o óleo e o gás no separador
primário não é totalmente eficiente e o gás carrega
consigo gotículas de líquidos, chamadas também de
névoa, que necessitam ser removida da corrente gasosa
de modo a evitar danos aos compressores
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
66
9.3. Compressão de Gás Natural:
DI
ST
RI
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67
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
68
⇒ O gás na condição de vapor saturado e devidamente
depurado, é comprimido no primeiro estágio de
compressão para elevar a pressão ao limite estabelecido
pelas condições operacionais, propriedades do fluido e
pelas características mecânicas do compressor;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
69
⇒ Em compressores centrífugos, o processo de
compressão é essencialmente adiabático, em que um
aumento de pressão eleva a temperatura do gás. O gás
passa da condição de vapor saturado (1) para vapor
superaquecido (2);
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
70
⇒ O grau de superaquecimento é dependente das
condições operacionais, das propriedades do fluido e das
características mecânicas do compressor, onde a
temperatura do gás na descarga do compressor é
extremamente alta, em geral, em tomo de 160 °C, sendo o
principal motivo da limitação da razão de compressão;
⇒ Como o nível de pressão ainda é inferior ao desejado,
faz necessária uma nova etapa de compressão;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
71
⇒ Porém, na descarga do primeiro estágio do
compressor, o gás está demasiadamente quente,
necessitando, portanto, de um resfriador para reduzir a
temperatura para um valor entre 35 °C e 40 °C. (ponto
3), viabilizando uma nova etapa de compressão;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
72
⇒ O gás deixa o primeiro estágio de compressão na
condição de vapor superaquecido (2) e no resfriador, o
gás perde calor, ao longo do segmento 2-3, atingindo uma
temperatura inferior ao ponto de orvalho (3);
9.3. Compressão de Gás Natural:
DI
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73
⇒A fração de liquido formado é proporcional à
quantidade de calor removida do gás;
⇒A corrente que sai do resfriador é uma mistura de
liquido e vapor, sendo necessária à depuração do gás
para evitar a presença de líquido no interior do
compressor de segundo estágio e o líquido separado
retoma ao processo;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
74
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
75
⇒A curva de equilíbrio líquido-vapor do gás natural é
alterada, pois a composição foi alterada nos depuradores
de gás, nos quais componentes líquidos são separados da
corrente gasosa;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
76
⇒A curva escura é a do fluido na entrada do depurador
de gás, observa-se que o ponto 3 está na região líquido e
vapor, sendo, portanto, uma mistura de liquido e de
vapor;
⇒A curva clara é a do liquido na saída do depurador,
observa-se que se trata de um liquido saturado, na
condição de ponto de bolha;
⇒ O gás na condição de vapor saturado, e devidamente
depurado, é comprimido no segundo estágio de
compressão para que se possa atingir a pressão
requerida;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
77
⇒ O envelope de fases representa a curva de equilíbrio
ao longo do processo real de compressão;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
78
⇒ O compressor de segundo estágio apresenta o mesmo
comportamento do compressor de primeiro estágio, ou
seja, o gás no ponto 4 (descarga do compressor) está na
condição de vapor superaquecido;
9.3. Compressão de Gás Natural:
DI
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79
⇒ Novamente é reduzida a temperatura para 35 °C e 40
°C (ponto 5);
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
80
⇒ No resfriador, à medida que o gás é resfriado, sua
condição termodinâmica migra do ponto 4 para o 5 e a
fração de liquido formado é proporcional à quantidade
de calor removido;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
81
⇒A corrente que sai do resfriador é uma mistura de
liquido e vapor, sendo necessária à instalação de um
terceiro vaso depurador para remover o liquido do gás;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
82
⇒ Da mesma forma do processo de depuração citado
anteriormente, a curva de equilíbrio liquido e vapor do
gás natural é alterada;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
83
⇒A curva pontilhada é a do fluido na entrada do
depurador de gás, observa-se que o ponto 5 está na região
líquido e vapor, sendo, portanto, uma mistura de liquido
e de vapor;
⇒A curva clara é a do liquido na saída do depurador,
observa que se trata de um líquido saturado na condição
de ponto de bolha;
⇒A curva escura é a do gás depurado, encontrado na
condição de ponto de orvalho;
9.3. Compressão de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
84
⇒ O gás sai do sistema de compressão, geralmente, na
condição de vapor saturado;
⇒A partir do desenvolvimento de campos petrolíferos
em águas profundas, tem sido comum a compressão em
três estágios, em que os níveis de pressão requeridos se
situam próximos a 20.000 kPa.
9.3. Compressão de Gás Natural:
DI
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85
⇒ O gás natural oriundo de qualquer formação
encontra-se saturado com vapor d’água;
⇒ O teor de água de saturação é função da pressão,
temperatura e composição do GN;
> T e < P → > saturação de água 
H2S e CO2 → > teor de água no gás 
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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86
⇒A função da desidratação do gás natural é especificar o
teor de umidade do gás tratado, para evitar corrosão e a
redução da capacidade dos gasodutos pela formação de
“hidratos”;
⇒ Hidrato é uma solução sólida, visualmente similar ao
gelo, de composição mal definida entre moléculas de
HC’s de baixo PM e água;
⇒ Os hidratos de GN são classificados quimicamente
como uma forma de clarato;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
87
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
88
⇒ São compostos sólidos formados pela combinação
física entre moléculas de água e certas moléculas do gás,
na presença de água livre;
⇒ Estes compostos, de estrutura cristalina, crescem
bloqueando linhas, válvulas e equipamentos, parcial ou
totalmente;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
89
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
90
9.4. Desidratação de Gás Natural:
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Refino de Petróleo
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91
⇒A composição do gás tem efeito fundamental na
formação de hidratos;
⇒ C1, C2 e H2S são, por excelência, os componentes
formadores de hidratos;
⇒ C3 e C4 formam hidratos instáveis e C5+, tendem a
inibir sua formação;
⇒Além disso, HC’s condensados ajudam a evitar
acúmulo de hidratos pelo efeito de lavagem;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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92
⇒Assim, pode-se dizer que gases de alta densidade, isto
é, contendo muitos HC’s pesados tem menor tendência a
formar hidratos enquanto gases contendo altos teores de
H2S e CO2 apresentam maior tendência pois estes
contaminantes são mais solúveis em água que a maioria
dos HC’s;
⇒A temperatura de formação de hidrato a uma certa
pressão é função da composição do gás e existem métodos
relativamente precisos de determinação desta
temperatura;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
93
⇒A formação do hidrato
pode ser prevista usando o
gráfico de Katz;
⇒ Correlaciona-se pressão
e temperatura para um gás
natural com densidade
conhecida;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
94
⇒ O mecanismo de formação dos hidratos pode ser
descrito como:
• Processo de solidificação (congelamento);
• Moléculas de água dão rigidez à estrutura;
• Moléculas de metano, etano e propano ficam
presas nas “armadilhas” (traps) formadas pela estrutura
rígida de água na fase sólida.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre LeirasGomes
95
⇒ Fatores que favorecem a formação de hidratos:
a) Baixa temperatura;
b) Alta pressão;
c) Presença de água (separada ou em equilíbrio);
d) Baixo teor de pesados;
e) Presença de sólidos particulados.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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96
⇒ Uma forma segura de evitar a formação de hidratos é
a injeção de inibidores (MeOH, EtOH e glicóis – MEG,
DEG e TEG), que irá promover um abaixamento da
temperatura de congelamento e de formação do hidrato;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
DI
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Alexandre Leiras 17
Refino de Petróleo
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97
⇒A desidratação pode ser feita através dos processos de:
• Absorção: realizada numa torre absorvedora,
onde o gás flui em contra-corrente a uma solução de
glicol de grande poder higroscópico, que é posteriormente
regenerada através de aquecimento, retornando ao
processo;
• Adsorção: feita com materiais que apresentam,
dentre outras características, grande área superficial e
afinidade pela água, tais como a alumina, a sílica-gel e as
peneiras moleculares. O adsorvente saturado é
regenerado por ação do calor.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
98
⇒A desidratação por absorção requer que haja contato
entre o gás e a solução de absorvente, sendo esse contato
em linha, como é o caso da injeção de inibidores, ou em
uma torre recheada ou de pratos;
⇒ O poder higroscópio das soluções de glicol é
diretamente afetado pela concentração, sendo tanto
maior quanto maior a percentagem de glicol na solução;
⇒Assim, a depressão no ponto de orvalho de uma
corrente gasosa aumenta à medida que a concentração de
glicol aumenta, e a partir de um certo valor de
concentração o efeito é marcadamente acentuado;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
99
⇒ Em plataformas de produção, a desidratação por
absorção usando o TEG como agente desidratante é o
mais usado, pois a TEG apresenta as seguintes
características:
• Alta solubilidade com a água;
• Baixa volatilidade;
• Baixa viscosidade;
• Alta estabilidade química;
• Não inflamável;
• Grande capacidade higroscópica.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
100
⇒ Em plataformas de produção, a desidratação por
absorção usando o TEG como agente desidratante é o
mais usado, pois a TEG apresenta as seguintes
características:
• Alta solubilidade com a água;
• Baixa volatilidade;
• Baixa viscosidade;
• Alta estabilidade química;
• Não inflamável;
• Grande capacidade higroscópica.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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101
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
102
⇒ O processo se constitui, basicamente, de dois sistemas:
• O primeiro consistindo dos equipamentos à alta
pressão, de contato entre o gás e o glicol;
• O segundo compondo-se do sistema de regeneração
da solução de glicol (remoção de água) à pressão
atmosférica.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
DI
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103
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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104
⇒As principais variáveis operacionais do sistema são:
i) Teor de TEG na solução pobre;
> teor TEG → < Pto de orvalho
ii) Vazão solução de TEG circulante;
limite mínimo → molhabilidade completa bandeja
limite máximo → > demanda térmica de regeneração
iii) Temperatura do gás de entrada na torre de absorção;
> T → > teor de umidade e < poder higroscópico do 
TEG
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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105
⇒As principais variáveis operacionais do sistema são:
iv) Temperatura (200-204°C) do refervedor da
torre regeneradora;
> 204°C → degradação do TEG
v) ≠ temperatura TEG pobre e gás tratado;
faixa de 6-8°C → evitar condensação de HC’s pesados 
→ espuma
vi) Temperatura de topo da torre regeneradora;
faixa de 100-102°C → evitar perda de TEG (vapor)
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
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106
Entrada Pré-água
LCLC
T=40°C
P=200kgf/cm2a
Torre 
Absorvedora
Depurador
TEG Pobre
TEG Rico
Gás AP
Gás p/ Exportação
recheio estruturado
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
10710
7
gás natural
saturado
gás natural
desidratado
H2OCH4 TEG
água
removida
Torres 
absorvedoras
Torres 
regeneradoras
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
108
⇒ Entende-se por adsorção qualquer processo em que
moléculas de um gás são condensadas e retidas na
superfície de um sólido por meio de forças de atração
superficiais;
⇒ Cabe mencionar, que o processo de adsorção também
se aplica a correntes liquidas e que além da adsorção
física o processo pode ser químico envolvendo uma
reação entre o adsorvente e os compostos adsorvidos;
⇒A adsorção física encontra aplicação na desidratação
do gás natural, podendo-se atingir com este processo
teores de água na corrente efluente menores que 1 ppm;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
DI
ST
RI
BU
IÇ
ÃO
 PR
OI
BID
A!
DI
ST
RI
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ÃO
 PR
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ÃO
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BID
A!
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Alexandre Leiras 19
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
109
⇒ Um material para ser bom adsorvente deve apresentar
uma série de características sendo as mais importantes as
seguintes:
• Grande área superficial, entre 500 e 800 m2/g;
• Afinidade pela água;
• Seletividade;
• Elevada resistência mecânica e pequena resistência
ao fluxo de gás;
• Facilidade de reativação ou regeneração;
• Preservação das características com o tempo.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
110
⇒A elevada razão entre área superficial e peso dos
materiais adsorventes é devida à estrutura cristalina dos
mesmos na qual os poros do reticulo conferem ao
material uma enorme superfície interna, sendo a
superfície externa praticamente insignificante;
⇒ De um modo geral, os adsorventes comerciais
adsorvem tanto HC’s quanto água apresentando no
entanto uma preferência, ou seletividade, pela água;
⇒ O adsorvente saturado deve ser reativado ou
regenerado, o que é feito normalmente pela ação do calor
que causa a liberação dos líquidos adsorvidos;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
111
⇒ Os materiais que satisfazem os requisitos listados e
de uso freqüente no tratamento do GN são:
A. Sílica Gel:
É um composto essencialmente inerte não sendo
afetada pelos gases ácidos porventura presentes no
GN. Contudo,tem tendência a adsorver HC’s com
conseqüente redução de sua capacidade de adsorver
água;
Após atingir a saturação, a sílica gel pode ser
regenerada tanto com a corrente de gás úmido quanto
com o gás desidratado, a temperaturas que variam
entre 220 e 260 °C.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
112
B. Alumina:
A alumina ativada, tem tendência a adsorver HC’s
pesados do GN;
Estes HC’s dificultam a regeneração da alumina;
Esta característica faz com que a alumina seja usada
preferencialmente para componentes puros, tais como
etileno, propileno, C3, não contaminados com HC’s
pesados;
Ainda comparativamente à sílica, a alumina
apresenta < custo e > resistência mecânica, menos
suscetível a quebras durante o processamento,
regenerada com gás úmido ou desidratado a
temperaturas da ordem de 176 a 204 °C.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
113
C. Peneira Molecular:
São alumínio-silicatos cristalinos, com poros de 3-10Å
de diâmetro, sendo esta dimensão determinada pelo
metal que, para a maioria das aplicações em
processamento de GN, é o sódio;
Devido ao tamanho tão controlado dos poros, as
peneiras moleculares não têm tendência a adsorver
HC’s;
É o adsorvente que requer maiores temperaturas de
regeneração, entre 260-316 °C. Obtém-se, com
peneira molecular, teores de água no gás desidratado
inferiores a 1 ppm e por isto, a aplicação típica deste
adsorvente é para gases que serão submetidos a
processos criogênicos.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
114
9.4. Desidratação de Gás Natural:
DI
ST
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BU
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Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
115
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
116
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
117
⇒ VANTAGENS E DESVANTAGENS:
Os sistemas de adsorção, comparados com o principal
processo alternativo de desidratação que é a absorção
com glicol, apresentam as seguintes vantagens:
- o gás tratado pode atingir pontos de orvalho muito
mais baixos;
- o gás tratado não conterá líquidos, o que contribui
para aumentar ou manter a eficiência dos gasodutos;
- adequado às unidades criogênicas que requerem que
o gás a ser processado esteja completamente isento de
água de modo a evitar a formação de hidratos.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
118
⇒ VANTAGENS E DESVANTAGENS:
Por outro lado, os sistemas de adsorção têm seu uso
limitado pelas grandes desvantagens que apresentam
em comparação com o sistema de glicol convencional:
- para especificar o gás destinado a transporte (64-112
kg/106m3) o custo dos equipamentos é 2-4 vezes maior
que o de um sistema de absorção. Isto se deve ao fato
de todos os equipamentos serem projetados para a
pressão de projeto do gasoduto, por vezes muito
elevado. Num sistema de glicol só a absorvedora é
projetada para esta pressão;
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
119
⇒ VANTAGENS E DESVANTAGENS:
- o custo operacional do sistema de adsorção, também
para especificar o gás para transporte, é muito maior
pois requer temperaturas de regeneração mais
elevadas que o sistema de absorção;
- a perda de carga varia de 103-517 kPa (15-75 psig)
enquanto nos sistemas de absorção a queda de pressão
é de 35 kPa (5 psig) no máximo;
- as condições cíclicas de temperatura, inerentes ao
processo de adsorção, exigem mais cuidado no projeto
da tubulação.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
120
⇒ VANTAGENS E DESVANTAGENS:
Do exposto, pode-se concluir que uma alternativa
adequada para desidratação do gás a níveis bem
baixos seria a combinação Unidade de Glicol + Peneira
Molecular;
Uma vez que o TEG é um processo energicamente
mais eficiente de remoção de água a níveis de
transporte de gás do que a peneira molecular, o uso do
glicol antes da adsorção é normalmente uma opção
energeticamente interessante, além de promover uma
perda de carga total bem menor.
9.4. Desidratação de Gás Natural:
DI
ST
RI
BU
IÇ
ÃO
 PR
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Alexandre Leiras 21
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
121
⇒ Umas vez que o gás natural foi condicionado, são duas
as destinações:
• Transferência: é a etapa de deslocamento do gás
para unidades de processamento de gás (UPGN);
• Elevação Artificial (gás lift): é a circulação de gás
pela coluna de produção para ajudar na produção de
óleo.
9.5. Exportação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
122
⇒A transferência, a depender da distância, pode ser por
meio de:
• Gasoduto;
• Geração de Eletricidade e Transmissão por Cabo
(GTW);
• Transporte em navios:
• Liquefação (GNL);
• Compressão (GNC);
• Conversão em Petróleo Sintético (GTL);
9.5. Exportação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
123
V
o
lu
m
e
 d
e
 g
á
s
(
m
il
l.
 M
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/
y
)
1 2 3 4 5
Pipeline LNG
CNG
1
2
3
4
5
Stranded
GTL
Distância para o mercado (KNM)
Gasoduto
GNL
GNC
1
2
3
4
5
Inviável economicamente
GTL
V
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 d
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 M
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y
)
1 2 3 4 5
Pipeline LNG
CNG
1
2
3
4
5
Stranded
GTL
Distância para o mercado (KNM)
Gasoduto
GNL
GNC
1
2
3
4
5
Inviável economicamente
GTL
9.5. Exportação de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
124
⇒ O processamento de uma corrente de gás natural pode
ter um dos três seguintes objetivos principais:
• Produzir uma corrente de gás para venda que
satisfaça as especificações típicas, visando
principalmente atender aos requisitos dos gasodutos e
as necessidades dos consumidores industriais e
domésticos;
• Maximizar a produção de líquidos de gás natural
liquefeito (LGN), produzindo um gás pobre livre da
maioria dos hidrocarbonetos, exceto metano;
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.1. Objetivos do Processamento de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
125
⇒ O processamento de uma corrente de gás natural pode
ter um dos três seguintes objetivos principais:
• Entregar um gás comercial, que deve ser distinguido
por um determinado intervalo de valor de poder
calorífico (na verdade, os clientes na rede de
transmissão esperam que os valores de poder
calorífico estejam em uma escala compatível com os
equipamentos de combustão).
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.1. Objetivos do Processamento de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
126
⇒ O objetivo básico do processamento de gás natural é
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;
⇒ Basicamente, o processamentodo gás natural gera gás
especificado e pronto para consumo em qualquer
equipamento térmico industrial, motor a combustão a
gás ou uso domiciliar;
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.1. Objetivos do Processamento de Gás Natural:
DI
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EQO088 2016/1
Alexandre Leiras 22
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
127
⇒ Normalmente este gás fornecido é chamado no âmbito
industrial de gás combustível, gás seco, gás processado,
gás residual ou simplesmente de gás especificado;
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.1. Objetivos do Processamento de Gás Natural:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
128
⇒ Conforme definido anteriormente, o processamento
do gás resulta na recuperação de hidrocarbonetos
líquidos e na produção de um gás residual;
⇒ Vários são os produtos líquidos que podem ser
obtidos em uma UPGN;
⇒A alternativa mais simples consiste em produzir
apenas um Liquido de Gás Natural (LGN) que é
composto de propano e hidrocarbonetos mais pesados:
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.2. Produtos Gerados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
129
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7+
U
 
 P
 
 G
 
 N
LGN
GÁS 
NATURAL
C1
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C7+
FR
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GÁS
PROCESSADO
GLP
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GASOLINA
NATURAL
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C3
C4
GÁS
PROCESSADO
GLP
C5
C6
C7+
GASOLINA
NATURAL
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.2. Produtos Gerados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
130
UPGN
N2
CO2
C1
C2
C3
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C5
C6
C7+
N2
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C7+
GÁS RESIDUAL
GÁS NATURAL
UPGN
N2
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C7+
N2
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C7+
LGN
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.2. Produtos Gerados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
131
⇒ Uma outra alternativa inclui, além do LGN, a
produção de etano liquido:
UPGN
N2
CO2
C1
C2
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C4
C5
C6
C7+
N2
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C7+
GÁS RESIDUAL
ETANO
LGN
GÁS NATURAL
UPGN
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C7+
GÁS RESIDUAL
ETANO
LGN
GÁS NATURAL
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.2. Produtos Gerados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
132
⇒ Em algumas unidades o processamento inclui a
separação do LGN em GLP e C5+:
UPGN
N2
CO2
C1
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C4
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C6
C7+
GÁS RESIDUAL
ETANO
GÁS NATURAL
N2
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C7+
GLP
C5 +
UPGN
N2
CO2
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C6
C7+
GÁS RESIDUAL
ETANO
GÁS NATURAL
N2
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C6
C7+
GLP
C5 +
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.2. Produtos Gerados:
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Alexandre Leiras 23
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
133
⇒ É possível ainda incorporar parte do etano ao GLP
em teores que não alterem a especificação de Pressão
de Vapor fixada:
UPGN
N2
CO2
C1
C2
C3
C4
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C6
C7+
C5
C6
C7+
GÁS RESIDUAL
GÁS NATURAL N2
CO2
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C2
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C4
GLP
C5 +
UPGN
N2
CO2
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7+
C5
C6
C7+
GÁS RESIDUAL
GÁS NATURAL N2
CO2
C1
C2
C3
C4
GLP
C5 +
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.2. Produtos Gerados:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
134
⇒ Uma unidade de processamento de gás natural é
composta por duas áreas distintas, além de sistemas
auxiliares e de tratamentos de derivados:
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.3. Configuração Básica de uma UPGN:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
135
• Área fria: Área responsável pela obtenção do líquido
de gás natural, que é a fração constituída pelos
componentes mais pesados do gás natural e separação
do gás processado disponibilizado para venda. Opera
normalmente com baixas temperaturas e altas
pressões;
• Área quente: Área responsável pelo fracionamento do
líquido de gás natural gerado na área fria em produtos
finais e tratamento destes. Opera normalmente com
temperaturas mais altas e pressões mais baixas;
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.3. Configuração Básica de uma UPGN:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
136
• Sistemas de tratamento de carga e produtos:
Responsáveis pela garantia de qualidade dos produtos
e da especificação da carga;
• Sistemas auxiliares: Geração de facilidades, tais como
aquecimento de óleo térmico, compressão de propano e
desidratação de GN.
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.3. Configuração Básica de uma UPGN:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
137
⇒ O ponto vital deste tipo de unidade é o sistema de
geração de frio, responsável pela liquefação dos
componentes pesados do gás;
⇒ O processo termodinâmico escolhido define o tipo de
unidade utilizada;
⇒ Os processos termodinâmicos atualmente utilizados
nos projetos para esta finalidade são os seguintes:
• Efeito Joule-Thomson;
• Refrigeração Simples;
• Absorção Refrigerada;
• Turbo-expansão;
• Processos combinados.
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.4. Principais Tipos de Unidades de Processamento:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
138
⇒ Como processo combinado, podemos entender a
utilização em conjunto de mais de um dos processos
acima citados;
⇒ Dessa forma, o processo turbo-expansão pode ser
combinado com a refrigeração, quando for utilizado
para processar gás com alto teor de frações pesadas;
⇒ O processo absorção refrigerada, embora envolva
duas operações unitárias distintas (absorção e
refrigeração), não é considerado propriamente um
processo combinado, pois não existe unidade que opere
apenas com a etapa de absorção.
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.4. Principais Tipos de Unidades de Processamento:
DI
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Alexandre Leiras 24
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
139
⇒A escolha do processo a ser utilizado no projeto de
uma nova unidade depende, dentre outros, dos fatores
abaixo relacionados:
• Qualidade requerida do Gás Residual;
• Curva de produção do reservatório;
• Vazão de gás natural disponível;
• Produtos requeridos;
• Proximidade de centros consumidores;
• Porte e tipo de consumidores;
• Condições de mercado;
• Tempo de retorno do capital investido.
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.5. Escolha do Processo Termodinâmico:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
140
⇒Muitas vezes, apenas um dos fatores acima define o
único processo que deve ser utilizado em determinada
aplicação;
⇒ Como exemplo, se objetivamos produzir etano
petroquímico, o processo já está escolhido,pois só a
turbo-expansão tem capacidade de gerar o produto;
⇒ De uma forma geral, quanto maior rigor nas
especificações dos produtos for requerido, maior
deverá ser o investimento necessário, pois nos abriga a
utilizar processos de tecnologia mais refinada, com
sistemas de controle mais complexos e equipamentos
mais eficientes.
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.5. Escolha do Processo Termodinâmico:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
141
⇒ Em termos econômicos, a escolha do melhor
processo a ser utilizado em uma UPGN depende
basicamente de 3 fatores, a saber: composição do gás,
pressão disponível e recuperações desejadas;
⇒ No entanto, como não existem critérios rígidos que
orientem a seleção, é recomendável que se faça um
estudo técnico e uma análise econômica para cada tipo
de processo;
⇒A Figura a seguir dá, em função da riqueza do gás e
da recuperação desejada, as faixas de aplicação para
três dos processos acima;
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.5. Escolha do Processo Termodinâmico:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
142
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.5. Escolha do Processo Termodinâmico:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
143
⇒ Todos os processos têm em comum o princípio
básico de promover a condensação dos HC’s mais
pesados por meio de redução de temperatura;
⇒ O processo de Absorção Refrigerada, no entanto,
utiliza a refrigeração apenas como auxiliar para obter
maiores recuperações;
⇒ Quanto aos dois processos de expansão, ambos
causam resfriamento do gás devido à redução de
pressão, a diferença básica, é que o primeiro é
isentálpico e o segundo isentrópico.
10. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL:
10.5. Escolha do Processo Termodinâmico:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
144
⇒ É o mais simples e barato dos processos, porém é
também o de uso mais restrito, devido às suas
limitações técnicas;
⇒ Este processo não garante a especificação para
venda do gás processado, por isso não é considerado
um processo completo, não sendo utilizado
isoladamente no projeto de uma unidade de
processamento de gás natural;
⇒ É um processo utilizado para acerto de ponto de
orvalho de gás natural objetivando sua adequação para
transporte;
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.1. Características Básicas:
DI
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Alexandre Leiras 25
Refino de Petróleo
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145
⇒ Dessa forma, o processo pode ser utilizado para
separar frações pesadas do gás natural e permitir seu
transporte em escoamento monofásico de maior
eficiência;
⇒ Este processo apresenta as seguintes características
mais relevantes:
• Expansão isentálpica (∆∆∆∆h = 0);
• Baixa eficiência de performance;
• Baixo nível de recuperação de propano;
• Baixo investimento;
• Processo utilizado para acerto de ponto de
orvalho de gás natural.
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.1. Características Básicas:
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146
⇒ O fundamento termodinâmico associado a este
processo é a liquefação dos componentes mais pesados
do gás natural devido ao abaixamento de temperatura
proporcionado pela expansão isentálpica (∆∆∆∆h = 0) em
uma válvula de controle de pressão;
⇒ O processo não chega a atingir o equilíbrio
termodinâmico, gerando uma baixa eficiência na
performance do sistema, ou seja, nem todas as
partículas pesadas do gás são liquefeitas;
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.2. Fundamento Termodinâmico:
Refino de Petróleo
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147
⇒ Isto ocorre devido ao processo não atender à
cinética reacional necessária ao atingimento do
equilíbrio termodinâmico do sistema, uma vez que a
expansão é extremamente rápida, não permitindo o
tempo necessário para que a cinética do processo seja
atendida.
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.2. Fundamento Termodinâmico:
Refino de Petróleo
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148
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.3. Descrição do processo:
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149
⇒ O gás natural é adimitido na unidade por uma
válvula de controle de pressão (PV), que quebra a
pressão da linha e garante a estabilidade da pressão de
fornecimento de gás tratado;
⇒A variável temperatura, monitorada no vaso de
separação de fases, estabelece o ponto de orvalho do
gás, ou seja, define a qualidade atingida pelo gás
processado;
⇒ O gás gerado possui um menor teor de frações
pesadas do que o gás na entrada da unidade, porém
não é garantida a separação total das frações mais
pesadas;
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.3. Descrição do Processo:
Refino de Petróleo
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150
⇒ O ponto de corte é definido em função da
temperatura mínima que o gás atingirá durante o
escoamento até a entrega ao consumidor final;
⇒ O projeto deve acertar o ponto de orvalho do gás, de
forma que essa temperatura mínima durante o
escoamento não gere mais condensação no interior dos
gasodutos;
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.3. Descrição do Processo:
DI
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Refino de Petróleo
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⇒ Observações:
• Obs1: A utilização da compressão prévia
dependerá do nível de pressão disponível e também
do nível de ajuste de ponto de orvalho ao qual o gás
deve ser submetido;
• Obs2: O líquido gerado possui uma alta pressão
de vapor (~30 kgf/cm2) e não pode ser descartado
sem maiores cuidados, necessitando de um sistema
de estabilização do condensado (vasos separadores
com um ou dois estágios de equiíbrio dependendo
das pressões envolvidas).
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.3. Descrição do Processo:
Refino de Petróleo
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152
⇒A variável operacional mais importante do processo
é a temperatura obtida no vaso separador de fases após
a expansão;
⇒ O valor de projeto dessa variável é função direta do
ponto de orvalho pretendido para o gás tratado, sendo
controlada indiretamente por meio do controle da
pressão do vaso separador;
⇒A pressão do vaso separador é definida em função
da pressão necessária para se escoar o gás processado
até o seu ponto de destino;
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.4. Principais Problemas Operacionais:
Refino de Petróleo
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153
⇒ Uma vez que essa pressão está definida pela
necessidade de escoamento do gás, o grau da expansão
conseguido na válvula de controle de pressão a
montante do vaso separador é função da pressão de
chegada do gás;
⇒ Se essa pressão diminui por problemas na produção
ou presença de liquido no duto, o grau de expansão
também diminui, impactando negativamente a
qualidade do gás tratado;
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.4. Principais Problemas Operacionais:
Refino de Petróleo
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154
⇒ Sistemas em que essa condição de oscilação de
pressão da carga é incompatível com a garantia da
qualidade do gás tratado obrigam a instalação de um
compressor na entrada da unidade (para controlar a
pressão de entrada e o grau de expansão do gás);
⇒ Outra variável controlada da unidade é o nível de
fundo do vaso separador, responsável pela retirada do
liquido condensadona etapa da expansão (deve ser
constante para evitar o arraste de partículas liquidas
pelo gás).
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.4. Principais Problemas Operacionais:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
155
⇒ Sistemas em que essa condição de oscilação de
pressão da carga é incompatível com a garantia da
qualidade do gás tratado obrigam a instalação de um
compressor na entrada da unidade (para controlar a
pressão de entrada e o grau de expansão do gás);
⇒ Outra variável controlada da unidade é o nível de
fundo do vaso separador, responsável pela retirada do
liquido condensado na etapa da expansão (deve ser
constante para evitar o arraste de partículas liquidas
pelo gás).
11. PROCESSO JOULE-THOMSON:
11.4. Principais Problemas Operacionais:
Refino de Petróleo
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156
⇒ Normalmente, unidades que utilizam este processo
termodinâmico são do tipo DPP (“dew point plant”) ou
unidade de acerto de ponto de orvalho (UAPO);
⇒ Principais características:
• Exige desidratação do gás natural;
• Atinge baixas temperaturas;
• Utilização de um ciclo de refrigeração a propano;
• Bom nível de recuperação de propano;
• Médio investimento.
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.1. Características Básicas:
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Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
157
⇒ É considerado um processo simples e de médio
investimento, podendo gerar gás especificado para
venda (sem especificar o líquido gerado);
⇒ Possue algumas limitações técnicas, principalmente
no que diz respeito ao teor residual de propano (C3) no
gás processado;
⇒ O sistema mais delicado de uma unidade que utiliza
este processo é o ciclo de refrigeração, o qual utiliza
compressores de propano como fonte de frio para
liquefação das frações mais pesadas do gás natural;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.1. Características Básicas:
Refino de Petróleo
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158
⇒ Neste processo temos a liquefação das frações mais
pesadas do gás natural através do abaixamento de
temperatura provocado pela troca térmica do gás com
um fluido refrigerante;
⇒ Normalmente é utilizado o propano como fluido
refrigerante, em um ciclo de refrigeração convencional
(que permite atingir temperaturas de até -40 °C);
⇒ Este propano utilizado no ciclo é produzido a partir
do próprio gás natural, através de fracionamento de
uma porção do LGN gerado na unidade;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.2. Fundamento Termodinâmico:
Refino de Petróleo
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159
⇒A unidade utiliza um ciclo de refrigeração a propano
para atingir as temperaturas negativas necessárias ao
processo;
⇒ O ciclo possui compressores de propano de dois
estágios de compressão, para atuar no processo de
compressão dos vapores de propano gerado nos
permutadores;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.3. Ciclo de Refrigeração a Propano:
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160
3. CONDENSAÇÃO 
Sub-resfriamento 
C3 
Líq
. 
C3 
vapor 
1º. EST 2º. EST 
1º. EST 2º. EST 
GN 
GN 
vapor 
2. COMPRESSÃO 
4. EXPANSÃO 
1. EVAPORAÇÃO 
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.3. Ciclo de Refrigeração a Propano:
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161
⇒ O vapor de propano, após compressão, é resfriado e
liquefeito e segue para o sistema de expansão, onde
ocorre um flash gerando um vapor que entra no 2º
estágio do compressor de propano e um líquido que
segue então para o refrigerador;
⇒A energia requerida (calor latente) pela mudança de
fase do propano, que passa da fase líquida para a fase
vapor, é retirada das correntes gasosas do GN no
refrigerador de gás.
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.3. Ciclo de Refrigeração a Propano:
Refino de Petróleo
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162
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.3. Ciclo de Refrigeração a Propano:
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12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.3. Ciclo de Refrigeração a Propano:
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164
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.4. Descrição do Processo:
Refino de Petróleo
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165
⇒ Devido ao atingimento de baixas temperaturas, o
gás natural precisa ser desidratado antes de ser
submetido às trocas térmicas nos permutadores de
aproveitamento de frio e nos permutadores a propano;
⇒ Basicamente, usa-se a injeção de monoetilenolicol,
que funciona como agente desidratante em um ciclo
fechado;
⇒ O glicol é regenerado em um sistema auxiliar
composto por uma torre retificadora com refervedor
que elimina o vapor de água absorvido pelo glicol do
gás natural;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.4. Descrição do Processo:
Refino de Petróleo
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166
⇒ O gás seco é então resfriado no sistema de
refrigeração da unidade, através da utilização de um
ciclo de refrigeração a propano, causando a
condensação das frações mais pesadas do gás;
⇒ Em uma torre de desetanização, o excesso de etano
incorporado ao líquido gerado na etapa de refrigeração
é vaporizado e separado do líquido restante;
⇒ Esta retirada de excesso de etano permite a alcançar
a especificação da PVR (pressão de vapor Reid) do
líquido gerado;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.4. Descrição do Processo:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
167
⇒ O etano vaporizado gera um gás residual que sai
pelo topo dessa torre;
⇒ Pelo fundo, o líquido de gás natural (chamado
simplesmente de LGN) deixa a torre para ser
submetido à próxima etapa;
⇒ O gás frio remanescente troca calor com a carga de
gás natural da unidade, para recuperar frio;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.4. Descrição do Processo:
Refino de Petróleo
Prof. Alexandre Leiras Gomes
168
⇒ O LGN pode ser destilado em uma torre
desbutanizadora para produção de GLP e C5+ ou
simplesmente ser misturado com a carga de outra
unidade para processamento posterior;
⇒ Variações no esquema de recuperação do frio podem
ser utilizadas, no sentido de se otimizar o
aproveitamento energético da unidade;
12. PROCESSO REFRIGERAÇÃO SIMPLES:
12.4. Descrição do Processo:
DI
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⇒ De uma forma geral, deve-se fazer as correntes frias
trocarem calor com o gás natural de entrada da
unidade, dessa forma, a potência requerida e
logicamente o tamanho e custo dos compressores de
propano serão significativamente menores;
⇒A troca térmica com o líquido frio separado deve ser
a última, devido à maior capacidade de troca do
líquido em relação ao gás;
⇒ Esta disposição das etapas de troca