PROCESSAMENTO DO GÁS NATURAL / UPGN
Autor: Prof Octavio Gouveia | Publicado: 2016-06-14T10:11:00-07:00



IFRJ / CAMPUS DUQUE DE CAXIAS

IPI / PROF OCTAVIO GOUVEIA

UPGN / PROCESSOS DO GÁS NATURAL

QUESTIONÁRIO / G2



<!--[if !supportLists]-->1)&nbsp; &nbsp; &nbsp; Quais os principais objetivos de uma UPGN ?

<!--[if !supportLists]-->2)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Resumir os processos abaixo, destacando o
fundamento e a utilidade de cada um deles numa UPGN:

<!--[if !supportLists]-->a)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Processo Joule-Thomson

<!--[if !supportLists]-->b)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Refrigeração simples

<!--[if !supportLists]-->c)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Absorção refrigerada

<!--[if !supportLists]-->d)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Turbo-expansão 



<!--[if !supportLists]-->3)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Destacar vantagens e desvantagens do processo
turbo-expansão.

<!--[if !supportLists]-->4)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->O que é EXPANSÃO ISENTRÓPICA ?

<!--[if !supportLists]-->5)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->O que significa “formação de HIDRATO” numa UPGN
? Explicar.

<!--[if !supportLists]-->6)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Como evitar a formação de HIDRATOS ?

<!--[if !supportLists]-->7)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Como é feita a desidratação do gás natural ?

<!--[if !supportLists]-->8)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->TORRE DESMETANIZADORA. Quais os produtos de
entrada e saída desta torre ?

<!--[if !supportLists]-->9)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <!--[endif]-->Quais as etapas de
fracionamento do GNL? Explicar.

<!--[if !supportLists]-->10)&nbsp;&nbsp;
<!--[endif]-->Pode-se fazer uma analogia entre uma UPGN e uma
refinaria ? Explicar.











































TEXTO SUGERIDO PARA LEITURA :

UNIVERSIDADE
POTIGUAR CST – PETRÓLEO E GÁS TURMA – 5MA DISCIPLINA – PROCESSAMENTO DO GÁS
NATURAL PROFESSOR (a) – VIMARIA DA CRUZ VICTOR

ALUNO Francisco
Almir de Assis Cândido

MOSSORÓ, 28 DE
OUTUBRO DE 2010

Aluno Francisco
Almir de Assis Cândido

Processo
Turbo-expansão

Trabalho
desenvolvido durante a disciplina de processamento do gás natural, como parte
da primeira avaliação da segunda unidade.

Professor (a):
Vimaria da Cruz Victor

Mossoró/2010

Introdução

O seguinte trabalho
tem por objetivo mostrar a importância e eficiência do processo de
turbo-expansão utilizado nas unidades de processamento de gás natural.
Demonstrando a fundamentação termodinâmica, às principais características do
processo, assim como a descrição básica do procedimento, cada uma de suas
etapas e os principais problemas operacionais que podem acarretar falhas
durante o processo.

Processo
Turbo-Expansão

O processo
turbo-expansão é o mais eficiente processo termodinâmico atualmente utilizado
em unidades de processamento de gás natural. Possui excelente rendimento na
recuperação do propano, sendo capaz de praticamente zerar o teor desse
componente no gás processado. Também é o único processo capaz de separar etano
petroquímico, tendo um alto rendimento na recuperação desse componente, de
forma que o gás processado gerado é constituído basicamente por metano.

Possui alto custo,
necessitando, dessa forma, de uma vazão elevada que garanta o retorno do
investimento. Esse tipo de unidade necessita ter capacidade nominal igual ou
acima de 2.500,0 m³/d para que se tenha retorno adequado.

Fundamento
Termodinâmico

A liquefação dos
componentes mais pesados do gás natural neste processo é garantida pela
expansão do gás natural em uma turbina, a qual libera energia que é utilizada
para acionar um compressor auxiliar (booster) do sistema principal de
compressão de gás processado ou gás carga da unidade. Um conjunto
turbo-expansor é responsável por essa etapa de expansão isentrópica (expansão
mantendo entropia constante, com geração de trabalho).

Devido à redução de
temperatura proporcionada pela expansão isentrópica com a realização de
trabalho, o processo consegue atingir temperaturas abaixo de -95°c. No caso de
processamento de gás com alto teor de pesados, a unidade recebe um ciclo de
refrigeração a propano para propiciar a liquefação das frações mais pesadas,
sem comprometer o desempenho da etapa de expansão do gás natural no
turbo-expansor.

Principais
Características

Expansão
isentrópica (Δs = 0), com realização de trabalho; Proporciona a temperatura
mais baixa de todos os processos;

Maior eficiência
(riqueza residual do gás processado tende a zero);

Único com
possibilidade de gerar etano para petroquímica;

Total recuperação
de propano;

Alta recuperação de
etano;

Necessita de alto
investimento.

Descrição básica do
processo

O gás natural
previamente separado da fase liquida (condensado de gás natural) e da água
livre presente na corrente de hidrocarbonetos é comprimido para fazer a carga
da unidade. Essa compressão inicial assegura a pressão necessária para a etapa
de expansão posterior. Após a compressão, o gás é tratado para retirada de
compostos sulfurados, normalmente em reatores com leitos de compostos à base de
óxidos de ferro ou zinco. O isento de componentes que geram corrosão passa,
então, para a etapa de desidratação, por meio da utilização de um sistema de
peneiras moleculares.

O gás desidratado é
refrigerado, primeiro pelas correntes de saída e, depois, pelo sistema de
refrigeração a propano, quando ocorre a condensação das frações mais pesadas do
gás. Após essa etapa de refrigeração, o gás sofre expansão isentrópica, com
geração de trabalho, por meio de uma turbina de expansão, quando, então, a
temperatura abaixa o suficiente para que ocorra a liquefação de todos os mais
pesados que o componente metano, gerando uma corrente bifásica.

Após a etapa de
expansão, a mistura bifásica entra na torre desmetanizadora, que dá o corte
final entre o gás processado (basicamente metano puro que sai pelo topo da torre
pronto para venda após troca térmica) e o produto de fundo, composto pela
fração

C2 ++, que segue
para fracionamento.

O produto de fundo
da torre desmetanizadora, basicamente LGN etanizado de alta pressão de vapor, é
então, fracionado nos produtos de interesse nas torres fracionadas
subseqüentes. Os produtos gerados a partir do LGN etanizado dependem sobretudo
da demanda dos consumidores locais, sendo, inclusive, possível a geração de uma
corrente de etano pura, se houver demanda comercial para esse produto.

O trabalho gerado
durante a etapa de expansão do gás é utilizado, normalmente, por um compressor
conjugado ao turbo-expansor, o qual tem a função de aumentar a pressão do gás
processado antes da compressão final para transporte, aproveitando a energia gerada
pela expansão do gás que está sendo resfriado. Essa energia também pode ser
aproveitada em um compressor booster do sistema de compressão do gás carga da
unidade, de acordo com a experiência do projetista.

As etapas do
processo podem sofrer alguma alteração, em função de especialidades de cada
projeto, porém, de uma forma geral, atendem as seguintes premissas:

Compressão inicial
– aumento do nível de pressão para processamento; Dessulfurização – remoção de
compostos de enxofre do gás natural;

Desidratação –
remoção de umidade do gás natural;

Regeneração –
remoção de umidade das peneiras moleculares;

Pré-resfriamento –
recuperação de energia por troca térmica em permutadores;

Ciclo de
refrigeração a propano – utilizado para resfriamento do gás natural;

Expansão do gás
natural – liquefação das frações pesadas do gás natural;

Desmetanização –
separação das fases liquida e gasosa, com liberação do metano; Compressão do
gás residual – aumento do nível de pressão para escoamento;

Fracionamento do
LGN – separação do liquido de gás natural em correntes puras de produtos
especificados.

Existem várias
configurações que podem ser utilizadas em um projeto de processamento de gás
por turbo-expansão. As etapas do processamento que mais apresentam
possibilidades de configurações diversas são a desmetanização e o pré-resfriamento
da carga de gás natural. Existem vários projetos operando com configurações
diferentes de troca térmica entre as correntes de carga da torre
desmetanizadora com o gás frio já processado. Cada qual procura ser o mais
eficiente possível, otimizando ao máximo o aproveitamento energético do
processo. A criatividade e experiência da equipe de projeto permitem a criação
de várias soluções para esses sistemas.

Esquema do processo
turbo-expansão

Apresentamos
esquematicamente uma possível solução para um projeto turboexpansão que visa a
produção de etano petroquímico. Mesmo nesse projeto, várias pequenas alterações
podem ser desenvolvidas para atender melhor um ou outro propósito específico de
um empreendimento para aproveitamento de gás natural de uma ou outra área
produtora. Para melhor entendimento serão apresentadas apenas as principais
correntes do processo.

Etapa de compressão
inicial



Para garantir a
pressão mínima de operação da unidade, pode ser necessária a compressão inicial
do gás natural, que é a carga da unidade. O valor mínimo da pressão de projeto
deve ser atendido para que a expansão do gás no turbo-expansor consiga gerar as
temperaturas baixas previstas no projeto e, com isso, seja garantida a geração
dos produtos na quantidade e qualidade esperadas.

Principal malha de
controle

Devido à
necessidade de garantia de pressão mínima, esta é a variável mais importante dessa
etapa. O controle de pressão ocorre pela atuação na descarga do compressor,
permitindo uma estabilização do fluxo de carga e garantindo o grau de expansão
adequado para o processo. As outras malhas dessa etapa são as referentes ao
controle operacional do compressor de carga, visto que os valores das variáveis
dependem das pressões existentes e do grau de expansão necessário para a
garantia da qualidade dos produtos gerados. Os valores usuais de pressão de
descarga do gás natural proveniente da estação de compressão são da ordem de
6,9 MPa a 7,9 MPa (70,0 kgf/cm 2 a 80,0 kgf/cm2 ).

Etapa de
dessulfurização

O gás natural com
alta pressão e saturado em água alimenta os vasos de remoção de H2S,
constituídos por um leito fixo de óxidos sintéticos metálicos (ferro ou zinco).
O teor de H2S na saída desse processo é de, no máximo, 0,10cm³/m³. Essa etapa é
necessária devido à ocorrência de concentração de H2S na corrente liquida
formada pela fração C2+ produzida pela unidade. De outra forma, a movimentação
dessa corrente com altos teores de H2S poderia gerar graves problemas. O gás
necessariamente deve estar saturado em água, para que as reações de
neutralização ocorram com a eficiência desejada.

Principais malhas
de controle

As principais
malhas de controle operacional do sistema de dessulfurização e os valores
usualmente praticados em sua operação são os seguintes:

Vazão de
alimentação de cada vaso de sulfatreat – esta variável não é controlada
diretamente por ação de válvulas de controle;

Pressão diferencial
dos leitos sulfatreat – monitora a perda de carga em cada leito da unidade;

Nível de fundo do
vaso separador de líquido – controla o nível do vaso responsável por drenar o
excesso de água (água livre) injetado no gás para a garantia da saturação em
água;

Teor de H2S no gás
de entrada na unidade de tratamento – monitora o teor de H2S no gás que será
tratado; Teor de H2S no gás tratado – monitora o teor de H2S no gás tratado.

Etapa de
desidratação



O gás proveniente
da unidade de tratamento de gás natural chega ao vaso separador de líquido para
separação de condensado e água livre arrastada. O gás livre de líquido é
enviado para os vasos secadores de gás natural. Cada secador contém um leito
fixo de peneira molecular para adsorção do vapor d’água em equilíbrio com o gás
natural (umidade do gás natural). A altura do leito é calculada para conferir a
autonomia de, no mínimo 15 horas de operação. Após um ciclo de operação de
aproximadamente 15 horas, o leito da peneira fica saturado em água, sendo
necessário, então iniciar a etapa de regeneração da peneira, a qual dura
aproximadamente 6 horas.



Após a regeneração,
ainda é necessária a de resfriamento do leito, antes que este entre em operação
normal. O resfriamento se completa em quatro horas, no máximo, podendo ser
concluído assim que a temperatura do gás atingir 50°c. Enquanto um leito esta
sendo regenerado, outro está em operação normal, desidratando o gás natural
carga da unidade (pode também ser utilizado para controle do tempo de regeneração,
um limite de tempo para que o decréscimo de temperatura do leito seja inferior
a 1°c).

As peneiras
moleculares constituem-se de um complexo de compostos, formados por alumínio,
silício, oxigênio e sódio. Esses componentes são combinados a fim de formar uma
mistura de cerâmica estável. Durante o processo de fabricação são formadas
cavidades rígidas na estrutura, em que a molécula de água fica armazenada após
o processo de adsorção que ocorre durante a passagem do gás úmido pelo leito da
peneira. As moléculas de uma peneira molecular se unem naturalmente, formando
uma estrutura semelhante a um cristal, o qual contém uma rede de cavidades
formadas pelas “paredes” das moléculas da peneira. Podem ser fabricados vários
tipos de cristais diferentes, com grande variação de tamanho e configuração dos
poros (cavidades), conforme for o objetivo do processo (qual o tipo de molécula
deverá ser retida pela peneira).

Os cristais das
peneiras utilizados nos sistemas de desidratação de gás natural são normalmente
ligados com um tipo de argila, para formar pequenas esferas de tamanho
controlado (pellets ou pelotas). O processo de fabricação da peneira é a
tecnologia que o fabricante guarda com cuidado, pois está aí o valor agregado
do processo. Exemplo de maquete do leito fixo das peneiras moleculares: ---&gt;

Características
principais da peneira molecular

Diâmetro da
partícula – 3,2mm; Massa específica – 640 kg/m³ a 700 kg/m³;

Capacidade de
retenção de água – 2,5 kg/100 kg;

Suporte – esfera
cerâmica inerte;

Grades de retenção
do leito – metálicas;

Mecanismo –
adsorção de água;

Material das
partículas – zeólitos sintéticos;

Alumino – silicatos
metálicos.

Principais malhas
de controle

Teor de água do gás
desidratado – valor normal: ponto de orvalho do gás abaixo de -100°c;

Controle de nível
do vaso separador de líquido – separar líquidos eventualmente arrastados da
etapa de dessulfurização;

Controle de pressão
do vaso separador de líquido – mantém sob controle a pressão dos vasos das
peneiras;

Pressão diferencial
dos filtros das peneiras – garante a integridade dos elementos filtrantes
(cartuchos) da peneira.

Regeneração das
peneiras moleculares

A regeneração é
feita por uma corrente de gás seco a cerca de 250°c, que é injetada no leito
saturado da peneira. A alta temperatura do gás vaporiza e retira a água do
leito da peneira. É utilizado um forno para aquecimento do gás utilizado na
regeneração. Os equipamentos auxiliares – filtro de poeira, compressor de gás
regenerado, resfriador de gás de regeneração e vaso separador – completam o
sistema de regeneração das peneiras. O gás utilizado na regeneração, após o
tratamento nesses equipamentos auxiliares, retorna à corrente principal de
carga da unidade.

Principais malhas
de controle

Controle de
temperatura do gás de regeneração – Controla a eficiência da etapa de
regeneração e a conclusão dessa etapa;

Controle de nível
do vaso decantador de água – controla o descarte da água separada do gás
natural nas peneiras;

Controle de pressão
do retorno de gás usado na regeneração – esta variável controla a pressão de
descarga do compressor que permite o retorno da corrente de gás utilizada na
regeneração à corrente principal; Vazão de gás para o forno – controla a vazão
do gás utilizado na regeneração.

Etapa de
pré-resfriamento

Esta etapa permite
economia do projeto, traduzida em menores equipamentos de refrigeração e menor
custo com eletricidade. As frações frias trocam calor com a carga de gás
natural mais quente em permutadores de alumínio tipo trocadores de placas (ou
originalmente chamados plate fin heat exchanger). Antes de sair da unidade para
destinação final.

Os permutadores
tipo plate fin heat exchanger são constituídos por placas de alumínio fundido,
formadas por blocos de camadas alternadas entre passagens estreitas e alertas
corrugadas. As camadas são separadas umas das outras por chapas seladas ao
longo das extremidades por meio de barras laterais. Esse tipo de permutador
possui uma grande área de transferência térmica por volume, devido ás placas
ser dispostas muito próximas entre si e o alumínio permitir uma alta taxa de
transferência de calor entre as correntes.

O gás natural seco
é submetido a cinco estágios de pré-resfriamento, por meio do aproveitamento da
corrente fria de gás residual proveniente da torre desmetanizadora e de um
ciclo de refrigeração a propano. A seqüência de passagem pelos permutadores é a
seguinte: Primeiro permutador gás-gás, primeiro resfriador de gás a propano,
segundo permutador gás-gás. Nota-se que os permutadores de aproveitamento de
energia estão misturados com os permutadores a propano, de forma a aperfeiçoar
o resfriamento do gás natural, com o menor gasto de energia.

Principal malha de
controle

Para monitoração do
estado dos filtros na entrada dos permutadores, são instalados medidores de
pressão diferencial a montante e a jusante do filtro.

Etapa de
refrigeração a propano

As unidades de
turbo-expansão podem utilizar resfriamento apenas a partir da expansão do gás
turbo-expansor ou ainda utilizar uma etapa de resfriamento da carga, por meio
de um ciclo de refrigeração a propano em regime fechado. O calor latente da
vaporização do propano é a fonte de refrigeração do gás natural.

Dentro dos
resfriadores ocorre a etapa de vaporização do ciclo. O vapor de propano oriundo
do resfriador de gás natural do segundo estágio é encaminhado para o vaso
economizador de propano e daí para a sucção do segundo estágio do compressor. O
vapor oriundo do resfriador do primeiro estágio é encaminhado para o vaso
separador de gás do turbo-expansor (vaso de topo de torre desmetanizadora).

Principais malhas
de controle

Controle de nível
do vaso do segundo estágio do compressor; Controle de nível do resfriador a
propano do primeiro estágio – esta variável controla a taxa de condensação de
pesados do gás. Quanto mais alto for o nível de propano, mais frações pesadas
são condensadas;

Controle de nível
do resfriador a propano do segundo estágio – esta variável também controla a
taxa de condensação de pesados do gás. A contrapartida é o que o nível alto do
resfriador tende a aumentar a pressão da descarga do compressor de propano;

Controle de pressão
do primeiro estágio do compressor – esta variável controla a temperatura do
primeiro estágio do compressor;

Controle de pressão
do vaso do primeiro estágio do compressor – esta variável controla a pressão de
sucção do compressor;

Controle de pressão
do vaso do segundo estágio do compressor – está variável controla a pressão
interestágio do compressor;

Controle de pressão
do vaso acumulador – esta variável controla a pressão de descarga do
compressor.

Etapa de expansão
isentrópica

É o sistema mais
importante e mais complexo da unidade, sendo responsável pelas baixas
temperaturas necessárias à liquefação da fração C2+ do gás natural. A correta
operação do turbo-expansor, principal equipamento da unidade, define, em ultima
instância, se a unidade obterá os produtos desejados, na quantidade e qualidade
esperadas.

A partir do vaso de
sucção do turbo-expansor, o gás natural é dividido em duas correntes, a
primeira enviada para resfriamento no condensador de topo da torre
desmetanizadora, transformando-se no refluxo desta a partir da injeção na
bandeja mais alta da torre. A outra corrente é enviada para o turbo-expansor,
no qual ocorre um forte resfriamento do gás, com condensação das frações mais
pesadas do que o metano. A expansão do gás natural além de gerar o efeito do
resfriamento, fornece energia para a compressão do gás seco no compressor
auxiliar (booster) do sistema de compressão de gás residual. O líquido contido
no fundo do vaso de sucção do turbo-expansor é direcionado para a torre
desmetanizadora, após resfriamento no permutador líquido-líquido que utiliza a
corrente fria desta.





Principais malhas
de controle

Controle de rotação
do turbo-expansor – esta variável é controlada pela vazão de alimentação de gás
do expansor;

Controle de pressão
da sucção do expansor – esta variável é controlada indiretamente pelo controle
de pressão do vaso de entrada do turbo-expansor .

Etapa de
desmetanização do LGN

A torre
desmetanizadora é um dos principais equipamentos da unidade, constituída por
seção de topo e de fundo. Na seção de topo ocorre a formação do gás seco
basicamente composto de metano, e na seção de fundo verifica-se a formação
líquida de gás natural (LGN), constituído por componentes mais pesados do que o
metano, os quais são condensados durante o resfriamento do gás natural. A etapa
de fracionamento do LGN, com geração dos produtos finais líquidos da unidade
(GLP, etano petroquímico, C5+ ), pode ser realizada no mesmo local da etapa de
recuperação de líquido ou em local distinto, como é o caso do projeto Cabiúnas
no estado do Rio de Janeiro, e do projeto MEGA na Argentina. Nesses dois
exemplos a unidade de recuperação de líquidos é interligada por um duto
transportador de LGN a unidade de fracionamento de líquido. A torre
desmetanizadora também pode ser utilizada para operar como uma desetanizadora
rejeitando etano para o gás disponibilizado para venda. Com essa finalidade, as
principais variáveis de controle de processo precisam ter seus valores
alterados.

Condições de
operação da torre desmetanizadora Primeira alternativa – operação com produção
de etano petroquímico

A corrente de gás
de saída do vaso de alimentação do turbo-expansor é dividida em duas correntes.
A primeira segue para o condensador, onde é resfriada e parcialmente condensada
para entrar na torre como o refluxo interno desta. A outra corrente de gás vai
para o turbo-expansor, onde o gás é expandido, resfriado e parcialmente
condensado, entrando na torre algumas bandejas abaixo da primeira corrente.

Principais malhas
de controle para produção de etano

Controle de nível
do vaso de topo; Controle de pressão da torre desmetanizadora;

Controle de vazão
de refluxo da torre;

Controle de
temperatura do fundo da torre;

Controle de vazão
do refervedor da torre;

Controle da razão
entre as vazões de alimentação intermediárias da torre.

Segunda alternativa
– operação com rejeição de etano para o gás

Nesta alternativa,
a corrente de gás de saída do vaso de alimentação do turboexpansor é dividida
em três correntes: a primeira segue para o condensador, onde é resfriada e
parcialmente condensada para entrar na torre como refluxo interno desta, nesse
caso, opera como uma desetanizadora. A terceira corrente vai para o
turboexpansor, onde o gás é expandido, resfriado e parcialmente condensado na
torre, compondo o refluxo interno desta.

Principais malhas
de controle para rejeição de etano

Controle de
temperatura do topo da torre (para rejeição de etano); Controle de temperatura
do fundo da torre (para rejeição de etano);

Controle de pressão
para torre desmetanizadora.

Etapa de compressão
de gás seco

O gás de saída da
torre desmetanizadora troca calor nos permutadores plate fin da unidade e flui
para o vaso separador de gás seco, no qual ocorre a remoção eventual de
líquido. O gás seco segue para o compressor auxiliar (compressor acoplado ao
turboexpansor) e, então, para o compressor principal de gás residual, sendo
resfriado no permutador de gás seco antes de ser, finalmente, encaminhado para
o gasoduto de transferência.

Controle de pressão
de descarga do compressor – esta variável controla a pressão de entrada do gás
na malha de transporte para entrega ao consumidor final;



Controle anti-surge
do compressor – feito por uma válvula de controle de fluxo, o controle garante
a vazão mínima necessária que impede a ocorrência do fenômeno chamado surge no
compressor.

Etapa de
fracionamento do LGN

O LGN etanizado
segue para a área de fracionamento para ser separado nas frações de
hidrocarbonetos de interesse comercial, por meio da passagem do LGN por uma
seqüência em série de torres destiladores. A seqüência de fracionamento de
fracionamento do LGN é:

Torre desetanizadora
– separa a corrente de etano do LGN; Torre despropanizadora – separa a corrente
de propano do LGN;

Torre
desbutanizadora – separa a corrente de butano do LGN;

Torre
deisopentanizadora – separa a corrente de isopentano pelo topo e a corrente C5+
pelo fundo.

Existe apenas uma
bomba, chamada bomba de carga da área de fracionamento, que alimenta a primeira
torre da série, a desetanizadora. Para a alimentação das demais torres da
seqüência, as pressões de operação são definidas de forma a permitir o
escoamento seqüencial do LGN apenas por diferença de pressão, sem necessidade
de bombas intermediárias.

Principais malhas
de controle

Controle de pressão
das torres; Controle de temperatura de topo das torres;

Controle de
temperatura de fundo das torres;

Controle de nível
dos vasos de topo;

Vazão de refluxo.

Processo
turbo-expansão para produção de etano – Exemplos de aplicação

Projeto Cabiúnas

Os objetivos
principais do projeto Cabiúnas são ampliar a capacidade de transporte de gás
natural produzido na Bacia de Campos e garantir o fornecimento de insumos ao
pólo Gás-Químico do Rio de Janeiro. O aumento da produção de gás natural da
Bacia de Campos exigiu um proporcional aumento da capacidade de escoamento
deste para possibilitar o seu aproveitamento nos grandes centros consumidores.
O projeto Cabiúnas, por meio de um complexo industrial de processamento de gás
natural, veio proporcionar as condições técnicas ideais para a movimentação de
gás a partir dos campos produtores até a entrega de produtos acabados aos consumidores
finais de gás e ao pólo Gás Químico.

Concepção básica do
projeto

O projeto é
constituído por um gasoduto que interliga barra do furado a

Cabiúnas, para
escoamento do gás produzido pelas plataformas da bacia de campos (Gascab I); um
sistema de compressão de gás natural, localizado em Cabiúnas; dois módulos da
unidade de recuperação de líquido (URL), também localizados em Cabiúnas; um
duto de transferência de líquido de gás natural (Osduc I), interligando
Cabiúnas à Reduc; e uma unidade de fracionamento de líquido (UFL), localizada
na Reduc, Rio de Janeiro.

Principais
problemas operacionais do processo turbo-expansão

Falha do sistema
supervisório de controle

Devido ao alto
nível de complexidade, a unidade possui um sistema de controle bastante
automatizado. Dessa forma, opera com baixo nível de intervenção manual, o que
facilita o controle, reduz a rotina operacional e minimiza riscos e erros,
porém, torna o sistema mais sensível, em caso de falha do sistema supervisório.
Normalmente, falhas na rede dos controladores lógicos programáveis (CLPs) ou na
rede dos computadores de controle significam parada total da unidade pelo tempo
necessário à correção do problema.

Formação de hidrato

Para uma unidade
que chega a atingir -96°c, a formação de hidratos é um problema bastante
crítico, obrigando a parada geral dos sistemas a frio da unidade por várias
horas para desfazer o hidrato formado. A melhor e a única solução eficaz é a
prevenção, e esta tem como princípio básico a medição continua da unidade
residual do gás processado, por meio de medidores em linha para propiciar as
correções necessárias a tempo de evitar o processo de formação de hidrato. Os
principais fatores que podem ocasionar formação de hidrato nesse tipo de
unidade são os seguintes:

Leito da peneira
saturado (tempo de campanha esgotado); Falha do compressor de gás quente;

Aumento do teor de
água no gás natural;

Regeneração
deficiente (temperatura baixa por falha do forno, baixa vazão de gás quente ou
falha no controlador da programação da regeneração).

Parada do
turbo-expansor

Como principal
equipamento da unidade, a falha do turbo-expansor causa perda de eficiência na
obtenção de baixas temperaturas, porém a unidade permanece operando por meio da
válvula de desvio do turbo-expansor, obtendo-se a expansão isentálpica por
efeito Joule-Thomson, o qual é menos eficiente do que a expansão isentrópica
promovida pelo turbo-expansor.

Parada dos
compressores de propano

A parada do
compressor de propano normalmente está relacionada à qualidade do propano do
ciclo. Altos teores de etano presentes no propano refrigerante acarretam
pressões altas na descarga da máquina, o que pode determinar a queda do
compressor.

Falha do forno da
desmetanizadora

Os principais problemas envolvendo a área quente dessa unidade
estão relacionados de alguma forma à falha do forno, sendo a mais comum causada
por falha da instrumentação de controle e segurança do equipamento. Problemas,
como má qualidade do combustível, queda de refratário, furo da serpentina e
travamento do abafador, também podem gerar paradas do equipamento.

Isolamento térmico frio danificado

Quando ocorre algum fato que impacta o nível de isolamento
térmico dos sistemas a frio da unidade, a perda de eficiência é imediata,
implicando, muitas vezes, a necessidade de paradas não programadas para
recuperação do isolamento.

Conclusão

Concluiu-se que o processo de turbo-expansão é de grande
importância e apresenta-se bastante eficiente no procedimento de tratamento do
gás natural utilizado nos dia atuais pelas unidades de tratamento do gás. Para
o bom desempenho deste procedimento é necessário ainda que a equipe possua o
bom entendimento do processo termodinâmico apresentado durante a operação, e
que conheça bem a cada uma das etapas que envolvem o procedimento.

Referência

VAZ, Célio Eduardo Martins. Tecnologia da industria do gás
natural / Célio


Eduardo Martins Vaz, João Luiz Ponce Maia, Walmir Gomes dos
Santos. – 1ª ed. – São Paulo: Blucher, 2008.