3° Trabalho - 2° Etapa - Equipe 4 - Fracionamento do Gás Natural_ Parcial

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA

DISCIPLINA: MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS

FRACIONAMENTO DO GÁS NATURAL PARA OBTENÇAO DO GLP

SIMULAÇÃO ALTERANDO AS CONDIÇÕES DAS CORRENTES

ENVOLVIDAS NO PROCESSO

Belém - PA

Agosto / 2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA

DISCIPLINA: MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS

FRACIONAMENTO DO GÁS NATURAL PARA OBTENÇAO DO GLP

SIMULAÇÃO ALTERANDO AS CONDIÇÕES DAS CORRENTES

ENVOLVIDAS NO PROCESSO

Professora: Marilena Emmi Araújo.

Discentes: Carlos Adriano Moreira da Silva - 09025004001

Josiel Lobato Ferreira - 09025001601

Meyre Lane Pereira - 09025004401

Belém - Pará

Agosto / 2013

Trabalho apresentado como parte

integrante da avaliação da disciplina

Modelagem e Simulação de Processos, do

curso de Engenharia Química da

Universidade Federal do Pará.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO. ..................................................................................................................... 1

2. REVISÃO. .............................................................................................................................. 1

2.1. DEFINIÇÃO DE GÁS NATURAL. . ...................................................................................... 1

2.2. EXTRAÇÃO. ........................................................................................................................... 3

2.3. COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL BRUTO. .................................................................... 4

2.4. COMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL COMERCIAL. .......................................................... 5

2.5. COMPOSIÇÃO DO GLP COMERCIAL................................................................................ 6

3. PROGRAMA COMPUTACIONAL - HYSYS. .................................................................. 8

4. DESCRIÇÃO DO PROCESSO. ........................................................................................... 8

4.1. REFRIGERAÇÃO SIMPLES................................................................................................ 10

4.2. SEPARADOR FLASH DE ALTA PRESSÃO. ..................................................................... 11

4.3. TURBO-EXPANSÃO. .......................................................................................................... 11

4.4. SEPARADOR FLASH DE BAIXA PRESSÃO. ................................................................... 12

4.5. PROCESSO DE EXPANSÃO JOULE-TOMSON. .............................................................. 13

4.6. COLUNA DE DESMETANIZAÇÃO. .................................................................................. 14

4.7. MISTUTADOR. .................................................................................................................... 19

4.8. RE-COMPRESSÃO E COMPRESSÃO FINAL. .................................................................. 19

5. ANÁLISE DA SIMULAÇÃO COM MODIFICAÇÃO DE PARÂMETROS 20

6. CONCLUSÕES. ................................................................................................................... 24

7. REFERÊNCIAS............................................................................. ................................... ...25

1

1) INTRODUÇÃO

Os constituintes desejáveis do óleo bruto e do gás natural são os hidrocarbonetos. Estes

compostos vão de metano a hidrocarbonetos parafínicos com 33 átomos de carbono e a

hidrocarbonetos aromáticos polinucleares com 20 ou mais átomos de carbono; gás natural é

principalmente metano. Óleo bruto é constituído, primordialmente de hidrocarbonetos líquidos

tendo 4 ou mais átomos de carbono. O gás natural, produzido a partir de um reservatório de gás,

pode conter pequenas quantidades de hidrocarbonetos mais pesados, os quais são separados como

um líquido chamado "condensado".

Gás natural tem sido usado comercialmente como combustível há 150 anos na América e a

centenas de anos na China. A produção, processamento e distribuição do gás natural se tornou um

importante segmento da economia e é um fator crucial no mercado de energia no mundo.

Plantas de processamento de gás natural são, usualmente, projetadas para remover certos

produtos, como gases ácidos e componentes condensáveis, necessários para produzir o gás em

condições de mercado, isto é, gasolina natural, butano, propano, etano e metano. Gás natural tem

sido usado comercialmente como combustível há 150 anos na América e a centenas de anos na

China. A produção, processamento e distribuição do gás natural se tornou um importante segmento

da economia e é um fator crucial no mercado de energia no mundo.

Plantas de processamento de gás natural são, usualmente, projetadas para remover certos

produtos, como gases ácidos e componentes condensáveis, necessários para produzir o gás em

condições de mercado. Em algumas unidades o processamento inclui o fracionamento do gás

natural em Gás Liquefeito de Petróleo (GLP).

O presente trabalho tem por objetivo analisar um processo de fracionamento de gás natural

para obtenção de GLP e comparar os resultados com as especificações de mercado conforme a

resolução da Agência Nacional de Petróleo (ANP).

2) REVISÃO

2.1) Definição de gás natural

De modo similar aos demais combustíveis fósseis, o gás natural é uma mistura de

hidrocarbonetos gasosos, originados da decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de

milhões de anos. Em seu estado bruto, o gás natural é composto principalmente por metano, com

proporções variadas de etano, propano, butano, hidrocarbonetos mais pesados e também CO2, N2,

2

H2S, água, ácido clorídrico, metanol e outras impurezas. Os maiores teores de carbono são

encontrados no gás natural não-associado.

As principais propriedades do gás natural são a sua densidade em relação ao ar, o poder

calorífico, o índice de Wobbe, o ponto de orvalho da água e dos hidrocarbonetos e os teores de

carbono, CO2, hidrogênio, oxigênio e compostos sulfurosos. Outras características intrínsecas

importantes são os baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis

fósseis, rápida dispersão em caso de vazamentos, os baixos índices de odor e de contaminantes.

Ainda, em relação a outros combustíveis fósseis, o gás natural apresenta maior flexibilidade, tanto

em termos de transporte como de aproveitamento.

A Tabela 1 apresenta dados sobre reservas, produção e consumo mundial de gás natural no

ano de 2002. Os dados indicam que as reservas mundiais durariam cerca de sessenta anos,

desconsideradas novas descobertas e mantida a produção nos patamares de 2002.

Uma visão das reservas mundiais e do consumo de gás natural em 2002 é apresentada nas

Figuras 1 e 2, respectivamente.

Tabela 1 – Reserva, produção e consumo de gás natural no mundo.

Figura 1 - Reservas mundiais de gás natural, situação em 2002 (trilhões de m3).

3

Figura 2 – Consumo mundial de gás natural em 2002 (trilhões de tEP).

2.2) Extração

O processo de extração do gás natural é simples. Como as suas jazidas se encontram no

subsolo, utiliza-se poços de perfuração para levá-lo à superfície por meio de dutos. Na maioria dos

poços a pressão do gás natural é suficiente para jogá-lo para fora e conduzi-lo por tubulações até

pontos de coleta. Após ser processado, o gás natural é comprimido e distribuído.

Figura 3 – Extração de gás natural em ambiente marinho.

Estima-se que no final de 2002 as reservas de gás natural em nível mundial eram de 155,78

trilhões de metros cúbicos localizados principalmente na Europa e na Eurásia (39%) e no Oriente

Médio (36%). Mas, essa quantidade tende a crescer, uma vez que novas jazidas de gás natural

foram descobertas recentemente.

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A alta qualidade do gás natural como energético é decorrente de suas propriedades químicas e

físicas. Como o produto comercial é limpo de impurezas e com baixo índice de compostos

sulfurosos os gases resultantes de sua combustão podem entrar em contato direto com produtos e

processos sem contamina-los e a evacuação dos gases de exaustão pode ser realizada com o

máximo aproveitamento do calor (temperaturas em torno de 100ºC) sem o risco de formação de

ácidos e a consequente corrosão dos trocadores de calor e das chaminés.

Por outro lado, seu estado gasoso propicia um nível de controle nos processos de combustão

que permite garantir a elevada qualidade de produtos e processos mais sofisticados. Em alguns

casos particulares a promoção de uma atmosfera oxidante ou redutora (sem oxigênio livre) no

ambiente de processos é desejada e a aplicação de uma chama oxidante e redutora a gás atende à

necessidade. Segundo o Departamento de Energia dos Estados Unidos, a eficiência do gás natural,

da fonte até seu consumo final, é de aproximadamente 91%. Isto é, nove em cada dez unidades de

energia extraída do solo são utilizadas.

2.3) Composição do gás natural bruto

Os processos naturais de formação do gás natural são a degradação da matéria orgânica por

bactérias anaeróbias, a degradação da matéria orgânica e do carvão por temperatura e pressão

elevadas ou da alteração térmica dos hidrocarbonetos líquidos.

A matéria orgânica fóssil é também chamada de querogêneo e pode ser de dois tipos:

querogêneo seco, quando proveniente de matéria vegetal e querogêneo gorduroso, quando

proveniente de algas e matéria animal.

No processo natural de formação do planeta ao longo dos milhões de anos a transformação da

matéria orgânica vegetal, celulose e lignina, produziu o querogêneo seco que ao alcançar maiores

profundidades na crosta terrestre sofreu um processo gradual de cozimento, transformando-se em

linhito, carvão negro, antracito, xisto carbonífero e metano e dando origem às gigantescas reservas

de carvão do planeta.

A transformação da matéria orgânica animal ou querogêneo gorduroso não sofreu o processo

de cozimento e deu origem ao petróleo. Nos últimos estágios de degradação do querogêneo

gorduroso, o petróleo apresenta-se como condensado volátil associado a hidrocarbonetos gasosos

com predominância do metano. Por esta razão é muito comum encontrar-se reservas de petróleo e

gás natural associados.

Assim, o gás natural como encontrado na natureza é uma mistura variada de hidrocarbonetos

gasosos cujo componente preponderante é sempre o Metano. O gás natural não associado apresenta

5

os maiores teores de Metano, enquanto o gás natural associado apresenta proporções mais

significativas de Etano, Propano, Butano e hidrocarbonetos mais pesados.

Além dos hidrocarbonetos fazem parte da composição do gás natural bruto outros

componentes, tais como o Dióxido de Carbono (CO2), o Nitrogênio (N2), Hidrogênio Sulfurado

(H2S), Água (H2O), Ácido Clorídrico (HCl), Metanol e impurezas mecânicas. A presença e

proporção destes elementos depende fundamentalmente da localização do reservatório, se em terra

ou no mar, sua condição de associado ou não, do tipo de matéria orgânica ou mistura do qual se

origino, da geologia do solo e do tipo de rocha onde se encontra o reservatório, etc.

Para exemplificar a diversidade e a variabilidade da composição do Gás Natural Bruto, bem

como a predominância do gás metano, apresentamos a seguir a sua composição em alguns países.

Tabela 2 – Composição do Gás Natural Bruto em Alguns Países

2.4) Composição do gás natural comercial

A composição comercial do gás natural é variada e depende da composição do gás natural

bruto, do mercado atendido, do uso final e do produto gás que se deseja. Apesar desta variabilidade

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da composição, são parâmetros fundamentais que determinam a especificação comercial do gás

natural o seu teor de enxofre total, o teor de gás sulfídrico, o teor de gás carbônico, o teor de gases

inertes, o ponto de orvalho da água, o ponto de orvalho dos hidrocarbonetos e o poder calorífico.

Apresentamos a seguir as normas para a especificação do Gás Natural a ser comercializado no

Brasil, de origem interna e externa, igualmente aplicáveis às fases de produção, de transporte e de

distribuição desse produto, determinadas pela Agência Nacional do Petróleo – ANP na Portaria N.º

16, de 17 de Junho de 2008. O Gás Natural deverá atender à especificações apresentadas na Tabela

3.

Tabela 3 – Especificação para o Gás Natural comercializado no Brasil.

2.5) Composição do GLP comercial

O GLP também conhecido como gás de cozinha é obtido do processamento do petróleo ou

gás natural. Ele pode ser armazenado em botijões ou tanques de várias dimensões e é utilizado com

maior frequência em fogões, aquecedores de água a gás, churrasqueiras a gás, geladeiras a gás,

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empilhadeiras, estufas e caldeiras. Em todos esses usos, o GLP oferece economia, praticidade e

baixa emissão de carbono.

Ele é constituído de basicamente dois componentes: o propano e o butano. Devido as suas

características de inflamabilidade e por ser inodoro é adicionado ao GLP composto a base de

enxofre, chamado mecaptídico, que dá o cheiro característico do gás, proporcionando mais

segurança em caso de vazamento. O GLP não é corrosivo, não polui solos e rios e o mesmo deve

atender as especificações apresentadas na Tabela 4.

Tabela 4 – Especificação para o propano, butano e suas misturas (GLP).

8

3 ) PROGRAMA COMPUTACIONAL – HYSYS

Torres de fracionamento com multi-estágios, assim como unidades de destilação de óleo a

vácuo, desmetanizadores aquecidos, e colunas de destilação extrativas, são unidades de operação

muito complexas que o programa HYSYS simula.

O HYSYS é um programa computacional para simulação de processos químicos, fornecido

pelo Departamento de Engenharia da Aspen Tecnology, Inc. que é uma das fornecedoras de

referência mundial de software e serviços para processos industriais.

ASPENTECH ajuda os seus clientes a obterem um alto grau de operabilidade, maximizando

os seus lucros e otimizando o seu desempenho profissional.

O HYSYS tem a capacidade de rodar torres criogênicas, sob altas pressões, sistemas de

absorção, absorção de óleo rico, retificadores de águas ácidas (sour water strippers), torres

complexas de petróleo, colunas de destilação azeotrópica, etc. Não estão programados limites para o

número de componentes ou estágios. O tamanho da coluna que podemos resolver depende da nossa

configuração de hardware e a capacidade da memória do computador que temos disponíveis.

4) DESCRIÇÃO DO PROCESSO

O gás natural pode passar por diversas etapas de processamento, tais como: remoção de gases

ácido (H2S e CO2), desidratação, extração de hidrocarbonetos mais pesados que o metano,

comumente referidos como Líquidos de Gás Natural (LGN) e obtenção de GLP. Neste caso,

subentende-se que as duas primeiras etapas já foram processadas e o processo em questão visa

inicialmente extrair os componentes mais pesados que o metano e seguir por diversas etapas a fim

de se obter como produto final o GLP e uma corrente rica em metano.

9

A Figura 4 apresenta o fluxograma o processo de fracionamento de gás natural.

Figura 4 - Fluxograma do processo geral implementado no HYSYS 2006.

A corrente de alimentação “Feed Gas” apresenta as seguintes condições mostradas na Figura

5.

Figura 5 – Condições e composição da corrente de alimentação de gás natural ou Feed Gas.

10

Conforme se observa esta corrente encontra-se na temperatura de 30°C, 5000kPa, com uma

vazão mássica de 52865,23kg/h e totalmente na fase vapor. É observado ainda que a corrente

apresenta uma grande quantidade de gás metano e pequenas quantidades de outros hidrocarbonetos,

e outros elementos como o gás carbônico e o gás nitrogênio. A composição de entrada do gás vem

desprovida de H2S e H2O.

4.1) Refrigeração simples

O processo de recuperação de hidrocarbonetos líquidos por refrigeração simples, como o

próprio nome sugere, consiste meramente no resfriamento do gás de modo a promover a

condensação do propano e mais pesados. Este processo encontra aplicação quando o objetivo é

apenas recuperar componentes a partir do propano (LGN) e não se deseja recuperações muito

elevadas ou deseja-se apenas condicionar o “dew-point” do gás para o transporte.

A corrente Feed Gas passa por um trocador de calor denominado LNG-100, onde perde calor

para duais correntes. Uma das correntes provem do topo do Tanque Flash V-101, que corresponde a

“corrente 7” e a outra corrente provem da subunidade de recuperação de GLP denominada “LPG

Recover”, ou mais especificadamente do condensador conforme se verá mais adiante, que

corresponde a “corrente 9”. Ambas as correntes encontram-se a temperaturas abaixo da temperatura

da corrente de alimentação e, portanto, elas recebem calor da corrente de alimentação “Feed Gas”.

A corrente que sai do trocador de calor LNG-100 denominada de “corrente 1A” apresenta

uma temperatura e pressão menor que a de alimentação Feed Gas, formando as fases líquida e

vapor, conforme se vê na Figura 6. A temperatura diminui bruscamente, mas a pressão diminui

muito pouco.

Figura 5 – Condições da corrente 1A.

Em seguida a “corrente 1A” passa novamente por um trocador de calor, onde novamente

ocorre diminuição da sua pressão e temperatura, conforme a Figura 6. Conforme é observado

também, aumenta-se a fração da fase líquida e diminui-se a fração da fase vapor.

11

Figura 6 – Condições da corrente 2.

4.2) Separador Flash de alta pressão

A “correte 2” alimenta um Tanque Flash de alta pressão denominado de V-100, onde é

dividido em duas correntes denominadas “corrente 3” e “corrente 4”. A “corrente 3” que

corresponde a corrente de topo do Tanque Flash V-100 encontra-se na fase vapor, ou vapor saturado

e possui a mesma temperatura e pressão da “correte 2”, pois o Tanque Flash V-100 opera

isotermicamente e isobaricamente, apresentando as seguintes condições e composição mostrada da

Figura 7:

Figura 7 – Condições e composição da corrente 3.

É observado que houve um aumento na concentração de metano nesta corrente, e diminuição

da concentração dos outros hidrocarbonetos havendo até a separação total de alguns, como por

exemplo, o n-pentano e o n-hexano.

4.3) Turbo-expansão

O Processo Turbo-Expansão é o processo mais eficiente atualmente utilizado no

processamento de gás natural, pois é o processo que produz as mais baixas temperaturas (<-95ºC).

12

É capaz de extrair praticamente todo o propano da corrente gasosa, e é o processo com melhor

eficiência na recuperação de etano.

Baseia-se na expansão isentrópica do gás através de uma turbina (turbo-expansor) com a

realização de trabalho, onde o trabalho produzido é aproveitado para movimentar um compressor

responsável pela re-compressão do gás produzido. É um processo com alto custo de investimento e

bastante complexo em sua operação, sendo normalmente aplicado para unidades com capacidade

nominal superior a 2.500.000 m3/dia e que tenham por objetivo recuperar o máximo possível de

LGNs, para que tenham retorno financeiro adequado.

A “corrente 3” na forma de vapor saturado alimenta um expansor denominado K-100. A

corrente de saída denominada “corrente 5” apresenta as fases líquida e vapor, diminui sua

temperatura e pressão conforme a Figura 8:

Figura 8 – Condições corrente 5.

4.4) Separador Flash de baixa pressão

A “correte 5” alimenta um Tanque Flash de baixa pressão denominado de V-101, onde é

dividido em duais correntes denominado de “corrente 7” (já citada anteriormente) e “corrente 6”.

As correntes “6” e “7” apresentam a mesma temperatura e pressão, pois o Tanque Flash V-101

também opera isotermicamente e isobaricamente. A “corrente 7” que apresenta-se na fase de vapor

saturado, aumentou a concentração do metano e diminuiu a concentração dos outros

hidrocarbonetos e outros compostos como o gás carbônico e o gás nitrogênio, conforme a Figura

abaixo:

13


4.5) Processo de expansão Joule-Thomson

O processo Joule-Thomson tem como principal característica sua simplicidade. A expansão

isentálpica do gás através de uma válvula provoca queda em sua temperatura, com consequente

condensação de LGNs. Como a eficiência do processo na recuperação de LGNs depende da pressão

disponível do gás, esse processo é normalmente utilizado para simples acerto do ponto de orvalho, e

mesmo nesses casos a especificação do gás para venda pode não ser atingida (é o caso de gases

ricos em hidrocarbonetos mais pesados que o metano). Dependendo da pressão do gás disponível,

visando proporcionar maior robustez ao processo e garantir a especificação do gás para venda, é

prática comum comprimir-se previamente o gás antes da expansão Joule-Thomson.

A “corrente 4” que representa a corrente de base do Tanque Flash de baixa pressão V-100,

encontra-se como líquido saturado e ainda apresenta uma grande quantidade de metano:


14

A “corrente 4” é enviada a uma válvula de estrangulamento onde corre a diminuição da sua

pressão e temperatura, ocorrendo a formação das fases líquida e vapor, conforme a Figura 11:

Figura 11 – Condições da corrente 8.

4.6) Coluna de Desmetanização

Desmetanização é a operação compreendida no processamento do gás natural, para separar

componentes mais pesados, em uma corrente líquida contendo hidrocarbonetos pesados de uma

corrente gasosa que contém metano como principal produto.

O principal objetivo da desmetanização é aumentar a concentração dos hidrocarbonetos

pesados, os quais têm maior valor energético e consequentemente maior valor econômico e que

serão seguidamente submetidos a outras operações de separação.

Entretanto, o metano (gás leve) de menor valor energético é utilizado pela indústria,

automóveis, residências, comércios e usinas de geração de energia (termoelétrica).

A “corrente 6” que encontra-se como líquido saturado e que apresenta uma grande quantidade

de metano é enviada a subunidade de recuperação de GLP ou “LPG Recover”. A “corrente 6” entra

no condensador, conforme é visto na Figura 12:

Figura 12 - Fluxograma do processo de Desmetanização implementado no HYSYS 2006.

15


No fluxograma tem-se um símbolo (um losangulo com a letra “s” dentro), atravessado por

uma linha verde, que significa que um dado parâmetro de uma corrente é utilizada por uma outra

dada corrente. Na planta analisada, deseja-se estabelecer que a pressão na corrente 5 seja a mesma

que na corrente 9.

Conforme pode-se ver no fluxograma geral da Figura 4, a coluna de desmetanização funciona

como se fosse uma subunidade de desmetanização. A “corrente 8” apresentando as fases líquida e

vapor entra na coluna denominada de “Main TS” com 5 estágios teóricos.

As correntes de saída da coluna “Main TS” são denominadas de “To Condenser” e representa

a corrente de base e a corrente “To Reboiler” representa a corrente de base. A corrente “To

Condenser” apresenta totalmente na fase vapor e apresenta grandes quantidades de metano e etano.

Figura 14 – Condições e composição da corrente “To Condenser”.

16

Esta corrente é enviada ao condensador juntamente com a “corrente 6”. As fases líquida e

vapor das correntes “6” e “To Condenser” se misturam no condensador. Uma parte da corrente

denominada “Reflux” volta para a coluna e a outra parte denomina “corrente 9” é enviada ao

trocador de calor LNG-100. A corrente “Reflux” apresenta-se totalmente na fase líquida e grandes

quantidade de metano, que ainda precisa ser recuperado, e por isso, retorna a coluna “Main TS”.

Figura 15 – Condições e composição da corrente “Reflux”.

A “corrente 9” apresenta-se totalmente na fase vapor e uma grande quantidade de metano.


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A corrente “To Reboiler” apresenta-se na fase líquida e com grandes quantidades de etano e

propano, passa através de uma bomba e um trocador de calor até chegar a um tanque Tanque Flash

V-100 conforme se ver na Figura 4.

Figura 17 – Condições e composição da corrente “To Reboiler”.

O Tanque Flash V-100 divide em duais correntes denominadas de “Boilup” e “corrente 10”.

A corrente “Boilup” apresenta-se na fase vapor com grandes quantidade de etano e propano, e é por

isso que esta corrente retorna ao Tanque Flash V-100.

Figura 18 – Condições e composição da corrente “Boilup”.

18

A corrente 10 apresenta-se na fase líquida e com grandes quantidades de etano e propano,

pequenas quantidade de outros hidrocarbonetos. Esta corrente corresponde a um produto do

processo e é denominada de GLP, ou gás liquefeito de petróleo.


A corrente de saída da subunidade ou coluna de desmetanização passa através de uma bomba

e um trocador de calor até se tornar na corrente “Reboiler Out” com as seguintes condições e

composição na Figura 20:

Figura 20 – Condições e composição da corrente “Reboiler Out”.

19

4.7) Misturador

E agora as correntes “7” e “9” ricas em metano trocam calor conforme já mencionadas

anteriormente e misturam-se no misturador MIX-100 resultando a seguinte condição e composição

mostrada na Figura 21:


4.8) Re-Compressão e Compressão Final

A “corrente 11” passa por um compressor denominado K-101 onde utiliza o calor gerado da

turbina K-100, seguido por um trocador de calor que diminui a sua temperatura, passando

novamente em outro compressor denominado K-102, onde é resultando uma corrente denominada

“Export Gas” rica em metano, conforme mostra a Figura 22:

20

Figura 22 – Condições e composição da corrente “Export Gas”.

Conforme pode-se observar a corrente resultante do processo “Export Gas” apresenta uma

grande quantidade de metano, o qual é o objetivo do processo, concentrar em metano e houve

separação dos outros hidrocarbonetos, no qual outros compostos estão presentes em maior

quantidades nas correntes 10 (GLP) e “Reboiler Out”.

5) ANÁLISE DA SIMULAÇÃO COM MODIFICAÇÃO DE PARÂMETROS

Foram realizadas três simulações do processo em questão conforme descrito no quadro 1. As

modificações foram realizadas em dois. O Equipamentos E-100, que corresponde ao 2° trocador de

calor que irá realizar o resfriamento da corrente de alimentação. O Equipamento K-100, que

corresponde a um turbo expansor.

Os parâmetros foram inseridos no simulador. Depois deu-se um “Reset” para que o simulador

limpe da memória os cálculos realizados e estimados na simulação anterior. E em seguida deu-se

um “Run” para o simulador realizar os novos cálculos e estimativas das variáveis do processo com

os novos parâmetros inseridos.

Tabela 5 – Parâmetros utilizados na Simulação para os equipamentos.

Equipamento E-100 Equipamento K-100

Variável Modificada

Temperatura da Corrente 2 (°C)

Temperatura da

Corrente

3@TPL1 (°C)

Pressão (kPa)

Antiga Simulação -62 -62 2800

1º simulação -70 -70 2800



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A pressão no equipamento K-100, representa a pressão de saído do mesmo.

O principal objetivo da simulação do processo de fracionamento do gás natural em

questão é obter as correntes 10 e Export Gas, e portanto, irá analisar se com as alteração

realizadas, ocorrer mudanças significativas nas quantidades dos principais produtos

desejáveis no processo e assim avaliar o processo através da comparação entre os casos

de estudo do trabalho anterior com o presente trabalho.

As Fig.(24-26) mostram o resultado das simulações realizadas conforme a tabela X, para a

corrente 10. A corrente 10, representa um dos produtos obtidos do fracionamento do gás natural que

é o GLP. Ele é constituído de basicamente dois componentes: o propano e o butano. E é neste dois

componentes que pode-se realizar a análise dos resultados obtidos para esta corrente.

Figura 23 – Composição da corrente 10 para Antiga Simulação.

Figura 24 – Composição da corrente 10 para 1° Simulação.

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Conforme pode-se observar nas fig.(24-26), houve pouca diferença nas quantidades obtidas de

propano e butano com as modificações realizadas, ocorrendo um pequeno aumento, em relação as

três simulações, na fração molar no propano para a simulação 2.

Tabela 6 – Fração molar dos componentes principais do GLP para as diferentes simulações

da corrente 10.

XPropano XButano

Antiga Simulação 0,5334 0,1944

1° Simulação 0,5519 0,1869

2° Simulação 0,5447 0,1902

3° Simulação 0,5130 0,2025

Além de separar os hidrocarbonetos para obter o GLP, deseja-se também obter uma corrente de alta

concentração de metano, que é representado pela corrente Export Gas. As Fig.(28-30) mostram o

resultado das simulações realizadas conforme a tabela X, para a corrente Export Gas.

23

Figura 27 – Composição da corrente Export Gas para Antiga Simulação.

Figura 28 – Composição da corrente Export Gas para 1° Simulação.


24


Conforme pode-se observar nas fig.(28-30), não houve mudanças significativas nas

quantidades obtidas de metano com as modificações realizadas.

Tabela 7 – Fração molar do metano para as diferentes simulações da corrente 10

Export Gas.

XMetano

Antiga Simulação 0,9337

1° Simulação 0,9349



6) CONCLUSÕES

Foi abordado nesse trabalho o estudo do processamento do gás natural para a obtenção de

GLP, utilizando-se o simulador de processos HYSYS. O processo compreende inúmeras etapas

dentre as quais, se destacam: refrigeração simples, separador flash, turbo-expansão, expansão joule-

Thomson, desmetanização, entre outras.

Na concepção do fluxograma, foram levantados dados na literatura sobre os equipamentos

envolvidos, suas configurações típicas, além dos processos possíveis para o tratamento do gás

natural.

De posse dos resultados obtidos pode-se dizer que esse tipo de planta é uma boa alternativa

para ser implantada em um projeto para o fracionamento de gás natural, haja vista que o produto

obtido (GLP) está razoavelmente dentro das especificações. É necessário ainda novas análises para

identificar parâmetros que podem ser alterados para a otimização do processo em questão.

25

7) REFERÊNCIAS

AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, Gás natural e biocombustíveis – ANP.

Disponível em: http://www.anp.gov.br. Acesso em: 17/07/2013.

FILHO, D, H. M. Introdução ao processamento e tratamento do gás natural. Petróleo

Brasileiro S.A. Apostila, Manaus, 2005.

GOMES, C. S. M. Remoção de hidrocarbonetos pesados do gás natural visando o ajuste

do índice de metano. Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande

do Norte, 2007.

PANTOJA, C. E. Análise de viabilidade técnica e econômica de tecnologias de

processamento de gás natural. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, 2009.

SANT’ANNA, A. A. Simulação de processamento de gás natural em plataforma off-

shore. Programa de Engenharia Química da ANP, Rio de Janeiro, 2005.

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3° Trabalho - 2° Etapa - Equipe 4 - Fracionamento do Gás Natural_ Parcial

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