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Condicionamento do GN-Desidratação
O que é um hidrato?
É uma solução sólida, visualmente similar ao gelo, de
composição mal definida entre moléculas de
hidrocarbonetos e água livre.
HIDRATO = HIDROCARBONETO + ÁGUA LIVRE
Hidratos
Em uma estrutura cristalina de hidrato, os hidrocarbonetos ficam encapsulados, isto
é, presos no interior da estrutura. Tal fato explica o favorecimento da formação de
hidratos com moléculas de metano e etano (moléculas de pequeno tamanho). Note
que hidrocarbonetos de maior peso molecular como o butano, pentano, etc., devido
ao tamanho de suas cadeias tendem a atrapalhar a formação da estrutura cristalina,
dificultando a sua formação. Logo poderemos dizer que gases com alto peso
molecular, isto é , com maior teor de componentes pesados, tem menor tendência a
formar hidratos, enquanto gases com elevados teores de H2S e CO2 apresentam maior
tendência, pois estes contaminantes são mais solúveis em água do que a maioria dos
hidrocarbonetos.
Como os hidratos são formados?
Água + HC
Alta Pressão
Baixa temperatura
gás natural quando submetido a alta pressão e baixa temperatura, tal como em gasodutos submarinos e manifolds de gás lift, há tendência a formação de hidratos.
Formação de Hidratos
Portanto pontos de acúmulo de água, tais como curvas, conexões e válvulas, são locais prováveis de ocorrência de hidratos. A figura abaixo exemplifica a sequência de formação de cristais até a sua obstrução.
Com a redução da temperatura do ambiente, a medida que o duto
de gás alcança profundidades maiores, ocorre condensação da
água presente na fase vapor, acumulado-se então no duto. Tal fato
só não ocorre para gás desidratado, onde então o seu ponto de
orvalho (dew point), está especificado para as condições do
escoamento. Nesse caso o ponto de orvalho fica abaixo da
temperatura do gás no fundo do mar (menor temperatura a ser
atingida num escoamento para terra).
CURVA DE FORMAÇÃO DE HIDRATO PARA O GÁS DE ALTA PRESSÃOSIMULAÇÃO REALIZADA PELO PROGRAMA HYD - CENPES)
Previsão de Formação de Hidrato
A previsão do ponto de formação de hidratos, poderá ser feita
rapidamente, segundo o Método de Katz. Segundo tal método,
tem-se a apresentação de um gráfico, onde é possível
determinar os limites de variação de temperatura e pressão de
um gás, para que não ocorra formação de hidratos. A sua
aplicação está restrita a gases naturais contendo menos de 3%
molar de N2 + CO2 + H2S e menos de 7% molar de
hidrocarbonetos mais pesados que o C3+.
CONDIÇÕES DE FORMAÇÃO DE HIDRATOS
Remoção de Hidratos
Descompressão
Aquecimento
Injeção de inibidores de hidrato.
Descompressão e aquecimento
Descompressão
A descompressão é bastante utilizada para decompor um hidrato
formado e baseia-se no abaixamento da pressão até atingir valores
inferiores a pressão de formação do mesmo. Apesar deste procedimento,
sempre ficam pequenos cristais remanescentes no sistema, pois esta
decomposição se processa lentamente. Principalmente quando a
descompressão ocorre de forma acelerada, há grandes possibilidades da
permanência destes cristais, pois em tal procedimento ocorre intensa
queda de temperatura, dificultando a desestruturação destes sólidos.
Este método é o mais viável de utilização em plataformas marítimas.
Aquecimento
No processo de aquecimento, normalmente se utiliza gás
quente próximo ao local obstruído, ao mesmo tempo em que se
reduz a pressão do sistema. Tal método não é viável de
utilização em plataformas marítimas.
Aquecimento
O processo de aquecimento para fins de remoção de hidrato é mais
comum de ocorrência em sistemas definitivos de produção (plataformas
fixas), que dispõe de árvore de natal seca. Nesse sistema o local mais
propenso a ocorrência de hidratos é a jusante dos chokes de gás lift,
pois a queda de pressão nos mesmos poderá atingir valores muito alto,
como por exemplo 30 Kgf/cm2, e daí a temperatura resultante poderá
atingir valores muito baixos (próximo a 0 °C). Nessa situação um artifício
bastante utilizado pela operação é a injeção de água quente na
superfície do choke afetado, de forma que o hidrato formado se
desmanche. Tal operação não tem se mostrado eficiente, até porque
quando é utilizado, a ducha de hidrato já se encontra em estado
avançado de desenvolvimento, e daí o processo se torna lento e
ineficiente.
...
Após a utilização do método de descompressão, torna-se
necessário o uso de um “colchão de álcool anidro” antes de
voltar a operação do sistema. Tal “colchão” tem a finalidade
de evitar que volte a ocorrer hidrato, quando o gás for
pressurizado.
Exemplificando uma situação de despressurização de um duto que interliga duas plataformas marítimas
Identificação Prática da Formação de Hidratos
Conhecer as limitações operacionais da planta
de processo
temperatura de formação de hidrato
vazão mínima de injeção de álcool
queda de pressão
Temperatura
Quando o escoamento do gás natural ocorre em dutos de exportação, onde
não há quedas de pressão significativas, a menor temperatura que o gás
atinge é aquela ditada pela temperatura de fundo do mar.
O cálculo do consumo de injeção de inibidor leva em consideração a maior
temperatura do gás após sofrer o último estágio de separação gás/líquido, e
não considerando tal fato leva a erros significativos na vazão de injeção de
álcool.
Vazão
Esta variável é fundamental para a verificação da formação de hidratos. No caso de
dutos de exportação, normalmente existem nas plataformas um sistema de medição (FR
ou FQI) onde é possível a identificação da queda de vazão de gás face ao tamponamento
da linha. No caso de FR, o indicador de pressão diferencial registra valores bem abaixo
do normal e o indicador de pressão estática apresenta valores acima do normal. No caso
de separadores de produção é possível verificar o poço com problemas de hidrato à
partir do alinhamento da produção para o separador de teste. Se a produção for oriunda
de um manifold submarino onde vários poços estão produzindo através de uma linha,
teremos como sintoma de formação de hidrato, a queda na vazão (e decréscimo na
temperatura de chegada) do óleo bruto. Outra forma de verificar a formação de hidrato é
observar o FR de gás lift teste ou total, uma vez que o poço com problema de hidrato
não consumirá mais gás e com isso ocorre uma diminuição da vazão de gás lift (teste ou
total). Vejamos a seguir os seguintes exemplos práticos de ocorrência de hidrato em
manifold de Gás Lift .
Sistema de desidratação do gás natural
Objetivo: Especificar o Teor de Umidade do Gás
Tratado para Fins de Escoamento para Terra, Gás
Lift e Gás Combustível, evitando a Formação de
Hidratos nestes Sistemas, além da presença de
água livre( responsável pela formação de
processos corrosivos).
GN +água
encontra-se saturado com vapor d’água.
Superfície
começa a ocorrer formação de água
livre
começa a ocorrer formação de água
livre
Com o desenvolvimento de novos campos de produção
situados à lâmina d água profunda (maior do que 500 m),
onde a temperatura do fundo do mar atinge valores
extremamente baixos (2 a 4o C) e pressões de escoamento
acima de 1500 psi, a preocupação com a formação de
hidratos passa a ser prioritária.
Absorção: Alguns Aspectos Conceituais e Práticos
Soluto
Solvente
Absorção
a força motriz para provocar a absorção é a diferença de
concentrações de soluto no gás e no líqüido. Vamos ser
mais rigorosos nessa afirmação. A diferença de
concentrações que importa é a do gás "em contato" com o
líqüido, ou seja, o gás e o líqüido numa mesma seção da
coluna, que são exatamente as correntes passantes.
Absorção com glicol.
Trata-se de um processo que envolve o contato íntimo entre
duas fases, geralmente uma gasosa e outra líquida.O
objetivo é a remoção de compostos indesejáveis presentes
na corrente gasosa , atendendo as especificações do
processo
Nosso Alvo ...
água
Uso de substâncias higroscópicsa
Propriedades do material higroscópico
alta solubilidade com a água
baixa volatilidade
baixa viscosidade
estabilidade química
não inflamável , etc
Produtos químicos utilizados
O glicol é um álcool (produto orgânico) que é comercializado
nas seguintes formas :
MEG (monoetilenoglicol);
DEG (dietilenoglicol);
TEG (trietilenoglicol), porém este último é o mais
recomendado para absorção de umidade no gás natural. Em
seguida apresentaremos algumas características importantes
dos glicóis.
O poder higroscópio das soluções de glicol é diretamente afetado pela concentração do TEG na solução TEG e água , sendo tanto maior quanto for a participação de teg na mistura.
Componentes produtos
Pressão de vapor
(mmHg) a 25ºC
Viscosidade (cP) a 25ºC
Peso molecular
Temperatura de
degredação
MEG 0,12 16,5 62,1 164
DEG <0,01 28,2 106,1 164
TEG <0,01 37,3 150,2 206
Gás
Comprimido (turbocompressores)
Unidade de Desidratação
Gás úmido
ponto de orvalho acima de 30o C
Desidratação