BR102016024561A2

BR102016024561A2 - Sistemas e métodos para separar e injetar co2 pela formação e dissociação de hidratos

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Publication number: BR102016024561A2
Application number: BR102016024561-3A
Authority: BR
Inventors: César Ribeiro Lima Paulo
Original assignee: César Ribeiro Lima Paulo
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-05-02

Abstract

exemplo de sistemas de separação e injeção de dióxido de carbono (co2) compreendendo uma mistura de corrente gasosa contendo co2 e solução aquosa com co2, um módulo de trocador de calor, uma válvula de expansão de co2, uma linha de solução e um gasoduto. o módulo de trocador de calor compreende casco, tubos, cabeçote frontal e cabeçote traseiro. dentro do casco, são formados hidratos de co2 que escoam juntamente com uma solução aquosa saturada de co2 para uma válvula de expansão onde a pressão é reduzida. dessa válvula, a solução aquosa a baixa pressão escoa para o cabeçote frontal e entra nos tubos do trocador de calor onde os hidratos são dissociados. o processo exotérmico de formação de hidratos de co2 é compensado pelo processo endotérmico de dissociação de co2. dessa forma, o trocador de calor opera em equilíbrio térmico. os gases que não reagiram escoam do topo do casco do trocador de calor para um gasoduto. a solução aquosa saturada de co2 escoa de uma região próxima da interface gás-líquido do casco para uma linha de solução a alta pressão em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos para melhorar a produção ou para uma formação geológica subterrânea para sequestrar co2. do cabeçote traseiro, a corrente de co2 escoa para uma linha de co2 que pode estar em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou para uma formação geológica subterrânea assim como a solução aquosa com co2 a baixa pressão. hidratos de ch4 também podem ser formados dentro do casco e dissociados dentro de outros tubos do trocador de calor.

Description

(54) Título: SISTEMAS E MÉTODOS PARA SEPARAR E INJETAR CO2 PELA FORMAÇÃO E DISSOCIAÇÃO DE HIDRATOS (51) Int. Cl.: B01D 53/62; B01D 53/78; C01B 32/50 (73) Titular(es): PAULO CÉSAR RIBEIRO LIMA (72) Inventor(es): PAULO CÉSAR RIBEIRO LIMA (57) Resumo: Exemplo de sistemas de separação e injeção de dióxido de carbono (CO2) compreendendo uma mistura de corrente gasosa contendo CO2 e solução aquosa com CO2, um módulo de trocador de calor, uma válvula de expansão de CO2, uma linha de solução e um gasoduto. O módulo de trocador de calor compreende casco, tubos, cabeçote frontal e cabeçote traseiro. Dentro do casco, são formados hidratos de CO2 que escoam juntamente com uma solução aquosa saturada de CO2 para uma válvula de expansão onde a pressão é reduzida. Dessa válvula, a solução aquosa a baixa pressão escoa para o cabeçote frontal e entra nos tubos do trocador de calor onde os hidratos são dissociados. O processo exotérmico de formação de hidratos de CO2 é compensado pelo processo endotérmico de dissociação de CO2. Dessa forma, o trocador de calor opera em equilíbrio térmico. Os gases que não reagiram escoam do topo do casco do trocador de calor para um gasoduto. A solução aquosa saturada de CO2 escoa de uma região próxima da interface gás-líquido do casco para uma linha de solução a alta pressão em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos para melhorar a produ(...)

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SISTEMAS E MÉTODOS PARA SEPARAR E INJETAR CO₂ PELA FORMAÇÃO E DISSOCIAÇÃO DE HIDRATOS

RELATÓRIO DESCRITIVO

Campo Técnico [0001] As várias concepções da presente invenção estão, em geral, relacionadas a sistemas e métodos de injeção e separação de gás. Mais particularmente, as várias concepções desta invenção estão direcionadas para sistemas e métodos para separação de dióxido de carbono - CO2 pela formação e dissociação de hidratos de CO2, e para injeção de CO2 para melhorar a recuperação de petróleo e gás de reservatórios subterrâneos ou sequestrar CO2 em formações geológicas subterrâneas.

Estado da Arte [0002] A tecnologia para injeção de CO2 continua a avançar. No entanto, as técnicas convencionais de separação de CO2 não têm sido capazes de atender as sempre crescentes novas necessidades e demandas. Existem três métodos básicos para separação do CO2 de uma corrente gasosa: uso de solventes ou absorventes, de membras ou de criogenia. Com o uso de membranas, normalmente não se consegue atingir elevados graus de separação. Assim, são necessários múltiplos estágios e/ou reciclagem de uma ou mais correntes. Isso leva ao aumento da complexidade, do consumo de energia e dos custos. O método de separação de CO2 com membranas tem sido usado na província do Pré-Sal localizada na plataforma continental do Brasil. Registre-se, contudo, que a maior parte do gás produzido nessa província tem sido reinjetado em razão de limitações no uso de membranas e da falta de infraestrutura de transporte. Desse modo, uma mistura de CO2 e hidrocarbonetos gasosos estão sendo injetados alternadamente com água.

[0003] Existe o risco dessa mistura de CO2 e hidrocarbonetos gasosos encontrar caminhos preferenciais, causando menor eficiência na recuperação do petróleo. A densidade da mistura de CO2 e hidrocarbonetos gasosos, especialmente no caso de alto teor de metano, é baixa, o que cria uma forte tendência dessa

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2/11 mistura ocupar somente as porções superiores ou caminhos preferenciais em direção ao poço produtor. Canalizações e irupções de gás e água podem causar baixa eficiência na recuperação do petróleo e enormes dificuldades para o processamento primário dos fluidos produzidos, especialmente no caso de sistemas marítimos em águas profundas. A injeção alternada de CO2/hidrocarbonetos e água cria regiões no reservatório com alto teor de petróleo, CO2, hidrocarbonetos gasosos e água que podem ser difíceis de lidar, especialmente no caso de sistemas marítimos, onde há muitas restrições para o tratamento do gás e da água. Elevadas razões gás/óleo e elevadas vazões de água podem tornar inviáveis o processamento primário em sistemas marítimos após algum período de produção de petróleo. Essas restrições podem levar a um baixo fator de recuperação. Podem levar, ainda, à necessidade de poços adicionais. No caso de águas profundas, o custo de perfuração e completação de poços adicionais é muito alto.

[0004] Há muitas outras desvantagens associadas à injeção de CO2 e hidrocarbonetos gasosos diretamente nos reservatórios. Como as densidades dos gases são menores que as densidades do petróleo, os riscos de canalizações e irupções são exacerbados. Além disso, para alguns fluidos, medições de pressão, temperatura e vazão volumétricas são necessárias para avaliar a vazão mássica, o que torna difícil essa avaliação. Nas técnicas convencionais, os gases não existem como fase dissolvida e controlada antes da injeção. Em suma, injetar CO2 e hidrocarbonetos leves podem causar problemas de segregação gravitacional e baixa eficiência de varredura.

[0005] Há, consequentemente, um desejo por melhores sistemas e métodos para separação e injeção de CO2 para superar as desvantagens das técnicas anteriormente discutidas. Várias concepções da presente invenção são endereçadas a esse desejo.

Sumário da Invenção [0006] A presente invenção diz respeito a um método e sistema simples e de baixo custo para produzir uma solução aquosa saturada de CO2, uma corrente de CO2 e uma corrente de gás natural a partir de uma solução aquosa de processo com CO2 e uma mistura de gases oriunda de um reservatório de

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3/11 hidrocarbonetos. O principal componente do sistema é um trocador de calor onde, dentro do casco, são formados hidratos. O processo exotérmico de formação de hidratos de CO2 dentro do casco é compensado pelo processo endotérmico de dissociação de hidratos dentro dos tubos do mesmo trocador de calor. Ocorre, então, um processo termicamente estável.

[0007] Um exemplo de concepção da presente invenção diz respeito a um sistema de separação e injeção de CO2 que compreende uma mistura de solução aquosa com CO2 e uma corrente gasosa contendo CO2, um módulo do trocador de calor, uma válvula de expansão, uma solução aquosa saturada de CO2, uma linha de solução, uma linha de CO2 e um gasoduto de gás natural. O módulo do trocador de calor compreende uma primeira seção do casco que contém gás, líquido e hidratos de CO2; uma segunda seção do casco que contém predominantemente gás; uma terceira seção do casco, próxima da segunda seção, que contém predominantemente solução aquosa saturada de CO2; uma quarta seção no fundo do casco que contém solução aquosa saturada de CO2 e hidratos de CO2; um cabeçote frontal; e um cabeçote traseiro. A primeira seção pode ser configurada para receber uma mistura de solução aquosa de processo com CO2 e uma corrente gasosa contendo CO2 de um ejetor. A pressão e temperatura da primeira seção assegura a formação de hidratos de CO2.

The pressure and temperature of the first section assures the formation of CO2 hydrates. Os gases que não interagiram com o líquido presentes na primeira seção fluem para a segunda seção. A segunda seção, localizada na parte superior do módulo do trocador de calos, tem predominantemente esses gases não reagentes, contendo metano principalmente. A segunda seção do trocador de calor está em comunicação hidráulica com o gasoduto de gás natural para transportar os gases não reagentes para uma unidade de processamento de gás. Uma vez que os gases não reagentes atinjam a especificação, eles podem estar em comunicação hidráulica com o gasoduto de transporte. A terceira seção do trocador de calor está em comunicação hidráulica com a linha de solução, configurada para transportar a solução aquosa saturada de CO2 para o poço injetor para melhorar a recuperação dos hidrocarbonetos. A quarta seção, localizada no fundo do lado direito do casco, contém solução aquosa saturada

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4/11 de CO2 e hidratos de CO2, pois os hidratos de CO2 são mais pesados que a solução saturada de CO2. A quarta seção está em comunicação hidráulica com a válvula de expansão, que é configurada para reduzir a pressão da mistura de hidratos de CO2 e solução e para transportar a mistura para a mistura para o cabeçote frontal, em comunicação hidráulica com os tubos do trocador de calor onde os hidratos de CO2 são dissociados. O cabeçote traseiro do trocador de calor está em comunicação hidráulica com os tubos do trocador de calor e está configurado para separar solução em baixa pressão e a corrente de CO2. A parte superior do cabeçote traseiro está em comunicação hidráulica com a linha de CO2 e o fundo do cabeçote traseiro está em comunicação hidráulica com uma bomba configurada para transportar a solução em baixa pressão para a linha de solução, de modo a ser injetada no reservatório.

[0008] Em outro exemplo de concepção da presente invenção, a solução aquosa saturada de CO2 é injetada em um aquífero, de modo a sequestrar o CO2.

[0009] Em outro exemplo de concepção da presente invenção, a corrente gasosa contendo CO2 é configurada para vir de um sistema de compressão e tratamento.

[0010] Em outros exemplo de concepção da presente invenção, a solução aquosa de processo com CO2 compreende um sistema de tratamento e bombeamento.

[0011] Em outro exemplo de concepção da presente invenção, a terceira seção do trocador de calor está em comunicação hidráulica com uma linha submarina que transporta solução aquosa saturada em CO2 para injeção no reservatório a partir de um poço injetor submarino.

[0012] Em outro exemplo de concepção da presente invenção, também são formados hidratos de metano - CH4 no casco do trocador de calor e os hidratos de CH4 são dissociados, após a redução da pressão em outra válvula de expansão, em diferentes tubos do trocador de calor. Nesse caso, como os hidratos de CH₄ são mais leves que a solução aquosa saturada de CO2, eles flutuam perto da interface de gás junto à primeira seção, criando uma terceira seção contendo solução com hidratos de CH₄. Também é criada uma quinta seção contendo predominantemente solução líquida abaixo da terceira seção.

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5/11 [0013] Um exemplo de concepção da presente invenção diz respeito a um método utilizando um módulo do trocador de calor, formando hidratos de CO2 na primeira seção do módulo do trocador de calor, transportando a mistura de hidratos de CO2 e solução para uma válvula de expansão e para o cabeçote frontal do módulo do trocador de calor, dissociando os hidratos de CO2 nos tubos do trocador de calor, separando o CO2 da solução no cabeçote do cabeçote traseiro do trocador de calor, transportando a solução aquosa saturada de CO2 e a solução em baixa pressão para um reservatório de hidrocarbonetos ou formação geológica subterrânea por meio de um poço injetor em comunicação hidráulica com a linha de solução, e transportando a corrente de CO2 para o reservatório de hidrocarbonetos ou formação geológica subterrânea por meio de um poço injetor em comunicação hidráulica com a linha de CO2.

[0014] Um outro exemplo de concepção da presente invenção diz respeito a um método utilizando um módulo do trocador de calor, também formando hidratos de CH4 na primeira seção do módulo do trocador de calor, transportando a mistura de hidratos de CH4 e solução para uma outra válvula de expansão, dissociando os hidratos de CH4 em outros tubos do trocador de calor, separando CH4 da solução no cabeçote traseiro do trocador de calor, transportando uma solução em baixa pressão para um reservatório de hidrocarboneto ou formação geológica subterrânea por meio de um poço injetor de solução em comunicação hidráulica com a linha de solução, e transportando o CH4 para um gasoduto.

[0015] Em um outro exemplo de concepção da presente invenção, a corrente gasosa contendo CO2 pode ser um gás de processo proveniente de uma planta de processamento primário de uma plataforma marítima de petróleo.

[0016] Em um outro exemplo de concepção da presente invenção, a corrente gasosa contendo CO2 pode ser o gás de queima de uma planta de geração de energia elétrica, sendo os gases não reagentes ventilados para a atmosfera depois [0017] Esses e outros aspectos da presente invenção são descritos à frente na Descrição Detalhada da Invenção e nas figuras acompanhantes. Outros aspectos e características das concepções da presente invenção ficarão claros para aqueles com qualificação normal na área mediante a seguinte descrição de

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6/11 específicas e exemplares concepções da presente invenção de acordo com as figuras. Enquanto as características da presente invenção podem ser discutidas em relação a determinadas concepções e figuras, todas as concepções da presente invenção pode incluir uma ou mais das características aqui discutidas. De maneira similar, enquanto outros exemplos de concepções podem ser discutidos a seguir como concepções de método e sistema, deve ser entendido que tais exemplos de concepção podem ser implementados a partir de vários dispositivos, sistemas e métodos da presente invenção.

Breve Descrição dos Desenhos [0018] A seguinte Descrição Detalhada da Invenção é melhor compreendida quando lida em conjunto com os desenhos anexados. Por razão de ilustração, são mostrados exemplos de concepções, mas a matéria não é limitada aos específicos elementos e instrumentalidades mostradas.

[0019] FIG. 1 mostra um corte do trocador de calor.

[0020] FIG. 2 é um fluxograma de processo para tratamento de gás natural contendo CO2 produzido a partir de um reservatório de hidrocarbonetos.

[0021] FIG. 3 é um fluxograma que ilustra um processo no qual são formados e dissociados hidratos de CO2 e Chk

Descrição das Concepções [0022] Para facilitar a compreensão dos princípios e características da presente invenção, várias concepções ilustrativas são explicadas a seguir. Em particular, a invenção é descrita no contexto de ser sistemas, métodos e dispositivos para separação e injeção de CO2. Concepções da presente invenção podem ser aplicadas a muitos sistemas onde é desejável separar ou injetar CO2, incluindo, mas não se limitando a sistemas terrestres e marítimos para produção de petróleo e gás.

[0023] Os componentes descritos a seguir a partir de vários elementos da invenção são ilustrativos, não restritivos. Muitos componentes ou etapas adequadas podem ser executadas por funções idênticas ou similares às dos componentes ou etapas descritas a seguir que não devem ser limitantes do

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7/11 escopo da invenção. Esses outros componentes ou etapas não descritas a seguir podem incluir, mas não devem estar limitados a, por exemplo, componentes ou etapas similares que são desenvolvidos após o desenvolvimento da invenção.

[0024] Como mostrado na FIG. 1, um exemplo de concepção da presente invenção diz respeito a um sistema de separação (100) no qual uma solução aquosa com CO2, a alta pressão, entra em uma bomba a jato (105) e succiona uma corrente gasosa contendo CO2 (110). A mistura desses fluidos (115) entra na parte inferior do lado direito do caso (120) de um trocador de calor (125). Dentro do casco (120), as condições de pressão e temperatura asseguram a formação de hidratos de CO2. Na parte superior do casco (120), os gases não reagentes (130) deixam o casco. Como os hidratos de CO2 são mais pesados que a solução aquosa com CO2, eles se movem para a parte inferior do lado direito do casco (120) do trocador de calor (125). Na parte superior do casco (120), logo abaixo da interface de gás (132), uma solução aquosa saturada de CO2 entra em uma linha de solução (135) em comunicação hidráulica com um reservatório subterrâneo. Na parte inferior do lado direito do casco, uma solução saturada com hidratos de CO2 (140) escoa para uma válvula de expansão (145). A jusante da válvula de expansão (145), as condições de pressão e temperatura permitem a dissociação dos hidratos de CO2. Da válvula de expansão (145), a solução com hidratos de CO2 escoa para um cabeçote frontal (155) do trocador de calor (125) em comunicação hidráulica com os tubos (160) do trocador de calor (125). Dentro dos tubos (160), os hidratos de CO2 são dissociados. Uma mistura a baixa pressão (165) sem hidratos de CO2 deixa os tubos e entra no cabeçote traseiro (17), onde o CO2 é segregado da solução aquosa com CO2 a baixa pressão. A solução aquosa com CO2 a baixa pressão deixa o sistema (100) pela parte inferior do cabeçote traseiro (170) e a corrente de CO2 deixa o sistema (100) pela parte superior do cabeçote traseiro (175).

[0025] Como mostrado na FIG.2, um exemplo de concepção da presente invenção é mostrado em um fluxograma onde a solução aquosa com CO2 entra em um ejetor (205) onde é misturada com a corrente gasosa contendo CO2 (210) que vem de um compressor (215). Nesse ejetor, há um intense contato entre a

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8/11 solução aquosa com CO2 e a corrente gasosa contendo CO2. As condições de pressão e temperatura da mistura na saída do ejetor permitem a formação de hidratos de CO2. A mistura do ejetor (205) entra no fundo do casco (225) de um trocador de calor (230) e hidratos de CO2 são formados no casco. No topo do casco (225), os gases que não reagiram deixam o trocado de calor (230) e seguem para uma unidade de desidratação (240) e então para um gasoduto de gás natural (245). No fundo do lado direito do casco (225), uma solução com hidratos de CO2 (250) deixa o trocador de calor (230) e escoa para uma válvula de expansão (255) onde a pressão é reduzida. Na saída da válvula de expansão (255), as condições de pressão e temperatura permitem a dissociação dos hidratos de CO2. A mistura de solução e hidratos de CO2 a baixa pressão escoar para o cabeçote frontal (265) do trocador de calor (230). Do cabeçote frontal (265), a mistura a baixa pressão de solução e hidratos de CO2 entra nos tubos (280) do trocador de calor (230), onde os hidratos de CO2 são dissociados, e escoa para o cabeçote traseiro (290) onde a mistura a baixa pressão de corrente de CO2 e solução (285) é segregada. Perto da interface gás-líquido (272), a solução aquosa saturada de CO2 entre na extremidade superior do tubo de solução (270) e escoa para uma linha de solução em comunicação hidráulica com o reservatório. A solução aquosa com CO2 a baixa pressão deixa o trocador de calor (230) pelo fundo do cabeçote traseiro (290) e escoa para uma bomba de injeção (296) e, depois de bombeada, é misturada com a solução aquosa saturada de CO2 (275) e ambas são injetadas no reservatório. A corrente de CO2 (294) deixa o cabeçote traseiro (290) e escoa para a linha de CO2 (298).

[0026] Como mostrado na FIG. 3, um exemplo da presente invenção é descrito em um fluxograma no qual uma bomba (300) pressuriza uma solução aquosa com CO2 e CH4 (305) que trabalha com o fluido motor de uma bomba a jato (310) que comprime uma corrente gasosa contendo CO2 e CFU (315) proveniente de uma compressor (320). Desse modo, é produzida uma mistura a alta pressão (325) para garantir a formação de hidratos de CO2 e CFk Essa mistura a alta pressão (325) escoa para vários bocais (335) instalados no fundo do lado esquerdo do casco (340) do trocador de calor (345). Dentro do casco, microbolhas de gás fazem contato com a solução e, então, são formados os

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9/11 hidratos de CO2 e CH4devido às condições de pressão e temperatura do casco. No topo do casco (340), os gases que não regiram deixam o trocador de calor (345). No meio do lado direito do casco (340), a solução aquosa entra no tubo de solução (355) e escoa para a linha de solução em comunicação hidráulica com um reservatório. No topo do lado esquerdo do casco (340), a mistura de solução aquosa e hidratos de CH4 entra no tubo de hidratos de CH4 (360), cuja entrada está instalada próxima da interface gás-líquido (362), e escoa para uma válvula de expansão de hidratos de CH4 (364). Após a redução da pressão, inicia-se a dissolução dos hidratos de CH4. Da válvula de expansão de hidratos (364), a mistura a baixa pressão de hidratos de CH4 e solução aquosa escoa para a seção superior do cabeçote frontal (365) e entra nos tubos superiores (370) do trocador de calor (345). Dentro dos tubos superiores (370), os hidratos de CH4 são dissociados. Após a dissociação dos hidratos de CH4, a mistura da corrente gasosa de CH4 e solução aquosa (372) entra na seção superior do cabeçote traseiro (374) onde esses fluidos são segregados. Na parte de cima da seção superior do cabeçote traseiro (374), a corrente gasosa de CH4 deixa o trocador de calor (345) e escoa para um gasoduto. Na parte de baixo da seção superior do cabeçote traseiro (374), a solução aquosa a baixa pressão é bombeada para um reservatório. Na parte de baixo do lado direito do casco (380), a solução aquosa com hidratos de CO2 (382) escoa para uma válvula de expansão de hidratos de CO2 (384) onde ocorre uma redução de pressão. As condições de pressão e temperatura na saída da válvula de expansão de CO2 permite a dissociação dos hidratos de CO2. Da válvula de expansão de hidratos de CO2 (384), a mistura a baixa pressão de solução aquosa e hidratos de CO2 (385) flui para a seção inferior do cabeçote frontal (386), onde essa mistura entra nos tubos inferiores (371) do trocador de calor (345). Dentro dos tubos inferiores (371) , os hidratos de CO2 são dissociados. Dos tubos inferiores (371), a mistura a baixa pressão de solução aquosa e CO2 (388) entra na seção inferior do cabeçote traseiro (390), onde esses fluidos são segregados. Uma corrente de CO2 (392) deixa o trocador de calor (345) pela parte superior da seção inferior do cabeçote traseiro (390) e é bombeado para um reservatório. Na parte de baixo da seção inferior do cabeçote traseiro (390), uma solução aquosa a baixa pressão deixa o trocador de calor (345) e é bombeada para um reservatório.

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10/11 [0027] Em algumas concepções de presente invenção, os fluidos usados podem ser corrosivos e precipitadores por natureza. O processo pode ser flexível o suficiente para que os custos adicionais pela seleção de materiais e possível uso de inibidores não sejam excessivos. Outras ações podem incluir tratamento de fluidos, filtragem e ajuste de pH. Essas ações podem ser decididas pelos bons conhecedores das técnicas praticadas e aqueles familiares com o campo de aplicação.

[0028] Em algumas concepções da presente invenção, somente a quantidade de água necessária para separar o CO2 da corrente gasosa escoa pelo módulo do trocador de calor.

[0029] Deve ser entendido que as concepções e reivindicações aqui descritas não são limitantes na aplicação dos detalhes de construção e montagem dos componentes presentes na descrição e ilustradas nos desenhos. Ao contrário, a descrição e os desenhos são apenas exemplos de concepções imaginadas. As concepções e reivindicações aqui descritas são capazes de originar outras concepções e serem praticadas e implementadas de várias maneiras. Também deve ser entendido que as frases e terminologia aqui empregadas são apenas para descrição e não devem ser consideradas limitantes das reivindicações.

[0030] De fato, aqueles com conhecimento da área notaram que os conceitos sobre os quais a aplicação e as reivindicações foram baseadas podem ser prontamente utilizados como base para o projeto de outras estruturas, métodos e sistemas para realizar as várias propostas das concepções e reivindicações apresentadas neste pedido. É importante, então, que as reivindicações sejam olhadas como includentes de construções equivalente.

[0031] Além disso, o objetivo do Resumo é permitir que o escritório de patente e o público em geral, especialmente os praticantes da arte que não sejam familiares com a terminologia legal e frases da patente, possam a partir de uma rápida inspeção determinar a natureza e a essência da técnica descrita neste pedido. O Resumo não tem como objetivo definir as reivindicações do pedido, nem ser de nenhuma maneira limitante do escopo das reivindicações. O objetivo é que o pedido seja definido nas reivindicações aqui apresentadas.

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Aplicação Industrial [0032] Esta invenção tem aplicação industrial em qualquer processo que gera CO2 e em sistemas de produção de petróleo e gás, em terra ou no mar, para separar o CO2, melhorar a recuperação de hidrocarbonetos de reservatórios subterrâneos e para sequestrar CO2 em formações geológicas subterrâneas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

As reivindicações são as seguintes:

1. Um sistema de separação e injeção de dióxido de carbono (CO2) caracterizado por:

mistura de solução aquosa com CO2 e uma fonte de corrente gasosa contendo CO2;

módulo de trocador de calor caracterizado por:

primeira seção do casco contendo gás, líquido e hidratos de CO2;

segunda seção do casco contendo predominantemente gases que não reagiram;

terceira seção do casco próxima à segunda seção do casco contendo predominantemente solução aquosa saturada de CO2;

quarta seção no fundo do casco contendo solução aquosa saturada de CO2 e hidratos de CO2;

tubos para troca de calor; cabeçote frontal; e cabeçote traseiro;

válvula de expansão para reduzir a pressão de uma mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa saturada de CO2;

gasoduto para transportar os gases não reagentes da parte superior do casco até uma unidade de processamento ou transporte de gás natural;

linha de solução a alta pressão para transportar solução aquosa saturada de CO2 da Terceira seção para um reservatório de hidrocarbonetos ou para uma formação geológica subterrânea;

linha de solução a baixa pressão para transportar solução aquosa do cabeçote traseiro para uma unidade de bombeamento ou

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2/8 processamento em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou uma formação geológica subterrânea;

linha de CO2 para transportar uma corrente de CO2 do cabeçote traseiro para um reservatório de hidrocarbonetos, para uma formação geológica subterrânea ou para uma unidade de processamento de CO2.

2. Um system de separação e injeção de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) caracterizado por:

mistura de uma solução aquosa com CO2 e uma fonte de corrente gasosa contendo CO2 e CH4;

módulo de trocador de calor caracterizado por:

primeira seção do casco contendo gás, líquido hidratos de CO2 e hidratos de CH4;

segunda seção do casco predominantemente contendo gases que não reagiram;

terceira seção próxima e abaixo da segunda seção do casco contendo predominantemente solução aquosa e hidratos de CH4;

quarta seção no fundo do casco contendo solução aquosa e hidratos de CO2;

quinta seção no meio do casco contendo predominantemente solução líquida;

tubos superiores de um trocador de calor; tubos inferiores de um trocador de calor; seção superior do cabeçote frontal; seção inferior do cabeçote frontal; seção superior do cabeçote traseiro; seção inferior do cabeçote traseiro;

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3/8 gasoduto para transportar os gases que não reagiram do topo do casco até uma planta de processamento de gás natural;

linha de solução a alta pressão configurada para transportar solução aquosa saturada de CO2 do fundo do casco até um poço para injeção no reservatório de hidrocarbonetos ou até a formação geológica subterrânea;

linha de solução a baixa pressão configurada para transportar solução aquosa do fundo da seção superior do cabeçote traseiro até uma linha de solução em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou formação geológica subterrânea;

linha de CH4 a baixa pressão configurada para transporta CH4 do topo da seção superior do cabeçote traseiro até um gasoduto em comunicação hidráulica com uma unidade de tratamento de gás ou com um reservatório de hidrocarbonetos ou formação geológica subterrânea;

linha inferior de solução a baixa pressão configurada para transportar solução aquosa do fundo da seção inferior do cabeçote traseiro para uma linha de solução em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou com uma formação geológica subterrânea;

linha inferior de CO2 a baixa pressão configurada para transportar uma corrente de CO2 do topo da seção inferior do cabeçote traseiro para uma linha de CO2 in comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou com uma formação geológica subterrânea.

3. Os sistemas das reivindicações 1 e 2 caracterizados pelo uso de uma bomba a jato ou ejetor que fornece a mistura de água e CO2 com a corrente gasosa contendo CO2 para a primeira seção.
4. Os sistemas das reivindicações 1 e 2 caracterizados por uma corrente gasosa contendo CO2 e CH4 proveniente de uma planta de processamento primário configurada para receber fluidos de um reservatório de hidrocarbonetos.
5. Os sistemas 1 e 2 carcaterizados por uma corrente gasosa contendo CO2 proveniente de qualquer planta que gere CO2.

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6. Os sistemas 4 e 5 caracterizados por plantas com sistema de dessulfurização, com sistema para comprimir a corrente gasosa e/ou com sistema de resfriamento da corrente gasosa.
7. O sistema da reivindicação 2 caracterizado pela supressão da quinta seção e da linha de solução a alta pressão.
8. Método para separar e injetar CO2 caracterizado por:

utilizar um trocador de calor caracterizado por casco, tubos, cabeçote frontal e cabeçote traseiro;

injetar uma mistura de solução aquosa a alta pressão com CO2 e uma correntes gasosa contendo CO2 no lado esquerdo do fundo do casco do módulo do trocador de calor, de tal maneira que as condições de pressão e temperatura permitam a formação de hidratos de CO2;

formar hidratos de CO2 e solução aquosa saturada de CO2 na primeira seção do casco;

segregar no casco uma mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa saturada de CO2, solução aquosa saturada de CO2 e gases não reagentes;

criar uma segunda seção acima da primeira seção predominantemente com gases que não reagiram;

criar uma terceira seção próxima e abaixo da interface gás-líquido no lado direito do casco predominantemente com solução aquosa saturada de CO2;

criar uma quarta seção no fundo do lado direito do casco predominantemente com solução aquosa saturada de CO2 e hidratos de CO2;

transportar a solução aquosa saturada de CO2 da terceira seção do casco para um reservatório de hidrocarbonetos ou para uma formação geológica subterrânea a partir de uma linha de solução e de um poço de injeção de solução;

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5/8 transportar os gases que não reagiram da segunda seção do casco para o gasoduto;

transportar a mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa saturada de CO2 da quarta seção do casco para uma válvula de expansão;

reduzir a pressão da mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa saturada de CO2;

transportar a mistura a baixa pressão de hidratos de CO2 e solução aquosa saturada de CO2 para o cabeçote frontal;

dissociar os hidratos de CO2 dentro dos tubos do trocador de calor;

transportar a mistura a baixa pressão de solução aquosa com CO2 e CO2 para o cabeçote traseiro;

separar a solução aquosa com CO2 da corrente de CO2 no cabeçote traseiro;

transportar a corrente a baixa pressão de CO2 do topo da seção inferior do cabeçote traseiro para um sistema de compressão em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou com uma formação geológica subterrânea;

transportar a solução aquosa com CO2 a baixa pressão do fundo da seção inferior do cabeçote traseiro para um sistema de bombeamento em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos.
9. Método para separar CO2 e CH4 caracterizado por:

utilizar um módulo de trocador de calor caracterizado por casco, tubos inferiores, tubos superiores, seção inferior do cabeçote frontal, seção superior do cabeçote frontal, seção inferior do cabeçote traseiro e seção superior do cabeçote traseiro;

injetar uma mistura a alta pressão de solução aquosa com CO2 e CH4 e corrente gasosa contendo CO2 e CH4 no lado esquerdo do fundo do casco do trocador de calor, de tal maneira que a mistura está em condições de pressão e temperatura para formar hidratos de CO2 e hidratos de CH4;

Petição 870160073797, de 08/12/2016, pág. 18/25

6/8 formar hidratos de CO2 e hidratos de CH4 e uma solução aquosa saturada no lado esquerdo do casco;

segregar, no lado direito do casco, uma mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa saturada, uma mistura de hidratos de CH4 e solução aquosa saturada, solução aquosa saturada predominantemente pura e gases que não reagiram;

criar uma primeira seção no lado direito do casco;

criar uma segunda seção no topo do casco acima da primeira seção predominantemente com gases que não reagiram;

criar uma terceira seção próxima e abaixo da interface gás-líquido no lado direito do casco predominantemente com uma mistura de hidratos de CH4 e solução aquosa;

criar uma quarta seção no fundo do lado direito do casco predominantemente com uma mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa;

criar uma quinta seção no meio do lado direito do casco predominantemente com solução aquosa;

transportar a solução aquosa saturada da quinta seção do casco para uma linha de solução em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou com uma formação geológica subterrânea;

transportar os gases que não reagiram da segunda seção do casco para um gasoduto;

transportar a mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa da quarta seção do casco para uma válvula de expansão de CO2;

reduzir a pressão da mistura de hidratos de CO2 e solução aquosa;

transportar a mistura a baixa pressão de hidratos de CO2 e solução aquosa para a seção inferior do cabeçote frontal;

dissociar os hidratos de CO2 dentro dos tubos inferiores;

Petição 870160073797, de 08/12/2016, pág. 19/25

7/8 transportar a mistura a baixa pressão da solução aquosa com CO2 e o CO2 para a seção inferior do cabeçote traseiro;

separar a solução aquosa com CO2 da corrente de CO2 na seção inferior do cabeçote traseiro;

transportar a corrente de CO2 a baixa pressão para um sistema de compressão em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos;

transportar a solução aquosa com CO2 a baixa pressão para um sistema de bombeamento em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos ou com uma formação geológica subterrânea;

transportar a mistura de hidratos de CH4 e solução aquosa da terceira seção do casco para uma válvula de expansão de CH4;

reduzir a pressão da mistura de hidratos de CH4 e solução aquosa;

transportar a mistura a baixa pressão de hidratos de CH4 e solução aquosa para a seção superior do cabeçote frontal;

dissociar os hidratos de CH4 dentro dos tubos superiores;

transportar a mistura a baixa pressão de solução aquosa de CH4 e CH4 para a seção superior do cabeçote traseiro;

separar a solução aquosa com CH4 e a corrente de CH4 na seção superior do cabeçote traseiro;

transportar a corrente de CH4 a baixa pressão do topo da seção superior do cabeçote traseiro para um sistema de compressão em comunicação hidráulica com um gasoduto;

transportar a solução aquosa com CH4 do fundo da seção superior do cabeçote traseiro para um sistema de bombeamento em comunicação hidráulica com um reservatório de hidrocarbonetos.
10. O método das reivindicações 8 e 9, caracterizado pela corrente gasosa ser comprimida antes de ser misturada com a solução aquosa com CO2.

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11.0 método das reivindicações 8 e 9 caracterizado pela corrente gasosa contendo CO2 ser dessulfurizada antes de ser misturada com a solução aquosa com CO2.
12. 0 método das reivindicações 8 e 9 caracterizado pelas pressões e temperaturas da corrente gasosa e da solução aquosa com CO2 serem controladas de modo a garantir a dissociação dos hidratos.
13. 0 método das reivindicações 8 e 9 caracterizado pela corrente gasosa contendo CO2 ser gás de combustão recebido de uma unidade geradora de potência e os gases não reagentes poderem ser ventilados para a atmosfera ou transportados para uma unidade de tratamento.

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DESENHOS

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