BR102017015092B1

BR102017015092B1 - Processo para recuperar inibidores termodinâmicos de hidratos de gás de cargas de gás natural utilizando separador supersônico simultaneamente ajustando ponto de orvalho de hidrocarbonetos e ponto de orvalho de água do gás final

Info

Publication number: BR102017015092B1
Application number: BR102017015092-5A
Authority: BR
Inventors: Alexandre Mendonça Teixeira; Lara De Oliveira Arinelli; Ofélia De Queiroz Fernandes Araújo; José Luiz De Medeiros
Original assignee: Universidade Federal Do Rio De Janeiro
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2022-11-16
Also published as: BR102017015092A2; BR102017015092A8

Abstract

PROCESSO PARA RECUPERAR INIBIDORES TERMODINÂMICOS DE HIDRATOS DE GÁS DE CARGAS DE GÁS NATURAL UTILIZANDO SEPARADOR SUPERSÔNICO SIMULTANEAMENTE AJUSTANDO PONTO DE ORVALHO DE HIDROCARBONETOS E PONTO DE ORVALHO DE ÁGUA DO GÁS FINAL A presente invenção define um novo processo para recuperar inibidores termodinâmicos de hidratos de gás (ITH) de cargas de gás natural utilizando separador supersônico, com injeção ou não de água líquida, de modo a extrair o ITH dos hidrocarbonetos pela formação de duas fases líquidas no condensado produzido no separador supersônico, simultaneamente ajustando o ponto de orvalho de hidrocarbonetos e o ponto de orvalho de água do gás final tratado pelo processo.

Description

Campo Técnico

[0001] A presente invenção pertence ao campo de processamento de gás natural e refere-se a um processo para recuperação de Inibidores Termodinâmicos de Hidratos (ITH) de cargas de gás natural utilizando separador supersônico e simultaneamente ajustando ponto de orvalho de hidrocarbonetos e ponto de orvalho de água do gás final.

Antecedentes da Invenção

[0002] Um dos problemas mais relevantes presente na exploração de gás natural em ambiente offshore, principalmente em águas ultra-profundas, é a formação de hidratos de metano e hidratos de outros hidrocarbonetos e outros compostos nas tubulações, tal formação favorecida por basicamente três fatores: (i) presença de água de produção junto ao gás; (ii) condições de alta pressão nas linhas de fluxo; (iii) baixa temperatura externa (por exemplo, de 0 °C a 4 °C) nas tubulações devido à alta profundidade envolvida. O gerenciamento de hidratos de gás é considerado o aspecto mais crítico das concepções das estratégias de garantia de escoamento, pois obstruções de hidratos podem ser responsáveis pela maior parte dos impactos econômicos e de segurança na operação das linhas de fluxo, e podem parar a produção completamente por vários dias ou meses e, no pior dos casos, podem levar ao abandono da linha.

[0003] Hidratos de gases são compostos sólidos cristalinos que se formam em presença de gás livre e água, a baixas temperaturas e altas pressões, nos sistemas técnicos de produção, transporte e tratamento de gás natural. A formação de hidratos pode causar obstrução e interromper o fluxo de gás natural total ou parcialmente, representando um sério problema operacional e de segurança, além de sua remediação ser custosa e demorada.

[0004] À medida que o gás natural flui pelas tubulações, suas condições de temperatura e pressão variam. Na maioria dos dutos submarinos, após a cabeça do poço, a corrente de produção esfria e pode atingir a temperatura do fundo do mar antes de chegar às instalações de processamento. Assim, a temperatura do gás natural dentro do duto deve ser sempre superior à temperatura local de formação de hidrato de modo a evitar a sua ocorrência. Neste sentido, os Inibidores Termodinâmicos de Hidratos (ITH) se destacam pelo seu mecanismo de inibição: eles agem termodinamicamente deslocando a fronteira de equilíbrio de hidratos no plano T x P para temperaturas mais baixas e pressões mais elevadas, colocando então o sistema numa região sem o risco de tal equilíbrio de hidratos.

[0005] A estratégia mais adotada para inibição de hidratos é a injeção contínua de tais inibidores termodinâmicos de hidratos (ITH) na cabeça do poço, de modo que o ITH flui em conjunto com os fluidos de produção, estabilizando a água livre e evitando assim a formação de hidratos e, portanto, assegurando um fluxo irrestrito. O agente ITH é injetado na cabeça do poço de gás e retorna à plataforma de produção juntamente com os fluidos de produção, sob a forma de uma corrente normalmente trifásica. Na plataforma esta carga trifásica tem as suas fases separadas em um vaso separador em alta pressão: (i) uma fase aquosa de fundo compreendendo o agente ITH, água e sais; (ii) uma fase intermediária (que pode existir ou não) composta por condensado de hidrocarbonetos; e (iii) uma fase gasosa superior. A fase aquosa composta pelo ITH, sais e água é enviada para uma unidade de recuperação para a regeneração do agente ITH (eliminação de águas e sais) de modo a permitir a sua reciclagem para reinjeção nos poços de produção. A fase gasosa é basicamente gás natural porém saturado em água e também em agente ITH, que sem o devido tratamento, permanecerá no gás natural indo para processamento e portanto, será perdido acarretando custos de reposição.

[0006] Os agentes ITH mais comumente utilizados têm sido compostos hidroxilados como álcoois e glicóis, mais particularmente metanol, etanol e monoetileno glicol (MEG). Por várias décadas, o MEG e o metanol têm sido os compostos químicos ITH mais frequentemente injetados em ambiente offshore para inibir a formação de hidratos nos dutos de produção de óleo e gás e instalações relacionadas. O etanol também se destaca por ser bastante utilizado particularmente em regiões de elevada produção industrial (por exemplo, a América do Sul, e mais particularmente, o Brasil). Dentre estes agentes ITH, o MEG é o menos volátil e apresenta menores perdas para fase gasosa no vaso separador em alta pressão, bem como pode ser eficazmente recuperado, regenerado e reciclado. Já o metanol e o etanol também podem ser recuperados e reciclados, no entanto apresentam perdas significativas para a fase vapor devido às suas altas volatilidades. Além disso, são contaminantes indesejáveis no gás de vendas, e sua presença pode levar à depreciação desse gás.

[0007] Portanto, na produção de gás natural, a fase gasosa que deixa o separador trifásico contém quantidades não desprezíveis de agente ITH principalmente quando o agente adotado é um álcool volátil, como metanol e etanol. Atualmente, o agente ITH presente na fase gasosa é totalmente perdido, acarretando custos diretos de reposição, além de custos indiretos relacionados à logística de transporte e armazenamento do produto químico, principalmente em plataformas offshore distantes da costa.

[0008] No condicionamento do gás natural produzido em plataformas offshore, uma etapa importante consiste no ajuste de ponto de orvalho de água e de ponto de orvalho de hidrocarbonetos, de forma a atender os requisitos de exportação e evitar problemas durante o transporte e o processamento. A desidratação deve ser realizada a fim de reduzir a probabilidade de ocorrência de formação de hidratos no gás natural exportado pela plataforma de produção, que podem danificar equipamentos e entupir tubulações. Já a remoção de frações mais pesadas do gás (Líquidos de Gás Natural - LGN) contribui para evitar a condensação de hidrocarbonetos nas linhas de duto, além de ser um produto de maior valor agregado na indústria química.

[0009] O uso de separador supersônico (SS) é conhecido no estado da técnica para ajustar ponto de orvalho de água e ponto de orvalho de hidrocarbonetos em cargas de gás natural de forma simultânea, ao acelerar o gás a velocidades supersônicas, provocando expansão e grande queda de temperatura, havendo coleta de água e de hidrocarbonetos de três ou mais carbonos (C3+) condensados pelo resfriamento.

[0010] A Patente dos EUA No. 6.524.368 refere-se a um separador supersônico (SS) para induzir a condensação de um ou mais componentes seguida por separação. A patente é direcionada à separação de um fluido incompressível, tal como água, a partir de uma mistura contendo o fluido incompressível e um fluido compressível (gás). Neste processo, é fornecida uma corrente de gás contendo um fluido incompressível e um fluido compressível a um separador, no qual a corrente de gás converge através de uma garganta e expande em um canal, aumentando a velocidade da corrente gasosa para velocidades supersônicas, induzindo a formação de gotículas do fluido incompressível separadas da corrente gasosa (e do fluido compressível). As gotículas de fluido incompressível são então separadas do fluido compressível pela submissão das gotículas e do fluido compressível a um grande turbilhão, separando assim as gotículas do fluido compressível por força centrífuga.

[0011] A patente dos EUA No. 3.528.218 descreve um processo para condensar e separar componentes a partir de uma corrente de gás multicomponente, compreendendo expandir a referida corrente de gás através de um efusor supersônico para atingir baixas temperaturas e baixas pressões na corrente de gás supersônica, formando partículas condensadas, remover as partículas condensadas por movimento de inércia através de uma parede permeável e desacelerar a corrente de gás para fluxo subsônico através de um difusor e misturar um material com a referida corrente gasosa antes da separação das partículas condensadas para aumentar a razão volumétrica líquido/vapor e melhorar a eficiência de recuperação de líquidos. Ainda, esse material pode ser um agente ITH para evitar a ocorrência de hidratos devido à baixa temperatura atingida. Apesar de tal documento fazer referência à utilização de separadores supersônicos com agente ITH, não é um objetivo do documento recuperar o agente ITH de uma carga de gás, e sim apenas utilizá-lo para evitar a formação de hidratos na separação supersônica.

[0012] O pedido de patente dos EUA No. 14/380.694 refere-se a um sistema de tratamento de gás natural bruto que compreende dois separadores supersônicos (SS) em série para ajuste de ponto de orvalho de hidrocarbonetos e de ponto de orvalho de água e adoçamento da carga de gás natural, em especial, remoção de CO2. No entanto, não é feita nenhuma referência à recuperação de agentes ITH.

[0013] Assim, não há no estado da técnica qualquer referência ou sugestão à utilização de separadores supersônicos (SS) para recuperar agentes ITH de cargas de gás natural através de um processo com formação de duas fases líquidas no condensado que é produzido no separador supersônico (SS).

Objetivos da Invenção

[0014] É um objetivo da presente invenção proporcionar um processo para recuperar inibidores termodinâmicos de hidratos (ITH) de gás natural recém-separado da fase aquosa de ITH e, assim, reduzir drasticamente as perdas de ITH em tal gás recém-separado.

[0015] Ainda, é um objetivo adicional da invenção proporcionar um processo para condicionamento do gás para exportação, isto é, ajuste de ponto de orvalho de água (desidratação) e ajuste de ponto de orvalho de hidrocarbonetos do gás a ser exportado.

[0016] Também é um objetivo adicional da invenção proporcionar um processo que forneça uma corrente de condensado de gás natural (GLP) de alto valor agregado para exportação e venda.

[0017] Surpreendentemente, os inventores conseguiram proporcionar um processo que alcança simultaneamente todos os objetivos mencionados acima.

[0018] É aqui revelado um processo para recuperar agentes ITH de cargas de gás natural utilizando separador supersônico simultaneamente ajustando ponto de orvalho de hidrocarbonetos e de ponto de orvalho de água do gás final compreendendo as seguintes etapas: (a) alimentar a carga de gás natural contendo hidrocarbonetos e agente ITH, podendo ter ou não água vapor, a um ou mais separadores supersônicos (SS) em paralelo, nos quais também pode ser injetada certa proporção de água líquida para garantir geração de condensado bifásico no SS, no qual são produzidos: (i) uma corrente de gás natural tratado, com teores de água e de agente ITH extremamente baixos, com ponto de orvalho de água e ponto de orvalho de hidrocarbonetos ambos ajustados e adequados para exportação; (ii) uma corrente de condensado bifásica à baixa temperatura rica em hidrocarbonetos pesados C3+, água e agente ITH, a qual é encaminhada a um vaso LTX (vaso abatedor de hidratos) com aquecimento para evitar ocorrência de gelo e hidratos; (b) alimentar a corrente líquida bifásica que deixa o vaso LTX a um separador líquido-líquido para separação de duas fases: uma fase rica em hidrocarbonetos e outra fase rica em água e agente ITH, separador líquido-líquido este onde também pode ser ou não injetada certa proporção de água líquida para garantir extração de ITH da fase de hidrocarbonetos; (c) despressurizar e aquecer a corrente de fase rica em hidrocarbonetos que deixa o separador líquido-líquido e encaminhá-la a um vaso flash, obtendo uma corrente gás rica em hidrocarbonetos leves no topo e uma corrente líquida rica em hidrocarbonetos mais pesados no fundo, tal corrente de fundo com destino à exportação e venda (GLP) e tal corrente gás de topo se unindo à corrente gás seca que deixa o separador supersônico; e (d) unir a corrente de fase aquosa com ITH que deixa o separador líquido-líquido à corrente de fase aquosa que deixa o separador primário com destino à regeneração do inibidor.

[0019] Em uma concretização, o agente ITH é líquido, não- iônico, selecionado dentre as seguintes substâncias ou categorias de substâncias: metanol, etanol, monoetileno glicol (MEG), glicóis em geral, ou qualquer outro composto líquido multi-hidroxilado como propanotriol (glicerol), ou multi- oxigenados como poli-éteres e carbonatos orgânicos.

[0020] Em uma concretização preferida, a fim de contornar flutuações do teor de água na carga de gás natural, água é adicionada na entrada do separador supersônico a fim de garantir a formação de duas fases líquidas no condensado. Preferencialmente, são adicionados 3:1 mols de água por mol de ITH ou razões similares começando em 0:1 até 20:1 mols de água por mol de ITH.

[0021] Em uma concretização preferida, água é adicionada no separador líquido-líquido a fim de diminuir a perda de agente ITH para a fase de hidrocarbonetos. Preferencialmente, são adicionados 4:1 mols de água por mol de ITH ou razões similares começando em 0:1 até 100:1 mols de água por mol de ITH.

[0022] Em uma concretização preferida, a corrente de fase aquosa do separador líquido-líquido segue para uma coluna de destilação atmosférica a fim de se obter água pura como produto de fundo (no caso de ITH leves como metanol ou etanol) ou de topo (no caso de ITH pesado como glicóis) para ser reciclada ao separador supersônico e ao separador líquido- líquido, e o outro produto da destilação, composto majoritariamente por água e agente ITH, sendo encaminhado para a seção de regeneração do agente ITH, seção esta já existente na tecnologia atual de recuperação de ITH.

Breve Descrição dos Desenhos

[0023] A Figura 1 é um fluxograma simplificado que ilustra uma concretização do processo da presente invenção.

[0024] A Figura 2 é um fluxograma simplificado que ilustra uma concretização alternativa do processo da presente invenção.

[0025] A Figura 3 é um gráfico que ilustra a perda de ITH para a fase de hidrocarbonetos no separador líquido-líquido versus a quantidade de água adicionada para o caso metanol.

[0026] A Figura 4 é um gráfico que ilustra a perda de ITH para a fase de hidrocarbonetos no separador líquido-líquido versus a quantidade de água adicionada para o caso etanol.

[0027] A Figura 5 é um gráfico que ilustra a perda de ITH para a fase de hidrocarbonetos no separador líquido-líquido versus a quantidade de água adicionada para o caso monoetileno glicol (MEG).

Descrição Detalhada

[0028] Com referência à Figura 1, a corrente 1 que vem do poço chega ao separador primário trifásico de alta pressão, em que são separadas as correntes 2 de gás natural, corrente 3 de possíveis condensados e corrente 4 aquosa com ITH.

[0029] A corrente 4 aquosa, composta por agente ITH, sais e água, é encaminhada para uma unidade de regeneração do agente ITH, de modo a regenerar o ITH e possibilitar sua reinjeção na cabeça do poço.

[0030] A corrente 3, caso exista, segue para tratamento adequado de condensados.

[0031] A corrente 2 de gás natural em alta pressão é encaminhada então a um separador supersônico (SS), com adição de água 6 na entrada do SS de modo a garantir a formação de duas fases líquidas no condensado 8 que é produzido no separador SS. A adição de água é feita, em base molar, a uma vazão tipicamente de até 3 vezes a vazão de agente ITH a recuperar na corrente gasosa. Tal adição de água é limitada a fim de não onerar as dimensões do separador SS, mas que ainda garanta a formação de duas fases líquidas no condensado. Tipicamente, o gás é acelerado até atingir Número de Mach igual a 1,5. O condensado 8 à baixa temperatura, tipicamente menor do que -20°C, segue para um vaso LTX, onde ocorre aquecimento para evitar a formação de gelo e hidrato até uma temperatura de cerca de 20°C, em que o gás desprendido 9, caso presente, se junta à corrente de gás seco 7, e o condensado aquecido 10 segue então para um separador líquido-líquido também na pressão de descarga do SS.

[0032] Para melhorar a recuperação do agente ITH dissolvido na fase de hidrocarbonetos, uma corrente de água 11 é adicionada ao separador líquido-líquido, em que a fase aquosa 13 que deixa o separador é despressurizada e é unida à corrente aquosa (corrente 4) que deixa o separador primário com destino à unidade de regeneração do agente ITH.

[0033] A corrente 12 de fase de hidrocarbonetos que deixa o separador líquido-líquido é despressurizada e aquecida, e segue para um tanque flash a fim de remover a corrente 17, rica em hidrocarbonetos mais leves, sendo unida à corrente de gás 7, e a corrente 18, composta por hidrocarbonetos mais pesados (GLP), segue para exportação.

[0034] Com referência agora à Figura 2, que ilustra uma concretização alternativa da invenção, o processo é descrito semelhantemente ao processo da Figura 1, com mesma numeração de referência de correntes. No entanto, a diferença está no destino da corrente 13. Na concretização do processo da Figura 2, tal corrente 13 segue para uma coluna de destilação atmosférica a fim de recuperar água pura 15 como produto de fundo (no caso de ITH leve como metanol ou etanol) ou de topo (no caso de ITH pesado como glicol) para ser reciclada ao separador supersônico (corrente 6) e ao separador líquido- líquido (corrente 11). O outro produto da coluna atmosférica, corrente 14, composta majoritariamente por agente ITH e água, é unida à corrente aquosa 4 que deixa o separador primário com destino a unidade de regeneração de agente ITH. Esta concretização é vantajosa quando a coluna de destilação é mais adequada para se obter o recurso de água pura que é utilizada no processo.

[0035] Deve-se notar que alterações e modificações podem ser feitas no processo sem se afastar do espírito e/ou escopo da invenção. Por exemplo, etapas adicionais de tratamento do gás natural podem ser incluídas e/ou adaptadas no processo revelado de acordo com a presença de outros contaminantes na carga de gás natural e/ou de acordo com diferenças na composição da carga de gás natural.

[0036] Os exemplos a seguir destinam-se a ser ilustrativos apenas, e não limitativos e/ou restritivos.

Exemplos

[0037] Nos Exemplos 1 a 3 a seguir, a seguinte carga de gás natural foi considerada (em base seca): Tabela 1. Composição da Carga de Gás Natural (base seca)

[0038] Além disso, outros dados de produção relativos ao campo em questão e parâmetros de operação são apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Demais dados de produção

Exemplo 1

[0039] Neste exemplo, o agente ITH utilizado é o metanol em solução aquosa a 85% em peso, e injetado na cabeça do poço a uma vazão de 75 kmol/h. O processamento é realizado e descrito de acordo com a numeração das correntes ilustradas nas concretizações de processo das Figuras 1 e 2.

[0040] Após o separador primário, a vazão de gás (corrente 2) é unida a uma corrente total de água de 45 kmol/h (cerca de 3 vezes a vazão de ITH no gás em base molar) na entrada em dois separadores supersônicos (SS) em paralelo. O separador SS opera com número máximo de Mach de 1,5, possui 100 mm de diâmetro interno, 80mm de diâmetro externo, ângulos de convergência e divergência de 12,67 e 2,66 graus, respectivamente, produzindo condensado bifásico a -38,5°C e apresentando uma perda de carga tal que os produtos de gás e condensado bifásico possuem 39,6 bar de pressão, tal condensado sendo encaminhado ao vaso LTX com aquecimento até 20°C. Neste caso, não há desprendimento de gás no vaso LTX (corrente 9).

[0041] O separador líquido-líquido opera, então, a 39,6 bar e 20°C. É alimentada uma corrente de água ao separador líquido-líquido com vazão de 60 kmol/h (cerca de 4 vezes a vazão de ITH no gás a tratar em base molar) a fim de aumentar a extração do ITH para a fase aquosa. Vazões maiores de água podem ser utilizadas a fim de aumentar ainda mais a recuperação de ITH, conforme a Figura 3. Porém, um aumento excessivo de adição de água pode onerar as dimensões do separador líquido-líquido e onerar a unidade de regeneração do agente ITH devido à maior vazão material a ser tratada nessa unidade. No entanto, a coluna atmosférica de regeneração do agente ITH opera no modo “stripper”, devido à grande quantidade de água na carga, com pouca necessidade de vaporizar água, vaporizando basicamente apenas o metanol. Assim o consumo energético não é tão onerado com o aumento de água injetada, conforme a Tabela 3. Tabela 3. Impacto da vazão de água adicionada ao separador líquido-líquido no consumo energético para a unidade de regeneração do agente ITH

[0042] Caso a corrente 13 siga para uma coluna de destilação (concretização da Figura 2) a fim de recuperar água pura como produto de fundo (corrente 15) e o produto de topo (corrente 14) sendo recirculado para a unidade de regeneração de agente ITH, o consumo energético na unidade de regeneração de agente ITH permanece praticamente constante, e o consumo energético em tal coluna de destilação aumenta com a adição de água no separador líquido-líquido, conforme a Tabela 4 a seguir. Tabela 4. Impacto da vazão de água adicionada no separador líquido-líquido no consumo energético da coluna de destilação para recuperar água pura como produto de fundo

[0043] A fase de hidrocarbonetos é expandida a 20 bar e aquecida a 50°C, sendo encaminhada ao vaso flash para desprendimento da corrente vaporizada 17 e corrente de fundo 18 (GLP) composta majoritariamente por propano e butano. A composição da corrente de GLP é mostrada na Tabela 5, enquanto que a Tabela 6 ilustra os demais resultados do processo. Tabela 5. Composição do GLP

Tabela 6. Principais Resultados para o Caso Metanol como ITH

[0044] Caso o metanol fosse totalmente perdido para a corrente gasosa que deixa o separador primário, uma perda de 26,6% de metanol seria esperada. Com o processo da presente invenção, essa perda de metanol para a fase gasosa e GLP é drasticamente reduzida para 2,3%, podendo ser reduzida ainda mais de acordo com a quantidade de água adicionada no separador líquido-líquido, conforme a Figura 3. Assim, tal processo proporciona uma economia extremamente significativa de custo de reposição de pelo menos cerca de 446 kg/h de metanol que de outra forma seria perdido para fase gasosa.

Exemplo 2

[0045] Neste exemplo, o agente ITH utilizado é o etanol em solução aquosa a 85% em peso, e injetado na cabeça do poço a uma vazão de 91 kmol/h. O processamento é realizado e descrito de acordo com a numeração das correntes ilustradas nas concretizações de processo das Figuras 1 e 2.

[0046] A vazão de gás do separador primário (corrente 2) é unida a uma corrente total de água de 30 kmol/h (cerca de 3 vezes a vazão de ITH no gás em base molar) na entrada em dois separadores supersônicos SS em paralelo. O separador SS opera com número máximo de Mach de 1,5, possui 100 mm de diâmetro interno, 80mm de diâmetro externo, ângulos de convergência e divergência de 12,67 e 2,66 graus, respectivamente, produzindo o condensado bifásico a -38,6°C e apresentando uma perda de carga tal que os produtos de gás e condensado possuem 39,6 bar de pressão, tal condensado bifásico sendo encaminhado ao vaso LTX com aquecimento até 20°C. Neste caso, não há desprendimento de gás no vaso LTX (corrente 9).

[0047] O separador líquido-líquido opera, então, a 39,6 bar e 20°C. É alimentada uma corrente de água ao separador com vazão de 40 kmol/h (cerca de 4 vezes a vazão de ITH no gás em base molar) a fim de aumentar a extração de ITH para a fase aquosa. Vazões maiores de água podem ser utilizadas a fim de aumentar ainda mais a recuperação de ITH, conforme a Figura 4. Porém, um aumento excessivo de adição de água pode onerar as dimensões do separador líquido-líquido e onerar a unidade de regeneração do agente ITH devido à maior vazão material a ser tratada nessa unidade. No entanto, a coluna atmosférica de regeneração do agente ITH opera no modo “stripper”, devido à grande quantidade de água na carga, com pouca necessidade de vaporizar água, vaporizando basicamente apenas etanol. Assim o consumo energético não é tão onerado com o aumento de água injetada, conforme a Tabela 7. Tabela 7. Impacto da vazão de água adicionada no separador líquido-líquido no consumo energético para a unidade de regeneração de agente ITH

[0048] Caso a corrente 13 siga para uma coluna de destilação (concretização da Figura 2) a fim de recuperar água pura como produto de fundo (corrente 15) e o produto de topo (corrente 14) sendo recirculado para a unidade de regeneração de agente ITH, o consumo energético na unidade de regeneração de agente ITH permanece praticamente constante, e o consumo energético em tal coluna de destilação aumenta com a adição de água no separador líquido-líquido, conforme a Tabela 8 a seguir. Tabela 8. Impacto da vazão de água adicionada no separador líquido-líquido no consumo energético na coluna de destilação para recuperar água pura como produto de fundo

[0049] A fase de hidrocarbonetos é expandida a 20 bar e aquecida a 50°C, sendo encaminhada ao vaso flash para desprendimento da corrente vaporizada 17 e corrente de fundo 18 (GLP) composta majoritariamente por propano e butano. A composição da corrente de GLP é mostrada na Tabela 9, enquanto que a Tabela 10 ilustra os demais resultados do processo. Tabela 9. Composição do GLP

Tabela 10. Principais Resultados para o Caso Etanol como ITH

[0050] Caso o etanol fosse totalmente perdido para a corrente gasosa que deixa o separador primário, uma perda de 17,6% de etanol seria esperada. Com o processo da presente invenção, essa perda de etanol para a fase gasosa e GLP é drasticamente reduzida para 3,5%, podendo ser reduzida ainda mais de acordo com a quantidade de água adicionada no separador líquido-líquido, conforme a Figura 4. Assim, tal processo proporciona uma economia extremamente significativa de custo de reposição de pelo menos cerca de 400 kg/h de etanol que de outra forma seria perdido para fase gasosa.

Exemplo 3

[0051] Neste exemplo, o agente ITH utilizado é o monoetileno glicol (MEG) em solução aquosa a 85% em peso, e injetado na cabeça do poço a uma vazão de 109 kmol/h. Apesar de o MEG apresentar baixas perdas para a fase gasosa devido à sua baixa volatilidade, também é possível recuperá-lo e reduzir ainda mais as suas perdas para a fase gasosa utilizando a presente invenção. O processamento é realizado e descrito de acordo com a numeração das correntes ilustradas nas concretizações de processo das Figuras 1 e 2.

[0052] A vazão de gás deixando o separador primário (corrente 2) é unida a uma corrente total de água de 0,036 kmol/h (cerca de 3 vezes a vazão de ITH no gás em base molar) na entrada em dois separadores supersônicos (SS) em paralelo. O separador SS opera com número máximo de Mach de 1,5, possui 150 mm de diâmetro interno, 120 mm de diâmetro externo, ângulos de convergência e divergência de 12,67 e 2,66 graus, respectivamente, produzindo o condensado a -40,6°C e apresentando uma perda de carga tal que os produtos de gás e condensado bifásico possuem 42,2 bar de pressão, tal condensado bifásico sendo encaminhado ao vaso LTX com aquecimento até 20°C. Neste caso, não há desprendimento de gás no vaso LTX (corrente 9).

[0053] O separador líquido-líquido opera, então, a 42,2 bar e 20°C. É alimentada uma corrente de água ao separador com vazão de 0,05 kmol/h (cerca de 4 vezes a vazão de ITH no gás em base molar) a fim de aumentar a extração de ITH para a fase aquosa. Vazões maiores de água podem ser utilizadas, assim como nos exemplos anteriores, a fim de aumentar ainda mais a recuperação de ITH, conforme a Figura 5.

[0054] Analogamente aos exemplos anteriores, pode-se adotar a concretização da Figura 2, em que a corrente aquosa que deixa o separador líquido-líquido (corrente 13) segue para uma coluna de destilação. No entanto, como o processo de regeneração do agente ITH no caso MEG produz água pura, tal coluna pode não ser necessária.

[0055] A fase de hidrocarbonetos é expandida a 20 bar e aquecida a 50°C, sendo encaminhada ao vaso flash para desprendimento da corrente vaporizada 17 e corrente de fundo 18 (GLP) composta majoritariamente por propano e butano. A composição da corrente de GLP é mostrada na Tabela 11, enquanto que a Tabela 12 ilustra os demais resultados do processo. Tabela 11. Composição do GLP

Tabela 12. Principais Resultados para o Caso MEG como ITH

[0056] Caso o MEG fosse perdido para a corrente gasosa que deixa o separador primário, uma perda de 0,018% de MEG seria esperada. Com o processo da presente invenção, essa pequena perda de MEG para a fase gasosa e GLP é reduzida ainda mais para 0,00014%, podendo ser reduzida ainda mais de acordo com a quantidade de água adicionada no separador líquido-líquido, conforme a Figura 5. Portanto, apesar de a perda de MEG ser pequena para a fase gasosa, essa perda pode ser reduzida ainda mais com o processo da presente invenção, proporcionando uma economia significativa de custo de reposição de pelo menos cerca de 0,7643 kg/h (0,55 ton/mês) de MEG que de outra forma seria perdido para fase gasosa.

Claims

1. Processo para recuperar Inibidores Termodinâmicos de Hidratos (ITH) de cargas de gás natural utilizando separador supersônico simultaneamente ajustando ponto de orvalho de hidrocarbonetos e ponto de orvalho de água do gás final caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) alimentar a carga de gás natural contendo hidrocarbonetos e agente ITH, podendo ter ou não água vapor, a um ou mais separadores supersônicos (SS) em paralelo, nos quais também pode ser injetada certa proporção de água líquida para garantir geração de condensado bifásico no SS, no qual são produzidas: (i) uma corrente de gás natural com teores de água e de agente ITH extremamente baixos, com ponto de orvalho de água e ponto de orvalho de hidrocarbonetos devidamente ajustados e adequados para exportação; (ii) uma corrente de condensado bifásica à baixa temperatura rica em hidrocarbonetos pesados, água e agente ITH, a qual é encaminhada a um vaso LTX com aquecimento para evitar ocorrência de gelo e hidratos; (b) alimentar a corrente líquida bifásica que deixa o vaso LTX a um separador líquido-líquido para separação de duas fases: uma fase rica em hidrocarbonetos e outra fase rica em água e agente ITH, separador líquido-líquido este onde também pode ser ou não injetada certa proporção de água líquida para garantir extração de ITH da fase de hidrocarbonetos; (c) despressurizar e aquecer a corrente de fase rica em hidrocarbonetos que deixa o separador líquido-líquido e encaminhá-la a um vaso flash, obtendo uma corrente gás rica em hidrocarbonetos leves no topo e uma corrente líquida rica em hidrocarbonetos mais pesados no fundo, tal corrente de fundo com destino à exportação e venda (GLP) e tal corrente gás de topo se unindo à corrente gás seca que deixa o separador supersônico; e (d) unir a corrente de fase aquosa com ITH que deixa o separador líquido-líquido à corrente de fase aquosa que deixa o separador primário com destino à regeneração do inibidor.

2. Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por utilizar inibidor termodinâmico de hidratos (ITH) líquido, não-iônico, selecionado dentre as seguintes substâncias ou categorias de substâncias: metanol, etanol, monoetileno glicol (MEG), glicóis em geral, ou qualquer outro composto líquido multi-hidroxilado como propanotriol (glicerol), ou multi- oxigenados como poli-éteres e carbonatos orgânicos.

3. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 a 2, caracterizado por adicionalmente adotar injeção de água líquida na carga de gás natural do separador supersônico (SS) a preferencialmente 3:1 mols de água por mol de ITH ou razões similares começando em 0:1 até 20:1 mols de água por mol de ITH a fim de garantir a formação de duas fases líquidas no condensado gerado no SS, de modo que o agente ITH possa ser majoritariamente capturado pela fase aquosa mais pesada.

4. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 a 3, caracterizado por adicionalmente adotar injeção de água líquida extra no separador líquido-líquido a preferencialmente 4:1 mols de água por mol de ITH ou razões similares começando em 0:1 até 100:1 mols de água por mol de ITH.

5. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 a 4, caracterizado por ter a etapa (d) incluindo previamente uma coluna de destilação atmosférica, em que se obtém água pura como um dos produtos para ser reciclada ao separador supersônico e ao separador líquido-líquido, e outro produto composto majoritariamente por água e agente ITH, o qual é então unido à corrente de fase aquosa que deixa o separador primário com destino à regeneração do agente ITH.