BR112018006061B1 - Composição de desidratação de gás e processo para remover água de um gás - Google Patents

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Abstract

COMPOSIÇÃO E PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO DE GÁS. A presente invenção refere-se a uma composição de desidratação e o método de uso da mesma para a secagem de correntes de gás, em particular correntes de gás natural, em que a composição de desidratação compreende (i) um glicol, (ii) um composto de borato, (iii) um carboxilato de metal alcalino e (iv) um glicol adicional diferente de (i) e/ou (v) um aditivo adicional selecionado de uma alcanolamina, um ácido fosfato ou composto salino, um agente edulcorante, um melhorador da viscosidade a baixa temperatura, um inibidor de corrosão, um agente antiespumante ou misturas destes.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção se refere a uma composição e um método de utilização da mesma para correntes de gás de secagem, em particular correntes de gás natural, em que a composição compreende trietileno glicol. As referidas composições de trietileno glicol são particularmente adequadas para correntes de gás de desidratação compreendendo água.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] Gases, tais como o gás natural, em geral, contêm quantidades variáveis de vapor de água. É desejável que nenhum vapor de água seja admitido em um gasoduto de gás natural. A presença do vapor de água é indesejável, pois o vapor de água pode provocar a corrosão dos tubos e causar corrosão de, e paragens em, válvulas e acessórios em sistemas de transmissão de tubos de gás. Além disso, as quantidades de água ou de umidade que são relativamente pequenas podem congelar e bloquear o gasoduto de tal forma que o fluxo é completamente interrompido ou pelo menos muito restrito.
[0003] Um método comum para a remoção de umidade de correntes de gás, tais como o gás natural, é usar uma unidade de desidratação de gás utilizando um glicol como um solvente. Em tal unidade, o gás úmido é colocado em contato com uma solução de agente de secagem magro em uma etapa absorvente para remover a água. O glicol utilizado é o trietilenoglicol (TEG) e, em menor grau, outros glicóis, tais como dietilenoglicol (DEG) ou etilenoglicol (EG). O glicol rico (isto é, o glicol contendo água) é então passado para um processo de reconcentração ou regeneração compreendendo tipicamente um refervedor, no qual a água absorvida é retirada e removida, permitindo assim a reutilização do glicol regenerado.
[0004] No entanto, surge um problema incômodo, o aquecimento simples do agente de secagem pode não remover uma quantidade suficiente de água. A eficiência da operação de secagem do gás é uma função da água residual no agente desidratante regenerado. Aumentar a temperatura durante a regeneração tende a expulsar mais umidade, mas o uso de excesso de calor também promove a degradação do agente desidratante pela formação de produtos de pirólise. Estes produtos de pirólise, por sua vez, reduzem ainda mais a eficácia do agente desidratante.
[0005] Além disso, tais produtos de pirólise podem produzir ácidos que podem criar problemas de corrosão nas unidades de desidratação de gás. Para combater a corrosão, as composições do agente de secagem podem compreender inibidores de corrosão, tais como uma alcanolamina. As alcanolaminas comumente utilizadas são, por exemplo, monoetanolamina, dietanolamina, trietanolamina, etc. No entanto, as alcanolaminas podem ser voláteis e/ou termicamente instáveis às temperaturas de reaquecedor de desidratação.
[0006] Portanto, ainda existe uma necessidade de uma solução de agente de secagem com estabilidade térmica melhorada com propriedades de inibição de corrosão.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0007] A presente invenção é uma composição de desidratação e um processo para remoção de água de um gás que compreende água utilizando uma composição de desidratação gasosa compreendendo, constituindo essencialmente em, ou consistindo em: i de 60 a 99,9 por cento em peso de um glicol, ii de 0,1 a 10 por cento em peso de um composto de borato, iii de 0,01 a 10 por cento em peso de um carboxilato de metal alcalino, iv de 0 a 30 por cento em peso de um glicol adicional diferente de i e v de 0 a 25 por cento em peso de um aditivo adicional selecionado de uma alcanolamina, um ácido fosfato ou composto de sal, um agente edulcorante, um melhorador de viscosidade de baixa temperatura, um inibidor de corrosão, um agente antiespumante ou suas misturas em que os percentuais em peso são baseados no peso total da composição de desidratação.
[0008] Numa modalidade da presente invenção, na composição de desidratação aqui descrita acima, o glicol é monoetilenoglicol,, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, monopropileno glicol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, tetrapropileno glicol, ou glicerol, preferivelmente trietileno glicol, o composto de borato é ácido bórico, ácido metabórico, metaborato de sódio, ácido tetraborico, tetraborato de sódio, tetraborato de potássio, seus hidratos correspondentes ou suas misturas, ou suas misturas, de preferência tetraborato de sódio, o sal de metal alcalino é acetato de sódio, acetato de potássio, sódio formiato, formato de potássio, bicarbonato de sódio, bicarbonato de potássio, glicolato de sódio, glicolato de potássio, lactato de sódio, lactato de potássio, os hidratos correspondentes ou suas misturas, de preferência acetato de sódio e o glicol adicional é monoetileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, monopropileno glicol, dipropileno glicol,tripropileno glicol, tetrapropilenoglicol, glicerol, ou misturas destes.
[0009] Em uma modalidade do processo da presente invenção, o gás é gás natural.
[00010] Numa outra modalidade, o processo da presente invenção compreende a etapa de (a) contactar o referido gás numa zona de contato de contracorrente contínua com a referida composição desidratante, de preferência compreendendo ainda as etapas (b) regenerar a referida composição desidratante rica em água a uma temperatura de 120°C a 225°C para formar uma composição de desidratação magra e (c) usar a totalidade ou parte da composição de desidratação magra regenerada, repetir a etapa a.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[00011] As composições de desidratação da presente invenção podem ser usadas para remover água de qualquer gás que compreende água, elas são particularmente adequadas para a remoção de água de qualquer gás que compreende água, e são particularmente adequadas para utilização com o gás natural bruto e/ou tratado. O gás natural bruto vem de três tipos de poços: poços de petróleo, poços de gás e poços de condensados. O gás natural que vem de poços de petróleo é normalmente chamado de "gás associado". Este gás pode existir separado do petróleo na formação (gás livre) ou dissolvido no petróleo bruto (gás dissolvido). O gás natural de poços de gás e de condensados, no qual existe pouco ou nenhum petróleo bruto, é denominado "gás não associado". Os poços de gás normalmente produzem gás natural bruto por si só, enquanto os poços de condensados produzem gás natural livre juntamente com um condensado de hidrocarboneto semilíquido. Seja qual for a fonte do gás natural, uma vez separado do petróleo bruto (caso esteja presente), normalmente ele existe como uma mistura de metano e outros hidrocarbonetos, água, sais e outras impurezas, tais como gases ácidos. O termo "gás natural " tal como aqui utilizado abaixo inclui qualquer fonte de gás natural que compreende água, incluindo gás natural bruto ou tratado. O gás natural tratado é gás natural bruto que foi tratado uma ou mais vezes para remover uma ou mais impurezas.
[00012] O processo de desidratação de um fluido gasoso utilizando um glicol é bem conhecido na técnica, tal como é descrito pelos processos na USP 2.988.171 e Kohl et al., "Gas Purification" 4a Edição, 1985, Gulf Publishing Company. No entanto, será evidente para os versados na técnica que um tal sistema de contracorrente poderia ser utilizado também para a secagem de outros gases. Estes processos conhecidos podem ser utilizados com as composições desidratantes da presente invenção. De preferência, o gás é colocado em contato com a composição desidratante num processo contínuo de fluxo de contracorrente. Quando o fluido gasoso é gás natural, o processo geralmente passa o gás para o fundo de uma unidade de absorção, equipada com defletores, bandejas, embalagem aleatória, embalagem estruturada ou combinação destes, em que o gás é contactado em contracorrente na zona de contato com uma composição desidratante magra para remover a água. O gás seco sai da parte superior da unidade absorvente e a composição desidratante rica é removida do fundo da unidade absorvente e bombeada para uma série de trocas de calor ou para um tanque de descarga ou unidades maiores. Após o tanque de descarga, ou diretamente das unidades de absorção menores, a composição desidratante rica passa por uma série de permutadores de calor e filtros antes de ir para um imóvel e regenerador, onde a água é removida da composição desidratante.
[00013] A temperatura e a pressão do gás a ser desidratado podem ter um efeito no processo desta invenção. Por exemplo, para o gás natural que contém principalmente metano, a temperatura do gás a ser desidratado estará geralmente dentro da faixa de cerca de 20°C a 45°C, tendo sido reduzido de temperaturas mais elevadas quando descarregado de sua fonte subterrânea. A pressão durante a desidratação geralmente é aumentada para cerca de 500 a 1.000 psi. A esta temperatura, o gás conterá cerca de 0,5 a 5 por cento em peso de água.
[00014] A composição de desidratação rica em água da presente invenção é bombeada através de um circuito fechado (do qual o absorvente é parte) incluindo vários filtros, separadores, permutadores de calor, etc., e um reaquecedor em que a composição de desidratação rica em água da presente invenção é convencionalmente aquecida e mantida a uma temperatura de 150°C a cerca de 225°C, de preferência a uma temperatura de 170°C a 220°C, de modo a que a água seja removida. A totalidade ou parte da composição de desidratação regenerada magra resultante da presente invenção pode então ser devolvida através da porção restante do circuito de volta ao absorvedor, novamente para fluir em troca em contracorrente com gás natural que compreende água.
[00015] Numa modalidade, uma composição desidratante utilizada na presente invenção compreende um ou mais glicol, um composto de borato (ii), e um carboxilato de metal alcalino (iii).
[00016] Numa outra modalidade, uma composição desidratante utilizada na presente invenção consiste essencialmente em um ou mais glicol, um composto de borato (ii), e um carboxilato de metal alcalino (iii).
[00017] Ainda numa outra modalidade, uma composição desidratante utilizada na presente invenção consiste em um ou mais glicol, um composto de borato e um carboxilato de metal alcalino.
[00018] Os glicóis geralmente empregados como componente (i) são mono-, di-, tri-, e tetraetileno glicol e mono-, di-, tri-, e tetrapropileno glicol. Penta- e hexoetileno glicol e penta e hexapropileno glicol podem ser utilizados, no entanto; os glicóis mais elevados têm viscosidades mais elevadas, tornando-os menos adequados para a presente aplicação. Além disso, glicóis mais altos podem coabsorver uma maior concentração de hidrocarbonetos que podem ser prejudiciais durante a desidratação de uma corrente de metano, etano ou propano. De preferência, o glicol é selecionado de trietilenoglicol, etilenoglicol (monoetilenoglicol), dietilenoglicol, tripropileno glicol ou misturas destes. O glicol mais preferido é o trietileno glicol. O glicol está presente numa quantidade de 60 a 99,9 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação. De preferência, o glicol está presente na composição de desidratação numa quantidade igual ou superior a 60 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou superior a 70 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou superior a 80 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente igual a ou superior a 85 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação. De preferência, o glicol está presente na composição de desidratação numa quantidade igual ou inferior a 99,9 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 99,5 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 99 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 95 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente igual ou inferior a 90 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação.
[00019] O composto de borato útil nas composições de desidratação da presente invenção pode ser qualquer sal de ácido bórico que esteja na composição de desidratação incluindo metaboratos de metal alcalino e tetraboratos. Os boratos úteis incluem ácido bórico, ácido metabórico, metaborato de sódio, ácido tetrabórico, tetraborato de sódio, tetraborato de potássio, e seus hidratos correspondentes. O composto de borato é utilizado em quantidades para proporcionar de 0,05 a 10 por cento em peso de íon de borato com base no peso total da composição de desidratação. De preferência, o composto de borato está presente na composição de desidratação numa quantidade igual ou maior que 0,05 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou superior a 0,1 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou superior a 0,2 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente igual ou superior a 0,4 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação. De preferência, o composto de borato está presente na composição de desidratação numa quantidade igual ou inferior a 10 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 5 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 4 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente igual para ou menos de 3 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação.
[00020] A composição de desidratação da presente invenção contém ainda um metal alcalino carboxilato (iii). Os carboxilatos de metais alcalinos adequados são acetato de sódio, acetato de potássio, formato de sódio, formato de potássio, bicarbonato de sódio, bicarbonato de potássio, glicolato de sódio, glicolato de potássio, lactato de sódio ou lactato de potássio, bem como seus hidratos, com acetato de sódio preferido. O carboxilato de metal alcalino (iii) está presente na composição de desidratação da presente invenção numa quantidade de 0,01 a 10 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação. Se presente, o carboxilato de metal alcalino (iii) está presente na composição de desidratação numa quantidade igual ou superior a 0,01 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou superior a 0,05 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou superior a 0,1 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente igual ou superior a 0,2 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação. O carboxilato de metal alcalino (iii) está presente na composição de desidratação numa quantidade igual ou inferior a 10 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 7,5 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 5 por cento em peso, mais preferencialmente igual ou inferior a 2,5 por cento em peso, e ainda mais preferencialmente igual ou inferior a 2 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação.
[00021] A composição de desidratação desta invenção pode conter uma quantidade menor de um ou mais glicol (iv) diferente do glicol (i) desde que a presença do(s) outro(s) glicol(óis) não afete(m) adversamente a faixa de temperatura útil ou a estabilidade térmica da composição de desidratação. Glicóis adicionais adequados são monoetileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, monopropileno glicol, tetraetileno glicol, pentaetileno glicol e glicerol. Se estiver presente, o um ou mais glicol (iv) está presente na composição de desidratação em uma quantidade igual ou superior a 0,1 por cento em peso, mais de preferência igual ou superior a 1 por cento em peso, mais de preferência igual ou maior que 2 por cento em peso e mesmo mais de preferência igual ou superior a 5 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação. Se presente, os um ou mais glicóis (iv) estão presentes na composição de desidratação em uma quantidade igual ou menor que 30 por cento em peso, de mais preferência igual ou menor que 25 por cento em peso, de mais preferência igual ou menor que 20 por cento em peso e mesmo de mais preferência igual ou menor que 15 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação.
[00022] O pH das composições de desidratação desta invenção, seja um concentrado ou fluido diluído, deve ser controlado para fins de proteção contra corrosão. As composições devem ter um pH igual ou superior a 7 a igual ou inferior a 11. De preferência, a composição de desidratação da presente invenção tem um pH igual ou superior a 7, mais preferencialmente igual ou superior a 7,5, mais preferencialmente igual ou superior a 8. De preferência, a composição de desidratação da presente invenção tem um pH igual ou inferior a 11, mais preferencialmente igual ou inferior a 10, mais preferencialmente igual ou inferior a 9.
[00023] O controle do pH é proporcionado pelo ajuste apropriado do composto de borato dentro das faixas aqui especificadas, o borato atuando como um tampão para manter o pH dentro da faixa desejada.
[00024] A composição de desidratação da presente invenção pode ainda compreender um ou mais componentes adicionais (v) que incluem, mas não se limitam a: uma alcanolamina, como monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), metildietilanolamina (MDEA) ou trietanolamina (TEA), ver USP 3349544 que é incorporado por referência aqui em sua totalidade; um ácido fosfato ou composto de sal, tal como ácido fosfórico, fosfato de potássio, fosfato dipotássico, fosfato dissódico ou fosfato trissódico, ver USP 2384553 que é incorporado por referência aqui na sua totalidade; um agente edulcorante, como um sulfolano, éteres de polietileno glicol; um melhorador da viscosidade a baixa temperatura, por exemplo carbonato de propileno, dimetilformamida ou compostos de morfolina N-substituídos; agentes antiespumantes, por exemplo, antiespumantes à base de silicone e antiespumantes à base de EO/PO, tais como copolímeros de polissiloxano e polipropilenoglicol, ou um inibidor de corrosão. Se presente, estes ingredientes são utilizados independentemente numa quantidade de 0,01 por cento em peso a 25, de preferência 0,1 a 10 por cento em peso com base no peso total da composição de desidratação.
EXEMPLOS
[00025] As composições de desidratação da presente invenção compreendem um ou mais dos seguintes: "TEG" é o trietilenoglicol disponível na Alfa Aesar com 99% de pureza; "GLY" é glicerina disponível na ACS certificada por Fisher; “B(OH)3” é ácido bórico disponível na Sigma Aldrich com 99,5% de pureza, “Na2B4O7” é tetraborato de sódio disponível na Sigma Aldrich com 99% de pureza, "NaAc" é acetato de sódio disponível na Sigma Aldrich com 99% de pureza, "NaFor" é um formato de sódio disponível na Sigma Aldrich com 99% de pureza, "NaGly" é glicolato de sódio disponível na Sigma Aldrich com 99% de pureza, e "NaLac" é lactato de sódio disponível na Sigma Aldrich com 99% de pureza,
[00026] As composições para os Exemplos Comparativos A a F e os Exemplos 1 a 7 são mostradas na Tabela 1, as quantidades estão em porcentagem em peso com base no peso total das composições de desidratação. Tabela 1
Figure img0001
Estabilidade do pH das composições de desidratação de gás:
[00027] A estabilidade do pH para as composições de desidratação aqui testadas é determinada pela colocação de 12 gramas da composição de desidratação a ser testada em uma bomba de amostra de aço inoxidável de 15 mL. As soluções são vedadas sob atmosfera de nitrogênio e colocadas em um forno a 220°C. A extensão da degradação é avaliada através da realização de testes de alcalinidade da reserva antes e após o envelhecimento em vários pontos do tempo. A análise de alcalinidade total é realizada utilizando um titulador automático Mettler Toledo T90. A titulação é realizada utilizando ácido clorídrico (HCl) adquirido da Fisher Scientific a uma concentração de 0,5N num tamanho de amostra de 10 g. A alcalinidade total é definida como a quantidade de HCl necessária para titular 10 g de analito a pH 6,5. A % de consumo de tampão é definida como a porcentagem de agente tampão de pH consumido e é calculada usando a seguinte equação: ([Alcalinidade total antes do envelhecimento]- [Alcalinidade total após o envelhecimento]) / [Alcalinidade total antes do envelhecimento]. Os resultados de estabilidade são apresentados na Tabela 2. Tabela 2
Figure img0002
Figure img0003

Claims (10)

1. Composição de desidratação de gás, caracterizada pelo fato de compreender: i) de 60 a 99,9 por cento em peso de um glicol, - i) de 0,1 a 10 por cento em peso de um composto de borato, - ii) de 0,01 a 10 por cento em peso de um carboxilato de metal alcalino, iv) de 0 a 30 por cento em peso de um glicol adicional diferente de i, e v) de 0 a 25 por cento em peso de um aditivo adicional selecionado de uma alcanolamina, um ácido fosfato ou composto de sal, um agente edulcorante, um melhorador da viscosidade a baixa temperatura, um inibidor de corrosão, um agente antiespumante ou misturas destes; em que os percentuais em peso são baseados no peso total da composição de desidratação, sendo que: - o glicol é monoetileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, monopropileno glicol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, tetrapropileno glicol, ou glicerol, - o composto de borato é ácido bórico, ácido metabórico, metaborato de sódio, ácido tetrabórico, tetraborato de sódio, tetraborato de potássio, seus hidratos correspondentes ou misturas destes, - o sal de metal alcalino é acetato de sódio, acetato de potássio, formato de sódio, formato de potássio, bicarbonato de sódio, bicarbonato de potássio, glicolato de sódio, glicolato de potássio, lactato de sódio, lactato de potássio, seus hidratos correspondentes ou misturas destes, e - o glicol adicional é o glicol é monoetilenoglicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, monopropileno glicol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, tetrapropileno glicol, glicerol, ou misturas destes.
2. Composição de desidratação de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de: i) o glicol ser trietileno glicol, ii) o composto de borato ser tetraborato de sódio, e iii) o sal de metal alcalino ser acetato de sódio.
3. Composição, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de compreender ainda: iv) glicerol numa quantidade de 0,1 a 30 por cento em peso.
4. Processo para remover água de um gás que compreende água usando uma composição de desidratação de gás, caracterizado pelo fato de compreender: i) de 60 a 99,9 por cento em peso de um glicol, ii) de 0,1 a 10 por cento em peso de um composto de borato, iii) de 0,01 a 10 por cento em peso de um carboxilato de metal alcalino, iv) de 0 a 30 por cento em peso de um glicol adicional diferente de i, e v) de 0 a 25 por cento em peso de um aditivo adicional selecionado de uma alcanolamina, um composto de ácido fosfato ou sal, um agente edulcorante, um melhorador de viscosidade a baixa temperatura, um inibidor de corrosão, um agente antiespumante ou misturas destes sendo que os percentuais em peso são baseados no peso total da composição de desidratação.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de: i) o glicol ser monoetilenoglicol, dietilenoglicol, trietilenoglicol, tetraetilenoglicol, monopropileno glicol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, tetrapropileno glicol ou glicerol, ii) o composto borato ser ácido bórico, ácido metabórico, metaborato de sódio, ácido tetrabórico, tetraborato de sódio, tetraborato de potássio, seus hidratos correspondentes ou misturas destes, iii) o sal de metal alcalino ser acetato de sódio, acetato de potássio, formato de sódio, formato de potássio, bicarbonato de sódio, bicarbonato de potássio, glicolato de sódio, glicolato de potássio, lactato de sódio, lactato de potássio, seus hidratos correspondentes ou misturas destes, iv) o glicol adicional ser monoetileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol, monopropileno glicol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, tetrapropileno glicol, glicerol, ou misturas destes.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de: i) o glicol ser trietileno glicol, ii) o composto de borato ser tetraborato de sódio, e iii) o sal de metal alcalino ser acetato de sódio.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a composição de desidratação de gás compreender ainda: iv) glicerol numa quantidade de 0,1 a 30 por cento em peso.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o gás ser o gás natural.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de: a) contatar referido gás numa zona de contato de contracorrente contínua com a referida composição desidratante para formar uma composição desidratante rica em água.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de: b) regenerar a referida composição desidratante rica em água a uma temperatura de 120°C a 225°C para formar uma composição de desidratação magra; e c) usar a totalidade ou parte da composição regenerada de desidratação magra, repetir a etapa a.
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