BR132016026086E2 - processo e aparato para separação de dióxido de carbono do gás pela dissolução em água - Google Patents
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Abstract
a presente invenção compreende um aparato e processo para tratamento do gás natural e do dióxido de carbono provenientes de um campo de petróleo localizado em águas profundas e ultraprofundas. na invenção, a fase gasosa com dióxido de carbono e hidrocarbonetos é misturada com água, na qual o dióxido de carbono é dissolvido. assim, a fase gasosa pode ser transportada dentro da especificação em relação ao dióxido de carbono. uma outra fração da fase gasosa pode seguir para ser misturada com uma fase líquida capaz de dissolver o dióxido de carbono. essa fase líquida carbonatada passa por válvula para promover a liberação do dióxido de carbono e o seu resfriamento. o dióxido de carbono segue para injeção, que pode se alternada com a água carbonatada, e a água fria retorna para ser novamente misturada com a fase gasosa com alto teor de dióxido de carbono. opcionalmente, o dióxido de carbono pode ser injetado junto com a água carbonatada a partir de um escoamento bifásico na tubulação que liga a unidade de processo ao poço injetor.
Description
PROCESSO E APARATO PARA SEPARAÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO DO GÁS PELA DISSOLUÇÃO EM ÁGUA
Certificado de Adição do BR102015028657-0, depositado em 16/11/2015.
Campo Técnico [001] Trata a presente invenção de um processo e aparato inéditos para separação do dióxido de carbono do gás natural a partir de sua dissolução na água a ser injetada no reservatório de hidrocarbonetos e gás. É comum a produção de dióxido de carbono junto com o petróleo e o gás natural. Em campos marítimos ou terrestres de petróleo, condensado e gás natural, a fase líquida e a fase gasosa são segregadas em um separador. Do separador, a fase líquida é processada e depois bombeada para um terminal ou para um navio, em caso de produção no mar. No caso de haver dióxido de carbono na fase gasosa, ele precisa ser separado antes de o gás natural, dentro da especificação em relação ao teor de dióxido de carbono, ser transportado para uma unidade de tratamento ou para um gasoduto.
Estado da Arte [002] A separação do dióxido de carbono do gás natural é muito dispendiosa. Geralmente ela exige caros e complexos processos, tais como: absorção com aminas, separação com membranas e peneiras moleculares. Depois de separado, o dióxido de carbono tem que ser comprimido e processado também por caros e complexos processos, que exigem grandes equipamentos e elevado consumo de energia e espaço. Somente depois de comprimido e processado é que o dióxido de carbono pode ser injetado no reservatório de hidrocarbonetos ou pode ser transportado para outras unidades.
Sumário da Invenção [003] A invenção diz respeito a um processo e aparato simples e barato para separar o dióxido de carbono do gás natural e para permitir sua injeção no reservatório de hidrocarbonetos a partir de sua dissolução na própria água a ser injetada. De acordo com a presente invenção, o próprio compressor de transporte do gás natural para uma unidade de tratamento faz com que a mistura com a presença de dióxido de carbono e gás natural escoe e entre em contato com a corrente de água proveniente das bombas utilizadas para injeção no reservatório de hidrocarbonetos. O contato da água de injeção, sem alto teor de dióxido de carbono, com a fase gasosa comprimida faz com que o dióxido de carbono presente nessa fase entre em solução na água. A dissolução do dióxido de carbono na água poderá ocorrer em um vaso de pressão, que também poderá segregar os gases não dissolvidos da água com dióxido de carbono dissolvido. A dissolução do dióxido de carbono na água pode ser acelerada pela presença de um catalisador. Assim, o gás natural passa a ter um teor de dióxido de carbono dentro da especificação, estando pronto para ser desidratado e escoar pelo gasoduto de transporte. Os processos de separação do dióxido de carbono e de sua dissolução na água de injeção podem ocorrer em vários estágios. [004] A água utilizada para dissolução do dióxido de carbono e injeção nos reservatórios pode ser proveniente do mar, de rios, do próprio reservatório de hidrocarbonetos ou de qualquer outra fonte de água disponível. No caso de se utilizar água do mar, essa água pode ser captada a uma maior profundidade, onde a temperatura e a salinidade tendem a ser menores, o que aumenta a solubilidade do dióxido de carbono. Antes da mistura com o dióxido de carbono, a água pode ser tratada e dessalinizada. [005] Podem ser utilizados misturadores estáticos ou dinâmicos para aumentar a superfície de contato entre a água e o gás contendo dióxido de carbono, de modo a facilitar a dissolução. Nesses misturadores e nos vasos de pressão, onde pode ocorrer a dissolução do dióxido de carbono na água, podem ser utilizados catalisadores para acelerar o processo de dissolução. [006] No caso de campos de gás, sem produção de líquido, o gás não precisará ser separado antes de ser tratado e misturado com a água de injeção.
[007] Em determinada concepção da invenção, os processos de dissolução do dióxido de carbono na água e de segregação dos gases não dissolvidos da água com dióxido de carbono dissolvido ocorrem em diferentes equipamentos. Nesse caso, um adequado separador é instalado a jusante do vaso de pressão. Nesse separador, ocorre a segregação dos gases não dissolvidos da água com dióxido de carbono dissolvido.
[008] Em outra concepção da invenção, outras unidades de separação de dióxido de carbono da corrente gasosa proveniente do reservatório de hidrocarbonetos podem ser combinadas com as unidades propostas pela presente invenção. Assim sendo, as unidades propostas pela presente invenção poderão tratar gases com teor de dióxido de carbono pré-reduzido em outras unidades ou poderão promover a pré-redução do teor de dióxido de carbono nos gases a serem tratados em outras unidades.
[009] Em ainda outra concepção da invenção, o dióxido de carbono pode sair de solução da água pela despressurização da água com dióxido de carbono dissolvido. Esse dióxido de carbono liberado pode ser comprimido, de modo a ser injetado em reservatórios de hidrocarbonetos ou transportado para outra unidade. Pode haver, ainda, a compressão bifásica do dióxido de carbono junto com a água a partir de qualquer ponto da linha de injeção que liga a unidade de processamento primário ao poço injetor. Breve Descrição dos Desenhos [010] O processo de acordo com a presente invenção é adicionalmente explicado por meio dos desenhos anexos, no qual a Figura 1 mostra esquematicamente a concepção básica da invenção, a Figura 2 mostra o desenho esquemático de um processo e aparato com dois estágios de separação e a Figura 3 mostra a concepção básica da invenção com dispositivos para acelerar a dissolução.
Descrição Detalhada da Invenção [011] A Figura 1 mostra uma mistura de petróleo e gás (1) que chega a um separador (2) instalado em uma unidade de produção. A fase líquida (3) segue para ser processada e bombeada para um terminal ou um navio. A fase gasosa com altos teores de gás natural e dióxido de carbono (4) tem sua pressão elevada em um compressor (5). Do compressor, essa mistura gasosa escoa para um vaso de pressão (6) onde é misturada intensamente com a água (7), inicialmente não saturada com dióxido de carbono. Essa água é proveniente de uma bomba de injeção (8). O dióxido de carbono entra então em solução na água após a intensa mistura. A fase gasosa (9) que deixa o vaso de pressão passa a ser composta, principalmente, de gás natural e está pronta para ser processada e transportada. A água que deixa o vaso de pressão (10) passa a ter dióxido de carbono dissolvido e está pronta para ser injetada no reservatório.
[012] A Figura 2 mostra uma mistura de petróleo e gás (1) que chega a um separador (2). A fase líquida (3) é processada e depois bombeada para um terminal ou para um navio. A fase gasosa (4), com gás natural e dióxido de carbono, tem sua pressão elevada em um compressor (5). Do compressor, essa fase escoa para um vaso de pressão A (6) onde é misturada intensamente com a água A (7), inicialmente não saturada com dióxido de carbono. Essa água A é proveniente da bomba de injeção A (8). O dióxido de carbono presente na fase gasosa é, então, parcialmente dissolvido na água A. A fase gasosa A (9) que deixa o vaso de pressão tem seu teor de dióxido de carbono reduzido e a água A (10) que deixa o vaso de pressão passa a ter dióxido de carbono dissolvido. Do vaso de pressão A, essa mistura gasosa escoa por um vaso de pressão B (11) onde é misturada intensamente com a água B (12), inicialmente não saturada com dióxido de carbono. Essa água B é proveniente da bomba de injeção B (13). O dióxido de carbono é, então, dissolvido na água B. A fase gasosa B (14) que deixa o vaso de pressão B, dentro da especificação em relação ao teor de dióxido de carbono, é então transportada para uma unidade de tratamento. A água B (15), proveniente do vaso de pressão B é misturada com a água A, ambas com dióxido de carbono dissolvido, para serem injetadas no reservatório. Se a vazão de água com dióxido de carbono for maior que a necessária para injeção no reservatório, uma fração dessa vazão tem sua pressão reduzida em uma válvula (16). Com isso, o dióxido de carbono sai de solução dessa fração em um vaso de pressão (17) e segue para um compressor (18) para ser injetado no reservatório e a água (19), dentro da especificação, pode ser descartada.
[013] A Figura 3 mostra uma mistura de petróleo e gás (1) que chega a um separador (2) instalado em uma unidade de produção. A fase líquida (3) segue para ser processada e bombeada para um terminal ou um navio. A fase gasosa com altos teores de gás natural e dióxido de carbono (4) tem sua pressão elevada em um compressor (5). Do compressor, essa mistura gasosa escoa para um ejetor (6) onde é misturada intensamente com a água (7) proveniente de uma bomba de injeção (8). O dióxido de carbono entra então em solução na água após a intensa mistura. Do ejetor (6), a mistura de água de injeção e dióxido de carbono escoa para um vaso de pressão (9). No interior de vaso de pressão (9), é instalador um catalisador (10) que acelera a dissolução do dióxido de carbono na água. Do catalizador (10), o gás não dissolvido e a água com dióxido de carbono dissolvido escoam para uma câmara de separação (11). A fase gasosa (12) que deixa o vaso de pressão passa a ser composta, principalmente, de gás natural e está pronta para ser desidratada e transportada. A água que deixa o vaso de pressão (13) passa a ter dióxido de carbono dissolvido e está pronta para ser injetada no reservatório de hidrocarbonetos.
REIVINDICAÇÕES
Claims (17)
1. PROCESSO E APARATO PARA SEPARAÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO DO GÁS PELA DISSOLUÇÃO EM ÁGUA caracterizados por separador de petróleo e gás provenientes de um campo produtor de hidrocarbonetos; por compressor de gás; por água não saturada com dióxido de carbono; por bomba de água de injeção; por vaso de pressão onde o dióxido de carbono, depois de misturado com a água não saturada, entra em solução nessa água; por água com dióxido de carbono dissolvido para ser injetada no reservatório de hidrocarbonetos; e por gás natural com baixo teor de dióxido de carbono, em razão de o dióxido de carbono ter sido dissolvido na água de injeção, que atende à especificação antes de ser transportado para uma unidade de tratamento ou terminal.
2. O processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela separação do dióxido de carbono do gás natural poder ocorrer em um ou mais estágios.
3. O processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por poder ser acrescentada válvula de despressurização, vaso de pressão para separar o dióxido de carbono da água e equipamento para comprimi-lo e injetá-lo no reservatório, transportá-lo para outro reservatório ou para outros processos, ou até mesmo transportá-lo para uma unidade industrial.
4. O processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados pela água poder ser proveniente de quaisquer fontes, tais como rio ou mar, onde pode ser captada a maior profundidade de modo a se ter uma água com menor temperatura e com menos sal.
5. O processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados pela água poder ser dessalinizada antes de ser misturada com o gás contendo dióxido de carbono proveniente do reservatório.
6. O processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela água não saturada em dióxido de carbono poder ser proveniente do próprio reservatório de hidrocarbonetos.
7. O processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados pela água com dióxido de carbono poder ser transportada e injetada em outros reservatórios de petróleo ou transportada para outra unidade.
8. O processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados por poderem ser instalados misturadores de fases para aumentar o contato da água com o dióxido de carbono.
9. O processo e aparato de acordo com a reivindicação 3 caracterizados pelo dióxido de carbono separado pode ser injetado em qualquer ponto da linha de injeção.
10. 0 processo de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por poder haver a compressão bifásica ao longo da linha de injeção de água com dióxido de carbono no estado gasoso.
11. 0 processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados pelo compressor de gás e pela bomba de água poderem ser independentes dos utilizados, respectivamente, para transporte do gás natural e injeção no reservatório de hidrocarbonetos.
12. 0 processo e aparato de acordo com reivindicação 1 caracterizados por poder ser dispensado o separador no caso de um campo de gás.
13. 0 processo e aparato de acordo com reivindicação 1 caracterizados por poder ser utilizado um separador a jusante do vaso de pressão para segregar o gás não dissolvido da água com dióxido de carbono dissolvido.
14. 0 processo e aparato de acordo com reivindicação 1 caracterizados por poder ser produzido condensado em vez de petróleo.
15. 0 processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados por poder não haver necessidade de separação do dióxido de carbono, pois já existem unidades de separação instaladas, mas há necessidade de se injetar o dióxido de carbono no reservatório, o que ocorre apenas pela sua dissolução na água de injeção.
16. 0 processo e aparato de acordo com a reivindicação 1 caracterizados por poder ser utilizado um catalisador para acelerar a dissolução do dióxido de carbono na água.
17. 0 processo e aparato de acordo com a reivindicações 1 e 16 caracterizados pelo catalisador poder ser instalado dentro do vaso de pressão.
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