Aplicação da Metodologia de Priorização no Processamento de Gás Natural

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ABSTRACT

The continuous increase of the participation of natural gas in the Brazilian energetic matrix has led to a necessity for studies related to the processing of the gas, specially aiming its specification on legislation 104/2002 of the Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). The selection of the best technology remains a challenge, since the major part of the process costs is due to the multiple separations operations needed. In this context, the main objective of this work was to make a review of the technologies for the processing of natural gas, including the ones already in the market as well as the ones in development, focusing on the processes used to remove the fraction of hydrocarbons heavier than methane. This fraction has a higher aggregated value and it can be commercialized as natural gas liquid (NGL) or it can be further fractionated in liquefied petroleum gas (LPG), naphtha and ethane, which is commercialized as polyethylene feedstock in petrochemical plants. Currently, the technologies available in the market to remove the heavy components from the gas use the refrigerated absorption, simple refrigeration, Joule-Thomson expansion or turbo-expander processes. In order to make a comparison among these processes in a systematic way, a case study was used and by applying the methodology of prioritization, it was possible to rank the processes in accordance to proposed scenarios. In a scenario proposing the maximization of LPG from a typical natural gas stream of a Brazilian processing plant, the absorption process was favored. In a second scenario proposing the production of petrochemical ethane, the turbo-expander was the process favored. Therefore, it was verified the feasibility of using the selection matrix as a preliminary tool of great assistance on the selection of technologies and decisions making.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Evolução da produção de fontes de energia primária no Brasil.

Figura 2 – Evolução da oferta de energia primária no Brasil.

Figura 3 – Diagrama de blocos simplificado da seqüência de etapas do gás natural.

Figura 4 – Distribuição do parque nacional de processamento de gás natural por região.

Figura 5 – Ponto de estado do etano nas condições ambiente.

Figura 6 – Método para liquefazer um gás.

Figura 7 – Fluxograma típico de uma unidade que utiliza expansão Joule-Thomson.

Figura 8 – Fluxograma típico de uma unidade de separação a baixa temperatura.

Figura 9 – Fluxograma típico de uma unidade que utiliza refrigeração simples.

Figura 10 – Fluxograma típico de um sistema de regeneração de glicol.

Figura 11 – Fluxograma típico de um ciclo de refrigeração com uso de propano.

Figura 12 – Diagrama de pressão em função da entalpia para o ciclo de refrigeração utilizando propano.

Figura 13 – Fluxograma típico de uma unidade de absorção refrigerada.

Figura 14 – Processo de resfriamento em um diagrama temperatura em função da entropia.

Figura 15 – Vista esquemática de um turbo-expansor.

Figura 16 – Fluxograma típico de uma unidade que utiliza turbo-expansão.

Figura 17 – Fluxograma típico de uma unidade que utiliza turbo-expansão com reciclo de topo.

Figura 18 – Fluxograma típico de um sistema de desidratação com peneiras moleculares.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 –Variação da temperatura de gases por expansão de 10 100 kPa até 100 kPa.

Tabela 2 – Matriz de seleção de tecnologia para o processamento de gás natural.

Tabela 3 – Composição do gás natural em base seca.

Tabela 4 – Ponderação dos critérios do cenário de maximização de GLP.

Tabela 5 – Resultado do preenchimento da matriz para seleção de tecnologia para maximização de GLP.

Tabela 6 – Ponderação dos critérios do cenário de produção de etano petroquímico.

Tabela 7 – Resultado do preenchimento da matriz para seleção de tecnologia para produção de etano petroquímico.

Tabela 8 – Especificação do gás natural segundo Portaria 104/2002 da ANP.

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NOMENCLATURA

ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis

C2+ Fração composta pelo etano e mais pesados

C3+ Fração composta pelo propano e mais pesados

Cp Capacidade calorífica a pressaão constante

DPP Dew Point Plant

E Energia

f fração do gás

GLP Gás liquefeito de petróleo

GRAP Gás residual de alta pressão

GRMP Gás residual de média pressão

H Entalpia

h Entalpia específica

J-T Joule-Thomson

L Líquido

LGN Líquido de gás natural