DESIDRATAÇÃO, SEPARAÇÃO E LIQUEFAÇÃO DE GÁS NATURAL USANDO O TUBO VORTEX
REV C
Por
Luiz Henrique V. Souza
Com Agradecimentos Especiais ao Engº Eduardo Gertrudes, CTGÁS/RN e ao Dr. Manfred Lorey da VORTISEP, Alemanha.
Dezembro, 2010.
ÍNDICE
1 - INTRODUÇÃO.
2 – PROCESSO DE LIQUEFAÇÃO E SEPARAÇÃO EMPREGANDO O TUBO VORTEX.
B - Liquefação.
3 – PROJETO DO TUBO VORTEX.
1 – INTRODUÇÃO.
O intuito deste relatório é mostrar uma alternativa nacional, mais econômica, para a desidratação, separação e liquefação de gás natural, sejam estes vindos diretamente do poço ou gasoduto.
Este artigo se limitará às experiências do uso do tubo vortex no processo de desidratação, separação e liquefação de gás natural, alguns dos critérios de projeto e operação do equipamento e uma breve discussão sobre o mecanismo por trás do efeito de separação de energia.
Uma pesquisa de literatura foi conduzida por três anos com, aproximadamente, 250 títulos para desenvolvimento do projeto final.
Os Tubos Vortex testados foram:
1. Tubo Aço Inox 316 L, de 1”, espessura de parede 3 mm, com 209 mm na fase quente e 70 mm na fase fria.
2. Tubo Aço Inox 316 L, de 1”, espessura de parede 3 mm, com 209 mm na fase quente e 400 mm na fase fria.
3. Tubo Aço Inox 316 L, de 1”, espessura de parede 3 mm, com 209 mm na fase quente e 70 mm na fase fria conectado a outro do mesmo tipo.
Os meios gasosos usados foram, respectivamente, ar comprimido originado de compressor de 370 PCM, com o ar úmido saindo a 7 kgf/cm² e 26°C e gás natural originado de poço com 12 kgf/cm² e 30° C.
O ar comprimido não reduz a temperatura tão facilmente como o gás natural devido à presença de muita água.
Este dispositivo, não somente, desidrata como, também, proporciona separação dos “mais pesados” (heavier) C2+, C3+ e C4+. Porem, quando há requerimento condicionado de concentrações destes hidrocarbonetos, deverá ser adicionado equipamento de separação controlada tal como, separadores, membranas filtradoras, torres de contato típicas (glicol) etc., de forma muito mais reduzida de que os usados sem o tubo vortex.
O equipamento por ser, extremamente, de fácil locomoção, permite a instalação direta na cabeça do poço ou em pontos de tomada de gás em gasodutos. Assim como compõe, com outros equipamentos descritos acima, uma planta modular para uma separação mais apurada e ir de encontro às exigências de diversos processos, como exemplo, o uso de gás natural em motores de combustão interna. Nem sempre a composição do gás especificado conforme norma ANP é adequada para uso em diversas aplicações, exigindo o aumento ou redução de alguns de seus componentes.
Alem desta depuração devemos considerar o alto valor destes, hidrocarbonetos separados, usados em diversas outras aplicações em processos industriais.
2 – PROCESSO DE SEPARAÇÃO E LIQUEFAÇÃO EMPREGANDO O TUBO VORTEX.
Este equipamento tem se mostrado eficaz nos casos onde sua simplicidade de projeto é de importância. Um desses casos é o processamento de gás natural na indústria do petróleo. Poços produtores de óleo e gás, ou somente de gás natural, podem ter uma considerável pressão na cabeça do poço, havendo, então, uma necessidade de um processo não complexo, sem necessidade de operadores e/ou manutenção, para remoção de água e condensado é mais do que benvinda.
Nas figuras 1 e 2, abaixo, dois fluxogramas são mostrados. A figura nº 1 difere um pouco da de nº 2 e ilustram diferenças de conceito e prática. A figura 1 foi uma proposta de potencial aplicação para o tubo vortex no processamento de gás natural.
Neste processo, o fluxo da fase fria do tubo vortex continha o condensado e GLP. Estes foram removidos no vaso separador mostrado. Neste primeiro processo foi proposto que o gás de entrada fosse aquecido para quebrar a, possível, formação de hidratos, usando para isto a saída da fase quente do próprio tubo vortex.
Foi efetivada a retirada de heavier condensado, inclusive água e foi observado, também, que se o condensado é menor que 1%, por volume, este pode ser dissolvido pelo gás, tornando a separação problemática.
A – Separação.
Estas plantas foram idealizadas para remover hidrocarbonos pesados e, assim sendo, estabilizar o gás para uso em processos químico, tais como, a produção de acetileno e sínteses de amônia, onde a presença de hidrocarbonos poderia causar uma formação de fuligem nos reatores e outros processos onde a presença dos heavier poderia ser indesejada.
Para um aumento de vazão, deveremos instalar, em linha, e em pontos de tomada de gás em gasodutos, tantos tubos vortex quanto necessário ou aumentar o diâmetro do Tubo Vortex e, consequentemente, por algum dispositivo, a pressão de entrada neste tubo vortex deverá ser otimizada.
Adicionalmente, o fluxo frio do vaso separador poderia ser usado para pré-resfriar a alimentação e separar a água contida no óleo. Nos testes foi descoberto que, em alguns casos, o fluxo de gás quente não proporcionou calor suficiente para quebrar os hidratos, então, esta tarefa ficou a cargo de um pré-aquecedor.
Figura 1 – Projeto de separador de gás usando o Tubo Vortex.
No outro processo testado, Figura 2, os condensados apareceram na extremidade da fase quente do tubo vortex e foi retirado por um bocal em separado, indo, este liquido, para um vaso separador.
Figura 2 – Projeto alternativo de separador de gás usando o Tubo Vortex.
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