(1) O documento descreve as principais etapas de processamento de gás natural em Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN), incluindo tratamento, ajuste de ponto de orvalho e processamento de condensado. (2) A UPGN remove impurezas como H2S, CO2 e Hg do gás e produz gás natural seco, GLP e condensado. (3) O documento explica os equipamentos e processos envolvidos em cada etapa, como torres, leitos fixos, ciclos de resfriamento e compressores.

1. Gás Natural
Processamento em UPGNs
1
Gabriel Costa
Engenheiro Químico

2. 1. Introdução
• Da produção até o consumo, o Gás Natural passa
por várias etapas:
* UPGN – Unidade de Processamento de Gás Natural
2
Consumidor
Citygate
Gás Natural
Especificado
Gás Natural
Úmido
Exploração
& Produção
Processamento
(UPGN)

3. 1. Introdução
• De modo geral, uma UPGN consiste de:
– Unidade de tratamento do gás (UTG)
Remove impurezas, Hg, H2S, CO2 e H2O em excesso
– Unidade de Ajuste do Ponto de Orvalho (UAPO)
Especifica o Gás Natural, removendo LGN, e o comprime
– Unidade de Processamento de Condensado de Gás
Natural (UPCGN)
Processa o LGN, particionando-o em diversas frações
– Unidades de tratamento dos produtos
Tratamento cáustico (UTC) e estabilização dos produtos
– Unidades Auxiliares
Sistema de tocha e armazenamento dos produtos
3

4. 1. Introdução
• Esquema simplificado:
LGN
DESMETANIZADORA
DESETANIZADORA
DESPROPANIZADORA
DESBUTANIZADORA
Gás Natural Úmido
(GNU) com
contaminantes
Gás Natural
Seco (GNS) Etano Propano
GLP
UTG
H2S
CO2
(Hg)
UTC
Unidades
Auxiliares
GNU
C3+ C4+ C5+
4

5. 2. Unidade de Tratamento do Gás
(1)
É usado um vaso de carga para
recuperar o condensado da
corrente após a primeira
queda de pressão.
Vaso de
carga
GNU com
contaminantes
Condensado
Filtro para
sólidos Filtro para
sólidos
Aquecimento
Leito fixo para
remoção de Hg
(2)
O mercúrio é removido
por meio de um leito fixo
com sulfeto metálico (FeS,
MgS, etc).
5

6. 2. Unidade de Tratamento do Gás
• Remoção do Mercúrio
6
: Partículas de Sulfeto Metálico
GN com mercúrio
gasoso – Hg(g)
GN sem mercúrio
Hg + FeS -> FeHgS
Hg + MgS -> MgHgS
Hg + CuS -> CuHgS

7. 2. Unidade de Tratamento do Gás
(3)
Após nova recuperação de
condensado, o gás é submetido a
um filtro coalescedor para remover
o restante dos sólidos e gotículas de
condensado.
Vaso de
carga
Filtro
Coalescedor
Condensado
(4)
O H2S é removido usando
óxidos metálicos.
Filtro para
sólidos
Leitos
para
remoção
de H2S
7

8. 2. Unidade de Tratamento do Gás
• Filtro coalescedor
Coalescência: capacidade de formar agregados e precipitar
8
GN com
partículas
: partículas de impurezas

9. 2. Unidade de Tratamento do Gás
• Filtro coalescedor
Coalescência: capacidade de formar agregados e precipitar
9
Fase
líquida
Fase líquida
com partículas
GN com
partículas
GN sem
partículas
: partículas de impurezas

10. 2. Unidade de Tratamento do Gás
• Remoção de H2S
10
: Partículas de Óxido Metálico
GN com H2S
GN sem H2S
H2S + FeO -> FeS + H2O
H2S + MgO -> MgS + H2O
H2S + CuO -> CuS + H2O

11. 2. Unidade de Tratamento do Gás
(5)
O gás é lavado com MEA e DEA
para remover CO2 (e H2S residual).
A amina pode ser regenerada.
(6)
A amina é regenerada e o CO2 e o
H2S são enviados para a atmosfera
e/ou incinerados.
Torre
absorvedora
GNU
tratado
Vaso de
topo
Amina para
descarte (purga)
Amina
Amina para
regeneração
Tocha
Vaso de
fundo
Torre
Regeneradora
Gás rico em CO2
e H2S
Vasos de
amina
Amina
nova
Amina nova +
regenerada
11

12. 2. Unidade de Tratamento do Gás
• Remoção de CO2 e do H2S restante
12
GN com CO2
(e H2S residual)
GN sem CO2 e sem H2S
CO2 + MEA ->
MEA-CO2
- + MEA-H+
Solução de aminas
regenerada
Solução de aminas esgotada
MEA: monoetanolamina
DEA: dietanolamina
CO2 + DEA ->
DEA-CO2
- + DEA-H+

13. 2. Unidade de Tratamento do Gás
• Regeneração da solução de aminas
13
A reação é reversível
sob aquecimento.
Ar quente
Solução de aminas
esgotada
Solução de aminas regenerada
Ar com água e CO2

14. 2. Unidade de Tratamento do Gás
14

15. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
(1)
A pressão do gás é reduzida em
duas etapas, recolhendo-se o
condensado, e o gás é filtrado.
(2)
A água residual é removida
(quando necessário) por meio
de leitos fixos de zeólitas.
GNU
Condensado Condensado
Filtro
Coalescedor
Vasos
secadores
Filtro para
sólidos
15

16. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
• Remoção de água
16
: Zeólitas
GN com água
GN sem água
Exemplos de zeólitas
Sua estrutura possui túneis e
cavidades nos quais a água fica retida.
(fonte: www.scielo.br)

17. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
(3)
O gás úmido passa por um resfriamento
inicial, e é submetido ao resfriamento
simples com ciclo de propano.
(4)
O gás resfriado passa pelo
turboexpansor e entra na torre
desmetanizadora.
Ciclo de
Propano
LGN para a coluna
Gás do topo
da coluna
Gás para o
expansor
Gás
seco
Bomba
Desmetanizadora ou
desetanizadora
Compressor +
Turboexpansor
Refervedor
Gás
resfriado
LGN do
resfriamento
LGN
17

18. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
• Ciclo de Propano
18
GN
GN
resfriado
Propano a -35°C

19. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
• Turboexpansor
19
GN a -30°C
GN expandido, a -100°C
No turboexpansor, o gás perde pressão
e esfria (cerca de 1°C por atm perdido).
Este processo gera energia que pode ser
recuperada posteriormente na
compressão do próprio gás.
Turboexpansor
(fonte: geoilandgas.com)
Energia
Mecânica

20. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
(5)
O gás é comprimido para ser enviado para a malha de gasodutos.
Após cada compressor o gás deve ser resfriado, pois sua temperatura aumenta.
Compressor 3
GNS
Compressor 1
(acoplado ao Turboexpansor)
Compressor 2
Gás seco após
troca térmica
com gás úmido
20

21. 3. Unidade de Ajuste de Ponto de Orvalho
21

22. 4. Unidade de Processamento de Condensado
(1)
O LGN e o condensado são
misturados e aquecidos a 25°C
para a saída do etano e de parte
do propano, que serão usados
como combustível.
Gás rico em
etano e propano
LGN + Condensado
do coletor de
condensado e dos
vasos de carga
C3+
(2)
Outra parte do propano é
retirada em uma coluna e
pode ser usada como
insumo petroquímico ou
misturado à corrente
combustível.
(3)
O GLP é separado do C5+
em outra coluna.
C3+
Despropanizadora
Propano
C5+
Desbutanizadora
GLP
22

23. 4. Unidade de Processamento de Condensado
23

24. 5. Unidades de Tratamento e Auxiliares
• Coletor de Condensado
• Tanques de fluido refrigerante e de soda cáustica
• Ciclo de Propano
• Unidade de Tratamento do GLP
Lavagem cáustica para remoção de mercaptanas e
dissulfeto de carbono.
• Esferas de GLP
• Tanques de C5+
24

25. 6. Custo da UPGN
• Vasos
• Bombas
• Compressores
• Válvulas
• Torres
25
Custo(US$)
Capacidade ou tamanho

26. 7. Conclusões
• Quantidade de Gás Natural Seco e produtos gerados
• Previsão de investimentos
– UPGNs do Pré-Sal
– UPGNs em campos de gás novos
• Custo de processamento do Gás Natural
= Custo da UPGN
Número de anos x Gás processado por ano
• Preço final do gás
= custo de E&P + custo de escoamento
+ custo de processamento + custo de distribuição
+ impostos
26