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Califórnia USA
DISCIPLINA: PROCESSAMENTO DO PETRÓLEO E DO GÁS
NATURAL
EMENTAPROCESSAMENTO DO PETRÓLEO E GÁS NATURAL
1. Composição e Características do Óleo Cru
2. Fundamentos do Processamento Primário
3.2 Processos de Conversão;
3.1 Processos de Separação;
3.3 Processos de Tratamento;3.4 Processos Auxiliares;
3. Fundamentos da Tecnologia de Refino
4. Fundamentos do Processamento do Gás Natural
PROVAS
1. Composição e Características do Óleo Cru
2. Fundamentos do Processamento Primário
3.2 Processos de Conversão;
3.1 Processos de Separação;
3.3 Processos de Tratamento;3.4 Processos Auxiliares;
3. Fundamentos da Tecnologia de Refino
4. Fundamentos do Processamento do Gás Natural
PROVA 1
PROVA 2
PROVA 3
MÉDIA= (PROVA 1 + PROVA 2 + PROVA 3)/3 > 7,0 APROVADO < 7,0 PROVA FINAL
PROVA FINAL
1. PROCESSAMENTO DO PETRÓLEO E GÁSNilo Indio do Brasil, Maria Adelina Santos Araújo e Elisabeth Cristina Molina de Sousa.Editora: LTC2. Apostilas da Petrobrás: disponibilizadas por email.
MÉDIA FINAL= [MEDIA DAS TRÊS PROVAS + NOTA DA PROVA FINAL]/2 MÉDIA FINAL > 5,0 APROVADOMÉDIA FINAL < 5,0 REPROVADO
PROVA FINAL: será elaborada com todo o conteúdo abordado ao longo da disciplina!!!
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
Capítulo 1: Composição e Características do Petróleo
Petróleo: petrus “pedra” e oleum, “óleo”. Óleo extraído de rochas denominadas de Rocha Reservatório.Características Gerais do Petróleo: • Coloração (amarelo, marrom, preto, verde, castanho escuro);
• Viscosidade (caráter oleoso); • Densidade.
Tabela 1 - Análise Elementar do óleo cru típico (% em massa)
Hidrogênio 10 - 14
Carbono 83 - 87
Enxofre 0,05 - 6
Nitrogênio 0,1 - 2
Oxigênio 0,05 – 1,5
Metais (Fe, Ni e V) Até 0,3
Composição Elementar do Petróleo
“Petróleo é constituído por uma mistura complexa de compostos orgânicos e inorgânicos.”
Composição Química do Petróleo
Hidrocarbonetos
Não hidrocarbonetos
• Alifáticos;• Aromático
s;
• C, H e Heteroátomos;
• Asfaltenos e resinas;
• Contaminantes.
Composição do Petróleo
Constituintes do PetróleoHidrocarbonetos parafínicos: (latim-parafine “pequena atividade”.
• normais: CnH2n+2
• ramificados /isoparafinas:CnH2n+2
Constituintes do Petróleo
Propriedades de hidrocarbonetos parafínicos
Constituintes do PetróleoHidrocarbonetos Naftênicos
• cíclicos (naftênicos): CnH2n - disposição na forma de anéis, com ligações simples.
Constituintes do Petróleo
Propriedades de hidrocarbonetos naftênicos
Hidrocarbonetos aromáticos• ligações simples e duplas que se alternam entre os 6 átomos de carbono.
Constituintes do Petróleo
• duplas ligações• Elevada instabilidade.
Hidrocarbonetos Olefínicos
Constituintes do Petróleo
Propriedades de hidrocarbonetos aromáticos
Petróleos contêm os mesmos HC’s, em diferentes quantidades.
A quantidade relativa de cada grupo de HC’s geram características físico-químicas distintas.
A quantidade relativa dos compostos individuais em cada grupo é aproximadamente da mesma ordem de grandeza.
Constituintes do Petróleo
Constituintes do Petróleo
Constituintes do Petróleo
Constituintes do Petróleo
Compostos Sulfurados: (concentração de 0,65% em peso)
Compostos indesejáveis → Aumentam a estabilidade óleo-água, provocam corrosão, contaminam catalisadores e determinam cor e cheiro aos produtos finais.
Constituintes do Petróleo
Produzem SOx → Restrição ambiental. Teor de enxofre acima de 2,5% → petróleo azedo. Teor de enxofre abaixo de 0,5%→ petróleo doce. Faixa intermediária → óleos semi-doce”. presentes nas frações mais pesadas de petróleo.
Constituintes do Petróleo
Compostos Nitrogenados: (Concentração média de 0,17 % em peso).
Compostos indesejáveis → Aumentam a capacidade do óleo reter água em emulsão, tornam instáveis os produtos de refino, contaminam catalisadores.
Concentrados nas frações mais pesadas do petróleo
Constituintes do Petróleo
Constituintes do Petróleo
Compostos Oxigenados:
Concentração: medida através do índice TAN (Total Acid Number). Óleos ácidos TAN > 1. Óleos não ácidos TAN < 1.
Compostos indesejáveis → Aumentam a acidez, a corrosividade e o odor do petróleo.
Concentrados nas frações mais pesadas do petróleo
Constituintes do Petróleo
Compostos Organometálicos:
1- Sais orgânicos metálicos dissolvidos na água emulsionada ao petróleo. 2- Compostos complexos concentrados nas frações mais pesadas do petróleo.
Compostos indesejáveis → Contaminação de catalisadores (Co, Hg, Cr, Na, Ni e Va) Catalisa a formação de ácido sulfúrico em meio aquoso.Atacam os tubos de exaustão de queimadores.
Porfirina
Constituintes do Petróleo
Constituintes do Petróleo
Resinas (dissolvidas no cru) e Asfaltenos (dispersos na forma coloidal):
• Incluem moléculas grandes.• Alta relação C/H, com presença de enxofre,
oxigênio e nitrogênio.Impurezas oleofóbicas
• Água, sais (brometos, iodetos, sulfetos, cloretos);
• Argilas, areia e sedimentos;
• Água de formação (gotículas de fluidos aquosos, salinos, qua acompanham o cru nas suas jazidas).
Constituintes do Petróleo
Capítulo 2: Qualificação do PetróleoAVALIAÇÃO DO PETRÓLEO
Características Físicas transporte/armazenamento
Composição HC’s, heteroátomos e contaminante
Frações nafta, querosene, gasóleos e resíduos
Capítulo 2: Qualificação do PetróleoIntrínsecos do Petróleo: • quanto ao transporte e
armazenamento: acidez, escoamento e estabilidade.
• quanto ao processamento: refino.Qualitativos: Teor de saturados = diesel e QAV.
Quantitativos: rendimento dos derivados as unidades da refinaria.
Capítulo 2: Caracterização Física
• Densidade: potencial de frações de alto valor agregado.
SG = densidade relativa (15,6 oC)
- 131,5
ExtraleveDensidade (API) Classificação
Capítulo 2: Caracterização Física
Capítulo 2: Caracterização Física
• Pressão de vapor Reid (PVR): presença de frações leves. Método ASTM D323.
Capítulo 2: Caracterização Física
• Ponto de fluidez: menor T na qual a amostra fluirá (aromaticidade e parafinidade). Método ASTM D5950.
Capítulo 2: Caracterização Física
• Viscosidade: resistência ao escoamento. Método ASTM D445.
Capítulo 2: Caracterização Física• Ponto de Congelamento: QAV (T
em elevadas altitudes em aviões a jato). Método ASTM D4790 ou ASTM D16.
• Ponto de anilina: teor de aromáticos miscibilidade a anilina. Método ASTM D611.
• Ponto de fulgor: T produz vapores sobre o líquido ignição espontânea (faísca). Método ASTM D1711, D09 e D1695.
Capítulo 2: Caracterização Física• Octanagem (IAD): tendência de
detonação por compressão de gasolina em motores de ignição por centelha. Método ASTM D2700.Número de Octano Motor (MON): desempenho motor a 900 rpm.
Número de Octano Teórico (RON) : desempenho do motor a veloc. (600 rpm)
𝑰𝑨𝑫=𝑴𝑶𝑵 +𝑹𝑶𝑵
𝟐
Capítulo 2: Caracterização Física
• Número de Cetano: capacidade de detonação instantânea. Método ASTM D976.
• Ponto de Fuligem: qualidade de queima do querosene e QAV. Altura máxima (mm) de um chama sem fumaça. Método ASTM D1322.
Capítulo 2: Caracterização Química
• Saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos (SARA): cromatografia. Método ASTM D6560.
Capítulo 2: Caracterização Química• Teores de enxofre e de
nitrogênio: grau de refino necessário para processamento. Método ASTM D4294 e D4629.
Capítulo 2: Caracterização Química
Capítulo 2: Caracterização Química
• Índice de Acidez Total (IAT): Quant. De KOH neutralizar ácidos presentes. Método ASTM D664.
• Teores de água e sais (BS&W): teor de água emulsionada.
Basic Sediments and Water (BS&W) < 1,0%
Capítulo 2: Caracterização Química
• Índice de Acidez Total (IAT): Quant. De KOH neutralizar ácidos presentes. Método ASTM D664.
Capítulo 2: Qualificação do Petróleo pela Volatilidade - PVE
• Ponto de Ebulição Verdadeiro (PVE): separação e fracionamento do óleo cru.
ASTM D2892 atmosférico até 220 oC.
ASTM D2892 a vácuo até 220 oC.
Capítulo 2: Qualificação do Petróleo pela Volatilidade - PVE
Capítulo 2: Qualificação do Petróleo pela Volatilidade - PVE
Capítulo 2: Qualificação do Petróleo pela Volatilidade - PVE
Capítulo 2: Qualificação do Petróleo pela Volatilidade - PVE
Qualificação do Petróleo
Fundamentos do Processamento Primário do Petróleo
Ao longo da vida produtiva de um campo de petróleo ocorre, geralmente, a produção simultânea de gás, óleo e água, juntamente com impurezas.
Produção de Petróleo Via de regra, nenhuma fase é produzida separadamente.
Água emulsionada: requer tratamentos especiais para sua remoção.
Produção de Petróleo
Água de formação: pode ser arrastada pelo gás na forma de vapor. É removida por decantação.
Emulsão: mistura de dois líquidos imiscíveis, dispersos um no outro sob forma de gotículas, estabilizadas por ação de agentes emulsificantes.
Produção de Petróleo
Impactos da Água Produzida
A separação da água produzida com o petróleo é fundamental, devido a presença de sais dissolvidos tais como:
cloretos;Sulfatos;carbonatos de sódio, bário, magnésio.
Incrustações: depósitos inorgânicos (incrustações) formadas nas instalações de produção, transporte e refino.
Impactos da Água Produzida
Incrustações: causam entupimento e bloqueio das linhas e equipamentos.
• Incrustação de carbonato de cálcio, gerado da decomposição de bicarbonato solúvel;
• Incrustações de sulfato de bário, de cálcio e estrôncio, formadas a partir do contato da água de formação (rica em Ba, Ca) com água do mar injetada para manter a pressão do reservatório (rica em sulfato).
Impactos da Água Produzida
Hidratos: estrutura cristalina formada a partir da água e das frações leves de petróleo (metano, etano e propano), a baixas T e elevadas P.
As correntes de diferentes poços que chegam à superfície, em terra ou nas plataformas, não se encontram adequadas a utilização ou exportação.
Processamento Primário do Petróleo
Portanto, o PPF abrange:a. Separação do óleo, do gás e da água com
as impurezas em suspensão.b. Tratamento ou condicionamento dos HC’sc. Tratamento da água para reinjeção ou
descarte.
Processamento Primário do Petróleo
Como o interesse econômico é produzir apenas hidrocarbonetos, há necessidade de dotar os campos de “facilidades de produção”, que são instalações destinadas a efetuar, sob condições controladas, o “processamento primário dos fluidos (PPF)”.
Dependendo da viabilidade técnico-econômica, uma planta de PPF pode ser:
• Simples: efetuam apenas a separação gás/óleo/água;
• Complexas: incluem o condicionamento e compressão do gás, tratamento e estabilização do óleo e tratamento da água de descarte ou reinjeção.
Processamento Primário do Petróleo
Processamento Primário do Petróleo
Normalmente, a separação e o tratamento dessas fases é feita numa planta de processamento, por meio do uso de:
• Produtos químicos;• Aquecimento;• Vasos separadores: dispostos em estágios, em função dos mecanismos envolvidos na separação.
Processamento Primário do Petróleo
Tratamento das fases (especificações da ANP);
• Gás natural : 3-5 libras por milhão de pé cúbico de vapor d’água;
• Óleo: não pode conter quantidades excessivas de água e sedimentos (BS&W) e sais dissolvidos.
• Água produzida deve possuir valor limite de óleo disperso (TOG - teor de óleos e graxas) para ser descartada.
Processamento Primário do Petróleo
Especificações dos Fluidos após Processamento Primário do Petróleo
Os fluidos produzidos passam, inicialmente por separadores que podem ser bifásicos ou trifásicos, atuando em série ou paralelo.
PPF - Vasos Separadores
Separador bifásico: separação gás/líquido;
Separador trifásico: separação óleo/água.
Fabricados na forma vertical ou horizontal;
mecanismos principais para separar gás/líquido:
PPF - Vasos Separadores
• Ação da gravidade e diferença de densidades - decantação do fluido mais pesado;
• Separação inercial - mudanças bruscas de velocidade e de direção do fluxo, permitindo ao gás desprender-se da fase líquido, devido a inércia que esta fase possui;
mecanismos principais para separar gás/líquido:
PPF - Vasos Separadores
• Aglutinação das partículas - contato das gotículas de óleo dispersas sobre uma superfície o que facilita a coalescência, aglutinação e decantação;
• Força centrífuga - aproveita as diferenças de densidade do líquido e do gás.
Um separador típico é dotado de vários dispositivos internos que aumentam a eficiência de separação:
PPF - Vasos Separadores
• Defletores de entrada: muda a velocidade e direção do fluido bruscamente;
• Quebradores de espuma e de onda;
• Extrator de névoa: retenção de pequenas gotículas de líquido
• Demister: retenção de pequenas gotículas de líquido
PPF – Extratores de névoa
Para fins didáticos, pode-se separá-lo em 4 seções distintas:
PPF - Vasos Separadores
• Seção de separação primária – fluido (líquido e gás) choca-se com os defletores que provocam mudança brusca de velocidade, fazendo o líquido se deslocar para o fundo do vaso, por gravidade;
PPF - Vasos Separadores
• Seção de separação secundária – onde se separam as gotículas maiores de óleo, carregadas pelo gás após a separação primária, por decantação;
PPF - Vasos Separadores
• Seção aglutinadora – as gotículas menores de líquido são removidas do gás em meio porosos (áreas de contato que facilitam a coalescência e decantação).
PPF - Vasos Separadores
• Seção de acumulação de líquido - maior parte do líquido acumula-se no fundo do vaso, por um tempo de retenção de 3 a 4 min, suficiente para separação do gás remanescente ou água (trifásicos);
Sistemas de Separação
• Sem separação de fluido – visa executar teste e avaliação da produção do poço;
Escoamento do fluido– se dá em fluxo multifásico pelo oleoduto até a planta onde ocorrerá o processamento.
Sistemas de Separação
• Com separação bifásica - consiste de coletores de produção, separador de teste, separadores bifásicos, tanque acumulador (surge tank) e sistema de transferência .
Sistemas de Separação
• Com separação trifásica – possui permutadores de calor (petróleo x água quente), separadores de teste, separador trifásico, sistema de tratamento de água oleosa, medição e transferência de óleo;
Sistemas de Separação
• Com separação trifásica e tratamento de óleo – similar ao terceiro, possuindo adicionalmente um tratador eletrostático (tratamento do óleo).
Enquadrar o óleo nos padrões para Refino.
Separador Vertical x Horizontal
• Separador Horizontal – mais eficientes na separação gás/líquido, uma vez que oferecem maior área de interface que permite maior decantação das gotículas presentes na fase gasosa, além de favorecer desprendimento de gás da fase líquida.
• Separador Vertical – requer menor área para instalação e tem geometria que facilita a remoção da areia depositada no fundo. Desvantagem para uso offshore (manuseio por causa da altura)
Problemas Operacionais
• Espuma – causada por impurezas. problemas que pode gerar:
reduz a área de escoamento do gás;aumenta o arraste de líquido na saída
do gás.
• Parafina (HC’s de elevado peso molecular)- podem cristalizar-se e obstruir as linhas de transferência e equipamentos.
Depositam-se nas placas coalescedoras e extratores de névoas.
Deve-se operar a T superior à TIAC (temperatura de aparecimento de cristais)
Problemas Operacionais
• Areia problemas que causam:
Pode obstruir internos, acumular no fundo, causar erosão e/ou interrupção de válvulas.
• Emulsões – causam problemas ao controle de nível de líquido, o que leva a uma redução na eficiência de separação
• Arraste de óleo pelo gás – Ocorre quando o nível de líquido está muito elevado, há formação de espuma ou a saída de líquido está obstruída.
Processamento do Gás Natural
Gás Natural “mistura de hidrocarbonetos gasosos cuja composição abrange do metano ao hexano”.• mais leve que o ar;
• não tem cheiro;
• sua combustão fornece 8000 a 10000 kcal/m3.
Processamento do Gás Natural
Impurezas presentes no Gás Natural
• inertes (N2): não apresenta reatividade
• gases ácidos: formam soluções ácidas em contato com a água (gás carbônico, compostos de enxofre)
• vapor d’água: causam corrosão, hidratos e deixam o gás fora das especificações.
Processamento do Gás Natural
Gás Associado Gás Não-Associado
Cadeia Produtiva do Gás Natural
Condicionamento do Gás Natural
É o conjunto de processo aos quais o gás é submetido de modo a remover ou reduzir teores de contaminantes para atender as especificações do mercado, segurança, transporte ou processamento posterior.
• dessulfurização: remoção de compostos sulfurados.
• adoçamento: remoção de gases ácidos
• desidratação: remoção de água.
Condicionamento do Gás Natural
Plantas de Processamento Primário do fluido.
Condicionamento do Gás Natural
Remoção de gotículas de HC’s no gás (demister, filtro coalescedor).
Condicionamento do Gás Natural
Remoção de componentes ácidos.
Condicionamento do Gás Natural
Adoçamento
Neutralização do H2S:
Neutralização do CO2:
Condicionamento do Gás Natural
Aumentar a P (200 kgf/cm2) do gás natural.
Condicionamento do Gás Natural
Evitar a formação de meio corrosivo e impedir a formação de hidratos.
Condicionamento do Gás NaturalPode ser realizado por processos de absorção ou adsorção.
Solução de TEG (trietilenoglicol 98,5%)
Condicionamento do Gás Natural
A remoção de água através do processo de adsorção é realizada pelo uso de materiais que apresentam afinidade pela água, tais como a alumina, a sílica-gel e as peneiras moleculares.
O adsorvente saturado é regenerado por ação do calor.
Processamento do Gás Natural
Separar as frações leves (metano e etano) das pesadas, que apresentam maior valor comercial.
Processamento do Gás Natural
Refrigeração simples: condensação dos HC’s mais pesados pela redução da temperatura.
Absorção refrigerada: o gás é submetido ao contato com um fluido auxiliar (óleo de absorção), sob alta pressão e baixa temperatura.
Processamento do Gás Natural
Turbo-expansão: diminuição da T do gás, através da sua expansão numa turbina, provocando a condensação dos HC’s mais pesados.
Expansão de Joule-Thomson: expansão do gás numa válvula, provocando a redução da pressão, e conseqüentemente, diminuição da Temperatura.
Processamento do Gás Natural
Frações mais pesadas: dão origem ao “gás liquefeito do petróleo” (propano e butano), conhecido como gás de cozinha.
Gás natural processado: antes de ser processado é denominado “gás úmido”. Após o tratamento, o conhecido como gás residual, ou seja, gás seco (não possui hidrocarbonetos condensáveis).
Tratamento do Óleo
No processo de produção de petróleo um dos contaminantes mais indesejáveis é a ÁGUA.
A quantidade de água produzida associada varia em função de uma série de fatores.
• Característica do reservatório;
• Idade do poço produtor (a quantidade de água aumenta com o tempo);
• Método de recuperação utilizado (injeção de água, vapor)
Tratamento do Óleo
A presença de água provoca uma série de problemas nas etapas de produção e transporte. • necessidade de super dimensionamento de instalações de coleta, armazenamento e transferência (bombas, linhas e tanques);
• maior consumo de energia;
• segurança operacional (problemas de corrosão-incrustação)
Tratamento do Óleo
A eliminação da água, portanto:
• proporciona um tempo de operação mais longo das diversas unidades e equipamentos;
• reduz o tempo/custo de manutenção e consumo de produtos químicos;
• propicia operações de produção, transporte e refino dentro dos padrões de segurança e qualidade, com menores custos.
Tratamento do Óleo
Emulsões A/O A fase dispersa é a água e a fase contínua é o óleo cru (petróleo). De acordo com a dimensão das gotículas a água apresenta-se na fase óleo como:
• livre - diâmetro da gota superior a 1000 m;
• dispersão grosseira – diâmetro entre 100 e 1000 m;
• Emulsão pouco resistente ao tratamento - diâmetro da gota entre 20 e 100 m;
• Emulsão resistente ao tratamento - diâmetro da gota entre 0,5 e 20 m.
Tratamento do Óleo
Estabilidade das Emulsões A/O Três condições devem ser satisfeitas:• existência de líquidos imiscíveis em contato;
• agitação para misturá-los intimamente;• Existência de agentes emulsificantes – impedem o contato entre as gotas, e portanto, a coalescência.
Tratamento do Óleo
Fatores que afetam a estabilidade das Emulsões A/O
• a natureza do petróleo – quantidade de emulsificantes naturais presentes (resinas e Asfaltenos);
• o envelhecimento da emulsão – tempo que a emulsão levou para ser desestabilizada;
• a presença de sólidos – torna mais firme o filme interfacial, dificultando a coalescência.
Tratamento do Óleo
Fatores que afetam a estabilidade das Emulsões A/O
• o tamanho das gotas – quanto menor, menor a velocidade de sedimentação.
• o volume da fase dispersa – aumento da população, aumenta a probabilidade de colisão e coalescência.
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
• Adição de desemulsificante –
1º : produto químico desloca os emulsificantes naturais .
2º : coalescência das gotas.
3º : sedimentação das gotas, por segregação gravitacional .
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
• Aquecimento
É acompanhado pela diminuição da viscosidade do meio, aumentando a velocidade de sedimentação das gotas.
À medida que aumenta o teor de água, aumenta-se a população de gotas. Isso gera proximidade, resultando na segregação.
• Aumento do teor de água
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
• Uso de campo elétrico
Uma gota submetida a um campo elétrico forma um dipolo induzido.
As gotas alinham-se na direção do campo, ocorrendo a formação de dipolos induzidos de sentidos contrários.
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
• Tratador Eletrostático
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
• Tratador Eletrostático
Tratamento do Óleo
Métodos de Desestabilização das Emulsões A/O
• Tratador Eletrostático
Tratamento da Água
Tratamento da Água
Tratamento da Água
Tratamento da Água
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