PTR0301 - Engenharia do gs natural 1

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PETRLEO

DISCIPLINA: Engenharia do gs natural

PROFESSOR: Lindemberg de Jesus Nogueira Duarte Aluno: Jos Arnbio dos Santos

1 Lista de exerccios

1) Um gs de densidade 0,7 em relao ao ar encontra-se inicialmente submetido a uma presso de 200 bars (abs) e a uma temperatura de 72 C. Qual a presso mnima que este gs pode ser submetido durante o escoamento sem que haja formao de hidratos. Qual ser a temperatura do gs nesta presso.

7,0=gd

barP 200= CT = 72

PTR0301 - Engenharia do gs natural 2

Pelo grfico acima com P=200 bar e dg=0,7 encontramos P=34 bar.

CTbarP 5,1230 =fi= CTbarP 5,1440 =fi=

CCXC

barbarbarbar

5,125,145,14

30403440

--

=--

C

XC0,2

5,144,0

-=

XCC -= 5,148,0 CCX 8,05,14 -= CX 7,13=

PTR0301 - Engenharia do gs natural 3

2) Considere um gs natural de composio conhecida submetido temperatura de 10 C. Qual a presso mnima capaz de garantir o escoamento deste gs sem que haja formao de hidratos.

Componentes % Mol. Nitrognio 9,4

Metano 78,6 Etano 6,0

Propano 3,6 n-Butano 0,5 i-Butano 1,9

100 Componentes yi MM i yi MM i ki(P=22bar) yi/k i ki(P=18bar) yi/k i

Nitrognio 0,094 28 2,632 0 0 Metano 0,786 16 12,576 1,94 0,405 2,15 0,366 Etano 0,06 30 1,8 0,70 0,086 0,95 0,063

Propano 0,036 44 1,584 0,063 0,571 0,90 0,40 n-Butano 0,005 58 0,29 0 0 i-Butano 0,019 58 1,102 0,065 0,292 0,211 0,211

1 - 19,984 - 1,354 1,040

0,70,68929984,19

@==gd CT =10

Pelo grfico de Katzs-P (bar) e T (C) temos barP 22= Pelas constantes encontramos P=18 bar. 3) Utilize os mtodos de McKetta-Wehe, Robinson e Campbell para determinar a quantidade de gua saturada existente nas seguintes condies:

Gs Densidade T (F) P (psia) % H 2S % CO2 001 0,80 120 1000 5 15 002 0,65 100 1500 20 15

=

=

=

=

=

15%

5%

1000

120

8,0

1

2

2

CO

SH

psiaP

FT

d

Gs

g

222

75,0, COSHSHTotal yyy +=

15,075,005,0

2, +=SHTotaly 1625,02, =SHTotaly %25,162, =SHTotaly

PTR0301 - Engenharia do gs natural 4

=

=

=

=

=

15%

20%

1500

100

65,0

2

2

2

CO

SH

psiaP

FT

d

Gs

g

222

75,0, COSHSHTotal yyy +=

15,075,020,0

2, +=SHTotaly 3125,02, =SHTotaly %25,312, =SHTotaly

MckettapsiaP

FTGs fi

=

=

1000

1201

especfico peso correo2 97,0

98=

gsMMscfOHlbm

W gsMMscfOHlbmW 206,95=

MckettapsiaP

FTGs fi

=

=

1500

1002

especfico peso correo2 99,0

48=

gsMMscfOHlbm

W gsMMscfOHlbmW 252,47=

CampbellGs1

SHCOHCWyWyWyW SHCOHC

2222++=

20005,011015,006,9580,0 ++=W gsMMscfOHlbmW 2548,102=

CampbellGs2

SHCOHCWyWyWyW SHCOHC

2222++=

15020,06015,052,4765,0 ++=W gsMMscfOHlbmW 2888,69=

RobinsonGs1

=

=

%25,16

10001

2, SHTotal

y

psiaPGs gsMMscf

OHbblW 232,0=

RobinsonGs2

=

=

%25,31

10002

2, SHTotal

y

psiaPGs gsMMscf

OHbblW 22,0=

=

=

%25,31

20002

2, SHTotal

y

psiaPGs gsMMscf

OHbblW 217,0=

PTR0301 - Engenharia do gs natural 5

2,017,017,0

1000200015002000

--

=-- X

03,0

17,05,0

--

=X

( ) X-=- 17,003,05,0 185,0015,017,0 =+=X

gsMMscfOHbblW 2185,0=

Quantidade de gua do gs natural (sweet) com correes para salinidade da gua e peso especfico do gs

PTR0301 - Engenharia do gs natural 6

! "!# $

! "!% $&

PTR0301 - Engenharia do gs natural 7

! "!!% $&

PTR0301 - Engenharia do gs natural 8

4) Calcule a temperatura de formao de hidratos de um gs de composio conhecida que est escoando a uma presso de 435 psia.

Componentes yi

Nitrognio 0,05 Metano 0,78 Etano 0,06

Propano 0,03 i-Butano 0,01

Hlio 0,01 Gs carbnico 0,04 Pentano (+) 0,02

Componentes yi MM i yi MM i ki(T=55F) yi/k i ki(T=53F) yi/k i

Nitrognio 0,05 28 1,4 0 0 Metano 0,78 16 12,48 1,8 0,433 1,75 0,446 Etano 0,06 30 1,8 0,8 0,075 0,73 0,082

Propano 0,03 44 1,32 0,13 0,231 0,12 0,25 i-Butano 0,01 58 0,58 0,055 0,182 0,04 0,25

Hlio 0,01 4 0,04 0 0 Gs carbnico 0,04 44 1,76 5,0 0,008 2,65 0,015 Pentano (+) 0,02 72 1,44 0 0

1 - 20,82 - 0,929 - 1,043

0,720,717929

82,20@==gd psiaP 435=

Pelo grfico de Katzs-P (psia) e T (F) temos FTFH 55=

043,10,153

043,1929,05355

--

=-- x

043,053

114,02

--

=-

x

( ) ( )53114,0043,02 --=- x 042,6114,0086,0 --=- x

114,0

086,0042,6 +=x Fx 75,53=

FTFH 75,53=

PTR0301 - Engenharia do gs natural 9

5) Uma corrente de gs natural saturada em gua submetida presso de 50 psia e temperatura de 100 F passa por um estgio de compresso. Na sada do compressor a corrente de gs alcana uma presso de 200 psia e uma temperatura de 300 F. Diante desta situao, responda: a) Determine a quantidade de gua que pode ser condensada no compressor?

b) Estime a frao de vapor dgua na corrente de gs que deixa o compressor?

c) Se o gs natural for resfriado para 190 psia e 100 F antes de entrar no segundo

compressor seria necessrio a instalao de scrubber antes do segundo estgio de compresso? Qual a quantidade de gua que poderia ser removida?

a) `gua presente no gs: (Mcketta)

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

215500

200

300=

=

=

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

2820

50

100=

=

=

Vimos que no houve condensao, pois a quantidade de gua presente no gs na sada do

compressor aumentou.

b) Frao de vapor

total

OH

total

OH

total

OH

total

OHOH V

V

n

n

m

m

M

My 2222

2====

Considerando a densidade do gs igual a 0,6 teremos:

ar

g

M

Md = arg MdM = lbmollbmgM 296,0 =

lbmollbm

gM 4,17=

Ento teremos:

lbmollbm

lbmolftg

ftm 4,17

3,379

1000003

3

= lbmmg 98,45873=

total

OHOH m

my 2

2=

lbmlbmlbm

y OH 98,458731550015500

2 += 253,0

2=OHy

c) Quantidade de gua

FT

psiaP

100

50

=

= FT

psiaP

300

200

=

=

PTR0301 - Engenharia do gs natural 10

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

2500

190

100=

=

=

MMscflbm

MMscflbm

movidaOHOHOHW 22

250015500Re -=

MMscflbm

movidaOHOHW 2

215000Re =

Haver condensado, portanto necessria a utilizao de um scrubber. 6) Determine a temperatura de formao de hidrato para uma corrente de metano puro submetida a uma presso de 1000 psia. Quais so as composies das fases coexistentes nessa presso. Estime tambm o teor de gua do gs em lbm/MMscf.

MPapsiaP 895,61000 == Pelo grfico de Kartzs P(Mpa) e T (C)

FCT FH 1,495,9 ==

Pela tabela abaixo encontramos:

PTR0301 - Engenharia do gs natural 11

0,18% mol de CH4 na fase aquosa 0,024% mol de H2O na fase vapor 14,4% mol de CH4 na fase hidrato

lbmolftvolume

3

7,379molar =

lbmollbm

OHMM 182 =

6107,379

18100024,0

3 =lbmol

ft

lbmollbm

vaporGW MMscflbmvaporGW 38,11=

7) Estime a quantidade de metanol que deve ser injetada em 2 MMscfd de gs natural com densidade de 0,7 quando submetido presso de 800 psia e temperatura de 40 F. O gs est saturado em gua nas condies de 1000 psia e 100 F. Sabe-se ainda que ocorre condensao de no hidrocarbonetos.

=

=

=

==

psiaP

FT

psiaP

FTdg 1000

100 2 Condio

800

40 1 Condio7,0

`gua presente no gs: (Mcketta)

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

211

800

40=

=

=

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

263

1000

100=

=

=

`gua livre:

MMscflbm

OHOHW 2

2521163 =-=D

Totalizando:

livreOHgOH WQW 22 = MMscflbm

OHOHMMscfdW 2

2522 = d

lbmOH

OHW 22

102=

Temperatura de formao de hidrato:

=

=

psiaP

dg800

7,0 FTFH 63=

PTR0301 - Engenharia do gs natural 12

! (

Utilizamos a margem de segurana de 5F. Inibidor: Metanol MM I = 32 KH = 2335 gallbmm

kgMeOH 61,6792 3 ==r

Estimando a concentrao mnima de MeOH na fase lquida:

HI

I

KMMTMMT

W+D

D=

100 ( ) FT 283563 =-=D

233532283228100

+

=tW pesotW %73,27=

Como o metanol entra puro:

I

HG MMT

KIW

D

= H

IG

KMMTW

ID

=

PTR0301 - Engenharia do gs natural 13

2335322852

=I MMscfMeOHlbmI 95,19=

Estimando a vaporizao de metanol para a fase vapor:

grfico

t

vaporMMscfMeOHlbm

MeOHW94,0

%= MeOHvaporMMscf

MeOHlbm %94,0 =

MMscfMeOHlbm

vaporMeOH 07,2673,2794,0 ==

MMscfMeOHlbm

vaporMeOH 07,26=

Total de metanol

MMscflbm

MMscflbm

MeOHI 07,2695,19 += MMscflbm

MeOHI 02,46=

gMMscflbm

MeOH QI = 02,46 MMscfdI MMscflbmMeOH 202,46 =

dlbm

MeOHI 04,92= Dividimos pela densidade e obtemos a quantidade em volume

gallbm

dlbm

MeOHI 61,604,92

= dgalMeOHI 92,13=

Razo entre a composio de metanol na fase vapor e na fase lquida

PTR0301 - Engenharia do gs natural 14

8) Um gs natural transferido numa vazo de 4 MMscfd atravs de uma tubulao para uma planta de processamento. A corrente de gs entra na tubulao com presso de 1165 psia e temperatura de 95 F. Na corrente de origem j se observa uma vazo de gua livre de 7,1 scfd. A temperatura de formao do hidrato na presso de escoamento de 84,5 F. Durante o escoamento o gs resfriado para 48,9 F. Calcule a quantidade de inibidor que deve ser injetada na linha para prevenir a formao de hidratos. Utilize para os clculos os inibidores metanol e MEG (70%).

FTFH 5,84= 9,48=escT

3

3

24,621,7 ft

lbmd

ftlivreOHQ = dlbmlivreOHQ 03,4432 =

`gua presente no gs: (Mcketta)

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

253

1165

95=

=

=

MMscflbm

OHOHW

psiaP

FT2

211

1165

9,48=

=

=

`gua livre: MMscflbm

OHOHW 2

2421153 =-=D

Totalizando: livreOHlivreOHgOH QWQW 222 +=

dlbmMMscflbm

OH MMscfdW 04,4434242 +=

dlbmdlbmOHW 04,4431682 +=

dlbmOHW 04,6112 =

Utilizamos a margem de segurana de 5F. Inibidor: Metanol MM I = 32 KH = 2335 gallbmm

kgMeOH 61,6792 3 ==r

Estimando a concentrao mnima de MeOH na fase lquida:

HI

I

KMMTMMT

W+D

D=

100

( ) FT 6,409,435,84 =-=D

2335326,40326,40100

+

=tW pesotW %75,35=

Como o metanol entra puro:

MMscfdQg 4=

FT

psiaP

95

1165

=

= scfdQ OH 1,72 =

PTR0301 - Engenharia do gs natural 15

I

HG MMT

KIW

D

= H

IG

KMMTW

ID

=

2335326,4004,611

= dlbm

I dMeOHlbmI 984,339=

MMscfdI d

MeOHlbm

4984,339

= MMscfMeOHlbmI 996,84=

Estimando a vaporizao de metanol para a fase vapor:

grfico

t

vaporMMscfMeOHlbm

MeOHW07,1

%= MeOHWtvaporMMscf

MeOHlbm %07,1 =

MMscflbm

vaporMeOH 2525,3875,3507,1 ==

MMscflbm

vaporMeOH 2525,38=

Total de metanol

MMscflbm

MMscflbm

MeOHI 2525,38996,84 += MMscflbm

MeOHI 2485,123=

gMMscflbm

MeOH QI = 2485,123 MMscfdI MMscflbmMeOH 42485,123 =

dlbm

MeOHI 994,492= Dividimos pela densidade e obtemos a quantidade em volume

gallbm

dlbm

MeOHI 61,6994,492

= dgal

MeOHI 583,74=

Inibidor: MEG MM I = 62 KH = 4000 gallbmmL

gMEG 03,9084,1 ==r

Estimando a concentrao mnima de MEG na fase lquida:

HI

I

KMMTMMT

W+D

D=

100

( ) FT 6,409,435,84 =-=D

4000626,40626,40100

+

=tW pesotW %62,38=

A concentrao encontrada inferior a concentrao requerida para prevenir o

congelamento deste lcool.Logo, devem considerar a concentrao comercialmente disponvel e estimaremos uma taxa de diluio de 10%. Assim:

MMscfdQg 4=

FT

psiaP

95

1165

=

=

scfdQ OH 1,72 =

PTR0301 - Engenharia do gs natural 16

-=

inantG WW

IW100100

-

=

inant

G

WW

WI

100100

-

=

70100

60100

04,611 dlbmI dlbmMEGI 368,2566=

Ento temos:

gallbm

dlbm

MEGI 03,9368,2566

= dgal

MEGI 205,284=