AMINA MDEA E MODELO WILSON

O gráfico 1 apresenta o fluxo de massa (kg/h) de H2S e CO2 presentes na corrente de topo (gasdoce) variando a razão entre líquido e gás (L/G), utilizando a amina MDEA e o modelo termodinâmico WILSON.

Gráfico 1 – Fluxo de massa (kg/h) de H2S e CO2 pela Razão líquido por gás (L/G), na corrente de gás doce da coluna de absorção utilizando a amina MDEA.

26 A razão L/G representa o quanto de líquido, ou seja, a vazão mássica de amina com água, no absorvedor, pela vazão mássica de gás ácido. Esse cálculo foi realizado da seguinte maneira, onde:

Vazão de gás ácido (gasacid) entrando na coluna absorvedora = 24.343 kg/h (valor fixo).

Razão L/G= 1,64; 1,7; 1,8; 2,5 e 3,4

A partir destes dados foi realizado o seguinte cálculo:

Razão L/G * vazão de gás ácido = vazão de amina

Pode-se observar que, quanto maior o valor da razão L/G, melhor o resultado obtido, ou seja, tem-se uma menor quantidade de ácidos presentes na corrente de topo, que é a corrente de gás doce (gasdoce). Com a razão L/G de 1,64 se tem um valor para o CO2 e H2S de 3,51 kg/h e 2,93E^-5 kg/h respectivamente e para a maior razão de 3,4 o valor de 1,92E^-3 kg/h e 1,04E^-8 kg/h respectivamente.

Todavia, atinge-se um ponto de estabilização a partir do valor de razão L/G de 2,5 na qual o gás natural não tem a sua composição alterada e o aumento da razão L/G não é mais algo economicamente atraente.

O gráfico 2 apresenta a função do fluxo de massa (kg/h) de ácidos presentes na corrente de topo do absorvedor (gasdoce), pelo parâmetro temperatura (°C) de entrada da corrente de Amina Pobre MDEA.

0,00E+00 5,00E-01 1,00E+00 1,50E+00 2,00E+00 2,50E+00 3,00E+00 3,50E+00 4,00E+00

0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05

1,64 1,7 1,8 2,5 3,4

Fluxo de Massa de CO2(kg/h) Fluxo de massa de H2S (kg/h)

Razão L/G: vazão mássica de amina com água, no absorvedor, pela vazão mássica de gás natural.

H2S CO2

27 Observou-se no gráfico 2 um comportamento crescente do fluxo de massa de H2S e de CO2 na corrente de topo da coluna absorvedora (gasdoce). Tanto para o CO2 como para o H2S o valor obtido quando a temperatura da amina foi de 25

°C tendeu a zero (1,62E^-6 para o H2S e 2,71E^-1 para o CO2), e conforme se aumentou a temperatura da amina pobre se aumenta o valor de gases ácidos presentes no gás doce.

Portanto, pode-se concluir que, conforme se aumenta a temperatura da amina, pior a absorção dos gases ácidos pela mesma. Isso pode ser justificado pois a reação de absorção é favorecida em baixa temperatura.

Gráfico 2 –Fluxo de massa (kg/h) pela Temperatura (°C) de entrada da corrente de gás doce da coluna de absorção utilizando a amina MDEA.

O gráfico 3 apresenta a função do fluxo de massa (kg/h) de ácidos presentes na corrente de topo do absorvedor (gasdoce), pelo parâmetro avaliado porcentagem (%) em massa de entrada da amina MDEA.

0,00E+00 5,00E-01 1,00E+00 1,50E+00 2,00E+00 2,50E+00 3,00E+00 3,50E+00 4,00E+00 4,50E+00 5,00E+00

0,00E+00 5,00E-06 1,00E-05 1,50E-05 2,00E-05 2,50E-05 3,00E-05 3,50E-05 4,00E-05 4,50E-05 5,00E-05

25 34 35 40

Fluxo de Massa de CO2(kg/h) Fluxo de massa de H2S (kg/h)

Temperatura ºC de Entrada de Amina Pobre

H2S CO2

28 Gráfico 3 – Fluxo de massa (kg/h) em função da Porcentagem (%) de massa de entrada da Amina, na corrente de gás doce da coluna de absorção utilizando a amina MDEA.

No gráfico 3, observou-se comportamento crescente do fluxo de massa na corrente de topo da coluna absorvedora (gasdoce) para ambos os ácidos conforme aumentou-se a porcentagem de massa de MDEA. Os resultados mostraram que uma maior quantidade de amina não significa necessariamente um melhor resultado no gás doce final.

para a amina com concentração de 25% obteve-se 1,45 kg/h de CO2 e 1,10E^-5 de H2S, enquanto para a amina com concentração de 40%, obteve-se 7,34 kg/h de CO2 e 6,8E^-5 de H2S.

O gráfico 4 apresenta o fluxo de massa (kg/h) de ácidos presentes na corrente de topo do absorvedor (gasdoce) em função da pressão (atm) no absorvedor.

No gráfico 4 observou-se um comportamento decrescente do fluxo de massa de H2S e CO2, com o aumento da pressão. Isso ocorreu, pois, a reação de absorção tende a ser favorecida em altas pressões. Vale ressaltar que acima da pressão de 68 atm, não foi possível realizar a simulação, provavelmente devido a limitação dos modelos termodinâmicos.

0,00E+00 1,00E+00 2,00E+00 3,00E+00 4,00E+00 5,00E+00 6,00E+00 7,00E+00 8,00E+00

0,00E+00 1,00E-05 2,00E-05 3,00E-05 4,00E-05 5,00E-05 6,00E-05 7,00E-05 8,00E-05

25 30 35 40

Fluxo de Massa de CO2(kg/h) Fluxo de massa de H2S (kg/h)

% em massa de MDEA

H2S CO2

29 Gráfico 4 – Fluxo de massa (kg/h) em função da Pressão (atm) do Absorvedor, na corrente de gás doce da coluna de absorção utilizando a amina MDEA.

Para a pressão de 58 atm o resultado obtido foi de 8,3 e 8,32E^-5 kg/h para CO2 e H2S respectivamente, enquanto para a pressão de 68 atm os resultados foram 2,75E^-1 e 1,62E^-6 kg/h para o CO2 e o H2S respectivamente.

Os gráficos 5 e 6 apresentam o fluxo de massa (kg/h) de ácidos presentes na corrente de topo do absorvedor (gasdoce), em função do número de pratos da coluna absorvedora. O gráfico 6 é um zoom do gráfico 5.

Gráfico 5 – Fluxo de massa (kg/h) em função do número de pratos, na corrente de gás doce da coluna de absorção utilizando a amina MDEA.

0,00E+00 1,00E+00 2,00E+00 3,00E+00 4,00E+00 5,00E+00 6,00E+00 7,00E+00 8,00E+00 9,00E+00 1,00E+01

0,00E+00 1,00E-05 2,00E-05 3,00E-05 4,00E-05 5,00E-05 6,00E-05 7,00E-05 8,00E-05 9,00E-05

58 61 64 68

Fluxo de Massa de CO2(kg/h) Fluxo de massa de H2S (kg/h)

Pressão atm do Absorverdor

H2S CO2

0,00E+00 5,00E+00 1,00E+01 1,50E+01 2,00E+01 2,50E+01 3,00E+01 3,50E+01 4,00E+01

0,00E+00 1,00E-02 2,00E-02 3,00E-02 4,00E-02 5,00E-02 6,00E-02 7,00E-02 8,00E-02 9,00E-02

5 10 15 16 18 20

Fluxo de Massa de CO2(kg/h) Fluxo de massa de H2S (kg/h)

Número de Pratos

H2S CO2

30 Gráfico 6 – Zoom do gráfico Fluxo de massa (kg/h) em função do número de pratos, na corrente de gás doce da coluna de absorção utilizando a amina MDEA.

Nos gráficos 5 e 6 observou-se comportamento decrescente do fluxo de massa de H2S e CO2, com o aumento do número de pratos da coluna de absorção.

Uma quantidade maior de pratos implica em maior contato entre a amina e o gás ácido, pois a amina terá mais tempo para reagir com o gás natural, e consequentemente, se tem uma maior absorção do H2S e CO2 pela amina.

Quando o número de pratos foi 5, os resultados obtidos para o CO2 e o H2S respectivamente, foi de 35 e 8,16E^-2 kg/h, e quando a quantidade de número de pratos foi de 20, os resultados foram 2,61E^-3 e 2,02E^-13 kg/h.

A Tabela 11, traz os valores discriminados finais, da quantidade de gases ácidos presentes na corrente de topo da coluna absorvedora, em porcentagem de mol para o CO2 e em miligramas por metro cúbico do H2S.

0,00E+00 1,00E-02 2,00E-02 3,00E-02 4,00E-02 5,00E-02 6,00E-02 7,00E-02

0,00E+00 2,00E-10 4,00E-10 6,00E-10 8,00E-10 1,00E-09 1,20E-09 1,40E-09 1,60E-09 1,80E-09

15 16 18 20

Fluxo de Massa de CO2(kg/h) Fluxo de massa de H2S (kg/h)

Número de Pratos

H2S CO2

31 Tabela 11. Relação dos parâmetros utilizados, com as quantidades finais de CO2

e H2S presentes na amostra final.

MDEA WILSON Razão L/G CO2 %

MOL H2S MG/M³ 1,64 27,78% 0,110234223

1,7 20,28% 0,00178283

1,8 12,09% 0,043431796 2,5 0,60% 0,001728189 3,4 0,03% 8,22613E-05

% de MDEA

CO2 %

MOL H2S MG/M³ 25 12,09% 0,043431796

30 19,84% 0,075269885

35 33,34% 0,135613706

40 55,89% 0,246204376

T da Amina CO2 %

MOL H2S MG/M³

25 2,37% 0,006846158

34 12,09% 0,043431796

35 14,84% 0,05499923

40 37,93% 0,165357785

P absorvedor

CO2 %

MOL H2S MG/M³

58 65,64% 0,253456023

61 39,25% 0,146612012

64 23,11% 0,084107161

68 2,37% 0,006846158

Nº de Pratos

CO2 %

MOL H2S MG/M³

5 290,05% 321,1559335

10 2,37% 0,006846158

15 0,54% 6,23253E-06

16 0,29% 1,04746E-06

18 0,08% 2,87745E-08

20 0,02% 8,00262E-10

Fonte: Autoria Própria

32 A tabela 12 apresenta os valores de H2S e CO2, permitidos no Brasil pela resolução ANP 16/2008.

Tabela 12. Valores permitidos H2S e CO2 no gás natural segundo a resolução ANP 16/2008.

Fonte: Autoria Própria

Segundo FERREIRA (2014), quando a amina consegue atingir o objetivo esperado, ou seja, retirar a maior quantidade possível dos gases ácidos do gás natural, pode-se falar que a mesma é reativa para os dois ácidos. No caso deste trabalho, a amina MDEA foi um pouco mais reativa para o H2S do que para o CO2. Isso ocorreu pelo fato de a MDEA ser uma amina terciária, ou seja, possuir uma seletividade maior para o H2S.

Comparando os resultados com os máximos valores permitidos pela Resolução ANP 16/2008, observaram-se valores em acordo com a norma para o H2S em praticamente todas as simulações, exceto quando o número de pratos foi 5. Entretanto, quando a comparação foi realizada para o CO2, nem todos os resultados se mostraram satisfatórios perante a Resolução, como pode ser observado nos valores da tabela 9. Com a diminuição do número de pratos para 5, obteve-se um aumento de aproximadamente 190% em quantidade percentual de gás carbônico no gás doce.