Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761
Simulação da desidratação do gás natural, com o uso do solvente etileno
glicol
Simulation of natural gas dehydration using ethylene glycol solvent
DOI:10.34117/bjdv5n10-222Recebimento dos originais: 10/09/2019 Aceitação para publicação: 17/10/2019
Kerilen Paola Teixeira de Castro
Discente em Engenharia Química pela Universidade de Vassouras Instituição: Universidade de Vassouras
Endereço: Avenida da imprensa, n° 1053, Bairro Caieira, Volta Redonda-RJ, Brasil E-mail: kerylen@outlook.com
Guilherme Ferreira da Silva
Discente em Engenharia Química pela Universidade de Vassouras Instituição: Universidade de Vassouras
Endereço: Rua Ricardo Geasant Nasser, n° 6, Bairro Purys, Três Rios-RJ, Brasil E-mail: guilherme.engquimica11@gmail.com
Rebeca Nascimento Alves
Discente em Engenharia Química pela Universidade de Vassouras Instituição: Universidade de Vassouras
Endereço: Rua Carlos luz, n° 6 apto 101, Bairro Dom Bosco, Volta Redonda-RJ, Brasil E-mail: Rebecanalves@gmail.com
Julianne Ferreira Cesar
Discente em Engenharia Química pela Universidade de Vassouras Instituição: Universidade de Vassouras
Endereço: Travessa Elmir viseu, n° 225, Bairro Cantagalo, Três Rios-RJ, Brasil E-mail: juliannecesar01@icloud.com
Pedro Luís Millen Penedo
Docente em Engenharia Química pela Universidade de Vassouras Instituição: Universidade de Vassouras
Endereço: Av Argemiro de Paula Coutinho, nº: 280, apto: 902, Bairro Centro, Barra Mansa-RJ, Brasil
E-mail: Pedro@cesbra.com.br
RESUMO
O gás natural é um combustível em crescimento, pois além de contribuir para a preservação
do meio ambiente, representa a chamada energia limpa e não poluente. Sua utilização contribui para o aumento da produção, redução de perdas, melhoria na qualidade do produto acabado e redução nos gastos com energia. O gás natural é uma fonte importante de energia primária que, sob condições de produção normais, é saturado com vapor de água. Considerado como combustível o gás natural contém alguns contaminantes, dos quais a impureza indesejável
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761 mais comum é a água. O trabalho tem como objetivo fazer a simulação da absorção umidade presente no gás natural, com a utilização do etilenoglicol como solvente. No topo da coluna de absorção, foi uma fração de Gás de natural de 93.13%, mostrando como o solvente foi eficaz. Através da simulação foi obtido um gás natural que é um recurso energético que representa uma das principais fontes alternativas para a ampliação da matriz energética.
Palavras chave: Absorção; Gás Natural e Simulação. ABSTRACT
Natural gas is a growing fuel, as well as contributing to the preservation of the environment, it represents the so-called clean and non-polluting energy. Its use contributes to increased production, reduced losses, improved quality of the finished product and reduced energy costs. Natural gas is an important source of primary energy that, under normal production conditions, is saturated with water vapor. Considered as fuel natural gas contains some contaminants, of which the most common undesirable impurity is water. The objective of this work is to simulate the moisture absorption present in natural gas, using ethylene glycol as a solvent. At the top of the absorption column was a 97.63% natural gas fraction, showing how effective the solvent was. Through the simulation was obtained a natural gas that is an energy resource that represents one of the main alternative sources for the expansion of the energy matrix.
Keywords: Absorption; Natural gas and Simulation.
1 INTRODUÇÃO
O gás natural é definido como sendo uma mistura de compostos inorgânicos, hidrocarbonetos e alguns contaminantes. O componente principal do gás natural é o metano (CH4) que possui a fração 88,5%, o etano com 6,2%, o propano com 2,2%, o C4+ com 0,4%, o CO2 com 1,8% e o N2 com 0,5%. O que faz dele um combustível menos poluente pelo fato de apresenta parcelas de propano e etano e etc. (PETROBRAS, 2007).
Geralmente explorado juntamente com petróleo, o gás natural produzido contém quantidades significantes de contaminantes. Pelo aspecto ambiental, ele é o combustível fóssil de queima mais limpa e por isso representa uma alternativa para a ampliação da matriz energética. Para ser utilizado como fonte de energia, o gás natural precisa ser tratado e processado em Unidades de Tratamento de Gás (UTG) (PAIVA, 2000).
No processamento deste gás, a remoção da água é uma etapa fundamental, visto que a combinação de moléculas de água com moléculas de hidrocarbonetos, propicia a formação de meio corrosivo e de hidratos. Os hidratos são compostos cristalinos formados por ponte de hidrogênio, que bloqueiam linhas, válvulas e equipamentos. Uma vez que o rendimento das colunas de adsorção de água apresenta uma dificuldade em atingir baixa concentração de água,
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761 o gás na jusante possui traços de concentração de água, provocando paradas operacionais na UTG (PAIVA, 2000).
O Em um processo de absorção, algo imprescritível é o equilíbrio líquido-vapor que são informações fundamentais na engenharia química, particularmente no projeto, otimização e operação de processos, principalmente os processos de separação. Além da enorme gama de aplicações, as propriedades do equilíbrio líquido-vapor contribuem para o entendimento do comportamento complexo das soluções, sendo a qualidade dos dados experimentais em termos de precisão extremamente importante. O trabalho surge com o objetivo de simular uma coluna de absorção utilizando o etilenoglicol como solvente, para desidratar o gás natural e de com o intuito de se obter a maior pureza de gás natural no topo da coluna.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia para obtenção de dados de equilíbrio líquido-vapor está baseada no
método dinâmico. O princípio do método dinâmico consiste em fluir a fase gasosa (gás natural) no seio da fase líquida (líquido dessecante) durante um determinado intervalo de tempo. Este intervalo de tempo é função do equilíbrio, ou seja, quando o equilíbrio é alcançado a concentração de água na fase gasosa permanece constante (Battino, 1982).
Para a realização desse processo, foi o uso do software simulação PROSIMPlus, com uso do modelo termodinâmico UNIQUAC. Abrams e Prausnitz (1975) apresentaram o modelo UNIQUAC (“universal quasi-chemical”), que utiliza dois parâmetros binários ajustáveis, podendo ser utilizado tanto para o cálculo de equilíbrio líquido- vapor como para o líquido- líquido- vapor.
A equação do modelo UNIQUAC pode ser aplicada para misturas contendo água, álcoois, nitritos, aminas, ésteres, cetona, aldeídos, hidrocarbonetos halogenados e hidrocarbonetos, são muito em processos como esses de petróleo.
3 DESCRIÇÃO DA SIMULAÇÃO
A simulação da remoção vapor de água presente no gás natural. Inicialmente entrou 100Kmol/hr de água e gás natural numa temperatura de aproximadamente 380 K, com uma fração de 0,5 de ambos componentes, em forma de vapor. Enquanto isso houve a entrada do solvente etilenoglicol há 80 Kmol/hr, na parte de cima da coluna de absorção. Na separação água e gás natural por dissolução no etilenoglicol. Nesta operação ocorreu o transporte de matéria de um componente presente na fase gasosa para a fase líquida, através do contato em
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761 contracorrente ou, ainda, em leito fixo da fase líquida, enquanto, o solvente escorria o vapor dos gás natural mais agua subia e foi necessário a utilização de 25 estágios para aumentar o contato entre os componentes e melhora a absorção. Nessa absorção as moléculas do gás são difundidas dentro do líquido, e o movimento na direção inversa, assim somo é mostrado na figura 1.
Figura1. Fluxograma da separação do azeótropo acetona-clorofórmio com sulfóxido de
metila, através do simulador ProSim Plus.
Fonte: Autor.
Um fato a se considera no escoamento na coluna de absorção deve ser tal que favoreça o contato entre as fases, daí a necessidade de usa 25 pratos na coluna. Vazões muito baixas ou altas de gás podem provocar arraste de líquido, formação de cones de vapor, passagem de líquido ou gotejamento, inundação e formação excessiva de espuma. Se a vazão de gás for muito alta, a coluna irá inundar, pois o líquido não consegue vencer o gradiente de pressão. Problemas também ocorrem quando as vazões de gás são muito baixas, pois o líquido começa a escoar pelas aberturas do distribuidor de gás. Portanto, existem máximos e mínimos para as condições operacionais de uma coluna de absorção. As figuras 2 e 3 apresentam como é o contato entre o gás com água e o solvente nos pratos da coluna de absorção.
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761 Figura 2. Como o gás e a água sobem e o solvente desce na coluna de absorção.
Fonte. (CEFET-MG, 2012)
Figura 3. Contato entre o gás úmido e o solvente nos pratos da coluna de absorção.
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761 Outro fator importante na simulação foi o aumento da temperatura para favorecer o aparecimento da fase óleo no sistema ao mesmo tempo em que diminui a fase aquosa. Isto pode ser explicado pelo fato do solvente escorrido na coluna, faz com que o aumento da temperatura, ter sua capacidade hidrofóbica reduzida e a hidrofílica aumentada. Isto faz com que o gás hidratado solubilize mais facilmente no solvente, para melhor absorção da água presente no gás (Barros Neto, 1996).
4 RESULTADOS
A simulação foi um sucesso de forma simples e eficaz, conseguindo obter excelente desidratação do Gás Natural fazendo com que tenha aproximadamente 93,13% de pureza na corrente do topo. Além disso o fato de usar um decantador na separação do solvente com a água, faz com que o processo tenha um bom custo benefício, e conseguindo um alto teor de pureza do Gás Natural e uma alta boa recuperação solvente etileno glicol. A tabela 1 apresenta o teor de pureza encontrado nas correntes corretes.
Tabela 1 – Fração dos componentes nas correntes
Componentes Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3 Corrente 4
Gás Natural 0 0,5 0,9313 0,00003
Água 0 0,5 0,186 0,54090
Etilenoglicol 1 0 0,0051 0,45907
O objetivo de especificar os resultados encontrados, foi para mostrar as frações dos componentes nas correntes, como está apresentado na Tabela 2, e garantir a obtenção de produtos, com alta pureza e a minimização de poluentes, mostrando como a junção de uma coluna de absorção com o uso do etileno glicol para absorve a umidade do gás natural, de forma eficiente com um baixo gasto energético.
Analisando os resultados simulados mostra que o etileno glicol facilitou para uma maior capacidade de remoção da água, visto que a interação da mistura favorece a estabilidade das fases orgânica e aquosa. Essa interação entre o solvente permite que o dessecante tenha maior eficiência no processo para uma melhor remoção de umidade no gás natural.
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 10, p. 20297-20303 oct. 2019 ISSN 2525-8761 A simulação do processo de absorção com o auxílio da destilação azeotrópica, demonstrou ser muito eficiente, com a ajuda do modelo termodinâmico UNIQUAC, desta forma conclui-se que os dados experimentais viabilizam a redução de H2O do gás natural, mas também pela contribuição no desenvolvimento no estudo área.
A análise dos resultados obtidos na simulação do processo de remoção de água do gás natural, demonstrou confiabilidade suficiente para usar o etilenoglicol como solvente que teve maior interação com a água, que o gás natural, assim podendo ser separado sem dificuldade podendo ser ampliada e de forma significativa otimizada para uso grandes indústrias, para melhor obtenção de uma fonte de energia limpa e barata.
REFERÊNCIAS
1- ABRAMS, D. S.; PRAUSNITZ, J. M. Statistical Thermodynamics of Liquid Mixtures: A New Expression for the Excess Gibbs Energy of Partly or Completely Miscible Systems. AIChe Journal, v.21, n.1, p.116-128, 1975.
2-BARROS NETO, E. L. Extração de cobre utilizando microemulsões: otimização e modelagem. 1996. Dissertação – Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal
3-BATTINO, R. Solubility data series. Oxford: Pergamon Press, 1982.
4-CEFET-MG. Departmento de Química. Absorção 2º semestre de 2012.
5- PAIVA, J.W. Condicionamento e Processamento de Gás Natural. Apostila do Curso de Especialização latu sensu em Tecnologia do Gás Natural. Centro de Tecnologia do Gás (CTGÁS). Universidade Potiguar (UNP), 2000
6-PETROBRAS. Gas_Natural. Disponível em:
<http://www.br.com.br/wps/portal/portalconteudo/produtos/automotivos/gasnatural>.Edição (14)434–45 (2007)
