Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Rubens Maciel Filho

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Descoberta em 2006, a camada pré-sal é um reservatório de petróleo e gás que se estende ao longo da costa brasileira entre os estados de Espírito Santo e Santa Catarina, sendo muito importante para o País por possuir grandes quantidades de óleo leve de excelente qualidade. Entretanto, vários...

Resumo: Descoberta em 2006, a camada pré-sal é um reservatório de petróleo e gás que se estende ao longo da costa brasileira entre os estados de Espírito Santo e Santa Catarina, sendo muito importante para o País por possuir grandes quantidades de óleo leve de excelente qualidade. Entretanto, vários fatores fizeram com que a sua exploração envolvesse, desde o início, uma série de desafios tecnológicos a serem superados. Entre esses desafios, destaca-se a grande quantidade de gás natural associado com altos teores de CO2 e as altas pressões nas quais as correntes extraídas dos campos de produção são disponíveis. Dada a importância do gás natural como fonte primária de energia, o que é corroborado pelo aumento de consumo desse gás a cada ano, e a legislação ambiental vigente, que não permite a emissão descontrolada de CO2 na atmosfera, torna-se essencial o tratamento do gás natural produzido. Para aplicações offshore, onde o espaço é restrito, existe ainda o interesse de que a separação seja realizada na própria plataforma de maneira que o CO2 separado possa ser reinjetado para aumentar a produção de óleo. Dentro desse contexto, as colunas com leito recheado rotativo (RPB), que aplicam a tecnologia HiGee, são uma opção bastante promissora. Nesse tipo de coluna não convencional, a aplicação de altos campos centrífugos intensifica a transferência de massa e aumenta a eficiência de separação do processo, o que, consequentemente, permite uma grande redução no tamanho dos equipamentos e nos custos de construção e operação. Além disso, esse tipo de coluna é insensível ao movimento sendo, portanto, interessante para aplicações offshore. Por esses motivos, esse trabalho visa desenvolver uma metodologia usando o simulador de processos Aspen Plus® para o projeto de uma RPB, como forma de avaliar o potencial de aplicação dessas colunas de alta eficiência para a absorção de CO2 de correntes de gás natural usando o solvente carbonato de propileno. Para tanto, incialmente foi proposto um modelo matemático que viabilizasse a simulação desse novo conceito de colunas no simulador, uma vez que não existe, nos principais simuladores atualmente disponíveis, um módulo que permita sua simulação direta. Após a implementação do modelo, foi feito o dimensionamento da RPB e, em seguida, um estudo, por meio de planejamento de experimentos, para identificar a influência de algumas variáveis operacionais e de projeto na eficiência de separação. O modelo matemático foi implementado com sucesso e validado por meio teórico, permitindo a obtenção das dimensões da RPB para o caso em questão. O planejamento de experimentos permitiu, inclusive, a obtenção de uma correlação para o cálculo da altura axial e da vazão requerida de solvente, o que mostra que essa estratégia poderia ser utilizada para uma futura otimização do processo

Abstract: Found in 2006, the pre-salt basin is an oil and gas reservoir that extends along the Brazilian coast between the states of Espírito Santo and Santa Catarina, being very important for the country because it stores large quantities of light oil of excellent quality. However, its exploration...

Abstract: Found in 2006, the pre-salt basin is an oil and gas reservoir that extends along the Brazilian coast between the states of Espírito Santo and Santa Catarina, being very important for the country because it stores large quantities of light oil of excellent quality. However, its exploration has involved some technological challenges to be overcome. Among these challenges, it can be highlighted the large amount of associated natural gas with a high carbon dioxide content and the high pressures in which the streams recovered from production fields are available. Given the importance of natural gas as a primary energy source, endorsed by its increasing consumption every year, and the current environmental legislation, which does not allow uncontrolled CO2 emission into the atmosphere, it is essential to treat the natural gas produced. Additionally, for offshore applications, where space is a restriction, it is of interest that separation is performed on the platform itself so that CO2 could be reinjected to increase oil production. In this context, rotating packed beds (RPB¿s), which applies HiGee-technology, are a very promising alternative. In this non-conventional column, the high centrifugal fields applied intensifies mass transfer and increases the separation efficiency of the process, which, consequently, allows a significant reduction in equipment size and in construction and operating costs. Also, this type of column is insensitive to movement being, therefore, interesting for offshore applications. For these reasons, this work aims to develop a methodology using Aspen Plus® process simulator for the design of an RPB to evaluate the potential of applying these high-efficiency columns to CO2 rich natural gas absorption using propylene carbonate solvent. To accomplish this objective, it is proposed a mathematical model to enable the simulation of this new concept column in the process simulator, since there is no specific routine for this type of equipment in the main currently available simulators. After the model have been implemented, the RPB design was performed and then a study, via design of experiments, to identify the influence of some design and operating variables on the separation efficiency. The mathematical model was successfully implemented and theoretically validated, allowing the achievement of RPB dimensions for the case in study. The design of experiments allowed, yet, the obtaining of a correlation for the rotor axial height and the required solvent flow rate, which shows this strategy could be used for future process optimisation

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