Orientador: Jose Vicente Hallak D'Angelo

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

Resumo: O comércio de gás natural liquefeito apresenta um crescente interesse por parte tanto de países exportadores como dependentes desta fonte energética. Apesar de o transporte por gasoduto ser muito menos suscetível a perdas, ele se torna inviável a longas distâncias ou a demandas variáveis. A...

Resumo: O comércio de gás natural liquefeito apresenta um crescente interesse por parte tanto de países exportadores como dependentes desta fonte energética. Apesar de o transporte por gasoduto ser muito menos suscetível a perdas, ele se torna inviável a longas distâncias ou a demandas variáveis. A liquefação do gás natural também proporciona o armazenamento desta fonte energética numa forma estável e de alto potencial energético,evidenciando o caráter estratégico do processo. Desde a década de 60 a tecnologia para liquefação do gás natural é utilizada, porém, apenas há alguns anos os países iniciaram o
comércio desta fonte energética em larga escala e isto acarretará um aumento mundial tanto no número de terminais exportadores (plantas de liquefação) quanto importadores (terminais de regaseificação). O processo de liquefação do gás natural ocorre através de uma sequência de ciclos termodinâmicos de refrigeração, e estes, por sua vez, precisam trabalhar de forma otimizada para reduzir perdas. A análise exergética é uma ferramenta muito útil para avaliar estas perdas e pode ser essencial na instalação de uma nova planta ou melhoria de uma já existente. O presente trabalho realizou uma análise exergética de um
ciclo de refrigeração utilizado para a liquefação de gás natural, o qual é do tipo multiestágio em cascata, padrão utilizado atualmente, sendo o mais conhecido e difundido entre as indústrias da área. Primeiramente, o processo foi simulado em software comercial Hysys (versão 3.2 da Aspen Technology). O resultado obtido da simulação foi validado através de comparação com dados da literatura, mostrando-se adequado. Em seguida, a simulação foi testada em diferentes condições operacionais, seguindo um planejamento fatorial completo, o qual teve como objetivo verificar a influência da variação das pressões de seis pontos específicos do ciclo sobre a variável resposta, que é a taxa de exergia total destruída no processo, visando sua minimização. Os resultados obtidos levaram a uma nova condição de operação para o ciclo de refrigeração com redução de aproximadamente 48% da taxa de exergia destruída com relação aos dados do caso obtido da literatura. Tal resultado
evidencia o potencial da metodologia termodinâmica utilizada, demonstrando sua aplicação em estudos de melhoria do desempenho de ciclos de refrigeração para a indústria de liquefação de gás natural

Abstract: The liquefied natural gas trade shows a growing interest either from countries which are exporters or countries which depend on this kind of energetic source. Although gas pipelines are less susceptible of transportation losses, they become impracticable when distances are too long or when...

Abstract: The liquefied natural gas trade shows a growing interest either from countries which are exporters or countries which depend on this kind of energetic source. Although gas pipelines are less susceptible of transportation losses, they become impracticable when distances are too long or when demands are highly variable. The liquefaction of natural gas also enables its storage in a stable way, in which energetic potential is high, expressing the strategic purpose of the process. Since the 1960 decade natural gas liquefying technology is been used, but only a few years ago countries have started the trade of this kind of energetic source on a large scale. Consequently, the number of exporter terminals (liquefaction industries) and importer terminals (regasification plants) will increase worldwide. The natural gas liquefaction process is based on a sequence of refrigeration thermodynamics cycles, which need to work in an optimized way in order to reduce losses. The exergy analysis is a very useful tool to evaluate these losses and can be crucial in a new plant installation or in a current one improvement. This dissertation performed an exergy analysis of a multistage cascade refrigeration cycle applied in natural gas liquefaction. The multistage cascade cycle is currently the standard type, being the most known and diffused among industries. Firstly, the process was simulated in commercial software Hysys (version 3.2 of Aspen Technology). The result obtained from the simulation was validated
by comparison with the literature data and showed a very adequate similarity. After that, the simulation was checked in different operational conditions, according to the complete factorial design of experiments. The design of experiments¿ objective was to verify the pressure influence of six specific points of the cycle over the response variable, which is the rate of total exergy destroyed in the cycle, in order to reach its minimal value. The results showed a new operational condition to the refrigeration cycle, in which the destroyed exergy rate was reduced by approximately 48% in comparison with literature data. This result provides evidence of the high potential of the thermodynamic tool used, showing its application in studies of performance improvements for refrigeration cycles in industries of natural gas liquefaction