ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Físico-Química
Autores
Fernandes, A.K.S. (UFRN) ; Prado, M. (UFRN) ; Martins, A. (UFRN) ; Silva, D.J. (UFRN) ; Oliveira, H.N.M. (UFRN) ; Chiavone-filho, O. (UFRN)
Resumo
A produção e o escoamento de gás no campo de Mexilhão, Bacia de Santos, utiliza como alterador do ponto de congelamento do gás natural um inibidor termodinâmico MEG (monoetilenoglicol), pois este também apresenta características higroscópicas retendo, assim, a água produzida. Este inibidor ao retornar a plataforma vem rico em água e gás natural. O gás natural em sua maior proporção é separado facilmente, enquanto que o sistema binário MEG e ÁGUA passará por novos processos afim de separá-los para que o MEG apresente uma reutilização mais nobre evitando danos ambientais e mais custos a industria, ou seja, ele é regenerado. Por este motivo, faz-se necessário o conhecimento do equilíbrio de fases (Líquido-Vapor) desse sistema, afim de otimizar o processo de regeneração.
Palavras chaves
Monoetilenoglicol; Equilíbrio; Termodinâmica
Introdução
O gás natural tornou-se nos últimos anos uma excelente fonte de energia, seu uso vai desde a utilização em automóveis substituindo a gasolina e o álcool carburante até, as termoelétricas, por exemplo, substituindo o carvão mineral e o urânio. Em virtude de todos os aspectos positivos e importantes que o gás natural apresenta, faz-se necessário otimizar cada vez mais a sua obtenção. Na Bacia de Santos, no Campo de Mexilhão em que as atividades de produção de gás são intensas englobando estruturas que vão a nível submarino até plataformas e linhas, existe um grande problema a ser combatido que é a formação de hidratos de gás. Os hidratos são estruturas cristalinas que em condições de temperatura e pressão prevalecidas no sistema, bem como em contato com água, se formam e podem diminuir ou até mesmo impedir os processos de obtenção do gás. Desta maneira, passou-se a utilizar inibidores capazes de combater esta formação, como exemplo o monoetilenoglicol (MEG). Este inibidor termodinâmico apresenta propriedades capazes de reduzir o ponto de congelamento do sistema nos dutos, além de absorve a água produzida dos poços de petróleo. A utilização do MEG regenerado também é justificada no âmbito econômico e ambiental. Visando a aprimorar cada vez mais a unidade de regeneração do MEG, estudou-se o comportamento a baixa pressão do sistema binário MEG e ÁGUA produzindo diagramas de equilíbrio líquido-vapor em função da pressão, temperatura e composições das fases líquida e vapor. Os dados obtidos são preliminares e foram satisfatório. Enriquecendo a literatura afim de minimizar problemas operacionais e custos maiores as industrias de petróleo.
Material e métodos
Os dados de equilíbrio líquido-vapor são obtidos utilizando o sistema binário: ÁGUA + MEG a baixa pressão (350mb – 650mb). O método consiste na imersão de soluções desses sistemas no ebuliômetro do tipo Othmer modificado que funciona no método de circulação a fase vapor e favorece retirada de alíquotas para análise de densidades das duas fases (líquida e vapor). Para obtenção das curvas de equilíbrio líquido-vapor tem-se acoplado ao ebuliômetro o banho termostático cuja temperatura deve estar em torno de 5 °C. A pressão é controlada pelo Fischer System que está, por sua vez, conectado a bomba a vácuo. As variáveis temperatura e aquecimento são controlados através do programa ACQDATA. É necessária, também, a utilização de agitadores magnéticos. A solução de MEG e ÁGUA varia de concentração de 0 à 100% de MEG e após serem colocadas no ebuliômetro espera-se que o sistema chegue ao equilíbrio. O equilíbrio é, então, observado quando a temperatura se mantêm constante durante, pelo menos, uma hora; pela circulação da fase líquida e vapor constante (gotejamento por volta de 5 a 6 gostas por minuto) e quando toda a vidraria do ebuliômetro está úmida. A partir de então são retiradas alíquotas e verificada a densidade de cada fase através do densímetro ANTON PAAR Modelo 4500. A partir dos dados de densidade são encontradas as frações mássicas e, em seguida, as frações molares de MEG das fases líquida e vapor e, por fim, construidas das curvas de equilíbrio (temperatura versus fração molar) do sistema estudado e comparados com as curvas ideais plotadas pelo modelo Antoine.
Resultado e discussão
Os gráficos são de Temperatura (°C) versus Composição (x,y) de MEG na fase vapor
e líquida. Os valores desta composição são obtidos através da medição da
densidade e utilização destas análises (densidades) em equações polinomiais
adequadas inseridas no Microsoft Excel, representada abaixo:
y = 379,639565157x3 - 1178,312149175x2 + 1226,329136990x - 427,633869880
Em que "Y" representa a composição mássica de MEG e "x" a densidade analisada.
O comportamento do sistema binário MEG + ÁGUA, portanto, seguiu o esperado como
pode-se observar nos gráficos.
É possível perceber que os dados experimentais a baixa pressão (350 mbar - 650
mbar) mostrou-se adequado tanto as curvas do modelo ideal (Modelo de Antoine
adotado), bem como a curva ELV com os dados extraídos da literatura, apesar de
que os únicos dados próximos a 350 mbar, estão na verdade à 304 mbar, no entanto
foram utilizados por se tratar de uma pressão razoavelmente próxima a estudada,
além de mostrar que o comportamento não varia muito apesar das diferenças de
pressões. Por este motivo, o estudo de equilíbrio líquido-vapor a baixas
pressões, principalmente à 350 mbar, tende a enriquecer a área acadêmica afim de
otimizar os processos de separação viáveis para a regeneração do MEG.
Comparação das curvas de equilíbrio do Modelo de Antoine (ideal), literatura e dados experimentais.
Comparação das curvas de equilíbrio do Modelo de Antoine, literatura e dados experimentais.
Conclusões
Os dados de ELV dos sistemas aquosos com MEG tem apresentado confiabilidade e precisão. A modelagem dos dados permitirá a avaliação e o projeto dos processos de evaporação e destilação da unidade de regeneração do MEG, usualmente implantada em plataforma.
Agradecimentos
Ao Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES) pela formação do grupo de PESQUISA do MEG no Laboratório de Fotoquímica e Equilíbrio de Fases (FOTEQ).
Referências
Chiavone-Filho, O., Proust, P., Rasmussen, P. Vapor-Liquid Equilibria of Glycol Ether + Water Systems. Journal of Chemical and Engineering. Data, 38, 1 pp. 128-131, 1993.
OLIVEIRA, H. M. N. Determinação de dados de equilíbrios para sistemas aquosos com eletrólitos. 1999. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal, 2014.
Glycol- Water Mixtures Vapor Pressure-Boiling Point-Composition Relations
TRIMBLAEN, H. M., POTTS, W. Oklahoma Agricultural and Mechanical College, Stillwater, Okla.INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY. VOL 27, Nº1. 1935.
CHAPOY, A. et al. Clathrate hydrate equilibria in mixed monoethylene glycol and electrolyte
aqueous solutions. Journal of Chemical Thermodynamics. 48, 2012, p. 7-12.
Patrocinadores
Apoio
Realização
