Cálculo do equilíbrio de fases em sistemas contendo hidrocarbonetos em fase gasosa com altos teores de CO2 e traços de água.

• Main Author: Danilo Pereira de Carvalho
• Other Authors: Pedro de Alcântara Pessoa Filho
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2016
• Subjects: Dióxido de carbono; Gases ácidos; PC-SAFT; Pré-sal; Carbon dioxide; Pre-salt; Sour gas
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12122016-145021/

Os grandes campos de petróleo offshore recentemente descobertos na camada pré-sal, localizada no sudeste do Brasil, representam um avanço significativo da participação brasileira nas reservas mundiais de hidrocarbonetos, que ainda são a principal matriz energética mundial. Nesse cenário, torna-se importante o desenvolvimento da produção desses campos. Um dos principais desafios tecnológicos da exploração desses campos é o processamento do gás natural associado, que possui altos teores de dióxido de carbono CO2. Esse contaminante deve ser separado para possibilitar a injeção no reservatório e/ou o escoamento desse gás através de dutos submarinos, dadas as restrições na legislação ambiental. Nas plantas de processamento instaladas no convés de grandes embarcações, são previstas instalações para a separação do CO2 e a remoção de umidade do gás a fim de evitar a formação de hidratos e a corrosão acentuada das linhas de escoamento, pois tanto a injeção quanto a exportação do gás são realizadas em condições de pressão e temperaturas extremas. Nesse contexto, o conhecimento acurado das condições em que se forma uma fase aquosa líquida é importante para garantir a viabilidade técnica e de segurança dessas operações. Considerando a relevância do assunto e as limitações da literatura para os cenários enfrentados no pré-sal brasileiro, esse trabalho tem o objetivo de fazer um estudo abrangente do equilíbrio de fases em sistemas contendo hidrocarbonetos em fase gasosa com altos teores de CO2 e traços de água, visando à obtenção de modelo para cálculo do ponto de orvalho da água. O uso de modelos rigorosos baseado na teoria dos fluidos associativos (PC-SAFT) mostrou-se adequado para o cálculo das condições de saturação em amplas faixas de pressão e temperatura. Com base em dados experimentais publicados foi possível fazer um ajuste preciso dos parâmetros de interação binária da equação de estado PC-SAFT. Como resultado, obteve-se um modelo capaz de descrever o comportamento de fases em misturas de hidrocarbonetos com composição próxima das encontradas no pré-sal brasileiro. === The giant offshore petroleum fields recently discovered in the pre-salt layer on the southeast of Brazil represent a significant increment in the Brazilian share of the global hydrocarbon reserves, which is still the most important energetic matrix. In this scenario, the development of production for these petroleum fields becomes important. One of the main technological challenges posed by these fields is the processing of the associated gas, which contains high amounts of carbon dioxide (CO2). Due to environmental laws, this contaminant must be separated to allow the injection back into the reservoir and/or the gas flow through subsea pipelines. The gas processing plants installed on large vessels comprise facilities that remove CO2 and moisture from natural gas, to prevent hydrate formation and severe corrosion throughout the pipelines, as both gas injection and gas exportation are performed in extreme pressure and temperature conditions. Thus, the accurate knowledge of conditions in which aqueous liquid phases are formed is important to ensure the technical viability and operational safety of these operations. Considering the relevance of this subject and the limitations of published works for the Brazilian pre-salt scenario, this work presents a comprehensive study on the phase equilibrium in systems with hydrocarbons in gas phase with high content of CO2 and traces of water, aiming at developing a model to calculate the dew point of water. The use of a rigorous method based on the associating fluid theory (PCSAFT) has shown to be appropriate to calculate the saturation condition for a large range of pressure and temperature. Based on the experimental data published, the fitting of the binary interaction parameter from the PC-SAFT equation of state was carried out. The resulting model was able to describe the phase behavior of hydrocarbon mixture with composition similar to those found in the Brazilian pre-salt.