BR102012020332A2 - Processo integrado para tratamento de petróleo e gás natural contendo alto teor de h2s - Google Patents

Abstract

PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S. A presente invenção trata de um processo integrado para remover contaminantes de misturas de hidrocarbonetos oriundas de um reservatório. A invenção se refere a um processo integrado para tratamento de petróleo e gás natural contendo alto teor de contaminantes, cuja RGO é menor do que 60 sm³/sm³, e o teor de contaminantes H2S e CO2 no gás natural estar na faixa de 40% a 60%.

Description

PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S Campo da invenção

A presente invenção trata de um processo integrado para remover 5 contaminantes de misturas de hidrocarbonetos oriundas de um reservatório. Mais especificamente, o processo integrado da invenção se refere ao tratamento dispensado ao petróleo extraído de um poço, que apresenta como característica baixa relação gás/óleo e alto teor de H2S. O processo visa remover os contaminantes do óleo, tendo como balizamento segurança, 10 obediência às normas relacionadas ao meio ambiente, e, melhoria de aspectos econômicos visando aumento de eficiência e redução de custos operacionais.

Fundamentos da invenção

O petróleo produzido por um poço é constituído por uma mistura de 15 hidrocarbonetos, gás e água. Esta mistura denominada genericamente como óleo, em geral arrasta consigo contaminantes, sendo os principais CO2 e H2S, que precisam ser removidos, pois além de serem tóxicos, se forem liberados na natureza causam dano ao meio ambiente, e, interferem nas etapas subsequentes de refino do óleo, podendo causar graves acidentes.

Em geral o óleo produzido ao ser recebido em uma planta industrial,

é submetido inicialmente a um processo de separação líquido/gás, dando origem a duas correntes que são então tratadas separadamente. Os processos de tratamento são selecionados em função das propriedades físicas e químicas apresentadas pelo óleo.

Nas plantas convencionais a remoção do H2S e/ou CO2 da corrente

gasosa é realizada por meio de tratamento do gás natural em torres de absorção, cujo material absorvente é normalmente selecionado entre compostos aminados, como por exemplo, mono-etanol-amina (MEA), Nmetil-dietanol-amina (MDEA), soluções alcalinas, membranas absorvedoras, 30 entre outros. Após este tratamento, o gás natural contendo já um teor bastante reduzido de contaminantes segue seu processamento normal, e os materiais residuais são submetidos a novo tratamento para que o absorvente possa ser recuperado e re-utilizado no processo. Grande parte das plantas industriais que utilizam esta tecnologia com o objetivo de também produzir enxofre, por meio da queima do H2S.

Tais processos, entretanto, são bastante onerosos e se tornam inviáveis economicamente quando a quantidade de gás natural produzido é pequena em comparação com o teor de contaminantes.

Por sua vez, a corrente de óleo contaminado é conduzida para um processo de remoção de H2S conhecido pelos especialistas pela denominação inglesa “strípping", que consiste em passar o óleo 10 contaminado em contracorrente com uma corrente de vapor, para arrastar o H2S, deixando o óleo em condições de ser transportado e posteriormente processado.

Técnica relacionada

Há décadas são pesquisadas técnicas que possibilitem eliminar ou reduzir o teor de contaminantes das correntes de óleo, de modo a permitir seu manuseio com segurança e adequadas para uso nos processos de tratamento a que se destinam. Os contaminantes principais e mais nocivos do petróleo são CO2 e H2S.

Em presença de solução alcalina, o CO2 possui aproximadamente a mesma solubilidade em água que o H2S, portanto, se as duas espécies estiverem presentes irão competir entre si. A questão é resolvida por meio do ajuste criterioso das condições operacionais.

O documento de patente Pl 9407636-7 ensina um processo em duas etapas, combinando absorção de H2S em solução alcalina com pH controlado, e queima de H2S seguido de absorção do SO2 em solução alcalina.

Mais recentemente, com a descoberta e intensa exploração de poços de petróleo no mar, água salgada tem sido utilizada como absorvente. O documento US 4.235.607 descreve um processo para absorção seletiva de H2S e CO2 empregando água do mar como absorvente.

O documento de patente RU 2.127.146 refere-se a um processo para purificação de gás natural em que H2S e água são removidos simultaneamente do gás em uma torre de absorção onde o gás é posto em contato com uma solução de amino-glicol, que é aquecido, evaporado e posto em contato com um gás secante, o qual é queimado com ar para converter H2S em S02, que é posteriormente absorvido em água do mar.

O documento US 6.881.389 trata de um sistema para remoção de

H2S e CO2 de gás natural pelo contato da corrente gasosa com água do mar. O sistema compreende a absorção dos contaminantes em vários purificadores arranjados em cascata, no qual cada estágio opera a uma pressão menor do que a pressão do estágio anterior e recicla o gás 10 purificado de cada estágio para o estágio predecessor, até que o teor de CO2 tenha sido reduzido a um valor aceitável.

Devido às características do óleo produzido pelo poço que o processo da invenção deseja tratar, contendo de 40% a 50% de contaminantes e relação gás/óleo (RGO) menor do que 60 sm3/sm3, a 15 aplicação das técnicas acima descritas esbarram em questões de segurança operacional, meio ambiente e oneram fortemente os custos operacionais. O processo integrado proposto pela presente invenção visa contornar esses problemas, por meio da combinação de técnicas conhecidas, mas que em seu conjunto conduzem a um efeito técnico diferenciado, viabilizando sua 20 exploração comercial, de forma segura, eficaz e com custos reduzidos. Sumário da invenção

A invenção se refere a um processo integrado para tratamento de petróleo e gás natural contendo alto teor de contaminantes, cuja RGO é menor do que 60 sm3/sm3, e teor de contaminantes H2S e CO2 no gás natural, estar na faixa de 40% a 60%.

O processo integrado da invenção compreende as seguintes

etapas:

- conduzir uma corrente de hidrocarbonetos, água e gás, recebida do reservatório a um separador bifásico, de modo a obter a separação

líquido/gás, produzindo uma corrente gasosa e uma corrente líquida

oleosa;

- conduzir a corrente gasosa rica em H2S para um queimador apropriado, sob condições controladas, para converter o H2S em SO2;

- resfriar a corrente gasosa e conduzir para uma torre de absorção com água do mar, que opera em contracorrente com o gás resultante da queima, para obter uma corrente residual de água do mar levemente

ácida, contendo um teor aceitável de contaminantes;

- conduzir a corrente líquida oleosa, obtida na separação líquido/gás, contaminada com H2S, para ser tratada em contracorrente com excesso de ar atmosférico em uma torre de purificação (stripping), conduzindo a corrente residual gasosa contendo H2S para ser

alimentada no queimador, para converter o H2S em S02;

- recuperar pelo fundo da torre de purificação a corrente de óleo tratado, contendo um teor H2S aceitável, e conduzir para tratamento, caso contenha água, ou diretamente para armazenamento.

Breve descrição da Figura A Figura 1 apresenta de forma esquemática o processo integrado

para tratamento de petróleo e gás natural contendo alto teor de H2S, objeto da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

Para que a invenção possa ser mais bem compreendida e avaliada sua descrição detalhada será feita a seguir com base na figura que acompanha e integra o presente relatório.

O petróleo oriundo do reservatório (R), compreendendo uma mistura de óleo, água e gás, que está a uma pressão de aproximadamente 50 baratm e temperatura na faixa de 80°C e 100°C, é conduzido a um separador 25 bifásico (D), dando origem a uma corrente gasosa (G) e uma corrente líquida oleosa (L), ambas contendo contaminantes a serem removidos. No caso particular da presente invenção, o petróleo produzido possui como característica uma baixa Relação Gás/Óleo (RGO), menor do que 60 sm3/sm3 e 40% a 60% de contaminantes, basicamente H2S, na faixa de 30 150000 ppm a 400000 ppm.

A corrente gasosa (G) é conduzida para um queimador (Q) apropriado, provido de monitoramento adequado, no qual os contaminantes principais H2S e CO2 serão totalmente queimados com ar capturado da atmosfera, sob condições controladas de temperatura na faixa de 200°C a 300°C, de modo a produzir preferencialmente SO2. A relação ar/contaminantes é mantida em uma proporção de aproximadamente 5:1 molar.

A corrente gasosa (100) produzida pela queima é resfriada a uma temperatura na faixa de 20°C a 40°C, preferencialmente no entorno de 25°C, e alimentada no fundo de uma torre de absorção (A), que utiliza água do mar (200) como material absorvente, a qual é alimentada, em contracorrente com 10 a corrente gasosa (100) pelo topo da torre de absorção (A), mantida à pressão de 1,2 baratm. A água do mar (200) reage com os contaminantes, e, como é utilizada em grande excesso, dá origem a uma corrente de água residual (210) levemente ácida com pH > 6, e contendo uma concentração aceitável de H2S, em geral menos do que 4ppm. A eficiência de absorção 15 está na faixa de 97% aproximadamente. Assim, esta água residual poderá ser descartada no mar, utilizada em poço apropriado para recuperação secundária de petróleo, ou re-injetada no reservatório. Caso a concentração de ácidos na água residual esteja ainda fora dos padrões aceitáveis, poderá ser diluída com água do mar para ser descartada.

Os gases não absorvidos da torre de absorção (A), tipicamente

CO2, NO2 e SO2, em baixa concentração, poderão ser ventilados para a atmosfera.

A corrente líquida oleosa (L), proveniente do separador bifásico (D), contendo de 20 ppm a 1000ppm de H2S, preferencialmente entre 500ppm e 25 800ppm, é alimentada no topo da torre de purificação (S), em contracorrente com uma corrente de ar capturado da atmosfera (300) e soprado pelo fundo da torre de purificação (S) a uma temperatura de aproximadamente 80°C e pressão de aproximadamente 1atm. O ar atmosférico é submetido um a rigoroso sistema de monitoramento para ser alimentado em concentração 30 pelo menos dez vezes maior do que a necessária para formar uma mistura explosiva com os contaminantes. Uma mistura gasosa (310) contendo os contaminantes extraídos do óleo (metano, etano, H2S e CO2) é retirada pelo topo da torre de purificação (S) e injetada na entrada do queimador (Q).

A corrente de óleo (400) é recuperada praticamente livre de H2S, teor de H2S inferior a 1ppm, é direcionada para tratamento (T)1 caso contenha água, ou diretamente para tanque de armazenamento (E).

Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de

realização preferida, o conceito principal que norteia a presente invenção que é um processo integrado para remover contaminantes de misturas de hidrocarbonetos oriundas de um reservatório, combinando tecnologias de queima e absorção em condições operacionais específicas, se mantém 10 preservado quanto ao caráter inovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações, adaptações e equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo da presente invenção, que estão representados pelas reivindicações que se 15 seguem.

Claims (9)

1. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S caracterizado por compreender as seguintes etapas: - conduzir uma corrente de hidrocarbonetos, água e gás, recebida do reservatório (R) a um separador bifásico (D), de modo a obter a separação líquido/gás, produzindo uma corrente gasosa (G) e uma corrente líquida oleosa (L); - conduzir a corrente gasosa (G) rica em H2S para um queimador (Q) apropriado, sob condições controladas, para converter o H2S em SO2; - resfriar a corrente gasosa e conduzir para uma torre de absorção (A) com água do mar (200), que opera em contracorrente com o gás resultante da queima (100), para obter uma corrente residual de água do mar (210) levemente ácida, contendo um teor aceitável de contaminantes; - conduzir a corrente líquida oleosa (L) obtida na separação líquido/gás, contaminada com H2S, para ser tratada em contracorrente com excesso de ar atmosférico (300) em uma torre de purificação (S), conduzindo a corrente residual (310) gasosa contendo H2S para ser alimentada no queimador (Q), para converter o H2S em SO2, - recuperar pelo fundo da torre de purificação (S) a corrente de óleo tratado (400), contendo um teor H2S aceitável, e conduzir para tratamento (T), caso contenha água, ou diretamente para armazenamento (E).

2. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o petróleo produzido possuir uma baixa Relação Gás/Óleo (RGO), menor do que 60 sm3/sm3 e 40% a 60% de contaminantes, basicamente H2S, na faixa de 150000 ppm a 400000 ppm.

3. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S1 de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o petróleo oriundo do reservatório (R), compreender uma mistura de óleo, água e gás, que está a uma pressão de saturação de aproximadamente 50 baratm e temperatura na faixa de 80°C e 100°C.

4. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os contaminantes H2S e CO2 serem totalmente queimados com ar capturado da atmosfera, sob condições controladas de temperatura na faixa de 200°C a 300°C, de modo a produzir preferencialmente SO2.

5. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a relação ar/contaminantes ser mantida numa proporção de aproximadamente 5:1 molar.

6. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a corrente gasosa (100) produzida pela queima ser resfriada a uma temperatura na faixa de 20°C a 40°C, preferencialmente no entorno de 25°C, e alimentada no fundo de uma torre de absorção (A) mantida à pressão de 1,2 baratm

7. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a eficiência de absorção estar na faixa de 97% aproximadamente.

8. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a corrente líquida oleosa (L), proveniente do separador bifásico (D), conter de 20 ppm a IOOOppm de H2S, preferencialmente entre 500ppm e 800ppm, ser alimentada no topo da torre de purificação (S)1 em contracorrente com uma corrente de ar capturado da atmosfera (300) e soprado pelo fundo da torre de purificação (S) a uma temperatura de aproximadamente 80°C e pressão de aproximadamente 1atm.

9. PROCESSO INTEGRADO PARA TRATAMENTO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL CONTENDO ALTO TEOR DE H2S, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a corrente de óleo tratado (400) ser recuperada praticamente livre de H2S, com teor de H2S inferior a 1ppm.