Medición de la humedad para la extracción de líquidos de gas natural

Protección de las plantas, eficiencia energética y ahorro de costes

La separación de líquidos de gas natural (LGN) es una etapa importante en la purificación del gas natural, antes de que pueda considerarse apto para su uso como producto seco de calidad para gasoductos. La eliminación de los LGN utiliza generalmente un complejo tren de fraccionamiento, que exige un control preciso de las condiciones del proceso; a su vez, esto requiere el uso de instrumentos de control extremadamente sensibles, siendo los analizadores de trazas de humedad, en particular, esenciales para la fiabilidad y la eficiencia energética de los sistemas de producción clave. 

El tren de proceso del LGN

Los Líquidos de Gas Natural (LGN) se presentan como una mezcla de baja densidad de hidrocarburos gaseosos en el gas natural bruto extraído de los yacimientos de gas. Estos hidrocarburos se separan como componentes líquidos durante el procesamiento inicial del gas y normalmente se eliminan como una corriente de proceso combinada, generalmente denominada LGN de grado Y. A continuación, se procesan mediante un fraccionador. A continuación, se procesa en una planta de fraccionamiento para separar el flujo en etano, gases licuados del petróleo (propano y butanos) y gasolina natural. 

Un flujo de proceso típico comienza con el paso del gas bruto de boca de pozo a través de filtros coalescentes; éstos funcionan a la temperatura normal del proceso para reducir el contenido de condensados de hidrocarburos arrastrados y agua.

A continuación, la mezcla resultante de gas y líquido saturada de humedad se deshidrata a través de un contactor de glicol (unidad de deshidratación de glicol), en el que se inyecta trietilenglicol líquido (TEG) por pulverización como desecante en el flujo de gas que asciende por la columna de proceso. 

En esta fase, el gas está seco, con un punto de rocío de agua entre -30 y -10 ˚C a la presión de proceso, pero todavía está cargado de hidrocarburos líquidos. Por tanto, el enfriamiento Joule-Thomson se utiliza como siguiente paso en la extracción de LGN, con una reducción parcial de la presión de la corriente de gas entre 8 y 10 bares que produce un descenso de la temperatura de 7-8 ˚C a la entrada de un separador de líquidos. 

A continuación se utiliza una serie de columnas de deshidratación de tamiz molecular, para reducir el contenido de humedad del gas de proceso entre 0,01 y 0,05 ppmV, a menos de -80 ˚C de punto de rocío a la presión de proceso; esto es esencial para un funcionamiento fiable del método de extracción primaria de líquidos de hidrocarburos más ligeros. 

A continuación, la corriente del proceso pasa por turboexpansores criogénicos, que extraen energía cinética (trabajo) del flujo de gas expandiéndolo de 55 a 17 bares en un proceso casi isentrópico (entropía constante). Una secuencia de intercambiadores de calor interconectados reduce la temperatura del flujo de proceso por debajo de -80 ˚C, para licuar el contenido no metánico. El fluido de fase mixta gas/líquido frío resultante entra en una columna desetanizadora, que separa las dos fases en LGN y gas residual. 

Posteriormente, el LGN se entrega a plantas de fraccionamiento para su separación en componentes individuales de hidrocarburos de gran pureza, mientras que el gas residual (compuesto por >98 % de metano) se comprime para su transporte por gasoducto como combustible industrial y doméstico. 

La importancia de la medición de la humedad

La medición precisa de la humedad de trazas es una parte fundamental del proceso de supervisión y control de la separación de LGN.

En particular, el funcionamiento fiable de los turboexpansores criogénicos depende de que la materia prima de gas natural procedente de las columnas de deshidratación de tamiz molecular tenga un contenido de humedad de trazas constantemente bajo. Esto es esencial para evitar la rápida formación de cristales de hielo que dañarían los álabes guía de entrada variable que giran a alta velocidad en el turboexpansor. Un límite de alarma de 0,1 ppmV es típico; para minimizar el riesgo, el nivel aceptable de trazas de humedad suele fijarse entre 0,02 y 0,05 ppmV en condiciones normales de funcionamiento.  

La medición de la humedad traza también es vital para el funcionamiento óptimo del sistema de deshidratación por tamiz molecular. Este sistema consta de varias columnas de deshidratación que funcionan simultáneamente, y las columnas se regeneran en secuencia mediante el retrolavado de gas de purga seco a través del lecho de desecante a 300 ˚C. En la mayoría de las instalaciones, esto consume niveles considerables de energía y, para garantizar el suministro continuo de gas seco a los turboexpansores, está configuredo para funcionar en lo que podría denominarse una configureción extremadamente cautelosa. Por ejemplo, no es raro que la regeneración tarde hasta 12 horas, incluido el enfriamiento, en liberar la humedad adsorbida. 

La introducción de un analizador avanzado de medición de la humedad en línea, capaz de proporcionar resultados precisos casi en tiempo real, permite optimizar los ciclos de regeneración. En la práctica, esto significa ampliar el periodo entre ciclos, permitiendo que cada columna permanezca en línea durante más tiempo -reduciendo la proporción del tiempo total del proceso que cada columna está siendo regenerada- sin afectar a la calidad del gas de alimentación o a la seguridad y fiabilidad de los turboextractores criogénicos. Según nuestra experiencia con varios clientes del sector del gas natural, es posible aumentar la productividad de cada columna hasta en un 100 %, al tiempo que se consiguen considerables reducciones de los costes energéticos. 

El control preciso de la humedad de trazas también permite crear perfiles de rendimiento detallados para cada columna de secado. La calidad de estos datos da a muchos operadores de plantas la confianza necesaria para ampliar la vida útil funcional de los materiales desecantes, a menudo mucho más allá de las fechas de sustitución previstas.  Esto tiene un beneficio directo en términos de disponibilidad de la planta y reducción de los costes de explotación. 

Sistemas de medición de humedad de trazas

En Michell Instruments contamos con muchos años de experiencia en el diseño y la fabricación de sistemas avanzados de medición de la humedad de trazas en línea, para su uso en la deshidratación por tamiz molecular de LGN y otros requisitos de medición de la humedad de trazas en procesos de GNL. 

Nuestros sistemas están diseñados a medida e incluyen sofisticados instrumentos de análisis, basados en tecnología QCM (microbalanza de cristal de cuarzo) de respuesta rápida, además de todos los equipos y accesorios auxiliares. Estos sistemas son capaces de proporcionar mediciones casi en tiempo real de trazas de humedad ultrabajas, de hasta 0,01 ppmV. 

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