Medición de la humedad y gas natural licuado

Proteger las líneas de Suministro, desde la licuefacción hasta la regasificación

El gas natural licuado (GNL) es una fuente de energía mundial cada vez más importante.  Los analistas de mercado Research and Markets predicen que la demanda anual crecerá casi un 9% CAGR hasta 2026. 

Imágenes de las que se hace eco el último informe de Shell sobre el mercado del GNL, en el que se destaca el papel que puede desempeñar el GNL en la descarbonización, como alternativa más limpia a la energía de carbón y como suministro de apoyo a las fuentes de energía renovables.  El informe de Shell advierte, sin embargo, de que a largo plazo puede haber una discrepancia significativa entre la demanda y la oferta, que podría alcanzar entre 200 y 300 millones de toneladas anuales (MTPA) en 2040. 

A corto plazo, el crecimiento de la demanda, combinado con la volatilidad del mercado y de los costes, está ejerciendo una presión aún mayor sobre las redes existentes de producción y distribución de gas natural, en términos de mantenimiento de la fiabilidad del sistema y de la calidad del gas, protegiendo al mismo tiempo los márgenes de explotación. 

La licuefacción y regasificación del gas natural

Aunque desde el siglo XVIII se han realizado experimentos para licuar gases, no fue hasta finales del siglo XIX cuando los científicos consiguieron licuar el metano, principal componente del gas natural.  Hubo que esperar hasta la década de 1940 para que se abriera la primera planta comercial de licuefacción en Estados Unidos, y el transporte inicial de GNL tuvo lugar en 1959, cuando el buque Methane Pioneer, construido para la ocasión, navegó entre Luisiana y Canvey Island (Reino Unido). 

Hoy en día, la licuefacción y regasificación del gas natural se ha convertido en una parte integral y vital de nuestro suministro energético mundial, permitiendo transportar grandes volúmenes de gas de forma segura y rentable desde lugares a menudo remotos hasta cada punto de uso.   

El proceso comienza haciendo pasar el gas natural por una serie de tuberías y recipientes paralelos -conocidos como "trenes"- donde se eliminan los líquidos más pesados y las impurezas.  Otras impurezas, como el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, se eliminan con disolventes a base de agua, y los líquidos de gas natural (LGN) más ligeros, como el propano y el butano, se extraen para su uso por separado, ya sea como subproducto comercial o como refrigerante más adelante en el proceso de refrigeración. 

El gas resultante, principalmente metano con un pequeño porcentaje de etano, está listo para su licuación.  Esto tiene lugar en intercambiadores de calor donde se enfría a -162 °C y el volumen se reduce 600 veces. El líquido resultante, transparente, incoloro y no tóxico, es ideal para el almacenamiento y el transporte a largas distancias.  A su llegada, se calienta para devolverlo al estado gaseoso, adecuado para su combustión en sistemas de generación de energía. 

Rastros de humedad en el GNL

El proceso descrito elimina la mayor parte del agua presente en el gas natural.  Sin embargo, siempre existe el riesgo de que queden trazas de humedad vaporizada en el gas.  Ésta puede condensarse y congelarse formando cristales de hielo.  Bajo presión, la humedad también puede crear estructuras reticulares alrededor de las moléculas de metano, que posteriormente se forman como hidratos sólidos.  En ambos casos, estos contaminantes pueden causar obstrucciones en tuberías o válvulas.   

También existe la posibilidad de que la humedad se combine con otros contaminantes, como el sulfuro de hidrógeno o el dióxido de carbono, para formar ácidos corrosivos que ataquen las superficies metálicas.  Además, tras la regasificación existe el riesgo de que la humedad en estado gaseoso se condense, provocando la corrosión de las tuberías.  Por último, aunque poco frecuente, puede producirse un fenómeno conocido como "transición rápida de fase", en el que el GNL que entra en contacto con el agua se expande rápidamente y libera explosivamente altos niveles de energía.  

La importancia de la medición de trazas de humedad

La prevención de estos problemas exige un control estricto de todas las condiciones del proceso, desde la extracción del gas natural hasta su punto final de combustión.  En particular, es fundamental controlar con precisión la humedad, ya que incluso niveles extremadamente bajos o trazas de humedad pueden causar problemas.  

Normalmente, la humedad se elimina del gas natural mediante sistemas de deshidratación por tamices moleculares, en los que el gas se hace pasar por un lecho de un desecante como la zeolita (un mineral de aluminosilicato) contenido en un material aglutinante, normalmente arcilla.  La zeolita tiene una estructura en forma de jaula abierta con múltiples canales, lo que la convierte en un material muy eficaz para absorber moléculas de agua. 

La mayoría de los sistemas utilizan partículas de zeolita de distintos tamaños, dispuestas en capas dentro de varias columnas de deshidratación.  Las columnas funcionan simultáneamente y se regeneran en secuencia mediante el retrolavado de gas seco a altas temperaturas a través del material desecante.  Sin embargo, este proceso requiere niveles considerables de energía y puede llevar mucho tiempo, ya que cada ciclo de regeneración requiere periodos de calentamiento, enfriamiento y espera antes de que la columna pueda volver a ponerse en funcionamiento. 

La clave de un funcionamiento eficaz es controlar con precisión los niveles de humedad del gas a su salida del sistema de deshidratación.  Con los datos de, por ejemplo, uno de nuestros últimos analizadores de microbalanza de cristal de cuarzo, es posible garantizar la calidad del gas, protegiendo los sistemas aguas abajo y cumpliendo las especificaciones comerciales y técnicas requeridas, al tiempo que se optimiza el funcionamiento de cada columna de deshidratación.  

En particular, la medición de la humedad permite reducir la frecuencia de los ciclos de regeneración, lo que permite que cada columna permanezca en línea durante más tiempo sin afectar a la calidad del gas y ofreciendo un considerable ahorro de energía.  El control preciso de la humedad de trazas también permite crear perfiles de rendimiento detallados para cada columna de secado, lo que da a los operarios de la planta la confianza necesaria para prolongar la vida 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 costes de explotación. 

Sistemas de medición de la humedad del aire

Nuestros sistemas están diseñados a medida e incluyen sofisticados instrumentos de análisis, basados en la 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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En Michell Instruments, contamos con muchos años de experiencia en el diseño y la fabricación de sistemas avanzados de medición de trazas de humedad en línea, para su uso en la deshidratación por tamiz molecular de GNL y otras aplicaciones de medición de humedad en el sector del gas natural. Si desea analizar sus necesidades póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo.

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Fuentes:

Informe sobre el mercado del GNL

Perspectivas del mercado de GNL de Shell en 2022

Ciencia Directa