Medición de la humedad para la mezcla de hidrógeno y gas natural

Michell Instruments: apoyo a la implantación de tecnologías de balance cero

Para que el Reino Unido alcance su objetivo de cero emisiones netas en 2050, es necesario que se produzcan cambios drásticos en la forma en que producimos y utilizamos la energía, especialmente el gas natural.   El 85 % de nuestros hogares y empresas dependen del gas para la calefacción.  En 2017, un hogar medio produjo unas 2,7 toneladas de emisiones de carbono; para alcanzar el objetivo de 2050, esta cifra tiene que reducirse a tan solo 138 kg, según datos de Energy Systems Catapult. 

El reto es alcanzar este objetivo de la forma más eficiente y rentable posible.  Está claro que las energías renovables tienen un papel importante que desempeñar, pero también lo tiene la transición del gas natural a un suministro nacional que acabará basándose en una combinación de biometano e hidrógeno. 

Este proceso ya está muy avanzado.  Un proyecto piloto en una red de gas cerrada de la Universidad de Keele (Staffordshire) utiliza una mezcla del 20% de hidrógeno y gas natural, mientras que otro ensayo de mezcla de hidrógeno que se está llevando a cabo en Winlaton (Gateshead) aprovecha una red pública de gas.  En otros países del mundo se están llevando a cabo ejercicios similares. 

La Asociación de Redes de Energía (ENA) prevé ahora que la red nacional de gas esté lista para que las empresas distribuidoras empiecen a generalizar la inyección de hidrógeno en el gas natural a partir de 2023.  Con el tiempo, el objetivo es introducir el biometano.  Para ello, la ENA ha lanzado recientemente una ambiciosa iniciativa Gas Goes Green, que reúne a las empresas de redes de gas del Reino Unido para convertir los 284.000 km de infraestructura de gasoductos del país para que funcionen con una mezcla de hidrógeno y biometano sin afectar a los equipos de calefacción, agua caliente o cocina de los consumidores. 

Los retos de esta transición son técnicos, comerciales y políticos.  La ENA pide al gobierno británico que sea más ambicioso en su objetivo de generación de hidrógeno con bajas emisiones de carbono, recomendando que se duplique el objetivo de 5 GW para 2030.  Otros problemas son la capacidad de generar suficiente hidrógeno de forma sostenible para satisfacer la demanda, los riesgos potenciales de fragilización por hidrógeno de las antiguas tuberías de hierro y acero, y la necesidad de adaptar las presiones de las tuberías para compensar los diferentes niveles de densidad energética entre el hidrógeno y el gas natural. 

No obstante, una vez superadas estas dificultades, una mezcla de hidrógeno y gas natural al 20% podría ahorrar, sólo en el Reino Unido, unos 6 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono al año, lo que equivaldría a retirar de la circulación 2,5 millones de coches. 

Medición de trazas de humedad en mezclas de hidrógeno y gas natural

Al igual que ocurre con todas las aplicaciones de extracción, producción y transporte de gas natural, el proceso de mezcla y control del hidrógeno y el gas natural exige un control estricto de una serie de criterios clave.  Entre ellos, la medición de la humedad de trazas es uno de los más cruciales para mantener la calidad del gas, la eficacia y la seguridad del sistema de proceso y garantizar el cumplimiento de las obligaciones comerciales y legales. 

La mayor parte de la infraestructura de distribución y transporte de gas se ha desarrollado para tratar gas natural puro, y los sistemas de control se diseñan en consecuencia.  La introducción de una mezcla de hidrógeno suele suscitar dudas entre los ingenieros de planta, mantenimiento y control sobre la validez de las mediciones de los procesos realizadas con los equipos existentes, así como sobre la necesidad y el coste de sustituir los sensores y analizadores por nuevas unidades específicas. 

La buena noticia para los clientes que utilizan los analizadores de humedad, punto de rocío de agua y punto de rocío de hidrocarburos de Michell Instruments es que ya están diseñados para su uso en gas natural con una mezcla de hidrógeno de hasta el 20 %, sin que sea necesaria ninguna modificación.  Del mismo modo, todos los analizadores nuevos seguirán cumpliendo los requisitos técnicos, comerciales y normativos actuales y previstos para las mezclas de hidrógeno y gas natural. 

Nuestro Rango de analizadores ofrece a los ingenieros de planta y producción una amplia gama de opciones, respaldadas por un nivel excepcional de conocimientos y soporte técnico, de aplicaciones y de cumplimiento de normativas.  El Rango actual de productos cuenta con las certificaciones ATEX, IECEx, UKCA y NEC505 para los grupos de gas IIC o IIB+H2, junto con NEC500 Ex para los grupos de gas A o B, e incluye los siguientes instrumentos: 

Analizador de humedad QCM QMA401/601

El principio de la microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) se utiliza habitualmente para la medición de la humedad tanto en gas natural como en hidrógeno. La frecuencia de oscilación del cristal de cuarzo piezoeléctrico sensor varía en proporción a la masa de vapor de humedad adsorbida por un recubrimiento higroscópico en la superficie del cristal. Este principio es independiente de la composición del gas de fondo.

Los analizadores QMA401 permiten medir la humedad traza en el hidrógeno puro suministrado para las pilas de combustible de automoción. En refinerías de petróleo Los analizadores QMA601 se utilizan para controlar el gas reciclado dentro de los procesos de reformado catalítico. Normalmente, este gas contiene un 75 % de hidrógeno en volumen y un 25 % de hidrocarburos mezclados.    

Analizador de humedad de óxido metálico cerámico Promet IS/EExd

Las moléculas de humedad de la muestra de gas fluyente se equilibran en el dieléctrico higroscópico poroso de estos sensores cerámicos de humedad de óxido metálico de capacitancia/impedancia. Los sensores muestran una respuesta a la presión parcial del vapor de agua, vinculada explícitamente a la temperatura del punto de rocío del agua, lo que permite la calibración con ese parámetro y la medición del punto de rocío del agua directamente en condiciones de presión de proceso. Este principio no se ve afectado por la composición del gas de fondo, incluida la concentración de hidrógeno. Las tecnologías cerámicas de humedad de óxido metálico de Michell Instruments satisfacen las necesidades de diversas aplicaciones para gases y líquidos en las industrias de fabricación y procesos. Algunos ejemplos de aplicaciones de hidrógeno son los hornos de recocido de metales y los sistemas de refrigeración de generadores en centrales eléctricas.  

Analizador de punto de rocío de hidrocarburos Condumax II

El Condumax II aplica una adaptación del principio fundamental de medición del punto de rocío con espejo frío/enfriado. La técnica óptica de "punto oscuro" detecta la formación de hidrocarburos de baja tensión superficial que se condensan a la temperatura del punto de rocío HC. El Condumax II medirá con precisión el punto de rocío de hidrocarburos de la composición global del gas, incluido el hidrógeno inyectado. La inyección de hidrógeno en el gas natural diluirá proporcionalmente las concentraciones de todos los hidrocarburos presentes, provocando la caída del punto de rocío de hidrocarburos. Las estimaciones de la ecuación de estado predicen que el cambio en el punto de rocío de los hidrocarburos será relativamente pequeño -menos de 1 ˚C de reducción con una inyección de hidrógeno de 20mol %-, tal como se muestra en la tabla siguiente.

CDP301 Probador de Punto de rocío Condumax

El método de punto de rocío directo por espejo refrigerado/enfriado, junto con las imágenes de cámara de alta definición, permiten al CDP301 medir las temperaturas reales del punto de rocío de hidrocarburos y agua de toda la composición del gas natural, incluida cualquier porción de hidrógeno presente.

Haga clic aquí para obtener más información sobre nuestras soluciones para el punto de rocío de hidrocarburos.

Con más de 40 años de experiencia en el desarrollo de instrumentos de precisión innovadores, somos expertos en la medición de trazas de humedad para todas las aplicaciones de gas natural. Si desea analizar sus necesidades, póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo. póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo.

Fuentes:

Catapulta de Sistemas de Energía

Asociación de Redes de Energía