Mesure de l'humidité pour l'extraction du liquide de gaz naturel

Protection de l'usine, efficacité énergétique et réduction des coûts

La séparation des liquides de gaz naturel (LGN) est une étape importante de la purification du gaz naturel avant qu'il puisse être considéré comme apte à être utilisé comme un produit sec de qualité pipeline. L'élimination des LGN utilise généralement un train de fractionnement complexe, qui exige un contrôle précis des conditions du procédé ; à son tour, cela nécessite l'utilisation d'instruments de surveillance extrêmement sensibles, les analyseurs d'humidité à l'état de traces, en particulier, étant essentiels pour la fiabilité et l'efficacité énergétique des systèmes de production clés. 

Le train de traitement des LGN

Les liquides de gaz naturel (LGN) se présentent sous la forme d'un mélange à faible densité d'hydrocarbures gazeux dans le gaz naturel brut extrait des champs gaziers. Ces hydrocarbures sont séparés en tant que composants liquides lors du traitement initial du gaz et sont normalement retirés en tant que flux de traitement combiné, généralement appelé NGL de qualité Y. Celui-ci est ensuite traité via une usine de fractionnement pour séparer le flux en éthane, en gaz de pétrole liquéfiés (propane et butanes) et en essence naturelle. 

Un flux de traitement typique commence par le passage du gaz brut de tête de puits à travers des filtres coalesceurs ; ceux-ci fonctionnent à la température de traitement normale pour réduire la teneur en condensats d'hydrocarbures entraînés en vrac et en eau.

Le mélange gaz/liquide saturé en humidité qui en résulte est ensuite déshydraté à travers un contacteur de glycol (unité de déshydratation du glycol), où le tri-éthylène glycol (TEG) liquide est injecté par pulvérisation en tant que déshydratant dans le flux de gaz qui monte dans la colonne de traitement. 

À ce stade, le gaz est sec, avec un point de rosée de l'eau compris entre -30 et -10 ˚C à la pression du procédé, mais il est encore chargé d'hydrocarbures liquides. Le refroidissement par effet Joule-Thomson est donc utilisé comme étape suivante de l'extraction des LGN, une réduction de la pression partielle du flux gazeux de 8 à 10 bars produisant une baisse de température de 7 à 8 ˚C à l'entrée d'un séparateur de liquide. 

Une série de colonnes de déshydratation à tamis moléculaire est ensuite utilisée, pour réduire la teneur en humidité du gaz de procédé de 0,01 à 0,05 ppmV, à moins de -80 ˚C de point de rosée à la pression de procédé ; ceci est essentiel pour un fonctionnement fiable de la méthode d'extraction primaire des liquides hydrocarbonés plus légers. 

Le flux de traitement passe ensuite par des turbodétendeurs cryogéniques, qui extraient l'énergie cinétique (travail) du flux gazeux en le faisant passer de 55 à 17 bars dans un processus quasi isentropique (entropie constante). Une séquence d'échangeurs de chaleur interconnectés abaisse la température du flux de traitement à moins de -80 ˚C, afin de liquéfier le contenu non méthanique. Le fluide de phase mixte gaz/liquide froid résultant entre dans une colonne de déséthanisation, qui sépare les deux phases en LGN et en gaz résiduel. 

.

Les LGN sont ensuite livrés à des usines de fractionnement pour être séparés en composants individuels d'hydrocarbures de haute pureté, tandis que le gaz résiduel (comprenant >98 % de méthane) est comprimé pour être transporté par pipeline comme combustible industriel et domestique. 

L'importance de la mesure de l'humidité à l'état de traces

La mesure précise de l'humidité à l'état de traces est un élément essentiel du processus de surveillance et de contrôle de la séparation des LGN.

En particulier, le fonctionnement fiable des turbodétendeurs cryogéniques dépend du fait que la charge de gaz naturel provenant des colonnes de déshydratation à tamis moléculaire ait une teneur en humidité à l'état de traces constamment faible. Ceci est essentiel pour éviter la formation rapide de cristaux de glace qui endommageraient les aubes directrices d'entrée variables tournant à grande vitesse dans le turbo-détendeur. Un seuil d'alarme de 0,1 ppmV est typique ; pour minimiser les risques, le niveau acceptable d'humidité à l'état de traces est généralement fixé entre 0,02 et 0,05 ppmV dans des conditions de fonctionnement normales.  

La mesure de l'humidité à l'état de traces est également vitale pour les performances optimales du système de déshydratation à tamis moléculaire. Celui-ci comporte plusieurs colonnes de déshydratation qui fonctionnent simultanément, les colonnes étant régénérées en séquence par le reflux de gaz de purge sec à travers le lit de dessiccation à 300 ˚C. Dans la plupart des installations, cela consomme des niveaux d'énergie considérables et, pour assurer la livraison continue de gaz sec aux turbodétendeurs, est réglé pour fonctionner dans ce que l'on pourrait appeler une configuration extrêmement prudente. Par exemple, il n'est pas rare que la régénération prenne jusqu'à 12 heures, refroidissement compris, pour libérer l'humidité adsorbée. 

En introduisant un analyseur avancé de mesure d'humidité en ligne, capable de fournir des résultats précis presque en temps réel, il devient possible d'optimiser les cycles de régénération. En pratique, cela signifie qu'il faut allonger la période entre les cycles, ce qui permet à chaque colonne de rester en ligne plus longtemps - réduisant ainsi la proportion du temps global du processus pendant lequel chaque colonne est régénérée - sans affecter la qualité du gaz d'alimentation ou la sécurité et la fiabilité des turbo-extracteurs cryogéniques. Sur la base de notre expérience avec un certain nombre de clients dans le secteur du gaz naturel, il est possible d'augmenter la productivité de chaque colonne jusqu'à 100 %, tout en réalisant des réductions considérables des coûts énergétiques. 

La surveillance précise de l'humidité à l'état de traces permet également de créer des profils de performance détaillés pour chaque colonne de séchage. La qualité de ces données donne à de nombreux exploitants d'usines la confiance nécessaire pour prolonger la durée de vie fonctionnelle des matériaux de dessiccation, souvent bien au-delà des dates de remplacement prévues.  Cela a un avantage direct en termes de disponibilité de l'usine et de réduction des coûts de fonctionnement. 

Systèmes de mesure de l'humidité des traces

À Michell Instruments, nous avons de nombreuses années d'expérience dans la conception et la fabrication de systèmes avancés de mesure en ligne de l'humidité à l'état de traces, destinés à être utilisés pour la déshydratation des tamis moléculaires des LGN et d'autres exigences de mesure de l'humidité à l'état de traces dans les procédés de GNL. 

Nos systèmes sont conçus sur mesure et comprennent des instruments d'analyse sophistiqués, basés sur la technologie QCM (microbalance à cristal de quartz) à réponse rapide, ainsi que tous les équipements et raccords auxiliaires. Ces systèmes sont capables de fournir une mesure en quasi temps réel de l'humidité à l'état de trace ultra-faible jusqu'à 0,01 ppmV. 

Pour en savoir plus sur nos solutions de traitement du gaz naturel, cliquez ici

Avec plus de 40 ans d'expérience dans le développement d'instruments de précision innovants, nous sommes les experts des mesures d'humidité à l'état de traces pour toutes les applications de liquides de gaz naturel. Si vous souhaitez discuter de vos besoins, alors veuillez contacter notre équipe dès aujourd'hui.

Vous avez trouvé cet article intéressant ? Consultez notre blog sur la mesure précise de l'humidité dans le gaz naturel.