Che cos'è il dew-point degli idrocarburi e come si misura?

Costituenti del gas naturale

Al punto di estrazione, il gas naturale comprende 20 o più singoli costituenti idrocarburici e non idrocarburici. Il metano è il componente principale, in genere tra il 60 e il 90%, con altri componenti presenti in proporzioni diverse, da percentuali elevate a tracce inferiori allo 0,01%. I costituenti non idrocarburici indesiderati includono anidride carbonica, idrogeno solforato e umidità. Oltre al metano, altri costituenti idrocarburici sono l'etano (C2H6), il propano (C3H8) e il butano (C4H10).

Il trattamento iniziale asciuga il gas per rimuovere l'acqua liquida e ridurre la concentrazione di vapore acqueo. Un ulteriore trattamento rimuove CO2 e H2S prima che la separazione a temperatura ridotta estragga i condensati intrappolati e riduca la concentrazione di idrocarburi non metanici come i liquidi del gas naturale (NGL) - etano, propano, butano, isobutano e benzina naturale. Il risultato è una miscela di gas con un'alta percentuale di metano, ma che contiene ancora quantità variabili di etano, propano e butano.

Quindi il termine “gas naturale” descrive una miscela di gas che contiene un ampio Range di idrocarburi, da alifatici leggeri a catena corta (composti non aromatici) a molecole pesanti a catena lunga.

Come viene definito il dew-point degli idrocarburi dall'industria?

Idrocarburi dew-point (HCDP) indica la temperatura alla quale i componenti di idrocarburi pesanti iniziano a condensare dalla fase gassosa quando il gas viene raffreddato a pressione costante. Viene talvolta definito “drop-out del liquido idrocarburico”.

Quindi, un HCDP più elevato indica normalmente una maggiore percentuale di componenti di idrocarburi pesanti. Si tratta di un parametro importante per i gestori dei gasdotti: se il gas naturale contiene un'alta percentuale di idrocarburi pesanti, c'è un rischio maggiore che si formi condensa liquida nel gasdotto.

L'HCDP è definito come la serie di punti di corrispondenza tra pressione e temperatura in cui gli idrocarburi condensano in liquido da una miscela di gas naturale. Viene tipicamente visualizzato su un diagramma di fase (vedi sotto) in funzione della pressione e della temperatura del gas, per il gas naturale con una determinata composizione. La linea del dew-point divide la regione bifase gas-liquido dalla regione monofase gas. Sono possibili due temperature del punto di rugiada a una determinata pressione e due pressioni del punto di rugiada a una determinata temperatura.

Questo fenomeno di inviluppo di fase determina un comportamento noto come condensazione retrograda. La parola “retrogrado” significa che si muove all'indietro e questo fenomeno è stato chiamato così perché è in contraddizione con il comportamento di fase dei componenti puri, che condensano con l'aumento della pressione e/o la diminuzione della temperatura. La pressione massima alla quale si possono formare i liquidi è chiamata cricondenbar e la temperatura massima alla quale si possono formare i liquidi è chiamata cricondentherm. Si noti che, data la forma dell'inviluppo di fase, la misurazione del punto di rugiada dell'idrocarburo e del potenziale liquido dell'idrocarburo viene solitamente effettuata a una pressione compresa tra 25 e 30 bar (idealmente 27 bar), dove la caduta del liquido avviene alle temperature più elevate. Quando si forma il condensato da una miscela di gas, la distribuzione degli idrocarburi cambia in modo tale che la fase liquida si arricchisce dei componenti più pesanti, mentre la fase gassosa si impoverisce di questi componenti più pesanti. Quando il gas viene raffreddato al di sotto della temperatura originale del punto di rugiada, l'intera curva del punto di rugiada si sposta verso il basso per la fase gassosa rimanente, ora impoverita di componenti più pesanti. La temperatura del gas raffreddato diventa il nuovo HCDP del flusso di gas.

Difficoltà nella misurazione del dew-point degli idrocarburi

Il dew-point degli idrocarburi (HCDP) non è un parametro facile da misurare. La composizione del gas, i contaminanti e gli additivi, le alte pressioni e la presenza di composti corrosivi variano da una condotta all'altra e influenzano i risultati delle misurazioni.

L'HCDP è molto sensibile ai componenti specifici del flusso di gas ed è fortemente influenzato dalla concentrazione degli idrocarburi più pesanti, soprattutto C6+. La presenza di idrocarburi più pesanti aumenta l'HCDP e la loro mancata inclusione nel calcolo dell'HCDP ne determina una sottovalutazione. Pertanto, una determinazione accurata dell'HCDP richiede la valutazione della distribuzione dei singoli componenti nella frazione C6+ (almeno C9, ma possibilmente superiore).

Come misurare il dew-point degli idrocarburi

Ci sono diversi metodi accettati per misurare il dew-point degli idrocarburi, sviluppati nel tempo.

Analizzatori ottici online del punto di rugiada per idrocarburi
Questi analizzatori utilizzano un sensore a specchio raffreddato per determinare la temperatura del dew-point degli idrocarburi del campione di gas in modo accurato e automatico. Il loro principale vantaggio è l'affidabile ripetibilità delle misure: a differenza del dew scope manuale descritto di seguito, le misure sono completamente oggettive e automatiche. Non è necessario l'intervento di operatori specializzati e i costi di gestione complessivi sono bassi, anche se l'investimento di capitale è significativo.

Michell Instruments’ CD603 Condumax Dew-Point Analyzer utilizza la tecnica Dark Spot - che è una variante del sensore di dew-point a specchio freddo - per fornire misure continue e accurate di HCDP. Con lo stesso analizzatore è possibile misurare anche il dew-point Acqua, utilizzando il sensore di umidità in ossido metallico ceramico Michell.

Tester manuali per idrocarburi a specchio refrigerato
Destinati ad effettuare controlli a campione della qualità del gas naturale nei gasdotti e a verificare le misure di altri analizzatori del punto di rugiada per idrocarburi, i tester del punto di rugiada per idrocarburi sono strumenti portatili progettati per essere facilmente utilizzati da un tecnico solitario sul campo.

Il vantaggio principale dei tester manuali per il dew-point, oltre alla loro portabilità, è il basso investimento di capitale. Tuttavia, sono consigliati solo come strumento di manutenzione o per effettuare controlli a campione nei punti in cui non è installato un analizzatore online.

Nonostante la loro convenienza, presentano diversi svantaggi, tra cui gli elevati costi di gestione. Sebbene lo strumento sia di per sé semplice, il suo utilizzo richiede un'alta intensità di lavoro e personale altamente qualificato. Le misure stesse sono soggettive, poiché dipendono dal giudizio dell'operatore. A prescindere dall'esperienza e dalla preparazione degli operatori, l'accuratezza delle misure varia in una certa misura da un individuo all'altro. A causa di questi fattori, i misuratori manuali di rugiada a specchio raffreddato sono adatti solo per controlli periodici a campione della qualità del gas.

La tecnica originale per la misurazione del punto di rugiada degli idrocarburi prevedeva l'utilizzo di uno specchio refrigerato. Si tratta di un metodo manuale che richiede che un operatore esperto osservi la formazione di condensa su uno specchio refrigerato e utilizzi il proprio giudizio per determinare la temperatura del punto di rugiada.

Video ad alta risoluzione per misure affidabili e ripetibili
I recenti sviluppi nei nuovi modelli di test portatili per il dew-point hanno superato molti degli svantaggi e delle limitazioni degli strumenti più vecchi.

Michell Instrument’s CDP301 Condumax Dew Point Tester utilizza la tecnica fondamentale dello specchio refrigerato, ma riduce la dipendenza dal giudizio dell'operatore per registrare con precisione la temperatura del punto di rugiada. Il CDP301 utilizza un video ad alta definizione per visualizzare la formazione di condensa su uno schermo, consentendo agli utenti di determinare facilmente l'esatta temperatura del punto di rugiada con un semplice clic. Il video viene anche registrato per fornire un'accurata registrazione di tutte le misure per un'analisi successiva. Il CDP301 è anche in grado di misurare il punto di rugiada dell'acqua utilizzando lo stesso sensore a specchio freddo.

Gascromatografo (GC) per un'analisi approfondita della composizione dei gas
Utilizzato in modo appropriato, un gascromatografo consente agli utenti di analizzare ulteriormente l'esatta composizione del gas naturale. Questo metodo determina le concentrazioni di ciascun elemento idrocarburico (fino al C12 nella maggior parte dei casi). Un gascromatografo come il LDetek MultiDetek2-EX consente agli utenti di:

• combinare un certo numero di parametri di qualità/tariffa del gas in un unico analizzatore
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• identificare i componenti che contribuiscono a un elevato livello di dew-point per determinarne la ragione/fonte
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• fornire una curva teorica dell'inviluppo di fase.
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Tuttavia, un GC non è la soluzione ideale per il monitoraggio del processo perché utilizza valori calcolati per determinare il dew-point degli idrocarburi. Un analizzatore del punto di rugiada per idrocarburi in linea, come il Condumax II, è il metodo più efficiente ed economico per monitorare il processo e rilevare le condizioni di disturbo del processo, con un GC secondario utilizzato per fornire ulteriori dati di analisi.

Conclusione: Che cos'è il dew-point degli idrocarburi e perché è importante

Capire cosa sia il dew-point, in particolare il punto di rugiada degli idrocarburi, è fondamentale per mantenere l'efficienza e la sicurezza degli impianti di gas naturale. Il punto di rugiada degli idrocarburi misura la temperatura alla quale gli idrocarburi più pesanti si condensano dalla fase gassosa, causando potenzialmente problemi operativi come blocchi e danni alle apparecchiature. Il monitoraggio e il controllo accurato dell'HCDP aiutano a prevenire questi problemi, garantendo un funzionamento regolare e affidabile dei gasdotti. L'impiego di tecnologie di misura avanzate consente di determinare con precisione il dew-point degli idrocarburi, essenziale per ottimizzare la qualità del gas e salvaguardare l'infrastruttura.

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Il dew-point degli idrocarburi e il trattamento del gas naturale sono argomenti complessi. Per favore contattateci se avete commenti da fare su questo articolo o volete discuterne ulteriormente.