Misura dell'umidità per l'estrazione di gas naturale liquido

Protezione dell'impianto, efficienza energetica e risparmio economico

La separazione dei liquidi del gas naturale (NGL) è una fase importante della purificazione del gas naturale, prima che possa essere considerato idoneo all'uso come prodotto secco di qualità per i gasdotti. La rimozione di NGL utilizza generalmente un complesso treno di frazionamento, che richiede un controllo preciso delle condizioni di processo; a sua volta, questo richiede l'uso di strumenti di monitoraggio estremamente sensibili, con analizzatori di umidità in tracce, in particolare, che sono essenziali per l'affidabilità e l'efficienza energetica dei sistemi di produzione chiave. 

Il treno di processo NGL

I liquidi del gas naturale (NGL) si presentano come una miscela a bassa densità di idrocarburi gassosi nel gas naturale grezzo estratto dai giacimenti di gas. Questi idrocarburi sono separati come componenti liquidi durante il trattamento iniziale del gas e sono normalmente rimossi come flusso di processo combinato, generalmente chiamato NGL di grado Y. Questo viene poi trattato attraverso un impianto di frazionamento per separare il flusso in etano, gas di petrolio liquefatti (propano e butani) e benzina naturale. 

Un tipico flusso di processo inizia con il passaggio del gas grezzo di testa del pozzo attraverso filtri coalescenti; questi operano alla normale temperatura di processo per ridurre il contenuto di condensati di idrocarburi e acqua.

La miscela gas/liquido risultante, satura di umidità, viene quindi disidratata attraverso un contattore glicolico (unità di disidratazione glicolica), dove il trietilenglicole liquido (TEG) viene iniettato a spruzzo come essiccante nel flusso di gas che sale attraverso la colonna di processo. 

In questa fase il gas è secco, con un punto di rugiada dell'acqua compreso tra -30 e -10 ˚C alla pressione di processo, ma è ancora carico di idrocarburi liquidi. Il raffreddamento Joule-Thomson è quindi utilizzato come fase successiva nell'estrazione degli NGL, con una riduzione della pressione parziale del flusso di gas di 8-10 bar che produce un calo di temperatura di 7-8 ˚C all'ingresso di un separatore di liquidi. 

Viene quindi utilizzata una serie di colonne di disidratazione a setaccio molecolare, per ridurre il contenuto di umidità del gas di processo tra 0,01 e 0,05 ppmV, con un punto di rugiada inferiore a -80 ˚C alla pressione di processo; ciò è essenziale per un funzionamento affidabile del metodo di estrazione primaria dei liquidi idrocarburici più leggeri. 

Il flusso di processo passa poi attraverso turboespansori criogenici, che estraggono energia cinetica (lavoro) dal flusso di gas espandendolo da 55 a 17 bar in un processo quasi isentropico (entropia costante). Una sequenza di scambiatori di calore interconnessi abbassa la temperatura del flusso di processo a meno di -80 ˚C, per liquefare il contenuto non metano. Il fluido in fase mista gas/liquido che ne risulta entra in una colonna di de-etanizzazione, che separa le due fasi in NGL e gas residuo. 

L'NGL viene successivamente consegnato agli impianti di frazionamento per la separazione in singoli componenti idrocarburici di elevata purezza, mentre il gas residuo (composto per oltre il 98% da metano) viene compresso per il trasporto in condotta come combustibile industriale e domestico. 

L'importanza della misurazione dell'umidità in tracce

La misurazione accurata dell'umidità in tracce è una parte fondamentale del processo di monitoraggio e controllo della separazione degli NGL.

In particolare, il funzionamento affidabile dei turboespansori criogenici dipende dal fatto che il gas naturale in entrata dalle colonne di disidratazione a setaccio molecolare abbia un contenuto di umidità in tracce costantemente basso. Questo è essenziale per prevenire la rapida formazione di cristalli di ghiaccio che danneggerebbero le palette rotanti ad alta velocità dell'ingresso variabile del turboespansore. Un limite di allarme di 0,1 ppmV è tipico; per minimizzare il rischio, il livello accettabile di umidità in tracce è generalmente fissato tra 0,02 e 0,05 ppmV in condizioni operative normali.  

La misurazione dell'umidità in tracce è fondamentale anche per le prestazioni ottimali del sistema di disidratazione a setaccio molecolare. Questo sistema è costituito da più colonne di disidratazione che funzionano simultaneamente, con le colonne che vengono rigenerate in sequenza mediante un gas di spurgo secco che attraversa il letto di essiccante a 300 ˚C. Nella maggior parte delle installazioni, questo sistema utilizza livelli considerevoli di energia e, per garantire l'erogazione continua di gas secco ai turboespansori, è impostato per funzionare in una configurazione che potremmo definire estremamente prudente. Ad esempio, non è raro che la rigenerazione richieda fino a 12 ore, compreso il raffreddamento, per rilasciare l'umidità adsorbita. 

Introducendo un avanzato analizzatore di umidità in linea, in grado di fornire risultati precisi quasi in tempo reale, diventa possibile ottimizzare i cicli di rigenerazione. In pratica, ciò significa prolungare il periodo tra i cicli, consentendo a ciascuna colonna di rimanere in linea più a lungo - riducendo la percentuale del tempo complessivo di processo in cui ciascuna colonna viene rigenerata - senza influire sulla qualità del gas di alimentazione o sulla sicurezza e affidabilità dei turboestrattori criogenici. In base alla nostra esperienza con diversi clienti nel settore del gas naturale, è possibile aumentare la produttività di ciascuna colonna fino al 100%, ottenendo al contempo una notevole riduzione dei costi energetici. 

Il monitoraggio preciso dell'umidità in traccia consente inoltre di creare profili di rendimento dettagliati per ciascuna colonna di essiccazione. La qualità di questi dati dà a molti gestori di impianti la sicurezza di estendere la durata funzionale dei materiali essiccanti, spesso ben oltre le date di sostituzione previste.  Questo ha un beneficio diretto in termini di disponibilità dell'impianto e di riduzione dei costi operativi. 

Sistemi di misura dell'umidità di traccia

La Michell Instruments ha molti anni di esperienza nella progettazione e nella produzione di sistemi avanzati di misurazione dell'umidità in traccia in linea, da utilizzare per la disidratazione del setaccio molecolare NGL e per altri requisiti di misurazione dell'umidità in traccia nei processi LNG. 

I nostri sistemi sono progettati su misura e comprendono strumenti di analisi sofisticati, basati sulla tecnologia QCM (microbilancia a cristalli di quarzo) a risposta rapida, oltre a tutte le apparecchiature e gli accessori ausiliari. Questi sistemi sono in grado di fornire una misurazione in tempo quasi reale del contenuto di umidità in tracce bassissimo, fino a 0,01 ppmV. 

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Con oltre 40 anni di esperienza nello sviluppo di strumenti di precisione innovativi, siamo esperti nella misurazione dell'umidità in tracce per tutte le applicazioni del gas naturale liquido. Se desiderate discutere le vostre esigenze, vi preghiamo di contattare il nostro team oggi stesso.

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