I rischi dell'umidità nel gas acido e come eliminarli

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Misurare l'umidità per ridurre i rischi operativi e di sicurezza nel trattamento del sour gas

Il gas acido è il termine applicato al gas naturale nei giacimenti di gas che contiene alti livelli di idrogeno solforato (H₂S) - in genere superiori a 4 ppmv a temperatura e pressione standard - o una combinazione di idrogeno solforato e anidride carbonica (CO2); il gas con una predominanza di CO2 viene comunemente definito "gas acido".  Laddove è commercialmente conveniente, i gas acidi e sour possono essere estratti e addolciti utilizzando un processo come il trattamento amminico dei gas per rimuovere i contaminanti indesiderati e produrre gas dolce o di qualità da gasdotto, adatto all'uso come combustibile o nella generazione di energia. 

Tuttavia, il gas acido può anche essere una preziosa materia prima per la produzione di acido solforico e zolfo elementare; queste sostanze sono ampiamente utilizzate nella produzione di fertilizzanti, detergenti, coloranti e altri composti chimici. 

Indipendentemente dall'applicazione, è fondamentale per l'efficienza, la qualità e la sicurezza del processo misurare accuratamente il contenuto di umidità del gas acido. 

Perché l'umidità crea un rischio nel trattamento del gas acido

La presenza di umidità nel sour gas può creare diversi problemi.  Può reagire con l'idrogeno solforato per produrre acido solforico, altamente corrosivo.  Allo stesso modo, l'anidride carbonica che si condensa con il vapore acqueo sulle superfici metalliche forma un ambiente corrosivo.  In ogni caso, la corrosione danneggia le condutture, le attrezzature e le infrastrutture, causando potenzialmente perdite di gas, guasti e rischi per la sicurezza.

L'anidride carbonica in presenza di umidità a determinate temperature e pressioni può anche contribuire alla formazione di idrati o composti cristallini solidi.  Questi possono potenzialmente restringere o bloccare tubature, valvole o altri sistemi di lavorazione.   

L'umidità nel gas acido o nel gas dolce trasformato presenta gli stessi problemi descritti sopra.  Va notato, tuttavia, che la quantità di umidità necessaria per raggiungere la pressione di saturazione del vapore acqueo nei gas ricchi di idrogeno solforato e anidride carbonica è notevolmente superiore a quella dell'umidità nel metano o in un gas naturale dolce alla stessa temperatura.  Pertanto, il dew-point dell'acqua misurato nel gas acido, indipendentemente dal principio di misurazione applicato, sarà significativamente più basso rispetto a quello di un gas dolce con lo stesso contenuto di umidità. 

Il contenuto di umidità del gas dolce può essere influenzato dai processi di trattamento utilizzati.  Ad esempio, il trattamento amminico per assorbire selettivamente i gas acidi utilizza solventi acquosi come DEA (dietanolamina), MDA (monoetanolamina) e MDEA (metildietanolamina).  Questi possono anche assorbire parte dell'umidità presente nel flusso di gas, che anche dopo la rigenerazione può influire negativamente sull'efficacia a lungo termine dei solventi. 

La riduzione del contenuto di umidità del gas lavorato a un livello predeterminato è fondamentale anche per garantire che il gas soddisfi le specifiche di qualità e di trasferimento della custodia, mentre un monitoraggio efficace dei livelli di umidità in tutta la rete di lavorazione, trasporto e distribuzione del sour gas e del sweet gas è un fattore chiave per consentire ai trasformatori e agli operatori del trasporto di ottimizzare l'efficienza della produzione e controllare i costi. 

Come misurare il contenuto di umidità nella lavorazione del gas acido

Per misurare il contenuto di umidità nel sour gas si utilizzano diversi strumenti, come analizzatori di umidità, analizzatori di dew-point e igrometri. Questi dispositivi utilizzano diversi principi, come l'assorbimento, la condensazione o le proprietà elettriche, per determinare la quantità di umidità presente nel gas.  

Uno degli strumenti più utilizzati si basa sulla spettroscopia di assorbimento laser a diodo sintonizzabile (TDLAS), come il Michell OptiPEAK TDL600.   

In termini semplici, funziona utilizzando un laser a infrarossi sintonizzato sulle caratteristiche di assorbimento del gas da misurare.  Questo viene focalizzato attraverso un campione di gas, dove l'interazione tra i fotoni della luce e le molecole di gas e umidità fa sì che queste ultime assorbano la luce in corrispondenza di colori specifici, o linee di assorbimento.  L'intensità della luce che attraversa il gas viene quindi misurata da un fotorilevatore.  Scansionando la lunghezza d'onda del laser su un range di lunghezze d'onda specifiche, è possibile creare uno spettro di assorbimento che mostra le caratteristiche delle specie gassose target, consentendone l'identificazione e la quantificazione.  Tutto ciò può essere ottenuto in modo rapido ed estremamente accurato.   

Per ulteriori informazioni sul TDLAS, consultare il nostro serie di blog in due parti che fornisce un'utile introduzione a questa tecnologia.

Una delle sfide dell'utilizzo del TDLAS per misurare il volume delle molecole d'acqua in un campione di gas acido è l'incertezza associata agli spettri del solfuro di idrogeno nella regione del vicino infrarosso, che rende difficile ottenere misure precise.  Inoltre, in presenza di concentrazioni relativamente elevate di anidride carbonica - tipicamente tra il 3% e il 15% - gli spettri di assorbimento del gas e dell'acqua si sovrappongono parzialmente, con l'anidride carbonica che esercita un effetto simile alla pressione, che sopprime l'altezza del picco di assorbimento e ne allarga la larghezza. 

In entrambi i casi, la soluzione consiste nell'applicare algoritmi software avanzati che compensano automaticamente gli effetti di ciascun gas, per produrre risultati coerenti e accurati. 

Uno dei vantaggi del TDLAS è che si tratta di una tecnologia senza contatto.  In alcune applicazioni di trattamento di gas acidi, tuttavia, i nostri sensori ceramici ad ossido di metallo, come quelli utilizzati negli analizzatori di umidità Michell Promet EExD per il trattamento di gas acidi, rappresentano un'opzione efficace.   

Questi dispositivi non risentono della sensibilità incrociata con il solfuro di idrogeno o l'anidride carbonica e sono in grado di fornire risultati estremamente accurati e coerenti, soprattutto nelle aree pericolose.  Sebbene l'interfaccia del sensore sia influenzata nel tempo dal contatto con i gas acidi, questo problema può essere facilmente superato aumentando la frequenza di ricalibrazione, cosa che è resa ancora più semplice utilizzando il nostro programma di scambio di sensori.  

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