Medição de umidade para mistura de hidrogênio e gás natural

Hydrogen Pipeline
Hydrogen Pipeline

Michell Instruments: apoiando a implementação de tecnologias net zero

Para que o Reino Unido atinja sua meta de zero emissões líquidas até 2050, é necessário que ocorram mudanças drásticas na forma como produzimos e usamos a energia, especialmente o gás natural.   85% de nossas residências e empresas dependem do gás para aquecimento.  Em 2017, uma residência média produziu cerca de 2,7 toneladas de emissões de carbono; para atingir a meta de 2050, esse número precisa cair para apenas 138 kg, de acordo com dados da Energy Systems Catapult. 

O desafio é atingir essa meta da forma mais eficiente e econômica possível.  É evidente que as energias renováveis têm um papel importante a desempenhar, mas o mesmo acontece com a transição do gás natural para um suprimento nacional que, por fim, será baseado em uma combinação de biometano e hidrogênio. 

Esse processo já está bem avançado.  Um projeto-piloto em uma rede de gás fechada na Universidade de Keele, em Staffordshire, está usando uma mistura de 20% de hidrogênio e gás natural, enquanto um outro teste de mistura de hidrogênio que está sendo realizado em Winlaton, Gateshead, está acessando uma rede pública de gás.  Exercícios semelhantes estão sendo realizados em outros países do mundo. 

A Energy Networks Association (ENA) agora espera que a rede nacional de gás esteja pronta para que as empresas de distribuição comecem a usar amplamente a injeção de hidrogênio no gás natural a partir de 2023.  Com o tempo, o objetivo é introduzir o biometano.  Para isso, a ENA lançou recentemente a ambiciosa iniciativa Gas Goes Green, reunindo as empresas de rede de gás do Reino Unido para converter os 284.000 km de infraestrutura de gasodutos do país para funcionar com uma mistura de hidrogênio e biometano sem afetar os equipamentos de aquecimento, água quente ou cozinha dos consumidores. 

Os desafios para essa transição são técnicos, comerciais e políticos.  A ENA está pedindo que o governo do Reino Unido seja mais ambicioso em sua meta de geração de hidrogênio com baixo teor de carbono, recomendando que a meta de 5 GW seja dobrada até 2030.  Outras questões incluem a capacidade de gerar hidrogênio suficiente de forma sustentável para atender à demanda, enquanto existem preocupações sobre os possíveis riscos de fragilização do hidrogênio em tubulações antigas de ferro e aço e a necessidade de adaptar as pressões das tubulações para compensar os diferentes níveis de densidade de energia entre o hidrogênio e o gás natural. 

No entanto, uma vez superados esses desafios, existe a possibilidade de que uma mistura de 20% de hidrogênio/gás natural economize, somente no Reino Unido, cerca de 6 milhões de toneladas de emissões de dióxido de carbono por ano - o equivalente a tirar 2,5 milhões de carros das ruas. 

Medição de traços de umidade em misturas de hidrogênio/gás natural

Em comum com todas as aplicações de extração, produção e transmissão de gás natural, o processo de mistura e monitoramento de hidrogênio e gás natural exige o monitoramento rigoroso de uma série de critérios importantes.  Desses, a medição de traços de umidade é um dos mais cruciais, para manter a qualidade do gás, a eficiência e a segurança do sistema de processo e para garantir a conformidade com as obrigações comerciais e legais. 

A maior parte da infraestrutura de distribuição e transmissão de gás foi desenvolvida para lidar com o gás natural puro, com os sistemas de monitoramento sendo projetados de acordo.  A introdução de uma mistura de hidrogênio geralmente levanta dúvidas dos engenheiros de fábrica, manutenção e controle sobre a validade contínua das medições de processo usando o equipamento existente, com preocupações sobre a necessidade e o custo da substituição de sensores e analisadores por novas unidades dedicadas. 

A boa notícia para os clientes que usam os analisadores de umidade, ponto de orvalho da água e ponto de orvalho de hidrocarbonetos da Michell Instruments é que eles já foram projetados para uso em gás natural com uma mistura de hidrogênio de até 20%, sem necessidade de modificações.  Da mesma forma, todos os novos analisadores continuarão a atender aos requisitos técnicos, comerciais e regulatórios atuais e previstos para misturas de hidrogênio/gás natural. 

Nossa linha de analisadores oferece aos engenheiros de fábrica e de produção uma ampla gama de opções, apoiadas por um nível excepcional de conhecimento e suporte técnico, de aplicações e de conformidade.  A atual linha de produtos tem certificações ATEX, IECEx, UKCA e NEC505 para o grupo de gases IIC ou IIB+H2, juntamente com NEC500 Ex para o grupo de gases A ou B, e inclui os seguintes instrumentos: 

Analisador de umidade QCM QMA401/601

O princípio da microbalança de cristal de quartzo (QCM) é comumente usado para medição de umidade em gás natural e hidrogênio. A frequência de oscilação do cristal de quartzo piezoelétrico de detecção varia proporcionalmente à massa de vapor de umidade adsorvida por um revestimento higroscópico na superfície do cristal. Esse princípio é independente da composição do gás de fundo.

Os analisadores QMA401 fornecem medição de traços de umidade em hidrogênio puro fornecido para células de combustível automotivas. Em refinarias de petróleo, Os analisadores QMA601 são usados para monitorar o gás reciclado nos processos de reforma catalítica. Normalmente, esse gás contém 75% de hidrogênio em volume e 25% de hidrocarbonetos mistos.    

Analisador de umidade de óxido de metal cerâmico Promet IS/EExd

As moléculas de umidade dentro da amostra de gás em fluxo se equilibram no dielétrico higroscópico poroso desses sensores de umidade de capacitância/impedância de cerâmica de óxido metálico. Os sensores exibem resposta à pressão parcial do vapor de água, explicitamente vinculada à temperatura do ponto de orvalho da água, permitindo a calibração para esse parâmetro e a medição do ponto de orvalho da água diretamente na condição de pressão do processo. Esse princípio não é afetado pela composição do gás de fundo, incluindo a concentração de hidrogênio. As tecnologias de umidade de óxido de metal cerâmico da Michell Instruments atendem às necessidades de diversas aplicações para gases e líquidos nos setores de fabricação e de processos. Exemplos de aplicações de hidrogênio incluem fornos de recozimento de metais e sistemas de resfriamento de geradores em usinas de energia elétrica.  

Analisador de ponto de orvalho de hidrocarbonetos Condumax II

O Condumax II aplica uma adaptação do princípio fundamental de medição do ponto de orvalho com espelho resfriado/refrigerado. A técnica óptica "Dark Spot" detecta a formação de hidrocarbonetos de baixa tensão superficial que se condensam na temperatura do ponto de orvalho do HC. O Condumax II medirá com precisão o ponto de orvalho de hidrocarbonetos da composição geral do gás, incluindo o hidrogênio injetado. A injeção de hidrogênio no gás natural diluirá proporcionalmente as concentrações de todos os hidrocarbonetos presentes, fazendo com que o ponto de orvalho do hidrocarboneto caia. As estimativas da equação de estado preveem que a alteração no ponto de orvalho do hidrocarboneto será relativamente pequena - menos de 1 ˚C de redução com injeção de 20mol% de hidrogênio - conforme mostrado na tabela abaixo.

Testador de ponto de orvalho Condumax CDP301

O método direto de ponto de orvalho com espelho resfriado/refrigerado, juntamente com a imagem da câmera de alta definição, permite que o CDP301 meça as temperaturas reais do ponto de orvalho do hidrocarboneto e da água da composição completa do gás natural, incluindo qualquer porção de hidrogênio presente.

Duto de hidrogênio
Figura 1: Influência da injeção de H2 no HCDP

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Com mais de 40 anos de experiência no desenvolvimento de instrumentos de precisão inovadores, somos especialistas em medições de traços de umidade para todas as aplicações de gás natural. Se quiser discutir seus requisitos, por favor entre em contato com nossa equipe hoje mesmo.

Fontes:

Catapulta de Sistemas de Energia

Energy Networks Association




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