Medição de umidade para extração de líquido de gás natural

Proteção da planta, eficiência energética e economia de custos

A separação de líquidos de gás natural (NGL) é um estágio importante na purificação do gás natural, antes que ele possa ser considerado apto para uso como um produto seco com qualidade de gasoduto. A remoção de NGL geralmente usa um complexo trem de fracionamento, que exige um controle preciso das condições do processo; por sua vez, isso requer o uso de instrumentos de monitoramento extremamente sensíveis, com analisadores de traços de umidade, em particular, sendo essenciais para a confiabilidade e a eficiência energética dos principais sistemas de produção. 

O trem de processo NGL

Os líquidos de gás natural (NGL) ocorrem como uma mistura de baixa densidade de hidrocarbonetos gasosos no gás natural bruto extraído de campos de gás. Esses hidrocarbonetos são separados como componentes líquidos durante o processamento inicial do gás e normalmente são removidos como um fluxo de processo combinado, geralmente chamado de NGL de grau Y. Em seguida, ele é processado por meio de uma planta de fracionamento para separar o fluxo em etano, gases liquefeitos de petróleo (propano e butanos) e gasolina natural. 

Um fluxo de processo típico começa com a passagem do gás bruto da cabeça do poço por filtros coalescentes; eles operam na temperatura normal do processo para reduzir o conteúdo de condensados de hidrocarbonetos e água arrastados a granel.

A mistura gás/líquido saturada de umidade resultante é então desidratada por meio de um contator de glicol (unidade de desidratação de glicol), onde o trietilenoglicol (TEG) líquido é injetado por spray como dessecante no fluxo de gás que sobe pela coluna do processo. 

Nesse estágio, o gás está seco, com um ponto de orvalho da água entre -30 e -10 ˚C na pressão do processo, mas ainda está carregado de hidrocarbonetos líquidos. O resfriamento Joule-Thomson é, portanto, usado como a próxima etapa da extração de NGL, com uma redução de pressão parcial do fluxo de gás de 8 a 10 bar, produzindo uma queda de temperatura de 7 a 8 ˚C na entrada de um separador de líquidos. 

Em seguida, é usada uma série de colunas de desidratação de peneira molecular para reduzir o teor de umidade do gás de processo entre 0,01 e 0,05 ppmV, a menos de -80 ˚C de ponto de orvalho na pressão do processo; isso é essencial para a operação confiável do método de extração primária de líquidos de hidrocarbonetos mais leves. 

Em seguida, o fluxo do processo passa por turboexpansores criogênicos, que extraem energia cinética (trabalho) do fluxo de gás, expandindo-o de 55 para 17 bar em um processo quase isentrópico (entropia constante). Uma sequência de trocadores de calor interligados reduz a temperatura do fluxo do processo para menos de -80 ˚C, para liquidar o conteúdo não metano. O fluido resultante da fase mista de gás/líquido frio entra em uma coluna desetanizadora, que separa as duas fases em NGL e gás residual. 

O NGL é posteriormente entregue a usinas de fracionamento para separação em componentes individuais de hidrocarbonetos de alta pureza, enquanto o gás residual (composto por mais de 98% de metano) é comprimido para transmissão por dutos como combustível industrial e doméstico. 

A importância da medição de traços de umidade

A medição precisa do traço de umidade é uma parte essencial do processo de monitoramento e controle da separação de NGL.

Em particular, a operação confiável dos turboexpansores criogênicos depende de que a matéria-prima de gás natural das colunas de desidratação de peneira molecular tenha um teor de traço de umidade consistentemente baixo. Isso é essencial para evitar a rápida formação de cristais de gelo que danificariam as palhetas-guia de entrada variável e rotativa de alta velocidade no turboexpansor. Um limite de alarme de 0,1 ppmV é típico; para minimizar o risco, o nível aceitável de traços de umidade é geralmente definido entre 0,02 e 0,05 ppmV em condições normais de operação.  

A medição do traço de umidade também é vital para o desempenho ideal do sistema de desidratação por peneira molecular. Esse sistema tem várias colunas de desidratação que funcionam simultaneamente, com as colunas sendo regeneradas em sequência por meio da retrolavagem de gás de purga seco através do leito dessecante a 300 ˚C. Na maioria das instalações, isso utiliza níveis consideráveis de energia e, para garantir o fornecimento contínuo de gás seco aos turboexpansores, é ajustado para operar no que pode ser chamado de uma configureção extremamente cautelosa. Por exemplo, não é incomum que a regeneração leve até 12 horas, incluindo o resfriamento, para liberar a umidade adsorvida. 

Com a introdução de um analisador avançado de medição de umidade em linha, capaz de fornecer resultados precisos quase em tempo real, torna-se possível otimizar os ciclos de regeneração. Na prática, isso significa estender o período entre os ciclos, permitindo que cada coluna permaneça on-line por mais tempo - reduzindo a proporção do tempo total do processo em que cada coluna está sendo regenerada - sem afetar a qualidade do gás de alimentação ou a segurança e a confiabilidade dos turboextratores criogênicos. Com base em nossa experiência com vários clientes do setor de gás natural, é possível aumentar a produtividade de cada coluna em até 100% e, ao mesmo tempo, obter reduções consideráveis nos custos de energia. 

O monitoramento preciso do traço de umidade também permite a criação de perfis de desempenho detalhados para cada coluna de secagem. A qualidade desses dados dá a muitos operadores de fábricas a confiança necessária para estender a vida útil funcional dos materiais dessecantes, muitas vezes bem além das datas de substituição programadas.  Isso traz um benefício direto em termos de disponibilidade da planta e redução dos custos operacionais. 

Sistemas de medição de umidade residual

Na Michell Instruments, temos muitos anos de experiência no projeto e na fabricação de sistemas avançados de medição de umidade de traços em linha, para uso na desidratação de peneira molecular NGL e outros requisitos de medição de umidade de traços em processos de GNL. 

Nossos sistemas são projetados de forma personalizada e incluem instrumentos de análise sofisticados, baseados na tecnologia QCM (microbalança de cristal de quartzo) de resposta rápida, além de todos os equipamentos e acessórios auxiliares. Esses sistemas são capazes de fornecer medição quase em tempo real do teor de umidade de traços ultrabaixos até 0,01 ppmV. 

Para saber mais sobre nossas soluções para processamento de gás natural, clique aqui

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 líquidos de gás natural. Se quiser discutir seus requisitos, contate nossa equipe hoje mesmo.

Você achou este artigo interessante? Confira nosso blog sobre Medição precisa da umidade no gás natural