Medição da umidade para reduzir os riscos operacionais e de segurança no processamento de gás ácido
Gás ácido é o termo aplicado ao gás natural em campos de gás que contém altos níveis de sulfeto de hidrogênio (H2S) - normalmente acima de 4 ppmv em temperatura e pressão padrão - ou uma combinação de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono (CO2); o gás com predominância de CO2 é comumente chamado de "gás ácido". Quando for comercialmente viável, os gases ácidos e azedos podem ser extraídos e adoçados por meio de um processo como o tratamento de gás com amina para remover os contaminantes indesejados e produzir gás doce ou de qualidade de gasoduto, adequado para uso como combustível ou na geração de energia.
No entanto, o gás ácido também pode ser uma matéria-prima valiosa para a produção de ácido sulfúrico e enxofre elementar; essas substâncias são amplamente utilizadas na fabricação de fertilizantes, detergentes, corantes e outros compostos químicos.
Independentemente da aplicação, é fundamental para a eficiência, a qualidade e a segurança do processo que o teor de umidade do gás ácido seja medido com precisão.
Por que a umidade cria um risco no processamento de gás ácido
A presença de umidade no gás ácido pode criar vários problemas. Ela pode reagir com o sulfeto de hidrogênio para produzir ácido sulfúrico, que é altamente corrosivo. Da mesma forma, o dióxido de carbono condensado com vapor de água em superfícies metálicas formará um ambiente corrosivo. Em cada caso, a corrosão danificará os dutos, os equipamentos e a infraestrutura, podendo causar vazamentos de gás, falhas e riscos à segurança.
O dióxido de carbono na presença de umidade em determinadas temperaturas e pressões também pode contribuir para a formação de hidratos ou compostos cristalinos sólidos. Esses compostos podem restringir ou bloquear tubulações, válvulas ou outros sistemas de processamento.
A umidade no gás ácido processado, ou gás doce, apresentará os mesmos problemas descritos acima. Deve-se observar, no entanto, que a quantidade de umidade necessária para atingir a pressão de vapor de água de saturação em gases ricos em sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono é consideravelmente maior do que a umidade no metano ou em um gás natural doce na mesma temperatura. Dessa forma, o ponto de orvalho da água medido no gás ácido, independentemente do princípio de medição aplicado, será significativamente menor do que o de um gás doce com o mesmo teor de umidade.
O teor de umidade do gás doce pode ser afetado pelos processos de tratamento utilizados. Por exemplo, o tratamento com amina para absorver seletivamente gases ácidos usa solventes aquosos como DEA (dietanolamina), MDA (monoetanolamina) e MDEA (metil dietanolamina). Esses solventes também podem absorver parte da umidade presente no fluxo de gás, o que, mesmo após a regeneração, pode afetar negativamente a eficácia de longo prazo dos solventes.
A redução do teor de umidade do gás processado a um nível predeterminado também é fundamental para garantir que o gás atenda às especificações de qualidade e de transferência de custódia, enquanto o monitoramento eficaz dos níveis de umidade em toda a rede de processamento, transporte e distribuição de gás ácido e gás doce é um fator essencial para permitir que os processadores e operadores de transporte otimizem a eficiência da produção e controlem os custos.
Como medir o teor de umidade no processamento de gás ácido
Para medir o teor de umidade no gás ácido, são empregados vários instrumentos, como analisadores de umidade, analisadores de ponto de orvalho e higrômetros. Esses dispositivos usam princípios diferentes, como absorção, condensação ou propriedades elétricas, para determinar a quantidade de umidade presente no gás.
Um dos instrumentos mais usados é baseado na espectroscopia de absorção de laser de diodo sintonizável (TDLAS), como o Michell OptiPEAK TDL600.
Em termos simples, isso funciona usando um laser infravermelho ajustado às características de absorção do gás que está sendo medido. Esse laser é focalizado através de uma amostra de gás, onde a interação entre os fótons de luz e as moléculas de gás e umidade faz com que estas absorvam a luz em cores específicas, ou linhas de absorção. A intensidade da luz que passa pelo gás é então medida por um fotodetector. Com a varredura do comprimento de onda do laser em uma faixa de comprimentos de onda específicos, é possível criar um espectro de absorção que mostra as características das espécies de gás alvo, permitindo que elas sejam identificadas e quantificadas. Tudo isso pode ser feito de forma rápida e extremamente precisa.
Para obter mais informações sobre o TDLAS, consulte nossa série de duas partes do blog, que oferece uma introdução útil a essa tecnologia.
Um dos desafios de usar o TDLAS ao medir o volume de moléculas de água em uma amostra de gás ácido é a incerteza associada aos espectros de sulfeto de hidrogênio na região do infravermelho próximo, o que dificulta a realização de medições precisas. Além disso, se houver concentrações relativamente altas de dióxido de carbono - normalmente entre 3% e 15% -, os espectros de absorção do gás e da água se sobrepõem parcialmente, com o dióxido de carbono exercendo um efeito semelhante ao da pressão, que suprime a altura do pico de absorção e amplia a largura do pico.
Em ambos os casos, a solução é aplicar algoritmos de software avançados que compensam automaticamente os efeitos de cada gás, para produzir resultados consistentes e precisos.
Uma das vantagens do TDLAS é o fato de ser uma tecnologia sem contato. No entanto, em algumas aplicações de processamento de gás ácido, nossos sensores cerâmicos de óxido metálico, como os usados nos analisadores de umidade Michell Promet EExD para processamento de gás ácido, são uma opção eficaz.
Esses dispositivos não são afetados pela sensibilidade cruzada com sulfeto de hidrogênio ou dióxido de carbono e são capazes de fornecer resultados extremamente precisos e consistentes, especialmente em áreas de risco. Embora a interface do sensor seja afetada com o tempo pelo contato com gases ácidos, isso pode ser facilmente superado com o aumento da frequência de recalibração - algo que se torna ainda mais fácil com o uso do nosso programa de troca de sensores.
O termo gás azedo deriva do cheiro de ovo podre característico do sulfeto de hidrogênio em baixas concentrações no ar. Em comparação, o gás doce, no qual a concentração de compostos de enxofre foi reduzida ao mínimo ou eliminada completamente, não tem esse cheiro azedo.
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