Conozca sus Analizadores de Procesos: Analizadores Raman

Conozca los Tipos de Analizadores: Analizadores Raman

Mike Strobel, Director de Desarrollo de Negocio, Swagelok

Conozca Su Analizador

• Analizador Raman
  Próximamente...
• Analizadores Fotométricos IR y UV
• Analizadores de Densidad de Proceso
• Analizadores de Oxígeno de Proceso
• Analizadores de Humedad de Proceso

El análisis preciso de los procesos es esencial para cualquier planta química o refinería. La capacidad para validar las condiciones del proceso y la composición del fluido es clave para mantener unos niveles óptimos de eficiencia y rentabilidad. Cuanto más en profundidad conozca sus fluidos de proceso, mayor será su capacidad para optimizarlos con los controles adecuados.

Por estas razones, los analizadores de procesos son una herramienta vital en las plantas actuales. Pero hay diversos tipos de analizadores de procesos, y cada uno tiene sus ventajas únicas.

Por eso estamos desarrollando una serie de blogs que tratan los distintos tipos de analizadores y sus aplicaciones ideales. En primer lugar veremos los analizadores de procesos Raman, un tipo de analizador relativamente nuevo que utiliza la espectroscopia Raman para ofrecer información detallada sobre la composición química del fluido.

Explore la Instrumentación Analítica

¿Qué es un Analizador Raman y Cómo Funciona?

Una imagen del análisis Raman de muestras.

1. El láser ilumina la muestra
2. El analizador Raman filtra la dispersión de la luz Rayleigh
3. La luz dispersada por Raman entra en el detector para su medición
4. Se asigna un valor(es) a la huella Raman

El análisis Raman es un proceso no destructivo que ofrece información detallada sobre la composición química de su muestra líquida, sólida o gaseosa. Se utiliza un láser monocromático en el rango visible, cercano al infrarrojo o cercano al ultravioleta para iluminar una muestra de composición desconocida. La luz excita las moléculas de la sustancia, haciendo que pasen de su estado vibratorio básico a un estado vibratorio virtual.

Durante este proceso se produce la dispersión elástica e inelástica de la luz. La dispersión elástica, o dispersión de Rayleigh, significa que los fotones de luz liberados tienen la misma cantidad de energía que los fotones de luz incidentes. La dispersión inelástica o Raman se refiere a dos casos: El primero es aquel en el que una molécula se excita a un estado virtual y retiene parte de la energía absorbida de la luz. El fotón de luz dispersa emitido tiene, por tanto, algo menos de energía que el fotón incidente y una longitud de onda mayor. El segundo se produce cuando una molécula ya excitada a un estado vibracional superior vuelve a su estado básico tras la excitación. Los fotones de luz emitidos ganan energía y tienen una longitud de onda más corta.

El espectro Raman creado por el proceso de dispersión de la luz suele describirse como la huella Raman de una muestra. Al igual que nuestras huellas dactilares, cada huella Raman es única y se le asigna un valor o valores basados en modelos matemáticos generados para las aplicaciones de medición. Los modelos pueden ser generados por el usuario en un laboratorio, pero muchos fabricantes generan modelos teóricos para reducir el tiempo de implantación. En particular, el modelado preciso y la aplicación adecuada de los modelos son vitales para la precisión de la medición Raman.

Ventajas de los Analizadores Raman

La espectroscopia Raman ofrece un medio eficaz para controlar continuamente el estado del proceso. Puede verificar la composición química en cada etapa para ayudarle a asegurarse de que los procesos se desarrollan de forma óptima. Se pueden reducir al mínimo las operaciones de reparación y los desechos, ya que un sistema Raman bien diseñado permite tomar decisiones casi instantáneas en función de los resultados de los análisis. La espectroscopia Raman también puede controlar los productos acabados o casi acabados para minimizar el reprocesado de productos fuera de especificación.

Los analizadores Raman apenas requieren acondicionamiento de la muestra, lo que contribuye a reducir los costes de puesta en marcha y mantenimiento.

También hay otras ventajas operativas:

• Apenas requiere acondicionamiento de la muestra, lo que ayuda a reducir los costes de puesta en marcha y mantenimiento.
• El tiempo de transporte de las muestras es mínimo o nulo, lo que reduce considerablemente el retardo y ofrece un análisis casi en tiempo real.
• No requiere calibración manual
• Necesidades de mantenimiento mínimas a lo largo de su vida útil, lo que le permite centrar la mano de obra en otras tareas.

Vea Cómo Reducir el Retardo

Desventajas de los Analizadores Raman

La principal desventaja de los analizadores Raman es su dependencia de los modelos para ofrecer resultados de medición. Los componentes de las mezclas de gas tienden a diferenciarse fácilmente en el análisis de regresión lineal, sin embargo, el análisis de líquidos es mucho más difícil. El desarrollo de modelos líquidos puede llevar meses, o incluso años, lo que puede retrasar la implantación y tener más costes iniciales.

Además, los espectrómetros Raman son menos sensibles que otras técnicas y normalmente pueden medir hasta sólo unos cientos de partes por millón. Esto significa que el análisis Raman puede carecer de precisión, lo que lo hace menos idóneo para determinadas aplicaciones que requieren mediciones extremadamente precisas.

Aplicaciones Comunes del Análisis Raman

Los espectrómetros Raman son adecuados para una amplia gama de aplicaciones de proceso.

Mezcla de gasolina.

Los espectrómetros Raman han demostrado su eficacia en las aplicaciones de mezcla de gasolina. El octanaje, los puntos de ebullición y la presión de vapor Reid (RVP) pueden medirse eficazmente utilizando la espectroscopia Raman en la mezcla de gasolina. Con una respuesta rápida y un análisis preciso, los operadores pueden, por ejemplo, mantener el octanaje óptimo de su producto final y minimizar al mismo tiempo las pérdidas.

Medición de la calidad del gas natural.

Los componentes de hidrocarburos en el gas natural pueden variar desde sólo trazas hasta casi el 100% de la mezcla. Los gases inertes presentes en la mezcla de gas natural pueden reducir su densidad energética y, por tanto, su valor. La espectroscopia Raman es una buena opción para la medición rápida y precisa del gas natural, ya que no requiere separación de los componentes como el método tradicional de cromatografía de gases.

Tratamiento y fraccionamiento con hidrógeno.

El hidrógeno es de vital importancia en estas operaciones de refinado. La espectroscopia Raman es una buena solución cuando se requiere un análisis completo de la composición. Después de una unidad de absorción por oscilación de presión, el análisis Raman en tiempo real puede ayudar a los operadores a asegurar la eliminación adecuada del hidrógeno antes de que un producto fuera de especificaciones fluya aguas abajo. Además, los espectrómetros Raman pueden medir generalmente a presiones más altas que otros métodos. Esto mejora la posibilidad de devolver el fluido al proceso en lugar de quemarlo en la antorcha, lo que ayuda a reducir los costes de explotación.

Perforación de exploración.

Optimizar el proceso de perforación y apoyar la seguridad de los operarios es fundamental en la búsqueda de reservas de petróleo y gas. Para aumentar la velocidad de perforación se requiere una respuesta de medición más rápida que no pueden conseguir las tecnologías de medición tradicionales, como la cromatografía de gases. La capacidad del espectrómetro Raman para medir simultáneamente moléculas de hidrocarburos y no hidrocarburos también reduce la necesidad de instrumentación analítica adicional.

Registro de lodo.

El registro de lodo consiste en la medición y catalogación de los restos de roca, lodo y gases que salen a la superficie durante la perforación. Controlar la composición y las características del lodo es fundamental para optimizar el proceso de perforación y comprobar que no haya una mezcla explosiva de gases. La monitorización continua que ofrece el espectrómetro Raman ayuda a los operadores a tomar las decisiones más acertadas, lo que aumenta la eficiencia y contribuye a mantener la seguridad de los operarios.

Caso Práctico: Gas Combustible de Refinería

Pensemos en un espectrómetro Raman que se utiliza para controlar continuamente la composición química del gas combustible de refinería, que suele ser una mezcla de gas natural y gas de antorcha recuperado.

La calidad del gas combustible puede cambiar rápidamente en función de la composición del gas de antorcha recuperado, lo que provoca ineficiencias en los equipos que utilizan la mezcla de gas combustible. En concreto, las calderas pueden experimentar inestabilidad de la llama cuando se disparan los niveles de hidrógeno en el gas combustible.

La rápida respuesta de un analizador de Procesos Raman midiendo el contenido de hidrógeno en el gas combustible permite controlar continuamente la mezcla de este gas y aplicar rápidamente los cambios necesarios, reduciendo al mínimo la posibilidad de que gas combustible rico en hidrógeno llegue a los equipos de proceso, lo cual mejora su eficiencia.

***

Sus necesidades de análisis de procesos son específicas de sus operaciones, y los analizadores de Procesos Raman pueden ser una opción para ayudarle a satisfacerlas. Si no está seguro de si este tipo de sistema es el adecuado o si desea conocerlo mejor, nuestros especialistas están a su disposición para hablar de ello. Pueden ayudarle a evaluar sus necesidades, determinar las ubicaciones de mayor impacto para el análisis de procesos y orientarle hacia las tecnologías de análisis de fluidos más eficaces para su empresa.

Explore El Punto de Referencia Swagelok para saber cómo mejorar sus prácticas de toma de muestras en todas las áreas de su instalación, y esté atento al próximo artículo de nuestra serie Analizadores de Procesos.

Descubra los Secretos de la Toma de Muestras de Fluidos