يدفع التركيز المتزايد على انبعاثات غازات الاحتباس الحراري المشغلين إلى استكشاف طرق لتقليل هذه الانبعاثات. التوهج هو أحد مجالات الاهتمام لتقليل الانبعاثات. ستستكشف هذه الورقة التقنيات المختلفة التي يمكن استخدامها لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من التوهجات.
استعادة غاز التوهج هي تقنية مجربة تستعيد غاز تنفيس التوهج وتضغطه في نظام وقود المصنع. بدلا من احتراق طاقة غازات التهوية في توهج ، يتم إطلاق هذه الطاقة في الأفران والغلايات ، مما يقلل من كمية الوقود المطلوبة للعملية ، مما يقلل بدوره من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من المصنع. يمكن لنظام استعادة الغاز المشتعل (FGRS) المصمم جيدا أن يقلل من كمية الغاز المحترق بنسبة 90٪ أو أكثر. فائدة أخرى لحرق غازات التهوية في الفرن / الغلاية هي تحسين كفاءة التدمير وتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين.
مناقشة سريعة حول الميثان الميثان
هو عنصر غاز تنفيس شائع في الإنتاج والتكرير وصناعات البتروكيماويات. قدرت وكالة حماية البيئة الأمريكية إمكانات الاحتباس الحراري (GWP) للميثان ب 27 إلى 30 على مدى 100 عام. هذا يعني أن 1 طن من الميثان في الغلاف الجوي سيكون له تأثير مماثل في التقاط الحرارة مثل 27 إلى 30 طنا من ثاني أكسيد الكربون على مدى 100 عام. في حين أن ثاني أكسيد الكربون سيبقى في الغلاف الجوي لآلاف السنين ، فإن الميثان في المتوسط موجود في الغلاف الجوي لمدة 10 سنوات فقط. هذا يعني أن الاحترار العالمي للميثان على مدى 10 سنوات يتراوح بين 270 و 300. عندما يحترق الميثان تماما ، فإنه ينتج ما يقرب من 2.74 وحدة كتلة من ثاني أكسيد الكربون2 لكل وحدة كتلة من الميثان. وبالتالي ، عندما يهرب الميثان إلى الغلاف الجوي ، فإنه يلتقط حوالي 10 مرات (29 / 2.74 = 10.6) حرارة أكثر مما لو تم احتراقه إلى ثاني أكسيد الكربون2 على مدى 100 عام. يمثل الميثان ما يقرب من 11٪ من جميع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة.
مناقشة سريعة حول NO2
NO2 هو غازات دفيئة أخرى وتقدر وكالة حماية البيئة أن لديها احترارا عالميا يبلغ 273 على مدى 100 عام. NO2 يبقى في الغلاف الجوي لأكثر من 100 عام. عادة ما تكون انبعاثات أكاسيد النيتروجين من التوهجات غير معروفة وغير قابلة للقياس. يمثل NO2 ما يقرب من 7٪ من جميع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة. (ملاحظة: معظم أكاسيد النيتروجين المتكونة في الاحتراق هي NO ولكن بمجرد دخولها إلى الغلاف الجوي تتحول إلى NO2.)
يسمح بالعديد من التوهجات في الولايات المتحدة بكفاءة تدمير مفترضة (DE) تبلغ 98٪. إذا كان هذا الافتراض صحيحا ، يتم تنفيس 2٪ من غازات التهوية في الغلاف الجوي. بافتراض تكوين غاز تنفيس بنسبة 100٪ من الميثان ، فإن التنفيس بنسبة 2٪ يعني أن قدرة امتصاص الحرارة لانبعاثات التوهج تنتقل من 2.74 وحدة كتلة من ثاني أكسيد الكربون2 لكل كتلة من الميثان إلى حوالي 3.27 وحدة كتلة من ثاني أكسيد الكربون2 مكافئ (2.74 × 0.98 + 29 × 0.02) لكل كتلة من الميثان ، بزيادة قدرها 19٪. تتم مراقبة الاحتراق في الفرن أو الغلاية وعادة ما تكون كمية الهيدروكربون غير المحترق التي تغادر الفرن منخفضة جدا. بمجرد احتراق غاز التهوية في بيئة أكثر تحكما ، يتم تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بحوالي 16٪ (1 -2.74 / 3.27) بناء على تركيبة DE وغاز التهوية المفترضة.
إلى جانب زيادة كفاءة التدمير ، تتمتع الأفران / الغلايات بتحكم أفضل في انبعاثات أكاسيد النيتروجين. يتم تحقيق ذلك عادة باستخدام تقنية الموقد منخفض أكاسيد النيتروجين ، ولكن بعض الأنظمة تستخدم أيضا تقليل أكاسيد النيتروجين في اتجاه مجرى النهر مثل التخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR) والاختزال الانتقائي غير التحفيزي (SNCR).
لا يتم التخلص من الحاجة إلى التوهجات مع تركيب FGRS لعدة أسباب. أولا ، ليس من العملي تصميم FGRS لحالات الطوارئ الكبيرة جدا. وتيرة مثل هذه الحالات الكبيرة منخفضة والتكلفة الرأسمالية المتزايدة لنظام الموارد الطبيعية للتعامل مع معدلات التدفق هذه ليس لها ما يبررها. ثانيا ، سيؤدي انقطاع التيار الكهربائي (غالبا ما يكون أحد أكبر سيناريوهات الإغاثة) إلى تعطيل FGRS. ومن ثم يرتبط التوهج دائما ب FGRS. هناك طريقة شائعة لربط التوهج برأس التوهج باستخدام مانع تسرب سائل ولكن يمكن أيضا استخدام الصمامات لهذا الغرض. يطلق على التوهج الذي هو جزء من نظام يحتوي على FGRS توهج "احتياطي". توفر التوهجات الاحتياطية فرصتين لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
المشاعل الاحتياطية وتطهير النيتروجين
لا تتلقى مشاعل الاستعداد عادة غاز التهوية. نظرا لأن التوهج لا يتلقى غاز تنفيس ، يتم تخفيف الجوانب السلبية لتطهير النيتروجين. الشاغل الرئيسي في استخدام النيتروجين كغاز تطهير هو إمكانية توليد مخاليط غازية خالية من الدهون لا تحترق جيدا ، وتنفيس بعض أو كل الهيدروكربونات. إذا كان التوهج لا يتلقى أي غاز تنفيس ، فلا يوجد خطر من إنشاء خليط قليل الدهن ويمكن استخدام النيتروجين لإبعاد الأكسجين عن كومة التوهج. سيحدث القلق بشأن خليط الغاز الخالي من الدهون مرة أخرى إذا تم تفريغ معدلات تدفقات صغيرة من غاز التهوية في كومة التوهج المطهرة بالنيتروجين. إذا كان طرف التوهج الاحتياطية بمساعدة البخار ، فإن الفائدة الأخرى لتطهير النيتروجين هي القدرة على تقليل الحد الأدنى من تدفق البخار إلى الحد الأدنى من التدفق الضروري للحفاظ على دفء الخطوط (معدل الاحترار) وهو أقل من معدل التبريد التقليدي. إذا كان طرف التوهج الاحتياطي بمساعدة الهواء ، فإن فائدة أخرى لتطهير النيتروجين هي القدرة على إيقاف تشغيل جميع المنافيخ التي تحافظ على الطاقة.
توفرمشاعل الاستعداد ومشاعل Primus
الاحتياطية أيضا فرصة لتقليل الانبعاثات التجريبية. تقنية Primus هي نظام إشعال تجريبي سريع طورته JZ والذي سيشعل الطيار بسرعة (5 ثوان أو أقل) حتى لو تم إزاحة الوقود في خط الوقود بالهواء. القلق من هذه التكنولوجيا هو الموثوقية نظرا لأهمية اشتعال التوهج. يتضمن نهج الحد من هذا القلق ترك طيار واحد قيد التشغيل وإيقاف تشغيل الباقي. كل يوم ، سيتم إشعال الطيار وبمجرد التحقق من إيقاف تشغيل الطيار الذي تم إشعاله مسبقا. سيعتمد مقدار تخفيض الانبعاثات التجريبية على عدد الطيارين. (سيشهد طرف التوهج مع ثلاثة طيارين انخفاضا في انبعاثات الطيارين بنسبة 66٪.) يسمح هذا بالتحقق من كل طيار مجهز ب Primus وظيفيا مرة كل بضعة أيام. إذا وصل ضغط الرأس في أعلى المنبع من التوهج الاحتياطي إلى بعض الضغط المرتفع ، إشعال جميع الطيارين.
مشاعل مرحلية
حتى إذا لم يتم تثبيت FGRS ، فهناك فوائد للتدريج. يتكون نظام التوهج المرحلي من توهج صغير يتلقى المعدلات اليومية العادية وتوهج كبير للإغاثة في حالات الطوارئ متصل بالرأس عبر مانع تسرب سائل أو صمامات. يحتوي التوهج الأولي الأصغر على متطلبات تطهير أقل وهو أكثر كفاءة في الاحتراق بدون دخان لغاز التهوية من طرف مضيء كبير واحد مصمم لمجموعة كاملة من التشغيل. سيزداد عدد الطيارين مع التوهج المرحلي. قد يحتوي توهج الطوارئ على ثلاثة إلى أربعة طيارين بينما يحتوي التوهج الأساسي عادة على طيارين أو أكثر. يمكن أن يؤدي استخدام Primus في توهج الطوارئ إلى تقليل عدد الطيارين في التشغيل ليكون مساويا أو أقل بقليل من توهج كبير واحد. يمكن أن يستفيد توهج الطوارئ الكبير من جميع مزايا التوهج الاحتياطي (تطهير N2 ، Primus).
التوهجات متعددة النقاط المرحلية
،مشاعل الأرض متعددة النقاط (MPGF) أو بلغة John Zink (مؤكسد غاز الإغاثة الخطي - LRGO) لها العديد من المزايا. MPGF عبارة عن توهج يتكون من العديد من الشعلات المجمعة في مراحل. يتم وضع هذه المجموعات من الشعلات في الخدمة وإخراجها من الخدمة اعتمادا على معدل الإغاثة. عادة ما يكون لكل صف من الشعلات طياران مع احتمالية وجود طيار في المرحلة الأولى على كل موقد. سيكون للمرحلة الأولى من MPGF متطلبات تطهير منخفضة. غالبا ما يتم تعيين معدل التطهير بواسطة معدل المسح المطلوب للمستخدمين النهائيين داخل الرأس وليس المعدل المطلوب لإبعاد الأكسجين عن المرحلة الأولى. عندما يتم إخراج المراحل من الخدمة ، يتم تطهيرها بالنيتروجين. هناك العديد من الطيارين المرتبطين ب MPGF. يمكن تطبيق تقنية Primus على MPGF مما يقلل من عدد الطيارين في الخدمة. أكبر فائدة ل MPGF هي كفاءة التدمير العالية جدا المرتبطة بمثل هذه التوهجات. تم اختبار العديد من شعلات MPGF بحثا عن الانبعاثات. ليس من غير المعتاد أن يسمح المنظمون بمثل هذه التوهجات لكفاءة تدمير بنسبة 99.5٪. (تظهر غالبية بيانات الاختبار كفاءات تدمير أعلى من 99.5٪.) 99.5٪ DE هو انخفاض بنسبة 75٪ في انبعاثات الهيدروكربونات غير المحترقة مقارنة ب 98٪ DE. الجانب السلبي ل MPGF هو الحاجة إلى أن تكون قيمة تسخين غاز التهوية عالية نسبيا (عادة 800 وحدة حرارية بريطانية / قدم مكعب). إذا كانت غازات التهوية المراد حرقها ذات قيمة تسخين منخفضة ، فيجب استخدام غاز تكميلي لزيادتها. عادة ما يحد هذا المطلب من MPGFs للتطبيقات التي تحتوي على غاز تنفيس عالي القيمة تسخين باستمرار.
أجهزة الحد من التطهير
لعقود من الزمان ، زودت John Zink أجهزة الحد من التطهير. تأتي هذه الأجهزة في نوعين: ختم السرعة (الاسم التجاري Airrestor) وختم الطفو (الاسم التجاري Molecular Seal). تقلل هذه الأجهزة من كمية التطهير اللازمة للحفاظ على مستويات الأكسجين داخل المكدس مقبولة. التطهير المنخفض يعني تقليل الانبعاثات.
وقود الهيدروجين
أصبح استخدام الهيدروجين أكثر انتشارا حيث تعمل الشركات على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. المنتج الوحيد للاحتراق من الهيدروجين هو الماء. قدم John Zink طيارين من الهيدروجين بنسبة 100٪ لعقود من الزمن ، حيث قدم مثل هؤلاء الطيارين لمرافق إطلاق المركبات الفضائية. هذه تقنية مجربة.
Stella Technology
طورت John Zink نظام اشتعال مباشر للشرارة لأطراف التوهج (Stella). كان الغرض من التطوير هو مشاعل الحفرة الموجودة في المواقع النائية التي لم يكن لديها إمكانية الوصول إلى المرافق. باستخدام أنظمة البطاريات الشمسية ، سمح التعديل على توهج الأنبوب بشرارة عالية الجهد بإشعال طرف التوهج بشكل موثوق. تم إجراء الاختبار على مجموعة من سرعات خروج غاز التهوية (من منخفضة جدا إلى ماخ 1) ، ومجموعة من سرعات الرياح ، واتجاهات الرياح ، مع المطر وبدونه. تم اختبار التكنولوجيا في كل من الاتجاه الأفقي (اتجاه توهج الحفرة النموذجي) بالإضافة إلى الاتجاه الرأسي وكانت موثوقية الإشعال عالية لجميع التكوينات. (ملاحظة: قد تمنع اللوائح الخاصة بكل بلد استخدام هذه التقنية.) تتمثل فائدة هذه التكنولوجيا في عدم وجود غاز تجريبي والانبعاثات المرتبطة به.
منع الحرق
الطريقة الأكثر فائدة لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من التوهجات هي منع اضطرابات العملية التي تؤدي إلى أحداث حرق. يمتلك معظم المشغلين الرئيسيين قدرات تحليلية يمكنها استخدام البيانات التاريخية للتنبؤ بأحداث الحرق المحتملة مما يسمح بتقليل الأحداث أو تجنبها تماما.
شراكة مع John Zink
من خلال الحلول التي أثبتت جدواها مثل استعادة الغاز المشتعل وأنظمة الإشعال Primus وتقنيات الحرق المرحلي ، نقدم الخبرة والابتكار الذي تحتاجه لتحقيق أهداف الامتثال والاستدامة. هل أنت مستعد لاستكشاف كيف يمكن لحلولنا أن تساعد عملياتك في خفض الانبعاثات وتحسين الكفاءة؟ تواصل مع خبرائنا اليوم.
