Recuperación de gas de antorcha

La recuperación de gas de antorcha es una tecnología probada que recupera el gas de ventilación de antorcha y lo comprime en el sistema de combustible de la planta. En lugar de que la energía de los gases de ventilación se queme en una antorcha, esa energía se libera en hornos y calderas, lo que reduce la cantidad de combustible necesario para un proceso, lo que a su vez reduce las emisiones totales de CO2 de una planta. Un sistema de recuperación de gas de antorcha (FGRS) bien diseñado puede reducir la cantidad de gas quemado en un 90% o más. Otro beneficio de quemar los gases de ventilación en un horno/caldera es la mejora de la eficiencia de destrucción y la reducción de las emisiones de NOx.

Discusión rápida sobre el metano

El metano es un componente común del gas de ventilación en las industrias de producción, refinación y petroquímica. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) ha estimado que el potencial de calentamiento global (GWP) del metano es de 27 a 30 durante un período de 100 años. Esto significa que 1 tonelada de metano en la  atmósfera tendrá un efecto de captura de calor similar al de 27 a 30 toneladas de CO2 durante 100 años. Mientras que el CO2 permanecerá en la atmósfera durante miles de años, el metano, en promedio, solo está en la atmósfera durante 10 años. Esto significa que el PCA del metano durante un período de 10 años está en el rango de 270 a 300. Cuando el metano se quema por completo, produce aproximadamente 2,74 unidades de masa de CO2 por unidad de masa de metano. En consecuencia, cuando el metano se escapa a la atmósfera, captura alrededor de 10 veces (29/2,74 = 10,6) más calor que si se hubiera quemado a CO2 durante un período de 100 años. El metano representa aproximadamente el 11% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero de los Estados Unidos.

El NO2

es otro gas de efecto invernadero y la EPA estima que tiene un PCA de 273 en 100 años. El NO2 permanece en la atmósfera durante más de 100 años. Las emisiones de NOx de las antorchas suelen ser desconocidas e inconmensurables. El NO2 representa aproximadamente el 7% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero de los Estados Unidos. (Nota: La mayoría de los NOx formados en la combustión son NO, pero una vez en la atmósfera se convierten en NO2).

Muchas antorchas en los EE. UU. están permitidas con una eficiencia de destrucción (DE) asumida del 98%. Si esta suposición es correcta, el 2% de los gases de ventilación se ventilan a la atmósfera. Suponiendo una composición de gas de ventilación de 100% de metano, 2% de ventilación significa que la capacidad de absorción de calor de las emisiones de la antorcha pasa de 2,74 unidades de masa de CO2 por masa de metano a aproximadamente 3,27 unidades de masa de CO2 equivalente (2,74 x 0,98 + 29 x 0,02) por masa de metano, un aumento del 19%. La combustión en un horno o caldera se controla y la cantidad de hidrocarburo no quemado que sale de un horno suele ser muy baja. Simplemente quemando el gas de ventilación en un entorno más controlado, las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen en aproximadamente un 16% (1 -2,74/3,27) en función de la composición supuesta de DE y gas de ventilación.

Además de aumentar la eficiencia de destrucción, los hornos/calderas tienen un mejor control sobre las emisiones de NOx. Por lo general, esto se logra mediante el uso de tecnología de quemadores de bajo NOx, pero algunos sistemas también utilizan la reducción de NOx aguas abajo, como la reducción catalítica selectiva (SCR) y la reducción no catalítica selectiva (SNCR).

La necesidad de antorchas no se elimina con la instalación de un FGRS por un par de razones. En primer lugar, no es práctico diseñar un FGRS para casos de emergencia muy grandes. La frecuencia de estos casos grandes es baja y no se justifica el aumento del costo de capital del FGRS para manejar esos caudales. En segundo lugar, un corte de energía (a menudo uno de los escenarios de alivio más grandes) también desactivará un FGRS. Por lo tanto, una llamarada siempre se asocia con un FGRS. Un método común para unir una antorcha al cabezal de antorcha es con un sello líquido, pero también se pueden usar válvulas para este propósito. Una antorcha que forma parte de un sistema que contiene un FGRS se denomina antorcha "en espera". Las antorchas de reserva ofrecen un par de oportunidades para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Antorchas de reserva y purga

de nitrógeno Las antorchas de reserva no suelen recibir gas de ventilación. Dado que la antorcha no recibe gas de ventilación, se mitigan las desventajas de una purga de nitrógeno. La principal preocupación con el uso de nitrógeno como gas de purga es el potencial de generar mezclas de gases pobres que no se queman bien, ventilando algunos o todos los hidrocarburos. Si la antorcha no recibe ningún gas de ventilación, entonces no hay riesgo de crear una mezcla pobre y se puede usar nitrógeno para mantener el oxígeno fuera de la chimenea de antorcha. El problema de la mezcla de gases pobres volvería a ocurrir si se descargan pequeños caudales de gas de ventilación en la chimenea de antorcha purgada con nitrógeno. Si la punta de la antorcha de reserva es asistida por vapor, otro beneficio de la purga de nitrógeno es la capacidad de reducir el flujo mínimo de vapor al necesario para mantener las líneas calientes (tasa de calentamiento), que es más baja que la velocidad de enfriamiento tradicional. Si la punta de la antorcha de reserva es asistida por aire, otro beneficio de la purga de nitrógeno es la capacidad de apagar todos los sopladores, lo que conserva energía.

Las bengalas de reserva y

las antorchas de reserva Primus también brindan la oportunidad de reducir las emisiones de los pilotos. La tecnología Primus es un sistema de encendido rápido del piloto desarrollado por JZ que encenderá rápidamente (5 segundos o menos) a un piloto incluso si el combustible en una línea de combustible se ha desplazado con aire. La preocupación con dicha tecnología es la confiabilidad dada la importancia de la ignición por antorcha. Un enfoque para reducir esta preocupación implica dejar un piloto encendido y apagar el resto. Cada día, se encenderá un piloto y, una vez verificado, se apagará el piloto encendido anteriormente. La cantidad de reducción de emisiones de los pilotos dependerá del número de pilotos. (Una punta de bengala con tres pilotos experimentaría una reducción de emisiones del 66%). Esto permite que cada piloto equipado con Primus sea verificado funcionalmente una vez cada pocos días. Si la presión del cabezal aguas arriba de la antorcha de reserva alcanza una presión elevada, todos los pilotos se encenderían.

Incluso

si no se instala un FGRS, la puesta en escena tiene sus ventajas. Un sistema de antorcha escalonada consta de una pequeña antorcha que recibe las tasas diarias normales y una gran antorcha de reserva de socorro de emergencia conectada al cabezal a través de un sello líquido o válvulas. La antorcha primaria más pequeña tiene requisitos de purga más bajos y es más eficiente en la combustión sin humo del gas de ventilación que una sola punta de antorcha grande diseñada para todo el rango de operación. El número de pilotos aumentará con una bengala por etapas. La bengala de emergencia puede tener de tres a cuatro pilotos, mientras que la bengala principal generalmente tendrá dos o más. El uso de Primus en la bengala de emergencia podría reducir el número de pilotos en operación a igual o ligeramente menos que una sola bengala grande. La gran antorcha de emergencia puede aprovechar todas las ventajas de una antorcha de reserva (purga N2, Primus).

Las antorchas terrestres

multipunto (MPGF) o, en la jerga de John Zink, (oxidante de gas de alivio lineal - LRGO) tienen varias ventajas. Un MPGF es una antorcha formada por muchos quemadores agrupados en etapas. Estos grupos de quemadores se ponen en servicio y se ponen fuera de servicio en función de la tasa de alivio. Por lo general, cada fila de quemadores tendrá dos pilotos y la primera etapa podría tener un piloto en cada quemador. La primera etapa de un MPGF tendrá un requisito de purga bajo. A menudo, la velocidad de purga se establece por la velocidad de barrido deseada por el usuario final dentro del cabezal y no por la velocidad necesaria para mantener el oxígeno fuera de la primera etapa. Cuando las etapas se ponen fuera de servicio, se purgan con nitrógeno. Hay muchos pilotos asociados con un MPGF. La tecnología Primus podría aplicarse a un MPGF reduciendo el número de pilotos en servicio. El mayor beneficio de un MPGF es la muy alta eficiencia de destrucción asociada con tales antorchas. Muchos quemadores MPGF han sido probados para determinar las emisiones. No es inusual que los reguladores permitan tales antorchas con una eficiencia de destrucción del 99,5%. (La mayoría de los datos de las pruebas muestran eficiencias de destrucción superiores al 99,5 %). El 99,5% de DE es una reducción del 75% en las emisiones de hidrocarburos no quemados en comparación con el 98% de DE. La desventaja de un MPGF es la necesidad de que el valor calorífico del gas de ventilación sea relativamente alto (normalmente 800 Btu/scf). Si los gases de ventilación que se van a quemar tienen un poder calorífico bajo, se debe usar un gas suplementario para aumentarlo. Este requisito generalmente limita los MPGF a aplicaciones que tienen un valor calorífico constante de gas de ventilación alto.

Dispositivos de reducción de purga

Durante décadas, John Zink ha suministrado dispositivos de reducción de purga. Estos dispositivos vienen en dos tipos: sello de velocidad (nombre comercial Airrestor) y sello de flotabilidad (nombre comercial Molecular Seal). Estos dispositivos reducen la cantidad de purga necesaria para mantener aceptables los niveles de oxígeno dentro de la pila. La reducción de la purga significa la reducción de las emisiones.

Combustible de hidrógeno

El uso de hidrógeno es cada vez más frecuente a medida que las empresas trabajan para reducir las emisiones de CO2. El único producto de la combustión del hidrógeno es el agua. John Zink ha proporcionado pilotos de antorchas 100% de hidrógeno durante décadas, proporcionando dichos pilotos para instalaciones de lanzamiento de vehículos espaciales. Esta es una tecnología probada.

Stella Technology

John Zink ha desarrollado un sistema de encendido directo por chispa para puntas de antorcha (Stella). El propósito del desarrollo era para antorchas de pozo ubicadas en lugares remotos que no tenían acceso a los servicios públicos. Mediante el uso de sistemas de baterías solares, una modificación de una antorcha de tubería permitió que una chispa de alto voltaje encendiera de manera confiable la punta de la antorcha. Las pruebas se llevaron a cabo en un rango de velocidades de salida de gas de ventilación (desde muy bajo hasta Mach 1), un rango de velocidades del viento, direcciones del viento, con y sin lluvia. La tecnología se probó tanto en una orientación horizontal (orientación típica de la antorcha de pozo) como en una orientación vertical, y la fiabilidad de encendido fue alta para todas las configuraciones. (Nota: Es posible que las regulaciones específicas de cada país impidan el uso de esta tecnología). El beneficio de esta tecnología es la ausencia de gas piloto y las emisiones asociadas.

Prevención de la quema

La forma más beneficiosa de reducir las emisiones de CO2 de las antorchas es evitar las alteraciones del proceso que desencadenan eventos de antorcha.  La mayoría de los principales operadores tienen capacidades analíticas que pueden utilizar datos históricos para predecir posibles eventos de quema, lo que permite reducir o evitar los eventos por completo.  

Asóciese con John Zink

Con soluciones probadas como la recuperación de gas de antorcha, los sistemas de ignición Primus y las tecnologías de quema por etapas, brindamos la experiencia y la innovación que necesita para lograr los objetivos de cumplimiento y sostenibilidad. ¿Está listo para explorar cómo nuestras soluciones pueden ayudar a su operación a reducir las emisiones y mejorar la eficiencia? Póngase en contacto con nuestros expertos hoy mismo.