L’attention accrue portée aux émissions de gaz à effet de serre pousse les exploitants à explorer des moyens de réduire ces émissions. La torchère est une zone d’intérêt pour la réduction des émissions. Cet article explorera diverses techniques qui peuvent être utilisées pour réduire les émissions de gaz à effet de serre provenant des torchères.
La récupération des gaz
detorche est une technologie éprouvée qui récupère les gaz de torche et les comprime dans le système de combustible de l’usine. Au lieu que l’énergie des gaz d’évacuation soit brûlée dans une torche, cette énergie est libérée dans les fours et les chaudières, ce qui réduit la quantité de combustible nécessaire à un processus, ce qui réduit les émissions globales de CO2 d’une usine. Un système de récupération des gaz de torche (FGRS) bien conçu peut réduire la quantité de gaz brûlée à la torche de 90 % ou plus. Un autre avantage de la combustion des gaz d’évacuation dans un fourneau/chaudière est une efficacité de destruction améliorée et une réduction des émissions de NOx.
Le
méthane est un composant courant des gaz d’échappement dans les industries de la production, du raffinage et de la pétrochimie. L’EPA des États-Unis a estimé le potentiel de réchauffement planétaire (PRG) du méthane à 27 à 30 sur une période de 100 ans. Cela signifie qu’une tonne de méthane dans l’atmosphère aura un effet de capture de chaleur similaire à celui de 27 à 30 tonnes de CO2 sur 100 ans. Alors que le CO2 restera dans l’atmosphère pendant des milliers d’années, le méthane n’est en moyenne dans l’atmosphère que pendant 10 ans. Cela signifie que le PRP du méthane sur une période de 10 ans est de l’ordre de 270 à 300. Lorsque le méthane brûle complètement, il produit environ 2,74 unités de masse de CO2 par unité de masse de méthane. Par conséquent, lorsque le méthane s’échappe dans l’atmosphère, il capte environ 10 fois (29/2,74 = 10,6) plus de chaleur que s’il avait été brûlé en CO2 sur une période de 100 ans. Le méthane représente environ 11 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre des États-Unis.
Le NO2
est un autre gaz à effet de serre et l’EPA estime qu’il a un PRP de 273 sur 100 ans. Le NO2 reste dans l’atmosphère pendant plus de 100 ans. Les émissions de NOx provenant des torchères sont généralement inconnues et non mesurables. Le NO2 représente environ 7 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre des États-Unis. (Remarque : la plupart des NOx formés lors de la combustion sont du NOx, mais une fois dans l’atmosphère, ils se transforment en NO2.)
Aux États-Unis, de nombreuses torchères sont autorisées avec une efficacité de destruction (DE) supposée de 98 %. Si cette hypothèse est correcte, 2 % des gaz d’évacuation sont évacués dans l’atmosphère. En supposant une composition de gaz d’évacuation de 100 % de méthane, une évacuation de 2 % signifie que la capacité d’absorption de chaleur des émissions de torche passe de 2,74 unités de masse de CO2 par masse de méthane à environ 3,27 unités de masse d’équivalent CO2 (2,74 x 0,98 + 29 x 0,02) par masse de méthane, soit une augmentation de 19 %. La combustion dans un four ou une chaudière est surveillée et la quantité d’hydrocarbures non brûlés qui sort d’un four est généralement très faible. En brûlant simplement le gaz de dégagement dans un environnement plus contrôlé, les émissions de gaz à effet de serre sont réduites d’environ 16 % (1 -2,74/3,27) sur la base de la composition supposée de l’DE et des gaz de ventilation.
Outre l’efficacité accrue de la destruction, les fours et les chaudières ont un meilleur contrôle des émissions de NOx. Ceci est généralement réalisé en utilisant la technologie des brûleurs à faible teneur en NOx, mais certains systèmes utilisent également la réduction des NOx en aval, comme la réduction catalytique sélective (SCR) et la réduction non catalytique sélective (SNCR).
Le besoin de fusées éclairantes n’est pas éliminé avec l’installation d’un FGRS pour plusieurs raisons. Premièrement, il n’est pas pratique de concevoir un FGRS pour les cas d’urgence très importants. La fréquence de ces cas est faible et l’augmentation des coûts d’investissement du FGRS pour traiter ces débits n’est pas justifiée. Deuxièmement, une panne de courant (souvent l’un des scénarios de secours les plus importants) désactivera également un FGRS. Par conséquent, une éruption est toujours associée à un FGRS. Une méthode courante de fixation d’une torche au collecteur de torche consiste à utiliser un joint liquide, mais des vannes peuvent également être utilisées à cette fin. Une torche qui fait partie d’un système contenant un FGRS est appelée torche « de secours ». Les torchères de secours offrent plusieurs possibilités de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Torchères de secours et purge à l’azote
Les torchères de secours ne reçoivent généralement pas de gaz d’évacuation. Étant donné que la torche ne reçoit pas de gaz d’évacuation, les inconvénients d’une purge à l’azote sont atténués. La principale préoccupation liée à l’utilisation de l’azote comme gaz de purge est la possibilité de générer des mélanges de gaz pauvres qui brûlent mal, évacuant une partie ou la totalité des hydrocarbures. Si la torche ne reçoit pas de gaz d’évacuation, il n’y a aucun risque de créer un mélange pauvre et l’azote peut être utilisé pour empêcher l’oxygène d’entrer dans la torche. Le problème du mélange de gaz pauvres se poserait à nouveau si de petits débits de gaz d’échappement étaient déversés dans la torche purgée à l’azote. Si l’embout de torche de secours est assisté par la vapeur, un autre avantage de la purge à l’azote est la possibilité de réduire le débit de vapeur minimum à celui nécessaire pour maintenir les lignes chaudes (taux de réchauffement) qui est inférieur au taux de refroidissement traditionnel. Si l’embout de torche de secours est assisté par air, un autre avantage de la purge à l’azote est la possibilité d’arrêter tous les ventilateurs, ce qui permet d’économiser de l’énergie.
Les fusées éclairantes de secours et
les fusées éclairantes de secours Primus offrent également la possibilité de réduire les émissions des pilotes. La technologie Primus est un système d’allumage rapide par pilote développé par JZ qui allume rapidement (5 secondes ou moins) une veilleuse même si le carburant dans une conduite de carburant a été déplacé avec de l’air. Le problème avec une telle technologie est la fiabilité compte tenu de l’importance de l’allumage par torche. Une approche pour réduire cette préoccupation consiste à laisser un pilote allumé et à éteindre le reste. Chaque jour, une veilleuse sera allumée et, une fois vérifiée, la veilleuse précédemment allumée sera désactivée. L’ampleur de la réduction des émissions des pilotes dépendra du nombre de pilotes. (Une fusée éclairante avec trois pilotes permettrait de réduire les émissions des pilotes de 66 %.) Cela permet à chaque pilote équipé d’un Primus de faire l’objet d’une vérification fonctionnelle une fois tous les quelques jours. Si la pression de collecteur en amont de l’arrondi de secours atteint une pression élevée, tous les pilotes seraient allumés.
Même
si un FGRS n’est pas installé, la mise en scène présente des avantages. Un système de torche étagé se compose d’une petite torche qui reçoit les doses journalières normales et d’une grande torche de secours d’urgence reliée au collecteur par un joint liquide ou des vannes. La torche primaire plus petite a des exigences de purge plus faibles et est plus efficace pour la combustion sans fumée des gaz d’évacuation qu’une seule grande pointe de torche conçue pour toute la gamme de fonctionnement. Le nombre de pilotes augmentera avec une fusée éclairante étagée. La fusée d’urgence peut avoir trois à quatre pilotes, tandis que la fusée primaire en a généralement deux ou plus. L’utilisation de Primus sur la fusée d’urgence pourrait réduire le nombre de pilotes en service à un niveau égal ou légèrement inférieur à celui d’une seule grande fusée éclairante. La grande fusée de secours permet de profiter de tous les avantages d’une fusée de secours (purge N2, Primus).
Les torchères multipoints multipoints étagées
Les torchères au sol multipoints (MPGF) ou, dans le jargon de John Zink (Linear Relief Gas Oxidizer – LRGO), présentent plusieurs avantages. Un MPGF est une torche composée de plusieurs brûleurs regroupés en étages. Ces groupes de brûleurs sont mis en service et retirés du service en fonction du taux de secours. En règle générale, chaque rangée de brûleurs aura deux pilotes, le premier étage ayant potentiellement un pilote sur chaque brûleur. La première étape d’un MPGF aura une faible exigence de purge. Souvent, le taux de purge est défini par le taux de balayage souhaité par l’utilisateur final dans l’en-tête et non par le taux nécessaire pour empêcher l’oxygène d’entrer dans le premier étage. Lorsque les étages sont mis hors service, ils sont purgés avec de l’azote. Il existe de nombreux projets pilotes associés à un MPGF. La technologie Primus pourrait être appliquée à un MPGF réduisant le nombre de pilotes en service. Le plus grand avantage d’un MPGF est l’efficacité de destruction très élevée associée à de telles torches. De nombreux brûleurs MPGF ont été testés pour les émissions. Il n’est pas inhabituel que les organismes de réglementation autorisent de telles torches pour une efficacité de destruction de 99,5 %. (La majorité des données de test montrent des efficacités de destruction supérieures à 99,5 %.) 99,5 % d’ED représente une réduction de 75 % des émissions d’hydrocarbures non brûlés contre 98 % d’ED. L’inconvénient d’un MPGF est la nécessité que le pouvoir calorifique du gaz d’évacuation soit relativement élevé (généralement 800 Btu/scf). Si les gaz d’évacuation à brûler ont un faible pouvoir calorifique, un gaz d’appoint doit être utilisé pour l’augmenter. Cette exigence limite généralement les MPGF aux applications qui ont un gaz d’évacuation à pouvoir calorifique élevé et constant.
Depuis
des décennies, John Zink fournit des dispositifs de réduction de purge. Ces appareils sont de deux types : le joint de vitesse (nom commercial Airrestor) et le joint de flottabilité (nom commercial Molecular Seal). Ces dispositifs réduisent la quantité de purge nécessaire pour maintenir les niveaux d’oxygène acceptables à l’intérieur de la cheminée. Une purge réduite signifie une réduction des émissions.
L’utilisation
de l’hydrogène est de plus en plus répandue alors que les entreprises s’efforcent de réduire les émissions de CO2. Le seul produit de la combustion de l’hydrogène est l’eau. John Zink a fourni des pilotes de torche à hydrogène à 100 % pendant des décennies, fournissant de tels pilotes pour les installations de lancement de véhicules spatiaux. Il s’agit d’une technologie éprouvée.
Stella Technology
John Zink a développé un système d’allumage direct par étincelle pour les pointes de fusée éclairante (Stella). L’objectif de l’aménagement était de créer des fusées éclairantes situées dans des endroits éloignés qui n’avaient pas accès aux services publics. En utilisant des systèmes de batteries solaires, une modification apportée à une torche de tuyau a permis à une étincelle à haute tension d’allumer de manière fiable la pointe de la torche. Les essais ont été effectués sur une gamme de vitesses de sortie des gaz d’évacuation (de très faibles à Mach 1), une gamme de vitesses et de directions du vent, avec et sans pluie. La technologie a été testée à la fois dans une orientation horizontale (orientation typique de l’évasement de fosse) ainsi que dans une orientation verticale, et la fiabilité de l’allumage était élevée pour toutes les configurations. (Remarque : des réglementations spécifiques à chaque pays peuvent empêcher l’utilisation de cette technologie.) L’avantage de cette technologie est l’absence de gaz pilote et des émissions associées.
La
façon la plus avantageuse de réduire les émissions de CO2 provenant des torchères est d’éviter les perturbations du processus qui déclenchent des événements de torchage. La plupart des grands opérateurs disposent de capacités analytiques qui peuvent utiliser les données historiques pour prédire les événements de torchage potentiels, ce qui permet de les réduire ou de les éviter complètement.
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