플레어 가스 회수

플레어 가스 회수는 플레어 벤트 가스를 회수하여 플랜트 연료 시스템으로 압축하는 입증된 기술입니다. 벤트 가스의 에너지가 플레어에서 연소되는 대신 해당 에너지가 용광로와 보일러로 방출되어 공정에 필요한 연료의 양을 줄여 플랜트의 전체 CO2 배출량을 줄입니다. 잘 설계된 플레어 가스 회수 시스템(FGRS)은 플레어되는 가스의 양을 90% 이상 줄일 수 있습니다. 용광로/보일러에서 배출 가스를 연소시키는 또 다른 이점은 파괴 효율이 향상되고 NOx 배출이 감소한다는 것입니다.

메탄에 대한 간략한 논의

메탄은 생산, 정유 및 석유 화학 산업에서 흔히 사용되는 배기 가스 구성 요소입니다. 미국 환경보호청(EPA)은 100년 동안 메탄의 지구 온난화 지수(GWP)를 27에서 30으로 추정했습니다. 이는 대기 중  1톤의 메탄이 100년 동안 27-30톤의 CO2와 유사한 열 포집 효과를 갖는다는 것을 의미합니다. CO2는 수천 년 동안 대기 중에 남아 있지만 메탄은 평균적으로 10년 동안만 대기 중에 있습니다. 이는 10년 동안 메탄의 GWP가 270에서 300 사이임을 의미합니다. 메탄이 완전히 연소되면 메탄 질량 단위당 약 2.74 질량 단위의 CO2를 생성합니다. 결과적으로 메탄이 대기 중으로 빠져나갈 때 100년 동안 CO2로 연소되었을 때보다 약 10배(29/2.74 = 10.6) 더 많은 열을 흡수합니다. 메탄은 미국 전체 온실가스 배출량의 약 11%를 차지합니다.

NO2에 대한 빠른 논의

NO2는 또 다른 온실 가스이며 EPA는 100 년 동안 273의 GWP를 갖는 것으로 추정합니다. NO2는 100년 이상 대기 중에 남아 있습니다. 플레어의 NOx 배출은 일반적으로 알려지지 않았으며 측정할 수 없습니다. NO2는 미국 전체 온실 가스 배출량의 약 7%를 차지합니다. (참고: 연소 시 형성되는 대부분의 NOx는 NO이지만 대기 중에서는 NO2로 전환됩니다.)

미국에서는 많은 플레어가 98%의 파괴 효율(DE)로 허용됩니다. 이 가정이 맞다면 배출 가스의 2%가 대기로 배출됩니다. 벤트 가스 조성이 100% 메탄이라고 가정할 때, 2% 벤팅은 플레어 방출의 열 흡수 용량이 메탄 질량당 CO2의 2.74 질량 단위에서 메탄 질량당 CO2 등가물의 약 3.27 질량 단위(2.74 x 0.98 + 29 x 0.02)로 19% 증가함을 의미합니다. 용광로 또는 보일러에서의 연소가 모니터링되며 용광로를 떠나는 연소되지 않은 탄화수소의 양은 일반적으로 매우 적습니다. 보다 통제된 환경에서 배출 가스를 단순히 연소시킴으로써 가정된 DE 및 배출 가스 조성에 따라 온실 가스 배출량이 약 16%(1 -2.74/3.27) 감소합니다.

파괴 효율이 증가하는 것 외에도 용광로/보일러는 NOx 배출을 더 잘 제어할 수 있습니다. 이는 일반적으로 저NOx 버너 기술을 사용하여 달성되지만 일부 시스템에서는 선택적 촉매 환원(SCR) 및 선택적 비촉매 환원(SNCR)과 같은 다운스트림 NOx 저감도 사용합니다.

플레어의 필요성은 몇 가지 이유로 FGRS를 설치해도 제거되지 않습니다. 첫째, 매우 큰 응급 상황에 대해 FGRS를 설계하는 것은 실용적이지 않습니다. 이러한 대규모 사례의 빈도는 낮고 이러한 유속을 처리하기 위한 FGRS의 자본 비용 증가는 정당화되지 않습니다. 둘째, 정전(종종 가장 큰 구호 시나리오 중 하나)도 FGRS를 비활성화합니다. 따라서 플레어는 항상 FGRS와 연결됩니다. 플레어 헤더에 플레어를 부착하는 일반적인 방법은 액체 씰을 사용하는 것이지만 이러한 목적으로 밸브를 사용할 수도 있습니다. FGRS를 포함하는 시스템의 일부인 플레어를 "대기" 플레어라고 합니다. 대기 플레어는 온실 가스 배출을 줄일 수 있는 몇 가지 기회를 제공합니다.

대기 플레어 및 질소 퍼지

대기 플레어는 일반적으로 배기 가스를 받지 않습니다. 플레어는 배기 가스를 받지 않기 때문에 질소 퍼지의 단점이 완화됩니다. 질소를 퍼지 가스로 사용할 때의 주요 관심사는 연소가 잘 되지 않는 희박 가스 혼합물을 생성하여 탄화수소의 일부 또는 전부를 배출할 수 있다는 것입니다. 플레어가 배기 가스를 받지 않는 경우 희박 혼합물을 생성할 위험이 없으며 질소를 사용하여 플레어 스택에서 산소를 차단할 수 있습니다. 희박 가스 혼합 문제는 작은 유량의 벤트 가스가 질소 퍼지 플레어 스택으로 배출되는 경우 다시 발생합니다. 대기 플레어 팁이 스팀 지원인 경우 질소 퍼지의 또 다른 이점은 최소 스팀 유량을 기존 냉각 속도보다 낮은 라인의 보온(예열 속도)을 유지하는 데 필요한 수준으로 줄일 수 있다는 것입니다. 대기 플레어 팁이 공기 지원인 경우 질소 퍼지의 또 다른 이점은 에너지를 절약하는 모든 블로어를 차단할 수 있다는 것입니다.

대기 플레어와 프리머스

대기 플레어는 파일럿의 배기가스 배출을 줄일 수 있는 기회도 제공합니다. Primus 기술은 JZ에서 개발한 신속한 파일럿 점화 시스템으로, 연료 라인의 연료가 공기로 대체된 경우에도 파일럿을 빠르게 점화(5초 이하)합니다. 이러한 기술에 대한 우려는 플레어 점화의 중요성을 감안할 때 신뢰성입니다. 이러한 우려를 줄이기 위한 접근 방식은 조종사 한 명을 켜 두고 나머지는 끄는 것입니다. 매일 조종사가 점화되고 확인되면 이전에 점화된 조종사가 꺼집니다. 조종사의 배기가스 배출 감소량은 조종사 수에 따라 달라집니다. (3명의 조종사가 있는 플레어 팁은 조종사 배출량이 66% 감소합니다.) 이를 통해 Primus를 장착한 각 조종사는 며칠에 한 번씩 기능 검증을 받을 수 있습니다. 대기 플레어의 상류에 있는 헤더 압력이 어느 정도 상승된 압력에 도달하면 모든 조종사가 점화됩니다.

스테이징된 플레어

FGRS가 설치되어 있지 않더라도 스테이징에는 이점이 있습니다. 단계적 플레어 시스템은 정상적인 일일 요금을 받는 작은 플레어와 액체 씰 또는 밸브를 통해 헤더에 연결된 대형 비상 릴리프 대기 플레어로 구성됩니다. 더 작은 1차 플레어는 퍼지 요구 사항이 낮고 전체 작동 범위를 위해 설계된 단일 대형 플레어 팁보다 배기 가스의 무연 연소에 더 효율적입니다. 조종사 수는 단계적 플레어와 함께 증가합니다. 비상 플레어에는 3-4명의 조종사가 있을 수 있으며 1차 플레어에는 일반적으로 2명 이상이 있습니다. 비상 플레어에 Primus를 사용하면 작전 중인 조종사의 수를 단일 대형 플레어와 같거나 약간 줄일 수 있습니다. 대형 비상 플레어는 대기 플레어(N2 퍼지, Primus)의 모든 이점을 활용할 수 있습니다.

단계적 다지점 플레어,

MPGF(Multi-Point Ground Flares) 또는 John Zink 용어(선형 릴리프 가스 산화기 – LRGO)에는 몇 가지 장점이 있습니다. MPGF는 여러 단계로 그룹화된 많은 버너로 구성된 플레어입니다. 이러한 버너 그룹은 구제 비율에 따라 서비스에 투입되고 중단됩니다. 일반적으로 버너의 각 행에는 두 명의 조종사가 있으며 첫 번째 단계에서는 모든 버너에 조종사가 있을 수 있습니다. MPGF의 첫 번째 단계는 퍼지 요구 사항이 낮습니다. 퍼지 속도는 첫 번째 단계에서 산소를 차단하는 데 필요한 속도가 아니라 헤더 내에서 최종 사용자가 원하는 스윕 속도에 의해 설정되는 경우가 많습니다. 단계가 서비스를 중단하면 질소로 퍼지됩니다. MPGF와 관련된 많은 조종사가 있습니다. Primus 기술은 MPGF에 적용하여 운항 중인 조종사 수를 줄일 수 있습니다. MPGF의 가장 큰 이점은 이러한 플레어와 관련된 매우 높은 파괴 효율입니다. 많은 MPGF 버너가 배기 가스 테스트를 거쳤습니다. 규제 기관이 99.5%의 파괴 효율을 위해 이러한 플레어를 허용하는 것은 드문 일이 아닙니다. (대부분의 테스트 데이터는 99.5% 이상의 파괴 효율을 보여줍니다.) 99.5% DE는 98% DE에 비해 미연소 탄화수소 배출량이 75% 감소한 것입니다. MPGF의 단점은 배기 가스의 발열량이 상대적으로 높아야 한다는 것입니다(일반적으로 800Btu/scf). 연소되는 배기 가스의 발열량이 낮으면 보충 가스를 사용하여 발열량을 높여야 합니다. 이 요구 사항은 일반적으로 MPGF를 지속적으로 높은 발열량 벤트 가스가 있는 응용 분야로 제한합니다.

퍼지 감소 장치

John Zink는 수십 년 동안 퍼지 감소 장치를 공급해 왔습니다. 이러한 장치는 velocity seal(상품명 Airrestor)과 부력 씰(상품명 Molecular Seal)의 두 가지 유형으로 제공됩니다. 이러한 장치는 스택 내의 산소 수준을 허용 가능한 수준으로 유지하는 데 필요한 퍼지의 양을 줄입니다. 퍼지 감소는 배출량 감소를 의미합니다.

수소 연료

기업이 CO2 배출량을 줄이기 위해 노력함에 따라 수소 사용이 더욱 보편화되고 있습니다. 수소에서 연소되는 유일한 생성물은 물입니다. 존 징크(John Zink)는 수십 년 동안 100% 수소 플레어 조종사를 제공해 왔으며, 우주선 발사 시설에 이러한 조종사를 제공했다. 이것은 입증된 기술입니다.

Stella Technology

John Zink는 플레어 팁용 직접 스파크 점화 시스템(Stella)을 개발했습니다. 개발의 목적은 유틸리티에 액세스할 수 없는 원격 위치에 위치한 핏 플레어를 위한 것이었습니다. 태양 전지 시스템을 사용함으로써 파이프 플레어를 수정하면 고전압 스파크가 플레어 팁을 안정적으로 점화할 수 있습니다. 테스트는 다양한 배기 가스 출구 속도(매우 낮은 속도에서 마하 1까지), 다양한 풍속, 풍향, 비가 올 때와 내리지 않을 때 수행되었습니다. 이 기술은 수평 방향(일반적인 핏 플레어 방향)과 수직 방향 모두에서 테스트되었으며 모든 구성에서 점화 신뢰성이 높았습니다. (참고: 국가별 규정에 따라 이 기술의 사용이 금지될 수 있습니다.) 이 기술의 이점은 파일럿 가스 및 관련 배기 가스가 없다는 것입니다.

플레어링 방지

: 플레어로 인한 CO2 배출량을 줄이는 가장 유익한 방법은 플레어링 이벤트를 트리거하는 프로세스 혼란을 방지하는 것입니다.  대부분의 주요 운영자는 과거 데이터를 사용하여 잠재적인 플레어링 이벤트를 예측할 수 있는 분석 기능을 갖추고 있으며, 이를 통해 이벤트를 줄이거나 완전히 피할 수 있습니다.  

John Zink

와 파트너십 맺기플레어 가스 회수, Primus 점화 시스템 및 단계적 플레어링 기술과 같은 입증된 솔루션을 통해 규정 준수 및 지속 가능성 목표를 달성하는 데 필요한 전문 지식과 혁신을 제공합니다. 슈나이더 일렉트릭의 솔루션이 운영, 배출량 감소 및 효율성 개선에 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아볼 준비가 되셨습니까? 지금 바로 전문가와 상담하세요.