Recuperação de gás de flare

A recuperação de gás de flare é uma tecnologia comprovada que recupera o gás de ventilação de flare e o comprime no sistema de combustível da planta. Em vez de a energia dos gases de ventilação ser queimada em um flare, essa energia é liberada em fornos e caldeiras, reduzindo a quantidade de combustível necessária para um processo, o que, por sua vez, reduz as emissões gerais de CO2 de uma planta. Um sistema de recuperação de gás de queima (FGRS) bem projetado pode reduzir a quantidade de gás queimado em 90% ou mais. Outro benefício da combustão dos gases de ventilação em um forno/caldeira é a melhoria da eficiência de destruição e a redução das emissões de NOx.

Discussão rápida sobre metano

O metano é um componente comum do gás de ventilação nas indústrias de produção, refino e petroquímica. A EPA dos EUA estimou o potencial de aquecimento global (GWP) do metano em 27 a 30 em um período de 100 anos. Isso significa que 1 tonelada de metano na atmosfera terá um efeito de captura de calor semelhante ao  de 27 a 30 toneladas de CO2 ao longo de 100 anos. Enquanto o CO2 permanecerá na atmosfera por milhares de anos, o metano, em média, fica na atmosfera apenas por 10 anos. Isso significa que o GWP do metano em um período de 10 anos está na faixa de 270 a 300. Quando o metano queima completamente, ele produz aproximadamente 2,74 unidades de massa de CO2 por unidade de massa de metano. Consequentemente, quando o metano escapa para a atmosfera, ele captura cerca de 10 vezes (29 / 2,74 = 10,6) mais calor do que se tivesse sido queimado em CO2 durante um período de 100 anos. O metano representa aproximadamente 11% de todas as emissões de gases de efeito estufa dos EUA.

Discussão rápida sobre NO2

NO2 é outro gás de efeito estufa e é estimado pela EPA em um GWP de 273 em 100 anos. O NO2 permanece na atmosfera por mais de 100 anos. As emissões de NOx das chamas são normalmente desconhecidas e não mensuráveis. O NO2 representa aproximadamente 7% de todas as emissões de gases de efeito estufa dos EUA. (Nota: A maior parte do NOx formado na combustão é NO, mas uma vez na atmosfera, ele se converte em NO2.)

Muitos flares nos EUA são permitidos com uma eficiência de destruição (DE) assumida de 98%. Se essa suposição estiver correta, 2% dos gases de ventilação são liberados para a atmosfera. Assumindo uma composição de gás de ventilação de 100% de metano, 2% de ventilação significa que a capacidade de absorção de calor das emissões de flare vai de 2,74 unidades de massa de CO2 por massa de metano para aproximadamente 3,27 unidades de massa de CO2 equivalente (2,74 x 0,98 + 29 x 0,02) por massa de metano, um aumento de 19%. A combustão em um forno ou caldeira é monitorada e a quantidade de hidrocarbonetos não queimados que sai de um forno é normalmente muito baixa. Simplesmente queimando o gás de ventilação em um ambiente mais controlado, as emissões de gases de efeito estufa são reduzidas em cerca de 16% (1 -2,74 / 3,27) com base na composição assumida de DE e gás de ventilação.

Além do aumento da eficiência de destruição, os fornos/caldeiras têm melhor controle sobre as emissões de NOx. Isso normalmente é obtido usando a tecnologia de queimador de baixo NOx, mas alguns sistemas também usam redução de NOx a jusante, como redução catalítica seletiva (SCR) e redução não catalítica seletiva (SNCR).

A necessidade de flares não é eliminada com a instalação de um FGRS por alguns motivos. Primeiro, não é prático projetar um FGRS para casos de emergência muito grandes. A frequência de casos tão grandes é baixa e o aumento do custo de capital do FGRS para lidar com essas taxas de fluxo não se justifica. Em segundo lugar, uma falha de energia (geralmente um dos maiores cenários de alívio) também desativará um FGRS. Portanto, um surto está sempre associado a um FGRS. Um método comum de anexar um alargamento ao cabeçote do alargamento é com uma vedação líquida, mas as válvulas também podem ser usadas para essa finalidade. Um flare que faz parte de um sistema contendo um FGRS é denominado flare "stand-by". As chamas de espera oferecem algumas oportunidades para reduzir as emissões de gases de efeito estufa.

Flares de espera e purga de nitrogênio

Os flares de stand-by normalmente não recebem gás de ventilação. Como o flare não está recebendo gás de ventilação, as desvantagens de uma purga de nitrogênio são mitigadas. A principal preocupação com o uso de nitrogênio como gás de purga é o potencial de gerar misturas de gases pobres que não queimam bem, liberando alguns ou todos os hidrocarbonetos. Se o flare não estiver recebendo nenhum gás de ventilação, não há risco de criar uma mistura pobre e o nitrogênio pode ser usado para manter o oxigênio fora da pilha de flare. A preocupação com a mistura de gás pobre ocorreria novamente se pequenas vazões de gás de ventilação fossem descarregadas na pilha de queima purgada com nitrogênio. Se a ponta de flare de espera for assistida por vapor, outro benefício da purga de nitrogênio é a capacidade de reduzir o fluxo mínimo de vapor para o necessário para manter as linhas aquecidas (taxa de aquecimento), que é menor do que a taxa de resfriamento tradicional. Se a ponta de flare de reserva for assistida por ar, outro benefício da purga de nitrogênio é a capacidade de desligar todos os sopradores que economizam energia.

Os flares de stand-by e

os flares de stand-by Primus também oferecem uma oportunidade de reduzir as emissões do piloto. A tecnologia Primus é um sistema de ignição piloto rápida desenvolvido pela JZ que acenderá rapidamente (5 segundos ou menos) um piloto, mesmo que o combustível em uma linha de combustível tenha sido deslocado com ar. A preocupação com essa tecnologia é a confiabilidade, dada a importância da ignição por flare. Uma abordagem para reduzir essa preocupação envolve deixar um piloto ligado e desligar o resto. A cada dia, um piloto será acionado e, uma vez verificado, o piloto acionado anteriormente será desligado. A quantidade de redução de emissões de pilotos dependerá do número de pilotos. (Uma ponta de flare com três pilotos experimentaria uma redução de 66% nas emissões do piloto.) Isso permite que cada piloto equipado com Primus seja verificado funcionalmente uma vez a cada poucos dias. Se a pressão do cabeçote a montante do flare de espera atingir alguma pressão elevada, todos os pilotos serão acionados.

Sinalizadores encenados

Mesmo que um FGRS não esteja instalado, há benefícios em encenar. Um sistema de flare em etapas consiste em um pequeno flare que recebe as taxas diárias normais e um grande flare de emergência conectado ao cabeçote por meio de uma vedação de líquido ou válvulas. O flare primário menor tem requisitos de purga mais baixos e é mais eficiente na combustão sem fumaça do gás de ventilação do que uma única ponta de flare grande projetada para toda a gama de operação. A contagem de pilotos aumentará com um sinalizador em etapas. O sinalizador de emergência pode ter de três a quatro pilotos, enquanto o sinalizador primário normalmente terá dois ou mais. O uso do Primus no flare de emergência pode reduzir o número de pilotos em operação para ser igual ou ligeiramente menor que um único flare grande. O grande flare de emergência pode aproveitar todos os benefícios de um flare de espera (purga N2, Primus).

Flares multiponto encenados Flares

de solo multiponto (MPGF) ou, no jargão de John Zink (Linear Relief Gas Oxidizer – LRGO) têm várias vantagens. Um MPGF é um flare composto de muitos queimadores agrupados em estágios. Esses grupos de queimadores são colocados em serviço e retirados de serviço, dependendo da taxa de alívio. Normalmente, cada fileira de queimadores terá dois pilotos, com o primeiro estágio potencialmente tendo um piloto em cada queimador. O primeiro estágio de um MPGF terá um baixo requisito de purga. Muitas vezes, a taxa de purga é definida pela taxa de varredura desejada pelo usuário final dentro do cabeçalho e não pela taxa necessária para manter o oxigênio fora do primeiro estágio. Quando os estágios são retirados de serviço, eles são purgados com nitrogênio. Existem muitos pilotos associados a um MPGF. A tecnologia Primus pode ser aplicada a um MPGF, reduzindo o número de pilotos em serviço. O maior benefício de um MPGF é a eficiência de destruição muito alta associada a tais flares. Muitos queimadores MPGF foram testados quanto às emissões. Não é incomum que os reguladores permitam tais flares para 99,5% de eficiência de destruição. (A maioria dos dados de teste mostra eficiências de destruição superiores a 99,5%.) 99,5% DE é uma redução de 75% nas emissões de hidrocarbonetos não queimados em comparação com 98% DE. A desvantagem de um MPGF é a necessidade de o poder calorífico do gás de ventilação ser relativamente alto (normalmente 800 Btu / scf). Se os gases de ventilação a serem queimados tiverem um baixo poder calorífico, um gás suplementar deve ser usado para aumentá-lo. Esse requisito geralmente limita os MPGFs a aplicações que possuem gás de ventilação de alto valor calorífico.

Dispositivos de redução de purga

Por décadas, a John Zink forneceu dispositivos de redução de purga. Esses dispositivos vêm em dois tipos: vedação de velocidade (nome comercial Airrestor) e vedação de flutuabilidade (nome comercial Molecular Seal). Esses dispositivos reduzem a quantidade de purga necessária para manter os níveis de oxigênio dentro da pilha aceitáveis. Redução da purga significa redução das emissões.

Combustível de hidrogênio

O uso de hidrogênio está se tornando mais prevalente à medida que as empresas trabalham para reduzir as emissões de CO2. O único produto da combustão do hidrogênio é a água. John Zink forneceu pilotos de flare 100% de hidrogênio por décadas, fornecendo esses pilotos para instalações de lançamento de veículos espaciais. Esta é uma tecnologia comprovada.

Stella Technology

John Zink desenvolveu um sistema de ignição por faísca direta para pontas de flare (Stella). O objetivo do desenvolvimento era para poços localizados em locais remotos que não tinham acesso a serviços públicos. Ao usar sistemas de bateria solar, uma modificação em um flare de tubo permitiu que uma faísca de alta tensão acendesse de forma confiável a ponta do flare. Os testes foram realizados em uma faixa de velocidades de saída do gás de ventilação (de muito baixa a Mach 1), uma variedade de velocidades do vento, direções do vento, com e sem chuva. A tecnologia foi testada tanto na orientação horizontal (orientação típica do alargamento do poço) quanto na orientação vertical e a confiabilidade da ignição foi alta para todas as configurações. (Observação: os regulamentos específicos do país podem impedir o uso dessa tecnologia.) O benefício dessa tecnologia é a ausência de gás piloto e as emissões associadas.

A

maneira mais benéfica de reduzir as emissões de CO2 das queimas é evitar transtornos no processo que desencadeiam eventos  de queima. A maioria dos principais operadores tem recursos analíticos que podem usar dados históricos para prever possíveis eventos de queima, permitindo que os eventos sejam reduzidos ou evitados completamente.  

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