Рекуперация факельного газа

Рекуперация факельного газа — это проверенная технология, которая восстанавливает факельный газ и сжимает его в топливной системе завода. Вместо того, чтобы сжигать энергию выхлопных газов при сжигании на факеле, эта энергия выделяется в печи и котлы, уменьшая количество топлива, необходимого для процесса, что, в свою очередь, снижает общие выбросы CO2 от установки. Хорошо спроектированная система утилизации факельного газа (FGRS) может снизить количество сжигаемого газа на 90% и более. Еще одним преимуществом сжигания выхлопных газов в печи/котле является повышенная эффективность разрушения и снижение выбросов NOx.

Краткое обсуждение метана

Метан является распространенным компонентом вентиляционного газа в добывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США, потенциал глобального потепления (ПГП) метана составляет от 27 до 30 за 100-летний период. Это означает, что 1 тонна метана в  атмосфере будет иметь такой же эффект улавливания тепла, как от 27 до 30 тонн CO2 в течение 100 лет. В то время как CO2 будет оставаться в атмосфере в течение тысяч лет, метан в среднем будет находиться в атмосфере только в течение 10 лет. Это означает, что ПГП метана за 10-летний период находится в диапазоне от 270 до 300. Когда метан полностью сгорает, он производит примерно 2,74 единицы массы CO2 на единицу массы метана. Следовательно, когда метан улетучивается в атмосферу, он улавливает примерно в 10 раз (29/2,74 = 10,6) больше тепла, чем если бы он был сожжен до CO2 за 100-летний период. На метан приходится примерно 11% всех выбросов парниковых газов в США.

NO2

NO2 является еще одним парниковым газом, и, по оценкам EPA, его ПГП составляет 273 в течение 100 лет. NO2 остается в атмосфере более 100 лет. Выбросы NOx от факелов, как правило, неизвестны и не поддаются измерению. На долю NO2 приходится примерно 7% всех выбросов парниковых газов в США. (Примечание: Большая часть NOx, образующихся при сгорании, является NO2, но после попадания в атмосферу она превращается в NO2.)

Многие факелы в США разрешены с предполагаемой эффективностью уничтожения (DE) 98%. Если это предположение верно, то 2% вентиляционных газов выбрасывается в атмосферу. Предполагая, что газоотводный состав состоит из 100% метана, сброс 2% означает, что теплопоглощающая способность факельных выбросов изменяется от 2,74 единиц массы CO2 на массу метана до примерно 3,27 единиц массы эквивалента CO2 (2,74 x 0,98 + 29 x 0,02) на массу метана, т.е. увеличение на 19%. Горение в печи или котле контролируется, и количество несгоревших углеводородов, выходящих из печи, обычно очень низкое. При простом сжигании вентиляционного газа в более контролируемой среде выбросы парниковых газов сокращаются примерно на 16% (1-2,74/3,27) в зависимости от предполагаемого DE и состава вентиляционных газов.

Помимо повышения эффективности разрушения, печи/котлы имеют лучший контроль над выбросами NOx. Обычно это достигается за счет использования технологии сжигания с низким уровнем выбросов NOx, но в некоторых системах также используется последующая система снижения выбросов NOx, такая как селективное каталитическое восстановление (SCR) и селективное некаталитическое восстановление (SNCR).

Необходимость в сигнальных ракетах не устраняется с установкой FGRS по нескольким причинам. Во-первых, нецелесообразно проектировать FGRS для очень крупных экстренных случаев. Частота таких крупных случаев невелика, и повышенные капитальные затраты на FGRS для обработки этих скоростей потока не оправданы. Во-вторых, сбой в электроснабжении (часто один из самых больших сценариев разгрузки) также приведет к выведению из строя FGRS. Следовательно, сигнальная ракета всегда ассоциируется с FGRS. Распространенным методом крепления развальцовки к развальцовочному коллектору является жидкостное уплотнение, но для этой цели также можно использовать клапаны. Факел, который является частью системы, содержащей FGRS, называется «резервным» факелом. Резервные факелы предлагают несколько возможностей для сокращения выбросов парниковых газов.

Резервные факелы и продувка азотом

Резервные факелы обычно не получают газоотводных газов. Поскольку факел не получает вентиляционный газ, недостатки продувки азотом смягчаются. Основной проблемой использования азота в качестве продувочного газа является возможность образования смесей обедненных газов, которые плохо горят, отводя часть или все углеводороды. Если факел не получает вентиляционный газ, то риск образования обедненной смеси отсутствует, и азот может быть использован для предотвращения попадания кислорода в факельную трубу. Проблема смеси обедненных газов снова возникнет, если небольшие потоки вентиляционного газа будут сбрасываться в факельную трубу, продуваемую азотом. Если резервный факельный наконечник работает с паром, еще одним преимуществом азотной продувки является возможность уменьшить минимальный поток пара до уровня, необходимого для поддержания теплоты линий (скорость нагрева), которая ниже традиционной скорости охлаждения. Если резервный факельный наконечник имеет воздушную поддержку, еще одним преимуществом азотной продувки является возможность перекрыть все воздуходувки, что экономит энергию.

Резервные факелы Stand-by и Primus

Stand-by факелы также дают возможность сократить выбросы пилотов. Технология Primus представляет собой систему быстрого зажигания пилота, разработанную компанией JZ, которая быстро воспламеняет (5 секунд или меньше) пилота, даже если топливо в топливной магистрали было вытеснено воздухом. Проблема с такой технологией заключается в надежности, учитывая важность зажигания факела. Подход к уменьшению этой проблемы заключается в том, чтобы оставить одного пилота включенным и выключить остальных. Каждый день пилот будет зажигаться, и после проверки ранее зажженный пилот будет выключен. Объем пилотного сокращения выбросов будет зависеть от количества пилотов. (Факельный наконечник с тремя пилотами сократит выбросы пилота на 66%.) Это позволяет каждому пилоту, оснащенному Primus, проходить функциональную проверку один раз в несколько дней. Если давление в коллекторе перед резервным факелом достигнет некоторого повышенного давления, все пилоты будут воспламенены.

Поэтапные факелы

Даже если FGRS не установлена, постановка имеет свои преимущества. Ступенчатая факельная система состоит из небольшого факела, на который поступают обычные суточные нормы, и большого аварийного резервного факела, подключенного к коллектору через жидкостное уплотнение или клапаны. Меньший по размеру факель имеет меньшие требования к продувке и более эффективен при бездымном сгорании газоотводных газов, чем один большой факельный наконечник, предназначенный для полного диапазона работы. Количество пилотов будет увеличиваться с помощью постановочной сигнальной ракеты. У аварийной ракеты может быть от трех до четырех пилотов, в то время как у основной вспышки обычно бывает два или более. Использование Primus на аварийной ракете может сократить количество пилотов до уровня или чуть меньше, чем при одной большой ракете. Большая аварийная факел может использовать все преимущества резервного факела (продувка N2, Primus).

Ступенчатые многоточечные факелы

Многоточечные факелы на землю (MPGF) или на языке Джона Цинка (Linear Relief Gas Oxidizer – LRGO) имеют ряд преимуществ. MPGF — это факел, состоящий из множества горелок, сгруппированных в ступени. Эти группы горелок принимаются на вооружение и выводятся из эксплуатации в зависимости от скорости разгрузки. Как правило, в каждом ряду горелок будет по два пилота, а на первой ступени потенциально будет пилот на каждой горелке. Первая ступень MPGF будет иметь низкие требования к продувке. Часто скорость продувки задается желаемой конечными пользователями скоростью развертки в коллекторе, а не скоростью, необходимой для предотвращения попадания кислорода на первую ступень. Когда ступени выводятся из эксплуатации, они продуваются азотом. Многие пилоты связаны с MPGF. Технология Primus может быть применена к MPGF, сокращая количество пилотов в эксплуатации. Самым большим преимуществом MPGF является очень высокая эффективность уничтожения, связанная с такими сигнальными ракетами. Многие горелки MPGF были проверены на уровень выбросов. Нет ничего необычного в том, что регулирующие органы разрешают такие факелы с эффективностью уничтожения 99,5%. (Большинство данных испытаний показывают эффективность разрушения выше 99,5%.) 99,5% ДЭ – это сокращение несгоревших выбросов углеводородов на 75% по сравнению с 98% ДЭ. Недостатком MPGF является необходимость относительно высокой теплотворной способности вентиляционного газа (обычно 800 БТЕ/scf). Если сжигаемые газообразные газы имеют низкую теплоту сгорания, то для ее повышения необходимо использовать дополнительный газ. Это требование обычно ограничивает MPGF применениями с постоянно высокой теплотворной способностью отводящих газов.

Устройства для уменьшения продувки

На протяжении десятилетий компания John Zink поставляет устройства для уменьшения продувки. Эти устройства бывают двух типов: скоростное уплотнение (торговое название Airrestor) и плавучее уплотнение (торговое название Molecular Seal). Эти устройства уменьшают объем продувки, необходимый для поддержания приемлемого уровня кислорода в дымовой трубе. Уменьшенная продувка означает снижение выбросов.

Использование

водорода становится все более распространенным, поскольку компании работают над сокращением выбросов CO2. Единственным продуктом сгорания водорода является вода. Джон Цинк на протяжении десятилетий предоставлял пилотов на 100% водородных факелах, предоставляя таких пилотов для запуска космических аппаратов. Это проверенная технология.

Компания Stella Technology

Джон Цинк разработала систему прямого искрового зажигания для развальцовочных наконечников (Stella). Цель разработки заключалась в том, чтобы факелы котлована располагались в отдаленных местах, не имеющих доступа к инженерным коммуникациям. Благодаря использованию систем солнечных батарей модификация факела позволила высоковольтной искре надежно воспламенить факельный наконечник. Испытания проводились в диапазоне скоростей выхода вентиляционных газов (от очень низких до 1 Маха), диапазоне скоростей ветра, направлениях ветра, с дождем и без него. Технология была протестирована как в горизонтальной ориентации (типичная ориентация факела), так и в вертикальной, и надежность воспламенения была высокой для всех конфигураций. (Примечание. Использование этой технологии может быть запрещено в соответствии с законодательством конкретной страны.) Преимуществом данной технологии является отсутствие пилотного газа и связанных с ним выбросов.

Предотвращение факельного сжигания

Наиболее эффективным способом сокращения выбросов CO2 от факельных сжиганий является предотвращение технологических сбоев, которые приводят к факельному сжиганию.  Большинство крупных операторов обладают аналитическими возможностями, которые могут использовать исторические данные для прогнозирования потенциальных факельных сжиганий, что позволяет либо сократить, либо полностью исключить эти события.  

Партнерство с Джоном Цинком

Благодаря проверенным решениям, таким как рекуперация факельного газа, системы зажигания Primus и технологии поэтапного сжигания, мы предоставляем опыт и инновации, необходимые для достижения целей в области нормативно-правового соответствия и устойчивого развития. Готовы узнать, как наши решения могут помочь вашему предприятию сократить выбросы и повысить эффективность? Свяжитесь с нашими экспертами уже сегодня.