موضوعات القطاع
عبر تاريخ البشرية، غالبًا ما كانت تحسينات جودة الحياة مصحوبة بآثار جانبية ضارة. على سبيل المثال، أحرزت صحة الفم تقدمًا كبيرًا بفضل فلورة المياه. وفي الوقت نفسه، هناك مؤشرات على أن الإفراط في الفلورايد يساهم في إضعاف العظام والأربطة، وقد يزيد من تفاقم الأمراض النفسية. تستجيب الأبحاث العلمية لمثل هذه القضايا بالبحث عن طرق للاحتفاظ بالفوائد مع تخفيف الآثار الجانبية. يجري هذا النوع من التحقيقات عبر الطيف الواسع من العلوم الطبيعية والتطبيقية. ومن النتائج الجانبية الممتازة لهذا الاكتشاف استخدام حرق الغاز الزائد في استعادة ومعالجة الوقود.
عند استخراج وتكرير البترول أو الغاز الطبيعي أو مصادر الطاقة الأخرى، توجد غازات مصاحبة لا تكون بالضرورة مفيدة — وقد تعيق — إنتاج الوقود من حيث السلامة والكفاءة. يشير حرق الغاز الزائد ببساطة إلى حرق الغاز الذي يعد فائضًا عن الحاجة لتطوير مصدر الطاقة. باستخدام مدخنة أو ذراع يتم من خلالها نقل الغاز الزائد، يوجه الفنيون المركبات غير المرغوب فيها إلى الطرف حيث تتفاعل مع الهواء. هذا التفاعل يمكن التعرف عليه للعديد ممن قد يرون لهبًا فوق برج في حقول النفط أو منشآت معالجة الوقود.
يتم حرق النفط والغاز الزائد من أجل صحة وسلامة العمال. أحد المخاطر الواضحة التي يعالجها حرق الغاز الزائد هو التراكم الخطير للضغط في الأنابيب والخزانات، والذي قد يؤدي إلى انفجار. مستفيد آخر من حرق الغاز الزائد هو الغلاف الجوي: يطلق الاحتراق عند طرف الشعلة بخار الماء وثاني أكسيد الكربون (CO₂) ولكنه يحيد أيضًا تأثيرات ثاني أكسيد الكبريت والمركبات العضوية المتطايرة الأخرى. وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA)، "تنطبق تخفيضات انبعاثات الميثان البالغة 2,000 Mcf (مليون قدم مكعب) سنويًا على شعلة واحدة ذات طيار واحد."
تبدأ أنظمة حرق الغاز الزائد بتدفق مدخل لتنظيم ضغط الغاز الطبيعي أو النفط الخام الوارد. يتقدم التدفق إلى خزان فصل السوائل حيث تنفصل السوائل والأبخرة. ومن هناك، يتدفق الغاز إلى خزان ختم ارتداد اللهب (flashback seal drum). ومع ذلك، يوجد إجراء وقائي لهذا الانتقال: يجب أن يقع الضغط ضمن نطاق معين قبل أن يفتح خزان ختم ارتداد اللهب. يُضخ غاز التطهير في الخزان لطرد أي بقايا من الغاز القابل للاحتراق. وبذلك، يمنع النظام اللهب الموجود فوق مدخنة الشعلة من النزول وإحداث أضرار. عندئذٍ فقط يمكن للغاز أن يدخل مدخنة الشعلة.
غالبًا ما يخلط الناس بين حرق الغاز الزائد والتهوية. في الواقع، التهوية هي إطلاق منظم للغازات في الغلاف الجوي خلال مرحلة الإنتاج من عملية استخراج الطاقة. لا يحدث احتراق في التهوية، بينما حرق الغاز الزائد هو حرق متحكم فيه للغازات الزائدة خلال كل من مراحل الإنتاج والمعالجة.
على الرغم من أن حرق الغاز الزائد يحمي الغلاف الجوي ظاهريًا من المركبات العضوية السامة والمتطايرة، إلا أنه يظل مسؤولاً عن إطلاق CO₂ والميثان (CH₄). ومن المعروف أن هذه المركبات تساهم بشكل كبير في الاحتباس الحراري، وهذا موثق جيدًا. في الواقع، تركز دراسات عامة وخاصة لا حصر لها على انبعاثات CH₄ وحدها: تصل بعض التقديرات من منشآت الغاز الطبيعي المستهدفة إلى 10 بالمائة من إجمالي الانبعاثات. ومع ذلك، فإن CH₄ ليس النتيجة الوحيدة لحرق الغاز الطبيعي الزائد. هناك مكون آخر لهذا الحرق الزائد وهو ما يعرف بالكربون الأسود، أي تلوث الهواء بالجسيمات الدقيقة. يعرفه الشخص العادي بالسخام. وهو ناتج عن الاحتراق غير الكامل للنفط أو الغاز الطبيعي أو الخشب، من بين مصادر وقود أخرى. بينما يمتلك الكربون الأسود عمرًا قصيرًا كتهديد للغلاف الجوي، فإنه يمكن أن يسبب الكثير من الضرر في هذا الوقت القصير. من المعروف أنه يسبب تأثيرًا ضارًا على المحاصيل والتربة والمحيط المتجمد (أي الجليد والثلوج)، بالإضافة إلى صحة الإنسان ورفاهيته. وقد ثبت أن تقليل الكربون الأسود حتى بمقدار متواضع يخفف من هذه المشاكل.
إن إيجاد علاجات للآثار الجانبية السلبية لحرق الغاز الزائد هو سعي مستمر. في حالة الغاز الطبيعي، لا يكون حرق الغاز الزائد ضرورة ملحة إذا كان هناك وصول فوري لخطوط الأنابيب التي يمكن من خلالها نقل الغاز إلى محطة معالجة للتنقية. في غياب تلك البنية التحتية، على أي حال، توجد تكنولوجيا أخرى تشير إلى استعادة الغاز الزائد. في تايوان، على سبيل المثال، يتم الآن تركيب ضواغط على أنظمة حرق الغاز في المصافي — بموجب القانون — بحيث يتم توجيه العادم إلى شعلة أرضية، وهي شعلة مغلقة تمامًا أثناء الاحتراق. فقط عندما يتجاوز حجم المعالجة عتبة معينة، سيستوعب تصميم مدخنة الشعلة العادم الزائد. يوفر نظام استعادة الغاز الزائد هذا بديلاً أكثر صداقة للبيئة.
يُشار أحيانًا إلى الغاز الحيوي على أنه غاز طبيعي متجدد، وهو ميثان مشتق من المواد العضوية. تُعرف المواد العضوية، التي تُطلق عليها ركيزة في إنتاج الغاز الحيوي، بأنها تتراوح من الأوراق المتحللة وجثث الحيوانات؛ ونفايات الطعام والسماد العضوي؛ ومخلفات الحيوانات البرية وسماد الماشية؛ ومياه الصرف الصحي، على سبيل المثال. عندما تُحرم هذه المواد من الأكسجين، يحدث الهضم اللاهوائي حيث تتحلل المادة كيميائيًا بواسطة البكتيريا على عدة مراحل. وعندما تحدث التفاعلات النهائية، يُطلق كل من CH₄ و CO₂ من الركيزة. تسمح تكنولوجيا الهاضم اللاهوائي الآن بمعالجة الركيزة بكميات كبيرة وجمع وتنقية الغاز الحيوي لاستخدامه كوقود للمركبات ولتحويله إلى كهرباء.
اعتمادًا على نوع المادة العضوية التي تعمل كركيزة، قد يتم أولاً سحقها للحصول على قوام أكثر تجانسًا. من هذه النقطة، تدخل الركيزة خزان الهضم حيث يتم تسخينها، غالبًا إلى أكثر من 100 درجة فهرنهايت. عندما تكتمل فترة التخمير هذه — 20 يومًا أو أكثر — يتكون ما بين 40 و 70 بالمائة من الناتج الغازي من الميثان. البقية تتكون أساسًا من CO₂ وبعض الكميات الضئيلة من المركبات الملوثة. تتوفر العديد من الوسائل لفصل CH₄، بما في ذلك الامتصاص والامتزاز والترشيح الغشائي. ما تبقى من الركيزة، والذي يسمى الآن المهضوم، يعمل كسماد قوي للمحاصيل الزراعية.
من بين المركبات التي تضر بأداء الغاز الحيوي أو تهدد الصحة والكفاءة ما يلي: بخار الماء؛ كبريتيد الهيدروجين؛ مركبات الهالوجين؛ الأمونيا؛ السيلوكسانات؛ المركبات العضوية المتطايرة. وقد تكون الجسيمات الشبيهة بالكربون الأسود موجودة أيضًا في الغاز الحيوي الخام. هذه الشوائب لا تثبط كفاءة الوقود فحسب، بل يمكن أن تسبب أيضًا تآكلًا في الحاويات والمجاري التي يتم نقل الغاز الحيوي عبرها.
أظهرت الطرق الشائعة للإزالة فعاليتها في تنقية الميثان للاستخدام في الطاقة. الامتصاص — إحدى طرق الترقية هي تمرير الغاز الحيوي عبر عمود من محلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، الذي يمتص الملوثات أثناء مرور CH₄. الامتزاز — يتضمن ذلك جعل الغاز الحيوي يتلامس مع سطح صلب مصنوع من أكسيد الحديد، الكربون المنشط، هلام السيليكا و/أو مركبات أخرى تتسبب في التصاق جزيئات الغاز غير المرغوب فيها بالسطح. الأغشية — تُستخدم مواد مسامية تمر من خلالها جزيئات الغاز غير النقي بينما تُحبس جزيئات الميثان.
غالبًا ما تكون الكتلة الحيوية الموجودة في محطات الصرف الصحي أو مدافن النفايات غنية بالمركبات الغازية الملوثة. تختار بعض هذه المنشآت نظام حرق الغاز الحيوي الزائد. غالبًا ما يتم حرق غاز مكب النفايات في شعلة غاز حيوي مغلقة. قد يكون الحرق مستمرًا أو يمكن أن يتم بشكل متقطع. الأول يقلل من كمية الميثان المنبعثة في الغلاف الجوي بينما يأخذ الأخير في الاعتبار حالة معدات تحويل الطاقة. تجدر الإشارة إلى أن الغاز الحيوي محايد كربونيًا، لذا فإن أي انبعاث لـ CO₂ لا يُحسب كغازات دفيئة إضافية. استخدام الغاز الحيوي لإنتاج الطاقة يحد بطبيعته من حجم الميثان المتصاعد في الغلاف الجوي سواء تم استخدام الحرق الزائد أم لا. وبالتالي، يسبب الحرق الزائد مشاكل بيئية أقل عند حرق الغاز الحيوي منه عند حرق الغاز الطبيعي من الرواسب الجيولوجية. وغني عن القول أن الحرق الزائد المغلق أكثر صداقة للبيئة. غالبًا ما يعتمد قرار حرق الغاز الزائد أو استخدام تقنية أخرى لإزالة الغازات الضارة على الركيزة التي ينتج عنها الغاز الحيوي.
يستخدم محترفو الطاقة حرق الغاز الزائد لحرق الغازات العادمة عند إنتاج وتكرير الغاز الطبيعي والبترول. بينما تطلق التهوية هذه الغازات مباشرة في الغلاف الجوي، فإن حرق الغاز الزائد (أي حرق الغازات) يطلق كمية أقل ويدمر المزيد. ومع ذلك، توجد سلبيات بيئية مرتبطة بأنظمة استعادة الغاز الزائد. يظل الميثان، وهو غاز دفيئة رئيسي، ينبعث من مدخنة الشعلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكربون الأسود الجسيمي هو أيضًا نتيجة للحرق. يتم حرق الغاز الحيوي أيضًا في بعض الحالات. يتم تخفيف العواقب غير المرغوبة للحرق الزائد بالوقود الأحفوري إلى حد ما عند استخدام الغاز الحيوي.
تحدث مع متخصص
هل لديك أسئلة حول وقف أو تقليل حرق الغاز الزائد في منشأتك؟
