Sectorgerelateerde onderwerpen
Door de geschiedenis heen zijn verbeteringen in de levenskwaliteit vaak gepaard gegaan met schadelijke bijwerkingen. De mondgezondheid heeft bijvoorbeeld grote vorderingen gemaakt dankzij de fluoridering van water. Tegelijkertijd zijn er aanwijzingen dat te veel fluoride bijdraagt aan de verzwakking van botten en gewrichtsbanden, en psychologische pathologieën zou kunnen verergeren. Wetenschappelijk onderzoek reageert op dergelijke kwesties door te zoeken naar manieren om de voordelen te behouden en de bijwerkingen te verzachten. Dit soort onderzoek vindt plaats binnen het brede spectrum van natuurlijke en toegepaste wetenschappen. Een uitstekend bijproduct van een dergelijke ontdekking is het gebruik van affakkelen bij de winning en verwerking van brandstoffen.
Wanneer aardolie, aardgas of andere energiebronnen worden gewonnen en geraffineerd, komen er geassocieerde gassen vrij die niet noodzakelijk helpen – en zelfs de productie van brandstof in termen van veiligheid en efficiëntie kunnen belemmeren. Affakkelen verwijst eenvoudigweg naar het verbranden van gas dat overtollig is voor de ontwikkeling van de energiebron. Door gebruik te maken van een fakkel of fakkelboom waardoor het afgas stroomt, leiden technici de ongewenste verbindingen naar de top waar ze reageren met de lucht. Deze reactie is herkenbaar voor velen die een vlam boven op een toren zien bij olievelden of brandstofverwerkingsinstallaties.
Het affakkelen van olie en gas wordt ondernomen voor de gezondheid en veiligheid van werknemers. Eén duidelijk gevaar dat door affakkelen wordt aangepakt, is de gevaarlijke opbouw van druk in leidingen en tanks. Een dergelijke gebeurtenis zou tot een explosie kunnen leiden. Een andere begunstigde van affakkelen is de atmosfeer: verbranding aan de fakkeltip geeft waterdamp en kooldioxide (CO2) vrij, maar het neutraliseert ook de effecten van zwaveldioxide en andere vluchtige organische verbindingen. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) "gelden methaanemissiereducties van 2.000 Mcf (miljoen kubieke voet) per jaar voor één fakkel met één pilootvlam".
Gasfakkelsystemen beginnen met een inlaatstroom om de druk van binnenkomend aardgas of ruwe olie te reguleren. De stroom gaat naar een afscheidervat (knockout drum) waar vloeistof en damp gescheiden worden. Van daaruit stroomt het gas naar een vlamterugslagdichting (flashback seal drum). Er is echter een veiligheidsmechanisme voor deze overgang: de druk moet binnen een bepaald bereik vallen voordat de vlamterugslagdichting opent. Spoelgas wordt in het vat gepompt om eventuele restanten van brandbaar gas te verdrijven. Hiermee voorkomt het systeem dat de vlam boven op de fakkelinstallatie naar beneden komt en schade aanricht. Pas dan kan het gas de gasfakkel in.
Affakkelen en ontluchten (venting) worden vaak met elkaar verward. Ontluchten is feitelijk het gereguleerd vrijlaten van gassen in de atmosfeer tijdens de productiefase van het energie-extractieproces. Bij ontluchten vindt geen verbranding plaats, terwijl affakkelen de gecontroleerde verbranding van gassen is tijdens zowel de productie- als de verwerkingsfase.
Hoewel affakkelen de atmosfeer ogenschijnlijk beschermt tegen giftige en vluchtige organische verbindingen, is het niettemin verantwoordelijk voor de uitstoot van CO2 en methaan (CH4). Dat deze verbindingen belangrijke bijdragers zijn aan de opwarming van de aarde is goed gedocumenteerd. Sterker nog, talloze publieke en private studies richten zich alleen al op CH4-emissies: sommige schattingen van gerichte aardgasinstallaties bereiken 10 procent van de totale uitstoot. Toch is CH4 niet het enige gevolg van het affakkelen van aardgas. Een ander onderdeel van deze verbranding is iets wat bekend staat als zwart koolstof, d.w.z. fijne luchtvervuiling door deeltjes. De leek kent het als roet. Het resultaat van onvolledige verbranding van onder andere olie, aardgas of hout. Hoewel zwart koolstof een korte levensduur heeft als atmosferische bedreiging, kan het in die korte tijd veel schade aanrichten. Het is bekend dat het een nadelig effect heeft op gewassen, bodem en de cryosfeer, d.w.z. ijs en sneeuw, evenals op de menselijke gezondheid en welzijn. Het zelfs bescheiden verminderen van zwart koolstof blijkt deze problemen te verzachten.
Het vinden van remedies voor de negatieve neveneffecten van affakkelen is een voortdurende zoektocht. In het geval van aardgas is affakkelen geen dringende noodzaak als er directe pijpleidingtoegang is waardoor het gas naar een zuiveringsinstallatie kan worden getransporteerd. Bij afwezigheid van die infrastructuur is er in ieder geval andere technologie die wijst op de terugwinning van affakelgas (flare gas recovery). In Taiwan bijvoorbeeld worden compressors nu wettelijk aan raffinaderijfakkelsystemen gemonteerd, zodat uitlaatgassen naar een grondfakkel worden geleid, een die volledig is ingesloten tijdens de verbranding. Alleen wanneer het verwerkingsvolume een bepaalde drempel overschrijdt, zal het fakkelontwerp overtollige uitlaatgassen opvangen. Dit systeem voor gasterugwinning biedt een milieuvriendelijker alternatief.
Soms aangeduid als duurzaam aardgas (RNG), is biogas methaan afkomstig van organisch materiaal. Dit organische materiaal, in biogasproductie substraat genoemd, omvat een breed scala – rottend loof en kadavers van dieren; voedselafval en compost; uitwerpselen van wilde dieren en veemest; rioolwater en afvalwater, om maar een paar voorbeelden te noemen. Wanneer dergelijke stoffen zuurstof ontnomen worden, vindt anaërobe vergisting plaats waarbij het materiaal in verschillende stadia chemisch wordt afgebroken door bacteriën. Wanneer de uiteindelijke reacties plaatsvinden, komen zowel CH4 als CO2 vrij uit het substraat. Anaërobe vergistingstechnologie maakt het nu mogelijk om substraat in grote hoeveelheden te verwerken en het biogas op te vangen en te zuiveren voor gebruik als voertuigbrandstof en voor omzetting in elektriciteit.
Afhankelijk van het type organisch materiaal dat als substraat dient, kan het eerst worden fijngemalen tot een meer homogene textuur. Vanaf dit punt komt het substraat de vergistingstank binnen waar het wordt verwarmd, vaak tot boven de 38 graden Celsius (100 Fahrenheit). Wanneer deze fermentatieperiode – 20 dagen of meer – is voltooid, bestaat tussen de 40 en 70 procent van de gasopbrengst uit methaan. De rest is voornamelijk CO2 en enkele sporen van verontreinigende verbindingen. Er zijn veel methoden beschikbaar voor het scheiden van het CH4, waaronder absorptie, adsorptie en membraanfiltratie. Het overblijfsel van het substraat, nu digestaat genoemd, dient als een krachtige meststof voor landbouwgewassen.
Tot de verbindingen die de biogasprestaties in gevaar brengen of anderszins de gezondheid en efficiëntie bedreigen, behoren: waterdamp; waterstofsulfide; halogeenverbindingen; ammoniak; siloxanen; vluchtige organische verbindingen. Fijnstof, vergelijkbaar met zwart koolstof, kan ook aanwezig zijn in ruw biogas. Dergelijke onzuiverheden verminderen niet alleen de brandstofefficiëntie, ze kunnen ook corrosieve schade veroorzaken aan containers en leidingen waardoor het biogas wordt getransporteerd.
Gangbare verwijderingsmethoden hebben bewezen effectief te zijn in het zuiveren van methaan voor energiedoeleinden. • Absorptie — Een manier om op te waarderen is door het biogas door een kolom natriumhydroxide (NaOH) oplossing te leiden, die de verontreinigingen absorbeert terwijl het CH4 erdoorheen stroomt. • Adsorptie — Dit houdt in dat het biogas in contact wordt gebracht met een vast oppervlak gemaakt van ijzeroxide, actief kool, silicagel en/of andere verbindingen die ervoor zorgen dat de ongewenste gasmoleculen aan het oppervlak hechten. • Membranen — Poreuze materialen worden gebruikt waardoor de onzuivere gasmoleculen passeren terwijl methaanmoleculen worden vastgehouden.
Vaak is de biomassa die in rioolwaterzuiveringsinstallaties of op stortplaatsen wordt gevonden rijk aan verontreinigende gasverbindingen. Sommige van deze faciliteiten kiezen voor een biogasaffakkelsysteem. Stortgas wordt vaak verbrand in een gesloten biogasfakkel. Het affakkelen kan constant zijn of periodiek gebeuren. Het eerste vermindert de hoeveelheid methaan die in de atmosfeer vrijkomt, terwijl het laatste rekening houdt met de toestand van de energieomzettingsapparatuur. Het is vermeldenswaard dat biogas koolstofneutraal is, dus elke CO2-uitstoot telt niet als extra broeikasgas. Het gebruik van biogas voor energie beperkt per definitie het volume methaan dat in de atmosfeer stijgt, ongeacht of er wordt afgefakkeld of niet. Affakkelen veroorzaakt dus minder milieuproblemen bij het verbranden van biogas dan aardgas uit geologische afzettingen. Het spreekt voor zich dat gesloten affakkelen nog milieuvriendelijker is. Of men kiest voor affakkelen of een andere techniek om de schadelijke gassen te elimineren, hangt vaak af van het substraat dat het biogas voortbrengt.
Energieprofessionals gebruiken affakkelen om uitlaatgassen te verbranden bij de productie en raffinage van aardgas en aardolie. Waar ontluchten deze gassen direct in de atmosfeer vrijgeeft, laat affakkelen, d.w.z. het verbranden van de gassen, minder vrij en vernietigt meer. Er zijn echter ecologische nadelen verbonden aan systemen voor fakkelterugwinning. Methaan, een primair broeikasgas, wordt nog steeds uitgestoten via de fakkelpijp. Bovendien is zwart koolstofdeeltje ook een gevolg van de fakkel. Biogas wordt in sommige gevallen ook afgefakkeld. De ongewenste gevolgen van affakkelen met fossiele brandstoffen worden enigszins verzacht met biogas.
Spreek een specialist
Vragen over het stoppen of verminderen van gas affakkelen bij uw installatie?
