Industry related topics
W historii ludzkości poprawa jakości życia często wiązała się ze szkodliwymi skutkami ubocznymi. Na przykład zdrowie jamy ustnej znacznie się poprawiło dzięki fluoryzacji wody. Jednocześnie istnieją przesłanki, że zbyt duża ilość fluoru przyczynia się do osłabienia kości i więzadeł, a także może pogłębiać patologie psychologiczne. Badania naukowe odpowiadają na takie problemy, poszukując sposobów na zachowanie korzyści przy jednoczesnym łagodzeniu skutków ubocznych. Tego typu badania prowadzone są w szerokim spektrum nauk przyrodniczych i stosowanych. Doskonałym produktem ubocznym takich odkryć jest wykorzystanie flarowania w odzyskiwaniu i przetwarzaniu paliw.
Podczas odzyskiwania i rafinacji ropy naftowej, gazu ziemnego lub innych źródeł energii, powstają gazy towarzyszące, które niekoniecznie pomagają — a nawet mogą przeszkadzać — w produkcji paliwa pod względem bezpieczeństwa i wydajności. Flarowanie to po prostu spalanie gazu, który jest zbędny w procesie pozyskiwania źródła energii. Wykorzystując komin lub wysięgnik, przez który będzie przepływać gaz pochodniowy, technicy kierują niechciane związki na szczyt, gdzie reagują one z powietrzem. Reakcję tę można rozpoznać po płomieniu na szczycie wieży na polach naftowych lub w zakładach przetwórstwa paliw.
Flarowanie ropy i gazu odbywa się w trosce o zdrowie i bezpieczeństwo pracowników. Jednym z głównych zagrożeń eliminowanych przez flarowanie jest niebezpieczne narastanie ciśnienia w rurach i zbiornikach. Takie zdarzenie mogłoby prowadzić do eksplozji. Innym beneficjentem flarowania jest atmosfera: spalanie na szczycie flary uwalnia parę wodną i dwutlenek węgla (CO₂), ale także neutralizuje działanie dwutlenku siarki i innych lotnych związków organicznych. Według Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA), „redukcja emisji metanu o 2000 Mcf (milionów stóp sześciennych) rocznie dotyczy pojedynczej flary z pojedynczym pilotem”.
Systemy flarowania gazu zaczynają się od wlotu, który reguluje ciśnienie dopływającego gazu ziemnego lub ropy naftowej. Przepływ kierowany jest do zbiornika separacyjnego (knockout drum), gdzie ciecz i para rozdzielają się. Stamtąd gaz przepływa do bębna uszczelniającego przeciwcofkowego (flashback seal drum). Istnieje jednak zabezpieczenie w tym przejściu: ciśnienie musi mieścić się w określonym zakresie, zanim bęben uszczelniający się otworzy. Gaz płuczący jest pompowany do bębna w celu usunięcia wszelkich pozostałości gazu palnego. W ten sposób system uniemożliwia zejście płomienia ze szczytu komina flarowego i wyrządzenie szkód. Dopiero wtedy gaz może wejść do komina flarowego.
Flarowanie i odpowietrzanie (venting) są często mylone. W rzeczywistości odpowietrzanie to kontrolowane uwalnianie gazów do atmosfery w fazie produkcji procesu wydobycia energii. W odpowietrzaniu nie dochodzi do spalania, natomiast flarowanie to kontrolowane spalanie gazów zarówno w fazie produkcji, jak i przetwarzania.
Chociaż flarowanie pozornie chroni atmosferę przed toksycznymi i lotnymi związkami organicznymi, to jednak jest odpowiedzialne za uwalnianie CO₂ i metanu (CH₄). To, że te związki znacząco przyczyniają się do globalnego ocieplenia, jest dobrze udokumentowane. W rzeczywistości niezliczone badania publiczne i prywatne koncentrują się wyłącznie na emisjach CH₄: niektóre szacunki z docelowych instalacji gazu ziemnego osiągają 10 procent całkowitego zrzutu. Jednak CH₄ nie jest jedyną konsekwencją flarowania gazu ziemnego. Innym składnikiem tego spalania jest coś znanego jako czarny węgiel, czyli drobne zanieczyszczenia powietrza w postaci cząstek stałych. Laik zna go jako sadzę. Jest to wynik niepełnego spalania ropy naftowej, gazu ziemnego lub drewna, a także innych źródeł paliw. Chociaż czarny węgiel ma krótki „okres przydatności” jako zagrożenie atmosferyczne, może wyrządzić wiele szkód w tym krótkim czasie. Wiadomo, że wywołuje szkodliwy wpływ na uprawy, glebę i kriosferę, tj. lód i śnieg, a także na zdrowie i samopoczucie ludzi. Wykazano, że nawet niewielkie zmniejszenie ilości czarnego węgla łagodzi te problemy.
Poszukiwanie środków zaradczych na negatywne skutki uboczne flarowania to ciągłe wyzwanie. W przypadku gazu ziemnego flarowanie nie jest pilną koniecznością, jeśli istnieje natychmiastowy dostęp do rurociągu, przez który gaz mógłby być transportowany do oczyszczalni. W każdym razie, jeśli brakuje tej infrastruktury, istnieją inne technologie wskazujące na odzysk gazu pochodniowego. Na przykład na Tajwanie sprężarki są teraz – zgodnie z prawem – montowane w systemach flarowych rafinerii, tak aby spaliny były kierowane do flary naziemnej, która jest całkowicie zamknięta podczas spalania. Tylko wtedy, gdy objętość przetwarzania przekroczy określony próg, konstrukcja komina flarowego będzie w stanie pomieścić nadmiar spalin. Ten system odzysku gazu pochodniowego oferuje bardziej ekologiczną alternatywę.
Biogaz, czasami określany jako odnawialny gaz ziemny, to metan pochodzący z materii organicznej. Materia organiczna, nazywana substratem w produkcji biogazu, obejmuje szeroki zakres — rozkładające się liście i tusze zwierząt; odpady spożywcze i kompost; odchody dzikich zwierząt i obornik; ścieki i wody zużyte, by wymienić tylko kilka. Kiedy substancje te są pozbawione tlenu, zachodzi fermentacja beztlenowa, podczas której materiał jest chemicznie rozkładany przez bakterie w kilku etapach. Kiedy zachodzą końcowe reakcje, zarówno CH₄, jak i CO₂ są uwalniane z substratu. Technologia fermentacji beztlenowej pozwala obecnie na przetwarzanie dużych ilości substratu oraz na wychwytywanie i oczyszczanie biogazu w celu wykorzystania go jako paliwa do pojazdów i przekształcania go w energię elektryczną.
W zależności od rodzaju materii organicznej pełniącej rolę substratu, może ona najpierw zostać sproszkowana do bardziej jednorodnej konsystencji. Z tego punktu substrat trafia do zbiornika fermentacyjnego, gdzie jest podgrzewany, często do temperatury powyżej 100 stopni Fahrenheita (ok. 38°C). Po zakończeniu tego okresu fermentacji — 20 dni lub dłużej — od 40 do 70 procent gazowego produktu stanowi metan. Reszta to głównie CO₂ i śladowe ilości związków zanieczyszczających. Dostępnych jest wiele metod oddzielania CH₄, w tym absorpcja, adsorpcja i filtracja membranowa. Pozostałość substratu, nazywana teraz pofermentem, służy jako silny nawóz do upraw rolnych.
Wśród związków, które osłabiają wydajność biogazu lub w inny sposób zagrażają zdrowiu i efektywności, znajdują się: para wodna; siarkowodór; związki halogenowe; amoniak; siloksany; lotne związki organiczne. W surowym biogazie mogą być również obecne cząstki stałe podobne do czarnego węgla. Takie zanieczyszczenia nie tylko obniżają efektywność paliwa, ale mogą również powodować korozję w pojemnikach i przewodach, przez które transportowany jest biogaz.
Powszechne metody usuwania wykazały skuteczność w oczyszczaniu metanu do celów energetycznych. Absorpcja — Jednym ze sposobów na ulepszenie jest przepuszczanie biogazu przez kolumnę z roztworem wodorotlenku sodu (NaOH), który absorbuje zanieczyszczenia, gdy CH₄ przez niego przechodzi. Adsorpcja — Polega to na stykaniu biogazu z powierzchnią stałą wykonaną z tlenku żelaza, węgla aktywnego, żelu krzemionkowego i/lub innych związków, które powodują przyleganie niepożądanych cząsteczek gazu do powierzchni. Membrany — Stosuje się materiały porowate, przez które przechodzą zanieczyszczone cząsteczki gazu, podczas gdy cząsteczki metanu są zatrzymywane.
Często biomasa znajdująca się w oczyszczalniach ścieków lub na składowiskach odpadów zawiera wysokie stężenia zanieczyszczających związków gazowych. Niektóre z tych obiektów decydują się na system flarowania biogazu. Gaz składowiskowy jest często spalany w zamkniętej flarze biogazowej. Flarowanie może być ciągłe lub odbywać się okresowo. To pierwsze zmniejsza ilość metanu uwalnianego do atmosfery, podczas gdy to drugie uwzględnia stan sprzętu do konwersji energii. Warto zauważyć, że biogaz jest neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla, więc każda emisja CO₂ nie jest liczona jako dodatkowy gaz cieplarniany. Wykorzystanie biogazu do produkcji energii z definicji ogranicza objętość metanu wzrastającego w atmosferze, niezależnie od tego, czy stosuje się flarowanie, czy nie. Zatem flarowanie powoduje mniej problemów środowiskowych przy spalaniu biogazu niż gazu ziemnego z pokładów geologicznych. Nie trzeba dodawać, że zamknięte flarowanie jest jeszcze bardziej ekologiczne. Decyzja o flarowaniu lub zastosowaniu innej techniki do eliminacji szkodliwych gazów często zależy od substratu, z którego powstaje biogaz.
Profesjonaliści w dziedzinie energetyki wykorzystują flarowanie do spalania gazów odlotowych podczas produkcji i rafinacji gazu ziemnego i ropy naftowej. O ile odpowietrzanie uwalnia te gazy bezpośrednio do atmosfery, o tyle flarowanie, czyli spalanie gazów, uwalnia mniej i niszczy więcej. Niemniej jednak istnieją negatywne aspekty ekologiczne związane z systemami odzysku gazu pochodniowego. Metan, główny gaz cieplarniany, nadal jest emitowany z komina flarowego. Ponadto konsekwencją flarowania są również cząstki stałe czarnego węgla. Biogaz również jest w niektórych przypadkach flarowany. Niepożądane konsekwencje flarowania paliw kopalnych są w pewnym stopniu łagodzone w przypadku biogazu.
Talk to a specialist
Pytania dotyczące wstrzymania lub ograniczenia spalania gazu pochodniowego w Twojej instalacji?
