フレアによる温室効果ガス排出削減技術

フレアガス回収

フレアガス回収は、フレアベントガスを回収し、プラントの燃料システムに圧縮する実績のある技術です。フレアで燃焼するベントガスのエネルギーの代わりに、そのエネルギーが炉やボイラーに放出され、プロセスに必要な燃料の量が削減され、その結果、プラントからの全体的なCO2排出量が削減されます。適切に設計されたフレアガス回収システム(FGRS)は、フレアガスの量を90%以上削減できます。炉/ボイラーでベントガスを燃焼させるもう一つの利点は、破壊効率の向上とNOx排出量の削減です。

メタンについての簡単な説明

メタンは、生産、精製、石油化学産業で一般的なベントガス成分です。米国EPAは、メタンの地球温暖化係数(GWP)を100年間で27〜30と推定しています。これは、大気中の 1トンのメタンが、100年間で27〜30トンのCO2と同様の熱捕捉効果を持つことを意味します。CO2は何千年も大気中に残りますが、メタンは平均して10年間しか大気中に存在しません。これは、10年間のメタンのGWPが270から300の範囲にあることを意味します。メタンが完全に燃焼すると、メタン1質量単位あたり約2.74質量単位のCO2が発生します。その結果、メタンが大気中に逃げると、100年間でCO2に燃焼した場合よりも約10倍(29/2.74 = 10.6)多くの熱を回収します。メタンは、米国の温室効果ガス排出量全体の約 11% を占めています。

NO2 に関する簡単な議論

NO2 も温室効果ガスであり、EPA は 100 年間で GWP が 273 であると推定しています。NO2は100年以上大気中に残っています。フレアからのNOx排出量は通常、未知であり、測定できません。NO2 は、米国の温室効果ガス排出量全体の約 7% を占めています。(注:燃焼中に生成されるほとんどのNOxはNOですが、大気中に入るとNO2に変換されます。

米国の多くのフレアは、98%の推定破壊効率(DE)で許可されています。この仮定が正しければ、ベントガスの2%が大気中に排出されます。ベントガス組成を100%メタンと仮定すると、2%ベントとは、フレア排出物の熱吸収能力が、メタン1質量あたり2.74質量単位のCO2から、メタン1質量あたり約3.27質量単位のCO2換算(2.74 x 0.98 + 29 x 0.02)に増加し、19%増加することを意味します。炉またはボイラーでの燃焼が監視され、炉から出る未燃炭化水素の量は通常非常に少なくなります。より制御された環境でベントガスを燃焼させるだけで、想定されるDEとベントガスの組成に基づいて、温室効果ガス排出量が約16%(1 -2.74/3.27)削減されます。

効率の向上に加えて、炉/ボイラーは NOx 排出量をより適切に制御できます。これは通常、低NOxバーナー技術を使用することによって実現されますが、一部のシステムでは、選択的触媒還元(SCR)や選択的非触媒還元(SNCR)などの下流のNOx削減も使用しています。

アの必要性は、いくつかの理由から FGRS を設置しても排除されません。まず、非常に大規模な緊急事態のために FGRS を設計することは現実的ではありません。このような大規模なケースの頻度は低く、これらの流量を処理するためのFGRSの資本コストの増加は正当化されません。第二に、停電 (多くの場合、最大の救済シナリオの 1 つ) も FGRS を無効にします。したがって、フレアは常に FGRS に関連付けられます。フレアヘッダーにフレアを取り付ける一般的な方法は液体シールを使用することですが、この目的にはバルブを使用することもできます。FGRS を含むシステムの一部であるフレアは、「スタンバイ」フレアと呼ばれます。スタンバイフレアは、温室効果ガス排出量を削減するいくつかの機会を提供します。

スタンバイフレアと窒素パージ

アは通常、ベントガスを受け取りません。フレアはベントガスを受け取らないため、窒素パージの欠点が軽減されます。窒素をパージガスとして使用する際の主な懸念は、燃焼がうまくいかない希薄な混合ガスを生成し、炭化水素の一部またはすべてを排出する可能性があることです。フレアがベントガスを受け取っていない場合、希薄な混合物を生成するリスクはなく、窒素を使用してフレアスタックから酸素を防ぐことができます。希薄な混合ガスの懸念は、少量のベントガスが窒素パージフレアスタックに排出されると再び発生します。スタンバイフレアチップが蒸気アシストである場合、窒素パージのもう1つの利点は、従来の冷却速度よりも低いラインを暖かく保つために必要な最小蒸気流量(加温速度)に減らすことができることです。スタンバイフレアチップがエアアシストである場合、窒素パージのもう1つの利点は、すべてのブロワーを遮断してエネルギーを節約できることです。

スタンバイフレアとプリムス

スタンバイフレアも、パイロットの排出ガスを削減する機会を提供します。Primusテクノロジーは、JZが開発した急速パイロット点火システムで、燃料ライン内の燃料が空気で置換された場合でも、パイロットをすばやく点火します(5秒以内)。このような技術の懸念は、フレア点火の重要性を考えると信頼性です。この懸念を軽減するアプローチには、1 人のパイロットをオンにして残りをオフにすることが含まれます。毎日、パイロットが点火され、確認されると、以前に点火したパイロットの電源がオフになります。パイロットの排出削減量は、パイロットの数によって異なります。(3 人のパイロットを備えたフレア チップでは、パイロットの排出量が 66% 削減されます。これにより、プリムスを装備した各パイロットは、数日に一度機能的に検証することができます。スタンバイフレアの上流のヘッダー圧力がある程度の上昇圧力に達すると、すべてのパイロットが発火します。

ステージング フレア

FGRS が設置されていなくても、ステージングには利点があります。段階的なフレア システムは、通常の日次料金を受け取る小さなフレアと、液体シールまたはバルブを介してヘッダーに接続された大きな緊急救援待機フレアで構成されます。小型の一次フレアは、パージ要件が低く、全範囲の操作用に設計された単一の大型フレアチップよりもベントガスの無煙燃焼に効率的です。段階的なフレアでパイロット数が増加します。緊急フレアには 3 人から 4 人のパイロットがいますが、プライマリー フレアには通常 2 人以上がいます。緊急フレアにプリムスを使用すると、運用中のパイロットの数を単一の大型フレアと同等かわずかに少なく減らすことができます。大型緊急フレアは、スタンバイ フレア (N2 パージ、プリムス) の利点をすべて活用できます。

段階的な多点フレア

多点地上式フレア (MPGF)、またはジョン ジンクの言葉 (線形リリーフ ガス酸化装置 – LRGO) には、いくつかの利点があります。MPGFは、ステージにグループ化された多くのバーナーで構成されるフレアです。これらのグループのバーナーは、救済率に応じて使用を開始したり、使用を停止したりします。通常、バーナーの各列には 2 人のパイロットがおり、第 1 段階ではすべてのバーナーにパイロットが配置される可能性があります。MPGF の第 1 段階では、パージ要件が低くなります。多くの場合、パージ速度は、第1段階から酸素を排除するために必要な速度ではなく、ヘッダー内のエンドユーザーが望むスイープ速度によって設定されます。ステージが使用を停止すると、窒素でパージされます。MPGF に関連するパイロットは数多くいます。PrimusテクノロジーはMPGFに適用でき、就役パイロットの数を減らすことができます。MPGFの最大の利点は、そのようなフレアに関連する非常に高い破壊効率です。多くのMPGFバーナーは、排出ガスについてテストされています。規制当局が99.5%の破壊効率でそのようなフレアを許可することは珍しいことではありません。(テストデータの大部分は、破壊効率が99.5%を超えることを示しています。99.5% DE は、98% DE と比較して未燃炭化水素排出量が 75% 削減されます。MPGF の欠点は、ベントガスの発熱量が比較的高い必要があることです (通常 800 Btu/scf)。燃焼するベントガスの発熱量が低い場合は、補助ガスを使用して発熱量を上げる必要があります。この要件により、通常、MPGF は一貫して高い発熱量のベント ガスを使用する用途に限定されます。

パージリダクションデバイス

何十年にもわたって、ジョン・ジンクはパージリダクション装置を供給してきました。これらのデバイスには、速度シール(商品名Airrestor)と浮力シール(商品名Molecular Seal)の2種類があります。これらの装置は、煙突内の酸素レベルを許容範囲内に保つために必要なパージの量を減らします。パージの削減は、排出量の削減を意味します。

水素燃料

企業がCO2排出量の削減に取り組む中で、水素の使用はますます普及しています。水素からの燃焼の唯一の生成物は水です。ジョン・ジンクは何十年にもわたって100%水素フレアパイロットを提供し、宇宙船の打ち上げ施設にそのようなパイロットを提供してきました。これは実績のある技術です。

ステラテクノロジー

クは、フレアチップ(ステラ)用の直接火花点火システムを開発しました。開発の目的は、公共施設にアクセスできない遠隔地にあるピットフレアでした。太陽電池システムを使用することにより、パイプフレアを変更することで、高電圧火花がフレアチップを確実に点火できるようになりました。テストは、さまざまなベントガス出口速度(非常に低いものからマッハ1まで)、風速の範囲、風向、雨の有無で実施されました。この技術は、水平方向(典型的なピットフレア方向)と垂直方向の両方でテストされ、点火の信頼性はすべての構成で高かった。(注: 国固有の規制により、このテクノロジーの使用が妨げられる場合があります。この技術の利点は、パイロットガスとそれに伴う排出ガスがないことです。

フレアリング防止

アによるCO2排出量を削減する最も有益な方法は、フレアリングイベントを引き起こすプロセスの混乱を防ぐことです。 ほとんどの大手事業者は、履歴データを使用して潜在的なフレアリングイベントを予測できる分析機能を備えており、イベントを削減または完全に回避することができます。 

ジョン・ジンク

とのパートナーシップフレアガス回収、Primus点火システム、段階的フレアリング技術などの実績のあるソリューションにより、コンプライアンスと持続可能性の目標を達成するために必要な専門知識とイノベーションを提供します。当社のソリューションがお客様の事業の排出量削減と効率向上にどのように役立つかを検討する準備はできていますか?今すぐ当社の専門家にご相談ください。