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EOR設備升級 NOx排放量微乎其微

EOR設備升級 NOx排放量微乎其微

低油價寒冬還在繼續,環境法規也日益嚴苛,這對于燃料依賴型的提高采收率(EOR)作業來說無疑是雪上加霜,EOR急需一款能夠降低有害氣體NOx排放的技術。在過去的幾年里,多種針對降低NOx排放的技術問世,但實際應用表現卻參差不齊。本文將對業內常用及新興的NOx減排技術進行處理能力、應用限制等方面的分析。

選擇催化還原(SCR)技術在1960年第一次引入到EOR廢氣處理設備中,通過將氨或尿素注入催化反應器與NOx反應來降低其排量,之后經過處理廢氣經排氣口排出。SCR的主要原理是通過催化劑將廢氣中的NOx化合物分解為簡單、無害的小分子,如氮氣、水、二氧化碳。石油圈原創www.h29736.cn

廢氣再循環技術(FGR)是另外一種常用的降低NOx排放的技術,其原理是將部分廢氣重新帶回燃燒室與新鮮空氣混合,之后經歷二次燃燒。研究表明,廢氣與新鮮空氣混合能夠降低火焰溫度,從而減少NOx氣體的生成。但是,FGR技術在減少NOx的同時還降低了燃料燃燒效率,燃料消耗增加,同時還需要為FGR提供額外的風機功率。

在現有的FGR設備中,最低廢氣循環量為40%,這已經是非常高的比例,同時也意味著FGR需要非常大的風機功率,而FGR消耗的風機功率過大也會對環境產生不利的影響?;诖它c原因,一些地區已經降低了FGR設備廢氣循環量的上限。石油圈原創www.h29736.cn

雖然SCR和FGR技術在過去的EOR作業中的確起到了降低NOx排放的作用,但某些地區已開始要求NOx排放濃度低于5ppm,而這些傳統技術在實際上已然無法滿足日益嚴苛的環保要求。此外,傳統技術還涉及到有毒化學藥品的使用,對人和環境也存在著健康威脅。

SCR、FGR的燃燒室、操作系統安裝也非常復雜,資本支出高,還會經常出現各種操作問題,潛在風險還包括有毒化學品泄露造成的環境污染以及粉塵危害。

要避免SCR、FGR這些潛在問題的發生,作業人員就需要頻繁的停產、檢修,造成收益的大幅度下降,而這恰恰違背了低油價大背景開發商的工作核心:盡量降低生產成本。

現在,隨著環保法規要求提高,開發商的要求也就更急切了。新技術不僅要減少廢氣排放,同時還不能觸碰開發商的底線—控制成本。

由于SCR、FGR燃燒設備已不能滿足開發商低成本解決NOx的排放問題,研發人員已經著手從其他方面來解決NOx廢氣問題。

與常規技術利用二次燃燒降低廢氣排放不同,新技術大多針對NOx產生的根本—火焰—來解決這個問題。近日,采用新型燃燒室設計的燃燒設備正式進入了EOR市場,這些設備均通過控制火焰來解決NOx廢氣問題。石油圈原創www.h29736.cn

低NOx燃燒器和超低NOx燃燒器

低NOx燃燒器(LNB)和超低NOx燃燒器(ULNB)都采用了分級燃燒技術(及其衍生技術),可以降低火焰平均溫度,抑制NOx氣體產生。

與SGR和FGR相比,LNBs和ULNBs的造價更低,操作更簡單,但是他們的設備維護成本更高。此外,這兩種設備還經常出現離焰和火焰滯后現象,設備會承受嚴重的火焰沖刷沖擊。

在低燃燒速率下,離焰還會誘發火焰波動、爆裂等問題,設備的操作、調節范圍相應的會受到影響,設備整體應用靈活度下降。

新型燃燒室設計石油圈原創www.h29736.cn

最近,ClearSign Combustion推出了一種新型燃燒室設計,能夠顯著降低NOx的排放,徹底顛覆了人們對燃燒設備的常規認識。該設備通過在火焰噴嘴中放置一系列、距離固定的瓷塊,此種設計將一束火焰分割成無數的小火焰,起到了優化熱傳遞、提高燃燒效率的作用。

由于火焰長度明顯降低,NOx的生成時間也隨之明顯減少。石油圈原創www.h29736.cn

火焰噴嘴布置的瓷塊具有比火焰還高的輻射系數,設備輻射段的熱效率更高,同時還降低了燃料燃燒溫度,進一步提高了設備降低NOx排放的能力。

該設備一經投入應用便創下了記錄,降低NOx排放的能力在業內無可匹敵,尾氣NOx濃度低于5ppm、氧氣含量為3%,且無需使用FGR系統或廢氣二次燃燒技術。

與LNB/ULNB不同,新型燃燒室設計還解決了火焰沖刷問題,能夠顯著降低散熱管故障幾率、提高設備使用壽命,設備穩定性更高。因此,可以說,新型燃燒室設計在減少停機檢修和清焦次數方面潛力無限。石油圈原創www.h29736.cn

對于開發商來說,任何計劃之外的停機檢修都意味著操作成本增加,而新型的燃燒室設計則能輕松應對這一難題,同時提高燃燒設備效率、增加開發商收益。

案例研究石油圈原創www.h29736.cn

2014年,美國的一家大型獨立油氣開發商需要為一臺功率62.5 MMBtu/hr的蒸汽發生器(OTSG)尋求一個經濟效益高的氣體排放解決方案。

最終,該公司采用了先進的燃燒器設計結構,將NOx的排放量降低至5ppm以下,充分滿足了加州的環境法規。同時該開發商還注意到,采用新型設備之后,燃料的燃燒效率也得到了顯著提升。在該公司進行的測試中,與常規的內燃機燃燒相比,新的火焰分離設計能夠提高燃燒效率1%,同時NOx的排放量也顯著降低,優勢明顯。

ClearSign Combustion公司帶來的新型結構設計燃燒器能夠從根本是降低有害氣體的排放,與其他設備相比,其造價和操作成本也有非常大的優勢。

可以這樣說,有了這種新型設計,行業對于環境保護和操作經濟性的要求就可以同時得到滿足,而且其影響將持續很長時間!

關于公司和作者石油圈原創www.h29736.cn

Roberto Ruiz博士是ClearSign Combustion Corporation的首席執行官,也是污染氣體排放控制技術工業化、商業化應用的主要研發人員之一。ClearSign Combustio公司的Duplex技術優化了火焰形狀及設備的熱傳遞過程,使得燃燒系統的效率和表現顯著提高,同時污染氣體的排放也得到了有效控制,可謂一舉多得。

ClearSign Combustion(納斯達克簡稱:CLIR)致力于為能源行業提供設計及解決方案,業務主要包括:控制作業過程中的廢氣排放、降低能源消耗、簡化作業設計、提高作業利潤等。ClearSign Combustion提供的解決方案簡單有效,能夠同時改善內燃機的氣體排放狀況和燃燒性能,而其他同類產品的功能卻非常單一,技術全面性遠不及ClearSign Combustion。

作者/ Roberto Ruiz ? 譯者/張德凱 ? 編輯/Leia

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