Nel trattamento del gas naturale, il gas di testa del pozzo viene solitamente fatto passare attraverso unità di separazione del campo per rimuovere il condensato di idrocarburi e l'acqua. Se è presente idrogeno solforato, spesso viene rimosso con un processo di addolcimento, che prevede l'assorbimento in una soluzione di ammina prima che il gas possa essere utilizzato. L'overhead del rigeneratore di ammina viene spesso inviato a un ossidatore termico (spesso chiamato inceneritore) in cui l'H2S e altri combustibili vengono ossidati per formare anidride solforosa, anidride carbonica e vapore acqueo, prima di essere espulsi nell'atmosfera attraverso un camino elevato. Anche i disidratatori di glicole, le unità di recupero dello zolfo e altri processi possono generare gas di coda o gas di sfiato con livelli inaccettabili di H2S e CO, oltre a COV che richiedono una mitigazione. Gli sfiati dei serbatoi richiedono talvolta un trattamento prima che i gas possano essere rilasciati nell'atmosfera. Un ossidatore termico è spesso il modo più semplice ed economico per ottenere un'efficace distruzione dell'H2S e di altri combustibili in questi gas.
flussi di gas di scarico.
La funzione di un ossidatore termico è quella di fornire un ambiente in cui la reazione di combustione del gas di scarico possa essere sostenuta e completata. La temperatura della camera di combustione viene controllata modulando la velocità di accensione del bruciatore, in modo da mantenere una temperatura sufficientemente alta da garantire il completamento della reazione di combustione, ma non abbastanza alta da danneggiare il rivestimento refrattario della camera di combustione. Un ossidatore termico correttamente progettato è dimensionato in modo da garantire un tempo di permanenza nella camera di combustione che di solito supera un secondo dal punto di iniezione del gas di scarico alla fine della camera. Ciò consente al combustore termico di incenerire tutti i gas di scarico prima che il gas di scarico trattato venga disperso nell'atmosfera.
Installazioni di successo
Un esempio di installazione riuscita di un bruciatore a bassissimo NOx si trova in un ossidatore termico di gas di coda dell'unità di recupero dello zolfo (SRU) in funzione presso una raffineria canadese. Il flusso di gas di coda conteneva una concentrazione significativa di ammoniaca (NH3), in media superiore a 400 ppmv. Se bruciata in un ambiente ad alta temperatura e ossigeno, la quantità di azoto legato potrebbe essere convertita in NOx a un tasso del 30% o superiore. Tuttavia, utilizzando un metodo specializzato di iniezione di gas di scarico con una quantità controllata di aria in eccesso, insieme a un bruciatore a bassissimo contenuto di NOx, i risultati dei test riportati nella Tabella 1 mostrano che la combinazione di NOx termici e NOx legati al combustibile è di 18,5 ppmv al 3% di ossigeno.
Sfide
Bruciatori a bassissimo NOx simili a quelli illustrati nella Figura 1 sono stati implementati per la prima volta in riscaldatori di processo e sono stati utilizzati con successo in applicazioni di riscaldamento per oltre un decennio. Tuttavia, quando si applica il design del bruciatore a bassissimo NOx a un ossidatore termico, è necessario considerare diversi fattori.
Alcuni gas di scarico possono includere componenti, come l'ammoniaca o le ammine, che contengono azoto legato chimicamente. Quando l'azoto legato viene bruciato in un ambiente con eccesso di aria, una frazione sostanziale dell'azoto viene convertita in NOx attraverso una complessa reazione a catena. Poiché questa reazione non presenta l'elevata energia di attivazione della reazione termica del NOx, può avvenire a temperature più basse. In queste circostanze, il bruciatore a bassissimo NOx non è una soluzione efficace per mitigare la conversione dell'azoto legato in NOx. In alternativa, i rifiuti o i combustibili con una quantità significativa di azoto legato vengono solitamente inceneriti utilizzando un processo a più stadi, in cui una zona iniziale di combustione subsichiometrica è seguita da una zona di ossidazione.
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