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EOR设备升级 NOx排放量微乎其微

EOR设备升级 NOx排放量微乎其微

低油价寒冬还在继续,环境法规也日益严苛,这对于燃料依赖型的提高采收率(EOR)作业来说无疑是雪上加霜,EOR急需一款能够降低有害气体NOx排放的技术。在过去的几年里,多种针对降低NOx排放的技术问世,但实际应用表现却参差不齐。本文将对业内常用及新兴的NOx减排技术进行处理能力、应用限制等方面的分析。

选择催化还原(SCR)技术在1960年第一次引入到EOR废气处理设备中,通过将氨或尿素注入催化反应器与NOx反应来降低其排量,之后经过处理废气经排气口排出。SCR的主要原理是通过催化剂将废气中的NOx化合物分解为简单、无害的小分子,如氮气、水、二氧化碳。石油圈原创www.oilsns.com

废气再循环技术(FGR)是另外一种常用的降低NOx排放的技术,其原理是将部分废气重新带回燃烧室与新鲜空气混合,之后经历二次燃烧。研究表明,废气与新鲜空气混合能够降低火焰温度,从而减少NOx气体的生成。但是,FGR技术在减少NOx的同时还降低了燃料燃烧效率,燃料消耗增加,同时还需要为FGR提供额外的风机功率。

在现有的FGR设备中,最低废气循环量为40%,这已经是非常高的比例,同时也意味着FGR需要非常大的风机功率,而FGR消耗的风机功率过大也会对环境产生不利的影响。基于此点原因,一些地区已经降低了FGR设备废气循环量的上限。石油圈原创www.oilsns.com

虽然SCR和FGR技术在过去的EOR作业中的确起到了降低NOx排放的作用,但某些地区已开始要求NOx排放浓度低于5ppm,而这些传统技术在实际上已然无法满足日益严苛的环保要求。此外,传统技术还涉及到有毒化学药品的使用,对人和环境也存在着健康威胁。

SCR、FGR的燃烧室、操作系统安装也非常复杂,资本支出高,还会经常出现各种操作问题,潜在风险还包括有毒化学品泄露造成的环境污染以及粉尘危害。

要避免SCR、FGR这些潜在问题的发生,作业人员就需要频繁的停产、检修,造成收益的大幅度下降,而这恰恰违背了低油价大背景开发商的工作核心:尽量降低生产成本。

现在,随着环保法规要求提高,开发商的要求也就更急切了。新技术不仅要减少废气排放,同时还不能触碰开发商的底线—控制成本。

由于SCR、FGR燃烧设备已不能满足开发商低成本解决NOx的排放问题,研发人员已经着手从其他方面来解决NOx废气问题。

与常规技术利用二次燃烧降低废气排放不同,新技术大多针对NOx产生的根本—火焰—来解决这个问题。近日,采用新型燃烧室设计的燃烧设备正式进入了EOR市场,这些设备均通过控制火焰来解决NOx废气问题。石油圈原创www.oilsns.com

低NOx燃烧器和超低NOx燃烧器

低NOx燃烧器(LNB)和超低NOx燃烧器(ULNB)都采用了分级燃烧技术(及其衍生技术),可以降低火焰平均温度,抑制NOx气体产生。

与SGR和FGR相比,LNBs和ULNBs的造价更低,操作更简单,但是他们的设备维护成本更高。此外,这两种设备还经常出现离焰和火焰滞后现象,设备会承受严重的火焰冲刷冲击。

在低燃烧速率下,离焰还会诱发火焰波动、爆裂等问题,设备的操作、调节范围相应的会受到影响,设备整体应用灵活度下降。

新型燃烧室设计石油圈原创www.oilsns.com

最近,ClearSign Combustion推出了一种新型燃烧室设计,能够显著降低NOx的排放,彻底颠覆了人们对燃烧设备的常规认识。该设备通过在火焰喷嘴中放置一系列、距离固定的瓷块,此种设计将一束火焰分割成无数的小火焰,起到了优化热传递、提高燃烧效率的作用。

由于火焰长度明显降低,NOx的生成时间也随之明显减少。石油圈原创www.oilsns.com

火焰喷嘴布置的瓷块具有比火焰还高的辐射系数,设备辐射段的热效率更高,同时还降低了燃料燃烧温度,进一步提高了设备降低NOx排放的能力。

该设备一经投入应用便创下了记录,降低NOx排放的能力在业内无可匹敌,尾气NOx浓度低于5ppm、氧气含量为3%,且无需使用FGR系统或废气二次燃烧技术。

与LNB/ULNB不同,新型燃烧室设计还解决了火焰冲刷问题,能够显著降低散热管故障几率、提高设备使用寿命,设备稳定性更高。因此,可以说,新型燃烧室设计在减少停机检修和清焦次数方面潜力无限。石油圈原创www.oilsns.com

对于开发商来说,任何计划之外的停机检修都意味着操作成本增加,而新型的燃烧室设计则能轻松应对这一难题,同时提高燃烧设备效率、增加开发商收益。

案例研究石油圈原创www.oilsns.com

2014年,美国的一家大型独立油气开发商需要为一台功率62.5 MMBtu/hr的蒸汽发生器(OTSG)寻求一个经济效益高的气体排放解决方案。

最终,该公司采用了先进的燃烧器设计结构,将NOx的排放量降低至5ppm以下,充分满足了加州的环境法规。同时该开发商还注意到,采用新型设备之后,燃料的燃烧效率也得到了显著提升。在该公司进行的测试中,与常规的内燃机燃烧相比,新的火焰分离设计能够提高燃烧效率1%,同时NOx的排放量也显著降低,优势明显。

ClearSign Combustion公司带来的新型结构设计燃烧器能够从根本是降低有害气体的排放,与其他设备相比,其造价和操作成本也有非常大的优势。

可以这样说,有了这种新型设计,行业对于环境保护和操作经济性的要求就可以同时得到满足,而且其影响将持续很长时间!

关于公司和作者石油圈原创www.oilsns.com

Roberto Ruiz博士是ClearSign Combustion Corporation的首席执行官,也是污染气体排放控制技术工业化、商业化应用的主要研发人员之一。ClearSign Combustio公司的Duplex技术优化了火焰形状及设备的热传递过程,使得燃烧系统的效率和表现显著提高,同时污染气体的排放也得到了有效控制,可谓一举多得。

ClearSign Combustion(纳斯达克简称:CLIR)致力于为能源行业提供设计及解决方案,业务主要包括:控制作业过程中的废气排放、降低能源消耗、简化作业设计、提高作业利润等。ClearSign Combustion提供的解决方案简单有效,能够同时改善内燃机的气体排放状况和燃烧性能,而其他同类产品的功能却非常单一,技术全面性远不及ClearSign Combustion。

作者/ Roberto Ruiz   译者/张德凯   编辑/Leia

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