Comprender las emisiones de COV en el manejo de la masa

Composición de volátiles Los compuestos orgánicos (VOC) son una clase de sustancias químicas que contienen carbono que se evaporan fácilmente en la atmósfera a temperatura ambiente. En la industria del petróleo y el gas, los COV se emiten principalmente durante el manejo del petróleo crudo, etapas tales como almacenamiento, transferencia, carga, descarga y procesamiento. Estas emisiones se originan de las fracciones de hidrocarburo más ligeras en la gravedad del vapor (por ejemplo, metano)

Las COV contribuyen significativamente a la formación del ozono a nivel terrestre (un componente clave de la esmog) y pueden tener efectos directos en la salud humana, incluidos problemas respiratorios y riesgos carcinógenos de compuestos como la benceno. Además, las emisiones de COV fugitivas representan una pérdida de productos valiosos. Los organismos reguladores, como el Organismo de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) en virtud de la Ley de Aire Limpio, y las normas internacionales (por ejemplo, limitan las emisiones de responsabilidad marítimas estrictas)

Marco Regulador e Importancia de la Reducción de la VOC

Las nuevas normas de gestión de la EPA (NSPS) para el sector del petróleo y el gas (por ejemplo, Subpart OOOO, OOOa, OOOOOOOOO, OOOOOOO, y OOOOc) pueden mejorar las tecnologías de control y las prácticas de trabajo para los depósitos de almacenamiento, los controladores neumáticos y las operaciones de transferencia.

La gestión eficaz de las emisiones de COV comienza con un conocimiento exhaustivo de las fuentes de emisión. Las fuentes de puntos más importantes durante el manejo de crudos incluyen la respiración de depósito y pérdidas de trabajo, pérdida de vapor de carga y fugas fugitivas de válvulas, bridas, bombas y compresores. Una combinación de controles de ingeniería, mejores prácticas operativas y monitoreo riguroso proporciona los resultados de reducción más fiables.

Estrategias clave para la reducción de la COV

1. Unidades de recuperación de vapor (VRU)

Las unidades de recuperación de vapor son una de las tecnologías más desplegadas para capturar COV durante el almacenamiento y las operaciones de carga crudos. Las UV recogen vapores desplazados del espacio de tanque durante el llenado (pérdidas de trabajo) o de la expansión térmica (pérdidas de respiración). El gas capturado se enrutará normalmente a un compresor, luego se reinyectó en el flujo de crudo, utilizado como gas de combustible para el equipo in situ, o se envía a un flaretador de destrucción térmica.

VRU modernos pueden lograr eficiencias de captura superiores al 95% cuando se mantiene correctamente. Los componentes clave incluyen un encabezado de colección de vapor, un tambor de sello líquido o un deprendiz de llama, un compresor (aprendimiento, reciprocación o anillo líquido), y un sistema de control. VRU son especialmente eficaces para los grandes depósitos de almacenamiento (por ejemplo, los tanques de techo flotantes externos con recuperación de vapor) y los terminales de carga marina donde las pérdidas de inspección óptimas.

2. Sistemas de cierre de la plataforma

Los sistemas de cierre (o de cierre) evitan la liberación de vapor mediante la transmisión física de los gases de hidrocarburo. En lugar de ventilar a la atmósfera, el espacio de vapor del tanque receptor se interconecta con el espacio de vapor del buque que entrega, o con una línea de equilibrio de vapor que devuelve los vapores a la fuente. Esto es común durante el transporte de camiones, carriles y carga de barca.

La implementación de protocolos de cierre requiere un diseño cuidadoso para evitar la acumulación de presión o el colapso del vacío. Las válvulas de presión/vacuo con discos de ruptura proporcionan anulación de seguridad. Mantenimiento regular de materiales de sellado y mecanismos de acoplamiento es crítico para prevenir las fugas. Instalaciones que utilizan sistemas de cierre informan reducciones VOC de 90% o más en comparación con la carga convencional de ventos a atmósfera.

3. Control de temperatura

La reducción de la temperatura del aceite crudo reduce la presión de vapor de los extremos de la luz, disminuyendo directamente la tasa de evaporación. Esto se puede lograr mediante el aislamiento del tanque, recubrimientos reflectantes (pintura blanca o de aluminio para rechazar el calor solar), y el enfriamiento activo en climas calientes. Para el crudo almacenado a temperaturas elevadas (por ejemplo, debido al calentamiento del proceso), la recuperación del calor o el enfriamiento puede mitigar las emisiones.

Incluso una reducción modesta de 10–15°F puede disminuir las emisiones de COV de los tanques de techo fijo en un 20–40%, dependiendo de la composición de la cruda. El aislamiento de tanque también ahorra energía reduciendo el aumento de calor en verano y la pérdida de calor en invierno, proporcionando un beneficio ambiental dual. Sin embargo, el control de temperatura por sí solo no es suficiente para las cruzadas de alta presión; se combina mejor con los VRUs o sistemas de cierre.

4. Detección y reparación de levas (LDAR)

Las emisiones fugitivas de componentes de equipos de filtración (valves, focas de bomba, conectores, bridas, líneas abiertas) pueden dar cuenta de una parte sustancial de las liberaciones totales de VOC. Un programa riguroso de LDAR implica monitoreo periódico de componentes utilizando cámaras de EPA Method 21 o de gas óptico (OGI), seguido de la reparación oportuna de las fugas detectadas.

Muchas instalaciones implementan ahora un Plan de Gestión de Emisiones Fugitivas que incluye:

  • Inventario de todas las fuentes potenciales de fuga
  • Examen de las bases de referencia y programación basada en el riesgo
  • Uso de OGI para la detección rápida y no contacto
  • Seguimiento de tiempos de reparación y análisis de causa raíz
  • Formación de trabajadores sobre procedimientos adecuados de ajuste, sellado y reemplazo

Los programas de LDAR han demostrado reducir las emisiones fugitivas en un 80% durante unos pocos años. El Instituto Americano de Petróleo (API) proporciona práctica recomendada (API RP 1115) para LDAR en el servicio de hidrocarburos.

5. Equilibrio de vapor

El equilibrio de vapor es una técnica simple y de bajo costo que conecta los espacios de vapor de dos buques durante la transferencia de modo que los vapores se desplazan del tanque receptor en lugar de ventilar a la atmósfera. Esto se utiliza comúnmente durante la carga de productos en los terminales de marketing. Mientras que eficaz para tanques de techo fijo equipados con líneas de vapor, el equilibrio de vapor no elimina las emisiones enteramente, sólo transfiere el vapor al tanque de origen, que puede eventualmente se ventrá si no está conectado a una estrategia de V.

6. Adsorción de carbono

Los sistemas de adsorción de carbono utilizan camas de carbono activadas para adsorb VOCs de un flujo de gas vent. El carbono puede regenerarse usando nitrógeno caliente o de vapor, y los VOC desorbidos se condensan o se envían a una bengala. Esta tecnología es particularmente eficaz para los flujos de baja corriente, de alta concentración de los tanques de almacenamiento pequeños o terminales de carga de camiones.

7. Absorción (Escruciamiento)

En un sistema de absorción, el gas cargado de VOC se contacta con un aceite de león (por ejemplo, un líquido hidrocarburo de alto nivel) en una torre embalada. Los COV se disuelven en la fase líquida, y el gas limpiado se ventila o envía a una VRU. El aceite rico se regenera en una columna de stripper, recuperando las VOCs para la reutilización.

8. Condena

Los sistemas de condensación enfrían el flujo de vapor a una temperatura por debajo del punto de rocío de los COV blancos, lo que los hace condensar en líquido para recuperación. Se puede emplear refrigeración mecánica o refrigeración criogénica (utilizando nitrógeno líquido). La condensación es especialmente adecuada para flujos de alta concentración de compuestos fácilmente condensables (por ejemplo, butano, pentane).

9. La radiación y la oxidación térmica

Cuando la recuperación de vapor no es técnica o económicamente factible, el arrastre (combustión abierta) o la oxidación térmica (combustión cerrada) puede lograr eficiencias de destrucción de 98% o mayor. Se prefieren bengalas cerradas o oxidantes térmicos con recuperación de calor para minimizar las emisiones visibles y maximizar el uso de energía. Sin embargo, el arrastre convierte los VOCs a fl2 y agua, que contribuyen a agotar las emisiones de gases de gases de gases de efecto invernadero; por lo que se consideran cada vez más.

Prácticas óptimas operacionales para complementar la tecnología

Diseño y actualización de tanques de almacenamiento

Los tanques de techo fijo reparadores con los tanques de techo flotantes externos (EFRT) o los tanques de techo flotantes internos (IFRT) pueden reducir drásticamente las emisiones de VOC. Los techos flotantes crean una barrera física que minimiza el espacio de vapor, reduciendo las pérdidas de respiración y de trabajo. Para nuevas instalaciones, IFRTs con sellos de bordes de alta calidad (primario y secundario) son el estándar de vapor de inspección.

Blending y programación de la Cruz

Las crudas de color con menor presión de vapor antes de que el almacenamiento pueda reducir las emisiones totales de COV. Por ejemplo, diluir un condensado ligero con una cruda más pesada puede reducir la presión de vapor Reid (RVP) de la mezcla. La programación de transferencias durante partes más frías del día (por ejemplo, noche o temprano por la mañana) reduce las tasas de evaporación.

Formación y sensibilización del trabajador

Todo el personal que participa en la manipulación de crudos, los operadores, el personal de mantenimiento y los inspectores debe recibir formación periódica sobre fuentes de emisión de COV, operación de equipos de control y procedimientos de detección de fugas. La capacitación debe abarcar prácticas de trabajo seguras como el uso de juntas de vapor, asientos adecuados de tanques y puertos de control, y asegurar que todas las líneas de retorno de vapor estén conectadas antes de iniciar la transferencia.

Vigilancia y verificación

El monitoreo continuo es esencial para asegurar que las medidas de control estén funcionando como se diseñó. Los detectores de gas de punto fijo (por ejemplo, FIDs, PIDs o sensores infrarrojos) pueden instalarse en los ventosas de tanque, racks de carga y líneas de cerca de perímetro. Pruebas de bloqueo para los oxidantes térmicos y las luces confirman la eficiencia de destrucción.

El cumplimiento de la normativa a menudo requiere inventarios periódicos de emisiones utilizando métodos de cálculo aprobados por EPA (por ejemplo, TANKS 4.09 software para depósitos) o medición directa (por ejemplo, utilizando un medidor de flujo de vapor y cromatógrafo de gas). Los documentos de guía de inventario de emisiones de la CEA proporcionan ecuaciones estándar para estimar pérdidas de trabajo y de respiración.

Beneficios económicos y ambientales

La inversión en la reducción de VOC produce múltiples rendimientos. Los vapores recuperados pueden ser vendidos o utilizados como combustible, generando ingresos que compensan los costos de capital y operación. Por ejemplo, un VRU capturando 200.000 pies cúbicos por día de líquidos de gas natural (GNL) a un precio de $3 por MMBtu proporcionaría más de 200.000 dólares en valor anual de productos precursores.

Tendencias futuras en la gestión de la VOC

Las nuevas tecnologías, como redes inteligentes de detección, cámaras OGI montadas por drones y el aprendizaje automático para el mantenimiento predictivo, están preparadas para mejorar los tiempos de detección y respuesta. Se están investigando las vías de captación y utilización de carbono (CCU) donde los VOC capturados se convierten en productos químicos o combustibles. Las tendencias regulatorias apuntan a intervalos cada vez más estrictos de monitoreo de emisiones fugitivas (por ejemplo, riesgos mensuales para los servicios de gas) y mayores beneficios de eficiencia.

Conclusión

La reducción de las emisiones de COV durante el manejo de crudos es alcanzable mediante una estrategia de capas que combina tecnologías probadas (VRU, sistemas de cierre, control de temperatura, adsorción de carbono, condensación y adelgazamiento) con prácticas operativas sólidas (LDAR, actualizaciones de tanques, mezcla, programación y capacitación).El monitoreo continuo y el compromiso de la mejora continua aseguran que los niveles de emisión sigan siendo bajos sobre la vida del servicio.

Para más información sobre las prácticas recomendadas, consulte el Documento de orientación para la reducción de la VOC de API y las Normas de Contaminación del Aire de de la CEPA.