Comprendere le emissioni di VOC nella gestione dei croci

I composti organici volatili (VOC) sono una classe di sostanze chimiche contenenti carbonio che evaporano facilmente nell'atmosfera a temperature ambientali. Nell'industria del petrolio e del gas, i VOC sono emessi principalmente durante la movimentazione di petrolio greggio, i gas, come stoccaggio, trasferimento, carico, scarico e lavorazione.

I VOC contribuiscono in modo significativo alla formazione dell'ozono di livello terra (una componente chiave dello smog) e possono avere effetti diretti sulla salute umana, comprese le questioni respiratorie e i rischi cancerogeni da composti come il benzene. Inoltre, le emissioni di VOC fuggitive rappresentano una perdita di prodotto prezioso.

Quadro regolamentare e Importanza della Riduzione VOC

Nel Regno Unito, la nuova società di prestazioni di origine dell'EPA (NSPS) per il settore del petrolio e del gas (ad esempio, Subpart OOOO, OOOOa, OOOOb e OOOOc) può imporre specifiche tecnologie di controllo e pratiche di lavoro per serbatoi di stoccaggio, controllori pneumatici e operazioni di trasferimento.

La gestione efficace delle emissioni di VOC inizia con una comprensione approfondita delle fonti di emissione. Le fonti di punti più significative durante la gestione del grezzo includono perdite di carico e di lavoro del serbatoio di stoccaggio, perdite di vapore del rack di carico e perdite di fugitive da valvole, flange, pompe e compressori.

Strategie chiave per la riduzione del VOC

1. Unità di recupero del vapore (VRU)

Le unità di recupero del vapore sono tra le tecnologie più ampiamente impiegate per catturare i VOC durante le operazioni di stoccaggio e di carico greggio. I VRU raccolgono vapori spostati dalla testata del serbatoio durante il riempimento (perdite di lavoro) o dall'espansione termica (perdite di respirazione). Il gas catturato viene tipicamente indirizzato a un compressore, quindi ri-iniettato nel flusso grezzo, utilizzato come gas di combustibile per le apparecchiature in loco o inviato a un'efficienza termica più alta.

I moderni VRU possono ottenere efficienze di cattura superiori al 95% quando correttamente mantenuto. I componenti chiave includono un intestazione di raccolta di vapore, un tamburo di tenuta liquido o un compressore di fiamma, un compressore (screw, reciproci o anello liquido), e un sistema di controllo.

2. Sistemi di chiusura a cerchio

I sistemi di chiusura a ciclo chiuso impediscono il rilascio del vapore fisico, contenendo i gas di idrocarburi durante il trasferimento. Invece di sfogare all'atmosfera, lo spazio di vapore del serbatoio ricevente è interconnesso con lo spazio di vapore del recipiente di consegna, o con una linea di bilanciamento del vapore che restituisce i vapori alla fonte.

L'implementazione di protocolli a ciclo chiuso richiede un design attento per evitare l'accumulo di pressione o il collasso del vuoto. Le valvole a pressione/vacuum con dischi rotture forniscono sovrascritti di sicurezza. La manutenzione regolare dei materiali di tenuta e dei meccanismi di accoppiamento è fondamentale per prevenire perdite.

3. Controllo della temperatura

Abbassare la temperatura del petrolio grezzo riduce la pressione del vapore delle estremità della luce, diminuendo direttamente il tasso di evaporazione. Questo può essere raggiunto attraverso l'isolamento del serbatoio, i rivestimenti riflettenti (bianco o alluminio per rifiutare il calore solare), e il raffreddamento attivo nei climi caldi. Per greggio immagazzinato a temperature elevate (ad esempio, a causa del riscaldamento di processo), il recupero del calore o il raffreddamento di trim può mitigare le emissioni.

Anche una modesta riduzione di 10–15°F può diminuire le emissioni di VOC da serbatoi a tetto fisso del 20–40%, a seconda della composizione del greggio. L'isolamento del serbatoio risparmia anche energia riducendo il guadagno di calore in estate e la perdita di calore in inverno, fornendo un duplice vantaggio ambientale. Tuttavia, il controllo della temperatura da solo non è sufficiente per greggi ad alta pressione; è meglio combinato con VRU o sistemi a ciclo chiuso.

4. Rilevazione e riparazione del leak (LDAR)

Le emissioni Fugitive provenienti da componenti di apparecchiature di perdita (valvole, guarnizioni di pompa, connettori, flange, linee a risposta aperta) possono essere considerate una frazione sostanziale di uscite VOC totali. Un rigoroso programma LDAR prevede il monitoraggio periodico dei componenti utilizzando le telecamere EPA Method 21 o OGI (O), seguito da una tempestiva riparazione di perdite rilevate.

Molti impianti ora implementano un piano di gestione delle emissioni fuggitive che include:

  • Inventario di tutte le potenziali fonti di perdite
  • screening della linea di base e pianificazione basata sui rischi
  • Uso di OGI per il rilevamento rapido e non contatto
  • Monitoraggio dei tempi di riparazione e analisi delle cause della radice
  • Formazione del lavoratore su procedure di serraggio, sigillatura e sostituzione adeguate

I programmi LDAR hanno dimostrato di ridurre le emissioni di gasolio fino all'80% in alcuni anni. L'American Petroleum Institute (API) fornisce la pratica raccomandata (API RP 1115) per LDAR[] nel servizio idrocarburico.

5. Bilanciamento del vapore

Il bilanciamento del vapore è una tecnica semplice e a basso costo che collega gli spazi di vapore di due navi durante il trasferimento in modo che i vapori vengano spostati dal serbatoio di ricezione nel serbatoio di consegna piuttosto che sfociati in atmosfera. Questo viene comunemente usato durante il caricamento del prodotto ai terminali di marketing.

6. Assorbimento al carbonio

I sistemi di assorbimento del carbonio utilizzano i letti a carbone attivati per assorbire i VOC da un flusso di gas di sfiato. Il carbonio può essere rigenerato utilizzando vapore o azoto caldo, e i VOC disorbiti sono condensati o inviati a un flare. Questa tecnologia è particolarmente efficace per i flussi di energia a basso flusso, ad alta concentrazione tipici di piccoli serbatoi di stoccaggio o di terminali di carico del camion.

7. Assorbimento (Scrubbing)

In un sistema di assorbimento, il gas VOC-laden viene contattato con un olio magro (ad esempio, un liquido idrocarbonio ad alto tenore) in una torre imballata. I VOC si dissolvono nella fase liquida, e il gas pulito viene sfiato o inviato a una VRU. L'olio ricco viene poi rigenerato in una colonna di spogliarellista, recuperando le piante VOC per il riutilizzo.

8. Condensazione

I sistemi di condensazione raffreddano il flusso di vapore a una temperatura sotto il punto di rugiada dei VOCs di destinazione, causando loro di condensare in liquido per il recupero. La refrigerazione meccanica o il raffreddamento criogenico (utilizzando azoto liquido) possono essere impiegati. La condensazione è particolarmente adatta per flussi di alta concentrazione di composti facilmente condensabili (ad esempio, butano, pentane).

9. Ossidazione termica e a fiamma

Quando il recupero del vapore non è tecnicamente o economicamente fattibile, il flaring (a combustione aperta) o l'ossidazione termica (combustione chiusa) può raggiungere efficienze di distruzione del 98% o superiore.

Migliori pratiche operative per la tecnologia di completamento

Progettazione e aggiornamento di serbatoi di stoccaggio

Sostituzione di serbatoi a tetto fisso con serbatoi esterni per tetto galleggianti (EFRT) o serbatoi interni per tetto galleggianti (IFRT) in grado di ridurre drasticamente le emissioni di VOC. I tetti galleggianti creano una barriera fisica che minimizza lo spazio di vapore, riduce le perdite di respirazione e di lavoro. Per le nuove strutture, IFRT con guarnizioni di bordo di alta qualità (prezzi primari e secondari) sono lo standard d'oro.

Miscela e Scheduling

La miscelazione di greggi con una pressione di vapore inferiore prima dell'accumulo può ridurre le emissioni VOC complessive. Ad esempio, la diluizione di una leggera condensa con un greggio più pesante può ridurre la pressione di vapore Reid (RVP) della miscela.

Allenamento e consapevolezza

Tutti i dipendenti coinvolti nella gestione del grezzo, operatori, personale di manutenzione e ispettori, devono ricevere una formazione regolare sulle fonti di emissione VOC, sulle operazioni di controllo e sulle procedure di rilevamento delle perdite.

Monitoraggio e verifica

I rilevatori di gas a punto fisso (ad esempio, FID, PID, o sensori a infrarossi) possono essere installati a bocca di serbatoio, rack di carico e linee di recinzione perimetrali. I test di arresto per ossidanti termici e flare confermano l'efficienza della distruzione.

La conformità alle normative richiede spesso inventari periodici di emissione utilizzando metodi di calcolo approvati dall'EPA (ad esempio, software TANKS 4.09 per serbatoi di stoccaggio) o misura diretta (ad esempio, utilizzando un misuratore di flusso di vapore e un cromotografo del gas).

Vantaggi economici e ambientali

I vapori recuperati possono essere venduti o utilizzati come combustibile, generando ricavi che compensano i costi di capitale e di esercizio. Ad esempio, un VRU cattura 200.000 piedi cubi al giorno di liquidi di gas naturale (NGLs) ad un prezzo di $3 per MMBtu avrebbe fornito oltre $ 200.000 nel valore di prodotto annuale.

Tendenze future nella gestione dei VOC

Le tecnologie emergenti come reti intelligenti di rilevamento, telecamere OGI montate sui droni e l'apprendimento automatico per la manutenzione predittiva sono in grado di migliorare i tempi di rilevamento e risposta. Le vie di cattura e di utilizzo del carbonio (CCU) dove i VOC catturati vengono convertiti in prodotti chimici o combustibili, sono oggetto di ricerche.

Conclusioni

Il miglioramento delle emissioni di COV durante la gestione del greggio è realizzabile attraverso una strategia a strati che combina tecnologie collaudate (VRU, sistemi a ciclo chiuso, controllo della temperatura, assorbimento del carbonio, condensazione e flaring) con pratiche operative robuste (LDAR, potenziamenti del serbatoio, miscelazione, pianificazione e formazione).

Per ulteriori informazioni sulle pratiche consigliate, consultare il API VOC Reduction Guidance Document[[[] e il EPA's Oil and Natural Gas Air Pollution Standards[].