ارزیابی روش نوین تخمین میزان گاز ارسالی به مشعل و برآورد میزان انتشار ذرات معلق ناشی از مشعل‌سوزی در یک پالایشگاه‌ گاز

ذرات معلق موجود در هوا نظیر کربن سیاه و دوده ناشی از سوختن ناقص کربن یکی از مهمترین و خطرناک‌ترین آلاینده‌های هوا بوده که می‌توانند عامل بیماری‌های خطرناکی باشند. منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس در جنوب ایران و مجاور پارک ملی دریایی نایبند در استان بوشهر قرار دارد. دوازده پالایشگاه گاز طبیعی و شانزده مجتمع عظیم پتروشیمی در این منطقه ساخته شده است و بیش از 70% از کل گاز طبیعی و 45% از کل محصولات پتروشیمی کشور را تولید می‌کنند. به‌دلیل پیچیدگی‌های فرآیندی و احتمالا عدم دسترسی به تکنولوژی‌های به روز، روزانه بیش از 11100 تن گاز توسط 60 مشعل فعال سوخته می‌شود که می‌تواند یکی از دلایل اصلی انتشار کربن سیاه و ذرات معلق باشد. با توجه به اهمیت میزان گاز ارسالی به مشعل در تخمین میزان ذرات منتشره، در این تحقیق بر اساس اطلاعات واقعی فرآیندی و سنجش‌های میدانی، دبی گازهای ارسالی به مشعل تعیین و صحت سنجی گردید. بدین منظور ابتدا تمامی شیرهای کنترل موجود بر سر راه شبکه مشعل شناسایی شده و سپس با استفاده از روابط سیالاتی حاکم بر شیرها، دبی و ترکیب ‌درصد مخلوط گازی ارسالی به مشعل محاسبه شد. سپس براساس مکانیسم احتراق و ترکیبات مختلف موجود در مخلوط گازی ارسالی به مشعل و ضرایب انتشار موجود، میزان انتشار ذرات معلق از مشعل محاسبه شد. صحت مقادیر دبی پیش‌بینی شده توسط مدل با استفاده از دستگاه دبی‌سنج اعتبار سنجی گردید. مربع ضریب همبستگی پیرسون داده‌های حاصل از مقایسه دبی جرمی تجمعی تخمینی توسط مدل با دبی واقعی اندازه‌گیری شده توسط دبی‌سنج 0.986 بود که نشان از تطابق بالا بین مقادیر اندازه‌گیری شده با مقادیر پیش‌بینی شده دارد. بررسی صحت مقادیر ترکیب‌ درصد پیش‌بینی شده توسط مدل، با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی، نشان‌دهنده انحراف کمتر از 13% بین مقادیر پیش‌بینی‌شده و مقادیر حقیقی اندازه‌گیری شده است. این نکته بیانگر دقت قابل قبول روش مورد استفاده در مقیاس صنعتی برای تخمین دبی و ترکیب ‌درصد گاز ارسالی به مشعل و در نتیجه تخمین میزان کل ذرات معلق منتشره از مشعل است.

Evaluation of a New Approach for Estimating the Amount of Flared Gas and Emission Estimation of Particulate Matters from Flaring of a Gas Process Plant

Particulate matter such as black carbon and soot produced due to incomplete combustion of hydrocarbons is one of the most critical and hazardous sources of air pollution, which can cause fatal diseases. Pars Special Economic Energy Zone is located in southern Iran, close to Naiband National Marine Park in Bushehr Province. Twelve natural gas processing plants and 16 huge petrochemical complexes have been developed in this area. They produce more than 70% of Iranian domestic natural gas and 45% of the petrochemical products. Due to the complexity of the process and possibly the lack of access to the best available technologies, daily more than 11,100 tons of gas are combusted at 60 active flares, which could be one of the main reasons for the release of black carbon and soot.. Due to the importance of the flow and composition of flared gas in estimating particulate matter, in the present study, based on actual process data and field measurements, flow rate and composition were determined and verified. To achieve this purpose, first, all of the control valves on the flare network were recognized and then, the flow rate and composition of the flared gas was calculated based on the equations and correlations of the valves. Finally, the particulate matter emission from the flares was calculated based upon the flared gas flow, composition and existing emission factors. The accuracy of the predicted flow rate was validated using a flowmeter. The actual cumulative measured flaring rates were compared with cumulative model flaring rates. By comparing the calculated cumulative flaring rate against measured values as determined by flow meters, the square of the Pearson correlation coefficient (SPCC) was found to be 0.986, showing high correspondence between measured and predicted values. The accuracy of the predicted composition by the model using gas chromatography indicates a deviation of less than 13% between predicted values and actual values. This point shows the acceptable accuracy of the method on an industrial scale for estimating the total particulate matter emitted from flaring.