صنایع نفت در هر کشوری از صنایع تکامل یافته محسوب می شود. از این رو برنامه کاهش آلودگی این صنایع از دیرباز در سطح جهان در حال انجام است. البته برنامه های کاهش آلودگی در کشورهای مختلف تفاوت داشته که این امر وابسته به قوانین ملی و محلی کشورهاست. فلر به عنوان واحد جدایی ناپذیر از صنایع نفت و گاز، نقش مهمی در نشر آلاینده ها و آلودگی محیط زیست دارد. فلرهای فعال در میادین نفت و گاز و در عملیات پالایش موجب تولید گازهای گلخانه ای شده و گرم شدن زمین را تسریع می کنند.

   گازهای ارسالی به فلر در شرایط مختلف عملیاتی می توانند منجر به تولید گازهای مختلفی شوند، از طرف دیگر عملیات فلرینگ موجب هدررفت منابع عظیمی از انرژی شده که از لحاظ اقتصادی بسیار با اهمیت است. کنترل و کاستن از این تلفات می تواند علاوه بر بهبود شرایط اقتصادی و حفظ سرمایه، موجب کاهش آلاینده ها و حفظ محیط زیست شود.

   تا به حال روش ها و راهکارهای گوناگونی برای کاهش و یا بازیابی گازهای ارسالی به فلر ارائه شده است که عمدتاً بر روی اصلاح واحدهای تولید کننده گاز ارسالی به فلر معطوف شده اند. همچنین اصلاح سیستم ها می تواند در هر واحد تولید کننده گاز و یا در سیستم فلر انجام پذیرد و با طراحی یک سیستم فشرده سازی گاز خاص، می توان میزان سوزاندن گاز در پالایشگاه را بطور چشمگیری کاهش داد و از سوزاندن گازها جلوگیری کرد و با توجه به اینکه حجم زیادی از گازهایی که در فلر سوزانده می شوند از ارزش سوختی بالایی برخوردار هستند، در برخی موارد می توان از آنها به عنوان خوراک واحدهای مختلف استفاده کرد.

   در سال های اخیر با شدت یافتن فعالیت های مجامع بین المللی در راستای حفاظت از محیط زیست، کاهش گازهای ارسالی به فلر و یا بازیابی آن از اهمیت زیادی برخوردار شده است.

فلر و انواع آن

   فلر، دودکش یا لوله عمودی امتداد یافته ای است که به عنوان یکی از قسمت های ضروری در چاه های نفت، پالایشگاه، پتروشیمی و کارخانه های مواد شیمیایی جهت سوزاندن گازها و مایعات اضافی قابل اشتعال و سمی تخلیه شده، بکار می رود و می تواند از بروز خطرات آتش سوزی، انفجار و آسیب رسانی به کارکنان جلوگیری کند. در واقع فلر مواد قابل اشتعال، سمی و بخارات خورنده را به ترکیبات کم ضررتر تبدیل می نماید.

   ارتفاع دودکش به منظور امنیت محیط اطراف و کارگران مهم است و قطر دودکش برای تأمین دبی کافی جریان به منظور اجازه دادن به گازها و بخارها برای ترک نوک دودکش بعد از احتراق در فلر به وسیله شعله های پایلوت اهمیت دارد. فاکتور کلیدی در طراحی دودکش فلر، زمان فرار پرسنل از پایه فلر در بیشینه تخلیه می باشد. بنابراین انتخاب ارتفاع و موقعیت دودکش فلر بر پایه ایمنی پرسنل عملیاتی و همچنین تجهیزات باشد.

   فلرها از نظر نوع وسیله مهر کننده دودکش، به صورت دکلی، کابلی خودایستا و سه پایه ای برای صنایع کوچک وجود داشته و از نظر عامل اختلاط با گاز فلر برای بهسازی سوخت شعله، دارای انواع مختلقی از جمله القایی با بخار، به همراه هوا به همراه فشار و یا بدون کمک می باشند.

انواع دستگاه ها و سیستم های فلر

   فلرهای مورد استفاده در صنایع پتروشیمی و هیدروکربنی عموماً از نوع زیر هستند:

1) فلرهای باز

2) فلرهای بسته

فلرهای باز (مرتفع)

    شناخته شده ترین فلرها، فلر باز یا مرتفع می باشد. فلرهای مرتفع، به صورت بالقوه، از شرایط خطرناک در سطح زمین با ارتفاع دادن به شعله باز برفراز مناطق کاری جلوگیری کرده و اثرات صدا، گرما، دود و بو را کاهش می دهد. شعله مرتفع به صورت آزاد در هوای باز می سوزد.

   فلرهای باز فوایدی نظیر ارزان قیمت بودن و سادگی نسبی را دارند که فاکتورهای مهمی در زمان عدم وجود استاندارد انتشار می باشند. اگرچه فلرهای باز ناکارا هستند، ولی در مقایسه با فلرهای بسته، انتشار ضعیف تری دارند.

   از مشکلات فلرهای باز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

•  یک فلر باز با شعله نا محدود، نمی تواند به صورت عادی به دماهای بالا برسد.
•  شعله های نورانی، بویژه گرما تابش می کنند و وسیله ای برای کاهش نوسانات حرارتی آنها نیست.
•  هوای محیط، شعله را سرد می کندو به سرد کردن فرایندها می انجامد
•  تابش گرما از فلر باز، یک عیب بهداشتی و ایمنی، علاوه بر اثر آن بر بازدهی احتراق می باشد.
•  انتشارها از یک فلر باز، به سادگی قابل اندازه گیری و تفسیر نیستند.
•  بدست آوردن یک نمونه معرف از گازهای احتراق خیلی مشکل است و برای پایش های معمولی، غیرعملی است.

فلرهای بسته

   فلرهای بسته به فلرهای زمینی نیز مشهورند. بستن نوک فلر با یک پوشش و پایین آوردن آن به سطح زمین امکان پذیر است. در یک فلر بسته، برنرها با یک پوسته ایزوله شده احاطه شده اند. این پوشش سرو صدا، روشنایی، تابش حرارتی را کاسته و حفاظت در مقابل باد را بهبود می بخشد.

در جدول زیر برخی ویژگی های فلرهای باز و بسته به صورت خلاصه ارائه شده است:

شرایط فلر جهت سوزاندن گازهای دریافتی

• شرایط عادی کارخانه (شرایط عملکرد نرمال واحدها)

   در این حالت گازهای آزاد شده از برخی فرایندها به همراه گازهای برج در فلر سوزانده می شود.

• شرایط آشفتگی واحد

   این شرایط در هنگام راه اندازی (Start up) و توقف کامل (Shut down) واحد بوجود آمده و حجم گازهای ارسالی به فلر بیش از شرایط عادی می باشد.

• شرایط اضطراری واحد

   در مواقعی که حوادثی نظیر نقص فنی دستگاه، اشتباهات انسانی، تغییر در خوراک ورودی و یا قطع جریان برق اتفاق می افتد، مقداری از گازها بصورت نا خواسته به فلر ارسال می شود.

آمار مربوط به گازهای سوزانده شده در سطح دنیا

   بطور کلی در پالایشگاه ها گازهای نامرغوب و بی مصرف را از طریق خط لوله اصلی فلر به سوی سیستم فلرینگ هدایت می کنند و در آنجا این گازها سوزانده می شوند. بانک جهانی تخمین می زند که سالانه 100 میلیارد متر مکعب گاز طبیعی، مقداری برابر با مصرف سالانه گاز آلمان و فرانسه، سوزانده یا تهویه می شود.

آلودگی های ناشی از فلرینگ

   سیستم فلر از قسمت های ضروری در پالایشگاه است که در داشتن فرآیند قابل اطمینان نقش اساسی دارد. انحراف از شرایط طراحی در پالایشگاه باعث ایجاد وضعیت نامناسب در فرآیند شده، تا حدی که جریانات گازی فرآیندها (به دلیل عمل نمودن شیرهای اطمینان) به سیستم فلر پالایشگاه تخلیه می شوند. با این وجود فلرها آلودگی هایی بوجود می آورند.

   فلر در ایجاد مشکلات زیست محیطی مانند نابودی منابع، ایجاد گرمایش جهانی و باران های اسیدی نقش قابل توجهی دارد.

   اگر احتراق در فلر کامل باشد، فقط بخارات آب، دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد به عنوان محصولات احتراق تولید خواهند شد. اما واقعیت آن است، کنترل احتراق گازها در نوک فلر امکان پذیر نبوده و از این رو غیر از ترکیبات مذکور، گازهای دیگری تولید می شوند.مطابق 2000 مقاله رسمی چاپ شده در انجمن سلامت عمومی کانادا، 250 سم شناخته شده در طی فرآیند فلر به هوا تخلیه می شود که برخی از آنها عبارتند از : دوده، بنزن، جیوه، اکسیدهای نیتروژن، دی اکسید کربن، آرسنیک، دی سولفید کربن، کروم، متان، سولفید کربنیل، تولوئن، گازهای اسیدی و هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای.

   مطالعات و فعالیت های انجام گرفته تا به حال این اثرات زیان بار را به صورت کیفی مشخص کرده اند:

• فلرهای فعال در میادین نفت و گاز و یا موجود در عملیات پالایش به طور مستقیم ایجاد گازهای گلخانه ای کرده که بدون شک، گرم شدن کره زمین نتیجه آن می باشد.
• گازهای ارسالی به فلر در شرایط مختلف کارکرد آن باعث تولید گازهای متفاوتی نظیر دوده ترکیبات آلی فرار نسوخته، مونوکسید کربن، گازهای اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، مرکاپتان ها و دی اکسید گوگرد می شوند.
• گازهای انتشار یافته از فلرها نظیر اکسیدهای گوگرد و ازت در مجاورت آب موجود در اتمسفر می تواند حجم قابل توجهی اسید تولید نماید. اسیدهای مذکور قادر خواهند بود در محدوده از محیط اطراف فلر تا هزاران کیلومتر دورتر پراکنده شوند.
• همچنین از اثرات آن در منطقه می توان به موارد زیر اشاره کرد:                         

      آلودگی هوای منطقه، آلودگی آب های سطحی، تهدید حیات و گریزان شدن جانوران منطقه و کاهش عبور پرندگان مهاجر، تخریب بافت و کاهش قابلیت خاک و افت کیفی زیستگاه ها.

راه های کاهش گازهای ارسالی به مشعل

   راهکارهای مختلفی برای کاهش گازهای ارسالی به مشعل وجود دارد. در زیر خلاصه ایست از راه هایی که در آنها پتانسیل بالایی برای کاهش گازهای مشعل وجود دارد. اعداد ذکر شده بیانگر مقدار گاز صرفه جویی شده در هر یک از حالت ها بر اساس تجارب بدست آمده در شرکت ملی نفت ابوظبی است.

• وضعیت سر مشعل

بعضی از مشعل ها به علت خرابی سر مشعل، گاز اضافی می سوزانند. با تغییر یا تعویض آنها، گاز پرچ شده کاهش پیدا خواهد کرد. بر حسب اینکه اندازه مشعل چقدر باشد، مقدار تقریبی 1/0 تا 5/0میلیون فوت مکعب در روز گاز از مشعل آسیب دیده صرفه جویی می شود.

• جایگزینی پرج هیدروکربن با پرج نیتروژن

مقدار قابل توجهی از گازی که سوزانده می شود، ناشی از پرج مشعل می باشد، می تواند به عنوان جایگزینی مناسب و تمیز مورد استفاده قرار گیرد. در غیر اینصورت واحدی کوچک برای تأمین نیتروژن مورد نیاز می تواند خریداری شود.چنانچه مقدار نیتروژن کمتر از مقدار مورد نیاز برای پرج سیستم مشعل بود، هیدروکربن (معمولاً گاز طبیعی) به عنوان گزینه اضطراری می تواند به کار آید. بر حسب اندازه مشعل مقدار 05/0 تا 3/0 میلیون فوت مکعب گاز در روز صرفه جویی خواهد شد.

• جایگزینی هیروکربن عریان کننده با نیتروژن

بطور معمول از هیدروکربن به عنوان گاز عریان کننده استفاده می شود. با جایگزین نمودن نیتروژن با آن 2 میلیون فوت مکعب گاز در روز صرفه جویی خواهد شد

• جایگزینی هیدروکربن پوشاننده با نیتروژن

بطور معمول پوشش تانک ها و مخازن به وسیله هیدروکربن انجام می شود. جایگزینی به وسیله نیتروژن مقدار 05/0 تا 2/0 میلیون فوت مکعب گاز در روز صرفه جویی به همراه خواهد داشت.

• ظرفیت تجهیزات

در بعضی موارد ظرفیت در نظر گرفته شده در طراحی تجهیزات توانایی جریان مورد نظر را نداشته و گاز مازاد به سمت مشعل هدایت می شود. با شناسایی نقاط گلوگاهی یا نصب واحدهای جدید می توان مقدار 20 میلیون فوت مکعب گاز در روز صرفه جویی نمود.

• سیستم تزریق گاز رقیق

چنانچه از گاز رقیق برای استخراج پسماندهای سنگین گاز از نفت خام استفاده شود، با بازیابی میعانات حاصل از فشرده سازی گاز توسط گاز رقیق می توان از هدر رفت تقریبی 3 میلیون فوت مکعب گاز در روز جلوگیری نمود.

• اصلاح یا جایگزینی پیلوت های مشعل

ممکن است تعدادی از پیلوت ها قابل اطمینان نبوده و یا آسیب دیده باشند. با تعویض یا اصلاح پیلوت ها مقدار 01/0 تا 05/0 میلیون فوت مکعب گاز به ازای هر مشعل صذفه جویی خواهد شد.

• اصلاح یا جایگزینی سیستم های جرقه زنی

سیستم های جرقه زنی به علت خرابی باعث افزایش مصرف گاز پرج کننده می شوند. با تعویض یا اصلاح سیستم، مقدار 05/0 میلیون فوت مکعب گاز در روز به ازای هر مشعل صرفه جویی خواهد شد.

• سیستم بازیافت گازمشعل

در بسیاری از واحدها شیرهای اطمینان نشتی پیدا می کنند و گاز رها شده به سمت مشعل هدایت می شود. بازیابی گاز هدایت شده به سمت مشعل، صرفه جویی 2 تا 5 میلیون گاز را در روز به دنبال خواهد داشت.

• تزریق مجدد گاز اضافی به مخازن

با تزریق گاز به مخازن به منظور ازدیاد برداشت نفت، می توان مقدار 10 میلیون فوت مکعب گاز در روز صرفه جویی نمود. تحقیقات نشان داده استفاده از گاز با درصد بالای هیدروژن سولفید هم امکان پذیر است.

• استفاده از اندازه گیر های جریان چندفازی

با استفاده از اندازه گیر چندفازی می توان از فلرینگ حین چاه آزمایی جلوگیری کرده، به ازای هر آزمایش و بسته به میزان تولید مقدار 5/0 تا 2 میلیون فوت مکعب گاز در روز صرفه جویی نمود.

• استفاده از پمپ های چندفازی

با بکارگیری پمپ های سه فازی، دیگر نیازی به جداسازی گازی که در نهایت به سمت مشعل هدایت می شود، نیست. با این کار می توان مقداری در حدود 2 میلیون متر مکعب گاز در روز صرفه جویی نمود.

• منبع جایگزین برای گاز اضافی

مطالعات نشان داده که استفاده از گاز فشرده شده در نزدیک ترین واحد گازی موجب صرفه جویی 120 میلیون فوت مکعب گاز در روز خواهد شد.

• بهینه سازی تعداد مشعل های در حال استفاده

در بعضی از واحدها مشعل های زیادی در یکزمان نصب می گردند. مطالعات نشان داده که بهینه سازی تعداد مشعل های موجود موجب صرفه جویی 22 میلیون فوت مکعب گاز در روز خواهد شد.

   به تازگی نیز فرآیندهایی تحت عنوان Zero Flaring برای کاهش آلودگی ناشی از خروجی های فلرها و ارائه یک روش اقتصادی تر و زیست محیطی تر توسعه پیدا کرده اند.

بازیابی گازهای ارسالی به فلر (FGRS1)

به طور کلی روش های مختلفی برای بازیابی گازهای ارسالی به فلر وجود دارد که عبارتند از:

• فیزیکی: در این روش گازهای فلر تحت روش های خاصی خالص سازی و در صورت نیاز متراکم شده تا به عنوان سوخت یا خوراک واحدهای فرایندی مورد استفاده قرار گیرد.
• شیمیایی: عبارتست از انجام واکنش در حضور کاتالیست، به منظور تبدیل گازهای فلر به مواد صنعتی قابل استفاده.
• بیولوژیکی: از جدیدترین روش های بازیابی می باشد که طی آن با استفاده از باکتری و انجام واکنش های تجزیه ای در برج ها گاز را به عوامل تشکیل دهنده آن تجزیه می کنند.

مزیت های اساسی بازیابی گازهای ارسالی به فلر عبارتند از :

• کاهش تولید گازهای آلاینده محیط زیستشامل گازهای گلخانه ای مانند، دی اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، بخارآب و اکسیدهای گوگرد
• تولید انرژی الکتریکی
• تولید گاز سنتز و تولید متانول
• کاهش مصرف سوخت گازی
• کاهش نور، صوت و بوی حاصل از عملیات فلرینگ
• کاهش مصرف بخار
• کاهش مصرف گاز پرج
• افزایش طول عمر نوک آتش خان فلر

   افزایش و شعله ور شدن گازهای پرفشار در فلر باعث انتشار مقادیر زیادی از آلاینده های زیست محیطی، گازهای گلخانه ای، هیدروکربن های نسوخته و هدر رفتن مقدار زیادی انرژی می شود که راهکارهای گوناگونی جهت کاهش و بازیابی گازهای ارسالی به فلر وجود دارد و با توجه به توجیهات اقتصادی و به کمک تکنولوژی مولدهای مقیاس کوچک (DG) و سیستم بازیابی گازهای ارسالی به فلر از گازهای فلرینگ پالایشگاه جهت تولید برق و استحصال انرژی الکتریکی استفاده می شود. در همین راستا آلودگی ناشی از سوختن گازها نیز بطور بسیار محسوسی کاهش خواهد یافت.

   از سویی دیگر گاز سنتز می تواند به عنوان خوراک در واحدهای مختلف شیمیایی استفاده شود. پیشنهاد استفاده از آن به عنوان خوراک در واحد تبدیل گاز طبیعی به میعانات گازی یا فیشرتروپش است که محصولات آن علاوه بر سازگار بودن بیشتر با محیط زیست، از ارزش افزوده بالاتری نیز نسبت به محصولات مشابه حاصل از نفت خام برخوردارند. از لحاظ اقتصادی نیز سودآوری واحد فیشرتروپش در ایران بررسی شده است که نتایج مثبتی را در بر داشته است. برای تولید گاز سنتز باید مایعات گاز طبیعی از آن جدا شود. همچنین باید ترکیبات دی اکسید کربن و سولفور از میان برداشته شوند.

از مزایای تبدیل غیرمستقیم گازهای فلر به متانول نیز می توان به این موارد اشاره کرد:

• محصولات حاصل از واحد GTL (تبدیل گاز به میعانات گازی) به دلیل مایع بودن، مشکل حمل و نقل گاز طبیعی را ندارد.
• کاهش آلاینده های محیط زیست

نتیجه گیری

   بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش آلاینده های زیست محیطی یکی از دغدغه های اصلی صنعت نفت، گاز و پتروشیمی می باشد. امروزه با گسترش صنعت پالایش، فراوری نفت و گاز در کشور و با توجه به اینکه ایران در میان تولیدکنندگان آلاینده های هیدروکربنی ناشی از سوزاندن گاز در فلر و یا تخلیه آن به محیط زیست، رتبه سوم را در جهان داراست، تدوین برنامه جامع و اجرای پژوهش هایی در راستای کاهش این معضل امری ضروری است و از آنجایی که اصلی ترین راه اتلاف انرژی در پالایشگاه های گاز سیستم فلرینگ است و عمدتاً بیشترین میزان آلاینده های زیست محیطی نیز از همین سیستم متصاعد می گردد، توجه به بهینه سازی عملکرد و اصلاح این بخش، از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. بایستی علاوه بر رعایت و توسعه استانداردهای موجود، توجه کافی به انتخاب محل و اجزای فلرها مبذول گردد.

   همچنین بازیابی انرژی از گازهای ارسالی به فلر بسیار مقرون به صرفه است. علاوه بر جلوگیری از آلودگی های زیست محیطی و ایجاد گرمایش جهانی باعث استفاده بهینه از میلیون ها مترمکعب گاز فلر شده در روز می شود. بطور کلی با توجه به شرایط اقتصادی، قیمت تجهیزات و عملیات، ارزش گاز بازیابی شده، سود ناشی از کاهش آلودگی هوا و جلوگیری از پرداخت جریمه های مرسوم، می توان سرمایه از دست رفته را بازگرداند.