چاپ

بازار آریا - دنیای اقتصاد - پیمان قناعتی‌فرد : فرآیند مشعل‌‌‌‌‌‌سوزی در معنای عام، به‌‌‌‌‌‌منزله اتلاف منابع گرانبهای انرژی شناخته می‌شود زیرا همان‌طور که بانک جهانی اخیرا اعلام کرده، مقدار گازی که در حال‌حاضر در سرتاسر جهان مشعل‌‌‌‌‌‌سوزی می‌شود (حدود 150‌میلیارد مترمکعب در سال‌2024)، می‌تواند انرژی مورد‌نیاز کل منطقه جنوب صحرای‌‌‌‌‌‌آفریقا را تامین کند. خوشبختانه، مطالعات زیادی برای استفاده بهینه از گاز مشعل(FG)، به‌‌‌‌‌‌جای هدر‌‌‌‌‌‌دادن آن در هوا انجام شده‌است.
به نوشته تارنمای اویل‌‌‌‌‌‌اند‌‌‌‌‌‌گس، یکی از این بررسی‌‌‌‌‌‌ها شامل یک مطالعه مشترک بین آمریکا و کره‌‌‌‌‌‌جنوبی با عنوان «از مشعل‌‌‌‌‌‌سوزی تا تولید هیدروژن در صنایع نفت‌‌‌‌‌‌و‌‌‌‌‌‌گاز» می‌شود. این مطالعه علمی، شامل امکان‌‌‌‌‌‌سنجی فنی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ واقتصادی تبدیل گاز مشعل به یک جایگزین خالص با انتشار نزدیک به صفر است که با هدف افزایش راندمان، راه‌‌‌‌‌‌حلی نوآورانه برای تبدیل FG به هیدروژن و استفاده از CO2 جذب‌شده را پیشنهاد می‌کند.
اثرات زیست‌محیطی شعله‌‌‌‌‌‌سوزی
Flaring منبع اصلی انتشار CO2، متان و دوده ‌‌‌‌‌‌سیاه است که همگی در تغییرات آب‌وهوایی نقشی موثر دارند. با فرض تولید یک ترکیب گازی «معمولی» در نتیجه پدیده مشعل‌‌‌‌‌‌سوزی، سالانه حجمی معادل 350‌میلیون ‌تن گازهای گلخانه‌‌‌‌‌‌ای هم‌‌‌‌‌‌تراز CO2، در جو منتشر می‌شود. در جریان مطالعات انجام‌شده توسط کارشناسان حوزه انرژی، توسعه‌‌‌‌‌‌ و تجزیه‌‌‌‌‌‌وتحلیل یک سیستم چندنسلی که بر گازهای‌‌‌‌‌‌مشعل خروجی صنعت نفت‌‌‌‌‌‌و‌‌‌‌‌‌گاز تمرکز دارد، مورد‌توجه قرار گرفته‌است. این محققان بر سه سناریوی تبدیل گازهای مشعل به هیدروژن متمرکز بودند.
-رفرم خود‌‌‌‌‌‌گرمایی از طریق جذب CO2، موسوم به فرآیند AACP
-رفرم اتوترمال با استفاده از جذب CO2 و بهبود بازیافت نفت(EOR) موسوم به فرآیند AACPE
-رفرم اتوترمال مطلق(ATR)
نتایج این مطالعه نشان‌داد که سناریوی دوم یعنی«رفرم اتوترمال با استفاده از جذب CO2 و بهبود بازیافت نفت» (EOR)، می‌تواند به‌عنوان یک جایگزین امیدبخش برای کاهش کربن به‌حساب آید. این سناریو، پایین‌ترین هزینه‌های مالی و زیست‌محیطی تولید هیدروژن را برای اجراکننده در پی خواهدداشت.
نگاهی به فرآیند AACPE
این فرآیند با جذب گازهای مشعل آغاز شده که این گازها سپس برای تبدیل به هیدروژن آماده می‌شوند. گاز مشعل در جریان این فرآیند، به‌همراه اکسیژن و بخار، به یک رآکتور( Autothermal Reforming(ATR‌ وارد می‌شود. این واکنش با استفاده از کاتالیزور نیکل انجام و منجر به تولید گاز سنتز می‌شود، گازی که مخلوطی از مونوکسید‌‌‌‌‌‌کربن(CO)، دی‌‌‌‌‌‌اکسیدکربن(CO2)، هیدروژن(H2) و سایر گازها است. سپس گاز سنتز از رآکتورهای WGS با دمای بالا و پایین عبور داده می‌شود تا گاز حاصل به CO2 تبدیل و هیدروژن تولید شود. رآکتورهای WGS یا واکنش تغییر آب-گاز(Water-Gas Shift Reactors) تجهیزاتی هستند که در فرآیندهای پالایشگاهی و تولید هیدروژن برای تبدیل مونوکسید‌کربن(CO) و بخار آب(H₂O) به دی‌‌‌‌‌‌اکسید‌کربن(CO₂) و هیدروژن(H₂) استفاده می‌شوند. هدف نهایی البته، دستیابی به محتوای نهایی CO زیر 0.2درصد است. گاز حاصله به واحد جذب کربن فرستاده می‌شود که در آن از محلول آمینی مانند مونو‌‌‌‌‌‌اتانول‌‌‌‌‌‌آمین(MEA)، برای جذب CO2 استفاده می‌شود.CO2 حاصله سپس از محلول MEA در یک ستون دفع‌‌‌‌‌‌کننده جدا‌‌‌‌‌‌سازی می‌شود. گاز غنی از هیدروژن سپس به سیستم PSA فرستاده می‌شود تا هیدروژن را تا 99‌درصد خالص‌‌‌‌‌‌سازی کند.
سیستم(PSA(Pressure Swing Adsorption‌ – جداسازی هیدروژن و گازهای دیگر سیستم PSA یا جذب سطحی نوسانی فشاری یکی از روش‌های پرکاربرد برای جداسازی و تصفیه گازها، به‌ویژه تولید هیدروژن خالص در پالایشگاه‌ها، پتروشیمی‌ها و واحدهای تولید گاز صنعتی است. این فناوری بر اساس اختلاف توانایی جذب سطحی گازها در فشارهای مختلف کار می‌کند. سپس هیدروژن خالص فشرده‌‌‌‌‌‌ شده و برای ارسال به بازار، آماده می‌شود. در این شرایط، CO2 جذب‌‌‌‌‌‌شده تا 40 مرتبه فشرده و در نهایت به یک مخزن نفت برای بهبود بازیافت نفت(EOR)، تزریق می‌شود. در طول فرآیند، از تکنیک پینچ(Pinch)، برای بازیابی گرمای تلف‌‌‌‌‌‌شده‌استفاده می‌شود، امری که بازده حرارتی سیستم را بهبود می‌بخشد. مبدل‌‌‌‌‌‌های حرارتی برای انتقال گرما بین جریان‌‌‌‌‌‌ سیال‌‌‌‌‌‌های درون سیستم استفاده‌شده و نیاز به ابزار جانبی را به حداقل می‌‌‌‌‌‌رسانند.
توجیه اقتصادی طرح؟
بر اساس تحلیل محققان، فرآیند AACPE به دلیل هزینه‌های مرتبط با حفر چاه‌‌‌‌‌‌های تزریق جدید به‌منظور تزریق CO2، بالاترین هزینه سرمایه‌گذاری اولیه را در مقایسه با فرآیندهای ATR و ACCP دارد. با این همه، این روش به واسطه ارتقای میزان تولید نفت، حاشیه سود را بالا برده و می‌تواند هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه را جبران‌کرده و در نهایت، به سودآوری کلی سیستم کمک کند. علاوه‌بر این، اجرای رفرم اتوترمال با استفاده از جذب CO2 و بهبود بازیافت نفت(EOR) موسوم به فرآیند AACPE، در کشورهای مختلف بسته به عواملی نظیر قیمت گاز طبیعی، قیمت هیدروژن، مالیات کربن و سیاست‌های دولت متفاوت است. این مطالعه نشان‌داد که فرآیند AACPE می‌تواند مقادیر قابل‌توجهی هیدروژن از گازهای مشعل در کشورهای عضو اوپک‌‌‌‌‌‌پلاس تولید کند. اجرای این فرآیند می‌تواند به‌صورت بالقوه، حجمی ‌برابر با 12.5میلیون‌تن هیدروژن در سال‌با هزینه‌ای کمتر از یک‌دلار به ازای هر کیلوگرم H2 تولید کند. AACPE همچنین می‌تواند به میزان قابل‌توجهی یعنی تا حدود 138‌میلیون‌ تن در هر ساعت، انتشار کربن را کاهش دهد. در همین‌حال، در کشورهای تولیدکننده نفت، سیستم AACPE قادر خواهد بود حجمی معادل 3‌میلیون ‌تن هیدروژن در سال، H2 تولید‌کرده که می‌تواند انتشار را تا 25‌میلیون‌تن در ثانیه کاهش دهد. این مطالعه با تکیه بر حمایت مالی بنیادملی تحقیقات کره‌جنوبی(NRF)، از طریق اختصاص بودجه‌از سوی دولت و در چارچوب برنامه Brain Pool تحت‌نظارت وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات این کشور، اجرا شده‌است.