دنیای اقتصاد : فرآیند مشعل سوزی در معنای عام، به منزله اتلاف منابع گرانبهای انرژی شناخته می شود زیرا همان طور که بانک جهانی اخیرا اعلام کرده، مقدار گازی که در حال حاضر در سرتاسر جهان مشعل سوزی می شود (حدود 150 میلیارد مترمکعب در سال 2024)، می تواند انرژی موردنیاز کل منطقه جنوب صحرای آفریقا را تامین کند. خوشبختانه، مطالعات زیادی برای استفاده بهینه از گاز مشعل(FG)، به جای هدر دادن آن در هوا انجام شده است.

به نوشته تارنمای اویل اند گس، یکی از این بررسی ها شامل یک مطالعه مشترک بین آمریکا و کره جنوبی با عنوان «از مشعل سوزی تا تولید هیدروژن در صنایع نفت و گاز» می شود. این مطالعه علمی، شامل امکان سنجی فنی واقتصادی تبدیل گاز مشعل به یک جایگزین خالص با انتشار نزدیک به صفر است که با هدف افزایش راندمان، راه حلی نوآورانه برای تبدیل FG به هیدروژن و استفاده از CO2 جذب شده را پیشنهاد می کند.

Flaring منبع اصلی انتشار CO2، متان و دوده سیاه است که همگی در تغییرات آب وهوایی نقشی موثر دارند. با فرض تولید یک ترکیب گازی «معمولی» در نتیجه پدیده مشعل سوزی، سالانه حجمی معادل 350 میلیون تن گازهای گلخانه ای هم تراز CO2، در جو منتشر می شود. در جریان مطالعات انجام شده توسط کارشناسان حوزه انرژی، توسعه و تجزیه وتحلیل یک سیستم چندنسلی که بر گازهای مشعل خروجی صنعت نفت و گاز تمرکز دارد، موردتوجه قرار گرفته است. این محققان بر سه سناریوی تبدیل گازهای مشعل به هیدروژن متمرکز بودند.

-رفرم خود گرمایی 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 نشان داد که سناریوی دوم یعنی«رفرم اتوترمال با استفاده از جذب CO2 و بهبود بازیافت نفت» (EOR)، می تواند به عنوان یک جایگزین امیدبخش برای کاهش کربن به حساب آید. این سناریو، پایین ترین هزینه های مالی و زیست محیطی تولید هیدروژن را برای اجراکننده در پی خواهدداشت.

این فرآیند با جذب گازهای مشعل آغاز شده که این گازها سپس برای تبدیل به هیدروژن آماده می شوند. گاز مشعل در جریان این فرآیند، به همراه اکسیژن و بخار، به یک رآکتور(Autothermal Reforming(ATR وارد می شود. این واکنش با استفاده از کاتالیزور نیکل انجام و منجر به تولید گاز سنتز می شود، گازی که مخلوطی از مونوکسید کربن(CO)، دی اکسیدکربن(CO2)، هیدروژن(H2) و سایر گازها است. سپس گاز سنتز از رآکتورهای WGS با دمای بالا و پایین عبور داده می شود 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 دی اکسیدکربن(CO2) و هیدروژن(H2) استفاده می شوند. هدف نهایی البته، دستیابی به محتوای نهایی CO زیر 0.2درصد است. گاز حاصله به واحد جذب کربن فرستاده می شود که در آن از محلول آمینی مانند مونو اتانول آمین(MEA)، برای جذب CO2 استفاده می شود.CO2 حاصله سپس از محلول MEA در یک ستون دفع کننده جدا سازی می شود. گاز غنی از هیدروژن سپس به سیستم PSA فرستاده می شود تا هیدروژن را تا 99 درصد خالص سازی کند.

سیستم(PSA(Pressure Swing Adsorption - جداسازی هیدروژن و گازهای دیگر سیستم PSA یا جذب سطحی نوسانی فشاری یکی از روش های پرکاربرد برای جداسازی و تصفیه گازها، به ویژه تولید هیدروژن خالص در پالایشگاه ها، پتروشیمی ها و واحدهای تولید گاز صنعتی است. این فناوری بر اساس اختلاف توانایی جذب سطحی گازها در فشارهای مختلف کار می کند. سپس هیدروژن خالص فشرده شده و برای ارسال به بازار، آماده می شود. در این شرایط، CO2 جذب شده تا 40 مرتبه فشرده و در نهایت به یک مخزن نفت برای بهبود بازیافت نفت(EOR)، تزریق می شود. در طول فرآیند، از تکنیک پینچ(Pinch)، برای بازیابی گرمای تلف شده استفاده می شود، امری که بازده حرارتی سیستم را بهبود می بخشد. مبدل های حرارتی برای انتقال گرما بین جریان سیال های درون سیستم استفاده شده و نیاز به ابزار جانبی را به حداقل می رسانند.

بر اساس تحلیل محققان، فرآیند AACPE به دلیل هزینه های مرتبط با حفر چاه های تزریق جدید به منظور تزریق CO2، بالاترین هزینه سرمایه گذاری 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 می تواند هزینه های سرمایه گذاری اولیه را جبران کرده و در نهایت، به سودآوری کلی سیستم کمک کند. علاوه بر 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 سیاست های دولت متفاوت است. این مطالعه نشان داد که فرآیند AACPE می تواند مقادیر قابل توجهی هیدروژن از گازهای مشعل در کشورهای عضو اوپک پلاس تولید کند. اجرای این فرآیند می تواند به صورت بالقوه، حجمی برابر با 12.5میلیون تن هیدروژن در سال با هزینه ای کمتر از یک دلار به ازای هر کیلوگرم H2 تولید کند. AACPE همچنین می تواند به میزان قابل توجهی یعنی تا حدود 138 میلیون تن در هر ساعت، انتشار کربن را کاهش دهد. در همین حال، در کشورهای تولیدکننده نفت، سیستم AACPE قادر خواهد بود حجمی معادل 3 میلیون تن هیدروژن در سال، H2 تولیدکرده که می تواند انتشار را تا 25 میلیون تن در ثانیه کاهش دهد. این مطالعه با تکیه بر حمایت مالی بنیادملی تحقیقات کره جنوبی(NRF)، از طریق اختصاص بودجه از سوی دولت و در چارچوب برنامه Brain Pool تحت نظارت وزارت علوم و فناوری اطلاعات و ارتباطات این کشور، اجرا شده است.