フレアガス回収を効率的かつ低コストで実現するエジェクター技術

GCC地域の石油・ガス生産・処理・精製施設では、フレアシステムをよく見かけるようになった。フレアは、緊急放出時にガスを燃焼させる安全で信頼性の高い方法である。このような緊急時にフレアが必要になるのは当然ですが、ここ10年ほどの間に、フレアガス回収装置（FGR）を導入し、緊急時ではない通常の状況でのフレア発生率を減らそうという動きが強まっています。

主な目的は、施設の効率向上と大気排出の削減である。本稿では、FGR システムへのエジェクタの利用について述べる。エジェクタ技術は他のサービスでは長年利用されてきたが、FGR に利用するというコンセプトは比較的新しいものである。FGR システムには、リキッドリング、スクリュー、レシプロ、スライディングベーンなど様々なコンプレッサー技術が利用されてきた。しかし、これらの圧縮機技術に共通する欠点として、運転コストの高さ、特殊なメンテナンスの必要性、高価なスペアパーツが挙げられます。エジェクターシステムは、特にGCC地域の小規模なガス油分離プラントにおいて、明確なメリットをもたらすため、現在多くのFGRアプリケーションで検討されています。エジェクターは、フレアガスを高圧に圧縮するために、水、蒸気、燃料ガスなどの高圧媒体を使用します。この高圧媒体は、既存の燃料ガス供給設備や水ポンプで利用できる施設もある。本稿では、既存設備のケーススタディを含め、FGRにおけるエジェクタ技術の利点を詳細に検討する。

背景

近年、一部の製油所オーナーやオペレーターは、フレアリングの代わりにフレアネットワークでガスを回収しています。FGRには、実際に目に見えるメリットがあります。

• 回収したフレアガスは、プロセスヒーターのバーナーやボイラーのバーナーで再利用可能
• 施設での天然ガス購入量の削減
• フレアシステムの長寿命化
• 施設からの温室効果ガス排出量の削減

FGRはまた、無形の利益ももたらします。フレアリングの量を全体的に減らすと、フレアが見えにくくなり、施設に対する一般の人々の印象が良くなります。その結果、フレアリングが原因で周辺地域から製油所に寄せられる苦情の電話も少なくなるのが一般的です。

EJECTORS

近年、フレアガス回収のためにエジェクタを活用する動きが活発化しています。エジェクターは、エジェクター、ジェットコンプレッサ、ジェットポンプなどと呼ばれることもあります。特定の状況下では、エジェクターは従来の圧縮技術と比較して明確な利点を提供することができます。圧縮ゾーンに可動部品がないため、さまざまなプロセス条件に対応できます。また、大幅なコスト削減も可能です。

図3にエジェクタの基本的な動作原理を示す。この動作はベルヌーイの原理に基づいており、流れる流体の速度が増加すると、その圧力は減少するというものである。逆に、流れる流体の速度が低下すると、その圧力は増加しなければならない。エジェクターでは、原動力となる流体の速度がノズルを通過する際に増加し、エジェクター内に低圧領域が形成される。この領域は、低圧のフレアガスストリームを巻き込みます。HPとLPの混合流体がエジェクターのディフューザー部を通過すると、速度が低下して圧力が回復し、LPとHPの中間の圧力となる。この中間圧が回収フレアガスに要求されるシステム吐出圧を満たすためには、HP流は十分に高い圧力である必要があります。高圧水や蒸気を使用する場合は、エジェクターの下流にガスと水を分離するためのセパレーターが必要である。高圧ガスを使用する場合は、下流にセパレータは必要ありません。

結論

フレアシステムは、多くの石油・ガス生産、処理、精製施設の安全な運用のために必要なコンポーネントであり続けています。しかし、排出ガス規制の強化に伴い、今後10年間は、連続フレアリングを削減するためにFGRシステムの設置数が増加することが予想されます。FGRシステムのサイズ決定、適切な選択、設計には、経験豊富な設計者を活用し、慎重かつ組織的に取り組む必要があります。多くの場合、エジェクターはこれらのシステムにとって理想的な圧縮技術であると思われます。