Una antorcha de gas , también conocida como chimenea de antorcha , brazo de antorcha , antorcha de tierra o pozo de antorcha , es un dispositivo de combustión de gas utilizado en lugares como refinerías de petróleo , plantas químicas y plantas de procesamiento de gas natural , sitios de extracción de petróleo o gas que tienen pozos de petróleo . , pozos de gas , plataformas de petróleo y gas en alta mar y vertederos .
En las plantas industriales, las chimeneas de antorcha se utilizan principalmente para quemar gas inflamable liberado por las válvulas de seguridad durante una sobrepresión no planificada de los equipos de la planta. [1] [2] [3] [4] [5] Durante los arranques y paradas parciales de la planta, también se utilizan a menudo para la combustión planificada de gases durante períodos relativamente cortos.
En los sitios de extracción de petróleo y gas, las antorchas de gas se utilizan de manera similar para diversos fines de arranque, mantenimiento, pruebas, seguridad y emergencia. [6] En una práctica conocida como quema de producción , también se pueden utilizar para eliminar grandes cantidades de gas de petróleo asociado no deseado , posiblemente durante toda la vida útil de un pozo petrolero. [7]
Cuando los equipos de una planta industrial tienen sobrepresión, la válvula de alivio de presión es un dispositivo de seguridad esencial que libera automáticamente gases y, a veces, líquidos. Esas válvulas de alivio de presión son requeridas por los códigos y estándares de diseño industrial, así como por la ley.
Los gases y líquidos liberados se conducen a través de grandes sistemas de tuberías llamados cabezales de antorcha hasta una antorcha elevada vertical. Los gases liberados se queman cuando salen de las chimeneas. El tamaño y el brillo de la llama resultante dependen del caudal del material inflamable en julios por hora (o btu por hora). [4]
La mayoría de las antorchas de plantas industriales tienen un separador de vapor-líquido (también conocido como tambor de eliminación) aguas arriba de la antorcha para eliminar grandes cantidades de líquido que puedan acompañar a los gases aliviados.
Muy a menudo se inyecta vapor en la llama para reducir la formación de humo negro. Cuando se agrega demasiado vapor, puede ocurrir una condición conocida como "exceso de vapor", lo que resulta en una reducción de la eficiencia de la combustión y mayores emisiones. [8] Para mantener funcional el sistema de antorcha, se quema continuamente una pequeña cantidad de gas, como una luz piloto , de modo que el sistema esté siempre listo para su propósito principal como sistema de seguridad contra sobrepresión.
El diagrama de flujo adyacente muestra los componentes típicos de un sistema general de chimenea de antorcha industrial: [1] [2] [3]
El esquema muestra una punta abocinada para tubería. La punta abocinada puede tener varias configuraciones:
La altura de una antorcha, o el alcance de una antorcha, está determinada por la radiación térmica que es permisible o tolerable para el equipo o el personal a la que estará expuesto. [11] Para la exposición continua del personal que usa ropa industrial adecuada, se recomienda un nivel máximo de radiación de 1,58 kW/m 2 (500 Btu/hr.ft²). Se permiten niveles de radiación más altos, pero para tiempos de exposición reducidos:
Las bengalas terrestres están diseñadas para ocultar la llama de la vista y reducir la radiación térmica y el ruido. [10] Consisten en una caja o cilindro de acero revestido con material refractario . Están abiertos en la parte superior y tienen aberturas alrededor de la base para permitir la entrada del aire de combustión. Pueden tener una serie de múltiples puntas de antorcha para proporcionar capacidad de reducción y difundir la llama a lo largo de la sección transversal de la antorcha. Generalmente se utilizan en tierra en áreas ambientalmente sensibles y se han utilizado en alta mar en instalaciones flotantes de almacenamiento y descarga de producción (FPSO). [10]
Cuando el petróleo crudo se extrae y se produce a partir de pozos petroleros , el gas natural crudo asociado con el petróleo también sale a la superficie. Especialmente en áreas del mundo que carecen de gasoductos y otras infraestructuras de transporte de gas, grandes cantidades de ese gas asociado comúnmente se queman como gas residual o inutilizable. La quema del gas asociado puede ocurrir en la parte superior de una antorcha vertical, o puede ocurrir en una antorcha a nivel del suelo en un pozo de tierra (como en la foto adyacente). Preferiblemente, el gas asociado se reinyecta en el yacimiento, lo que lo guarda para uso futuro y al mismo tiempo mantiene una mayor presión del pozo y una mayor producibilidad del petróleo crudo. [12]
Los avances en el monitoreo satelital, junto con los informes voluntarios, han revelado que alrededor de 150 × 10 9 metros cúbicos (5,3 × 10 12 pies cúbicos) de gas asociado se han quemado a nivel mundial cada año desde al menos mediados de la década de 1990 hasta 2020. [13] En 2011, eso equivalía a alrededor del 25 por ciento del consumo anual de gas natural en los Estados Unidos o alrededor del 30 por ciento del consumo anual de gas en la Unión Europea . [7] En el mercado, esta cantidad de gas –a un valor nominal de 5,62 dólares por 1.000 pies cúbicos– valdría 29,8 mil millones de dólares. [14] Además, los residuos son una fuente importante de dióxido de carbono (CO 2 ) y otras emisiones de gases de efecto invernadero .
Una fuente importante de metano antropogénico proviene del tratamiento y almacenamiento de residuos orgánicos, incluidas aguas residuales , desechos animales y vertederos. [15] Las antorchas de gas se utilizan en cualquier proceso que tenga como resultado la generación y recolección de biogás . Por ello, las antorchas de gas son un componente estándar de una instalación para controlar la producción de biogás. [16] Se instalan en vertederos , plantas de tratamiento de aguas residuales y plantas de digestión anaeróbica que utilizan residuos orgánicos producidos agrícola o domésticamente para producir metano para su uso como combustible o para calefacción.
Las antorchas de gas en los sistemas de recolección de biogás se utilizan si las tasas de producción de gas no son suficientes para justificar su uso en cualquier proceso industrial. Sin embargo, en una planta donde la tasa de producción de gas es suficiente para su uso directo en un proceso industrial que podría clasificarse como parte de la economía circular , y que puede incluir la generación de electricidad , la producción de biogás con calidad de gas natural para combustible de vehículos [ 17] o para calefacción en edificios, secado de combustibles derivados de residuos o tratamiento de lixiviados , las antorchas de gas se utilizan como sistema de respaldo durante el tiempo de inactividad por mantenimiento o avería de los equipos de generación. En este último caso, normalmente no se puede interrumpir la generación de biogás y se emplea una antorcha de gas para mantener la presión interna sobre el proceso biológico. [18]
Hay dos tipos de antorchas de gas que se utilizan para controlar el biogás, abiertas o cerradas. Las antorchas abiertas arden a una temperatura más baja, inferior a 1000 °C y generalmente son más baratas que las antorchas cerradas que arden a una temperatura de combustión más alta y generalmente se suministran para cumplir con un tiempo de residencia específico de 0,3 s dentro de la chimenea para garantizar la destrucción completa de la Elementos tóxicos contenidos en el biogás. [ cita necesaria ] Las especificaciones de las antorchas generalmente exigen que las antorchas cerradas funcionen a> 1000 ° C y <1200 ° C; esto con el fin de asegurar una destrucción eficiente del 98% y evitar la formación de NOx . [19]
El gas natural que no se quema mediante una antorcha se expulsa a la atmósfera en forma de metano. El potencial de calentamiento global estimado del metano es entre 28 y 36 veces mayor que el del CO 2 en el transcurso de un siglo, y entre 84 y 87 veces mayor en dos décadas. [20] Por lo tanto, en la medida en que las quemas de gas convierten el metano en CO 2 antes de que se libere a la atmósfera, reducen la cantidad de calentamiento global que de otro modo se produciría. [21]
Las emisiones de la quema contribuyeron a 270 Mt ( megatoneladas ) de CO 2 en 2017 y se cree que la reducción de las emisiones de la quema es un componente importante para frenar el calentamiento global. [22] Un número cada vez mayor de gobiernos e industrias se han comprometido a eliminar o reducir la quema. [22] El Compromiso Global de Metano firmado en la COP26 , en el que 111 naciones se comprometieron a reducir las emisiones de metano en al menos un 30 por ciento con respecto a los niveles de 2020 para 2030, también está desempeñando un papel en aumentar el enfoque global en el metano.
Los humos nocivos adicionales emitidos por la quema pueden incluir hidrocarburos aromáticos ( benceno , tolueno , xilenos ) y benzo(a)pireno , que se sabe que son cancerígenos. Un estudio de 2013 encontró que las quemas de gas aportaban más del 40% del carbono negro depositado en el Ártico. [23] [24]
La quema puede afectar la vida silvestre al atraer pájaros e insectos a la llama. Aproximadamente 7.500 pájaros cantores migratorios fueron atraídos y asesinados por la antorcha en la terminal de gas natural licuado en Saint John, New Brunswick, Canadá, el 13 de septiembre de 2013. [25] Han ocurrido incidentes similares en antorchas en instalaciones de petróleo y gas en alta mar. [26] Se sabe que las polillas se sienten atraídas por las luces. Un folleto publicado por la Secretaría del Convenio sobre la Diversidad Biológica que describe la Iniciativa Global de Taxonomía describe una situación en la que "un taxónomo que trabajaba en un bosque tropical notó que una llamarada de gas en una refinería de petróleo atraía y mataba a cientos de estos [halcones o esfinges] "En el transcurso de los meses y años que la refinería estuvo funcionando, una gran cantidad de polillas deben haber muerto, lo que sugiere que las plantas no podían ser polinizadas en una gran área de bosque". [27]
Las bengalas liberan varias sustancias químicas diferentes, entre ellas: benceno , partículas , óxidos de nitrógeno , metales pesados , carbono negro y monóxido de carbono . Varios de estos contaminantes se correlacionan con el parto prematuro y la reducción del peso del recién nacido . Según un estudio de 2020, las mujeres embarazadas que viven cerca de pozos de petróleo y gas natural en combustión han experimentado una tasa de nacimientos prematuros un 50% mayor. [28] Las bengalas pueden emitir metano y otros compuestos orgánicos volátiles , así como dióxido de azufre y otros compuestos de azufre , que se sabe que exacerban el asma y otras enfermedades respiratorias . [29]
Un estudio de 2021 encontró que un aumento del 1 % en la quema de gas natural aumenta la tasa de hospitalización relacionada con enfermedades respiratorias en un 0,73 %. [30]
