Les émissions complexes des raffineries, les gaz de combustion agressifs et les exigences de conformité strictes peuvent rendre la maintenance d'un système de surveillance continue des émissions (CEMS) difficile. Un système bien conçu fournit des données d'émissions fiables sans nécessiter de dépannage constant.

A Système de surveillance continue des émissions (CEMS) Un système de mesure et d'enregistrement continu des polluants provenant de sources d'émission fixes permet, dans les usines de traitement du pétrole et du gaz, de surveiller le SO₂, les NOx, le CO, le CO₂, l'O₂ et d'autres gaz, tout en suivant le débit et les principales caractéristiques des gaz de combustion.

Cependant, la surveillance des émissions des raffineries ne peut être standardisée. Un réchauffeur de procédé, une chaudière, une unité de craquage catalytique, une unité de récupération du soufre ou une torchère peuvent produire des flux gazeux très différents. Par conséquent, un système de surveillance continue des émissions (CEMS) adapté doit prendre en compte la source d'émission, les polluants concernés et les conditions de fonctionnement réelles.

Quels polluants un système CEMS doit-il mesurer dans les usines de traitement du pétrole et du gaz ?

Les paramètres CEMS requis dépendent de la source d'émission, des conditions de procédé et de la réglementation applicable. Pour de nombreuses sources de combustion en raffinerie, le SO₂, les NOx, le CO, le CO₂ et l'O₂ constituent le groupe de mesure principal. D'autres gaz et paramètres de procédé peuvent être nécessaires pour des applications spécifiques.

La configuration du système de surveillance continue des émissions (CEMS) doit être adaptée à la source d'émissions et aux exigences de surveillance applicables. Un four de procédé peut nécessiter la surveillance des NOx, CO, CO₂ et O₂. Un procédé impliquant du soufre peut privilégier la surveillance du SO₂. Une application plus complexe peut nécessiter la surveillance de gaz supplémentaires tels que HCl, HF, NH₃ ou H₂O.

Cette distinction est importante lors de l'achat d'un système de surveillance continue des émissions (CEMS). Au lieu de se demander uniquement « Combien de gaz cet analyseur de gaz peut-il mesurer ? », les acheteurs devraient d'abord se demander « Quels gaz cette source d'émission nous oblige-t-elle réellement à mesurer ? » Une fois les polluants cibles définis, le défi suivant consiste à choisir une technologie CEMS capable de traiter les gaz de combustion chauds, humides et potentiellement corrosifs de la raffinerie.

Quelles technologies de mesure CEMS sont adaptées aux usines de traitement du pétrole et du gaz ?

Les usines de traitement du pétrole et du gaz n'ont pas besoin d'une technologie de mesure unique pour chaque gaz. Il est préférable d'adapter le principe de détection au polluant ciblé, à sa plage de concentration, à la matrice gazeuse et aux performances de mesure requises.

La spectroscopie NDIR est largement utilisée pour les principaux gaz de combustion tels que le CO et le CO₂. La spectroscopie UV-DOAS permet de mesurer le SO₂, le NO et le NO₂, tandis que la spectroscopie TDLAS cible des gaz spécifiques présentant des raies d'absorption intenses. La spectroscopie FTIR s'avère particulièrement intéressante lorsqu'un système doit surveiller un large éventail de composants. ESEGAS utilise ces technologies dans ses solutions CEMS en fonction du type de gaz et des exigences de mesure.

Pour les applications réglementées, le choix de la technologie ne doit pas se limiter à une simple comparaison des principes de fonctionnement des capteurs. La réglementation applicable peut spécifier des performances, des méthodes de référence et des exigences en matière d'assurance et de contrôle qualité. L'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), par exemple, établit des spécifications de performance distinctes pour le SO₂/NOx, l'O₂/CO₂, le CO, le débit, le H₂S, les COV et les systèmes de surveillance continue des émissions (CEMS) basés sur la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR).

Comment un système CEMS complet gère-t-il les gaz de combustion chauds, humides et poussiéreux d'une raffinerie ?

L'analyseur de gaz ne représente qu'une partie d'un système de surveillance continue des gaz (CEMS). Dans une raffinerie, le gaz doit d'abord transiter de la cheminée à la cellule de mesure sans perte ni altération de ses composants essentiels. Un CEMS typique pour une industrie extractive suit ce parcours :

Cheminée → Sonde d'échantillonnage chauffée → Filtration → Ligne d'échantillonnage chauffée → Conditionnement du gaz → Analyseur de gaz → Acquisition de données

Les gaz de combustion chauds peuvent contenir de la vapeur d'eau et des composés condensables. Une sonde chauffée et une ligne d'échantillonnage chauffée permettent de maintenir l'échantillon au-dessus du point de rosée approprié pendant le transport.

La poussière peut obstruer les filtres et restreindre le débit d'échantillon. L'humidité peut provoquer de la condensation, tandis que les composés corrosifs ou condensables peuvent contaminer les composants situés en aval. Le système de filtration et de conditionnement des gaz permet de résoudre ce problème.

Le point essentiel est simple : un analyseur de gaz de haute qualité ne peut corriger un échantillon de mauvaise qualité. Le système d’échantillonnage et l’analyseur de gaz doivent fonctionner comme une chaîne de mesure intégrée, à l’instar d’un système CEMS.

Qu’est-ce qui différencie un système CEMS de raffinerie d’un système CEMS industriel standard ?

Un système de surveillance continue des émissions (CEMS) d'une raffinerie est souvent confronté à un environnement d'exploitation plus complexe qu'une simple cheminée de combustion. Une même installation peut comporter des chaudières, des réchauffeurs de procédé, des fours, des unités de craquage catalytique en lit fluidisé (FCC), des procédés de traitement du soufre et des torchères, chacun produisant un flux de gaz différent.

Les gaz de combustion des raffineries présentent des caractéristiques variables : température, humidité, composition, concentration en polluants, débit, composants corrosifs et teneur en hydrocarbures. Par conséquent, une même configuration de système de surveillance continue des émissions (CEMS) ne convient pas à toutes les cheminées. Par exemple, un réchauffeur de procédé peut se concentrer sur les NOx, le CO, le CO₂ et l’O₂, tandis qu’un autre procédé peut nécessiter la surveillance du SO₂ ou d’autres gaz. Certaines applications peuvent également exiger la surveillance de l’H₂O, du HCl, du HF, du NH₃ ou des hydrocarbures.

La surveillance des émissions d'une raffinerie ne se limite pas à une mesure quotidienne. Les systèmes de surveillance continue des émissions (CEMS) doivent fournir des données stables sur de longues périodes de fonctionnement, tout en gérant l'étalonnage, le débit d'échantillons, les variations de température et les opérations de maintenance.

L'EPA définit le CEMS comme l'ensemble des équipements nécessaires à la détermination de la concentration ou du taux d'émission de gaz ou de particules, et non pas seulement l'analyseur de gaz. La réglementation applicable peut également exiger des procédures spécifiques de performance et d'assurance qualité lorsque les données du CEMS sont utilisées à des fins de conformité.

Cette distinction est importante lors de l'achat d'un système. Un système CEMS de raffinerie doit être évalué comme une solution de surveillance complète (analyseur de gaz, système d'échantillonnage, conditionnement, étalonnage, acquisition de données et maintenance) et non comme un simple analyseur de gaz.

Une fois la technologie de mesure et l'architecture d'échantillonnage établies, la prochaine étape consiste à concevoir un système CEMS adapté à la source d'émissions spécifique et aux conditions de fonctionnement de l'usine de traitement du pétrole et du gaz.

Comment ESEGAS conçoit-elle les systèmes CEMS pour les usines de traitement du pétrole et du gaz ?

A raffinerie CEMS L'analyseur de gaz et la méthodologie d'échantillonnage doivent être adaptés à la source d'émission, et non l'inverse. C'est pourquoi ESEGAS prend en compte le procédé de l'installation, les polluants cibles, les caractéristiques des gaz de combustion et les exigences de surveillance applicables avant de sélectionner l'analyseur de gaz et la méthodologie d'échantillonnage.

Tout d’abord, ESEGAS identifie la source d’émission et définit ce que l’usine doit mesurer.

L'équipe examine ensuite les exigences relatives au SO₂, aux NOx, au CO, au CO₂, à l'O₂, à l'H₂O, au débit, à la température, à la pression et à l'humidité. Cette étape est importante car les spécifications de performance de l'EPA couvrent différents paramètres des systèmes de surveillance continue des émissions (CEMS), notamment le rapport SO₂/NOx, le rapport O₂/CO₂, le CO, le débit, le H₂S, les COV et les applications FTIR.

Ensuite, ESEGAS sélectionne le principe de mesure en fonction du gaz cible et de l'application. Par exemple :

Le système CEMS LX-4000 peut surveiller le SO₂, le NO, le NO₂, l'O₂, le CO, le CO₂, le HCl, le HF et le H₂O, tout en mesurant le débit, la pression, la température et l'humidité.

Cette approche multiparamètre est utile lorsqu'une raffinerie possède plusieurs sources d'émissions avec des exigences de surveillance différentes.

Conclusion

Pour les usines de traitement du pétrole et du gaz, un système de surveillance continue des émissions (CEMS) fiable transforme les mesures de gaz en continu en données d'émissions exploitables. Ce système permet de surveiller les principaux polluants, de suivre l'évolution des conditions de traitement et de garantir la conformité aux exigences réglementaires applicables. Cependant, ses performances dépendent du système dans son ensemble, et non du seul analyseur de gaz. ESEGAS intègre l'analyse, l'échantillonnage, le conditionnement, l'étalonnage et le traitement des données des gaz dans des conceptions CEMS adaptées à chaque application.

Si votre raffinerie a besoin d'un CEMS pour le SO₂, le NOx, le CO, le CO₂, l'O₂ ou d'autres paramètres d'émission, contactez ESEGAS pour discuter de l'architecture de surveillance adaptée à votre source d'émission.