Measurement of Methane Combustion Products in Industrial Degassing Flares

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_260/81

send Andrzej Ligienza *, Mariusz Kastek *, Krzysztof Firmanty *, Jadwiga Holewa-Rataj **, Mateusz Rataj **, Sebastian Rzydzik *** * Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa ** Instytut Nafty i Gazu – P aństwowy Instytut Badawczy, ul. Lubicz 25A, 31-503 Kraków *** Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, ul. Akademicka 2A, 44-100 Gliwice

Download Article

Abstract

This research paper presents a comprehensive study on measuring methane combustion products in industrial degassing flares, addressing critical environmental and regulatory compliance requirements in the oil and gas sector. The study was motivated by stringent new regulations, including the European Union’s Methane Regulation (2024/1787) and Oil & Gas Methane Partnership 2.0 (OGMP2.0) guidelines, which mandate a minimum 99% methane destruction efficiency for flares and require experimental determination of destruction coefficients. The authors investigated two complementary measurement techniques for determining flare combustion efficiency: direct gas sampling and passive Fourier Transform Infrared spectroscopy (pFTIR). The experimental work was conducted using an Esders degassing flare. The pFTIR method utilized a Mini HyperCam Telops imaging FTIR spectroradiometer. This remote sensing approach analyzed thermal radiation emitted by hot combustion gases, eliminating the need for physical access to hazardous flare locations. Both measurement techniques successfully verified high methane destruction efficiency exceeding the 99% regulatory threshold. The direct gas sampling method achieved a destruction efficiency of 99.09%, while the pFTIR approach demonstrated 99.77% efficiency. The relative difference between methods was minimal at 0.66%, indicating strong correlation and reliability.

Keywords

Industrial degassing flares, methane destruction efficiency, OGMP 2.0 compliance, pFTIR spectroscopy

Pomiar produktów spalania metanu w przemysłowych pochodniach odgazowujących

Streszczenie

W artykule przedstawiono kompleksowe badanie dotyczące pomiaru produktów spalania metanu w przemysłowych pochodniach odgazowujących, odnoszące się do krytycznych wymagań środowiskowych i zgodności regulacyjnej w sektorze naftowo-gazowym. Motywacją do przeprowadzenia badań były nowe rygorystyczne regulacje, w tym Rozporządzenie Unii Europejskiej w sprawie Metanu (2024/1787) oraz wytyczne Oil & Gas Methane Partnership 2.0 (OGMP2.0), które nakazują minimalną 99 % skuteczność niszczenia metanu dla pochodni i wymagają eksperymentalnego określenia współczynników niszczenia. Autorzy zbadali dwie uzupełniające się techniki pomiarowe skuteczności spalania pochodni: bezpośrednie pobieranie próbek gazu oraz pasywną spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (pFTIR). Prace eksperymentalne zostały przeprowadzone przy użyciu pochodni odgazowującej Esders. Metoda pFTIR bazowała na spektroradiometrze obrazowym Mini HyperCam Telops FTIR. Zdalne wykrywanie umożliwiło rejestrowanie promieniowania cieplnego emitowanego przez gorące gazy spalinowe, eliminując fizyczny dostęp do pochodni. Obie techniki pomiarowe z powodzeniem zweryfikowały wysoką skuteczność niszczenia metanu przekraczającą 99 %. Metoda bezpośredniego pobierania próbek gazu osiągnęła skuteczność niszczenia 99,09 %, podczas gdy podejście pFTIR wykazało 99,77 % skuteczności. Względna różnica między metodami była minimalna i wynosiła 0,66 %, wskazując na silną korelację i niezawodność.

Słowa kluczowe

przemysłowe pochodnie odgazowujące, skuteczność niszczenia metanu, spektroskopia pFTIR, zgodność z OGMP2.0

Bibliography

  1. Plant G., Kort E.A., Brandt A.R., Chen Y., Fordice G., Gorchov Negron A.M., Schwietzke S., Smith M., Zavala-Araiza D., Inefficient and unlit natural gas flares both emit large quantities of methane, “Science”, Vol. 377, No. 6614, 2022,1566–1571, DOI: 10.1126/science.abq0385.
  2. Coburn S.C., Harris N., Miller E.A., Droste S., Knabe K., Rieker G.B., Measuring methane destruction efficiency in gas flares with dual comb spectroscopy, “Proceedings of the Combustion Institute”, Vol. 40, No. 1-4, 2024, DOI: 10.1016/j.proci.2024.105533.
  3. Lapeyre P., Narayanan N.S., Larivière-Bastien M., Daun K.J., Quantifying flare combustion efficiency using a long wave infrared Fourier transform spectrometer, “Proceedings of the Combustion Institute”, Vol. 40, No. 1-4, 2024, DOI: 10.1016/j.proci.2024.105554.
  4. Daun K.J., Spinti J.P., Techniques for measuring flare combustion efficiency and destruction removal efficiency: A review, “Progress in Energy and Combustion Science”, Vol. 110, 2025, DOI: 10.1016/j.pecs.2025.101235.
  5. Kastek M., Ligienza A., Sosnowski T., Rataj M., Holewa-Rataj J., Timofiejczuk A., Rzydzik S., Remote Detection and Quantification of Methane Emissions Based on Hyperspectral Data Analysis, “Pomiary Automatyka Robotyka”, Vol. 27, No. 3, 2023, 5–12, DOI: 10.14313/PAR_249/5.
  6. Basu S., Lan X., Dlugokencky E., Michel S., Schwietzke S., Miller J.B., Bruhwiler L., Oh Y., Tans P.P., Apadula F., Gatti L.V., Jordan A., Necki J., Sasakawa M., Morimoto S., Di Iorio T., Lee H., Arduini J., Manca G., Estimating emissions of methane consistent with atmospheric measurements of methane and δ13C of methane, “Atmospheric Chemistry and Physics”, Vol. 22, No. 23, 2022, 15351–15377, DOI: 10.5194/acp-22-15351-2022.