2 Öljyn ja kaasun talteenottotekniikka
2.1
Single Oil and Gas Recovery Technology Öljyn ja kaasun talteenottotekniikka jaetaan ensisijaisesti neljään periaatteeseen: kondensaatiomenetelmä, adsorptiomenetelmä, absorptiomenetelmä ja kalvoerotusmenetelmä. Jokaisella näistä tekniikoista on erityiset etunsa ja rajoituksensa. Lukuisat tutkijat sekä kotimaassa että kansainvälisesti ovat tehneet perusteellisia-tutkimuksia ja analyyseja näistä teknologioista tavoitteenaan parantaa öljyn ja kaasun talteenoton tehokkuutta, vähentää ympäristön saastumista ja edistää kestävää energiankäyttöä.
2.1.1
Kondensaatiomenetelmä
Kondensointimenetelmä on laajalti käytetty ja erittäin tehokas öljyn ja kaasun talteenottotekniikka. Se hyödyntää ominaisuutta, että öljyn ja kaasun haihtuvien komponenttien höyrynpaine muuttuu lämpötilan mukaan palautumisen saavuttamiseksi. Huoneenlämmössä valmiin bensiinin -C4-C8-hiilivedyissä-pääasiallisilla haihtuvilla komponenteilla on suhteellisen korkeat höyrynpaineet, mikä osoittaa, että niillä on taipumus haihtua nestefaasista kaasufaasiin ja haihtua ilmakehään. Kondensaatiomenetelmällä, kun öljyn ja kaasun lämpötila laskee alle 0°C, hiilivetyjen höyrynpaine laskee lämpötilan laskun myötä. Höyrynpaineen lasku saa jotkin hiilivedyt ylittämään tyydyttyneen höyryn paineensa tässä lämpötilassa ja kondensoituvat kaasumaisesta tilasta nestemäiseen tilaan, jolloin öljyn ja kaasun erottuminen saavutetaan.
Kondensaatiomenetelmä on yksinkertainen käyttää, erittäin tehokas eikä aiheuta toissijaista saastumista, joten se soveltuu korkean-öljyn ja kaasun talteenottoon [12]. Siksi se soveltuu käytettäväksi integroitujen prosessien etupäässä muiden öljyn ja kaasun talteenottoteknologioiden kanssa, mutta laitekustannukset ja käyttökustannukset ovat suhteellisen korkeat. Kondensaatiomenetelmät jaetaan ensisijaisesti mekaaniseen kondensaatioon ja nestemäisen typen kondensaatioon. Talteenoton tehokkuuteen, järjestelmän energiankulutukseen sekä öljyn ja kaasun konsentraatioon lauhdutusmenetelmissä käsittelyn jälkeen vaikuttavat useat tekijät, joista tärkeimmät vaikuttavat tekijät ovat kondensaatiolämpötila, lauhdutuspaine, alkupitoisuus ja kondensaatioprosessi.
Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että öljyn ja kaasun lauhdelämpötila on keskeinen talteenottonopeuteen vaikuttava tekijä. Paremman talteenoton tehokkuuden saavuttamiseksi tarvitaan usein alhaisempia kondensaatiolämpötiloja, ja joidenkin komponenttien on saavutettava -110 °C tiivistyäkseen [15]. Matalammat kondensaatiolämpötilat merkitsevät suurempaa energiankulutusta jäähdytystehoyksikköä kohti. Nykyinen tutkimus on yleisesti samaa mieltä siitä, että kolmivaiheinen kondensaatioprosessi tasapainottaa tehokkaasti energiatehokkuutta ja talteenottonopeutta. Eri tutkijat ovat määrittäneet optimaaliset kondensaatiolämpötilayhdistelmät simuloinnilla ja kokeiluilla.
. Huang Weiqiu et ai. havaittiin Aspen-ohjelmistosimulaatiolla, että käyttämällä kolmivaiheista kondensaatioprosessia 2, -30 ja -80 °C lämpötiloissa öljyn ja kaasun talteenottoaste ylittää 95 % järjestelmän pienimmällä energiankulutuksella. jos lauhdelämpötilat säädetään arvoihin 2, -30 ja -120 °C, talteenottonopeus voi olla 99,62 % ilman merkittävää energiankulutuksen lisäystä. Useimmat tutkijat ovat ottaneet tämän parametriyhdistelmän vertailumalliksi. SHI et ai. suunnitellut kolmi{14}}vaiheen
kondensaatioprosessi kondensaatiolämpötiloilla 1, -40 ja -110 °C, jolloin saavutetaan vastaavasti 99,73 %, 99,79 %, 99,82 % ja 99,19 % neljälle eri bensiinihöyrykomponentille. Kun kondensaatiolämpötila on välillä 20 - -110°C, kolmivaiheisen kondensaatioprosessin kokonaisjäähdytyskuorma pienenee 12,23 %, 15,68 %, 13,96 % ja 15,65 % verrattuna yksivaiheiseen prosessiin.
Zhao Zhiwei et ai. havaitsi, että kondensaatiolämpötilan asettaminen arvoihin 4, –50 ja –110 °C johtaa alhaisimpaan energiankulutukseen ja jäähdytysjärjestelmän vakaaseen toimintaan. Bi Jinbin et ai. simuloi ja analysoi kolmivaiheisen öljyn ja kaasun talteenottoprosessin PR-mallilla (todellinen kaasutilayhtälö, joka tunnetaan nimellä PR-yhtälö) tasapainottaen öljyn ja kaasun talteenoton tehokkuuden järjestelmän kokonaisenergiankulutukseen. Optimaaliseksi esi-jäähdytyslämpötilaksi ja toissijaiseksi ja tertiääriseksi kondensaatiolämpötilaksi määritettiin 5, -35 ja -75 °C.
Lauhdepaineen maltillinen lisääminen auttaa säätämään lauhteen lämpötilaa, saavuttamaan energiansäästöjä ja samanaikaisesti parantamaan öljyn ja kaasun talteenottoastetta, minkä myös akateeminen yhteisö on tunnustanut laajalti. Lu Jieming et ai. analysoi jäähdytyslämpötilan ja -paineen vaikutukset kondensaatiotehokkuuteen faasitasapainoyhtälömallin avulla ja ehdotti monivaiheista kondensaation talteenottoprosessia. Tutkimukset ovat osoittaneet, että öljy- ja kaasupäästöjen pitoisuus asettaa tiukempia vaatimuksia jäähdytyslämpötilalle kuin talteenottonopeudet. Ilmanpaineessa jäähdytys alle -100 °C:een vaaditaan standardien täyttämiseksi, kun taas paineistus 0,5–0,7 MPa:iin voi nostaa vaadittua jäähdytyslämpötilaa 20 °C:lla. Wang Dan et ai. käytti Aspen Plus -simulaatiota havaitakseen, että paineistus voi tehokkaasti parantaa raakaöljyn ja kaasun talteenottonopeutta ja vähentää ulostulopitoisuuksia. Useat tutkijat ovat tehneet kondensaatioprosessien optimointitutkimuksia tavanomaisten lauhteen talteenottoprosessien korkeaan energiankulutukseen liittyen. Ye Chao et ai. käytti HYSYS-ohjelmistoa luodakseen yksinkertaistetun simulointiprosessin, joka tutkii kondensaatiolämpötilan ja -paineen vaikutuksia lauhteen ominaisuuksiin. Tutkimuksessa havaittiin, että paineistuksella on merkittävämpi vaikutus korkeilla{16}}lämpötiloilla kuin matalilla{23}}lämpötiloilla. Öljyn ja kaasun talteenottoprosessin optimoinnilla saavutettiin pakokaasujen jäännöslämmön talteenotto, jolloin kokonaisenergiankulutus pieneni 9,73 %, jäähdytysteho 8,11 % ja jäähdytyskerroin nousi 1,04:stä 1,08:aan. Zhang Shanzhe [25] käytti yksi-tekijäkokeita määrittääkseen tärkeimmät prosessiparametrit, jotka vaikuttavat energiankulutukseen ja tuotteiden laatuun. Simulaatiolla ja kenttätodennuksella ASPEN HYSYS -ohjelmistolla kokonaisenergiankulutus pieneni 1 329 kW:sta 1 253–1 255 kW:iin, jolloin energiansäästö on 5,57–5,72 %. LI et ai. suunnitteli uuden VOC-yhdisteiden syvän kondensaation talteenottojärjestelmän (VOCs-DCR), vakaan tilan simulaatiolla, joka osoittaa VOC-talteenottoasteen 99,97 %, energiankulutuksen hallinnassa 35,67 kW:ssa ja VOC-päästöjen massapitoisuuden 45,17 mg/Nm³. SHRAM et ai. suunnitteli matalan-lämpötilan höyryn talteenottoyksikön, joka koostuu kaksinkertaisesta-kammiolaatikosta, jossa on sisäiset väliseinät. Se mahdollistaa höyryn-ilmaseosten vuorottelevan syöttämisen yksikön eri osiin, mikä voi vähentää öljy- ja kaasupäästöjä yli 80 %, mikä vähentää ympäristövaikutuksia ja parantaa taloudellista tehokkuutta. GAO et ai. kehitti uuden matalan lämpötilan VOC-talteenottojärjestelmän, joka yhdistää turbiinin paisuntajäähdytysteknologian ja kylmäenergian varastointitekniikan. Jaksottaisille öljy- ja kaasupäästöille suoritettiin uuden järjestelmän vakaan tilan ja dynaamiset simulaatioanalyysit HYSYS-ohjelmistolla. Tulokset osoittivat, että käsittelyn jälkeinen ei-metaanin hiilivetyjen kokonaispäästöjen massapitoisuus oli 57,54 mg/Nm³ ja öljyn ja kaasun kattava talteenottoaste saavutti 99,99 %, mikä täyttää nykyiset päästöstandardit.
Jäähdytysmekanismi rajoittaa mekaanista kondensaatiota, mikä johtaa korkeampiin jäähdytyslämpötiloihin. Sitä vastoin nestemäisen typen kondensaatiolla voidaan saavuttaa jopa -120 °C tai jopa -180 °C jäähdytyslämpötila, mikä täyttää tiukemmat päästöstandardit. Verrattuna mekaaniseen kondensaatioon nestemäisen typen kondensaatio tarjoaa etuja, kuten nopean käynnistyksen, alhaisemmat syvät -kylmät lämpötilat, korkeammat talteenottonopeudet ja pienemmät laitteiden ylläpitokustannukset. Xu Hao havaitsi kolmivaiheisen nestemäisen typen kondensaatio-VOC-talteenottojärjestelmän prosessia ja laitteistoa koskevissa tutkimuksissaan ja analyysissään, että järjestelmän kustannustehokkuus ei ole merkitsevästi yhteydessä prosessoitavan kaasun määrään, mutta liittyy läheisesti pakokaasun tilavuuspitoisuuteen ja tyyppiin. Kun pakokaasun tilavuuspitoisuus nousi 3,8 %:sta 19,0 %:iin, taloudellinen hyötysuhde nousi 0,38:sta 0,59:ään. Xing Chuan Sheng mainitsi, että nestemäisen typen jäähdytys voi parantaa öljyn ja kaasun talteenoton tehokkuutta ja vähentää energiankulutuskustannuksia jäähdytyslämpötilan ollessa -180 °C - -160 °C. Chen Song et ai. vertaili mekaanisen jäähdytyksen ja nestetypen jäähdytyksen käyttöä bensiinihöyryn talteenotossa. Mekaaninen jäähdytys jäähdyttää höyryn 30 °C:sta -75 °C:seen pienemmällä energiankulutuksella kuin nestemäisen typen jäähdytys, mutta lisäkäsittelylaitteistoja tarvitaan päästöstandardien täyttämiseksi. Nestemäisen typen jäähdytys voi jäähdyttää höyryn lämpötilan suoraan -120 °C:seen, mikä täyttää päästöstandardit. Mekaanisen jäähdytyksen ja nestetyppijäähdytyksen yhdistetty kondensaatioprosessi parantaa talteenoton tehokkuutta ja lisää taloudellisia hyötyjä yli 10 % verrattuna pelkkään nestetypen jäähdytykseen.
