2 Tehnologija povrata nafte i gasa
2.1
Pojedinačna tehnologija oporavka nafte i plina Tehnologija povrata nafte i plina prvenstveno je podijeljena u četiri kategorije na osnovu principa: metoda kondenzacije, metoda adsorpcije, metoda apsorpcije i metoda membranske separacije. Svaka od ovih tehnologija ima svoje specifične prednosti i ograničenja. Brojni naučnici, kako u zemlji, tako i na međunarodnom nivou, proveli su-dubina istraživanja i analize ovih tehnologija, s ciljem poboljšanja efikasnosti povrata nafte i plina, smanjenja zagađenja okoliša i promoviranja održivog korištenja energije.
2.1.1
Metoda kondenzacije
Metoda kondenzacije je široko korištena i visoko efikasna tehnologija povrata nafte i plina. Koristi karakteristiku da se pritisak pare isparljivih komponenti u ulju i plinu mijenja s temperaturom kako bi se postigao oporavak. Na sobnoj temperaturi, primarne isparljive komponente u gotovom benzinu-C4 do C8 ugljovodonicima-imaju relativno visoke pritiske pare, što ukazuje da imaju tendenciju da ispare iz tečne faze u gasnu fazu i ispare u atmosferu. Metodom kondenzacije, kada temperatura nafte i gasa padne ispod 0°C, pritisak pare ugljovodonika opada sa smanjenjem temperature. Smanjenje tlaka pare uzrokuje da neki ugljikovodici premaše svoj tlak zasićene pare na toj temperaturi, kondenzirajući se iz plinovitog u tekuće stanje, čime se postiže odvajanje nafte i plina.
Metoda kondenzacije je jednostavna za rukovanje, visoko efikasna i ne uzrokuje sekundarno zagađenje, što je čini pogodnom za oporabu-ulja i plina visoke koncentracije [12]. Stoga je pogodan za upotrebu u prednjem dijelu integriranih procesa s drugim tehnologijama povrata nafte i plina, ali su troškovi opreme i operativni troškovi relativno visoki. Metode kondenzacije se prvenstveno dijele na mehaničku kondenzaciju i kondenzaciju tekućeg dušika. Efikasnost povrata, potrošnja energije u sistemu i koncentracija nafte i gasa nakon obrade kondenzacionim metodama su pod uticajem različitih faktora, pri čemu su primarni uticajni faktori temperatura kondenzacije, pritisak kondenzacije, početna koncentracija i proces kondenzacije.
Brojne studije su pokazale da je temperatura kondenzacije nafte i plina ključni faktor koji utječe na stope oporavka. Da bi se postigla veća efikasnost oporavka, često su potrebne niže temperature kondenzacije, pri čemu neke komponente moraju doseći -110°C da bi se kondenzirale [15]. Niže temperature kondenzacije podrazumijevaju veću potrošnju energije po jedinici rashladnog kapaciteta. Trenutna istraživanja se generalno slažu da proces kondenzacije u tri faze efikasno balansira energetsku efikasnost i stopu oporavka. Različiti znanstvenici su simulacijom i eksperimentiranjem odredili optimalne kombinacije temperature kondenzacije.
. Huang Weiqiu i dr. simulacijom softvera Aspen je otkriveno da se korištenjem trostepenog procesa kondenzacije s temperaturama od 2, -30 i -80 °C postiže stopa povrata nafte i plina koja prelazi 95% uz najnižu potrošnju energije sistema; ako se temperature kondenzacije podese na 2, -30 i -120 °C, stopa oporavka može doseći 99,62% bez značajnog povećanja potrošnje energije. Ovu kombinaciju parametara većina naučnika je usvojila kao referentni dizajn. SHI et al. dizajnirao tri-faze
proces kondenzacije sa temperaturama kondenzacije od 1, -40 i -110°C, postižući stope oporavka od 99,73%, 99,79%, 99,82% i 99,19% za četiri različite komponente benzinske pare, respektivno. Kada je temperatura kondenzacije u rasponu od 20 do -110°C, ukupno opterećenje hlađenja trostepenog procesa kondenzacije se smanjuje za 12,23%, 15,68%, 13,96% i 15,65% u odnosu na jednostepeni proces.
Zhao Zhiwei et al. utvrdili da postavljanje temperature kondenzacije na 4, –50 i –110°C rezultira najnižom potrošnjom energije i stabilnim radom rashladnog sistema. Bi Jinbin i dr. simulirao i analizirao trofazni kondenzacijski proces povrata nafte i plina koristeći PR model (jednačina stanja stvarnog plina poznata kao PR jednačina), balansirajući efikasnost povrata nafte i plina sa ukupnom potrošnjom energije sistema. Optimalna temperatura prethodnog hlađenja i temperature sekundarne i tercijarne kondenzacije su određene na 5, -35, odnosno -75 °C.
Umjereno povećanje tlaka kondenzacije pomaže u prilagođavanju temperature kondenzacije, postizanju uštede energije i istovremeno povećavanju stope povrata nafte i plina, što je također široko priznato od strane akademske zajednice. Lu Jieming et al. analizirao je uticaj temperature i pritiska hlađenja na efikasnost kondenzacije koristeći model jednadžbe fazne ravnoteže i predložio višestepeni proces oporavka kondenzacije. Istraživanja su otkrila da koncentracija emisije nafte i plina nameće strože zahtjeve za temperaturu hlađenja nego stope oporavka. Pri atmosferskom pritisku, hlađenje ispod -100°C je potrebno da bi se ispunili standardi, dok pritisak na 0,5-0,7 MPa može povećati potrebnu temperaturu hlađenja za 20°C. Wang Dan i dr. koristio je Aspen Plus simulaciju kako bi otkrio da stvaranje tlaka može učinkovito poboljšati stope povrata sirove nafte i plina i smanjiti izlazne koncentracije. Baveći se visokom potrošnjom energije kod konvencionalnih procesa povrata kondenzacije, nekoliko naučnika je provelo studije optimizacije procesa kondenzacije. Ye Chao et al. koristio softver HYSYS za uspostavljanje pojednostavljenog procesa simulacije, proučavajući efekte temperature i pritiska kondenzacije na karakteristike kondenzacije. Studija je otkrila da pritisak pod pritiskom ima značajniji uticaj na opsege visokih{16}}temperatura nego na opsege niskih{23}}temperatura. Optimizacijom procesa povrata nafte i plina postignuta je rekuperacija preostale topline izduvnih plinova, što je rezultiralo smanjenjem ukupne potrošnje energije za 9,73%, smanjenjem rashladnog kapaciteta za 8,11%, te povećanjem koeficijenta hlađenja sa 1,04 na 1,08. Zhang Shanzhe [25] je koristio eksperimente sa jednim-faktorom za određivanje ključnih parametara procesa koji utiču na potrošnju energije i kvalitet proizvoda. Kroz simulaciju i verifikaciju na terenu korišćenjem softvera ASPEN HYSYS, sveobuhvatna potrošnja energije smanjena je sa 1.329 kW na 1.253–1.255 kW, postižući uštede energije od 5,57%–5,72%. LI et al. dizajnirao je novi sistem duboke kondenzacije VOC (VOCs-DCR), sa simulacijom u stabilnom-stanju koja pokazuje stopu obnavljanja VOC od 99,97%, potrošnju energije kontrolisanu na 35,67 kW, i masenu koncentraciju emisije VOC od 45,17 mg/Nm³. SHRAM et al. dizajnirao-jedinicu za rekuperaciju pare sa niskom temperaturom koja se sastoji od dvokomorne-kutije sa unutrašnjim pregradama, omogućavajući naizmjenično dovod pare{49}}vazdušnih mješavina u različite dijelove jedinice, što može smanjiti emisije nafte i plina za preko 80%, smanjujući utjecaj na okoliš uz poboljšanje ekonomske efikasnosti. GAO et al. razvio novi{51}sistem za oporavak VOC na niskim temperaturama koji integriše tehnologiju hlađenja ekspanzione turbine i tehnologiju skladištenja hladne energije. Za povremene emisije nafte i gasa, stabilne{53}}i dinamičke simulacijske analize novog sistema su provedene pomoću softvera HYSYS. Rezultati su pokazali da je ukupna masena koncentracija emisije ugljovodonika nakon -obrade iznosila 57,54 mg/Nm³, a sveobuhvatna stopa povrata nafte i plina dostigla je 99,99%, zadovoljavajući trenutne standarde emisije.
Mehanička kondenzacija je ograničena mehanizmom za hlađenje, što rezultira višim temperaturama hlađenja. Nasuprot tome, kondenzacija tečnog azota može postići temperaturu hlađenja do -120°C ili čak -180°C, ispunjavajući strože standarde emisije. U poređenju sa mehaničkom kondenzacijom, kondenzacija tečnog azota nudi prednosti kao što su brzo pokretanje, niže duboke-hladne temperature, veće stope oporavka i niži troškovi održavanja opreme. Xu Hao je tokom svog istraživanja i analize procesa i opreme trostepenog sistema za rekuperaciju VOC kondenzacijom tečnog azota otkrio da odnos isplativosti sistema nije značajno povezan sa zapreminom obrađenog gasa, ali je usko povezan sa zapreminskom koncentracijom i vrstom izduvnog gasa. Kada je zapreminska koncentracija izduvnih gasova porasla sa 3,8% na 19,0%, odnos ekonomske koristi je porastao sa 0,38 na 0,59. Xing Chuan Sheng je spomenuo da korištenje hlađenja tekućim dušikom može poboljšati efikasnost povrata nafte i plina i smanjiti troškove potrošnje energije, pri čemu temperature hlađenja dostižu -180°C do -160°C. Chen Song i dr. uporedio je primjenu mehaničkog hlađenja i hlađenja tekućim dušikom u rekuperaciji benzinske pare. Mehaničko hlađenje hladi paru od 30°C do -75°C, uz manju potrošnju energije od hlađenja tečnim azotom, ali su potrebni dodatni objekti za tretman kako bi se ispunili standardi za emisije. Hlađenje tečnim azotom može direktno ohladiti temperaturu pare na -120°C, ispunjavajući standarde emisije. Kombinovani proces kondenzacije mehaničkog hlađenja i hlađenja tečnim azotom poboljšava efikasnost oporavka uz povećanje ekonomske koristi za više od 10% u poređenju sa samo hlađenjem tečnim azotom.
