2 Tehnologia de recuperare a petrolului și gazelor
2.1
Tehnologia unică de recuperare a petrolului și gazelor Tehnologia de recuperare a petrolului și gazelor este împărțită în primul rând în patru categorii bazate pe principiu: metoda de condensare, metoda de adsorbție, metoda de absorbție și metoda de separare prin membrană. Fiecare dintre aceste tehnologii are avantajele și limitările sale specifice. Numeroși cercetători, atât la nivel național, cât și internațional, au efectuat-cercetari și analize aprofundate asupra acestor tehnologii, cu scopul de a îmbunătăți eficiența recuperării petrolului și gazelor, de a reduce poluarea mediului și de a promova utilizarea durabilă a energiei.
2.1.1
Metoda de condensare
Metoda de condensare este o tehnologie de recuperare a petrolului și gazelor foarte utilizată și foarte eficientă. Utilizează caracteristica că presiunea de vapori a componentelor volatile din petrol și gaze se modifică odată cu temperatura pentru a obține recuperarea. La temperatura camerei, componentele volatile primare din benzina finită-hidrocarburile C4 până la C8-au presiuni de vapori relativ mari, ceea ce indică faptul că tind să se evapore din faza lichidă în faza gazoasă și să se volatilizeze în atmosferă. Prin metoda condensarii, cand temperatura petrolului si gazului scade sub 0°C, presiunea vaporilor hidrocarburilor scade odata cu scaderea temperaturii. Scăderea presiunii de vapori face ca unele hidrocarburi să-și depășească presiunea de vapori saturați la acea temperatură, condensând din starea gazoasă în starea lichidă, realizând astfel separarea petrolului și gazului.
Metoda de condensare este simplă de utilizat, foarte eficientă și nu provoacă poluare secundară, ceea ce o face potrivită pentru recuperarea petrolului și gazelor cu concentrație mare de-[12]. Prin urmare, este potrivit pentru utilizarea în partea frontală a proceselor integrate cu alte tehnologii de recuperare a petrolului și gazelor, dar costurile echipamentelor și cheltuielile de operare sunt relativ mari. Metodele de condensare sunt împărțite în primul rând în condensare mecanică și condensare cu azot lichid. Eficiența recuperării, consumul de energie al sistemului și concentrația petrolului și gazelor după procesare în metode de condensare sunt influențate de diverși factori, factorii principali de influență incluzând temperatura de condensare, presiunea de condensare, concentrația inițială și procesul de condensare.
Numeroase studii au arătat că temperatura de condensare a petrolului și gazelor este un factor cheie care afectează ratele de recuperare. Pentru a obține o eficiență mai mare de recuperare, sunt adesea necesare temperaturi de condensare mai scăzute, unele componente trebuind să atingă -110°C pentru a condensa [15]. Temperaturile mai scăzute de condensare implică un consum mai mare de energie pe unitatea de capacitate de răcire. Cercetările actuale sunt în general de acord că un proces de condensare în trei etape echilibrează eficient eficiența energetică și rata de recuperare. Diferiți cercetători au determinat combinații optime de temperatură de condensare prin simulare și experimentare.
. Huang Weiqiu și colab. prin simularea software-ului Aspen a constatat că, folosind un proces de condensare în trei-etape, cu temperaturi de 2, −30 și −80 °C, se realizează o rată de recuperare a petrolului și gazelor care depășește 95% cu cel mai scăzut consum de energie din sistem; dacă temperaturile de condensare sunt ajustate la 2, −30 și −120 °C, rata de recuperare poate ajunge la 99,62% fără o creștere semnificativă a consumului de energie. Această combinație de parametri a fost adoptată de majoritatea cercetătorilor ca proiect de referință. SHI şi colab. proiectat în trei-etape
proces de condensare cu temperaturi de condensare de 1, -40 și -110°C, realizând rate de recuperare de 99,73%, 99,79%, 99,82% și, respectiv, 99,19% pentru patru componente diferite de vapori de benzină. Când temperatura de condensare este în intervalul de la 20 la -110°C, sarcina totală de răcire a procesului de condensare în trei etape este redusă cu 12,23%, 15,68%, 13,96% și 15,65% în comparație cu un proces cu o singură etapă.
Zhao Zhiwei și colab. a constatat că setarea temperaturii de condensare la 4, –50 și –110°C are ca rezultat cel mai mic consum de energie și o funcționare stabilă a sistemului de refrigerare. Bi Jinbin și colab. a simulat și analizat procesul de recuperare a petrolului și gazelor din condensare în trei-etape utilizând modelul PR (o ecuație reală a stării gazelor cunoscută sub denumirea de ecuație PR), echilibrând eficiența recuperării petrolului și gazelor cu consumul total de energie al sistemului. Temperatura optimă de pre-răcire și temperaturile de condensare secundară și terțiară au fost determinate a fi de 5, -35 și, respectiv, -75 °C.
Creșterea moderată a presiunii de condens ajută la reglarea temperaturii de condens, la realizarea de economii de energie și, simultan, la creșterea ratelor de recuperare a petrolului și gazelor, un punct care a fost, de asemenea, recunoscut pe scară largă de comunitatea academică. Lu Jieming și colab. a analizat efectele temperaturii și presiunii de răcire asupra eficienței condensării folosind un model de ecuație de echilibru de fază și a propus un proces de recuperare a condensului în mai multe-etape. Cercetările au descoperit că concentrația emisiilor de petrol și gaze impune cerințe mai stricte asupra temperaturii de răcire decât ratele de recuperare. La presiunea atmosferică, este necesară răcirea sub -100°C pentru a îndeplini standardele, în timp ce presurizarea la 0,5–0,7 MPa poate crește temperatura de răcire necesară cu 20°C. Wang Dan și colab. a folosit simularea Aspen Plus pentru a constata că presurizarea poate îmbunătăți în mod eficient ratele de recuperare a țițeiului și a gazelor și poate reduce concentrațiile de ieșire. Abordând consumul mare de energie al proceselor convenționale de recuperare a condensului, câțiva cercetători au efectuat studii de optimizare a proceselor de condensare. Ye Chao și colab. a folosit software-ul HYSYS pentru a stabili un proces de simulare simplificat, studiind efectele temperaturii și presiunii de condensare asupra caracteristicilor de condensare. Studiul a constatat că presurizarea are un impact mai semnificativ asupra intervalelor-înalte de temperatură decât asupra intervalelor-de temperatură scăzută. Prin optimizarea procesului de recuperare a petrolului și gazelor s-a realizat recuperarea căldurii reziduale a gazelor de eșapament, rezultând o reducere cu 9,73% a consumului total de energie, o scădere cu 8,11% a capacității de răcire și o creștere a coeficientului de răcire de la 1,04 la 1,08. Zhang Shanzhe [25] a folosit experimente cu un singur-factor pentru a determina parametrii cheie ai procesului care afectează consumul de energie și calitatea produsului. Prin simulare și verificare pe teren folosind software-ul ASPEN HYSYS, consumul de energie cuprinzător a fost redus de la 1.329 kW la 1.253–1.255 kW, realizând economii de energie de 5,57%–5,72%. LI şi colab. a proiectat un sistem nou de recuperare a condensului profund COV (COV-DCR), cu simulare-staționară care arată o rată de recuperare a COV de 99,97%, consum de energie controlat la 35,67 kW și concentrație de masă a emisiilor de COV de 45,17 mg/Nm³. SHRAM şi colab. a proiectat o unitate de recuperare a aburului la temperatură joasă-constând dintr-o cutie cu-dublă cameră cu compartimente interioare, permițând alimentarea alternativă cu amestecuri de abur-aer către diferite părți ale unității, ceea ce poate reduce emisiile de petrol și gaze cu peste 80%, reducând impactul asupra mediului și îmbunătățind în același timp eficiența economică. GAO şi colab. a dezvoltat un nou sistem de recuperare-COV la temperatură joasă, care integrează tehnologia de refrigerare cu expansiune a turbinei și tehnologia de stocare a energiei la rece. Pentru emisiile intermitente de petrol și gaze, au fost efectuate analize de simulare-în stare stabilă și dinamică ale noului sistem folosind software-ul HYSYS. Rezultatele au arătat că concentrația de masă a emisiilor totale de hidrocarburi non-metan post-tratare a fost de 57,54 mg/Nm³, iar rata de recuperare globală a petrolului și gazelor a atins 99,99%, respectând standardele actuale de emisie.
Condensul mecanic este limitat de mecanismul de refrigerare, rezultând temperaturi de refrigerare mai ridicate. În schimb, condensarea azotului lichid poate atinge temperaturi de refrigerare până la -120°C sau chiar -180°C, respectând standarde de emisie mai stricte. În comparație cu condensarea mecanică, condensarea cu azot lichid oferă avantaje precum pornirea rapidă, temperaturi mai scăzute-recioase, rate mai mari de recuperare și costuri mai mici de întreținere a echipamentelor. Xu Hao a constatat în timpul cercetării și analizei sale a procesului și echipamentului unui sistem de recuperare a COV cu condensare a azotului lichid în trei etape că raportul cost-eficiență al sistemului nu este legat în mod semnificativ de volumul de gaz procesat, ci este strâns legat de concentrația în volum și tipul de gaz de eșapament. Când concentrația în volum a gazelor de eșapament a crescut de la 3,8% la 19,0%, raportul beneficiului economic a crescut de la 0,38 la 0,59. Xing Chuan Sheng a menționat că utilizarea răcirii cu azot lichid poate îmbunătăți eficiența recuperării petrolului și gazelor și poate reduce costurile consumului de energie, temperaturile de răcire ajungând la -180°C până la -160°C. Chen Song și colab. a comparat aplicarea refrigerarii mecanice si a refrigerarii cu azot lichid in recuperarea vaporilor de benzina. Refrigerarea mecanică răcește vaporii de la 30°C la -75°C, cu un consum mai mic de energie decât refrigerarea cu azot lichid, dar sunt necesare instalații de tratare suplimentare pentru a îndeplini standardele de emisie. Refrigerarea cu azot lichid poate răci direct temperatura vaporilor la -120°C, respectând standardele de emisie. Procesul de condensare combinat de refrigerare mecanică și refrigerare cu azot lichid îmbunătățește eficiența recuperării în timp ce crește beneficiile economice cu peste 10% în comparație cu refrigerarea cu azot lichid singur.
