2 Nafta ja gaasi taastamise tehnoloogia
2.1
Ühtne õli ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia Nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia jaguneb põhimõtteliselt peamiselt nelja kategooriasse: kondensatsioonimeetod, adsorptsioonimeetod, absorptsioonimeetod ja membraanide eraldamise meetod. Igal neist tehnoloogiatest on oma eelised ja piirangud. Paljud õpetlased nii riigis kui ka rahvusvaheliselt on viinud läbi-nende tehnoloogiate põhjalikke uuringuid ja analüüse, mille eesmärk on parandada nafta ja gaasi taaskasutamise tõhusust, vähendada keskkonnareostust ja edendada säästvat energiakasutust.
2.1.1
Kondensatsiooni meetod
Kondensatsioonimeetod on laialdaselt kasutatav ja väga tõhus nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia. Ta kasutab taastumise saavutamiseks omadust, et õli ja gaasi lenduvate komponentide aururõhk muutub koos temperatuuriga. Toatemperatuuril on valmisbensiini -C4–C8 süsivesinike-primaarsete lenduvate komponentide aururõhk suhteliselt kõrge, mis näitab, et need kalduvad aurustuma vedelast faasist gaasifaasi ja lenduvad atmosfääri. Kondensatsioonimeetodi abil, kui õli ja gaasi temperatuur langeb alla 0°C, väheneb süsivesinike aururõhk koos temperatuuri langusega. Aururõhu langus põhjustab mõnede süsivesinike küllastunud aururõhu ületamist sellel temperatuuril, kondenseerudes gaasilisest olekust vedelasse olekusse, saavutades seeläbi õli ja gaasi eraldumise.
Kondensatsioonimeetodit on lihtne kasutada, see on väga tõhus ega põhjusta sekundaarset reostust, mistõttu on see sobilik kõrge kontsentratsiooniga nafta ja gaasi [12] taastamiseks. Seetõttu sobib see kasutamiseks integreeritud protsesside esiotsa koos teiste nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogiatega, kuid seadmekulud ja tegevuskulud on suhteliselt suured. Kondensatsioonimeetodid jagunevad peamiselt mehaaniliseks kondensatsiooniks ja vedela lämmastiku kondenseerimiseks. Taaskasutamise efektiivsust, süsteemi energiatarbimist ning õli ja gaasi kontsentratsiooni pärast töötlemist kondensatsioonimeetodites mõjutavad mitmesugused tegurid, millest peamised mõjutavad tegurid, sealhulgas kondensatsioonitemperatuur, kondensatsioonirõhk, algkontsentratsioon ja kondensatsiooniprotsess.
Arvukad uuringud on näidanud, et nafta ja gaasi kondenseerumistemperatuur on võtmetegur, mis mõjutab taaskasutamise määra. Suurema taaskasutamise efektiivsuse saavutamiseks on sageli vaja madalamaid kondensatsioonitemperatuure, kusjuures mõned komponendid peavad kondenseerumiseks jõudma -110 °C-ni [15]. Madalam kondensatsioonitemperatuur tähendab suuremat energiatarbimist jahutusvõimsuse ühiku kohta. Praegused uuringud nõustuvad üldiselt sellega, et kolmeastmeline kondensatsiooniprotsess tasakaalustab tõhusalt energiatõhusust ja taaskasutamise määra. Erinevad teadlased on simulatsiooni ja katsetamise teel kindlaks määranud optimaalsed kondensatsioonitemperatuuri kombinatsioonid.
. Huang Weiqiu jt. Aspeni tarkvarasimulatsiooni abil leiti, et kolmeetapilise kondensatsiooniprotsessi kasutamisel temperatuuridel 2, –30 ja –80 °C saavutatakse nafta ja gaasi taaskasutamise määr üle 95% madalaima süsteemi energiatarbimisega; kui kondensatsioonitemperatuuri reguleerida 2, –30 ja –120 °C peale, võib taastumismäär ulatuda 99,62%-ni ilma olulise energiatarbimise suurenemiseta. Enamik teadlasi on selle parameetrite kombinatsiooni võtnud võrdlusalusena. SHI et al. kavandanud kolme-etapi
kondensatsiooniprotsess kondensatsioonitemperatuuridega 1, -40 ja -110 °C, saavutades nelja erineva bensiiniauru komponendi taastumismäärad vastavalt 99,73%, 99,79%, 99,82% ja 99,19%. Kui kondensatsioonitemperatuur on vahemikus 20 kuni -110 °C, väheneb kolmeastmelise kondensatsiooniprotsessi kogujahutuskoormus 12,23%, 15,68%, 13,96% ja 15,65% võrreldes üheetapilise protsessiga.
Zhao Zhiwei et al. leidis, et kondensatsioonitemperatuuri seadmine 4, –50 ja –110 °C tagab madalaima energiatarbimise ja külmasüsteemi stabiilse töö. Bi Jinbin et al. simuleeris ja analüüsis kolmeetapilist õli ja gaasi kondensatsiooni taaskasutamise protsessi, kasutades PR-mudelit (tegelik gaasi oleku võrrand, mida tuntakse PR võrrandi nime all), tasakaalustades nafta ja gaasi taaskasutamise tõhususe süsteemi kogu energiatarbimisega. Optimaalseks eeljahutustemperatuuriks ning sekundaarseks ja tertsiaarseks kondensatsioonitemperatuuriks määrati vastavalt 5, -35 ja -75 °C.
Kondensatsioonirõhu mõõdukas suurendamine aitab reguleerida kondensatsioonitemperatuuri, saavutada energiasäästu ning samaaegselt tõsta nafta ja gaasi taaskasutamise määra, mida on laialdaselt tunnustanud ka akadeemiline ringkond. Lu Jieming et al. analüüsis jahutustemperatuuri ja -rõhu mõju kondensatsiooni efektiivsusele, kasutades faasitasakaalu võrrandi mudelit, ja pakkus välja mitmeastmelise kondensaadi taastamise protsessi. Uuringud on leidnud, et nafta- ja gaasiheitmete kontsentratsioon seab jahutustemperatuurile rangemad nõuded kui taaskasutamise määrad. Atmosfäärirõhul on standardite täitmiseks vajalik jahutamine alla -100 °C, samas kui survestamine 0,5–0,7 MPa-ni võib tõsta nõutavat jahutustemperatuuri 20 °C võrra. Wang Dan et al. kasutas Aspen Plusi simulatsiooni, et leida, et survestamine võib tõhusalt parandada toornafta ja gaasi taaskasutamise kiirust ning vähendada väljalaskeavade kontsentratsioone. Käsitledes tavapäraste kondensatsiooni taaskasutamise protsesside suurt energiatarbimist, on mitmed teadlased läbi viinud kondensatsiooniprotsesside optimeerimisuuringuid. Ye Chao et al. kasutas HYSYS tarkvara, et luua lihtsustatud simulatsiooniprotsess, uurides kondensatsiooni temperatuuri ja rõhu mõju kondensatsiooni omadustele. Uuringus leiti, et rõhul on kõrgete temperatuurivahemike{16}}oluline mõju kui madalatel temperatuurivahemikel. Nafta ja gaasi taaskasutamise protsessi optimeerimisega saavutati heitgaaside jääksoojuse taaskasutamine, mille tulemusena vähenes kogu energiatarbimine 9,73%, jahutusvõimsus vähenes 8,11% ja jahutustegur tõusis 1,04-lt 1,08-le. Zhang Shanzhe [25] kasutas ühe teguri katseid, et määrata kindlaks peamised protsessiparameetrid, mis mõjutavad energiatarbimist ja toote kvaliteeti. ASPEN HYSYS tarkvara abil simulatsiooni ja välikontrolli abil vähendati kõikehõlmavat energiatarbimist 1329 kW-lt 1253–1255 kW-ni, saavutades energiasäästu 5,57–5,72%. LI et al. kavandas uudse lenduvate orgaaniliste ühendite süvakondensatsioonitagastuse (VOCs-DCR) süsteemi püsioleku simulatsiooniga, mis näitas lenduvate orgaaniliste ühendite taaskasutamise määra 99,97%, energiatarbimist kontrolliti 35,67 kW juures ja lenduvate orgaaniliste ühendite emissiooni massikontsentratsiooni 45,17 mg/Nm³. SHRAM et al. kavandas madalatemperatuurilise-aurutagastusseadme, mis koosneb sisemiste vaheseintega kahe-kambriga karbist, mis võimaldab vaheldumisi auru-õhusegude tarnimist seadme erinevatesse osadesse, mis võib vähendada nafta- ja gaasiheitmeid üle 80%, vähendades keskkonnamõju, parandades samas majanduslikku efektiivsust. GAO et al. töötas välja uudse madalal temperatuuril lenduvate orgaaniliste ühendite taaskasutamise süsteemi, mis ühendab turbiini paisutamise jahutustehnoloogia ja külmenergia salvestamise tehnoloogia. Vahelduvate nafta- ja gaasiheitmete jaoks viidi läbi uue süsteemi püsioleku ja dünaamilised simulatsioonianalüüsid, kasutades tarkvara HYSYS. Tulemused näitasid, et töötlemisjärgse mitte-metaani süsivesinike heitkoguste massikontsentratsioon oli 57,54 mg/Nm³ ning nafta ja gaasi üldine taaskasutamise määr saavutas 99,99%, mis vastab praegustele heitestandarditele.
Mehaanilist kondenseerumist piirab jahutusmehhanism, mille tulemuseks on kõrgem jahutustemperatuur. Seevastu vedela lämmastiku kondenseerumisel võib külmutustemperatuur olla kuni -120 °C või isegi -180 °C, mis vastab rangematele heitestandarditele. Võrreldes mehaanilise kondensatsiooniga pakub vedela lämmastiku kondenseerumine eeliseid, nagu kiire käivitamine, madalam sügavkülm{7}}temperatuur, suurem taastumismäär ja madalamad seadmete hoolduskulud. Xu Hao leidis kolmeastmelise vedela lämmastiku kondensatsiooniga lenduvate orgaaniliste ühendite taaskasutamise süsteemi protsessi ja seadmete uurimise ja analüüsi käigus, et süsteemi kuluefektiivsus ei ole oluliselt seotud töödeldava gaasi mahuga, vaid on tihedalt seotud heitgaasi mahu kontsentratsiooni ja tüübiga. Kui heitgaaside mahukontsentratsioon kasvas 3,8%-lt 19,0%-le, tõusis majandusliku kasu suhe 0,38-lt 0,59-le. Xing Chuan Sheng mainis, et vedela lämmastikuga jahutamise kasutamine võib parandada nafta ja gaasi taaskasutamise tõhusust ning vähendada energiatarbimise kulusid, kusjuures jahutustemperatuur ulatub -180 °C kuni -160 °C. Chen Song et al. võrreldi mehaanilise jahutuse ja vedela lämmastikuga jahutamise rakendamist bensiiniaurude regenereerimisel. Mehaaniline jahutamine jahutab auru temperatuurini 30°C kuni -75°C, kusjuures energiakulu on väiksem kui vedela lämmastikuga jahutamisel, kuid heitenormide täitmiseks on vaja täiendavaid puhastusseadmeid. Vedela lämmastikuga jahutamine võib auru temperatuuri otse jahutada -120 ° C-ni, mis vastab emissioonistandarditele. Mehaanilise jahutamise ja vedela lämmastikuga jahutamise kombineeritud kondensatsiooniprotsess parandab taaskasutamise efektiivsust, suurendades samal ajal majanduslikku kasu üle 10% võrreldes ainult vedela lämmastikuga jahutamisega.
