2.2 Integreeritud nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia
Kuna nõuded nafta ja gaasi taaskasutamise tõhususele, heitestandarditele, ohutusele ja majanduslikule elujõulisusele kasvavad jätkuvalt, areneb nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia uurimine ja rakendamine tõhusamate, kuluefektiivsemate ja integreeritud lahenduste suunas. Üksik-tehnoloogilised lähenemisviisid on nende nõudmiste täitmiseks üha ebapiisavad. Nendest taaskasutustehnoloogiatest välja töötatud kahe-- või -etapilise integreeritud protsessid võivad kombineerida mitme tehnika eeliseid, tagades tööohutuse, vähendades samal ajal kulusid ja täites üha rangemaid heitestandardeid. Praegu hõlmavad kaheastmelised integreeritud protsessid kondenseerumine + adsorptsioon, kondensatsioon + membraani eraldamine ja absorptsioon + adsorptsioon. Lisaks nendele kaheastmelistele integreeritud protsessidele arenevad pidevalt ka mitmeastmelised integreeritud protsessid. Mitmeastmeline nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia kasutab erineva kontsentratsiooniga nafta ja gaasi töötlemiseks erinevate tehnoloogiate omadusi, kusjuures kõrge-kontsentratsiooniga nafta ja gaas läbivad järjest erinevaid töötlemisetappe, et saavutada kõrge{17}}tõhusus taaskasutamise ja kasutamisega. Võrreldes ühe-- või kaheetapilise-etapilise taaskasutamistehnoloogiaga, pakub mitmeastmeline nafta ja gaasi taaskasutamise tehnoloogia olulisi eeliseid tehnoloogilise mitmekesisuse osas ning võimaldab ka suuremat paindlikkust tehnoloogia valikul tegeliku tootmise ja kasutamise ajal. Praegu hõlmavad mitmeastmelised integreeritud protsessid muu hulgas kondensatsiooni + membraani eraldamist + adsorptsiooni, kondensatsiooni + adsorptsiooni + katalüütilist põlemist ja kondensatsiooni + absorptsioon + adsorptsioon. Kuid kuna mitmeetapiliste integreeritud protsesside kohta on vähe uuringuid, mis on enamasti eksperimentaalse uurimise või esialgse rakendusetapis, siis napib süstemaatilisi andmeid ja küpseid juhtumiuuringuid, mis toetaksid kõikehõlmavat ülevaadet. Tulevikus, kui teadusuuringud süvenevad ja tehnoloogia areneb, leiavad mitmeetapilised integreeritud protsessid nafta ja gaasi taaskasutamise valdkonnas laiemat rakendust. Järgnev keskendub kaheastmelistele integreeritud protsessidele.
2.2.1 Kondensatsioonimeetod + adsorptsioonimeetod
Bensiinijaamades on laialdaselt kasutatud kondensatsioonimeetodit + adsorptsioonimeetodit, õli ja gaasi taaskasutamise protsessi. See integreeritud protsess kasutab kõrge-kontsentratsiooniga nafta ja gaasi käitlemisel kondensatsioonimeetodi stabiilseid ja tõhusaid omadusi, samas kui adsorptsioonimeetod suudab reguleerida nafta ja gaasi mahuosa väga madalas vahemikus. See väldib probleeme, mis on seotud kahe tehnoloogia eraldi kasutamisega, nagu kondensatsioonitehnoloogia kõrged kulud ja tegevuskulud, samuti ohutusprobleemid adsorptsioonitehnoloogia kasutamisel kõrge kontsentratsiooniga gaaside käitlemisel. Chen Yunfeng ja Li Zhezhen juhtisid mõlemad tähelepanu sellele, et pärast kondensatsiooni{6}}adsorptsiooni integreeritud protsessiõli ja gaasi taaskasutamise süsteemi rakendamist bensiinijaamades võib see vähendada nafta- ja gaasikadusid, keskkonnareostust ja esialgseid investeeringuid, parandades samas bensiinijaamade ohutust ja töökindlust. Praegune kondensatsiooni + adsorptsiooni õli ja gaasi taaskasutamise protsess on väga tõhus taaskasutamismeetod. Seda protsessi käsitlevatel uuringutel on oluline väärtus energiatõhususe ning nafta ja gaasi taaskasutamise määra parandamisel. Paljud teadlased on läbi viinud{11}}simuleerimise ja katsetamise kaudu süvauuringuid, mille eesmärk on optimeerida protsessiseadmeid. Uuringud näitavad, et selle protsessiga on võimalik saavutada nafta ja gaasi taaskasutamise määr 99% või rohkem. Huang Weiqiu jt. uuris kondensatsioonimeetodit + adsorptsioonimeetodit õli ja gaasi töötlemise tehnoloogiat, kasutades Aspeni simulatsioonitarkvara ja eksperimentaalseid meetodeid, leides, et selle tehnoloogia abil on võimalik saavutada 99,2% õli ja gaasi taaskasutamise kiirust, kusjuures heitgaaside massikontsentratsioon on kontrollitud 11,2 g/m³. Fu Suhong et al. töötas välja õli ja gaasi taaskasutamise seadme, mis kasutab integreeritud kondensatsiooni ja vaigu adsorptsiooni taastamise protsessi. Praktilistes rakendustes saab eralduva õli ja gaasi massikontsentratsiooni vähendada alla 5 g/m³, taaskasutamise määr on 99% ja energiatarve on 10% madalam kui sarnastel toodetel. Shi Li et al. pakkus välja integreeritud nafta ja gaasi kondenseerumise ja adsorptsiooni taastamise protsessi ning kinnitas selle taaskasutamise tõhususe simulatsiooni- ja eksperimentaalsete uuringute abil. Seade saavutab õli ja gaasi taaskasutamise määra 99%, kusjuures õli ja gaasi massikontsentratsioon väljalaskeava juures on alla 7,7 g/m³, mis vastab standarditele. Jing Haibo jt. töötas välja integreeritud nafta ja gaasi taaskasutamise süsteemi, mis ühendab kondensatsiooni, adsorptsiooni, katalüütilise põlemise ja ammoniaagi veeabsorptsiooni jahutustehnoloogiad. Uuringud näitavad, et süsteemi taastumismäär ja energiatarve vähenevad sekundaarse kondensatsioonitemperatuuri tõustes, energiatarve väheneb võrreldes traditsiooniliste kondensatsiooni-adsorptsiooniprotsessidega ligikaudu 30% ja taastumismäär väheneb ligikaudu 2%. Zhang Yanxin optimeeris kondensatsioonitemperatuuri aktiivsöe adsorptsiooni{40}}kondensatsiooni taastamise protsessi parameetrites. Pärast optimeerimist määrati eeljahuti-temperatuuriks 0°C, esimese-astme kondensaatori temperatuuriks -20°C ja teise-astme kondensaatori temperatuuriks -45°C, saavutades õli ja gaasi taaskasutamise määra 99%. Zhang Lu töötas välja kombineeritud nafta ja gaasi taaskasutamise seadme, mis kasutab aktiivsöe adsorptsiooni ja -40 °C madalal temperatuuril{59}}kondensatsioonimeetodit. Pärast selle seadme kasutamist arvutati ümbritseva õhu temperatuuril kerge diisliõli taastumismäär üle 95%. Xu Dongsheng jt. pakkus välja külma kaskaadi -kolmanda tüübi-astmega kondensaadi adsorptsiooni kombineeritud õli ja gaasi taaskasutamise seade. Kasutades kolmanda astme jääksoojust eeljahuti jahutamiseks, projekteerides esimese-astme külmakasti A- ja B-astmega 1-1 ooterežiimis ning lisades kaskaad-kompressorkülmutussüsteemi, saavutasid nad optimeeritud temperatuuri reguleerimise. Töötulemused näitasid, et õli ja gaasi taaskasutamise määr saavutas 98,80%, heitgaaside emissiooni kontsentratsioon vähenes 11,415 g/m³-ni ja energiakulu vähenes 145 kW/h-lt 130 kW/h-ni. Su Lushu et al. rakendas nafta ja gaasi laadimise ajal kombineeritud nafta ja gaasi taaskasutamise protsessi "väävlitustamine + kondensatsioon + adsorptsioon", leides, et see võib pärast heitestandardite täitmist saavutada kohapealse heitgaasiheite. Pan Taixing et al. analüüsis kondensatsioonimeetodit + adsorptsioonimeetodit taaskasutamise protsessi ja jõudis järeldusele, et see protsess ei näita mitte ainult suurepärast jõudlust tõhusas heitekontrollis, vaid sellel on ka teatud eelised põhjaliku heitgaaside töötlemise, ressursside taastamise ja energiasäästu, gaasikadude vähendamise ning ohutuse ja töökindluse osas. Tegelikus rakenduses on kondensatsiooni- ja adsorptsiooniprotsesside sünergiline optimeerimine keeruline ning nende kahe protsessi optimaalset sobitamist on raske saavutada, piirates taaskasutamise tõhususe üldist paranemist. Olemasolevatel protsessiseadmetel puudub kohanemisvõime nafta ja gaasi käitlemisel erinevates töötingimustes ning nafta ja gaasi kontsentratsiooni märkimisväärselt kõikudes muutub taaskasutamise efektiivsus ebastabiilseks. Gong Zhonghao viis läbi uuringud praegu turul kasutatava õli ja gaasi regenereerimisprotsessi kondensatsioonimeetodi + adsorptsioonimeetodi kohta ning tuvastas olemasolevad probleemid. Praegu ületab selle protsessi kondensatsioonitemperatuur turul üldiselt -80 °C, mis viib C3 komponentide kontsentratsiooni järkjärgulise suurenemiseni väljalaskeava juures; adsorptsioonisektsiooni vaakumekstraktsioonivõime on ebapiisav, mistõttu on adsorbendil raske tõhusat desorptsiooni saavutada; ja tagumise otsa väikesed aktiivsöe adsorptsioonipaagid ei vasta madala kontsentratsiooniga orgaaniliste ühendite töötlemise nõuetele pärast esiotsa kondenseerumist. Tulevased uuringud peaksid keskenduma kondensatsiooni ja adsorptsiooni vahelise ühendusmehhanismi põhjalikule uurimisele ning modulaarsete intelligentsete seadmete väljatöötamisele, et parandada kohanemisvõimet erinevate töötingimustega.
