2 Naftos ir dujų regeneravimo technologija
2.1
Viena naftos ir dujų regeneravimo technologija Naftos ir dujų regeneravimo technologija pirmiausia skirstoma į keturias kategorijas pagal principą: kondensacijos metodas, adsorbcijos metodas, absorbcijos metodas ir membranos atskyrimo metodas. Kiekviena iš šių technologijų turi savo privalumų ir apribojimų. Daugelis vietinių ir tarptautinių mokslininkų atliko nuodugnius šių technologijų tyrimus ir analizę, siekdami pagerinti naftos ir dujų išgavimo efektyvumą, sumažinti aplinkos taršą ir skatinti tvarų energijos naudojimą.
2.1.1
Kondensacijos metodas
Kondensacijos metodas yra plačiai naudojama ir labai efektyvi naftos ir dujų regeneravimo technologija. Jame naudojama charakteristika, kad alyvoje ir dujose esančių lakiųjų komponentų garų slėgis keičiasi priklausomai nuo temperatūros, kad būtų pasiektas regeneravimas. Kambario temperatūroje pirminiai lakieji komponentai gatavuose benzino -C4–C8 angliavandeniliuose- turi gana aukštą garų slėgį, o tai rodo, kad jie linkę išgaruoti iš skystosios fazės į dujų fazę ir išgaruoti į atmosferą. Taikant kondensacijos metodą, alyvos ir dujų temperatūrai nukritus žemiau 0°C, mažėjant temperatūrai mažėja angliavandenilių garų slėgis. Sumažėjus garų slėgiui, kai kurie angliavandeniliai viršija sočiųjų garų slėgį toje temperatūroje ir kondensuojasi iš dujinės būsenos į skystą būseną, taip įvyksta naftos ir dujų atskyrimas.
Kondensacijos metodas yra paprastas naudoti, labai efektyvus ir nesukelia antrinės taršos, todėl tinka didelės-koncentracijos naftai ir dujoms išgauti [12]. Todėl jis tinkamas naudoti integruotuose procesuose su kitomis naftos ir dujų regeneravimo technologijomis, tačiau įrangos sąnaudos ir eksploatacinės išlaidos yra gana didelės. Kondensacijos metodai pirmiausia skirstomi į mechaninį kondensavimą ir skysto azoto kondensavimą. Atkūrimo efektyvumą, sistemos energijos suvartojimą ir naftos bei dujų koncentraciją po apdorojimo kondensacijos metodais įtakoja įvairūs veiksniai, o pagrindiniai veiksniai yra kondensacijos temperatūra, kondensacijos slėgis, pradinė koncentracija ir kondensacijos procesas.
Daugybė tyrimų parodė, kad naftos ir dujų kondensacijos temperatūra yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos regeneravimo greičiui. Norint pasiekti didesnį regeneravimo efektyvumą, dažnai reikia žemesnės kondensacijos temperatūros, kai kurie komponentai turi pasiekti -110 °C, kad kondensuotųsi [15]. Žemesnė kondensacijos temperatūra reiškia didesnes energijos sąnaudas vienam aušinimo pajėgumo vienetui. Dabartiniai tyrimai paprastai sutinka, kad trijų pakopų kondensacijos procesas veiksmingai subalansuoja energijos vartojimo efektyvumą ir regeneravimo greitį. Įvairūs mokslininkai modeliuodami ir eksperimentuodami nustatė optimalius kondensacijos temperatūros derinius.
. Huang Weiqiu ir kt. „Aspen“ programinės įrangos modeliavimo būdu nustatyta, kad naudojant trijų pakopų kondensacijos procesą, kurio temperatūra yra 2, –30 ir –80 °C, naftos ir dujų atgavimo greitis viršija 95 %, naudojant mažiausią sistemos energijos suvartojimą; sureguliavus kondensacijos temperatūrą iki 2, –30 ir –120 °C, regeneravimo greitis gali siekti 99,62 %, žymiai nepadidinus energijos sąnaudų. Šį parametrų derinį dauguma mokslininkų priėmė kaip etaloninį dizainą. SHI ir kt. sukūrė trijų{14}}etapų
kondensacijos procesas, kai kondensacijos temperatūra yra 1, -40 ir -110 °C, atitinkamai pasiekiamas 99,73%, 99,79%, 99,82% ir 99,19% keturių skirtingų benzino garų komponentų regeneravimo greitis. Kai kondensacijos temperatūra yra nuo 20 iki -110°C, bendra trijų pakopų kondensacijos proceso aušinimo apkrova sumažėja 12,23%, 15,68%, 13,96% ir 15,65%, palyginti su vienpakopiu procesu.
Zhao Zhiwei ir kt. nustatė, kad nustačius kondensacijos temperatūrą 4, –50 ir –110°C, gaunamos mažiausios energijos sąnaudos ir stabilus šaldymo sistemos darbas. Bi Jinbin ir kt. modeliavo ir analizavo trijų-pakopų kondensacijos alyvos ir dujų regeneravimo procesą, naudodamas PR modelį (tikrąją dujų būsenos lygtį, vadinamą PR lygtimi), subalansuodamas naftos ir dujų regeneravimo efektyvumą su visu sistemos energijos suvartojimu. Nustatyta, kad optimali išankstinio aušinimo temperatūra ir antrinės bei tretinės kondensacijos temperatūra yra atitinkamai 5, -35 ir -75 °C.
Saikingai padidinus kondensacijos slėgį, galima reguliuoti kondensacijos temperatūrą, sutaupyti energijos ir kartu padidinti naftos ir dujų regeneravimo greitį – tai taip pat plačiai pripažino akademinė bendruomenė. Lu Jieming ir kt. išanalizavo aušinimo temperatūros ir slėgio poveikį kondensacijos efektyvumui, naudodamas fazių pusiausvyros lygties modelį ir pasiūlė daugiapakopį kondensato atkūrimo procesą. Tyrimai parodė, kad naftos ir dujų emisijų koncentracija kelia griežtesnius reikalavimus aušinimo temperatūrai nei regeneravimo rodikliai. Esant atmosferos slėgiui, aušinimas iki žemiau -100 °C, kad būtų laikomasi standartų, o slėgis iki 0,5–0,7 MPa gali padidinti reikiamą aušinimo temperatūrą 20 °C. Wang Dan ir kt. naudojo Aspen Plus modeliavimą, kad išsiaiškintų, kad slėgis gali veiksmingai pagerinti žalios naftos ir dujų regeneravimo greitį ir sumažinti išleidimo angų koncentraciją. Spręsdami įprastų kondensato regeneravimo procesų didelį energijos suvartojimą, keli mokslininkai atliko kondensacijos procesų optimizavimo tyrimus. Ye Chao ir kt. naudojo HYSYS programinę įrangą, kad sukurtų supaprastintą modeliavimo procesą, tiriant kondensacijos temperatūros ir slėgio poveikį kondensacijos charakteristikoms. Tyrimas parodė, kad slėgis turi didesnį poveikį aukštų temperatūrų diapazonams nei žemos temperatūros diapazonams. Optimizavus naftos ir dujų regeneravimo procesą, buvo pasiektas išmetamųjų dujų likutinės šilumos atgavimas, todėl bendras energijos suvartojimas sumažėjo 9,73%, aušinimo pajėgumas sumažėjo 8,11%, o aušinimo koeficientas padidėjo nuo 1,04 iki 1,08. Zhang Shanzhe [25] naudojo vieno veiksnio eksperimentus, kad nustatytų pagrindinius proceso parametrus, turinčius įtakos energijos suvartojimui ir produkto kokybei. Atliekant modeliavimą ir patikrinimą vietoje naudojant ASPEN HYSYS programinę įrangą, visapusiškas energijos suvartojimas buvo sumažintas nuo 1 329 kW iki 1 253–1 255 kW ir sutaupyta 5,57–5,72%. LI ir kt. sukūrė naują LOJ gilaus kondensato regeneravimo (LOJ-DCR) sistemą su pastovios būsenos modeliavimu, rodančiu 99,97 LOJ regeneravimo greitį, 35,67 kW energijos suvartojimą ir 45,17 mg/Nm³ LOJ emisijos masės koncentraciją. SHRAM ir kt. suprojektuotas žemos-temperatūros garų regeneravimo įrenginys, susidedantis iš dvigubos-kameros dėžės su vidinėmis pertvaromis, leidžiančiomis pakaitomis tiekti garų-oro mišinius į skirtingas įrenginio dalis, o tai gali sumažinti naftos ir dujų emisiją daugiau nei 80 %, sumažinti poveikį aplinkai ir pagerinti ekonominį efektyvumą. GAO ir kt. sukūrė naują žemos temperatūros LOJ regeneravimo sistemą, kurioje integruota turbinos plėtimosi šaldymo technologija ir šaltos energijos saugojimo technologija. Dėl pertrūkių naftos ir dujų išmetimo naujos sistemos pastovios būsenos ir dinaminės modeliavimo analizės buvo atliekamos naudojant HYSYS programinę įrangą. Rezultatai parodė, kad po apdorojimo bendra angliavandenilių (be metano) masės koncentracija buvo 57,54 mg/Nm³, o visapusiškas naftos ir dujų regeneravimo lygis siekė 99,99 %, atitinkantį dabartinius emisijos standartus.
Mechaninį kondensaciją riboja šaldymo mechanizmas, todėl šaldymo temperatūra yra aukštesnė. Priešingai, dėl skysto azoto kondensacijos galima pasiekti net -120 °C ar net -180 °C šaldymo temperatūrą, atitinkančią griežtesnius emisijos standartus. Lyginant su mechaniniu kondensavimu, skysto azoto kondensavimas turi pranašumų, tokių kaip greitas paleidimas, žemesnė{7}}šalčio temperatūra, didesnis regeneravimo greitis ir mažesnės įrangos priežiūros išlaidos. Xu Hao, atlikdamas trijų pakopų skysto azoto kondensacijos LOJ regeneravimo sistemos proceso ir įrangos tyrimą ir analizę, nustatė, kad sistemos ekonomiškumo koeficientas nėra reikšmingai susijęs su apdorojamų dujų kiekiu, bet yra glaudžiai susijęs su išmetamųjų dujų tūrio koncentracija ir rūšimi. Išmetamųjų dujų tūrinei koncentracijai padidėjus nuo 3,8% iki 19,0%, ekonominės naudos santykis išaugo nuo 0,38 iki 0,59. Xing Chuan Sheng paminėjo, kad naudojant skysto azoto aušinimą galima pagerinti naftos ir dujų regeneravimo efektyvumą ir sumažinti energijos sąnaudas, o aušinimo temperatūra siekia -180°C iki -160°C. Chen Song ir kt. palygino mechaninio šaldymo ir šaldymo skystuoju azotu taikymą benzino garų regeneravime. Mechaninis šaldymas atšaldo garus nuo 30°C iki -75°C, sunaudojant mažesnes energijos sąnaudas nei šaldant skystu azotu, tačiau norint atitikti išmetamųjų teršalų normas, reikalingi papildomi valymo įrenginiai. Šaldymas skystu azotu gali tiesiogiai atvėsinti garų temperatūrą iki -120°C, atitinkantis emisijos standartus. Kombinuotas mechaninio šaldymo ir skysto azoto šaldymo kondensacijos procesas pagerina regeneravimo efektyvumą ir padidina ekonominę naudą daugiau nei 10%, palyginti su vien tik skystu azotu šaldymu.
