2 Technologia odzyskiwania ropy i gazu
2.1
Pojedyncza technologia odzyskiwania ropy i gazu Technologię odzyskiwania ropy i gazu dzieli się przede wszystkim na cztery kategorie w oparciu o zasadę: metoda kondensacji, metoda adsorpcji, metoda absorpcji i metoda separacji membranowej. Każda z tych technologii ma swoje specyficzne zalety i ograniczenia. Wielu naukowców w kraju i za granicą przeprowadziło-dokładne badania i analizy dotyczące tych technologii, których celem było zwiększenie wydajności odzyskiwania ropy i gazu, zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska oraz promowanie zrównoważonego wykorzystania energii.
2.1.1
Metoda kondensacji
Metoda kondensacyjna jest szeroko stosowaną i wysoce wydajną technologią odzyskiwania ropy i gazu. Wykorzystuje tę cechę, że ciśnienie pary lotnych składników ropy i gazu zmienia się wraz z temperaturą, aby osiągnąć odzysk. W temperaturze pokojowej główne lotne składniki gotowej benzyny-węglowodory C4 do C8-mają stosunkowo wysokie ciśnienie pary, co wskazuje, że mają one tendencję do odparowywania z fazy ciekłej do fazy gazowej i ulatniania się do atmosfery. Dzięki metodzie kondensacyjnej, gdy temperatura ropy i gazu spada poniżej 0°C, prężność par węglowodorów zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury. Spadek ciśnienia pary powoduje, że w tej temperaturze niektóre węglowodory przekraczają ciśnienie pary nasyconej, kondensując ze stanu gazowego do stanu ciekłego, osiągając w ten sposób separację ropy i gazu.
Metoda kondensacji jest prosta w obsłudze, bardzo wydajna i nie powoduje wtórnych zanieczyszczeń, dzięki czemu nadaje się do odzyskiwania-olejów i gazu o wysokim stężeniu [12]. Dlatego nadaje się do stosowania na początku zintegrowanych procesów z innymi technologiami odzyskiwania ropy i gazu, ale koszty sprzętu i koszty operacyjne są stosunkowo wysokie. Metody kondensacji dzielą się przede wszystkim na kondensację mechaniczną i kondensację ciekłego azotu. Na wydajność odzysku, zużycie energii w systemie oraz stężenie ropy i gazu po przetworzeniu metodami kondensacyjnymi wpływają różne czynniki, przy czym główne czynniki wpływające obejmują temperaturę skraplania, ciśnienie skraplania, stężenie początkowe i proces kondensacji.
Liczne badania wykazały, że temperatura skraplania ropy i gazu jest kluczowym czynnikiem wpływającym na szybkość odzysku. Aby osiągnąć wyższą wydajność odzysku, często wymagane są niższe temperatury skraplania, a niektóre składniki muszą osiągnąć -110°C, aby doszło do skroplenia [15]. Niższe temperatury skraplania oznaczają wyższe zużycie energii na jednostkę wydajności chłodniczej. Obecne badania ogólnie potwierdzają, że trójstopniowy proces kondensacji skutecznie równoważy efektywność energetyczną i stopień odzysku. Różni uczeni określili optymalne kombinacje temperatur kondensacji poprzez symulacje i eksperymenty.
. Huang Weiqiu i in. na podstawie symulacji oprogramowania Aspen stwierdzono, że zastosowanie trzy-procesu kondensacji w temperaturach 2, -30 i -80°C umożliwia osiągnięcie stopnia odzysku ropy i gazu przekraczającego 95% przy najniższym zużyciu energii przez system; jeśli temperatury skraplania zostaną dostosowane do 2, -30 i -120 °C, stopień odzysku może osiągnąć 99,62% bez znaczącego wzrostu zużycia energii. Większość badaczy przyjęła tę kombinację parametrów jako projekt wzorcowy. SHI i in. zaprojektował trzy-etapy
proces kondensacji przy temperaturach skraplania 1, -40 i -110°C, osiągając współczynnik odzysku odpowiednio 99,73%, 99,79%, 99,82% i 99,19% dla czterech różnych składników oparów benzyny. Gdy temperatura skraplania mieści się w zakresie od 20 do -110°C, całkowite obciążenie chłodnicze w trzystopniowym procesie kondensacji jest zmniejszone o 12,23%, 15,68%, 13,96% i 15,65% w porównaniu z procesem jednoetapowym.
Zhao Zhiwei i in. odkryli, że ustawienie temperatury skraplania na poziomie 4, –50 i –110°C skutkuje najniższym zużyciem energii i stabilną pracą układu chłodniczego. Bi Jinbin i in. symulował i analizował trzyetapowy-proces odzyskiwania ropy i gazu poprzez kondensację przy użyciu modelu PR (równanie rzeczywistego stanu gazu znane jako równanie PR), równoważąc wydajność odzyskiwania ropy i gazu z całkowitym zużyciem energii przez system. Ustalono, że optymalna temperatura wstępnego-schłodzenia oraz temperatura skraplania drugiego i trzeciego stopnia wynoszą odpowiednio 5, -35 i -75°C.
Umiarkowane zwiększenie ciśnienia skraplania pomaga dostosować temperaturę skraplania, osiągnąć oszczędności energii, a jednocześnie zwiększyć współczynnik odzysku ropy i gazu, co zostało również powszechnie uznane przez społeczność akademicką. Lu Jieminga i in. przeanalizował wpływ temperatury i ciśnienia chłodzenia na wydajność skraplania, korzystając z modelu równania równowagi fazowej i zaproponował wielo-etapowy proces odzyskiwania kondensatu. Badania wykazały, że stężenie emisji ropy i gazu nakłada bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące temperatury chłodzenia niż współczynniki odzysku. Przy ciśnieniu atmosferycznym, aby spełnić normy, wymagane jest schłodzenie do temperatury poniżej -100°C, natomiast zwiększenie ciśnienia do 0,5–0,7 MPa może zwiększyć wymaganą temperaturę chłodzenia o 20°C. Wang Dan i in. wykorzystali symulację Aspen Plus, aby stwierdzić, że zwiększanie ciśnienia może skutecznie poprawić współczynniki odzysku ropy naftowej i gazu oraz zmniejszyć stężenia na wylocie. Zajmując się wysokim zużyciem energii w konwencjonalnych procesach odzyskiwania kondensatu, kilku naukowców przeprowadziło badania optymalizacyjne procesów kondensacji. Ye Chao i in. wykorzystali oprogramowanie HYSYS do ustalenia uproszczonego procesu symulacji, badającego wpływ temperatury i ciśnienia kondensacji na charakterystykę kondensacji. Badanie wykazało, że zwiększanie ciśnienia ma większy wpływ na zakresy-wysokich temperatur niż na zakresy{{23}niskich. Dzięki optymalizacji procesu odzysku ropy i gazu uzyskano odzysk ciepła resztkowego ze spalin, co przełożyło się na zmniejszenie całkowitego zużycia energii o 9,73%, zmniejszenie wydajności chłodniczej o 8,11% oraz wzrost współczynnika chłodzenia z 1,04 do 1,08. Zhang Shanzhe [25] wykorzystał eksperymenty jednoczynnikowe-w celu określenia kluczowych parametrów procesu wpływających na zużycie energii i jakość produktu. Dzięki symulacji i weryfikacji w terenie przy użyciu oprogramowania ASPEN HYSYS całkowite zużycie energii zostało zmniejszone z 1329 kW do 1253–1255 kW, osiągając oszczędności energii na poziomie 5,57%–5,72%. LI i in. zaprojektował nowatorski system odzyskiwania LZO przez głęboką kondensację (LZO-DCR), z symulacją-stanu ustalonego wykazującą stopień odzysku LZO na poziomie 99,97%, zużycie energii kontrolowane na poziomie 35,67 kW i stężenie masowe emisji LZO na poziomie 45,17 mg/Nm3. SHRAM i in. zaprojektował niskotemperaturową jednostkę odzyskiwania pary- składającą się z dwukomorowej-skrzynki z wewnętrznymi przegrodami, umożliwiającej naprzemienne dostarczanie mieszanin pary{{49}powietrzno-parowej do różnych części jednostki, co może zmniejszyć emisję ropy i gazu o ponad 80%, zmniejszając wpływ na środowisko, jednocześnie poprawiając efektywność ekonomiczną. GAO i in. opracowali nowatorski-system odzyskiwania LZO w niskiej temperaturze, który integruje technologię chłodzenia z rozprężaniem turbiny i technologię magazynowania zimnej energii. W przypadku okresowych emisji ropy i gazu przeprowadzono analizy symulacyjne stanu ustalonego i dynamicznego nowego systemu przy użyciu oprogramowania HYSYS. Wyniki pokazały, że całkowite stężenie masowe emisji węglowodorów niemetanowych po oczyszczaniu{{54}wyniosło 57,54 mg/Nm3, a całkowity stopień odzysku ropy i gazu osiągnął 99,99%, co odpowiada obecnym normom emisji.
Kondensacja mechaniczna jest ograniczona przez mechanizm chłodniczy, co powoduje wyższe temperatury chłodzenia. Natomiast w wyniku kondensacji ciekłego azotu można osiągnąć temperatury chłodnicze tak niskie, jak -120°C, a nawet -180°C, spełniając bardziej rygorystyczne normy emisji. W porównaniu do kondensacji mechanicznej, kondensacja ciekłego azotu oferuje takie korzyści, jak szybki rozruch, niższe-głęboko niskie temperatury, wyższy współczynnik odzysku i niższe koszty konserwacji sprzętu. Podczas swoich badań i analiz procesu oraz wyposażenia trójstopniowego systemu odzyskiwania LZO poprzez kondensację ciekłego azotu Xu Hao stwierdził, że współczynnik opłacalności systemu nie jest znacząco powiązany z objętością przetwarzanego gazu, ale jest ściśle powiązany ze stężeniem objętościowym i rodzajem gazów spalinowych. Gdy stężenie objętościowe spalin wzrosło z 3,8% do 19,0%, wskaźnik korzyści ekonomicznej wzrósł z 0,38 do 0,59. Xing Chuan Sheng wspomniał, że stosowanie chłodzenia ciekłym azotem może poprawić efektywność odzyskiwania ropy i gazu oraz zmniejszyć koszty zużycia energii, przy temperaturach chłodzenia sięgających od -180°C do -160°C. Chen Song i in. porównali zastosowanie chłodzenia mechanicznego i chłodzenia ciekłym azotem w odzyskiwaniu oparów benzyny. Chłodzenie mechaniczne schładza parę od 30°C do -75°C, przy niższym zużyciu energii niż chłodzenie ciekłym azotem, ale w celu spełnienia norm emisji wymagane są dodatkowe urządzenia do przetwarzania. Chłodzenie ciekłym azotem może bezpośrednio schłodzić temperaturę pary do -120°C, spełniając normy emisji. Połączony proces kondensacji chłodzenia mechanicznego i chłodzenia ciekłym azotem poprawia wydajność odzysku, jednocześnie zwiększając korzyści ekonomiczne o ponad 10% w porównaniu z samym chłodzeniem ciekłym azotem.
