2 Tecnologia di recupero di petrolio e gas
2.1
Tecnologia di recupero di petrolio e gas unico La tecnologia di recupero di petrolio e gas è principalmente divisa in quattro categorie in base al principio: metodo di condensazione, metodo di adsorbimento, metodo di assorbimento e metodo di separazione con membrana. Ognuna di queste tecnologie presenta vantaggi e limiti specifici. Numerosi studiosi sia a livello nazionale che internazionale hanno condotto-ricerche e analisi approfondite su queste tecnologie, con l'obiettivo di migliorare l'efficienza del recupero di petrolio e gas, ridurre l'inquinamento ambientale e promuovere l'uso sostenibile dell'energia.
2.1.1
Metodo di condensazione
Il metodo della condensazione è una tecnologia di recupero di petrolio e gas ampiamente utilizzata e altamente efficiente. Utilizza la caratteristica che la pressione del vapore dei componenti volatili nel petrolio e nel gas cambia con la temperatura per ottenere il recupero. A temperatura ambiente, i componenti volatili primari della benzina finita-idrocarburi da C4 a C8-hanno pressioni di vapore relativamente elevate, il che indica che tendono ad evaporare dalla fase liquida a quella gassosa e a volatilizzarsi nell'atmosfera. Attraverso il metodo della condensazione, quando la temperatura del petrolio e del gas scende sotto gli 0°C, la tensione di vapore degli idrocarburi diminuisce al diminuire della temperatura. La diminuzione della pressione di vapore fa sì che alcuni idrocarburi superino la pressione di vapore saturo a quella temperatura, condensando dallo stato gassoso allo stato liquido, ottenendo così la separazione del petrolio e del gas.
Il metodo di condensazione è semplice da utilizzare, altamente efficiente e non causa inquinamento secondario, rendendolo adatto al recupero di petrolio e gas ad alta-concentrazione [12]. Pertanto, è adatto per l'uso nella parte iniziale di processi integrati con altre tecnologie di recupero di petrolio e gas, ma i costi delle apparecchiature e le spese operative sono relativamente elevati. I metodi di condensazione si dividono principalmente in condensazione meccanica e condensazione con azoto liquido. L'efficienza di recupero, il consumo energetico del sistema e la concentrazione di petrolio e gas dopo il trattamento nei metodi di condensazione sono influenzati da vari fattori, tra cui i principali fattori che influenzano la temperatura di condensazione, la pressione di condensazione, la concentrazione iniziale e il processo di condensazione.
Numerosi studi hanno dimostrato che la temperatura di condensazione del petrolio e del gas è un fattore chiave che influenza i tassi di recupero. Per ottenere una maggiore efficienza di recupero, sono spesso necessarie temperature di condensazione più basse, con alcuni componenti che devono raggiungere -110°C per condensare [15]. Temperature di condensazione più basse implicano un consumo energetico più elevato per unità di capacità di raffreddamento. La ricerca attuale concorda generalmente sul fatto che un processo di condensazione a tre stadi bilancia efficacemente l’efficienza energetica e il tasso di recupero. Diversi studiosi hanno determinato combinazioni ottimali di temperature di condensazione attraverso la simulazione e la sperimentazione.
. Huang Weiqiu et al. scoperto attraverso la simulazione del software Aspen che utilizzando un processo di condensazione a tre-stadi con temperature di 2, −30 e −80 °C si ottiene un tasso di recupero di petrolio e gas superiore al 95% con il consumo energetico del sistema più basso; se le temperature di condensazione vengono regolate a 2, −30 e −120 °C, il tasso di recupero può raggiungere il 99,62% senza un aumento significativo del consumo energetico. Questa combinazione di parametri è stata adottata dalla maggior parte degli studiosi come modello di riferimento. SHI et al. ha progettato tre-fasi
processo di condensazione con temperature di condensazione di 1, -40 e -110°C, ottenendo tassi di recupero del 99,73%, 99,79%, 99,82% e 99,19% rispettivamente per quattro diversi componenti del vapore di benzina. Quando la temperatura di condensazione è compresa tra 20 e -110°C, il carico di raffreddamento totale del processo di condensazione a tre fasi viene ridotto del 12,23%, 15,68%, 13,96% e 15,65% rispetto a un processo a fase singola.
Zhao Zhiwei et al. ha scoperto che l’impostazione della temperatura di condensazione a 4, –50 e –110°C determina il consumo energetico più basso e un funzionamento stabile del sistema di refrigerazione. Bi Jinbin et al. ha simulato e analizzato il processo di recupero di petrolio e gas mediante condensazione in tre-fasi utilizzando il modello PR (un'equazione di stato del gas reale nota come equazione PR), bilanciando l'efficienza di recupero di petrolio e gas con il consumo energetico totale del sistema. La temperatura ottimale di pre-raffreddamento e di condensazione secondaria e terziaria è stata determinata rispettivamente a 5, -35 e -75 °C.
Aumentare moderatamente la pressione di condensazione aiuta a regolare la temperatura di condensazione, a ottenere risparmi energetici e contemporaneamente a migliorare i tassi di recupero di petrolio e gas, un punto ampiamente riconosciuto anche dalla comunità accademica. Lu Jieming et al. ha analizzato gli effetti della temperatura e della pressione di raffreddamento sull'efficienza della condensazione utilizzando un modello di equazione di equilibrio di fase e ha proposto un processo di recupero della condensazione a più fasi. La ricerca ha scoperto che la concentrazione delle emissioni di petrolio e gas impone requisiti più severi sulla temperatura di raffreddamento rispetto ai tassi di recupero. Alla pressione atmosferica, per soddisfare gli standard è necessario un raffreddamento inferiore a -100°C, mentre la pressurizzazione a 0,5–0,7 MPa può aumentare la temperatura di raffreddamento richiesta di 20°C. Wang Dan et al. ha utilizzato la simulazione Aspen Plus per scoprire che la pressurizzazione può migliorare efficacemente i tassi di recupero di petrolio greggio e gas e ridurre le concentrazioni in uscita. Affrontando l’elevato consumo energetico dei processi convenzionali di recupero della condensa, diversi studiosi hanno condotto studi di ottimizzazione sui processi di condensazione. Ye Chao et al. hanno utilizzato il software HYSYS per stabilire un processo di simulazione semplificato, studiando gli effetti della temperatura e della pressione di condensazione sulle caratteristiche della condensazione. Lo studio ha rilevato che la pressurizzazione ha un impatto più significativo sugli intervalli di temperatura-alti rispetto a quelli su-bassi intervalli di temperatura. Attraverso l'ottimizzazione del processo di recupero di petrolio e gas, è stato ottenuto il recupero del calore residuo dei gas di scarico, con una conseguente riduzione del 9,73% del consumo energetico totale, una diminuzione dell'8,11% della capacità di raffreddamento e un aumento del coefficiente di raffreddamento da 1,04 a 1,08. Zhang Shanzhe [25] ha utilizzato esperimenti a-fattore singolo per determinare i parametri chiave del processo che influiscono sul consumo energetico e sulla qualità del prodotto. Attraverso la simulazione e la verifica sul campo utilizzando il software ASPEN HYSYS, il consumo energetico complessivo è stato ridotto da 1.329 kW a 1.253–1.255 kW, ottenendo un risparmio energetico del 5,57%–5,72%. LI et al. ha progettato un nuovo sistema di recupero della condensazione profonda dei COV (COV-DCR), con una simulazione dello stato stazionario-che mostra un tasso di recupero dei COV del 99,97%, un consumo energetico controllato a 35,67 kW e una concentrazione di massa delle emissioni di COV di 45,17 mg/Nm³. SHRAM et al. ha progettato un'unità di recupero del vapore a bassa GAO et al. ha sviluppato un nuovo sistema di recupero dei composti organici volatili a bassa-temperatura che integra la tecnologia di refrigerazione a espansione della turbina e la tecnologia di accumulo dell'energia fredda. Per le emissioni intermittenti di petrolio e gas, sono state condotte analisi di simulazione dello stato stazionario e dinamico del nuovo sistema utilizzando il software HYSYS. I risultati hanno mostrato che la concentrazione massica delle emissioni totali di idrocarburi diversi dal metano post-trattamento era di 57,54 mg/Nm³ e che il tasso di recupero complessivo di petrolio e gas ha raggiunto il 99,99%, rispettando gli attuali standard sulle emissioni.
La condensazione meccanica è limitata dal meccanismo di refrigerazione, con conseguente temperatura di refrigerazione più elevata. Al contrario, la condensazione con azoto liquido può raggiungere temperature di refrigerazione fino a -120°C o addirittura -180°C, rispettando standard sulle emissioni più severi. Rispetto alla condensazione meccanica, la condensazione con azoto liquido offre vantaggi come avvio rapido, temperature più basse-fredde, tassi di recupero più elevati e minori costi di manutenzione delle apparecchiature. Xu Hao ha scoperto durante la sua ricerca e analisi del processo e dell'attrezzatura di un sistema di recupero dei COV con condensazione di azoto liquido a tre stadi che il rapporto costo-efficacia del sistema non è significativamente correlato al volume di gas trattato ma è strettamente correlato alla concentrazione di volume e al tipo di gas di scarico. Quando la concentrazione volumetrica dei gas di scarico è aumentata dal 3,8% al 19,0%, il rapporto del beneficio economico è passato da 0,38 a 0,59. Xing Chuan Sheng ha affermato che l’utilizzo del raffreddamento ad azoto liquido può migliorare l’efficienza di recupero di petrolio e gas e ridurre i costi di consumo energetico, con temperature di raffreddamento che raggiungono da -180°C a -160°C. Chen Song et al. hanno confrontato l'applicazione della refrigerazione meccanica e della refrigerazione ad azoto liquido nel recupero dei vapori di benzina. La refrigerazione meccanica raffredda il vapore da 30°C a -75°C, con un consumo energetico inferiore rispetto alla refrigerazione con azoto liquido, ma sono necessari ulteriori impianti di trattamento per soddisfare gli standard sulle emissioni. La refrigerazione con azoto liquido può raffreddare direttamente la temperatura del vapore fino a -120°C, rispettando gli standard sulle emissioni. Il processo di condensazione combinato della refrigerazione meccanica e della refrigerazione ad azoto liquido migliora l’efficienza di recupero aumentando i vantaggi economici di oltre il 10% rispetto alla sola refrigerazione ad azoto liquido.
