2 Tehnologija pridobivanja nafte in plina
2.1
Enotna tehnologija za pridobivanje nafte in plina Tehnologija za pridobivanje nafte in plina je načeloma razdeljena v štiri kategorije: kondenzacijska metoda, adsorpcijska metoda, absorpcijska metoda in metoda ločevanja z membrano. Vsaka od teh tehnologij ima svoje posebne prednosti in omejitve. Številni domači in mednarodni znanstveniki so opravili-poglobljene raziskave in analize teh tehnologij, da bi izboljšali učinkovitost pridobivanja nafte in plina, zmanjšali onesnaževanje okolja in spodbujali trajnostno rabo energije.
2.1.1
Kondenzacijska metoda
Kondenzacijska metoda je široko uporabljena in zelo učinkovita tehnologija pridobivanja nafte in plina. Uporablja značilnost, da se parni tlak hlapnih komponent v olju in plinu spreminja s temperaturo, da doseže rekuperacijo. Pri sobni temperaturi imajo primarne hlapne komponente v končnem bencinu-C4 do C8 ogljikovodiki-sorazmerno visoke parne tlake, kar kaže, da težijo k izhlapevanju iz tekoče faze v plinasto fazo in hlapenju v ozračje. S kondenzacijsko metodo, ko temperatura nafte in plina pade pod 0 °C, se parni tlak ogljikovodikov zmanjša z znižanjem temperature. Zmanjšanje parnega tlaka povzroči, da nekateri ogljikovodiki presežejo svoj nasičeni parni tlak pri tej temperaturi, kondenzirajo iz plinastega stanja v tekoče stanje, s čimer dosežejo ločevanje nafte in plina.
Kondenzacijska metoda je preprosta za uporabo, zelo učinkovita in ne povzroča sekundarnega onesnaženja, zaradi česar je primerna za pridobivanje visoko{0}}koncentrirane nafte in plina [12]. Zato je primeren za uporabo v sprednjem delu integriranih procesov z drugimi tehnologijami za pridobivanje nafte in plina, vendar so stroški opreme in operativni stroški relativno visoki. Kondenzacijske metode delimo predvsem na mehansko kondenzacijo in kondenzacijo s tekočim dušikom. Na učinkovitost predelave, porabo energije sistema in koncentracijo nafte in plina po predelavi v kondenzacijskih metodah vplivajo različni dejavniki, pri čemer so glavni dejavniki vpliva temperatura kondenzacije, kondenzacijski tlak, začetna koncentracija in proces kondenzacije.
Številne študije so pokazale, da je kondenzacijska temperatura nafte in plina ključni dejavnik, ki vpliva na stopnje pridobivanja. Da bi dosegli večjo učinkovitost predelave, so pogosto potrebne nižje temperature kondenzacije, pri čemer morajo nekatere komponente doseči -110 °C, da kondenzirajo [15]. Nižje temperature kondenzacije pomenijo večjo porabo energije na enoto hladilne zmogljivosti. Sedanje raziskave se na splošno strinjajo, da tristopenjski proces kondenzacije učinkovito uravnoteži energetsko učinkovitost in stopnjo predelave. Različni učenjaki so s simulacijo in eksperimentiranjem določili optimalne kombinacije temperatur kondenzacije.
. Huang Weiqiu et al. s pomočjo simulacije programske opreme Aspen ugotovil, da uporaba tri-stopenjskega kondenzacijskega procesa s temperaturami 2, −30 in −80 °C doseže stopnjo izkoristka nafte in plina, ki presega 95 % z najnižjo porabo energije sistema; če so temperature kondenzacije nastavljene na 2, −30 in −120 °C, lahko stopnja predelave doseže 99,62 % brez znatnega povečanja porabe energije. To kombinacijo parametrov je večina učenjakov sprejela kot merilo uspešnosti. SHI et al. zasnoval tri{14}}stopenjsko
kondenzacijski postopek s kondenzacijskimi temperaturami 1, -40 in -110 °C, doseganje stopenj izkoristka 99,73 %, 99,79 %, 99,82 % oziroma 99,19 % za štiri različne komponente bencinskih hlapov. Ko je temperatura kondenzacije v območju od 20 do -110 °C, se skupna hladilna obremenitev tristopenjskega kondenzacijskega procesa zmanjša za 12,23 %, 15,68 %, 13,96 % in 15,65 % v primerjavi z enostopenjskim procesom.
Zhao Zhiwei et al. ugotovili, da nastavitev temperature kondenzacije na 4, –50 in –110 °C povzroči najnižjo porabo energije in stabilno delovanje hladilnega sistema. Bi Jinbin idr. je simuliral in analiziral tri{6}}stopenjski proces kondenzacijskega pridobivanja nafte in plina z uporabo modela PR (enačba dejanskega stanja plina, znana kot enačba PR), ki uravnoteži učinkovitost pridobivanja nafte in plina s skupno porabo energije sistema. Optimalna temperatura pred-hlajenja in sekundarne in terciarne temperature kondenzacije so bile določene na 5, -35 in -75 °C.
Zmerno povečanje kondenzacijskega tlaka pomaga prilagoditi temperaturo kondenzacije, doseči prihranek energije in hkrati povečati stopnje pridobivanja nafte in plina, kar je splošno priznano tudi v akademski skupnosti. Lu Jieming idr. analiziral učinke hladilne temperature in tlaka na učinkovitost kondenzacije z uporabo modela enačbe faznega ravnotežja in predlagal več-stopenjski proces kondenzacijske rekuperacije. Raziskave so pokazale, da koncentracija emisij nafte in plina nalaga strožje zahteve glede temperature hlajenja kot stopnje predelave. Pri atmosferskem tlaku je za izpolnjevanje standardov potrebno hlajenje pod -100 °C, medtem ko lahko tlak na 0,5–0,7 MPa poveča zahtevano temperaturo hlajenja za 20 °C. Wang Dan et al. je uporabil simulacijo Aspen Plus, da bi ugotovil, da lahko tlak učinkovito izboljša stopnje pridobivanja surove nafte in plina ter zmanjša koncentracije na izpustu. Več znanstvenikov je pri obravnavi visoke porabe energije običajnih kondenzacijskih procesov izvedlo študije optimizacije kondenzacijskih procesov. Ye Chao idr. uporabil programsko opremo HYSYS za vzpostavitev poenostavljenega simulacijskega procesa, pri čemer je preučeval učinke kondenzacijske temperature in tlaka na kondenzacijske značilnosti. Študija je pokazala, da ima tlak pomembnejši vpliv na visoka-temperaturna območja kot na nizka-temperaturna območja. Z optimizacijo procesa pridobivanja nafte in plina je bila dosežena rekuperacija preostale toplote izpušnih plinov, kar je povzročilo 9,73-odstotno zmanjšanje skupne porabe energije, 8,11-odstotno zmanjšanje hladilne zmogljivosti in povečanje hladilnega koeficienta z 1,04 na 1,08. Zhang Shanzhe [25] je uporabil eno-faktorske eksperimente za določitev ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na porabo energije in kakovost izdelka. S simulacijo in preverjanjem na terenu z uporabo programske opreme ASPEN HYSYS se je celovita poraba energije zmanjšala s 1.329 kW na 1.253–1.255 kW, s čimer je bil dosežen prihranek energije od 5,57 % do 5,72 %. LI et al. zasnoval nov sistem za globoko kondenzacijsko rekuperacijo VOC (VOC-DCR) s simulacijo stabilnega-stanja, ki prikazuje stopnjo rekuperacije VOC 99,97 %, nadzorovano porabo energije pri 35,67 kW in masno koncentracijo emisije VOC 45,17 mg/Nm³. SHRAM et al. zasnoval nizko{44}}enoto za rekuperacijo pare, sestavljeno iz dvojne-komorne škatle z notranjimi predelnimi stenami, ki omogoča izmenično dovajanje pare-zračnih mešanic v različne dele enote, kar lahko zmanjša emisije nafte in plina za več kot 80 %, zmanjša vpliv na okolje in hkrati izboljša ekonomsko učinkovitost. GAO et al. razvil nov-nizkotemperaturni sistem za rekuperacijo VOC, ki združuje tehnologijo hlajenja s turbinsko ekspanzijo in tehnologijo za shranjevanje hladne energije. Za občasne emisije nafte in plina so bile s programsko opremo HYSYS izvedene-analize ustaljenega stanja in dinamične simulacije novega sistema. Rezultati so pokazali, da je bila skupna masna koncentracija emisij ogljikovodikov brez metana po obdelavi 57,54 mg/Nm³, celovita stopnja pridobivanja nafte in plina pa je dosegla 99,99 %, kar je v skladu s trenutnimi emisijskimi standardi.
Mehansko kondenzacijo omejuje hladilni mehanizem, kar povzroči višje temperature hlajenja. Nasprotno pa lahko s kondenzacijo tekočega dušika dosežemo temperature hlajenja do -120 °C ali celo -180 °C, kar ustreza strožjim emisijskim standardom. V primerjavi z mehansko kondenzacijo ponuja kondenzacija s tekočim dušikom prednosti, kot so hiter zagon, nižje globok-hladne temperature, višje stopnje obnovitve in nižji stroški vzdrževanja opreme. Xu Hao je med svojimi raziskavami in analizo postopka in opreme tristopenjskega sistema za rekuperacijo VOC s kondenzacijo tekočega dušika ugotovil, da razmerje med stroškovno učinkovitostjo sistema ni bistveno povezano s prostornino predelanega plina, ampak je tesno povezano z volumsko koncentracijo in vrsto izpušnih plinov. Ko se je prostorninska koncentracija izpušnih plinov povečala s 3,8 % na 19,0 %, se je razmerje ekonomske koristi povečalo z 0,38 na 0,59. Xing Chuan Sheng je omenil, da lahko uporaba hlajenja s tekočim dušikom izboljša učinkovitost pridobivanja nafte in plina ter zmanjša stroške porabe energije, pri čemer temperature hlajenja dosežejo od -180 °C do -160 °C. Chen Song et al. primerjal uporabo mehanskega hlajenja in hlajenja s tekočim dušikom pri rekuperaciji bencinskih hlapov. Mehansko hlajenje ohladi hlape s 30 °C na -75 °C, z manjšo porabo energije kot hlajenje s tekočim dušikom, vendar so za izpolnjevanje emisijskih standardov potrebne dodatne naprave za obdelavo. Hlajenje s tekočim dušikom lahko neposredno ohladi temperaturo hlapov na -120 °C, kar ustreza emisijskim standardom. Kombinirani postopek kondenzacije mehanskega hlajenja in hlajenja s tekočim dušikom izboljša učinkovitost rekuperacije, hkrati pa poveča gospodarske koristi za več kot 10 % v primerjavi s samo hlajenjem s tekočim dušikom.
