V současné době kondenzační metoda stále čelí během svého vývoje některým technickým výzvám, přičemž spotřeba energie se zvyšuje o více než 10 % ve srovnání s chlazením kapalným dusíkem.
Na jedné straně jsou náklady na zařízení a provozní náklady kondenzační metody relativně vysoké, zejména pokud se zaměřujete na nižší kondenzační teploty za účelem zlepšení míry obnovy, což výrazně zvyšuje spotřebu energie a omezuje její-rozsáhlé použití. Mechanické kondenzační metody mají vyšší teploty chlazení, takže je obtížné splnit stále přísnější emisní normy. Zatímco metody kondenzace kapalného dusíku nabízejí nižší teploty chlazení, kapalný dusík je drahý a jeho skladování a přeprava představuje určitá bezpečnostní rizika. Na druhé straně v praktických aplikacích je třeba zlepšit adaptabilitu kondenzačního zařízení na různé provozní podmínky pro ropu a plyn. Například významné výkyvy ve složení ropy a plynu a průtokové rychlosti mohou ovlivnit stabilitu účinnosti regenerace. V budoucnu se kondenzační metody zaměří na vývoj účinných a energeticky -úsporných kondenzačních zařízení a procesů prostřednictvím výzkumu nových chladicích cyklů a technologií vysoce účinných výměníků tepla- s cílem snížit náklady na zařízení a provozní spotřebu energie. V oblasti technologické integrace by měl být proveden další výzkum, jak rozumněji integrovat kondenzační metody s jinými technologiemi těžby ropy a zemního plynu, aby se dosáhlo synergických účinků a zvýšila se celková účinnost rekuperace.
2.1.2
Adsorpční metoda
Adsorpční metoda využívá adsorpční kapacitu adsorbentů k oddělení různých složek ve směsi. V tomto procesu je jedna nebo více složek zachyceno povrchem adsorbentu a separace je dosaženo adsorpcí molekul oleje a plynu adsorbentem. Adsorpční metoda má výhody jednoduchého procesu a nízké spotřeby energie [33]. Kromě toho může tato metoda účinně regenerovat organická rozpouštědla a recyklovat adsorbenty, což prokazuje významné výhody v ochraně životního prostředí a zachování zdrojů. Adsorpce je účinná při zpracování ropy a zemního plynu s nízkou -koncentrací, takže je vhodnější pro použití při zpracování ropy a plynu, kde ji lze integrovat s dalšími technologiemi a vytvořit tak komplexní systém úpravy.
Pro výrazné zlepšení účinnosti adsorpce je zásadní-hloubkový výzkum charakteristik adsorbentů. V současnosti běžně používané adsorbenty zahrnují aktivní uhlí, silikagel, aktivovaný oxid hlinitý, molekulární síta, síta pro analýzu uhlíku a vlákna z aktivního uhlí, z nichž každý má své vlastní jedinečné vlastnosti. Kromě toho byl proveden výzkum a vývoj některých nově vznikajících adsorpčních materiálů, aby bylo dosaženo více
efektivní a ekologické adsorpční technologie. Huang Weiqiu a kol. zhodnotili adsorpční výkon a modifikační techniky několika běžně používaných olejových a plynových adsorbentů, včetně aktivního uhlí, aktivních uhlíkových vláken, hydrofobních zeolitových/mezoporézních molekulových sít a hydrofobního silikagelu. Navrhli, že budoucí výzkum by se měl zaměřit na vývoj nových adsorbentů, kompozitních adsorbentů a struktury adsorbentů. Xu Wei a kol. systematicky diskutovali o aplikaci technologie adsorpce aktivního uhlí při úpravě těkavých organických sloučenin, včetně metod adsorpce při kolísání tlaku, adsorpce při vysokých-teplotách, adsorpce při kolísání teploty-a elektrické adsorpce. Povrchová chemická modifikace adsorbentů může změnit jejich adsorpční kapacitu a selektivitu vůči VOC. Shoda mezi molekulovou velikostí adsorbátu a distribucí velikosti pórů aktivního uhlí je klíčovým faktorem ovlivňujícím účinnost adsorpce. Procesní parametry během adsorpčních operací (teplota, koncentrace plynu a průtok), podmínky prostředí (vlhkost, tlak) a složení směsného plynu, to vše významně ovlivňuje adsorpční proces. Xue Mengting a kol. popsal vliv různých konfigurací molekulárního síta na adsorpci VOC ve výfukových plynech. Nejlepší adsorpční výkon pro VOC vykazují krychlová-konfigurovaná molekulová síta, následovaná šestiúhelníkovými{14}}konfigurovanými, zatímco ortorombická nebo monoklinická{15}}síta vykazují obecně průměrný adsorpční výkon. Mikroporézní molekulová síta jsou vhodná pro malé-molekuly VOC, zatímco mezoporézní molekulová síta jsou vhodná pro velké-molekuly VOC. Feng Yongchao věří, že jedinečná struktura pórů a nastavitelný poměr silika{20}}alumina u molekulárních sít-typu MFI je činí slibnými pro aplikace na odstraňování VOC. Současné výzvy však zahrnují vyvážení výkonu hydrofobní adsorpce VOC s katalytickou aktivitou, stejně jako nízké rychlosti plnění a snadnou deaktivaci díky obohacení aktivních složek na vnějším povrchu nosiče. Cílem je řešit tyto problémy racionálním navržením formy přítomnosti kovu a úpravou elementárního složení nosiče.
Wang Yingxia a kol. prozkoumal podmínky pro modifikaci silikagelu pro zvýšení účinnosti adsorpce benzínových par a snížení absorpce vody. Zjistili, že použití kyseliny vinné jako modifikátoru s teplotou tepelného zpracování 550–650 °C a dobou zpracování
3–10 h a rychlostí ohřevu 3–10 °C/min lze dosáhnout optimálních výsledků. Navíc se rychlost desorpce modifikovaného silikagelu zvyšuje s vyšším vakuem, vyšší teplotou a zvýšenými desorpčními cykly.
Technologie regenerace adsorpčních činidel hraje klíčovou roli při zvyšování udržitelnosti, ekonomické účinnosti a šetrnosti k životnímu prostředí adsorpčních metod. Tradiční technologie regenerace adsorpčních činidel často trpí významnými nevýhodami, jako je nízká účinnost, vysoké náklady a dopady na životní prostředí. Vědci provedli rozsáhlé studie o regeneračních technologiích. V současné době běžné metody regenerace aktivním uhlím zahrnují tepelnou regeneraci, oxidativní regeneraci, extrakci rozpouštědlem, biologickou regeneraci, regeneraci nadkritickou tekutinou, regeneraci mikrovlnným zářením, ultrazvukovou regeneraci a fotokatalytickou regeneraci. Huang Weiqiu a kol. zjistili, že u aktivního uhlí adsorbujícího olej a plyn se vliv čtyř faktorů-mikrovlnného výkonu, doby ozařování, množství aktivního uhlí a podtlaku-na účinnost regenerace a ztráty snižuje v tomto pořadí. Jako optimální experimentální podmínky byly stanoveny mikrovlnný výkon 300 W, doba ozařování 240 s, množství aktivního uhlí 4 g a tlak vakua 0,06 MPa. Zhang Yuzhou [41] zkoumal vliv tří aspektů-vlastních vlastností aktivního uhlí, různých adsorbátů a různých kontrolních podmínek-na mikrovlnnou regeneraci, přičemž zdůraznil, že-hluboký výzkum těchto tří aspektů je nezbytný pro pokrok ve vývoji mikrovlnné regenerace. Han Yingjie a kol. shrnul vývojové charakteristiky mikrovlnné-technologie regenerovaného aktivního uhlí a identifikoval faktory ovlivňující metodu mikrovlnné regenerace, včetně mikrovlnné energie, atmosféry nosného plynu, doby regenerace, typu adsorbentu a adsorbátu.
Sun Xianhang a kol. vysvětlil mechanismus superkritické regenerace CO₂ aktivního uhlí a shrnul současný stav výzkumu mechanismu desorpce VOC ze tří hledisek: tlaku, teploty a průtoku. Identifikovali mikroskopický mechanismus desorpce VOC působením superkritického CO₂ a výpočtový model pro koeficienty přenosu hmoty VOC v aktivním uhlí po desorpci. Li Yichen na základě srovnávacího výzkumu zjistil, že mikrovlnná-technologie vakuově spřažené regenerace, zahrnující přerušované mikrovlnné-vakuové izotermické desorpční ošetření s 4,5-minutovým vakuovým cyklováním a 0,5-minutovým vakuovým přerušením dusíkem, je optimální provozní metodou regenerace pro olej obsahující aktivní uhlí{11}}. Hu Minggang vytvořil multivariační model šedé predikce prvního řádu. Tento model byl použit k predikci výkonu jednotek na rekuperaci ropy a plynu na bázi adsorpce, což prokázalo dobrou prediktivní účinnost. Poskytuje důležité vodítko pro stanovení optimálního načasování výměny aktivního uhlí a pro úpravu a optimalizaci jednotek pro adsorpci ropy a plynu.
Řada vědců dosáhla určitými výsledky svým výzkumem. Chen Yaosi přidal chladicí zařízení ke stávající jednotce pro regeneraci adsorpce ropy a plynu a prostřednictvím experimentální analýzy dospěl k závěru, že řízení výstupní teploty adsorbovaného oleje v rozmezí -5 až 5 °C
splňuje emisní požadavky. DWIVEDI a kol. studovali průlomovou analýzu adsorpce v trubkových reaktorech a zjistili, že jak objemový podíl VOC vzrůstá z 5 000 × 10⁻⁶ na
50 000×10⁻⁶, doba průniku se výrazně zkracuje. Regenerace aktivním uhlím vyžaduje zahřátí na teplotní rozsah 120–150 °C a dobu regenerace 45–60 minut k plné regeneraci aktivního uhlí předem-ekvilibrovaného VOC v objemovém podílu 8 000 × 10⁻⁶. Qiu Wenwu a kol. studovali adsorpční výkon duální-věžové adsorpce pro ropu a plyn za použití silikagelu a aktivního uhlí jako adsorbentů. Olej a plyn nejprve podstoupí pufrovou adsorpci, po které následuje fáze adsorpce s kolísáním tlaku. Experimentálním testováním zařízení bylo zjištěno, že v adsorpčním systému s kolísáním tlaku obsahujícím 400 kg adsorbentu mohou být kapalný olej a plyn adsorbovány rychlostí 20–46 l/h, s objemovými koncentracemi uhlovodíků tak nízkými, jako je 0,01 %.
V současné době čelí adsorpční metody dvěma hlavním problémům při získávání ropy a zemního plynu: nedostatečné selektivní adsorpční kapacitě adsorbentů a defektům v tradičních regeneračních technologiích. Adsorbenty vykazují špatnou selektivní adsorpční kapacitu pro specifické složky ropy a plynu, což ovlivňuje celkovou účinnost regenerace, a mají potíže s přesnou regenerací cílových molekul ropy a plynu pod složitým složením ropy a plynu; Tradiční technologie regenerace adsorbentů jsou neefektivní, nákladné a náchylné k sekundárnímu znečištění, což omezuje udržitelnost a ekonomickou životaschopnost adsorpčních metod.
Proto by se budoucí adsorpční výzkum měl zaměřit na vývoj nových adsorbentů s vysokou selektivitou, vysokou adsorpční kapacitou a šetrností k životnímu prostředí, které by přesně kontrolovaly strukturu materiálu a povrchové vlastnosti, aby se zvýšila specifická adsorpční kapacita pro molekuly ropy a plynu.
Proto by se budoucí výzkum adsorpčních metod měl zaměřit na vývoj nových adsorbentů s vysokou selektivitou, vysokou adsorpční kapacitou a šetrností k životnímu prostředí; přesné řízení struktury materiálu a povrchových vlastností pro zvýšení specifické adsorpční kapacity pro molekuly ropy a plynu; provádění{0}}hloubkových studií mechanismů regenerace s cílem vyvinout účinné,-nákladové a neznečišťující-technologie regenerace; optimalizace struktury adsorbentu pro zlepšení účinnosti přenosu hmoty a tepla a míry využití adsorbentu; a zvýšení výkonu adsorpčního systému pro přizpůsobení různým provozním podmínkám.
