Понастоящем методът на кондензация все още е изправен пред някои технически предизвикателства по време на своето развитие, като консумацията на енергия се увеличава с над 10% в сравнение с охлаждането с течен азот.
От една страна, разходите за оборудване и оперативните разходи за кондензационния метод са сравнително високи, особено когато се цели по-ниска температура на кондензация, за да се подобрят нивата на възстановяване, което значително увеличава потреблението на енергия и ограничава-широкомащабното му приложение. Методите на механична кондензация имат по-високи температури на охлаждане, което затруднява спазването на все по-строгите стандарти за емисии. Докато методите за кондензация с течен азот предлагат по-ниски температури на охлаждане, течният азот е скъп и неговото съхранение и транспортиране крие определени рискове за безопасността. От друга страна, в практическите приложения адаптивността на кондензационното оборудване към различни работни условия за нефт и газ се нуждае от подобрение. Например, значителни колебания в състава на нефта и газа и дебитите могат да повлияят на стабилността на ефективността на възстановяване. В бъдеще методите за кондензация ще се съсредоточат върху разработването на ефективно и-енергоспестяващо кондензационно оборудване и процеси чрез изследване на нови хладилни цикли и високо-ефективни топлообменни технологии за намаляване на разходите за оборудване и оперативната консумация на енергия. В областта на технологичната интеграция трябва да се проведат по-нататъшни изследвания за това как по-разумно да се интегрират методите за кондензация с други технологии за добив на нефт и газ, за да се постигнат синергични ефекти и да се подобри цялостната ефективност на добива.
2.1.2
Метод на адсорбция
Методът на адсорбция използва адсорбционния капацитет на адсорбентите за разделяне на различни компоненти в смес. При този процес един или повече компоненти се улавят от повърхността на адсорбента и разделянето се постига чрез адсорбцията на молекулите на маслото и газа от адсорбента. Методът на адсорбция има предимствата на прост процес и ниска консумация на енергия [33]. Освен това, този метод може ефективно да възстанови органични разтворители и да рециклира адсорбенти, демонстрирайки значителни предимства в опазването на околната среда и опазването на ресурсите. Адсорбцията е ефективна за третиране на нефт и газ с ниска-концентрация, което я прави по-подходяща за използване надолу по веригата на преработката на нефт и газ, където може да се интегрира с други технологии за образуване на цялостна система за третиране.
-Задълбоченото изследване на характеристиките на адсорбентите е от решаващо значение за значително подобряване на ефективността на адсорбция. Понастоящем често използваните адсорбенти включват активен въглен, силикагел, активиран двуалуминиев оксид, молекулярни сита, сита за въглероден анализ и влакна от активен въглен, всяко със свои собствени уникални характеристики. Освен това са проведени изследвания и разработки на някои нововъзникващи адсорбиращи материали, за да се постигне повече
ефективни и екологични адсорбционни технологии. Huang Weiqiu и др. прегледа ефективността на адсорбция и техниките за модифициране на няколко често използвани адсорбенти за нефт и газ, включително активен въглен, активни въглеродни влакна, хидрофобен зеолит/мезопорести молекулни сита и хидрофобен силикагел. Те предложиха бъдещите изследвания да се съсредоточат върху разработването на нови адсорбенти, композитни адсорбенти и дизайн на адсорбентна структура. Xu Wei и др. систематично обсъдиха приложението на технологията за адсорбция с активен въглен при обработката на летливи органични съединения, включително адсорбция при промяна на налягането, адсорбция при висока-температура, адсорбция при промяна на температурата-налягане и методи за електрическа адсорбция. Повърхностната химическа модификация на адсорбентите може да промени техния адсорбционен капацитет и селективност спрямо ЛОС. Съвпадението между молекулния размер на адсорбата и разпределението на размера на порите на активния въглен е ключов фактор, влияещ върху ефективността на адсорбцията. Параметрите на процеса по време на операциите по адсорбция (температура, концентрация на газ и скорост на потока), условията на околната среда (влажност, налягане) и съставът на смесения газ влияят значително върху процеса на адсорбция. Xue Mengting и др. описва влиянието на различни конфигурации на молекулно сито върху адсорбцията на ЛОС в отработените газове. Молекулярните сита с кубична-конфигурация показват най-добра адсорбционна производителност за ЛОС, следвани от тези с хексагонална-конфигурация, докато орторомбичните или моноклинните-конфигурирани показват като цяло средна адсорбционна производителност. Микропорестите молекулярни сита са подходящи за ЛОС с малка{17}}молекула, докато мезопорестите молекулярни сита са подходящи за ЛОС с голяма{18}}молекула. Feng Yongchao вярва, че уникалната структура на порите и регулируемото съотношение силициев диоксид-алуминиев оксид на MFI-тип молекулярни сита ги правят обещаващи за приложения за отстраняване на VOC. Настоящите предизвикателства обаче включват балансиране на ефективността на хидрофобна адсорбция на VOC с каталитична активност, както и ниски скорости на натоварване и лесно дезактивиране поради обогатяването на активните компоненти на външната повърхност на носителя. Целта е да се решат тези проблеми чрез рационално проектиране на формата на метално присъствие и модифициране на елементния състав на носителя.
Wang Yingxia и др. изследва условията за модифициране на силикагел за подобряване на ефективността на адсорбция на бензинови пари и намаляване на абсорбцията на вода. Те установиха, че използването на винена киселина като модификатор с температура на топлинна обработка от 550–650 °C и време на обработка от
3–10 часа и скорост на нагряване 3–10 °C/мин, могат да се постигнат оптимални резултати. Освен това скоростта на десорбция на модифицирания силикагел се увеличава с по-високо вакуумно налягане, по-висока температура и увеличени цикли на десорбция.
Технологията за регенериране на адсорбционен агент играе решаваща роля за повишаване на устойчивостта, икономическата ефективност и екологичността на методите за адсорбция. Традиционните технологии за регенериране на адсорбционни агенти често страдат от значителни недостатъци като ниска ефективност, високи разходи и въздействие върху околната среда. Изследователите са провели обширни проучвания върху технологиите за регенерация. Понастоящем обичайните методи за регенериране на активен въглен включват термична регенерация, окислителна регенерация, екстракция с разтворител, биологична регенерация, регенерация на суперкритичен флуид, регенерация с микровълново облъчване, ултразвукова регенерация и фотокаталитична регенерация. Huang Weiqiu и др. установиха, че за нефт и газ, адсорбиращи активен въглен, влиянието на четири фактора-микровълнова мощност, време на облъчване, количество активен въглен и вакуумно налягане-върху ефективността на регенериране и загубата намалява в този ред. Оптималните експериментални условия са определени като микровълнова мощност от 300 W, време на облъчване от 240 s, количество активен въглен от 4 g и вакуумно налягане от 0,06 MPa. Zhang Yuzhou [41] прегледа влиянието на три аспекта-присъщите свойства на активния въглен, различните адсорбати и различните условия на контрол-върху микровълновата регенерация, подчертавайки, че-задълбочено изследване на тези три аспекта е необходимо за напредък в развитието на микровълновата регенерация. Han Yingjie и др. обобщава характеристиките на развитие на микровълнова-регенерирана технология с активен въглен, идентифицирайки факторите, влияещи върху метода на микровълнова регенерация, включително микровълнова мощност, атмосфера на газ-носител, време за регенерация, тип адсорбент и адсорбат.
Sun Xianhang и др. обясни механизма на свръхкритична регенерация на CO₂ на активен въглен, обобщавайки текущото състояние на изследването на механизма за десорбция на ЛОС от три аспекта: налягане, температура и скорост на потока. Те идентифицираха микроскопичния механизъм на десорбция на ЛОС под действието на суперкритичен CO₂ и изчислителния модел за коефициентите на масов трансфер на ЛОС в активен въглен след десорбция. Li Yichen установи чрез сравнително изследване, че технологията за микровълнова-вакуумно свързана регенерация, включваща периодична микровълнова-вакуумна изотермична десорбционна обработка с 4,5-минутен процес на цикличен вакуум и 0,5-минутен процес на азотно вакуумно прекъсване, е оптималният метод за регенериране на маслени-лагери активен въглен. Hu Minggang създаде многовариантен сив прогнозен модел от първи ред. Този модел беше приложен за прогнозиране на ефективността на базирани на адсорбция единици за възстановяване на нефт и газ, демонстрирайки добра прогнозна ефективност. Той предоставя важни насоки за определяне на оптималното време за подмяна на активен въглен и за модифициране и оптимизиране на единици за възстановяване на адсорбция на нефт и газ.
Много учени са постигнали определени резултати чрез своите изследвания. Chen Yaosi добави охлаждащо устройство към съществуващата единица за възстановяване на адсорбция на нефт и газ и чрез експериментален анализ заключи, че контролирането на изходната температура на адсорбираното масло в диапазона от -5 до 5°C
отговаря на изискванията за емисии. DWIVEDI и др. изследва революционния анализ на адсорбцията в тръбни реактори и установи, че когато обемната фракция на летливите органични съединения нараства от 5000 × 10⁻⁶ до
50 000×10⁻⁶, времето за пробив значително намалява. Регенерирането на активен въглен изисква нагряване до температурен диапазон от 120–150°C и време за регенериране от 45–60 минути, за да се регенерира напълно активен въглен, предварително-уравновесен с летливи органични съединения при обемна фракция от 8000×10⁻⁶. Qiu Wenwu и др. проучва адсорбционната ефективност на адсорбцията в двойна -кула за нефт и газ, използвайки силикагел и активен въглен като адсорбенти. Нефтът и газът първо се подлагат на буферна адсорбция, последвана от етап на адсорбция с промяна на налягането. Чрез тестване на експериментална апаратура беше установено, че в адсорбционна система с промяна на налягането, съдържаща 400 kg адсорбент, течният нефт и газ могат да бъдат адсорбирани със скорост 20–46 L/h, с обемни концентрации на въглеводородни емисии до 0,01%.
Понастоящем адсорбционните методи са изправени пред две основни предизвикателства при възстановяването на нефт и газ: недостатъчен селективен адсорбционен капацитет на адсорбентите и дефекти в традиционните технологии за регенерация. Адсорбентите показват слаб селективен адсорбционен капацитет за специфични компоненти на нефт и газ, засягащи цялостната ефективност на възстановяването и се борят за прецизно възстановяване на целевите молекули на нефт и газ при сложни състави на нефт и газ; традиционните технологии за регенериране на адсорбенти са неефективни, скъпи и склонни да причиняват вторично замърсяване, ограничавайки устойчивостта и икономическата жизнеспособност на методите за адсорбция.
Следователно бъдещите изследвания на адсорбцията трябва да се съсредоточат върху разработването на нови адсорбенти с висока селективност, висок адсорбционен капацитет и екологосъобразност, прецизно контролиране на структурата на материала и свойствата на повърхността, за да се подобри специфичният адсорбционен капацитет за молекули на нефт и газ.
Следователно бъдещите изследвания на методите на адсорбция трябва да се съсредоточат върху разработването на нови адсорбенти с висока селективност, висок капацитет на адсорбция и екологосъобразност; прецизно контролиране на структурата на материала и повърхностните свойства за подобряване на специфичния адсорбционен капацитет за молекули на нефт и газ; провеждане на-задълбочени проучвания на механизмите за регенерация за разработване на ефективни, евтини-и незамърсяващи-технологии за регенерация; оптимизиране на структурата на адсорбента за подобряване на ефективността на пренос на маса и топлина и степента на използване на адсорбента; и подобряване на ефективността на адсорбционната система за адаптиране към различни работни условия.
