การทบทวนการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการนำไอกลับมาใช้ใหม่ 1

2.1

เทคโนโลยีการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ เทคโนโลยีการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่แบ่งออกเป็นสี่ประเภทตามหลักการ ได้แก่ วิธีการควบแน่น วิธีการดูดซับ วิธีการดูดซับ และวิธีการแยกเมมเบรน เทคโนโลยีแต่ละอย่างมีข้อดีและข้อจำกัดเฉพาะของตัวเอง นักวิชาการจำนวนมากทั้งในประเทศและต่างประเทศได้ทำ-การวิจัยเชิงลึกและการวิเคราะห์เกี่ยวกับเทคโนโลยีเหล่านี้ โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และส่งเสริมการใช้พลังงานอย่างยั่งยืน

2.1.1

วิธีการควบแน่น

วิธีการควบแน่นเป็นเทคโนโลยีการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่อย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพสูง ใช้คุณลักษณะที่ความดันไอของส่วนประกอบที่ระเหยง่ายในน้ำมันและก๊าซเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิเพื่อให้สามารถฟื้นตัวได้ ที่อุณหภูมิห้อง ส่วนประกอบระเหยหลักในน้ำมันเบนซินสำเร็จรูป-ไฮโดรคาร์บอน C4 ถึง C8- มีความดันไอค่อนข้างสูง ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันมีแนวโน้มที่จะระเหยจากสถานะของเหลวไปสู่สถานะก๊าซและระเหยสู่บรรยากาศ โดยวิธีการควบแน่น เมื่ออุณหภูมิของน้ำมันและก๊าซลดลงต่ำกว่า 0°C ความดันไอของไฮโดรคาร์บอนจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง ความดันไอที่ลดลงทำให้ไฮโดรคาร์บอนบางชนิดเกินความดันไออิ่มตัวที่อุณหภูมินั้น โดยควบแน่นจากสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลว จึงบรรลุการแยกน้ำมันและก๊าซ

วิธีการควบแน่นนั้นใช้งานง่าย มีประสิทธิภาพสูง และไม่ก่อให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ ทำให้เหมาะสำหรับการนำ-น้ำมันและก๊าซที่มีความเข้มข้นสูงกลับมาใช้ใหม่ [12] ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับใช้ในส่วนหน้าของกระบวนการบูรณาการกับเทคโนโลยีการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่อื่นๆ แต่ต้นทุนอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานค่อนข้างสูง วิธีการควบแน่นแบ่งออกเป็นการควบแน่นเชิงกลและการควบแน่นของไนโตรเจนเหลวเป็นหลัก ประสิทธิภาพการนำกลับมาใช้ใหม่ การใช้พลังงานของระบบ และความเข้มข้นของน้ำมันและก๊าซหลังการประมวลผลในวิธีการควบแน่นได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ โดยปัจจัยที่มีอิทธิพลหลัก ได้แก่ อุณหภูมิการควบแน่น ความดันการควบแน่น ความเข้มข้นเริ่มต้น และกระบวนการควบแน่น

การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิการควบแน่นของน้ำมันและก๊าซเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออัตราการฟื้นตัว เพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพในการคืนสภาพที่สูงขึ้น มักจะต้องใช้อุณหภูมิการควบแน่นที่ต่ำกว่า โดยส่วนประกอบบางอย่างจำเป็นต้องสูงถึง -110°C เพื่อควบแน่น [15] อุณหภูมิการควบแน่นที่ต่ำกว่าหมายถึงการใช้พลังงานที่สูงขึ้นต่อหน่วยความสามารถในการทำความเย็น โดยทั่วไปการวิจัยในปัจจุบันเห็นพ้องกันว่ากระบวนการควบแน่นสามขั้นตอนจะสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการใช้พลังงานและอัตราการฟื้นตัวอย่างมีประสิทธิภาพ นักวิชาการหลายท่านได้พิจารณาการผสมผสานอุณหภูมิการควบแน่นที่เหมาะสมที่สุดผ่านการจำลองและการทดลอง

- หวง เว่ยชิว และคณะ พบได้จากการจำลองซอฟต์แวร์ของ Aspen ว่าการใช้กระบวนการควบแน่นสาม-ขั้นตอนที่มีอุณหภูมิ 2, −30 และ −80 °C ทำให้ได้อัตราการนำน้ำมันและก๊าซกลับคืนมาเกิน 95% โดยใช้พลังงานของระบบน้อยที่สุด หากอุณหภูมิการควบแน่นถูกปรับเป็น 2, −30 และ −120 °C อัตราการฟื้นตัวจะสูงถึง 99-62% โดยไม่เพิ่มการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ นักวิชาการส่วนใหญ่นำชุดค่าผสมนี้มาใช้ในการออกแบบเกณฑ์มาตรฐาน ชิ และคณะ ออกแบบเวทีสาม-

กระบวนการควบแน่นด้วยอุณหภูมิการควบแน่นที่ 1, -40 และ -110°C ทำให้ได้อัตราการคืนสภาพที่ 99.73%, 99.79%, 99.82% และ 99.19% สำหรับส่วนประกอบไอน้ำมันเบนซินที่แตกต่างกันสี่องค์ประกอบ ตามลำดับ เมื่ออุณหภูมิควบแน่นอยู่ในช่วง 20 ถึง -110°C ปริมาณการทำความเย็นรวมของกระบวนการควบแน่นสามขั้นตอนจะลดลง 12.23%, 15.68%, 13.96% และ 15.65% เมื่อเทียบกับกระบวนการขั้นตอนเดียว

จ้าว จี้เว่ย และคณะ พบว่าการตั้งค่าอุณหภูมิควบแน่นไว้ที่ 4, –50 และ –110°C ส่งผลให้ใช้พลังงานน้อยที่สุดและการทำงานของระบบทำความเย็นมีความเสถียร บีจินบิน และคณะ จำลองและวิเคราะห์ขั้นตอนสาม-ขั้นตอนการควบแน่นของน้ำมันและก๊าซโดยใช้แบบจำลอง PR (สมการสถานะก๊าซจริงที่เรียกว่าสมการ PR) ทำให้ประสิทธิภาพในการนำน้ำมันและก๊าซกลับคืนมาสมดุลกับการใช้พลังงานทั้งหมดของระบบ อุณหภูมิก่อน-การทำความเย็นที่เหมาะสมและอุณหภูมิการควบแน่นทุติยภูมิและตติยภูมิถูกกำหนดไว้ที่ 5, -35 และ -75 °C ตามลำดับ

การเพิ่มแรงดันการควบแน่นในระดับปานกลางจะช่วยปรับอุณหภูมิการควบแน่น ประหยัดพลังงาน และเพิ่มอัตราการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ไปพร้อมๆ กัน ซึ่งเป็นจุดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากชุมชนวิชาการ หลู่เจี๋ยหมิง และคณะ วิเคราะห์ผลกระทบของอุณหภูมิและความดันในการทำความเย็นต่อประสิทธิภาพการควบแน่นโดยใช้แบบจำลองสมการสมดุลเฟส และเสนอกระบวนการนำกลับการควบแน่นกลับคืนมาแบบหลายขั้นตอน การวิจัยพบว่าความเข้มข้นของการปล่อยน้ำมันและก๊าซทำให้เกิดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับอุณหภูมิในการทำความเย็นมากกว่าอัตราการฟื้นตัว ที่ความดันบรรยากาศ การทำความเย็นให้ต่ำกว่า -100°C จะต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ในขณะที่การเพิ่มแรงดัน 0.5–0.7 MPa จะทำให้อุณหภูมิการทำความเย็นที่ต้องการเพิ่มขึ้น 20°C วังด่าน และคณะ ใช้การจำลอง Aspen Plus เพื่อค้นหาว่าแรงดันสามารถปรับปรุงอัตราการนำน้ำมันดิบและก๊าซกลับคืนมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดความเข้มข้นของทางออก นักวิชาการหลายคนได้ทำการศึกษาการปรับให้เหมาะสมในกระบวนการควบแน่นเพื่อจัดการกับการใช้พลังงานที่สูงของกระบวนการกู้คืนการควบแน่นแบบเดิมๆ เย่เชา และคณะ ใช้ซอฟต์แวร์ HYSYS เพื่อสร้างกระบวนการจำลองแบบง่าย โดยศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิการควบแน่นและความดันต่อลักษณะการควบแน่น การศึกษาพบว่าการเพิ่มแรงดันมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อช่วงอุณหภูมิสูง-มากกว่าช่วงอุณหภูมิต่ำ- ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ ทำให้สามารถนำความร้อนตกค้างของก๊าซไอเสียกลับมาใช้ใหม่ได้ ส่งผลให้การใช้พลังงานทั้งหมดลดลง 9.73% ความสามารถในการทำความเย็นลดลง 8.11% และเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การทำความเย็นจาก 1.04 เป็น 1.08 Zhang Shanzhe [25] ใช้การทดลอง-ปัจจัยเดี่ยวเพื่อกำหนดพารามิเตอร์กระบวนการหลักที่ส่งผลต่อการใช้พลังงานและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ด้วยการจำลองและการตรวจสอบภาคสนามโดยใช้ซอฟต์แวร์ ASPEN HYSYS การใช้พลังงานโดยรวมลดลงจาก 1,329 kW เป็น 1,253–1,255 kW ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานได้ 5.57%–5.72% ลี และคณะ ออกแบบระบบการนำ VOCs กลับมาใช้ใหม่ (VOCs-DCR) ด้วยการจำลองสถานะคงที่-ซึ่งแสดงอัตราการคืนสภาพ VOC ที่ 99.97% ควบคุมการใช้พลังงานที่ 35.67 kW และความเข้มข้นของมวลการปล่อย VOC ที่ 45.17 มก./Nm³ SHRAM และคณะ ออกแบบหน่วย-การนำไอน้ำกลับมาใช้ใหม่ที่อุณหภูมิต่ำซึ่งประกอบด้วยกล่อง-ห้องคู่พร้อมฉากกั้นภายใน ช่วยให้สามารถจ่ายไอน้ำ-ส่วนผสมของอากาศสลับไปยังส่วนต่างๆ ของตัวเครื่อง ซึ่งสามารถลดการปล่อยน้ำมันและก๊าซได้มากกว่า 80% ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ GAO และคณะ พัฒนาระบบการนำ VOC กลับมาใช้ใหม่-ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งผสานรวมเทคโนโลยีการทำความเย็นแบบขยายกังหันและเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเย็น สำหรับการปล่อยน้ำมันและก๊าซเป็นระยะๆ การวิเคราะห์-สถานะคงที่และการจำลองแบบไดนามิกของระบบใหม่ได้ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ HYSYS ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นของมวลการปล่อยไฮโดรคาร์บอนรวมที่ไม่ใช่มีเทนหลังการบำบัดอยู่ที่ 57.54 มก./นิวตันเมตร และอัตราการนำน้ำมันและก๊าซกลับคืนมาอย่างครอบคลุมถึง 99.99% ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในปัจจุบัน

การควบแน่นทางกลถูกจำกัดโดยกลไกการทำความเย็น ส่งผลให้อุณหภูมิในการทำความเย็นสูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม การควบแน่นของไนโตรเจนเหลวสามารถบรรลุอุณหภูมิในการทำความเย็นต่ำถึง -120°C หรือแม้แต่ -180°C ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เข้มงวดยิ่งขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับการควบแน่นเชิงกล การควบแน่นของไนโตรเจนเหลวมีข้อดี เช่น การสตาร์ทเครื่องอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิเย็นที่ลึกน้อยกว่า- อัตราการฟื้นตัวที่สูงขึ้น และค่าบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่ต่ำกว่า Xu Hao ค้นพบในระหว่างการวิจัยและวิเคราะห์กระบวนการและอุปกรณ์ของระบบกู้คืน VOC จากการควบแน่นของไนโตรเจนเหลวสามขั้นตอนว่าอัตราส่วนความคุ้มค่าของระบบไม่เกี่ยวข้องอย่างมีนัยสำคัญกับปริมาตรของก๊าซที่แปรรูป แต่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความเข้มข้นของปริมาตรและประเภทของก๊าซไอเสีย เมื่อความเข้มข้นของปริมาตรของก๊าซไอเสียเพิ่มขึ้นจาก 3.8% เป็น 19.0% อัตราส่วนผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจเพิ่มขึ้นจาก 0.38 เป็น 0.59 Xing Chuan Sheng กล่าวว่าการใช้การทำความเย็นด้วยไนโตรเจนเหลวสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ได้ และลดต้นทุนการใช้พลังงาน โดยมีอุณหภูมิการทำความเย็นอยู่ที่ -180°C ถึง -160°C เฉินซ่ง และคณะ เปรียบเทียบการประยุกต์ใช้เครื่องทำความเย็นเชิงกลและเครื่องทำความเย็นไนโตรเจนเหลวในการนำไอน้ำมันเบนซินกลับมาใช้ใหม่ เครื่องทำความเย็นแบบกลไกจะทำให้ไอเย็นลงตั้งแต่ 30°C ถึง -75°C โดยมีการใช้พลังงานต่ำกว่าเครื่องทำความเย็นแบบไนโตรเจนเหลว แต่จำเป็นต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดเพิ่มเติมเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เครื่องทำความเย็นไนโตรเจนเหลวสามารถทำให้อุณหภูมิไอเย็นลงได้โดยตรงถึง -120°C ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยก๊าซ กระบวนการควบแน่นแบบผสมผสานของการทำความเย็นเชิงกลและการทำความเย็นด้วยไนโตรเจนเหลวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการนำกลับมาใช้ใหม่ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจมากกว่า 10% เมื่อเทียบกับการทำความเย็นด้วยไนโตรเจนเหลวเพียงอย่างเดียว