Actualment, el mètode de condensació encara s'enfronta a alguns reptes tècnics durant el seu desenvolupament, amb un consum d'energia augmentant més d'un 10% en comparació amb la refrigeració amb nitrogen líquid.
D'una banda, els costos de l'equip i les despeses operatives del mètode de condensació són relativament elevats, especialment quan es pretén reduir les temperatures de condensació per millorar les taxes de recuperació, la qual cosa augmenta significativament el consum d'energia i limita la seva aplicació a gran-escala. Els mètodes de condensació mecànica tenen temperatures de refrigeració més altes, cosa que dificulta el compliment de normes d'emissió cada cop més estrictes. Tot i que els mètodes de condensació de nitrogen líquid ofereixen temperatures de refrigeració més baixes, el nitrogen líquid és car i el seu emmagatzematge i transport comporta certs riscos de seguretat. D'altra banda, en aplicacions pràctiques, cal millorar l'adaptabilitat dels equips de condensació a les condicions de funcionament variables del petroli i el gas. Per exemple, les fluctuacions significatives en la composició del petroli i el gas i els cabals poden afectar l'estabilitat de l'eficiència de la recuperació. En el futur, els mètodes de condensació se centraran a desenvolupar equips i processos de condensació eficients i-estalviadors d'energia mitjançant la investigació de nous cicles de refrigeració i tecnologies d'intercanviador de calor d'alta-eficiència per reduir els costos de l'equip i el consum d'energia operativa. En l'àmbit de la integració tecnològica, s'haurien de fer més investigacions sobre com integrar de manera més raonable els mètodes de condensació amb altres tecnologies de recuperació de petroli i gas per aconseguir efectes sinèrgics i millorar l'eficiència global de la recuperació.
2.1.2
Mètode d'adsorció
El mètode d'adsorció utilitza la capacitat d'adsorció dels adsorbents per separar diferents components d'una mescla. En aquest procés, un o més components són capturats per la superfície de l'adsorbent i la separació s'aconsegueix mitjançant l'adsorció de molècules de petroli i gas per part de l'adsorbent. El mètode d'adsorció té els avantatges d'un procés senzill i un baix consum d'energia [33]. A més, aquest mètode pot recuperar eficaçment dissolvents orgànics i reciclar adsorbents, demostrant avantatges significatius en la protecció del medi ambient i la conservació dels recursos. L'adsorció és eficaç per tractar petroli i gas de baixa-concentració, la qual cosa el fa més adequat per al seu ús en el processament de petroli i gas, on es pot integrar amb altres tecnologies per formar un sistema de tractament complet.
La-investigació en profunditat sobre les característiques dels adsorbents és crucial per millorar significativament l'eficiència de l'adsorció. Actualment, els adsorbents d'ús habitual inclouen carbó activat, gel de sílice, alúmina activada, tamisos moleculars, tamisos d'anàlisi de carboni i fibres de carbó activat, cadascun amb les seves característiques úniques. A més, s'ha dut a terme investigació i desenvolupament en alguns materials adsorbents emergents per aconseguir-ne més
tecnologies d'adsorció eficients i respectuoses amb el medi ambient. Huang Weiqiu et al. va revisar el rendiment d'adsorció i les tècniques de modificació de diversos adsorbents de petroli i gas d'ús habitual, com ara carbó activat, fibra de carbó activat, tamís moleculars de zeolita/mesoporos hidrofòbics i gel de sílice hidrofòbic. Van suggerir que la investigació futura s'hauria de centrar en el desenvolupament de nous adsorbents, adsorbents compostos i disseny d'estructura adsorbent. Xu Wei et al. es va discutir sistemàticament l'aplicació de la tecnologia d'adsorció de carbó activat en el tractament de COV, com ara l'adsorció de canvi de pressió, l'adsorció d'alta-temperatura, l'adsorció de canvi de temperatura-de pressió i els mètodes d'adsorció elèctrica. La modificació química superficial dels adsorbents pot alterar la seva capacitat d'adsorció i selectivitat cap als COV. La coincidència entre la mida molecular de l'adsorbat i la distribució de la mida dels porus del carbó activat és un factor clau que influeix en l'eficiència de l'adsorció. Els paràmetres del procés durant les operacions d'adsorció (temperatura, concentració de gas i cabal), les condicions ambientals (humitat, pressió) i la composició del gas barrejat influeixen significativament en el procés d'adsorció. Xue Mengting et al. va descriure la influència de diferents configuracions de tamís moleculars en l'adsorció de COV als gasos d'escapament. Els garbells moleculars configurats-cúbics presenten el millor rendiment d'adsorció per als COV, seguits dels de configurats-hexagonals, mentre que els configurats-ortorròmbics o monoclínics mostren un rendiment d'adsorció generalment mitjà. Els tamisos moleculars microporosos són adequats per a COV de molècules petites{{17}, mentre que els tamisos moleculars mesoporosos són adequats per a COV de molècules grans{{18}. Feng Yongchao creu que l'estructura de porus única i la proporció d'alúmina-sílice ajustable dels tamisos moleculars de tipus MFI- els fan prometedors per a aplicacions d'eliminació de COV. Tanmateix, els reptes actuals inclouen equilibrar el rendiment hidrofòbic d'adsorció de COV amb l'activitat catalítica, així com baixes taxes de càrrega i fàcil desactivació a causa de l'enriquiment de components actius a la superfície exterior del portador. L'objectiu és abordar aquests problemes dissenyant racionalment la forma de presència del metall i modificant la composició elemental del portador.
Wang Yingxia et al. van explorar les condicions per modificar el gel de sílice per millorar l'eficiència d'adsorció de vapor de gasolina i reduir l'absorció d'aigua. Van trobar que utilitzant l'àcid tartàric com a modificador, amb una temperatura de tractament tèrmic de 550-650 °C i un temps de tractament de
3-10 h, i una velocitat d'escalfament de 3-10 °C/min, es poden aconseguir resultats òptims. A més, la taxa de desorció del gel de sílice modificat augmenta amb una pressió de buit més alta, una temperatura més alta i un augment dels cicles de desorció.
La tecnologia de regeneració d'agents d'adsorció té un paper crucial en la millora de la sostenibilitat, l'eficiència econòmica i la compatibilitat amb el medi ambient dels mètodes d'adsorció. Les tecnologies tradicionals de regeneració d'agents d'adsorció sovint pateixen inconvenients importants com ara baixa eficiència, alts costos i impactes ambientals. Els investigadors han realitzat amplis estudis sobre tecnologies de regeneració. Actualment, els mètodes comuns de regeneració de carbó activat inclouen la regeneració tèrmica, la regeneració oxidativa, l'extracció de dissolvents, la regeneració biològica, la regeneració de fluids supercrítics, la regeneració per irradiació de microones, la regeneració ultrasònica i la regeneració fotocatalítica. Huang Weiqiu et al. va trobar que per al carbó actiu que adsorbeix el petroli i el gas, la influència de quatre factors-la potència del microones, el temps d'irradiació, la quantitat de carbó actiu i la pressió de buit-en l'eficiència i la pèrdua de regeneració disminueix en aquest ordre. Es va determinar que les condicions experimentals òptimes eren una potència de microones de 300 W, un temps d'irradiació de 240 s, una quantitat de carbó activat de 4 g i una pressió de buit de 0, 06 MPa. Zhang Yuzhou [41] va revisar la influència de tres aspectes-les propietats inherents del carbó actiu, els diferents adsorbats i les diferents condicions de control-en la regeneració de microones, destacant que-la recerca en profunditat d'aquests tres aspectes és necessària per avançar en el desenvolupament de la regeneració de microones. Han Yingjie et al. va resumir les característiques de desenvolupament de la tecnologia de carbó activat-regenerat per microones, identificant els factors que influeixen en el mètode de regeneració de microones, com ara la potència del microones, l'atmosfera de gas portador, el temps de regeneració, el tipus d'adsorbent i l'adsorbat.
Sun Xianhang et al. va explicar el mecanisme de regeneració de CO₂ supercrític del carbó activat, resumint l'estat actual de la investigació del mecanisme de desorció de COV des de tres aspectes: pressió, temperatura i cabal. Van identificar el mecanisme microscòpic de desorció de COV sota l'acció del CO₂ supercrític i el model de càlcul dels coeficients de transferència de massa dels COV en carbó actiu després de la desorció. Li Yichen va trobar a través d'investigacions comparatives que la tecnologia de regeneració acoblada al buit de microones-, que implica un tractament de desorció isotèrmica al buit de microones-intermitent amb un procés de cicle de buit de 4,5-minuts i un procés de ruptura al buit de nitrogen de 0,5{-minuts, és el procés òptim de regeneració d'oli de regeneració{11}. Hu Minggang va establir un model de predicció gris multivariant de primer ordre. Aquest model es va aplicar per predir el rendiment de les unitats de recuperació de petroli i gas basades en adsorció, demostrant una bona eficàcia predictiva. Proporciona una guia important per determinar el moment òptim per substituir el carbó actiu i per modificar i optimitzar les unitats de recuperació d'adsorció de petroli i gas.
Nombrosos estudiosos han aconseguit certs resultats a través de la seva recerca. Chen Yaosi va afegir un dispositiu de refrigeració a la unitat de recuperació d'adsorció de petroli i gas existent i, mitjançant l'anàlisi experimental, va concloure que el control de la temperatura de sortida de l'oli adsorbit dins del rang de -5 a 5 °C
compleix els requisits d'emissió. DWIVEDI et al. va estudiar l'anàlisi innovadora de l'adsorció en reactors tubulars i va trobar que a mesura que la fracció de volum dels COV augmenta de 5.000 × 10⁻⁶ a
50.000 × 10⁻⁶, el temps d'avanç disminueix significativament. La regeneració de carbó activat requereix escalfar-se a un rang de temperatura de 120 a 150 °C i un temps de regeneració de 45 a 60 minuts per regenerar completament el carbó activat pre-equilibrat amb COV a una fracció de volum de 8.000 × 10⁻⁶. Qiu Wenwu et al. va estudiar el rendiment d'adsorció de l'adsorció de doble-torre de petroli i gas, utilitzant gel de sílice i carbó actiu com a adsorbents. El petroli i el gas se sotmeten primer a una adsorció tampó, seguida d'una etapa d'adsorció de canvi de pressió. Mitjançant proves d'aparells experimentals, es va trobar que en un sistema d'adsorció de canvi de pressió que conté 400 kg d'adsorbent, oli líquid i gas es podien adsorbir a una velocitat de 20-46 L/h, amb concentracions de volum d'emissió d'hidrocarburs tan baixes com el 0,01%.
Actualment, els mètodes d'adsorció s'enfronten a dos grans reptes en la recuperació de petroli i gas: la insuficient capacitat d'adsorció selectiva dels adsorbents i els defectes en les tecnologies tradicionals de regeneració. Els adsorbents presenten una poca capacitat d'adsorció selectiva per a components específics de petroli i gas, afectant l'eficiència general de recuperació i lluiten per recuperar amb precisió les molècules de petroli i gas objectiu sota composicions complexes de petroli i gas; Les tecnologies tradicionals de regeneració d'adsorbents són ineficients, costoses i propenses a causar contaminació secundària, limitant la sostenibilitat i la viabilitat econòmica dels mètodes d'adsorció.
Per tant, la futura investigació sobre l'adsorció s'hauria de centrar en el desenvolupament de nous adsorbents amb alta selectivitat, alta capacitat d'adsorció i respectuós amb el medi ambient, controlant amb precisió l'estructura del material i les propietats superficials per millorar la capacitat d'adsorció específica de molècules de petroli i gas.
Per tant, les futures investigacions sobre mètodes d'adsorció haurien de centrar-se en el desenvolupament de nous adsorbents amb alta selectivitat, alta capacitat d'adsorció i respectuosos amb el medi ambient; controlant amb precisió l'estructura del material i les propietats de la superfície per millorar la capacitat d'adsorció específica de les molècules de petroli i gas; la realització d'-estudis profunds sobre mecanismes de regeneració per desenvolupar tecnologies de regeneració eficients, de baix-cost i lliure-de contaminació; optimitzar l'estructura de l'adsorbent per millorar l'eficiència de transferència de massa i calor i les taxes d'utilització de l'adsorbent; i millorar el rendiment del sistema d'adsorció per adaptar-se a diferents condicions operatives.
