蒸気回収技術研究の振り返り1

2.1

単一の石油およびガス回収技術 石油およびガスの回収技術は、原理に基づいて主に凝縮法、吸着法、吸収法、膜分離法の 4 つのカテゴリーに分類されます。これらのテクノロジーにはそれぞれ特有の利点と制限があります。国内外の多くの学者が、石油とガスの回収効率の向上、環境汚染の削減、エネルギーの持続可能な利用の促進を目的として、これらの技術に関する詳細な研究と分析を行ってきました。-

2.1.1

凝縮法

凝縮法は広く使用されている高効率の石油とガスの回収技術です。石油やガス中の揮発成分の蒸気圧が温度によって変化する特性を利用して回収を行います。室温では、完成ガソリンの主な揮発性成分-C4 ～ C8 炭化水素-は蒸気圧が比較的高く、液相から気相に蒸発して大気中に揮発する傾向があることを示しています。凝縮法では、石油とガスの温度が 0°C を下回ると、温度の低下に伴って炭化水素の蒸気圧が低下します。蒸気圧の低下により、一部の炭化水素がその温度での飽和蒸気圧を超え、気体状態から液体状態に凝縮し、それによって油と気体が分離されます。

凝縮法は操作が簡単で効率が高く、二次汚染を引き起こさないため、高濃度の石油とガスの回収に適しています[12]。{0}したがって、他の石油およびガス回収技術との統合プロセスのフロントエンドでの使用に適していますが、設備コストと運転経費が比較的高くなります。凝縮方法は主に機械的凝縮と液体窒素凝縮に分けられます。凝縮法での処理後の石油とガスの回収効率、システムのエネルギー消費量、濃度はさまざまな要因の影響を受けますが、主な影響要因には凝縮温度、凝縮圧力、初期濃度、凝縮プロセスが含まれます。

多くの研究により、石油とガスの凝縮温度が回収率に影響を与える重要な要素であることが示されています。より高い回収効率を達成するには、多くの場合、より低い凝縮温度が必要ですが、一部のコンポーネントは凝縮するために -110°C に達する必要があります [15]。凝縮温度が低いほど、冷却能力単位あたりのエネルギー消費量が増えることを意味します。現在の研究では、3 段階の凝縮プロセスがエネルギー効率と回収率のバランスを効果的にとることに概ね同意しています。さまざまな学者が、シミュレーションと実験を通じて最適な凝縮温度の組み合わせを決定しました。

。 Huang Weiqiuら。 Aspen ソフトウェア シミュレーションにより、温度 2、-30、-80 °C の 3 段階の凝縮プロセスを使用すると、最小限のシステム エネルギー消費で 95% を超える石油とガスの回収率を達成できることがわかりました。凝縮温度を 2、-30、および -120 °C に調整すると、エネルギー消費量を大幅に増加させることなく、回収率は 99.62% に達します。このパラメータの組み合わせは、ほとんどの学者によってベンチマーク設計として採用されています。 SHIら。 3つのステージを設計しました-

凝縮温度1、-40、および-110°Cの凝縮プロセスで、4つの異なるガソリン蒸気成分に対してそれぞれ99.73%、99.79%、99.82%、99.19%の回収率を達成しました。凝縮温度が 20 ～ -110 °C の範囲にある場合、3 段階の凝縮プロセスの総冷却負荷は、1 段階のプロセスと比較して 12.23%、15.68%、13.96%、および 15.65% 減少します。

趙志偉ら。凝縮温度を 4、-50、および -110°C に設定すると、エネルギー消費が最小限に抑えられ、冷凍システムが安定して動作することがわかりました。ビ・ジンビンら。 PR モデル (PR 方程式として知られる実際のガス状態方程式) を使用して、石油とガスの回収効率とシステム全体のエネルギー消費量のバランスをとった、- の 3 段階の凝縮石油とガスの回収プロセスをシミュレーションおよび分析しました。最適な予冷温度と二次および三次凝縮温度は、それぞれ 5、-35、および -75 °C と決定されました。

凝縮圧力を適度に高めることは、凝縮温度を調整し、エネルギーの節約を達成し、同時に石油とガスの回収率を向上させるのに役立ちます。この点は学術界でも広く認識されています。 Lu Jiemingら。相平衡方程式モデルを使用して冷却温度と圧力が凝縮効率に及ぼす影響を分析し、多段階の凝縮回収プロセスを提案しました。研究の結果、石油とガスの排出濃度により、回収率よりも冷却温度に対して厳しい要件が課されることが判明しました。大気圧では、規格を満たすには -100°C 未満に冷却する必要がありますが、0.5 ～ 0.7 MPa に加圧すると、必要な冷却温度が 20°C 上昇する可能性があります。王丹ら。 Aspen Plus のシミュレーションを使用して、加圧によって原油とガスの回収率が効果的に向上し、出口濃度が低減されることを発見しました。従来の凝縮回収プロセスの高いエネルギー消費に対処して、何人かの学者が凝縮プロセスの最適化研究を実施しました。イエ・チャオら。 HYSYS ソフトウェアを使用して簡素化されたシミュレーション プロセスを確立し、凝縮温度と圧力が凝縮特性に及ぼす影響を研究しました。研究では、加圧は低温域よりも高温域に大きな影響を与えることがわかりました。-石油とガスの回収プロセスの最適化により、排ガスの残留熱回収が達成され、その結果、総エネルギー消費量が 9.73% 削減され、冷却能力が 8.11% 減少し、冷却係数が 1.04 から 1.08 に増加しました。 Zhang Shanzhe [25] は単一要素実験を使用して、エネルギー消費と製品品質に影響を与える主要なプロセスパラメータを決定しました。 ASPEN HYSYS ソフトウェアを使用したシミュレーションとフィールド検証により、総合エネルギー消費量は 1,329 kW から 1,253 ～ 1,255 kW に削減され、5.57% ～ 5.72% の省エネを達成しました。李ら。は、新しい VOCs 深度凝縮回収 (VOCs-DCR) システムを設計しました。定常状態シミュレーションでは、VOC 回収率 99.97%、エネルギー消費量は 35.67 kW に制御され、VOC 排出質量濃度は 45.17 mg/Nm3 であることが示されました。シュラムら。は、内部隔壁を備えた二重チャンバーボックスで構成される低温蒸気回収ユニットを設計しました。これにより、蒸気と空気の混合物をユニットのさまざまな部分に交互に供給できるようになり、石油とガスの排出を 80% 以上削減し、経済効率を向上させながら環境への影響を削減できます。ガオら。タービン膨張冷凍技術と冷エネルギー貯蔵技術を統合した、新しい低温 VOC 回収システムを開発しました。-断続的な石油とガスの排出については、HYSYS ソフトウェアを使用して、新しいシステムの定常状態および動的シミュレーション解析が実施されました。その結果、-処理後の非メタン炭化水素総排出質量濃度は57.54 mg/Nm3であり、石油とガスの総合回収率は99.99%に達し、現在の排出基準を満たしていることが示されました。

機械的な凝縮は冷却機構によって制限されるため、冷却温度が高くなります。対照的に、液体窒素の凝縮では、-120°C、さらには -180°C という低い冷凍温度を達成でき、より厳しい排出基準を満たします。機械的凝縮と比較して、液体窒素凝縮には、迅速な起動、低い深冷温度、高い回収率、低い装置メンテナンスコストなどの利点があります。- Xu Hao 氏は、3 段階液体窒素凝縮 VOC 回収システムのプロセスと装置の調査と分析の中で、システムの費用対効果の比は処理されるガスの量にはあまり関係なく、排ガスの体積濃度と種類に密接に関係していることを発見しました。排ガス体積濃度が３．８％から１９．０％に増加すると、経済効果率は０．３８から０．５９に上昇した。 Xing Chuan Sheng 氏は、液体窒素冷却を使用すると、冷却温度が -180°C ～ -160°C に達するため、石油とガスの回収効率が向上し、エネルギー消費コストが削減できると述べました。チェン・ソング 他は、ガソリン蒸気回収における機械冷却と液体窒素冷却の適用を比較しました。機械冷却は蒸気を 30°C から -75°C に冷却し、液体窒素冷却よりもエネルギー消費量が少なくなりますが、排出基準を満たすには追加の処理施設が必要です。液体窒素冷凍は蒸気温度を -120°C まで直接冷却でき、排出基準を満たします。機械冷却と液体窒素冷却を組み合わせた凝縮プロセスにより、回収効率が向上し、液体窒素冷却のみと比較して経済的メリットが 10% 以上増加します。