Actualmente, el método de condensación todavía enfrenta algunos desafíos técnicos durante su desarrollo, con un consumo de energía que aumenta en más del 10% en comparación con el enfriamiento con nitrógeno líquido.
Por un lado, los costos de equipo y los gastos operativos del método de condensación son relativamente altos, especialmente cuando se busca temperaturas de condensación más bajas para mejorar las tasas de recuperación, lo que aumenta significativamente el consumo de energía y limita su aplicación a gran-escala. Los métodos de condensación mecánica tienen temperaturas de enfriamiento más altas, lo que dificulta el cumplimiento de estándares de emisiones cada vez más estrictos. Si bien los métodos de condensación de nitrógeno líquido ofrecen temperaturas de enfriamiento más bajas, el nitrógeno líquido es costoso y su almacenamiento y transporte plantean ciertos riesgos de seguridad. Por otro lado, en aplicaciones prácticas, es necesario mejorar la adaptabilidad de los equipos de condensación a las diferentes condiciones operativas del petróleo y el gas. Por ejemplo, fluctuaciones significativas en la composición y los caudales del petróleo y el gas pueden afectar la estabilidad de la eficiencia de la recuperación. En el futuro, los métodos de condensación se centrarán en desarrollar equipos y procesos de condensación eficientes y que ahorren energía-a través de la investigación de nuevos ciclos de refrigeración y tecnologías de intercambiadores de calor de alta-eficiencia para reducir los costos de los equipos y el consumo de energía operativa. En el campo de la integración tecnológica, se deben realizar más investigaciones sobre cómo integrar de manera más razonable los métodos de condensación con otras tecnologías de recuperación de petróleo y gas para lograr efectos sinérgicos y mejorar la eficiencia general de la recuperación.
2.1.2
Método de adsorción
El método de adsorción utiliza la capacidad de adsorción de los adsorbentes para separar diferentes componentes de una mezcla. En este proceso, uno o más componentes son capturados por la superficie del adsorbente y la separación se logra mediante la adsorción de moléculas de petróleo y gas por parte del adsorbente. El método de adsorción tiene las ventajas de un proceso simple y un bajo consumo de energía [33]. Además, este método puede recuperar eficazmente disolventes orgánicos y reciclar adsorbentes, lo que demuestra importantes ventajas en la protección del medio ambiente y la conservación de recursos. La adsorción es eficaz para tratar petróleo y gas de baja-concentración, lo que la hace más adecuada para su uso en el proceso posterior del procesamiento de petróleo y gas, donde se puede integrar con otras tecnologías para formar un sistema de tratamiento integral.
Una investigación-en profundidad sobre las características de los adsorbentes es crucial para mejorar significativamente la eficiencia de la adsorción. Actualmente, los adsorbentes comúnmente utilizados incluyen carbón activado, gel de sílice, alúmina activada, tamices moleculares, tamices de análisis de carbono y fibras de carbón activado, cada uno con sus propias características únicas. Además, se han realizado investigaciones y desarrollo sobre algunos materiales adsorbentes emergentes para lograr más
Tecnologías de adsorción eficientes y respetuosas con el medio ambiente. Huang Weiqiu et al. revisó el rendimiento de adsorción y las técnicas de modificación de varios adsorbentes de petróleo y gas de uso común, incluido el carbón activado, la fibra de carbón activado, la zeolita hidrófoba/tamices moleculares mesoporosos y el gel de sílice hidrófobo. Sugirieron que la investigación futura debería centrarse en el desarrollo de nuevos adsorbentes, adsorbentes compuestos y diseño de estructuras adsorbentes. Xu Wei et al. discutieron sistemáticamente la aplicación de la tecnología de adsorción de carbón activado en el tratamiento de COV, incluida la adsorción por cambio de presión, la adsorción por cambio de presión, la adsorción por cambio de temperatura-la temperatura-y los métodos de adsorción eléctrica. La modificación química de la superficie de los adsorbentes puede alterar su capacidad de adsorción y selectividad hacia los COV. La coincidencia entre el tamaño molecular del adsorbato y la distribución del tamaño de poro del carbón activado es un factor clave que influye en la eficiencia de la adsorción. Los parámetros del proceso durante las operaciones de adsorción (temperatura, concentración de gas y caudal), las condiciones ambientales (humedad, presión) y la composición del gas mezclado influyen significativamente en el proceso de adsorción. Xue Mengting et al. describieron la influencia de diferentes configuraciones de tamices moleculares en la adsorción de COV en los gases de escape. Los tamices moleculares de configuración cúbica-exhiben el mejor rendimiento de adsorción para COV, seguidos de los de configuración hexagonal-, mientras que los de configuración ortorrómbica o monoclínica-muestran un rendimiento de adsorción generalmente promedio. Los tamices moleculares microporosos son adecuados para VOC de moléculas pequeñas-, mientras que los tamices moleculares mesoporosos son adecuados para VOC de moléculas grandes-. Feng Yongchao cree que la estructura de poros única y la proporción ajustable de sílice-alúmina de los tamices moleculares tipo MFI-los hacen prometedores para aplicaciones de eliminación de COV. Sin embargo, los desafíos actuales incluyen equilibrar el rendimiento de adsorción de COV hidrófobos con la actividad catalítica, así como bajas tasas de carga y una fácil desactivación debido al enriquecimiento de componentes activos en la superficie exterior del portador. El objetivo es abordar estas cuestiones diseñando racionalmente la forma de presencia del metal y modificando la composición elemental del soporte.
Wang Yingxia et al. exploraron las condiciones para modificar el gel de sílice para mejorar la eficiencia de adsorción de vapor de gasolina y reducir la absorción de agua. Descubrieron que el uso de ácido tartárico como modificador, con una temperatura de tratamiento térmico de 550 a 650 °C y un tiempo de tratamiento de
3 a 10 h y una velocidad de calentamiento de 3 a 10 °C/min, se pueden lograr resultados óptimos. Además, la tasa de desorción del gel de sílice modificado aumenta con una mayor presión de vacío, mayor temperatura y mayores ciclos de desorción.
La tecnología de regeneración de agentes de adsorción desempeña un papel crucial en la mejora de la sostenibilidad, la eficiencia económica y el respeto al medio ambiente de los métodos de adsorción. Las tecnologías tradicionales de regeneración de agentes de adsorción a menudo adolecen de importantes inconvenientes, como baja eficiencia, altos costos e impactos ambientales. Los investigadores han realizado extensos estudios sobre tecnologías de regeneración. Actualmente, los métodos comunes de regeneración con carbón activado incluyen regeneración térmica, regeneración oxidativa, extracción con solventes, regeneración biológica, regeneración de fluidos supercríticos, regeneración por irradiación de microondas, regeneración ultrasónica y regeneración fotocatalítica. Huang Weiqiu et al. descubrió que para la adsorción de petróleo y gas con carbón activado, la influencia de cuatro factores-potencia de microondas, tiempo de irradiación, cantidad de carbón activado y presión de vacío-sobre la eficiencia y la pérdida de regeneración disminuye en ese orden. Se determinó que las condiciones experimentales óptimas eran una potencia de microondas de 300 W, un tiempo de irradiación de 240 s, una cantidad de carbón activado de 4 gy una presión de vacío de 0,06 MPa. Zhang Yuzhou [41] revisó la influencia de tres aspectos-las propiedades inherentes del carbón activado, diferentes adsorbatos y diferentes condiciones de control-en la regeneración por microondas, y enfatizó que-una investigación profunda sobre estos tres aspectos es necesaria para avanzar en el desarrollo de la regeneración por microondas. Han Yingjie et al. resumió las características de desarrollo de la tecnología de carbón activado regenerado por microondas-, identificando los factores que influyen en el método de regeneración por microondas, incluida la potencia de microondas, la atmósfera del gas portador, el tiempo de regeneración, el tipo de adsorbente y el adsorbato.
Sun Xianhang et al. explicó el mecanismo de regeneración de CO₂ supercrítico del carbón activado, resumiendo el estado actual de la investigación del mecanismo de desorción de COV desde tres aspectos: presión, temperatura y caudal. Identificaron el mecanismo microscópico de la desorción de COV bajo la acción de CO₂ supercrítico y el modelo de cálculo para los coeficientes de transferencia de masa de los COV en el carbón activado después de la desorción. Li Yichen descubrió a través de una investigación comparativa que la tecnología de regeneración acoplada al vacío por microondas-, que implica un tratamiento de desorción isotérmica al vacío por microondas-intermitente con un proceso de ciclo de vacío de 4,5-minutos y un proceso de interrupción del vacío de nitrógeno de 0,5-minutos, es el método de operación de regeneración óptimo para el carbón activado-que contiene petróleo. Hu Minggang estableció un modelo de predicción gris multivariante de primer orden. Este modelo se aplicó para predecir el rendimiento de las unidades de recuperación de petróleo y gas basadas en adsorción, demostrando una buena eficacia predictiva. Proporciona una guía importante para determinar el momento óptimo para reemplazar el carbón activado y para modificar y optimizar las unidades de recuperación por adsorción de petróleo y gas.
Numerosos estudiosos han logrado ciertos resultados a través de sus investigaciones. Chen Yaosi agregó un dispositivo de enfriamiento a la unidad de recuperación de adsorción de petróleo y gas existente y, mediante análisis experimentales, concluyó que controlar la temperatura de salida del petróleo adsorbido dentro del rango de -5 a 5°C
cumple con los requisitos de emisiones. DWIVEDI et al. estudió el innovador análisis de la adsorción en reactores tubulares y descubrió que a medida que la fracción de volumen de COV aumenta de 5.000 × 10⁻⁶ a
50.000×10⁻⁶, el tiempo de penetración disminuye significativamente. La regeneración con carbón activado requiere calentamiento a un rango de temperatura de 120 a 150 °C y un tiempo de regeneración de 45 a 60 minutos para regenerar completamente el carbón activado pre-equilibrado con COV en una fracción de volumen de 8000×10⁻⁶. Qiu Wenwu et al. estudió el rendimiento de la adsorción de doble-torre para petróleo y gas, utilizando gel de sílice y carbón activado como adsorbentes. El petróleo y el gas se someten primero a una adsorción amortiguadora, seguida de una etapa de adsorción por cambio de presión. A través de pruebas de aparatos experimentales, se descubrió que en un sistema de adsorción por cambio de presión que contenía 400 kg de adsorbente, el petróleo y el gas líquidos podían adsorberse a una velocidad de 20 a 46 L/h, con concentraciones de volumen de emisión de hidrocarburos tan bajas como 0,01%.
Actualmente, los métodos de adsorción enfrentan dos desafíos principales en la recuperación de petróleo y gas: una capacidad de adsorción selectiva insuficiente de los adsorbentes y defectos en las tecnologías de regeneración tradicionales. Los adsorbentes exhiben una capacidad de adsorción selectiva deficiente para componentes específicos del petróleo y el gas, lo que afecta la eficiencia de recuperación general y tienen dificultades para recuperar con precisión las moléculas objetivo de petróleo y gas en composiciones complejas de petróleo y gas; Las tecnologías tradicionales de regeneración de adsorbentes son ineficientes, costosas y propensas a causar contaminación secundaria, lo que limita la sostenibilidad y la viabilidad económica de los métodos de adsorción.
Por lo tanto, las futuras investigaciones sobre adsorción deberían centrarse en desarrollar nuevos adsorbentes con alta selectividad, alta capacidad de adsorción y respeto al medio ambiente, controlando con precisión la estructura del material y las propiedades de la superficie para mejorar la capacidad de adsorción específica de las moléculas de petróleo y gas.
Por lo tanto, las investigaciones futuras sobre métodos de adsorción deberían centrarse en desarrollar nuevos adsorbentes con alta selectividad, alta capacidad de adsorción y respeto al medio ambiente; controlar con precisión la estructura del material y las propiedades de la superficie para mejorar la capacidad de adsorción específica de moléculas de petróleo y gas; realizar-estudios en profundidad sobre mecanismos de regeneración para desarrollar tecnologías de regeneración eficientes, de bajo-costo y libres de contaminación-; optimizar la estructura del adsorbente para mejorar la eficiencia de transferencia de masa y calor y las tasas de utilización del adsorbente; y mejorar el rendimiento del sistema de adsorción para adaptarse a diferentes condiciones operativas.
