2 석유 및 가스 회수 기술
2.1
단일 석유 및 가스 회수 기술 석유 및 가스 회수 기술은 크게 원리에 따라 응축 방식, 흡착 방식, 흡수 방식, 막 분리 방식의 4가지로 구분됩니다. 이러한 각 기술에는 고유한 장점과 한계가 있습니다. 국내외의 수많은 학자들이 석유 및 가스 회수 효율성을 향상하고 환경 오염을 줄이며 지속 가능한 에너지 사용을 촉진하는 것을 목표로 이러한 기술에 대한 심층적인 연구와 분석을 수행해 왔습니다.{2}}
2.1.1
응축방식
응축 방식은 널리 사용되는 매우 효율적인 오일 및 가스 회수 기술입니다. 석유나 가스에 함유된 휘발성 성분의 증기압이 온도에 따라 변하는 특성을 활용하여 회수합니다. 실온에서 완제 휘발유-C4~C8 탄화수소-의 주요 휘발성 성분은 증기압이 상대적으로 높으며, 이는 이러한 성분이 액상에서 기체 상으로 증발하고 대기 중으로 휘발되는 경향이 있음을 나타냅니다. 응축법을 통해 오일과 가스의 온도가 0°C 이하로 떨어지면 온도가 낮아짐에 따라 탄화수소의 증기압도 감소합니다. 증기압이 감소하면 일부 탄화수소가 해당 온도에서 포화 증기압을 초과하여 기체 상태에서 액체 상태로 응축되어 오일과 기체가 분리됩니다.
응축방식은 조작이 간단하고 효율이 높으며, 2차 오염이 발생하지 않아 고농도의 석유 및 가스 회수에 적합합니다[12]. 따라서 다른 석유 및 가스 회수 기술과 통합 공정의 전 단계에 사용하기에 적합하지만 장비 비용과 운영 비용이 상대적으로 높습니다. 응축방식은 크게 기계적 응축과 액체질소 응축으로 구분된다. 응축 방식의 처리 후 회수 효율, 시스템 에너지 소비, 오일 및 가스의 농도는 다양한 요인에 의해 영향을 받으며, 주요 영향 요인으로는 응축 온도, 응축 압력, 초기 농도, 응축 과정 등이 있습니다.
수많은 연구 결과에 따르면 석유와 가스의 응축 온도는 회수율에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 더 높은 회수 효율을 달성하려면 더 낮은 응축 온도가 필요한 경우가 많으며 일부 구성 요소는 응축하려면 -110°C에 도달해야 합니다[15]. 응축 온도가 낮다는 것은 냉각 용량 단위당 에너지 소비가 높다는 것을 의미합니다. 현재 연구에서는 일반적으로 3단계 응축 공정이 에너지 효율성과 회수율의 균형을 효과적으로 유지한다는 데 동의합니다. 다양한 학자들이 시뮬레이션과 실험을 통해 최적의 응축 온도 조합을 결정했습니다.
. Huang Weiqiu et al. Aspen 소프트웨어 시뮬레이션을 통해 2, −30 및 −80 °C 온도의 3단계 응축 공정을 사용하면 가장 낮은 시스템 에너지 소비로 95%를 초과하는 오일 및 가스 회수율을 달성한다는 사실이 밝혀졌습니다. 응축 온도를 2, -30, -120°C로 조정하면 에너지 소비를 크게 늘리지 않고도 회수율이 99.62%에 도달할 수 있습니다. 이 매개변수 조합은 대부분의 학자들이 벤치마크 설계로 채택했습니다. SHIet al. 3단계-를 설계했습니다.
응축 온도 1, -40 및 -110°C의 응축 공정으로 네 가지 가솔린 증기 성분에 대해 각각 99.73%, 99.79%, 99.82% 및 99.19%의 회수율을 달성합니다. 응축온도가 20~-110°C 범위일 때 3단계 응축공정의 총 냉각부하가 1단계 공정에 비해 12.23%, 15.68%, 13.96%, 15.65% 감소한다.
Zhao Zhiweiet al. 응축 온도를 4, –50, –110°C로 설정하면 에너지 소비가 가장 적고 냉동 시스템이 안정적으로 작동한다는 사실을 발견했습니다. Bi Jinbinet al. PR 모델(PR 방정식으로 알려진 실제 가스 상태 방정식)을 사용하여 3단계 응축 오일 및 가스 회수 프로세스를 시뮬레이션하고 분석하여 오일 및 가스 회수 효율성과 전체 시스템 에너지 소비의 균형을 맞췄습니다. 최적의 사전 냉각 온도와-2차 및 3차 응축 온도는 각각 5, -35, -75°C로 결정되었습니다.
응축 압력을 적당히 높이면 응축 온도를 조절하고 에너지를 절약하는 동시에 석유 및 가스 회수율을 높이는 데 도움이 되며 이는 학계에서도 널리 인정된 사항입니다. Lu Jieminget al. 상평형 방정식 모델을 사용하여 냉각 온도와 압력이 응축 효율에 미치는 영향을 분석하고 다단계 응축 회수 프로세스를 제안했습니다.- 연구에 따르면 석유 및 가스 배출이 집중되면 회수율보다 냉각 온도에 대한 요구 사항이 더 엄격해집니다. 대기압에서 표준을 충족하려면 -100°C 미만으로 냉각해야 하며, 0.5~0.7MPa로 가압하면 필요한 냉각 온도가 20°C까지 높아질 수 있습니다. Wang Dan et al. Aspen Plus 시뮬레이션을 사용하여 가압이 원유 및 가스 회수율을 효과적으로 향상시키고 배출구 농도를 줄일 수 있음을 확인했습니다. 기존 응축 회수 공정의 높은 에너지 소비 문제를 해결하기 위해 여러 학자들이 응축 공정에 대한 최적화 연구를 수행했습니다. Ye Chaoet al. HYSYS 소프트웨어를 사용하여 단순화된 시뮬레이션 프로세스를 구축하고 응축 온도와 압력이 응축 특성에 미치는 영향을 연구했습니다. 연구에 따르면 가압은 낮은-온도 범위보다 높은-온도 범위에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 오일 및 가스 회수 공정 최적화를 통해 배기가스의 잔열 회수가 달성되어 총 에너지 소비량이 9.73% 감소하고, 냉각 용량이 8.11% 감소하며, 냉각 계수가 1.04에서 1.08로 증가했습니다. Zhang Shanzhe [25]는 단일{35}}요인 실험을 사용하여 에너지 소비와 제품 품질에 영향을 미치는 주요 공정 매개변수를 결정했습니다. ASPEN HYSYS 소프트웨어를 사용한 시뮬레이션 및 현장 검증을 통해 종합 에너지 소비량이 1,329kW에서 1,253~1,255kW로 감소되어 5.57%~5.72%의 에너지 절감 효과를 달성했습니다. LIet al. 99.97%의 VOC 회수율, 35.67kW로 제어되는 에너지 소비, 45.17mg/Nm3의 VOC 배출 질량 농도를 보여주는 정상 상태 시뮬레이션을 통해 새로운 VOC 심층 응축 회수(VOCs-DCR) 시스템을 설계했습니다. SHRAMet al. 내부 칸막이가 있는 이중-챔버 박스로 구성된 저온-증기 회수 장치를 설계하여 장치의 여러 부분에 증기-공기 혼합물을 교대로 공급할 수 있습니다. 이를 통해 오일 및 가스 배출을 80% 이상 줄이고 환경에 미치는 영향을 줄이면서 경제적 효율성을 높일 수 있습니다. GAOet al. 터빈 확장 냉동 기술과 저온 에너지 저장 기술을 통합한 새로운 저온 VOC 회수 시스템을 개발했습니다. 간헐적인 석유 및 가스 배출에 대해 HYSYS 소프트웨어를 사용하여 새로운 시스템의 정상 상태 및 동적 시뮬레이션 분석을 수행했습니다. 결과는-처리 후 비메탄 총 탄화수소 배출 질량 농도가 57.54mg/Nm3이고 석유 및 가스의 종합 회수율이 99.99%에 도달하여 현행 배출 기준을 충족하는 것으로 나타났습니다.
기계적 응축은 냉동 메커니즘에 의해 제한되어 냉동 온도가 높아집니다. 대조적으로, 액체 질소 응축은 -120°C 또는 심지어 -180°C의 낮은 냉장 온도를 달성하여 보다 엄격한 배출 기준을 충족할 수 있습니다. 기계적 응축과 비교하여 액체 질소 응축은 빠른 시작, 낮은 저온-, 높은 회수율, 낮은 장비 유지 관리 비용과 같은 이점을 제공합니다. Xu Hao는 3단계 액체 질소 응축 VOC 회수 시스템의 공정 및 장비에 대한 연구 및 분석을 통해 시스템의 비용 효율성 비율이 처리된 가스의 양과 크게 관련이 없지만 배기 가스의 양 농도 및 유형과 밀접한 관련이 있음을 발견했습니다. 배기가스 체적 농도가 3.8%에서 19.0%로 증가하면 경제적 이익 비율은 0.38에서 0.59로 증가했습니다. Xing Chuan Sheng은 액체 질소 냉각을 사용하면 냉각 온도가 -180°C ~ -160°C에 달해 오일 및 가스 회수 효율성을 향상하고 에너지 소비 비용을 줄일 수 있다고 언급했습니다. Chen Songet al. 휘발유 증기 회수에 기계적 냉각과 액체 질소 냉각의 적용을 비교했습니다. 기계식 냉동은 증기를 30°C에서 -75°C로 냉각하므로 액체질소 냉동보다 에너지 소비가 적지만 배출 기준을 충족하려면 추가 처리 시설이 필요합니다. 액체질소 냉동은 증기 온도를 -120°C까지 직접 냉각할 수 있어 배출 기준을 충족합니다. 기계식 냉동과 액체질소 냉동을 결합한 응축공정은 회수효율을 향상시키며, 액체질소 냉동만 사용할 때보다 경제적 이익을 10% 이상 증대시킨다.
