Hiện tại, phương pháp ngưng tụ vẫn phải đối mặt với một số thách thức kỹ thuật trong quá trình phát triển, với mức tiêu thụ năng lượng tăng hơn 10% so với làm mát bằng nitơ lỏng.
Một mặt, chi phí thiết bị và chi phí vận hành của phương pháp ngưng tụ tương đối cao, đặc biệt là khi hướng tới nhiệt độ ngưng tụ thấp hơn để cải thiện tốc độ thu hồi, điều này làm tăng đáng kể mức tiêu thụ năng lượng và hạn chế khả năng ứng dụng trên quy mô lớn. Phương pháp ngưng tụ cơ học có nhiệt độ làm mát cao hơn nên khó đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe. Trong khi các phương pháp ngưng tụ nitơ lỏng cung cấp nhiệt độ làm mát thấp hơn, thì nitơ lỏng lại đắt tiền và việc lưu trữ và vận chuyển nó gây ra những rủi ro an toàn nhất định. Mặt khác, trong các ứng dụng thực tế, khả năng thích ứng của thiết bị ngưng tụ với các điều kiện vận hành khác nhau đối với dầu khí cần được cải thiện. Ví dụ, những biến động đáng kể về thành phần và tốc độ dòng chảy của dầu khí có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của hiệu quả thu hồi. Trong tương lai, các phương pháp ngưng tụ sẽ tập trung vào phát triển các quy trình và thiết bị ngưng tụ tiết kiệm năng lượng và hiệu quả-thông qua nghiên cứu các chu trình làm lạnh mới và công nghệ trao đổi nhiệt-hiệu suất cao để giảm chi phí thiết bị và mức tiêu thụ năng lượng vận hành. Trong lĩnh vực tích hợp công nghệ, cần tiến hành nghiên cứu sâu hơn về cách tích hợp hợp lý hơn các phương pháp ngưng tụ với các công nghệ thu hồi dầu khí khác để đạt được hiệu quả tổng hợp và nâng cao hiệu quả thu hồi tổng thể.
2.1.2
Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ sử dụng khả năng hấp phụ của chất hấp phụ để tách các thành phần khác nhau trong hỗn hợp. Trong quá trình này, một hoặc nhiều thành phần được giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ và sự phân tách đạt được thông qua sự hấp phụ của các phân tử dầu và khí bằng chất hấp phụ. Phương pháp hấp phụ có ưu điểm là quy trình đơn giản và tiêu thụ năng lượng thấp [33]. Ngoài ra, phương pháp này có thể thu hồi hiệu quả các dung môi hữu cơ và tái chế chất hấp phụ, thể hiện những ưu điểm đáng kể trong việc bảo vệ môi trường và bảo tồn tài nguyên. Khả năng hấp phụ có hiệu quả trong việc xử lý dầu và khí có nồng độ-thấp, khiến nó phù hợp hơn để sử dụng ở giai đoạn cuối của quá trình xử lý dầu và khí đốt, nơi nó có thể được tích hợp với các công nghệ khác để tạo thành một hệ thống xử lý toàn diện.
-Nghiên cứu chuyên sâu về đặc tính của chất hấp phụ là rất quan trọng để cải thiện đáng kể hiệu suất hấp phụ. Hiện nay, các chất hấp phụ thường được sử dụng bao gồm than hoạt tính, silica gel, alumina hoạt tính, sàng phân tử, sàng phân tích carbon và sợi than hoạt tính, mỗi loại đều có những đặc điểm riêng. Ngoài ra, nghiên cứu và phát triển đã được tiến hành trên một số vật liệu hấp phụ mới nổi để đạt được hiệu quả cao hơn.
Công nghệ hấp phụ hiệu quả và thân thiện với môi trường. Huang Weiqiu và cộng sự. đã xem xét hiệu suất hấp phụ và các kỹ thuật biến đổi của một số chất hấp phụ dầu và khí thường được sử dụng, bao gồm than hoạt tính, sợi than hoạt tính, rây phân tử zeolit/mesopious kỵ nước và silica gel kỵ nước. Họ gợi ý rằng nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào phát triển các chất hấp phụ mới, chất hấp phụ tổng hợp và thiết kế cấu trúc chất hấp phụ. Xu Wei và cộng sự. đã thảo luận một cách có hệ thống về ứng dụng công nghệ hấp phụ than hoạt tính trong xử lý VOC, bao gồm hấp phụ dao động áp suất, hấp phụ-nhiệt độ cao, hấp phụ dao động áp suất nhiệt độ- và phương pháp hấp phụ điện. Sự biến đổi hóa học bề mặt của chất hấp phụ có thể làm thay đổi khả năng hấp phụ và tính chọn lọc của chúng đối với VOC. Sự phù hợp giữa kích thước phân tử của chất bị hấp phụ và sự phân bố kích thước lỗ rỗng của than hoạt tính là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ. Các thông số của quá trình trong quá trình hấp phụ (nhiệt độ, nồng độ khí và tốc độ dòng), điều kiện môi trường (độ ẩm, áp suất) và thành phần của khí hỗn hợp đều ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp phụ. Xue Mengting và cộng sự. mô tả ảnh hưởng của các cấu hình sàng phân tử khác nhau đến sự hấp phụ VOC trong khí thải. Các sàng phân tử có cấu hình hình khối-thể hiện hiệu suất hấp phụ tốt nhất đối với VOC, tiếp theo là các sàng có cấu hình lục giác-, trong khi các sàng có cấu hình trực giao hoặc đơn nghiêng-cho thấy hiệu suất hấp phụ nhìn chung ở mức trung bình. Sàng phân tử vi mô thích hợp cho các VOC phân tử nhỏ, trong khi sàng phân tử trung bình thích hợp cho các VOC phân tử lớn. Feng Yongchao tin rằng cấu trúc lỗ độc đáo và tỷ lệ silica{20}}nhôm có thể điều chỉnh của sàng phân tử loại MFI{21}}làm cho chúng trở nên hứa hẹn cho các ứng dụng loại bỏ VOC. Tuy nhiên, những thách thức hiện tại bao gồm cân bằng giữa hiệu suất hấp phụ VOC kỵ nước với hoạt tính xúc tác, cũng như tốc độ tải thấp và dễ bị khử hoạt tính do sự làm giàu của các thành phần hoạt tính trên bề mặt bên ngoài của chất mang. Mục đích là để giải quyết những vấn đề này bằng cách thiết kế hợp lý hình thức hiện diện của kim loại và sửa đổi thành phần nguyên tố của chất mang.
Wang Yingxia và cộng sự. khám phá các điều kiện biến đổi silica gel để nâng cao hiệu quả hấp phụ hơi xăng và giảm sự hấp thụ nước. Họ phát hiện ra rằng việc sử dụng axit tartaric làm chất biến tính, với nhiệt độ xử lý nhiệt là 550–650 °C và thời gian xử lý là
3–10 giờ và tốc độ gia nhiệt 3–10 °C/phút, có thể đạt được kết quả tối ưu. Ngoài ra, tốc độ giải hấp của silica gel biến tính tăng lên khi áp suất chân không cao hơn, nhiệt độ cao hơn và chu kỳ giải hấp tăng lên.
Công nghệ tái sinh chất hấp phụ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính bền vững, hiệu quả kinh tế và thân thiện với môi trường của các phương pháp hấp phụ. Các công nghệ tái tạo tác nhân hấp phụ truyền thống thường gặp phải những hạn chế đáng kể như hiệu quả thấp, chi phí cao và tác động đến môi trường. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về công nghệ tái sinh. Hiện nay, các phương pháp tái sinh than hoạt tính phổ biến bao gồm tái tạo nhiệt, tái tạo oxy hóa, chiết dung môi, tái sinh sinh học, tái tạo chất lỏng siêu tới hạn, tái sinh chiếu xạ vi sóng, tái sinh siêu âm và tái sinh xúc tác quang. Huang Weiqiu và cộng sự. nhận thấy rằng đối với than hoạt tính hấp phụ dầu và khí, ảnh hưởng của bốn yếu tố-công suất vi sóng, thời gian chiếu xạ, lượng than hoạt tính và áp suất chân không-đến hiệu suất tái sinh và tổn thất giảm dần theo thứ tự đó. Các điều kiện thí nghiệm tối ưu được xác định là công suất vi sóng 300 W, thời gian chiếu xạ 240 giây, lượng than hoạt tính 4 g và áp suất chân không 0,06 MPa. Zhang Yuzhou [41] đã xem xét ảnh hưởng của ba khía cạnh-các đặc tính vốn có của than hoạt tính, các chất hấp phụ khác nhau và các điều kiện kiểm soát khác nhau-đối với quá trình tái tạo vi sóng, nhấn mạnh rằng-nghiên cứu chuyên sâu về ba khía cạnh này là cần thiết để thúc đẩy sự phát triển của quá trình tái sinh vi sóng. Han Yingjie và cộng sự. đã tóm tắt các đặc điểm phát triển của công nghệ than hoạt tính tái tạo{19}}vi sóng, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tái sinh vi sóng, bao gồm công suất vi sóng, khí quyển khí mang, thời gian tái sinh, loại chất hấp phụ và chất hấp phụ.
Tôn Xianhang và cộng sự. giải thích cơ chế tái sinh CO₂ siêu tới hạn của than hoạt tính, tóm tắt hiện trạng nghiên cứu cơ chế giải hấp VOC từ ba khía cạnh: áp suất, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy. Họ đã xác định được cơ chế hiển vi của quá trình giải hấp VOC dưới tác dụng của CO₂ siêu tới hạn và mô hình tính toán hệ số truyền khối của VOC trong than hoạt tính sau khi giải hấp. Li Yichen đã phát hiện qua nghiên cứu so sánh rằng công nghệ tái tạo chân không kết hợp vi sóng-, bao gồm xử lý giải hấp đẳng nhiệt chân không-vi sóng ngắt quãng với quy trình đạp chân không 4,5-phút và quy trình ngắt chân không nitơ 0,5-phút, là phương pháp vận hành tái sinh tối ưu cho than hoạt tính{11}}mang dầu. Hu Minggang đã thiết lập mô hình dự đoán màu xám đa biến bậc nhất. Mô hình này được áp dụng để dự đoán hiệu suất của các đơn vị thu hồi dầu và khí dựa trên sự hấp phụ, cho thấy hiệu quả dự đoán tốt. Nó cung cấp hướng dẫn quan trọng để xác định thời điểm tối ưu để thay thế than hoạt tính cũng như sửa đổi và tối ưu hóa các thiết bị thu hồi hấp phụ dầu khí.
Nhiều học giả đã đạt được những kết quả nhất định thông qua nghiên cứu của họ. Chen Yaosi đã bổ sung một thiết bị làm mát cho thiết bị thu hồi hấp phụ dầu và khí hiện có và qua phân tích thử nghiệm, kết luận rằng việc kiểm soát nhiệt độ đầu ra của dầu bị hấp phụ trong khoảng từ -5 đến 5°C
đáp ứng yêu cầu phát thải. DWIVEDI và cộng sự. đã nghiên cứu phân tích đột phá về khả năng hấp phụ trong lò phản ứng hình ống và nhận thấy rằng khi phần thể tích của VOC tăng từ 5.000×10⁻⁶ lên
50.000×10⁻⁶, thời gian đột phá giảm đáng kể. Quá trình tái tạo than hoạt tính yêu cầu gia nhiệt đến khoảng nhiệt độ 120–150°C và thời gian tái sinh là 45–60 phút để tái tạo hoàn toàn than hoạt tính-đã được cân bằng trước với VOC ở tỷ lệ thể tích 8.000×10⁻⁶. Qiu Wenwu và cộng sự. đã nghiên cứu hiệu suất hấp phụ của{14}tháp hấp phụ kép đối với dầu và khí đốt, sử dụng silica gel và than hoạt tính làm chất hấp phụ. Dầu và khí đầu tiên trải qua quá trình hấp phụ đệm, sau đó là giai đoạn hấp phụ dao động áp suất. Thông qua thử nghiệm thiết bị thí nghiệm, người ta nhận thấy rằng trong hệ thống hấp phụ dao động áp suất chứa 400 kg chất hấp phụ, dầu và khí lỏng có thể được hấp phụ ở tốc độ 20–46 L/h, với nồng độ thể tích phát thải hydrocarbon thấp tới 0,01%.
Hiện nay, các phương pháp hấp phụ phải đối mặt với hai thách thức lớn trong thu hồi dầu khí: khả năng hấp phụ chọn lọc của chất hấp phụ không đủ và các khiếm khuyết trong công nghệ tái sinh truyền thống. Các chất hấp phụ thể hiện khả năng hấp phụ chọn lọc kém đối với các thành phần cụ thể của dầu và khí đốt, ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi tổng thể và khó thu hồi chính xác các phân tử dầu và khí mục tiêu trong các thành phần dầu và khí phức tạp; Các công nghệ tái sinh chất hấp phụ truyền thống không hiệu quả, tốn kém và dễ gây ô nhiễm thứ cấp, hạn chế tính bền vững và khả năng kinh tế của các phương pháp hấp phụ.
Vì vậy, nghiên cứu hấp phụ trong tương lai nên tập trung phát triển các chất hấp phụ mới có tính chọn lọc cao, khả năng hấp phụ cao, thân thiện với môi trường, kiểm soát chính xác cấu trúc vật liệu và tính chất bề mặt để nâng cao khả năng hấp phụ riêng cho các phân tử dầu khí.
Vì vậy, các nghiên cứu về phương pháp hấp phụ trong tương lai cần tập trung phát triển các chất hấp phụ mới có tính chọn lọc cao, khả năng hấp phụ cao và thân thiện với môi trường; kiểm soát chính xác cấu trúc vật liệu và tính chất bề mặt để nâng cao khả năng hấp phụ riêng cho các phân tử dầu khí; tiến hành-nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế tái tạo để phát triển các công nghệ tái tạo hiệu quả,-chi phí thấp và không gây ô nhiễm-; tối ưu hóa cấu trúc chất hấp phụ để cải thiện hiệu suất truyền khối và nhiệt cũng như tỷ lệ sử dụng chất hấp phụ; và nâng cao hiệu suất của hệ thống hấp phụ để thích ứng với các điều kiện hoạt động khác nhau.
