Actuellement, la méthode de condensation se heurte encore à certains défis techniques lors de son développement, avec une consommation d'énergie augmentant de plus de 10 % par rapport au refroidissement à l'azote liquide.
D'une part, les coûts d'équipement et les dépenses opérationnelles de la méthode de condensation sont relativement élevés, en particulier lorsque l'on vise des températures de condensation plus basses pour améliorer les taux de récupération, ce qui augmente considérablement la consommation d'énergie et limite son application à grande échelle. Les méthodes de condensation mécanique ont des températures de refroidissement plus élevées, ce qui rend difficile le respect de normes d'émission de plus en plus strictes. Bien que les méthodes de condensation de l'azote liquide offrent des températures de refroidissement plus basses, l'azote liquide est coûteux et son stockage et son transport présentent certains risques pour la sécurité. D'un autre côté, dans les applications pratiques, l'adaptabilité des équipements de condensation aux différentes conditions d'exploitation du pétrole et du gaz doit être améliorée. Par exemple, des fluctuations importantes de la composition et des débits du pétrole et du gaz peuvent affecter la stabilité de l’efficacité de la récupération. À l'avenir, les méthodes de condensation se concentreront sur le développement d'équipements et de processus de condensation efficaces et-économes en énergie grâce à la recherche de nouveaux cycles de réfrigération et de technologies d'échangeurs de chaleur à haute-efficacité afin de réduire les coûts d'équipement et la consommation d'énergie opérationnelle. Dans le domaine de l'intégration technologique, des recherches supplémentaires devraient être menées sur la manière d'intégrer plus raisonnablement les méthodes de condensation avec d'autres technologies de récupération du pétrole et du gaz afin d'obtenir des effets synergiques et d'améliorer l'efficacité globale de la récupération.
2.1.2
Méthode d'adsorption
La méthode d'adsorption utilise la capacité d'adsorption des adsorbants pour séparer les différents composants d'un mélange. Dans ce processus, un ou plusieurs composants sont capturés par la surface de l'adsorbant et la séparation est réalisée grâce à l'adsorption des molécules de pétrole et de gaz par l'adsorbant. La méthode d'adsorption présente les avantages d'un processus simple et d'une faible consommation d'énergie [33]. De plus, cette méthode peut récupérer efficacement les solvants organiques et recycler les adsorbants, démontrant des avantages significatifs en matière de protection de l’environnement et de conservation des ressources. L'adsorption est efficace pour traiter le pétrole et le gaz à faible concentration-, ce qui la rend plus adaptée à une utilisation en aval du traitement du pétrole et du gaz, où elle peut être intégrée à d'autres technologies pour former un système de traitement complet.
Des recherches approfondies-sur les caractéristiques des adsorbants sont essentielles pour améliorer considérablement l'efficacité de l'adsorption. Actuellement, les adsorbants couramment utilisés comprennent le charbon actif, le gel de silice, l'alumine activée, les tamis moléculaires, les tamis d'analyse du carbone et les fibres de charbon actif, chacun ayant ses propres caractéristiques uniques. De plus, des recherches et des développements ont été menés sur certains matériaux adsorbants émergents pour obtenir plus de résultats.
technologies d'adsorption efficaces et respectueuses de l'environnement. Huang Weiqiu et coll. a examiné les performances d'adsorption et les techniques de modification de plusieurs adsorbants de pétrole et de gaz couramment utilisés, notamment le charbon actif, la fibre de charbon actif, les tamis moléculaires hydrophobes/mésoporeux et le gel de silice hydrophobe. Ils ont suggéré que les recherches futures devraient se concentrer sur le développement de nouveaux adsorbants, d’adsorbants composites et sur la conception de structures adsorbantes. Xu Wei et coll. a systématiquement discuté de l'application de la technologie d'adsorption sur charbon actif dans le traitement des COV, y compris l'adsorption modulée en pression, l'adsorption à haute -température, l'adsorption modulée en température-et les méthodes d'adsorption électrique. La modification chimique de surface des adsorbants peut altérer leur capacité d’adsorption et leur sélectivité envers les COV. La correspondance entre la taille moléculaire de l’adsorbat et la distribution de la taille des pores du charbon actif est un facteur clé influençant l’efficacité de l’adsorption. Les paramètres de processus pendant les opérations d'adsorption (température, concentration de gaz et débit), les conditions environnementales (humidité, pression) et la composition du mélange gazeux influencent tous de manière significative le processus d'adsorption. Xue Mengting et coll. décrit l'influence de différentes configurations de tamis moléculaires sur l'adsorption des COV dans les gaz d'échappement. Les tamis moléculaires à configuration cubique-présentent les meilleures performances d'adsorption pour les COV, suivis par ceux à configuration hexagonale-, tandis que ceux à configuration orthorhombique ou monoclinique-affichent des performances d'adsorption généralement moyennes. Les tamis moléculaires microporeux conviennent aux COV à petites molécules -, tandis que les tamis moléculaires mésoporeux conviennent aux COV à grosses molécules -. Feng Yongchao estime que la structure unique des pores et le rapport silice-alumine réglable des tamis moléculaires de type MFI-les rendent prometteurs pour les applications d'élimination des COV. Cependant, les défis actuels incluent l'équilibre entre les performances d'adsorption hydrophobes des COV et l'activité catalytique, ainsi que les faibles taux de chargement et la désactivation facile grâce à l'enrichissement en composants actifs sur la surface externe du support. L’objectif est de résoudre ces problèmes en concevant rationnellement la forme de présence du métal et en modifiant la composition élémentaire du support.
Wang Yingxia et coll. a exploré les conditions permettant de modifier le gel de silice afin d'améliorer l'efficacité de l'adsorption des vapeurs d'essence et de réduire l'absorption d'eau. Ils ont constaté que l'utilisation de l'acide tartrique comme modificateur, avec une température de traitement thermique de 550 à 650 °C et une durée de traitement de
3 à 10 h et une vitesse de chauffage de 3 à 10 °C/min, des résultats optimaux peuvent être obtenus. De plus, le taux de désorption du gel de silice modifié augmente avec une pression de vide plus élevée, une température plus élevée et des cycles de désorption accrus.
La technologie de régénération des agents d’adsorption joue un rôle crucial dans l’amélioration de la durabilité, de l’efficacité économique et du respect de l’environnement des méthodes d’adsorption. Les technologies traditionnelles de régénération des agents d’adsorption souffrent souvent d’inconvénients importants tels qu’une faible efficacité, des coûts élevés et des impacts environnementaux. Les chercheurs ont mené des études approfondies sur les technologies de régénération. Actuellement, les méthodes courantes de régénération du charbon actif comprennent la régénération thermique, la régénération oxydative, l'extraction par solvant, la régénération biologique, la régénération par fluide supercritique, la régénération par irradiation micro-ondes, la régénération par ultrasons et la régénération photocatalytique. Huang Weiqiu et coll. ont découvert que pour le pétrole et le gaz adsorbant le charbon actif, l'influence de quatre facteurs -puissance micro-ondes, temps d'irradiation, quantité de charbon actif et pression du vide-sur l'efficacité de la régénération et les pertes diminuent dans cet ordre. Les conditions expérimentales optimales ont été déterminées comme étant une puissance micro-ondes de 300 W, une durée d'irradiation de 240 s, une quantité de charbon actif de 4 g et une pression de vide de 0,06 MPa. Zhang Yuzhou [41] a examiné l'influence de trois aspects -les propriétés inhérentes du charbon actif, des différents adsorbats et des différentes conditions de contrôle-sur la régénération par micro-ondes, soulignant qu'une recherche approfondie-sur ces trois aspects est nécessaire pour faire progresser le développement de la régénération par micro-ondes. Han Yingjie et coll. a résumé les caractéristiques de développement de la technologie du charbon actif régénéré par micro-ondes-, en identifiant les facteurs influençant la méthode de régénération par micro-ondes, notamment la puissance des micro-ondes, l'atmosphère du gaz porteur, le temps de régénération, le type d'adsorbant et l'adsorbat.
Sun Xianhang et coll. a expliqué le mécanisme de régénération du CO₂ supercritique du charbon actif, résumant l'état actuel de la recherche sur le mécanisme de désorption des COV sous trois aspects : la pression, la température et le débit. Ils ont identifié le mécanisme microscopique de désorption des COV sous l'action du CO₂ supercritique et le modèle de calcul des coefficients de transfert de masse des COV dans le charbon actif après désorption. Li Yichen a découvert grâce à des recherches comparatives que la technologie de régénération couplée au vide par micro-ondes-, impliquant un traitement de désorption isotherme sous vide intermittent par micro-ondes-avec un processus de cycle sous vide de 4,5-minutes et un processus de rupture du vide à l'azote de 0,5-minute, est la méthode d'opération de régénération optimale pour le charbon actif contenant de l'huile-. Hu Minggang a établi un modèle de prédiction du gris multivarié de premier ordre. Ce modèle a été appliqué pour prédire les performances des unités de récupération de pétrole et de gaz par adsorption, démontrant une bonne efficacité prédictive. Il fournit des conseils importants pour déterminer le moment optimal pour remplacer le charbon actif et pour modifier et optimiser les unités de récupération par adsorption de pétrole et de gaz.
De nombreux chercheurs ont obtenu certains résultats grâce à leurs recherches. Chen Yaosi a ajouté un dispositif de refroidissement à l'unité de récupération par adsorption de pétrole et de gaz existante et, grâce à une analyse expérimentale, a conclu que le contrôle de la température de sortie du pétrole adsorbé dans la plage de -5 à 5°C
répond aux exigences en matière d'émissions. DWIVEDI et coll. a étudié l'analyse révolutionnaire de l'adsorption dans les réacteurs tubulaires et a découvert que, à mesure que la fraction volumique de COV augmente de 5 000 × 10⁻⁶ à
50 000×10⁻⁶, le temps de passage diminue considérablement. La régénération du charbon actif nécessite un chauffage à une plage de température de 120 à 150 °C et un temps de régénération de 45 à 60 minutes pour régénérer complètement le charbon actif pré-équilibré avec des COV à une fraction volumique de 8 000 × 10⁻⁶. Qiu Wenwu et coll. a étudié les performances d'adsorption de l'adsorption à double tour pour le pétrole et le gaz, en utilisant du gel de silice et du charbon actif comme adsorbants. Le pétrole et le gaz subissent d’abord une adsorption tampon, suivie d’une étape d’adsorption modulée en pression. Grâce à des tests expérimentaux sur des appareils, il a été constaté que dans un système d'adsorption modulée en pression contenant 400 kg d'adsorbant, le pétrole et le gaz liquides pouvaient être adsorbés à un débit de 20 à 46 L/h, avec des concentrations volumiques d'émission d'hydrocarbures aussi faibles que 0,01 %.
Actuellement, les méthodes d’adsorption sont confrontées à deux défis majeurs dans la récupération du pétrole et du gaz : une capacité d’adsorption sélective insuffisante des adsorbants et des défauts dans les technologies de régénération traditionnelles. Les adsorbants présentent une faible capacité d'adsorption sélective pour des composants spécifiques du pétrole et du gaz, affectant l'efficacité globale de la récupération, et peinent à récupérer avec précision les molécules de pétrole et de gaz cibles dans des compositions pétrolières et gazières complexes ; Les technologies traditionnelles de régénération des adsorbants sont inefficaces, coûteuses et susceptibles de provoquer une pollution secondaire, limitant la durabilité et la viabilité économique des méthodes d'adsorption.
Par conséquent, les futures recherches sur l’adsorption devraient se concentrer sur le développement de nouveaux adsorbants présentant une sélectivité élevée, une capacité d’adsorption élevée et un respect de l’environnement, en contrôlant avec précision la structure des matériaux et les propriétés de surface afin d’améliorer la capacité d’adsorption spécifique des molécules de pétrole et de gaz.
Par conséquent, les recherches futures sur les méthodes d’adsorption devraient se concentrer sur le développement de nouveaux adsorbants présentant une sélectivité élevée, une capacité d’adsorption élevée et un respect de l’environnement ; contrôler avec précision la structure des matériaux et les propriétés de surface pour améliorer la capacité d'adsorption spécifique des molécules de pétrole et de gaz ; mener des études approfondies sur les mécanismes de régénération afin de développer des technologies de régénération efficaces, peu coûteuses et sans pollution ; optimiser la structure de l'adsorbant pour améliorer l'efficacité du transfert de masse et de chaleur et les taux d'utilisation de l'adsorbant ; et améliorer les performances du système d'adsorption pour s'adapter aux différentes conditions opérationnelles.
