Способ регенерации метанола из минерализованного водного раствора

 

Изобретение относится к способам подготовки и осушки углеводородных газов (природного и нефтяного), в частности к процессам выделения метанола из пластовой воды с большим содержанием солей, может быть использовано при подготовке газа к транспорту. Способ осуществляется путем предварительного нагрева исходного раствора, испарения из него водометанольной смеси, отбора солевого остатка и последующей ректификации водометанольной смеси на метанол и воду, причем испарение водометанольной смеси производится смешиванием предварительно нагретого жидкого исходного раствора с частью паров водометанольной смеси, которые дополнительно нагреваются и рециркулируются, а основная часть паров водометанольной смеси охлаждается и отправляется на ректификацию. Дополнительное нагревание части паров водометанольной смеси производится теплым паром, который получается из нижнего продукта ректификации. Рециркуляция нагретых паров водометанольной смеси обеспечивается рециркуляцией жидкой фазы солевого остатка. Охлаждение основной части паров водометанольной смеси производится путем теплообмена с нижним продуктом ректификации (водным раствором) и исходным раствором. Концентрацию основной части паров водометанольной смеси поддерживают добавлением в нее части верхнего продукта. Способ позволяет предотвратить отложение солей на нагревательных поверхностях технологических аппаратов, что способствует улучшению процесса теплообмена и отделения метанола от воды. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам подготовки и осушки углеводородных газов (природного и нефтяного), в частности к процессам выделения метанола из пластовой воды с большим содержанием солей, и может быть использовано при подготовке газа к транспорту и переработке с целью предотвращения кристаллогидратов.

Известен способ осушки регенерации метанола из водного раствора (Жданов Н. В. и Халиф А.Л. Осушка углеводородных газов.- М.: Химия, 1984, с. 61.), включающий нагрев исходного раствора, выпаривание из него водометанольной смеси и ее ректификацию на метанол и воду.

Недостатком этого способа является то, что при реализации данного способа в промысловых условиях регенерации метанола из минерализованного раствора пластовой воды происходит отложение солей, особенно на греющих поверхностях технологических аппаратов установки. Они забивают трубки в испарителе и паровые каналы на тарелках отгонной части ректификационной колонны, ухудшая теплообмен и отделение метанола от воды. Отложения состоят, как показывает практика, из кальциевых и магниевых солей углекислоты и гидроокиси магния (CaCO₃, MgCO₃, Mg(OH)₂).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ регенерации метанола из минерализованного водного раствора ( Халиф А. Л., Зиберт Г.К., Туревский Е.Н., Сейкин В.В. "Установка регенерации метанола из засоленных пластовых вод". Экспресс-информация. Серия "Подготовка, переработка и использование газа". - М.: ВНИИЭгазпром, 1990, выпуск 4, с. 1 - 4), включающий предварительный нагрев исходного раствора, испарение из него водометанольной смеси, отбор солевого остатка и последующую ректификацию водометанольной смеси на метанол и воду.

Преимуществом этого способа является то, что при реализации происходит основное отложение солей в нижней части испарителя, а не в более дорогостоящей ректификационной колонне. Кроме того, отложение солей происходит в паропроводе по пути от испарителя к ректификационной колонне. Данный способ не решает задачи полного исключения отложения солей на нагревательных поверхностях технологических аппаратов и, как следствие, координального улучшения процесса теплообмена и отделения от воды, то есть повышения эффективности регенерации метанола из минерализованного водного раствора.

Целью изобретения является повышение эффективности регенерации метанола из минерализованного водного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регенерации метанола из минерализованного водного раствора путем предварительного нагрева исходного раствора, испарения из него водометанольной смести, отбора солевого остатка и последующей ректификацией водометанольной смеси на метанол и воду испарение водометанольной смеси производят смешиванием предварительно нагретого жидкого исходного раствора с частью паров водометанольной смеси, которые дополнительно нагревают и рециркулируют, а основную часть паров водометанольной смеси охлаждают и отправляют на ректификацию. Дополнительное нагревание части паров водометанольной смеси производят теплом пара, который получают из нижнего продукта ректификации. Рециркуляцию нагретых паров водометанольной смеси обеспечивают рециркуляцией жидкой фазы солевого остатка. Охлаждение основной части паров водометанольной смеси производят путем последовательного теплообмена с нижним продуктом ректификации (водным раствором) и исходным раствором. Концентрацию основной части паров водометанольной смеси поддерживают добавлением в нее части верхнего продукта.

Осуществление испарения водометанольной смести, производимого смешиванием предварительно нагретого жидкого исходного раствора с частью паров водометанольной смеси, которые дополнительно нагревают и рециркулируют, и последующее отправление основной части паров водометанольной смеси после охлаждения на ректификацию позволяет отделить из исходного раствора для ректификации пары водометанольной смеси, не содержащие солей, путем выделения в твердом виде осадков минеральных солей. В установке для осуществления предлагаемого способа отсутствуют нагревательные поверхности, на которых возможно отложение солей, и всегда поддерживается высокая интенсивность теплообмена и массообмена. Образование твердой и паровой фаз происходит в свободном объеме, из которого эти фазы организованно отводятся. Совокупность указанных технических приемов повышает эффективность процесса регенерации метанола.

Рециркуляция части дополнительно нагретых паров водометанольной смеси обеспечивается рециркуляцией жидкой фазы солевого остатка, что повышает эффективность перемешивания рециркулирующего потока паров водометанольной смеси с предварительно нагретым исходным раствором и, как следствие, повышает эффективность всего процесса в целом.

Дополнительное нагревание части паров водометанольной смеси теплом пара, который получают из нижнего продукта ректификации, и охлаждение основной части паров водометанольной смеси путем теплообмена с нижним продуктом ректификации (водным раствором) и исходным раствором повышает степень использования вторичных технологических потоков, что также повышает эффективность всего процесса.

Добавление к основной части паров водометанольной смеси, подаваемой на ректификацию, части верхнего продукта обеспечивает эффективную работу ректификационной колонны.

Предлагаемый способ предотвращает засоление технологического оборудования установки, в которой производят регенерацию метанола, и тем самым позволяет повысить эффективность процесса регенерации.

Заявителю не известно способов регенерации метанола из минерализованного водного раствора, в которых бы повышение эффективности регенерации метанола из минерализованного водного раствора достигалось бы подобным образом.

На чертеже изображена технологическая схема установки регенерации метанола из минерализованного водного раствора.

Установка для регенерации метанола из минерализованного водного раствора состоит из ректификационной колонны 1, струйного смесителя 2, разделителя 3, теплообменников 4, 5, 6, 7, подогревателя 8, трубопровода подачи исходного раствора 9, трубопровода подачи основной части паров водометанольной смеси 10 в колонну 1, трубопровода подачи рециркулирующей части паров водометанольной смеси 11, трубопроводов подачи жидкой фазы солевого остатка 12, насоса 13, аппарата воздушного охлаждения 14, рефлюксной емкости 15, теплогенератора 16, накопительных емкостей 17, 18 и трубопровода 19 подачи части верхнего продукта в трубопровод 10.

Способ регенерации метанола из минерализованного водного раствора реализуется следующим образом.

Исходный раствор, состоящий из метанола, воды и растворенных солей (CaCO₃, MgCO₃, NaCl, KCl), направляют в установку регенерации метанола из минерализованного водного раствора по трубопроводу 9, нагревают в теплообменниках 4 - потоком верхнего продукта (метанола) и 5 - парами водометанольной смеси до температуры, при которой исходный раствор находится в жидкофазном состоянии и из него не происходит выпадение солей и отложение их на нагревательных поверхностях теплообменников 4 и 5.

Предварительно нагретый исходный раствор направляют в струйный смеситель, например эжектор 2, и смешивают с дополнительно нагретой в теплообменнике 7 рециркулирующей частью паров водометанольной смеси и подают в разделитель 3. В свободном объеме разделителя 3 из полученного потока испаряют водометанольную смесь и осаждают солевой остаток на специальный поддон, который затем периодически убирают. Жидкую фазу осадка собирают в специальном отсеке, из которого ее насосы 13 под давлением по трубопроводу подачи жидкой фазы солевого остатка 12 подают в струйный смеситель 2 и тем самым обеспечивают рециркуляцию дополнительно нагретой части паров водометанольной смеси. Скорость движения жидкой фазы по проточной части поддерживают более 5 м/с, при которой исключается отложение солей на стенках трубопровода и струйного смесителя 2.

Основную часть паров водометанольной смеси из разделителя 3 подают по трубопроводу подачи паров водометанольной смеси 10 в ректификационную колонну 1, предварительно произведя ее охлаждение, путем теплообмена с нижним продуктом ректификации (водным раствором) в подогревателе 8 и исходным раствором в теплообменнике 5. Для получения требуемой концентрации регенерированного метанола при снижении концентрации исходного раствора в основную часть паров водометанольной смеси, подаваемой на ректификацию, направляют по трубопроводу 19 часть верхнего продукта.

В колонне 1 пары водометанольной смеси подвергают ректификации на метанол и воду. Из верхней части колонны 1 метанол через рекуперативный теплообменник 4 и аппарат воздушного охлаждения 14 подают рефлюксную емкость 15, из которой небольшую часть направляют на орошение в колонну 1, небольшую часть для поддержания концентрации паров водометанольнй смеси, а остальную часть в накопительную емкость 17.

Из нижней части колонны 1 водный раствор с небольшим содержанием метанола подают в подогреватель 8. Пары метанола из подогревателя 8 подают в колонну 1, а воду используют для производства пара в теплогенераторе 16. Выработанный из этой воды пар подают в теплообменник 7 для дополнительного нагревания рециркулирующей части паров водометанольной смеси, поступающих из разделителя 3 по трубопроводу подачи рециркулирующих паров водометанольной смеси 11 в струйный смеситель 2. Затем осуществляют теплообмен этого пара в теплообменнике 6 с воздухом, поступающим из аппарата воздушного охлаждения 14 в теплогенератор 16 на сжигание топлива. Конденсированную чистую воду собирают в накопительной емкости 18.

Таким образом, на выходе из установки получают чистый (без солей) метанол и чистую (без солей и метанола) воду.

Предлагаемый способ регенерации метанола из минерализованного водного раствора был проведен в реальных условиях.

Пример. Поступающий в установку с температурой 5^oC и давлением 1,4 МПа минерализованный водный раствор с концентрацией солей 150 г/л, содержащий 14 мас. % метанола, нагревают до температуры 100 - 110^oC, при которой исходный раствор находится в жидкофазном состоянии и из него не происходит выпадение солей и производят испарение водометанольной смеси смешиванием предварительно нагретого жидкого исходного раствора с частью паров водометанольной смеси, которые дополнительно нагревают до 220^oC и рециркулируют. При смешивании давление предварительно нагретого раствора сбрасывают до значения 0,5 МПа, увеличивая при этом его скорость до 40 - 42 м/с. Полученные пары водометанольной смеси имеют температуру 160^oC и давление 0,5 МПа. Твердый солевой остаток периодически убирают со специального поддона. Рециркуляцию нагретых паров водометанольной смеси обеспечивают рециркуляцией жидкой фазы солевого остатка под давлением 2,0 МПа. Скорость движения жидкой фазы по проточной части поддерживают более 5 м/с, при которой исключается отложение солей на стенках. Поддержание концентрации метанола в основной части паров водометанольной смеси, подаваемых на ректификацию, не ниже концентрации его в исходном растворе осуществляют добавлением небольшой части верхнего продукта.

Обессоленные пары водометанольной смеси с температурой 160^oC и давлением 0,5 МПа охлаждают путем теплообмена с нижним продуктом ректификации (водным раствором) до температуры 120^oC и давления 0,4 МПа и исходным раствором до температуры 80 - 90^oC и давления 0,15 МПа и подают на ректификацию.

Выделенный в процессе ректификации метанол охлаждают до температуры 70 - 80^oC путем теплообмена с исходным раствором и собирают. После ректификации из водного раствора с небольшим содержанием метанола выпаривают пары метанола при температуре 105 - 110^oC и возвращают на ректификацию, а воду используют для производства пара. Выработанный из этой воды пар с температурой 300^oC используют для дополнительного нагревания рециркулирующей части паров водометанольной смеси, а сконденсированную чистую воду собирают.

Использование предлагаемого способа регенерации метанола из минерализованного водного раствора позволяет предотвратить засолевание технологического оборудования установки, в которой производят регенерацию метанола, и таким образом повышает эффективность процесса регенерации.

Формула изобретения

1. Способ регенерации метанола из минерализованного водного раствора путем предварительного нагрева исходного раствора, испарения из него водометанольной смеси, отбора солевого остатка и последующей ректификации водометанольной смеси на метанол и воду, отличающийся тем, что испарение водометанольной смеси производят смешиванием предварительно нагретого жидкого исходного раствора с частью паров водометанольной смеси, которые дополнительно нагревают и рециркулируют, а основную часть паров водометанольной смеси охлаждают и отправляют на ректификацию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное нагревание части паров водометанольной смеси производят теплом пара, который получают из нижнего продукта ректификации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рециркуляцию нагретых паров водометанольной смеси обеспечивают рециркуляцией жидкой фазы солевого остатка.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение основной части паров водометанольной смеси производят путем теплообмена с нижним продуктом ректификации (водным раствором) и исходным раствором.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрацию основной части паров водометанольной смеси поддерживают добавлением в нее части верхнего продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1