Способ повышения качества регенерации метанола из водометанольного раствора

Изобретение относится к области добычи природного газа и подготовки газа к дальнему транспорту, в частности к обеспечению оптимального ведения комплекса технологических процессов регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях. Способ регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях включает дегазацию BMP, отделение из BMP свободного конденсата, нагрев BMP в блоке регенератора и регенерацию метанола из BMP в ректификационной колонне с массообменными тарелками, охлаждение паров метанола в холодильнике и их конденсацию с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса, подачей накопленного метанола на орошение в ректификационную колонну и сливом избытка метанола на склад, при этом BMP после отделения свободного конденсата подают в буферную емкость, в которой BMP нагревают до температуры от 20°С до 40°С и отстаивают до разрушения тонкодисперсной эмульсии типа «конденсат в воде» и выпадения механических примесей, причем объем буферной емкости назначают из требования выполнения условий разрушения не менее 50% эмульсии и обеспечения стабильности ведения процесса ректификации. В результате достигается повышение качества регенерации метанола из водометанольного раствора, снижение объемов ремонтно-восстановительных работ и снижение уровня негативного воздействия на окружающую среду. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области добычи природного газа и подготовке газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности к обеспечению оптимального ведения комплекса технологических процессов регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях.

Известен способ регенерации метанола из водометанольного раствора (далее по тексту - BMP) на газодобывающих предприятиях, включающий дегазацию BMP, отделение из BMP свободного конденсата, нагрев BMP в блоке регенератора и регенерацию метанола из BMP в ректификационной колонне с массообменными тарелками. После охлаждения паров метанола в холодильнике и их конденсации с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса, регенерированный метанол подают на орошение в колонну, а избыток метанола сливают на склад (см., например, Бухгалтер Э.Б. Метанол и его использование в газовой промышленности. М.: Недра, 1986, с.238).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации метанола из BMP на газодобывающих предприятиях, включающий дегазацию BMP, отделение из BMP свободного конденсата, нагрев BMP в блоке регенератора и регенерацию метанола из BMP в ректификационной колонне с массообменными тарелками. После охлаждения паров метанола в холодильнике и их конденсации с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса регенерированный метанол подают на орошение в колонну, а избыток метанола сливают на склад (см., например, Сулейманов Р.С., Беспрозванный А.В., Кульков А.Н., Истомин В.А. Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий на Уренгойском месторождении. Сб. научных трудов «Проблемы освоения месторождений Уренгойского комплекса». М.: «Недра-Бизнесцентр», 2003, с.97-103).

Существенным недостатком указанных выше известных способов являются низкая эффективность системы регенерации метанола и сложность ремонтно-восстановительных работ из-за:

- большого количества мехпримесей (песок, глина, окислы железа и т.д.) в BMP, поступающем на регенерацию. Мехпримеси забивают аппараты системы регенерации (фильтры, теплообменники, колонны регенерации и т.д.);

- наличия в BMP конденсата и растворенных в нем смазок (таких как Л3-162), которые существенно осложняют работу установок регенерации метанола. Оседающая на стенках теплообменников и аппаратов смазка затрудняет процесс теплообмена и массообмена. Выделяющийся из BMP в процессе регенерации конденсат блокирует процесс отпарки паров метанола и воды из куба колонны;

- наличия в BMP солей жесткости (гидрокарбонатов), переходящих в карбонаты (нерастворимые соли) при изменении термобарических параметров BMP в процессе регенерации и забивающие аппараты системы регенерации.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение качества регенерации метанола из водометанольного раствора, снижение объемов ремонтно-восстановительных работ и снижение уровня негативного воздействия на окружающую среду.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях включает дегазацию BMP, отделение из BMP свободного конденсата, нагрев BMP в блоке регенератора и регенерацию метанола из BMP в ректификационной колонне с массообменными тарелками, охлаждение паров метанола в холодильнике и их конденсацию с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса, подачей накопленного метанола на орошение в ректификационную колонну и сливом избытка метанола на склад, при этом BMP после отделения свободного конденсата его подают в буферную емкость, в которой BMP нагревают до температуры от 20°С до 40°С и отстаивают до разрушения тонкодисперсной эмульсии типа «конденсат в воде» и выпадения механических примесей, причем объем буферной емкости назначают из требования выполнения условий разрушения не менее 50% эмульсии и обеспечения стабильности ведения процесса ректификации.

На входном и выходном патрубках теплообменника подогрева BMP перед подачей в ректификационную колонну, предпочтительно, устанавливают акустические излучатели (например, магнитострикционные), а между теплообменником блока регенератора и ректификационной колонной устанавливают блок фильтров, который улавливает скоагулированные карбонатами механические примеси, образующиеся в теплообменнике блока регенератора в процессе нагрева BMP.

Вход и выход теплообменника подогрева BMP блока регенератора, предпочтительно, соединяют между собой через клапан-регулятор для плавной регулировки температуры BMP, подаваемой в ректификационную колонну.

В ректификационную колонну устанавливают, предпочтительно, блок массообменных тарелок, например ситчатых с переливом, суммарной эффективностью не менее 15 теоретических тарелок.

Предельно простая конструкция ситчатых тарелок с переливом несмотря на их низкий КПД позволяет в ограниченном пространстве ректификационной колонны установить блок массообменных тарелок суммарной эффективностью не менее 15 теоретических тарелок. В этом же пространстве эффективные с точки зрения теории массообмена тарелки (колпачковые, насадочные и т.д.) позволяют установить блок массообменных тарелок суммарной эффективностью менее 6 теоретических тарелок. Ситчатые тарелки устойчивы в работе на грязных средах и легко очищаются при ремонтных работах, экономя тем самым средства и время на восстановление их работоспособности. Стоимость ремонта ситчатых тарелок на порядок дешевле, чем ремонт тарелок других типов.

В кубе ректификационной колонны, предпочтительно, устанавливают гравитационный разделитель, который поддерживает постоянный уровень конденсата на BMP и выводит накапливающийся конденсат в систему сбора и подготовки конденсата, a BMP с концентрацией метанола около 2% направляет на доотпарку в испаритель блока регенератора.

BMP после отпарки, с концентрацией метанола менее 0,5% предпочтительно, направляют в теплообменник блока регенератора для нагрева BMP, подаваемого из буферной емкости в ректификационную колонну, а затем в теплообменник буферной емкости для нагрева BMP, поступающего в нее, и после прохождения теплообменника буферной емкости подают в разделитель-отстойник, в котором из него выпадают оставшиеся мехпримеси и отделяют остатки конденсата, после чего BMP утилизируют, например закачивают в пласт.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки регенерации метанола.

На фиг.2 представлен гравитационный разделитель колонны регенерации.

Установка регенерации метанола содержит дегазатор 1, разделитель 2, выветриватель 3, буферную емкость 4 BMP, насос 5 подачи BMP, клапан-регулятор 6 температуры, генераторы акустических колебаний «Импульс» (акустические излучатели 7), блок регенератора 8 со встроенным теплообменником 9, блок фильтров 10, ректификационную колонну 11, холодильник 12 (обычно воздушный холодильник), емкость накопления рефлюкса 13, насос 14 подачи орошения, разделитель-отстойник 15 промстоков.

В кубе 16 колонны ректификации 11 устанавливают гравитационный разделитель 17 с отводом конденсата из куба 16 колонны ректификации для поддержания постоянного уровня конденсата на BMP и вывода накапливающегося конденсата в систему сбора и подготовки конденсата. Над гравитационным разделителем 17 установлена отбойная пластина 19. Буферная емкость 4 BMP выполнена с теплообменником 20, а блок регенератора 8 выполнен с испарителем 21.

Способ регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях осуществляют следующим образом.

В дегазаторе 1, разделителе 2 и выветривателе 3 проводят последовательно дегазацию BMP и отделение из BMP свободного конденсата, а затем BMP подают в буферную емкость 4, в которой BMP нагревают до температуры от 20°С до 40°С и отстаивают до разрушения тонкодисперсной эмульсии типа «конденсат в воде» и выпадения механических примесей, причем объем буферной емкости 4 назначают из требования выполнения условий разрушения не менее 50% эмульсии и обеспечения стабильности ведения процесса ректификации.

Данные условия были выявлены при отладке технологического режима экспериментальной установки регенерации метанола на Заполярном нефтегазоконденсатном месторождении, установка комплексной подготовки газа 1C (далее - УКПГ-1С) и анализе работы УКПГ других месторождений региона. Экспериментально установлено, что:

- если будет разрушаться и отводиться в буферных емкостях менее 50% эмульсии, то выделившийся в дальнейшем из эмульсии конденсат в колоннах регенерации метанола мешает самому процессу ректификации в колонне, и как балласт, попадая далее в регенератор, блокирует зеркало испарения в регенераторе (при залповом проскоке). Залповые поступления BMP и конденсата из шлейфов газосборной сети характерная особенность эксплуатации УКПГ в условиях Крайнего Севера и их необходимо учитывать во всех случаях;

- далее, попадая в рекуперативный теплообменник, конденсат будет нарушать температурный режим колонн регенерации метанола, т.к. теплоемкость углеводородного конденсата намного ниже, чем у BMP.

Таким образом, условие разрушения не менее 50% эмульсии является нижней границей обеспечения стабильности ведения процесса ректификации на УКПГ в условиях Крайнего Севера.

Известно, что разрушение эмульсии прямо пропорционально времени отстоя (т.е. объему буферной емкости) и температуре. Чем выше температура, тем быстрее происходит распад эмульсии.

Экспериментально отрабатывая эту задачу на УКПГ-1C, установлено, что интервал нагревания BMP в буферных емкостях до 20-40°С в заявляемом техническом решении является оптимальным. Если поднять температуру нагрева BMP выше, то потребуется установить дополнительное оборудование с соответствующими затратами. Кроме того, это ведет к изменению температурного режима колонн регенерации, что негативно сказывается на разгонке и не позволяет обеспечить заявляемые параметры качества регенерации метанола из BMP. При температуре ниже 20°С и реально используемых объемах буферных емкостей выделившийся в колоннах регенерации из эмульсии конденсат блокирует процесс регенерации и исключает достижение поставленной цели.

Далее BMP направляют насосом 5 в блок регенератора, где теплообменником 9 BMP нагревают и направляют на регенерацию метанола из BMP в ректификационную колонну 11 с массообменными тарелками, например ситчатыми с переливом. Пары метанола охлаждают и конденсируют в холодильнике 12 с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса 13, подачей накопленного метанола на орошение в ректификационную колонну 11 насосом 14 и сливом избытка метанола на склад (не показано).

Посредством акустических излучателей 7 на входном и выходном патрубках теплообменника 9 подогрева BMP перед подачей в ректификационную колонну 11 проводят обработку BMP, а затем блоком фильтров 10 улавливает скоагулированные карбонатами механические примеси, образующиеся в теплообменнике 9 блока регенератора 8 в процессе нагрева BMP.

Клапаном-регулятором 6, соединяющим между собой вход и выход теплообменника 9 подогрева BMP блока регенератора 8, осуществляют плавную регулировку температуры BMP, подаваемой в ректификационную колонну 11.

В кубе 16 ректификационной колонны 11 посредством гравитационного разделителя 17 поддерживают постоянный уровень конденсата на BMP и выводят накапливающийся конденсат в систему сбора и подготовки конденсата (не показана), a BMP с концентрацией метанола около 2% направляет на доотпарку в емкость испаритель 21 блока регенератора 8.

BMP после отпарки в емкости испарителе 21 с концентрацией метанола менее 0,5% (предпочтительно около 0,2%) направляют в теплообменник 9 блока регенератора 8 для нагрева BMP, подаваемого из буферной емкости 4 в ректификационную колонну 11, а затем в теплообменник 20 буферной емкости 4 для нагрева BMP, поступающего в нее, и после прохождения теплообменника 20 буферной емкости 4 подают в разделитель-отстойник 15, в котором из него выпадают оставшиеся мехпримеси и отделяют остатки конденсата, после чего BMP утилизируют, например закачивают в пласт.

На УКПГ-1С (установка комплексной подготовки газа) Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения для выполнения условия, при котором объем буферной емкости 4 назначен из требования выполнения условий разрушения не менее 50% эмульсии и обеспечения стабильности ведения процесса ректификации, использованы две параллельно работающие буферные емкости 4 объемом по 50 м³ каждая, что обеспечило разрушение 80% эмульсии типа «конденсат в воде».

Температурный режим на установке регенерации метанола наиболее жестко, для обеспечения качественной разгонки BMP, выдерживается на ректификационной колонне: верх - 67,5-68°С, температура в емкости испарителя - 109,5-111°С, температура ввода сырья - 30-45°С и зависит как от концентрации подаваемого на регенерацию BMP, которая меняется от 10 до 40% метанола, так и от загрузки колонн - от 2 до 7 м³/ч. Колебания по загрузке и концентрации связаны как с периодом эксплуатации самого месторождения, так и с периодами эксплуатации лето - зима, т.к. существенный вклад в тепловой баланс установки вносят теплоспутники, которыми обвязаны трубопроводы с BMP. Технологический процесс постоянно корректируется в зависимости от анализов лаборатории.

На УКПГ-1С Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения после отпарки в теплообменник 9 блока регенератора направляют воду с концентрацией метанола около 0,1%. Затем, как описано выше, эту воду, имеющую значительную температуру, подают в теплообменник 20 буферной емкости 4 для нагрева находящегося в ней BMP.

Заявляемое изобретение отработано и реализовано на газовых промыслах УКПГ-1С, УКПГ-2С и УКПГ-3С Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения. Способ обеспечивает существенное повышение качества регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях (регенерированный метанол имеет концентрацию 96%). Потери метанола по кубу ректификационной колонны снижены до 0,2% и менее. Возрос выход товарного конденсата и снижен уровень негативного воздействия на окружающую среду в процессе добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Реализация способа дала возможность закачки промстоков в пласт, т.к. обеспечила их полное соответствие требованиям СТО Газпром 2-1.19-049-2006 (содержание метанола, мехпримесей, конденсата в промстоках на порядок меньше допустимых пределов).

1. Способ регенерации метанола из водометанольного раствора (BMP) на газодобывающих предприятиях, включающий дегазацию BMP, отделение из BMP свободного конденсата, нагрев BMP в блоке регенератора и регенерацию метанола из BMP в ректификационной колонне с массообменными тарелками, охлаждение паров метанола в холодильнике и их конденсацию с последующим сливом в емкость накопления рефлюкса, подачей накопленного метанола на орошение в ректификационную колонну и сливом избытка метанола на склад, отличающийся тем, что BMP после отделения свободного конденсата подают в буферную емкость, в которой BMP нагревают до температуры от 20 до 40°С и отстаивают до разрушения тонкодисперсной эмульсии типа «конденсат в воде» и выпадения механических примесей, причем объем буферной емкости назначают из требования выполнения условий разрушения не менее 50% эмульсии и обеспечения стабильности ведения процесса ректификации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на входном и выходном патрубках теплообменника подогрева BMP блока регенератора перед подачей в ректификационную колонну устанавливают акустические излучатели (например, магнитострикционные), а между теплообменником блока регенератора и ректификационной колонной устанавливают блок фильтров, который улавливает скоагулированные карбонатами механические примеси, образующиеся в теплообменнике.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вход и выход теплообменника подогрева BMP блока регенератора соединяют между собой через клапан регулятор.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в ректификационную колонну устанавливают блок массообменных тарелок, например ситчатых с переливом, суммарной эффективностью не менее 15 теоретических тарелок.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в кубе ректификационной колонны устанавливают гравитационный разделитель, который поддерживает постоянный уровень конденсата на BMP и выводит накапливающийся конденсат в систему сбора и подготовки конденсата, а BMP с концентрацией метанола около 2% направляют на доотпарку в испаритель блока регенератора.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что BMP после отпарки с концентрацией метанола менее 0,5% направляют в теплообменник блока регенератора для нагрева BMP, подаваемого из буферной емкости в ректификационную колонну, а затем в теплообменник буферной емкости для нагрева BMP, поступающего в нее, и после прохождения теплообменника буферной емкости подают в разделитель-отстойник, в котором из него выпадают оставшиеся мехпримеси и отделяют остатки конденсата, после чего BMP утилизируют, например закачивают в пласт.