УСТАНОВКА ОСУШКИ И ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ФРАКЦИИ ОТ МЕТАНОЛА
APPARATUS FOR DRYING AND CLEANING HYDROCARBON FRACTION FROM METHANOL

Изобретение относится к технике очистки углеводородной фракции, в частности пропановой фракции, от метанола путем азеотропной ректификации и может быть использовано в нефте-, газоперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Известна установка, описанная в способе очистки жидких углеводородов от водного раствора метанола (см. заявка №2007146631/04, 19.12.2007), которая включает: фазовый разделитель, в виде первичного сепаратора, который имеет линию ввода исходной смеси жидких углеводородов и водного раствора метанола, линию вывода водного раствора метанола и линию вывода предварительно очищенных жидких углеводородов, соединенную с экстрактором, имеющим линию ввода воды, линию вывода водного раствора метанола и линию вывода очищенных жидких углеводородов, соединенную с сепаратором, имеющим линию отвода водного раствора метанола, линию отвода очищенных жидких углеводородов. Установка снабжена коллектором, к которому подключены линии вывода водного раствора метанола из первичного сепаратора, экстрактора и сепаратора.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- линия ввода исходной смеси жидких углеводородов,
- фазовый разделитель,
- линия ввода воды,
- линия отвода очищенных жидких углеводородов,
- линия вывода водного раствора метанола.
Недостатками известной установки являются:
- высокие энергозатраты на процесс регенерации водно-метанольной смеси из-за большого количества воды, требуемого на промывку жидких углеводородов до требуемого остаточного содержания метанола в них, а также из-за необходимости вести глубокую регенерацию до низкого остаточного содержания метанола в воде;
- жидкие углеводороды после экстрактора и сепаратора содержат растворенное при положительных температурах равновесное количество воды, что требует дополнительной их осушки перед отгрузкой потребителям (для исключения вымерзания воды при отрицательных температурах окружающего воздуха). Мероприятия по осушке значительно усложняют установку и существенно увеличивают как капитальные затраты, так и энергопотребление.
1
6
1
6
1
6
1
6
1
3
8
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является известная установка, описанная в способе разделения широкой фракции легкокипящих углеводородов C-С (см. патент РФ №2254316, МПК  С07С 7/04), включающая линию подачи фракции C-С, отстойник фракции C-С с линией вывода раствора метанола и подачи фракции C-С; колонну выделения фракции C-С; колонну выделения пропановой фракции с конденсатором, дефлегматором, емкостью, насосом и линиями отдувок, этан-пропановой фракции, не сконденсировавшегося продукта, флегмы, пропановой фракции; колонну отмывки от метилового спирта с фазовым разделителем в виде отстойника, фильтр-сепаратор, линии подачи воды, вывода воды, отмытой пропановой фракции, отмытой и отделенной от воды пропановой фракции, отделенной воды.
Общими признаками известной и предлагаемой установок являются:
- линия подачи исходной смеси,
- фазовый разделитель,
- линия подачи воды,
- разделительная колонна, имеющая вход и выход потоков,
- холодильник сконденсированных паров,
- выход готовой углеводородной фракции.
Недостатками известной установки являются:
- повышенные капитальные затраты на организацию процесса разделения из-за необходимости установки дополнительного колонного аппарата для промывки пропановой фракции водой;
- пропановая фракция на выходе установки содержит растворенное при положительных температурах равновесное количество воды, что требует дополнительной ее осушки перед отгрузкой потребителям (для исключения вымерзания воды при отрицательных температурах окружающего воздуха);
- повышенный расход воды из-за необходимости иметь на выходе промывочной колонны низкую концентрацию метанола в воде (4,5-7% мас.) и, как следствие, повышенные затраты энергии на ее регенерацию;
- необходимость применения для промывки пропана воды с очень низким содержанием метанола, что требует применения глубокой регенерации водно-метанольной смеси, что также приводит к повышенным энергозатратам.
Техническим результатом является организация одновременной осушки и глубокой очистки углеводородной фракции от метанола при снижении удельных энергетических затрат на проведение процессов осушки и очистки.
Этот результат достигается тем, что в установке осушки и очистки углеводородной фракции от метанола, включающей линию подачи исходной смеси, фазовый разделитель, линию подачи воды, разделительную колонну, имеющую вход и выходы потоков, холодильник, выход готовой продукции, новым является то, что установка снабжена смесителем, соединенным с линией подачи воды и с фазовым разделителем, имеющим выход водно-метанольной смеси и выход отделенной углеводородной жидкой фазы, при этом линия подачи исходной смеси соединена со смесителем или выходом отделенной углеводородной жидкой фазы из фазового разделителя, который соединен с разделительной колонной, нижняя часть которой снабжена испарителем, при этом разделительная колонна или испаритель имеет выход готовой углеводородной фракции, а выход паров разделительной колонны соединен с дополнительно установленным компрессором, выход последнего соединен последовательно с испарителем, холодильником и со смесителем.
Кроме того, на линии, соединяющей холодильник со смесителем, установлен дополнительно фильтр - коалесцер.
Кроме того, фазовый разделитель соединен с разделительной колонной через насос.
Кроме того, на линии, соединяющей испаритель с холодильником, дополнительно установлен дегазатор.
Кроме того, на линии, соединяющей испаритель с дегазатором, дополнительно может быть установлен дроссель.
Кроме того, фазовый разделитель снабжен линией отвода паров.
Снабжение установки смесителем для ввода воды позволяет организовать экстракцию метанола из потока углеводородной фракции, направляемой в разделительную колонну, и вывод метанола из фазового разделителя за счет его растворения в воде. При добавлении воды равновесие смеси пропан-метанол-вода изменяется, что приводит к ее расслоению и переходу части метанола из обогащенной углеводородной, например пропановой, жидкой фазы в обогащенную водой жидкую фазу.
Соединение линии подачи исходной смеси, например, пропановой фракции с метанолом, со смесителем позволяет, в случае высокой концентрации метанола в исходной смеси, уменьшить ее перед подачей в разделительную колонну до требуемого значения за счет перехода части метанола из обогащенной пропаном жидкой фазы в обогащенную водой жидкую фазу.
Соединение линии подачи исходной смеси с выходом отделенной углеводородной жидкой фазы из фазового разделителя позволяет, при условии соответствия концентрации метанола в исходной смеси допустимым значениям для работы разделительной колонны, направлять исходную смесь непосредственно в разделительную колонну на очистку, что дает возможность уменьшить массогабаритные характеристики фазового разделителя и смесителя.
Соединение выхода паров разделительной колонны с компрессором, выход которого соединен последовательно с испарителем, позволяет повысить температуру паров, выходящих из разделительной колонны, и тем самым дает возможность использовать теплоту конденсации этих паров для испарения смеси в испарителе разделительной колонны. Использование теплоты конденсации паров с верха разделительной колонны для испарения пропановой фракции в испарителе разделительной колонны позволяет значительно снизить энергозатраты на испарение продукта в испарителе и его конденсацию в конденсаторе паров разделительной колонны. Таким образом, компрессор работает в режиме теплового насоса. Так как разница температур между низом и верхом разделительной колонны не превышает нескольких градусов, а поток паров через колонну представляет собой углеводородную фракцию с небольшим количеством примесей, то коэффициент переноса энергии тепловым насосом может достигать очень высоких значений, т.е. энергозатраты на разделение могут быть снижены в несколько раз.
Установка фильтра-коалесцера на линии, соединяющей холодильник со смесителем, позволяет укрупнить капли обогащенной водой жидкой фазы в потоке после холодильника и тем самым подготовить поток к разделению в фазовом разделителе. Образующаяся в результате конденсации и переохлаждения богатая водой жидкая фаза представляет собой капли микроскопического размера, отделить которые в фазовом разделителе возможно только после предварительного их укрупнения. При последующем смешении потоков в смесителе дробления капель до микроскопического размера не происходит.
Соединение фазового разделителя с колонной через насос позволяет установке сохранять работоспособность при давлении исходной смеси ниже, чем в разделительной колонне. Насос повышает давление углеводородной жидкой фазы до давления, необходимого для ее подачи в разделительную колонну.
Установка на линии, соединяющей испаритель с холодильником, дросселя и дегазатора позволяет осуществлять удаление легких примесей в виде паров из углеводородной фракции. В случае присутствия в исходной смеси легких примесей они накапливаются в системе и приводят к нарушению технологического процесса, поэтому они удаляются из системы в дегазаторе при пониженном давлении, которое создается установленным перед дегазатором дросселем.
Установка на линии, соединяющей испаритель с холодильником, дегазатора позволяет осуществлять удаление легких примесей в виде паров из углеводородной фракции. В случае присутствия в исходной смеси легких примесей они накапливаются в системе и приводят к нарушению технологического процесса, поэтому они удаляются из системы в дегазаторе. Удаление легких примесей, для увеличения движущей силы процесса, может производиться при пониженном давлении, которое создается установленным перед дегазатором дросселем.
Снабжение фазового разделителя линией отвода паров позволяет осуществлять удаление из системы легких примесей в случае их небольшого содержания в исходной смеси.
На фигурах 1, 2, 3 представлена схема установки осушки и очистки углеводородной фракции от метанола при ее различном выполнении в соответствии с формулой изобретения.
Установка осушки и очистки углеводородной фракции от метанола содержит смеситель 1, который может быть соединен с линией подачи исходной смеси 2 - углеводородной фракции, например пропановой фракция, в смеси с метанолом на осушку и очистку от метанола, линией подачи воды 3. Смеситель 1 соединен с фазовым разделителем 4. Фазовый разделитель 4 имеет выход водно-метанольной смеси 5 и подачи ее на блок регенерации водно-метанольного раствора (не показано), вывод легких компонентов 6, а также - выход отделенной углеводородной жидкой фазы 7, который связан трубопроводной линией с разделительной колонной 8 (см. фиг.1). На трубопроводной линии, соединяющей выход отделенной углеводородной жидкой фазы 7 и разделительную колонну 8, может быть установлен насос 9 для подачи сжиженного газа в разделительную колонну 8 (см. фиг.2). Выход паров из разделительной колонны 8 связан трубопроводом с входом компрессора 10, выход которого связан трубопроводом с входом греющей среды испарителя 11, который соединен с нижней частью разделительной колонны 8. Выход греющей среды из испарителя 11 соединен со входом холодильника 12 сконденсированных паров (см. фиг.1). Кроме того, на линии, соединяющей испаритель 11 с холодильником 12, дополнительно может быть установлен дегазатор 13, имеющий выход, соединенный с линией вывода легколетучих компонентов 14 (см. фиг.2, 3). Кроме того, на линии, соединяющей испаритель 11 с дегазатором 13, дополнительно может быть установлен дроссель 15 (см. фиг.2, 3).
Выход холодильника 12 сконденсированных паров может быть соединен непосредственно со смесителем 1 (см. фиг.1) или может быть соединен со смесителем 1 через дополнительно установленный фильтр-коалесцер 16 (см. фиг.2).
Разделительная колонна 8 (см. фиг.1) или испаритель 11 (см. фиг.2) имеет выход готовой углеводородной фракции 17, соединенный с линией осушенной и очищенной пропановой фракции.
Линия подачи исходной смеси 2, а именно углеводородной фракции - на очистку, может быть соединена со смесителем 1 (см. фиг.1), либо с выходом отделенной углеводородной жидкой фазы 7 из фазового разделителя 4 (см. фиг.3).
Установка снабжена вспомогательными насосами, трубопроводами и необходимой запорно-регулирующей арматурой.
Установка работает следующим образом:
Исходная смесь - углеводородная фракция, например пропановая фракция, в смеси с метанолом на осушку и очистку от метанола поступает по линии подачи исходной смеси 2 в смеситель 1 (см. фиг.1), в который по линии подачи воды 3 подается вода с установки регенерации водно-метанольной смеси, либо из другого источника, а также возвратный поток обогащенных метанолом сконденсированных паров верха разделительной колонны 8. При смешении часть растворенного метанола переходит из обогащенной углеводородами жидкой фазы в обогащенную водой жидкую фазу. Из смесителя 1 водно-метанольная смесь направляется в фазовый разделитель 4 на разделение фаз. Водно-метанольная смесь выводится из установки для последующей регенерации через выход водно-метанольной смеси 5. Углеводородная фаза через выход отделенной углеводородной жидкой фазы 7 направляется непосредственно в разделительную колонну 8 (см. фиг.1). Подача углеводородной фазы в разделительную колонну 8 может осуществляться с использованием насоса 9 при давлении исходной смеси ниже, чем в разделительной колонне 8 (см. фиг.2). Насос 9 повышает давление углеводородной жидкой фазы до давления, необходимого для ее подачи в разделительную колонну 8. Пары легких компонентов удаляются из фазового разделителя 4 через вывод легких компонентов 6. Углеводородная фракция на осушку и очистку от метанола по линии подачи исходной смеси 2 может подаваться в трубопроводную линию, соединяющую выход отделенной углеводородной жидкой фазы 7 и разделительную колонну 8 (см. фиг.3). В разделительной колонне 8 реализуется режим разделения с использованием неидеальных свойств системы углеводороды-метанол-вода (наличие азеотропии), в результате чего практически весь метанол и вода концентрируются в углеводородной фракции, выходящей в виде паров из верхней части разделительной колонны 8, а кубовый продукт, выводимый из разделительной колонны 8, содержит лишь небольшое остаточное количество метанола и воды. Пары, выходящие с верха разделительной колонны 8, сжимаются компрессором 10 и с повышенной температурой и давлением направляются на конденсацию в испаритель 11 разделительной колонны 8. За счет тепла конденсации паров верха разделительной колоны 8 в ее испарителе 11 испаряется часть кубового продукта и создается необходимый для ее работы поток паров. После испарителя 11 сконденсированные пары верха разделительной колонны 8 направляются в холодильник 12, где в результате снижения их температуры конденсируется обогащенная водой жидкая фаза, которая укрупняется после прохождения потоком фильтра - коалесцера 16, и направляется на разделение в фазовый разделитель 4, откуда выводится на регенерацию через выход водно-метанольной смеси 5.
Отделение легких компонентов может осуществляться при помощи дегазатора 13 (см. фиг.2). В этом случае пары частично конденсируются в испарителе 11, а не сконденсированная часть, содержащая преимущественно легколетучие компоненты, отделяется в дегазаторе 13 и удаляется через линию вывода легколетучих компонентов 14. Для увеличения движущей силы процесса легкие компоненты могут отделяться в дегазаторе 13 при пониженном давлении, в этом случае давление в дегазаторе понижается при помощи дросселя 15. Жидкая углеводородная фаза из дегазатора 13 направляется в холодильник 12.
С низа разделительной колонны 8 (см. фиг.1) или из испарителя 11 (см. фиг.2) готовая продукция - осушенная и очищенная от метанола пропановая фракция через выход готовой углеводородной фракции 17 выводится потребителю.