УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА С СИСТЕМОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ КУБОВОГО ОСТАТКА

Полезная модель относится к области органической химии, а именно к технологии производства метанола прямым окислением углеводородсодержащего газа (природного газа).
Природный газ, по прогнозам, будет основным углеводородным ресурсом для энергетики и химической промышленности XXI века. Основные месторождения добычи газа и газового конденсата расположены в труднодоступных районах Крайнего Севера, 87% добычи производится на севере Тюменской области.
Развитие малых ТЭК (топливно-энергетических комплексов) сдерживается отсутствием транспортных схем по доставке реагентов и ингибиторов. Основным ингибитором в борьбе с гидратообразованием в добыче газа является метанол, доставка которого до отдаленных месторождений представляет огромные затраты, в несколько раз превышающие цену на покупку метанола с нефтехимических заводов.
Создание малогабаритных установок получения метанола способом конверсии природного газа непосредственно на месторождениях в составе установок комплексной подготовки газа (УКПГ) позволило бы решить выше перечисленные проблемы для газовой промышленности. С учетом того, что дальнейший прирост добычи газа будет производиться за счет многочисленных мелких месторождений, находящихся на Крайнем Севере, а при добыче газа в Северных морях и в Северном Ледовитом океане метанол вообще хранить негде, данный процесс получения метанола приобретает приоритетное значение.
Установка для малотоннажного получения метанола в своем составе содержит ректификационный узел для разделения метанола и других жидких продуктов. В результате разделения образуется кубовый остаток, подлежащий утилизации. При этом, основным загрязняющим веществом, содержащимся в кубовом остатке, является формальдегид. Существующие установки утилизации формальдегида являются достаточно громоздкими и требуют наличие дополнительных химических реагентов или штаммов активного ила, что еще более усложняет проблему.
Однако данная задача может быть решена путем многократной обработки кубового остатка в кавитационном потоке, где происходит разложение формальдегида на метан и углекислый газ.
Известна установка утилизации осадков промышленных сточных вод деревообрабатывающих предприятий (Гамазин В.П. Утилизация осадков промышленных сточных вод деревообрабатывающих предприятий / БГИТА, г.Брянск, РФ).
Установка включает сборную емкость с системой наполнения и слива. Установка реализует способ утилизации формальдегидных сточных вод путем их обработки мочевиной в сильнокислой среде при рН=1,5-2,0 с последующей декантацией образующегося полимерного осадка.
Данная установка для своего функционирования требует наличия химических реагентов, что делает процесс утилизации формальдегида дорогостоящим и неэффективным.
Известна установка для биологической утилизации формальдегида (RU 2102474 С1). В составе установки входят сборная емкость, а также система наполнения и слива.
Установка используется в микробиологической промышленности, в частности, для биологической утилизации формальдегида. Сущность изобретения: из активного ила очистных сооружений получен новый штамм, способный использовать в качестве единственного источника углерода и энергии формальдегид в концентрации до 8000 мг/л.
Установка требует сборной емкости большого размера, наличие активного ила. Мобильность такой установки очень низка. Все это, в целом, снижает эффективность экологической очистки кубового остатка.
Известна установка для получения метанола ((RU №86590, прототип), содержащий установку комплексной подготовки газа, подогреваемый с помощью газовой горелки реактор для проведения газофазного окисления углеводородного газа, состоящий из теплообменника «газ-газ» реакционной зоны, набранного из единичных цилиндрических труб и теплообменника «газ-вода» зоны охлаждения, холодильник-конденсатор для окончательного охлаждения реакционной смеси и разделения отходящих газов и жидких продуктов, ректификационный узел для разделения метанола и других жидких продуктов и систему экологической очистки для очистки кубового остатка и отходящих газов, внутренняя поверхность единичных цилиндрических труб отшлифована, для обогрева единичных цилиндрических труб реакционной зоны предусмотрена газовая горелка.
Данная установка для получения метанола будет иметь громоздкую, требующую наличия химических реагентов или особого штамма активного ила, систему экологической очистки кубового остатка, которая является дорогой и малоэффективной.
Эффективность системы экологической очистки кубового остатка может быть повышена за счет использования в процессе очистки кубового остатка процесса кавитации.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса очистки кубового остатка от формальдегида.
Это достигается тем, что в установке для получения метанола с устройством утилизации кубового остатка, содержащей установку комплексной подготовки газа, реактор для проведения газофазного окисления углеводородного газа, состоящий из теплообменника «газ-газ» реакционной зоны, набранного из единичных цилиндрических труб и теплообменника «газ-вода» зоны охлаждения, холодильник-конденсатор для окончательного охлаждения реакционной смеси и разделения отходящих газов и жидких продуктов, и ректификационный узел для разделения метанола и других жидких продуктов систему экологической очистки кубового остатка, а также систему экологической очистки отходящих газов, для обогрева единичных цилиндрических труб реакционной зоны предусмотрена газовая горелка, образующийся при ректификации кубовый остаток подвергается многократной обработке в кавитаторе.
Отличием предлагаемой установки от известной является то, что в состав системы экологической очистки кубового остатка входят: сборная емкость, насос, кавитатор, предназначенные для разложения формальдегида.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид установки для получения метанола с устройством утилизации кубового остатка.
Установка для получения метанола с устройством утилизации кубового остатка содержит реактор (фиг.1) для проведения газофазного окисления метана. Реактор 1 состоит из двух зон 2 и 3, при этом 2 является реакционной и снабжена вводным устройством 4 для ввода исходного газа, а другая зона 3 предназначена для предварительного охлаждения реакционного газа, поступающего из реакционной зоны, а также для получения пара.
Зона 2 представляет собой трубчатый теплообменник «газ-газ», набранный из единичных цилиндрических труб 5, вмонтированных в трубные доски 6 на входе и выходе реакционной смеси. Обогрев единичных цилиндрических труб 5 осуществляется продуктами горения газовой горелки 7, движущимися в межтрубном пространстве по ходу движения реакционной смеси.
Зона 3 представляет собой трубчатый теплообменник «газ-вода» для предварительного охлаждения реакционных газов через стенку трубок 8, вмонтированных в трубные доски 9 на входе и выходе реакционной смеси.
Кроме того, реактор 1 снабжен устройствами для контроля и регулирования температуры в реакторе (на схеме не показаны). Регулирование температурного режима реактора осуществляется путем изменения режима работы газовой горелки 7 и расхода воды через вводное устройство 10.
Образующийся в теплообменнике 3 пар покидает теплообменник через выводное устройство 11 и используется для работы установки и нужд производства.
Исходный газ в реактор подается из установки комплексной подготовки газа 12. Окончательное охлаждение реакционного газа и его отделение от жидкой фазы осуществляется в холодильнике-конденсаторе 13. Образующиеся в холодильнике-конденсаторе пар и теплофикационная вода используются для работы установки и нужд производства.
Отделение метанола от других жидких продуктов происходит в ректификационном узле 14. Кубовый остаток из узла ректификации поступает в систему экологической очистки кубового остатка, включающей сборную емкость 15, насос 16, кавитатор 17 и систему подачи воздуха в кавитатор 18. Система экологической очистки отходящих газов на схеме не показана.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Из устройства комплексной подготовки газа 12 метановоздушная смесь с заданной концентрацией метана, заданным расходом и давлением подается на вход реакционной части 2 реактора. В реакционной части метановоздушная смесь нагревается до заданной температуры, после чего происходит газофазное окисление метана. В дальнейшем реакционная смесь поступает в зону охлаждения 3 реактора, где происходит ее предварительное охлаждение до температуры 150-200°С с целью закалки. Выделяющийся при этом пар используется для работы установки и других нужд предприятия.
Далее реакционный газ поступает в холодильник-конденсатор 13, где происходит его окончательное охлаждение до температуры 20-30°С и разделение отходящих газов и жидкой фазы, содержащей метанол, формальдегид, воду и другие продукты окисления. Получаемые при этом пар и тепловодная вода используются для работ установки и других нужд предприятия.
Отходящие газы поступают далее в систему экологической очистки, и после проведения необходимой очистки выбрасываются в атмосферу, либо подается на вход кавитатора.
Жидкая фаза поступает в узел ректификации, где происходит отделение метанола от других жидких продуктов. Кубовый остаток, содержащий в основном воду и формальдегид, остаточный метанол и формиат поступает в сборную емкость 15, после наполнения которой включается насос 16, создающий давление 8-12 МПа на входе в кавитатор. Насос 16 производит забор кубового остатка из емкости 15, после чего она проходит через кавитатор 17 и вновь возвращается в сборную емкость 15. Таким образом, происходит многократная (3-5 раз) обработка всего объема кубового остатка, поступившего в сборную емкость 15 до концентрации формальдегида меньше ПДК.
Под действием сверхвысоких микродавлений, возникающих при кавитации происходит разложение углеводородных соединений, содержащихся в кубовом остатке. После проведения многократной обработки, кубовый остаток сливается в канализацию. Присутствующие в отходящих газах недоокисленные газы (например, СО) подвергаются доокислению.
Для обеспечения непрерывной работы системы экологической очистки кубового остатка предусмотрена резервная сборная емкость (на схеме не показана).
Пример. Испытания проводились с кубовым остатком, содержащим 7 ПДК формальдегида. Кубовый остаток подавался в кавитатор под давлением 0,5 МПа. Количество воздуха, подаваемого в кавитатор, контролировалось визуально через прозрачную стенку кавитатора до достижения максимально развитого кавитационного процесса. После первой обработки содержание формальдегида в кубовом остатке составило 2 ПДК, после второй обработки - 0,8 ПДК. Отмечены следовые количества муравьиной кислоты.