СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГЕНЕРАЦИИ МЕТАНОЛА ИЗ ВОДОМЕТАНОЛЬНОГО РАСТВОРА
METHOD OF INCREASING QUALITY OF METHANOL RECOVERY FROM WATER-METHANOL SOLUTION

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.
3
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 м каждая, что обеспечило разрушение 80% эмульсии типа «конденсат в воде».
3
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 м/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).